JPH0670381U - Head-mounted display device - Google Patents
Head-mounted display deviceInfo
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- JPH0670381U JPH0670381U JP1016393U JP1016393U JPH0670381U JP H0670381 U JPH0670381 U JP H0670381U JP 1016393 U JP1016393 U JP 1016393U JP 1016393 U JP1016393 U JP 1016393U JP H0670381 U JPH0670381 U JP H0670381U
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 使用用途あるいは環境に最適なポジ又はネガ
タイプの液晶シャッタに切り換えて使用できるシースル
ー機能付き頭部装着型ディスプレイ装置。
【構成】 液晶シャッタ１３として、外界像の入射光軸
上に、少なくとも２枚の偏光板Ｐ1 、Ｐ2 とその間に配
置された液晶分子層ＬＣとを有し、偏光板の少なくとも
１枚Ｐ2 を入射光軸に対して回転可能に設けて、偏光板
Ｐ1 、Ｐ2 の相対角を適宜選択することにより、液晶シ
ャッタ１３をポジタイプもしくはネガタイプに選択し、
これにより、１台の頭部型着型ディスプレイ装置で、使
用用途あるいは環境により、その場に最適なタイプの液
晶シャッタ１３として使用することができる。
(57) [Summary] [Purpose] A head-mounted display device with a see-through function that can be used by switching to a positive or negative type liquid crystal shutter that is optimal for the intended use or environment. The liquid crystal shutter 13 has at least two polarizing plates P 1 and P 2 and a liquid crystal molecular layer LC disposed between them on the incident optical axis of the external image, and at least one polarizing plate P 1 2 is provided rotatably with respect to the incident optical axis, and the liquid crystal shutter 13 is selected as a positive type or a negative type by appropriately selecting the relative angles of the polarizing plates P 1 and P 2 .
As a result, one head-mounted wearable display device can be used as the most suitable type liquid crystal shutter 13 on the spot depending on the intended use or environment.
Description
【０００１】[0001]
本考案は、頭部装着型ディスプレイ装置に関し、特に、外界が観察可能なシー スルー機能を有する頭部装着型ディスプレイ装置に関する。 The present invention relates to a head-mounted display device, and more particularly to a head-mounted display device having a see-through function with which the outside world can be observed.
【０００２】[0002]
バーチュアルリアリティ用、あるいは、一人で大画面の映像を楽しむことがで きるようにすることを目的として、ヘルメット型、ゴーグル型の頭部装着型ディ スプレイ装置開発が進められている。 Helmet-type and goggles-type head-mounted display devices are being developed for virtual reality or for the purpose of enabling one person to enjoy large-screen images.
【０００３】 従来、外界が選択的に観察できるシースルー機能付き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 式が提案されている（特開平３−２２６１９８号）。Conventionally, in a head-mounted display device with a see-through function capable of selectively observing the outside world, a method of using a liquid crystal shutter as a means for switching between an electronic image and an outside world image has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 3) 226198).
【０００４】 このような液晶シャッタを用いる方式において、電子像のみを観察するときに は、液晶シャッタを遮光状態にする。一方、外界のみを観察するときには、電子 像を切り、液晶シャッタを透過状態する。また、このとき、電子像を切らなけれ ば、外界も電子像も同時に観察できる。In such a system using a liquid crystal shutter, when observing only an electronic image, the liquid crystal shutter is put in a light blocking state. On the other hand, when observing only the outside world, the electronic image is cut off and the liquid crystal shutter is set in the transparent state. At this time, if the electron image is not cut off, both the outside world and the electron image can be observed at the same time.
【０００５】 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。ここで、ポジタイプ及びネガタイプの液晶シ ャッタの構成を説明する。ここでは、ツイストネマティック液晶を用いた液晶シ ャッタの場合の構成例を図８〜図１１に示す。There are two types of liquid crystal shutters, a positive type that is in a light blocking state when a voltage is applied and a negative type that is a transparent state when a voltage is applied. Here, the configurations of the positive type and negative type liquid crystal shutters will be described. Here, FIG. 8 to FIG. 11 show configuration examples in the case of a liquid crystal shutter using twisted nematic liquid crystal.
【０００６】 ガラス基板Ｇ、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。各図に示したように、ガラス基板Ｇ、Ｇ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ガラス基板Ｇ、Ｇの間に液晶Ｌ Ｃを挟み込む。A transparent electrode film is formed on the glass substrates G, G, an alignment film is applied on the transparent electrode film, and rubbing is performed in one direction. As shown in each drawing, the liquid crystal L C is sandwiched between the glass substrates G and G arranged facing each other such that the rubbing directions of the alignment films of the glass substrates G and G are orthogonal to each other.
【０００７】 ポジタイプの場合は、図８、図９のように、外側の透過軸が相互に垂直になる ように両側から偏光板Ｐ、Ｐを貼り付ける。In the case of the positive type, as shown in FIGS. 8 and 9, the polarizing plates P and P are attached from both sides so that the outer transmission axes are perpendicular to each other.
【０００８】 このポジ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８、図９のように９０°捩じれたままなので、一方の偏光板Ｐを通過して直線 偏光となった光は、液晶ＬＣ通過中に偏光方向が９０°捩じれ、もう一方の偏光 板Ｐを通過する。したがって、この液晶シャッタは透過状態となる。これに電圧 を加えると、液晶分子ＬＣがガラス基板Ｇ、Ｇに垂直な方向に立ち上がるため、 一方の偏光板Ｐを通過して直線偏光となった光はそのまま偏光方向を変化される ことなく液晶ＬＣを通過するため、もう一方の偏光板Ｐを通過できなくなる。し たがって、遮光状態になる。When no voltage is applied to this positive type liquid crystal shutter, the liquid crystal molecules LC are still twisted by 90 ° as shown in FIGS. 8 and 9, and thus pass through one polarizing plate P to become linearly polarized light. The light has its polarization direction twisted by 90 ° while passing through the liquid crystal LC, and passes through the other polarizing plate P. Therefore, this liquid crystal shutter is in a transmissive state. When a voltage is applied to this, the liquid crystal molecules LC rise in the direction perpendicular to the glass substrates G, G, so that the light that has passed through one of the polarizing plates P and becomes linearly polarized light remains unchanged in the polarization direction. Since it passes through LC, it cannot pass through the other polarizing plate P. Therefore, the light is blocked.
【０００９】 一方、ネガタイプの場合は、図１０、図１１のように、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。On the other hand, in the case of the negative type, as shown in FIGS. 10 and 11, the polarizing plates P, P are attached to both sides so that the transmission axes are parallel to each other. At this time, the transmission axes of the polarizing plates P 1 and P 2 are aligned with one of the rubbing directions of the alignment film.
【００１０】 この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１０、図１１のように９０°捩じれたままなので、一方の偏光板Ｐを通過して 直線偏光となった光は、液晶ＬＣ通過中に偏光方向が９０°捩じれ、もう一方の 偏光板Ｐを通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 を加えると、液晶分子ＬＣがガラス基板Ｇ、Ｇに垂直な方向に立ち上がるため、 一方の偏光板Ｐを通過して直線偏光となった光はそのまま偏光方向を変化される ことなく液晶ＬＣを通過するため、もう一方の偏光板Ｐを通過できる。したがっ て、透過状態になる。When no voltage is applied to this negative type liquid crystal shutter, the liquid crystal molecules LC are still twisted by 90 ° as shown in FIGS. 10 and 11, so that they pass through one polarizing plate P and become linearly polarized light. The light is twisted by 90 ° in the polarization direction while passing through the liquid crystal LC 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 the direction perpendicular to the glass substrates G, G, so that the light that has passed through one of the polarizing plates P and becomes linearly polarized light remains unchanged in the polarization direction. Since it passes through the LC, it can pass through the other polarizing plate P. Therefore, it becomes transparent.
【００１１】[0011]
ところで、上記のようなツイストネマティックタイプの液晶シャッタは、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、その方向の液晶シャッタ面上の射影も視角方向 と呼ぶ。）、その他の方向から見た場合にはコントラストが低くなる。 By the way, the above-mentioned twisted nematic type liquid crystal shutter has a viewing angle dependency. In other words, it has high contrast when viewed from a specific direction (this is called the viewing angle direction, but the projection of that direction on the LCD shutter surface is also called the viewing angle direction), but when viewed from other directions. The contrast is low.
【００１２】 視角方向が６時方向である６時視角のポジタイプとネガタイプの遮光時の透過 率を比較すると、液晶シャッタの上下方向（１２時６時方向）及び左右方向（３ 時９時方向）の視角θ0 、θ1 と遮光率の関係は、それぞれ図１２、図１３に示 すようになる。各図から明らかなように、ポジタイプは視角依存性があるが、視 角が小さい範囲ではネガタイプより遮光率が高い。一方ネガタイプは視角依存性 が小さい。Comparing the transmittances of the positive type and the negative type at the 6 o'clock viewing angle where the viewing angle direction is 6 o'clock at the time of light blocking, the vertical direction (12 o'clock 6 o'clock direction) and the horizontal direction (3 o'clock 9 o'clock direction) of the liquid crystal shutter are compared. The relationship between the viewing angles θ 0 and θ 1 and the light blocking rate is as shown in FIGS. 12 and 13, respectively. As is clear from each figure, the positive type has a viewing angle dependency, but in a range where the viewing angle is small, the light blocking rate is higher than that of the negative type. On the other hand, the negative type has small viewing angle dependence.
【００１３】 このような特性の液晶シャッタのタイプにより、シースルー機能付きの頭部装 着型ディスプレイ装置は２種類考えられ、その使用用途によって使い分けられる 。すなわち、例えば、装着者が、建設現場等で設計図を見るための端末機として 頭部装着型ディスプレイ装置を使用する場合、あるいは、電車やバスの移動中等 の野外で使用する場合は、危険防止、安全性確保のために、電子像観察時にある 程度外界も透けて見えた方がよいので、電子像周辺部分での遮光率の落ちている ポジタイプの液晶シャッタを組み込んだシースルー機能付きの頭部装着型ディス プレイ装置の方が適している。Depending on the type of liquid crystal shutter having such characteristics, two types of head-mounted display devices with a see-through function are conceivable, and they are used properly depending on the intended use. That is, for example, when a wearer uses a head-mounted display device as a terminal for viewing a blueprint at a construction site, or when it is used outdoors such as on a train or bus, danger prevention is required. , To ensure safety, it is better to see through the external world to some extent when observing an electronic image, so the light-shielding rate is low in the peripheral area of the electronic image. A head with a see-through function that incorporates a positive-type liquid crystal shutter. Wearable display devices are more suitable.
【００１４】 一方、例えば、室内でオーディオビジュアル機器のディスプレイ装置として使 用する場合等は、電子像に集中して使用できるように、電子像観察時に外界が透 けて見えない方が好ましいので、電子像周辺部分でも遮光率の落ちないネガタイ プの液晶シャッタを組み込んだシースルー機能付きの頭部装置型ディスプレイ装 置の方か適している。On the other hand, for example, when it is used as a display device of an audiovisual apparatus indoors, it is preferable that the external world cannot be seen through when observing an electronic image so that the electronic image can be concentrated and used. A head device type display device with a see-through function that incorporates a negative-type liquid crystal shutter that does not reduce the light blocking ratio even in the peripheral area of the electronic image is more suitable.
【００１５】 しかしながら、従来の頭部装着型ディスプレイ装置使用者は、使用用途により どちらか一方のタイプを選択して使用しなくてはならず、一台に両方の特性を持 たせることはできなかった。However, the user of the conventional head-mounted display device has to select and use one of the two types depending on the intended use, and one unit cannot have both characteristics. It was
【００１６】 ところで、液晶シャッタが１枚のときは、遮光性が不十分な場合があり、本出 願人は、すでに液晶シャッタを複数枚重ねて使用する方法を提案している（特願 平４−２６７５０５号）。この場合、液晶シャッタの重ね方は視角特性を考慮に 入れて次のようにする。By the way, when the number of liquid crystal shutters is one, the light-shielding property may be insufficient, and thus the applicant has already proposed a method of using a plurality of liquid crystal shutters in a stacked manner (Japanese Patent Application No. Hei 10 (1999) -135242). 4-267505). In this case, the method of stacking the liquid crystal shutters is as follows taking the viewing angle characteristics into consideration.
【００１７】 ここでは、２枚重ねる場合を示す。 ２枚の液晶シャッタ１、２の視角方向を互いに逆にして重ねる（図１４）。 ２枚の液晶シャッタ１、２の中、一方を視角方向を軸として、その軸を中心 として１８０°回転し、それを他方の液晶シャッタの上あるいは下に互いに裏返 しの状態で重ねる（図１５）。 なお、２枚の液晶シャッタ１、２の間に向かい合って位置する偏光板の透過軸 は相互に一致するようにする。Here, a case of stacking two sheets is shown. The two liquid crystal shutters 1 and 2 are overlapped with each other with their viewing angle directions reversed (FIG. 14). One of the two liquid crystal shutters 1 and 2 is rotated about the axis of the viewing angle by 180 °, and the two liquid crystal shutters are overlaid on top of or below the other liquid crystal shutter in an inverted state (FIG. 15). ). It should be noted that the transmission axes of the polarizing plates located between the two liquid crystal shutters 1 and 2 facing each other are made to coincide with each other.
【００１８】 この２枚重ねについて、ポジタイプ、ネガタイプの場合の遮光時の透過率と視 角θ0 、θ1 の関係をそれぞれ図１６、図１７に示す。これらの図から、１枚の ときに比べて、遮光時の有効な視角範囲が増すと同時に遮光率も高くなるため、 外界がより透けて見えなくなる。また、視角範囲が小さいときは、ポジタイプの 方が遮光性に優れているが、視角範囲が広がると遮光性がやや落ちる。一方、ネ ガタイプの方は視角依存性が小さい。FIG. 16 and FIG. 17 show the relationship between the light transmittance and the viewing angles θ 0 and θ 1 in the case of the positive type and the negative type for the two-layer stack, respectively. From these figures, the effective viewing angle range at the time of light blocking increases and the light blocking rate also increases as compared with the case of one sheet, so that the outside world becomes more invisible. Further, when the viewing angle range is small, the positive type is more excellent in the light blocking effect, but when the viewing angle range is widened, the light blocking property is slightly lowered. On the other hand, the negative type has less viewing angle dependence.
【００１９】 このような２枚重ねの液晶シャッタを組み込んだ頭部装着型ディスプレイ装置 の使用用途は、１枚のときに比べ遮光性に優れるという特性から、その多くは電 子像に集中して使用する場合が考えられる。Since the head-mounted display device incorporating such a double-layered liquid crystal shutter has a characteristic of excellent light-shielding property as compared with the case of using a single device, most of them are concentrated on an electronic image. It may be used.
【００２０】 このような２枚重ねの場合も、シースルー機能付き頭部装着型ディスプレイ装 置も２種類考えられ、電子像観察時（液晶シャッタは遮光状態）に、各々のタイ プの液晶シャッタを組み込んだ頭部装着型ディスプレイ装置の使用環境によって は、次のような特性の違いが生じる。In the case of such a two-layer stack, two types of head-mounted display devices with a see-through function are also conceivable. When observing an electronic image (the liquid crystal shutters are in the light-shielded state), the liquid crystal shutters of each type are used. The following characteristic differences occur depending on the environment in which the built-in head-mounted display device is used.
【００２１】 すなわち、ポジタイプの液晶シャッタを組み込んだ頭部装着型ディスプレイ装 置の場合、外界全体が一様に明るい環境であると、電子像の周辺部分において外 界が透けて見えることがある。また、ネガタイプの液晶シャッタを組み込んだ頭 部装着型ディスプレイ装置の場合、外界に高輝度物体があると、それが透けて見 えることがある。That is, in the case of a head-mounted display device incorporating a positive type liquid crystal shutter, if the entire external environment is a uniformly bright environment, the external field may be seen through in the peripheral portion of the electronic image. In the case of a head-mounted display device that incorporates a negative type liquid crystal shutter, if there is a high-luminance object in the outside world, it may be seen through.
【００２２】 これらは、頭部装着型ディスプレイ装置装着者の観察中の電子像の画像によっ ては、装着者にとって電子像が見難くなり、気になる場合が考えられる。Depending on the image of the electronic image of the head-mounted display device wearer who is observing, it may be difficult for the wearer to see the electronic image, which may be a concern.
【００２３】 この場合も、頭部装着型ディスプレイ装置使用者は、どちらか一方のタイプを 選択して使用しなくてはならず、一台に両方の特性を持たせることはできなかっ た。Also in this case, the head-mounted display device user must select and use one of the two types, and one device cannot have both characteristics.
【００２４】 本考案はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、シースル ー機能付きの頭部装着型ディスプレイ装置において、使用用途あるいは環境に最 適なポジ又はネガタイプの液晶シャッタに切り換えて使用できるようにすること である。The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is a positive or negative type liquid crystal shutter which is most suitable for a use application or an environment in a head mounted display device with a sheath-through function. It is to be able to use by switching to.
【００２５】[0025]
上記目的を達成する本考案の頭部装着型ディスプレイ装置は、映像表示素子と 、前記映像表示素子に表示された映像を眼球内に導く光学系と、外界像を選択的 に観察するために設けられた液晶シャッタとを備えたシースルー機能付き頭部装 着型ディスレイ装置において、前記液晶シャッタは、外界像の入射光軸上に、少 なくとも２枚の偏光板とその間に配置された液晶分子層とを有し、前記偏光板の 少なくとも１枚を前記入射光軸に対して回転可能に設けたことを特徴とするもの である。 A head-mounted display device of the present invention which achieves the above object is provided with an image display element, an optical system for guiding an image displayed on the image display element into an eyeball, and selectively observing an external image. In a head-mounted display device with a see-through function, the liquid crystal shutter comprises at least two polarizing plates and liquid crystal molecules arranged between them on the incident optical axis of the external image. And at least one of the polarizing plates is rotatably provided with respect to the incident optical axis.
【００２６】[0026]
本考案においては、液晶シャッタとして、外界像の入射光軸上に、少なくとも ２枚の偏光板とその間に配置された液晶分子層とを有し、偏光板の少なくとも１ 枚を前記入射光軸に対して回転可能に設けたので、上記の少なくとも２枚の偏光 板の透過軸のなす角を適宜選択することにより、液晶シャッタをポジタイプもし くはネガタイプに選択することができ、これにより、１台の頭部型着型ディスプ レイ装置で、使用用途あるいは環境により、その場に最適なタイプの液晶シャッ タとして使用することができる。 In the present invention, as a liquid crystal shutter, at least two polarizing plates and a liquid crystal molecular layer disposed between them are provided on the incident optical axis of the external image, and at least one of the polarizing plates is used as the incident optical axis. Since it is rotatably provided, the liquid crystal shutter can be selected as a positive type or a negative type by appropriately selecting the angle formed by the transmission axes of the at least two polarizing plates described above. This head-mounted wearable display device can be used as the most suitable type of liquid crystal shutter on the spot depending on the application or environment.
【００２７】 すなわち、液晶シャッタが１枚構成のときの例をあげると、１台の頭部装着型 ディスプレイ装置で、例えば、装着者が、建設現場等で設計図を見るための端末 機として頭部装着型ディスプレイ装置を使用する場合、あるいは、電車やバスの 移動中等の野外で使用する場合は、危険防止、安全性確保ができるポジタイプの 液晶シャッタになるように偏光板を回転させ、また、例えば、室内でオーディオ ビジュアル機器のディスプレイ装置として使用する場合等は、電子像に集中して 使用できるネガタイプの液晶シャッタになるように偏光板を回転させて使用でき る。That is, taking an example of a case where the liquid crystal shutter has a single structure, one head-mounted display device is used, for example, as a terminal for a wearer to view a design drawing at a construction site or the like. When using a built-in type display device, or when using it outdoors such as when moving on a train or bus, rotate the polarizing plate so that it becomes a positive type liquid crystal shutter that can prevent danger and ensure safety. For example, when used as a display device for audiovisual equipment indoors, the polarizing plate can be rotated so that it becomes a negative type liquid crystal shutter that can be used by focusing on electronic images.
【００２８】 また、液晶シャッタが２枚構成のときの例をあげると、１台の頭部装着型ディ スプレイ装置で、例えば、使用環境が全体が一様に明るい環境の場合は、液晶シ ャッタをネガタイプになるように偏光板を回転し、外界に高輝度物体がある場合 は、液晶シャッタがポジタイプになるように偏光板を回転すれば、電子像の見え が外界の環境に影響され難いその場に最適な状態で使用できる。In addition, taking an example of a case where the liquid crystal shutter is composed of two pieces, a single head-mounted display device, for example, when the usage environment is a uniformly bright environment, the liquid crystal shutter is used. If the polarizing plate is rotated so that it becomes a negative type and there is a high-intensity object in the outside world, rotating the polarizing plate so that the liquid crystal shutter becomes a positive type makes the appearance of the electronic image less susceptible to the external environment. It can be used in the optimal condition for the place.
【００２９】[0029]
以下、本考案のシースルー機能付き頭部装着型ディスレイ装置のいくつかの実 施例について説明する。 まず、実施例１として、液晶シャッタが１枚構成のときのシースルー機能付き の頭部装着型ディスプレイ装置の構成を図１の斜視図に示す。この実施例のディ スプレイ装置の基本的構成は、目Ｅの前に配置したビームスプリッタ（以下、Ｂ Ｓと言う。）１０と、目Ｅの視線にほぼ沿って視野外のＢＳ１０の上面の上に配 置された液晶表示素子等からなる２次元表示素子１１と、ＢＳ１０を挟んで２次 元表示素子１１に対向して配置された凹面鏡１２と、視線前方でＢＳ１０の前に 配置された液晶シャッタ１３とからなる。このような構成において、目Ｅは、Ｂ Ｓ１０を透過し凹面鏡１２で反射し、今度はＢＳ１０で反射する光路を通じて２ 次元表示素子１１の映像を見る。凹面鏡１２が光路中に配置されているために、 ２次元表示素子１１の電子像を拡大して見ることができる。このような光学系が 左右の目Ｅそれぞれに１つずつ配置される。 Hereinafter, some examples of the head-mounted display device with the see-through function of the present invention will be described. First, as a first embodiment, a perspective view of FIG. 1 shows a configuration of a head-mounted display device with a see-through function when a single liquid crystal shutter is configured. The basic structure of the display device of this embodiment is that a beam splitter (hereinafter referred to as B S) 10 arranged in front of the eye E and an upper surface of the BS 10 outside the field of view substantially along the line of sight of the eye E. A two-dimensional display element 11 made up of a liquid crystal display element and the like, a concave mirror 12 arranged to face the secondary element display element 11 with the BS 10 interposed therebetween, and a liquid crystal arranged in front of the sight line and in front of the BS 10. It comprises a shutter 13. In such a configuration, the eye E sees the image of the two-dimensional display element 11 through the optical path that passes through the BS 10 and is reflected by the concave mirror 12, and this time is reflected by the BS 10. Since the concave mirror 12 is arranged in the optical path, the electronic image of the two-dimensional display element 11 can be magnified and viewed. One such optical system is arranged for each of the left and right eyes E.
【００３０】 ここで、電子像のみを見るときには、液晶シャッタ１３を遮光状態にする。一 方、外界のみを見るときには、２次元表示素子１１の電子像を切り、液晶シャッ タ１３を透過状態にする。また、このとき、電子像を切らなければ、外界も電子 像も同時に観察できる。Here, when only the electronic image is viewed, the liquid crystal shutter 13 is set to the light blocking state. On the other hand, when looking only at the outside world, the electronic image of the two-dimensional display element 11 is cut off, and the liquid crystal shutter 13 is set to the transmissive state. At this time, if the electron image is not cut off, both the outside world and the electron image can be observed at the same time.
【００３１】 ところで、液晶シャッタ１３は、ガラス基板Ｇ、Ｇの間に配置された液晶ＬＣ とその両側に配置された２枚の偏光板からなり、一方の偏光板Ｐ1 は一方のガラ ス基板Ｇに貼り付けてあるが、もう一方の偏光板Ｐ2 は、光軸の周りで９０°回 転できるようになっている。この回転は、例えば回転偏光板Ｐ2 の外周部の一部 に突起部を付けて手動により回転させるようにしてもよいし、偏光板Ｐ2 の外周 部全てにギアを切ってギア付きのモータで回転させる等、機械的、電気的の如何 なる方法でもよい。By the way, the liquid crystal shutter 13 is composed of a liquid crystal LC arranged between the glass substrates G and G and two polarizing plates arranged on both sides thereof, and one polarizing plate P 1 is one glass substrate. Although attached to G, the other polarizing plate P 2 can rotate 90 ° around the optical axis. For this rotation, for example, a protrusion may be attached to a part of the outer peripheral portion of the rotating polarizing plate P 2 and the rotation may be manually performed. Alternatively, a gear may be cut on the entire outer peripheral portion of the polarizing plate P 2 to provide a motor with a gear. Any mechanical or electrical method such as rotating by.
【００３２】 このような頭部装着型ディスプレイ装置の装着者は、建設現場等で設計図を見 るための端末機としてこの装置を使用する場合に、危険防止、安全性確保のため 等のように、電子像観察時にある程度外界も透けて見える必要があるときは、２ 枚の偏光板Ｐ1 、Ｐ2 の透過軸が垂直の状態のポジタイプにして用い、電子像観 察時に外界が透けて見えない方が好ましい場合は、２枚の偏光板Ｐ1 、Ｐ2 の透 過軸が平行の状態のネガタイプにして用いる。A person who wears such a head-mounted display device may use the device as a terminal for viewing a blueprint at a construction site or the like to prevent danger and ensure safety. When it is necessary to see the outside world to some extent when observing an electronic image, use a positive type in which the transmission axes of the two polarizing plates P 1 and P 2 are vertical and use the outside world to see through the electron image. If it is preferable to not see it, a negative type in which the transmission axes of the two polarizing plates P 1 and P 2 are parallel to each other is used.
【００３３】 このようにして、使用用途によりその場に最適なタイプの液晶シャッタ１３と して使用することができる。In this way, the liquid crystal shutter 13 can be used as a liquid crystal shutter 13 of the type most suitable for the situation depending on the intended use.
【００３４】 なお、基板Ｇはガラスに限らず、プラスチック材料のようなフィルムを用いて もよい。また、固定偏光板Ｐ1 の透過軸は、図１に示した方向に限るものではな く、どのような方向になっていてもよい。また、ＢＳ１０に対して近い側、遠い 側何れの偏光板Ｐ1 、Ｐ2 を固定偏光板としてもよい。The substrate G is not limited to glass, and a film such as a plastic material may be used. The transmission axis of the fixed polarizing plate P 1 is not limited to the direction shown in FIG. 1 and may be any direction. Further, the polarizing plates P 1 and P 2 on either the near side or the far side with respect to the BS 10 may be fixed polarizing plates.
【００３５】 この実施例において、ＢＳ１０の代わりに偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１ ０′を用いてもよい。この場合の斜視図を図２に示す。このときは、回転偏光板 Ｐ2 はＰＢＳ１０′から遠い側の偏光板に限るものとする。そして、固定偏光板 Ｐ1 の透過軸は、図２に示すように、ＰＢＳ１０′への入射面に平行にする必要 がある。なお、この場合は、ＰＢＳ１０′と凹面鏡１２の間にλ／４波長板１４ を配置して、２次元表示素子１１から出てＰＢＳ１０′を透過した光が、凹面鏡 １２で反射後ＰＢＳ１０′で反射するように、偏光面を９０°回転させるように する。In this embodiment, a polarizing beam splitter (PBS) 10 ′ may be used instead of BS10. A perspective view of this case is shown in FIG. At this time, the rotary polarizing plate P 2 is limited to the polarizing plate on the side far from the PBS 10 '. Then, the transmission axis of the fixed polarizing plate P 1 needs to be parallel to the plane of incidence on the PBS 10 ', as shown in FIG. In this case, the λ / 4 wave plate 14 is arranged between the PBS 10 ′ and the concave mirror 12, and the light emitted from the two-dimensional display element 11 and transmitted through the PBS 10 ′ is reflected by the concave mirror 12 and then reflected by the PBS 10 ′. As described above, the polarization plane is rotated by 90 °.
【００３６】 さらに、電子像を拡大して見る光学系は、図１、図２に限るものではなく、様 々な光学系の場合にも、有効であることは言うまでもない。例えば、図３に断面 を示すような光学系であってもよい。すなわち、視野外に配置した２次元表示素 子１１の映像をレンズ１５、１６を介して目Ｅの前面に配置した凹面ハーフミラ ー１７により目Ｅに拡大投影するものであり、凹面ハーフミラー１７の前側には 上記と同様の液晶シャッタ１３が配置される。このとき、固定偏光板Ｐ1 の透過 軸はどのような方向になっていてもよい。また、凹面ハーフミラー１７に対して 近い側、遠い側どちらの偏光板を固定偏光板としてもよい。Further, it is needless to say that the optical system for enlarging the electronic image is not limited to those shown in FIGS. 1 and 2 and is effective for various optical systems. For example, an optical system whose cross section is shown in FIG. 3 may be used. That is, an image of the two-dimensional display element 11 arranged outside the field of view is enlarged and projected onto the eye E by the concave half mirror 17 arranged in front of the eye E through the lenses 15 and 16, and the concave half mirror 17 On the front side, the liquid crystal shutter 13 similar to the above is arranged. At this time, the transmission axis of the fixed polarizing plate P 1 may be in any direction. Further, either the near side or the far side of the concave half mirror 17 may be used as the fixed polarizing plate.
【００３７】 次に、本考案の実施例２について図４を参照にして説明する。この実施例は、 液晶シャッタを２枚重ねとして、電子像観察時の遮光性を高めたシースルー機能 付きの頭部装着型ディスプレイ装置の例であり、基本構成は、図１と同様である が、視線前方でＢＳ１０の前に配置された液晶シャッタが２つの液晶シャッタ２ １、２２からなる点でのみ異なる。このような構成において、目Ｅは、ＢＳ１０ を透過し凹面鏡１２で反射し、今度はＢＳ１０で反射する光路を通じて２次元表 示素子１１の映像を見る。凹面鏡１２が光路中に配置されているために、２次元 表示素子１１の電子像を拡大して見ることができる。このような光学系が左右の 目Ｅそれぞれに１つずつ配置される。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is an example of a head-mounted display device with a see-through function that has two liquid crystal shutters stacked to enhance the light-shielding property when observing an electronic image. The basic structure is the same as that shown in FIG. The difference lies only in that the liquid crystal shutter arranged in front of the line of sight in front of the BS 10 is composed of two liquid crystal shutters 21 and 22. In such a configuration, the eye E sees the image of the two-dimensional display element 11 through the optical path that passes through BS10, is reflected by the concave mirror 12, and is then reflected by BS10. Since the concave mirror 12 is arranged in the optical path, the electronic image of the two-dimensional display element 11 can be magnified and viewed. One such optical system is arranged for each of the left and right eyes E.
【００３８】 ここで、電子像のみを見るときには、２つの液晶シャッタ２１、２２の組み合 わせからなる液晶シャッタを遮光状態にする。一方、外界のみを見るときには、 ２次元表示素子１１の電子像を切り、この組み合わせ液晶シャッタを透過状態に する。また、このとき、電子像を切らなければ、外界も電子像も同時に観察でき る。Here, when only the electronic image is viewed, the liquid crystal shutter, which is a combination of the two liquid crystal shutters 21 and 22, is set to the light blocking state. On the other hand, when only seeing the outside world, the electronic image of the two-dimensional display element 11 is cut off, and the combined liquid crystal shutter is set to the transmission state. At this time, if the electron image is not cut off, both the outside world and the electron image can be observed at the same time.
【００３９】 ここで、液晶シャッタ２１、２２の重ね方は、視角依存性が小さくなるように 、 ２枚の液晶シャッタ２１、２２の視角方向を互いに逆にして重ねる（図１４ ）。 ２枚の液晶シャッタ２１、２２の中、一方を視角方向を軸として、その軸を 中心として１８０°回転し、それを他方の液晶シャッタの上あるいは下に互いに 裏返しの状態で重ねる（図１５）。Here, in the way of stacking the liquid crystal shutters 21 and 22, the viewing angle directions of the two liquid crystal shutters 21 and 22 are reversed so that the viewing angle dependence is reduced (FIG. 14). Of the two liquid crystal shutters 21 and 22, one of them is rotated about the axis of the viewing angle by 180 °, and is overlaid on top of or below the other liquid crystal shutter in a state of being turned over (Fig. 15). .
【００４０】 そして、両液晶シャッタ２１、２２の中の回転偏光板Ｐ2 は、両液晶シャッタ ２１、２２の間に挟まれた２枚とし、２枚が共に９０°回転できるようになって いる。ここで、２枚の回転偏光板Ｐ2 、Ｐ2 を１枚の回転偏光板に置き換えても よい。なお、この回転は、例えば回転偏光板Ｐ2 、Ｐ2 の外周部の一部に突起部 を付けて手動により回転させるようにしてもよいし、偏光板Ｐ2 、Ｐ2 の外周部 全てにギアを切ってギア付きのモータで回転させる等、機械的、電気的の如何な る方法でもよい。The rotary polarizing plate P 2 in each of the liquid crystal shutters 21 and 22 is two sheets sandwiched between the two liquid crystal shutters 21 and 22, and both of them can rotate 90 °. .. Here, the two rotary polarizing plates P 2 and P 2 may be replaced with one rotary polarizing plate. Note that this rotation may be performed, for example, by attaching a protrusion to a part of the outer peripheral portions of the rotating polarizing plates P 2 and P 2 and manually rotating the rotating polarizing plates P 2 and P 2. Any mechanical or electrical method such as cutting the gear and rotating the motor with a gear may be used.
【００４１】 このような頭部装着型ディスプレイ装置の装着者は、例えば使用環境が全体が 一様に明るい環境の場合には、回転偏光板Ｐ2 、Ｐ2 の透過軸と固定偏光板Ｐ1 、Ｐ1 の透過軸の関係が平行の状態のネガタイプにして用い、外界に高輝度物体 がある場合には、回転偏光板Ｐ2 、Ｐ2 の透過軸と固定偏光板Ｐ1 、Ｐ1 の透過 軸の関係が垂直の状態のポジタイプにして用いる。A wearer of such a head-mounted display device, for example, when the usage environment is a uniformly bright environment, the transmission axes of the rotary polarization plates P 2 and P 2 and the fixed polarization plate P 1 , P 1 are used as a negative type in which the transmission axes are parallel to each other, and when there is a high-intensity object in the outside world, the transmission axes of the rotating polarizing plates P 2 , P 2 and the fixed polarizing plates P 1 , P 1 are It is used as a positive type in which the relationship of the transmission axis is vertical.
【００４２】 このようにして、電子像の見えが外界の環境に影響され難いその場に最適なタ イプの液晶シャッタとして使用することができ、電子像が見やすくなる。In this way, the electronic image can be used as a liquid crystal shutter of a type that is most suitable for the situation where the appearance of the electronic image is unlikely to be affected by the external environment, and the electronic image is easy to see.
【００４３】 なお、各液晶シャッタ２１、２２の基板Ｇはガラスに限らず、プラスチック材 料のようなフィルムを用いてもよい。また、固定偏光板Ｐ1 、Ｐ1 の透過軸は、 図４に示した方向に限るものではなく、どのような方向になっていてもよい。ま た、図示した固定偏光板Ｐ1 と回転偏光板Ｐ2 の関係を逆転させてもよい。The substrate G of each of the liquid crystal shutters 21 and 22 is not limited to glass, and a film such as a plastic material may be used. Further, the transmission axes of the fixed polarization plates P 1 and P 1 are not limited to the directions shown in FIG. 4, and may be any directions. Further, the illustrated relationship between the fixed polarizing plate P 1 and the rotating polarizing plate P 2 may be reversed.
【００４４】 この実施例においても、図２の場合と同様、ＢＳ１０の代わりに偏光ビームス プリッタ（ＰＢＳ）１０′を用いてもよい。この場合の斜視図を図５に示す。こ のときは、回転偏光板Ｐ2 、Ｐ2 は２枚の液晶シャッタ２１、２２の間に挟まれ た偏光板に限るものとする。そして、固定偏光板Ｐ1 、Ｐ1 の透過軸は、図５に に示すように、ＰＢＳ１０′への入射面に平行にする必要がある。Also in this embodiment, as in the case of FIG. 2, a polarized beam splitter (PBS) 10 ′ may be used instead of the BS 10. A perspective view in this case is shown in FIG. In this case, the rotary polarization plates P 2 and P 2 are limited to the polarization plates sandwiched between the two liquid crystal shutters 21 and 22. The transmission axes of the fixed polarization plates P 1 and P 1 need to be parallel to the plane of incidence on the PBS 10 ', as shown in FIG.
【００４５】 さらに、電子像を拡大して見る光学系は、図４、図５に限るものではなく、様 々な光学系の場合にも、有効であることは言うまでもない。例えば、図６に断面 を示すような光学系であってもよい。すなわち、視野外に配置した２次元表示素 子１１の映像をレンズ１５、１６を介して目Ｅの前面に配置した凹面ハーフミラ ー１７により目Ｅに拡大投影するものであり、凹面ハーフミラー１７の前側には 上記と同様の液晶シャッタ２１、２２が配置される。このとき、固定偏光板Ｐ1 、Ｐ1 の透過軸はどのような方向になっていてもよい。Further, it is needless to say that the optical system for enlarging the electronic image is not limited to those shown in FIGS. 4 and 5 and is effective for various optical systems. For example, an optical system whose cross section is shown in FIG. 6 may be used. That is, an image of the two-dimensional display element 11 arranged outside the field of view is enlarged and projected onto the eye E by the concave half mirror 17 arranged in front of the eye E through the lenses 15 and 16, and the concave half mirror 17 Liquid crystal shutters 21 and 22 similar to the above are arranged on the front side. At this time, the transmission axes of the fixed polarizing plates P 1 and P 1 may be in any direction.
【００４６】 次に、実施例２の変形例である実施例３について説明する。この実施例は、回 転偏光板の回転を外界の明るさの状況に応じて自動的に行う例である。図７に外 観図を示すように、本考案による頭部装着型ディスプレイ装置本体３０の前面中 央に外界モニタ用の小型ＣＣＤカメラ３１を設ける。また、ＣＣＤカメラ３１に 取り込まれた使用者の正面の画像に対して、使用者の正面に高輝度物体があるか 、あるいは、一様に全体が明るいかの何れかを判断する画像処理手段を有してい る。このような画像処理手段としては、例えば、ＣＣＤの各画素の出力の偏差を 計算して、その偏差があるしきい値を越えたら、高輝度物体があると判断し、下 回ったら、一様に全体が明るいと判断するような処理回路を用いればよい。Next, a third embodiment, which is a modification of the second embodiment, will be described. This embodiment is an example in which the rotating polarizing plate is automatically rotated in accordance with the external brightness condition. As shown in the external view of FIG. 7, a small CCD camera 31 for monitoring the outside world is provided in the center of the front surface of the head-mounted display device body 30 according to the present invention. Further, an image processing means for judging whether the high-intensity object is in front of the user or the whole image is uniformly bright with respect to the image of the front of the user captured by the CCD camera 31. I have. As such an image processing means, for example, the deviation of the output of each pixel of the CCD is calculated, and if the deviation exceeds a certain threshold value, it is judged that there is a high-intensity object, and if it falls below the threshold value, it is judged to be uniform. In addition, a processing circuit that determines that the whole is bright may be used.
【００４７】 このような画像処理の結果、使用者の正面に高輝度物体があると判断されたと きには、実施例２の液晶シャッタ２１、２２をポジタイプの状態にし、使用者の 正面が一様に明るいと判断された場合には、液晶シャッタ２１、２２をネガタイ プの状態にする。As a result of such image processing, when it is determined that there is a high-intensity object in front of the user, the liquid crystal shutters 21 and 22 of the second embodiment are set to the positive type state, and the front of the user is kept flat. If it is determined that the brightness is bright, the liquid crystal shutters 21 and 22 are set to the negative state.
【００４８】 以上、本考案のシースルー機能付き頭部装着型ディス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、本考案はこれら実施例に限定されず種々の変形 が可能である。Although the head-mounted display device with the see-through function of the present invention has been described above based on some embodiments, the present invention is not limited to these embodiments and various modifications can be made.
【００４９】[0049]
以上の説明から明らかなように、本考案の頭部装着型ディスレイ装置によると 、液晶シャッタとして、外界像の入射光軸上に、少なくとも２枚の偏光板とその 間に配置された液晶分子層とを有し、偏光板の少なくとも１枚を前記入射光軸に 対して回転可能に設けたので、上記の少なくとも２枚の偏光板の透過軸のなす角 を適宜選択することにより、液晶シャッタをポジタイプもしくはネガタイプに選 択することができ、これにより、１台の頭部型着型ディスプレイ装置で、使用用 途あるいは環境により、その場に最適なタイプの液晶シャッタとして使用するこ とができる。 As is clear from the above description, according to the head-mounted display device of the present invention, as a liquid crystal shutter, at least two polarizing plates and a liquid crystal molecular layer disposed between them are arranged on the incident optical axis of the external image. Since at least one of the polarizing plates is provided so as to be rotatable with respect to the incident optical axis, the liquid crystal shutter can be formed by appropriately selecting the angle formed by the transmission axes of the at least two polarizing plates. A positive type or a negative type can be selected, which allows one head-mounted wearable display device to be used as an optimal type liquid crystal shutter on the spot depending on the use or environment.
【提出日】平成５年６月２３日[Submission date] June 23, 1993
【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】０００６[Correction target item name] 0006
【補正方法】変更[Correction method] Change
【０００６】 ガラス基板Ｇ、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。各図に示したように、ガラス基板Ｇ、Ｇ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ガラス基板Ｇ、Ｇの間に液晶分 子層ＬＣを挟み込む。A transparent electrode film is formed on the glass substrates G, G, an alignment film is applied on the transparent electrode film, and rubbing is performed in one direction. As shown in each drawing, the liquid crystal molecular layer LC is sandwiched between the glass substrates G and G arranged facing each other so that the rubbing directions of the alignment films of the glass substrates G and G are orthogonal to each other.
【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】０００８[Correction target item name] 0008
【補正方法】変更[Correction method] Change
【０００８】 このポジタイプの液晶シャッタに電圧を加えていないときは、液晶分子は図８ 、図９のように９０°捩じれたままなので、一方の偏光板Ｐを通過して直線偏光 となった光は、液晶分子層ＬＣ通過中に偏光方向が９０°捩じれ、もう一方の偏 光板Ｐを通過する。したがって、この液晶シャッタは透過状態となる。これに電 圧を加えると、液晶分子がガラス基板Ｇ、Ｇに垂直な方向に立ち上がるため、一 方の偏光板Ｐを通過して直線偏光となった光はそのまま偏光方向を変化されるこ となく液晶分子層ＬＣを通過するため、もう一方の偏光板Ｐを通過できなくなる 。したがって、遮光状態になる。When no voltage is applied to this positive type liquid crystal shutter, the liquid crystal molecules remain twisted by 90 ° as shown in FIGS. 8 and 9, so that light that has passed through one polarizing plate P and becomes linearly polarized light is obtained. Has its polarization direction twisted by 90 ° while passing through the liquid crystal molecule layer LC and passes through the other polarizing plate P. Therefore, this liquid crystal shutter is in a transmissive state. When a voltage is applied to this, the liquid crystal molecules rise in the direction perpendicular to the glass substrates G, G, so that the light that has passed through one of the polarizing plates P and becomes linearly polarized has its polarization direction changed as it is. Since it does not pass through the liquid crystal molecular layer LC, it cannot pass through the other polarizing plate P. Therefore, the light is blocked.
【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】００１０[Correction target item name] 0010
【補正方法】変更[Correction method] Change
【００１０】 この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、液晶分子は図１ ０、図１１のように９０°捩じれたままなので、一方の偏光板Ｐを通過して直線 偏光となった光は、液晶分子層ＬＣ通過中に偏光方向が９０°捩じれ、もう一方 の偏光板Ｐを通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 圧を加えると、液晶分子がガラス基板Ｇ、Ｇに垂直な方向に立ち上がるため、一 方の偏光板Ｐを通過して直線偏光となった光はそのまま偏光方向を変化されるこ となく液晶分子層ＬＣを通過するため、もう一方の偏光板Ｐを通過できる。した がって、透過状態になる。When a voltage is not applied to this negative type liquid crystal shutter, the liquid crystal molecules remain twisted by 90 ° as shown in FIGS. 10 and 11, so that they pass through one polarizing plate P and become linearly polarized light. The light is twisted by 90 ° in the polarization direction while passing through the liquid crystal molecular layer LC 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 rise in the direction perpendicular to the glass substrates G, G, so that the light that has passed through one of the polarizing plates P and becomes linearly polarized has its polarization direction changed as it is. Since it passes through the liquid crystal molecular layer LC without passing through it, it can pass through the other polarizing plate P. Therefore, it becomes transparent.
【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】００１２[Correction target item name] 0012
【補正方法】変更[Correction method] Change
【００１２】 視角方向が６時方向である６時視角のポジタイプとネガタイプの遮光時の透過 率を比較すると、液晶シャッタの上下方向（１２時６時方向）及び左右方向（３ 時９時方向）の視角θ0 、θ1 と透過率の関係は、それぞれ図１２、図１３に示 すようになる。各図から明らかなように、ポジタイプは視角依存性があるが、視 角が小さい範囲ではネガタイプより遮光率が高い。一方ネガタイプは視角依存性 が小さい。Comparing the light transmittances of the positive type and the negative type at the 6 o'clock viewing angle where the viewing angle direction is 6 o'clock at the time of light blocking, the up and down direction (12 o'clock 6 o'clock direction) and the left and right direction (3 o'clock 9 o'clock direction) of the liquid crystal shutter are compared. The relationship between the viewing angles θ 0 and θ 1 and the transmittance is shown in FIGS. 12 and 13, respectively. As is clear from each figure, the positive type has a viewing angle dependency, but in a range where the viewing angle is small, the light blocking rate is higher than that of the negative type. On the other hand, the negative type has small viewing angle dependence.
【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】００１４[Correction target item name] 0014
【補正方法】変更[Correction method] Change
【００１４】 一方、例えば、室内でオーディオビジュアル機器のディスプレイ装置として使 用する場合等は、電子像に集中して使用できるように、電子像観察時に外界が透 けて見えない方が好ましいので、電子像周辺部分でも遮光率の落ちないネガタイ プの液晶シャッタを組み込んだシースルー機能付きの頭部装置型ディスプレイ装 置の方が適している。On the other hand, for example, when it is used as a display device of an audiovisual apparatus indoors, it is preferable that the external world cannot be seen through when observing an electronic image so that the electronic image can be concentrated and used. A head device type display device with a see-through function that incorporates a negative-type liquid crystal shutter that does not reduce the light blocking ratio even in the peripheral area of the electronic image is more suitable.
【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
【００２０】 このような２枚重ねの場合も、シースルー機能付き頭部装着型ディスプレイ装 置は２種類考えられ、電子像観察時（液晶シャッタは遮光状態）に、各々のタイ プの液晶シャッタを組み込んだ頭部装着型ディスプレイ装置の使用環境によって は、次のような特性の違いが生じる。Even in the case of such a two-layer stack, two types of head-mounted display devices with see-through functions are conceivable. When observing an electronic image (the liquid crystal shutter is in a light-shielded state), the liquid crystal shutter of each type is used. The following characteristic differences occur depending on the environment in which the built-in head-mounted display device is used.
【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
【００２５】[0025]
上記目的を達成する本考案の頭部装着型ディスプレイ装置は、映像表示素子と 、前記映像表示素子に表示された映像を眼球内に導く光学系と、外界像を選択的 に観察するために設けられた液晶シャッタとを備えたシースルー機能付き頭部装 着型ディスプレイ装置において、前記液晶シャッタは、外界像の入射光軸上に、 少なくとも２枚の偏光板とその間に配置された液晶分子層とを有し、前記偏光板 の少なくとも１枚を前記入射光軸に対して回転可能に設けたことを特徴とするも のである。 A head-mounted display device of the present invention that achieves the above object is provided with an image display element, an optical system for guiding an image displayed on the image display element into an eyeball, and selectively observing an external image. In a head-mounted display device with a see-through function, the liquid crystal shutter comprises: And at least one of the polarizing plates is rotatably provided with respect to the incident optical axis.
【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】００３１[Correction target item name] 0031
【補正方法】変更[Correction method] Change
【００３１】 ところで、液晶シャッタ１３は、ガラス基板Ｇ、Ｇの間に配置された液晶分子 層ＬＣとその両側に配置された２枚の偏光板からなり、一方の偏光板Ｐ1 は一方 のガラス基板Ｇに貼り付けてあるが、もう一方の偏光板Ｐ2 は、光軸の周りで９ ０°回転できるようになっている。この回転は、例えば回転偏光板Ｐ2 の外周部 の一部に突起部を付けて手動により回転させるようにしてもよいし、偏光板Ｐ2 の外周部全てにギアを切ってギア付きのモータで回転させる等、機械的、電気的 の如何なる方法でもよい。By the way, the liquid crystal shutter 13 is composed of a liquid crystal molecular layer LC arranged between the glass substrates G and G and two polarizing plates arranged on both sides thereof, and one polarizing plate P 1 is one glass. Although attached to the substrate G, the other polarizing plate P 2 can rotate 90 ° around the optical axis. This rotation is, for example, polarization rotated in a part of the outer peripheral portion of the optical plate P 2 may be rotated manually with the projections, with the gear off the gear on the outer periphery all the polarizer P 2 motor Any mechanical or electrical method such as rotating by.
【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】００３５[Correction target item name] 0035
【補正方法】変更[Correction method] Change
【００３５】 この実施例において、ＢＳ１０の代わりに偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１ ０′を用いてもよい。この場合の斜視図を図２に示す。このときは、回転偏光板 Ｐ2 はＰＢＳ１０′から遠い側の偏光板に限るものとする。そして、固定偏光板 Ｐ1 の透過軸は、図２に示すように、ＰＢＳ１０′への入射光がＰ偏光となるよ うにする必要がある。なお、この場合は、ＰＢＳ１０′と凹面鏡１２の間にλ／ ４波長板１４を配置して、２次元表示素子１１から出てＰＢＳ１０′を透過した 光が、凹面鏡１２で反射後ＰＢＳ１０′で反射するように、偏光面を９０°回転 させるようにする。In this embodiment, a polarizing beam splitter (PBS) 10 ′ may be used instead of BS10. A perspective view of this case is shown in FIG. At this time, the rotary polarizing plate P 2 is limited to the polarizing plate on the side far from the PBS 10 '. Then, the transmission axis of the fixed polarizing plate P 1 needs to be such that the light incident on the PBS 10 ′ is P-polarized, as shown in FIG. In this case, the λ / 4 wave plate 14 is arranged between the PBS 10 ′ and the concave mirror 12 so that the light emitted from the two-dimensional display element 11 and transmitted through the PBS 10 ′ is reflected by the concave mirror 12 and then reflected by the PBS 10 ′. As described above, the polarization plane is rotated by 90 °.
【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】００４４[Correction target item name] 0044
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００４４】 この実施例においても、図２の場合と同様、ＢＳ１０の代わりに偏光ビームス プリッタ（ＰＢＳ）１０′を用いてもよい。この場合の斜視図を図５に示す。こ のときは、回転偏光板Ｐ2 、Ｐ2 は２枚の液晶シャッタ２１、２２の間に挟まれ た偏光板に限るものとする。そして、固定偏光板Ｐ1 、Ｐ1 の透過軸は、図５に に示すように、ＰＢＳ１０′への入射光がＰ偏光となるようにする必要がある。Also in this embodiment, as in the case of FIG. 2, a polarized beam splitter (PBS) 10 ′ may be used instead of the BS 10. A perspective view in this case is shown in FIG. In this case, the rotary polarization plates P 2 and P 2 are limited to the polarization plates sandwiched between the two liquid crystal shutters 21 and 22. Then, the transmission axes of the fixed polarization plates P 1 and P 1 need to be such that the light incident on the PBS 10 ′ is P-polarized, as shown in FIG.
【図１】本考案の実施例１の頭部装着型ディスレイ装置
の構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a head-mounted display device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】実施例１の変形例の構成を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a modified example of the first embodiment.
【図３】実施例１の別の変形例の構成を示す断面図であ
る。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of another modification of the first embodiment.
【図４】実施例２の構成を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a second embodiment.
【図５】実施例２の変形例の構成を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a modified example of the second embodiment.
【図６】実施例２の別の変形例の構成を示す断面図であ
る。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of another modification of the second embodiment.
【図７】実施例３の頭部装着型ディスプレイ装置本体の
外観図である。FIG. 7 is an external view of a head-mounted display device body according to a third embodiment.
【図８】ポジタイプの液晶シャッタの分解斜視図であ
る。FIG. 8 is an exploded perspective view of a positive type liquid crystal shutter.
【図９】別のポジタイプの液晶シャッタの分解斜視図で
ある。FIG. 9 is an exploded perspective view of another positive type liquid crystal shutter.
【図１０】ネガタイプの液晶シャッタの分解斜視図であ
る。FIG. 10 is an exploded perspective view of a negative type liquid crystal shutter.
【図１１】別のネガタイプの液晶シャッタの分解斜視図
である。FIG. 11 is an exploded perspective view of another negative type liquid crystal shutter.
【図１２】ポジタイプの液晶シャッタの遮光時の視角と
遮光率の関係を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a relationship between a viewing angle and a light blocking rate when blocking light from a positive type liquid crystal shutter.
【図１３】ネガタイプの液晶シャッタの遮光時の視角と
遮光率の関係を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a relationship between a viewing angle and a light blocking rate when blocking light from a negative type liquid crystal shutter.
【図１４】２枚の液晶シャッタの重ね合わせ状態を示す
図である。FIG. 14 is a diagram showing a superposed state of two liquid crystal shutters.
【図１５】２枚の液晶シャッタの別の重ね合わせ状態を
示す図である。FIG. 15 is a diagram showing another overlapping state of two liquid crystal shutters.
【図１６】ポジタイプの２枚の液晶シャッタの重ね合わ
せ状態での遮光時の視角と遮光率の関係を示す図であ
る。FIG. 16 is a diagram showing a relationship between a viewing angle and a light blocking rate when light is blocked in the overlapping state of two positive type liquid crystal shutters.
【図１７】ネガタイプの２枚の液晶シャッタの重ね合わ
せ状態での遮光時の視角と遮光率の関係を示す図であ
る。FIG. 17 is a diagram showing a relationship between a viewing angle and a light blocking rate when light is blocked in the overlapping state of two negative type liquid crystal shutters.
Ｅ…目 Ｇ…ガラス基板 ＬＣ…液晶 Ｐ1 …固定偏光板 Ｐ2 …回転偏光板 １０…ビームスプリッタ（ＢＳ） １０′…偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ） １１…２次元表示素子 １２…凹面鏡 １３、２１、２２…液晶シャッタ １４…λ／４波長板 １５、１６…レンズ １７…凹面ハーフミラー ３０…頭部装着型ディスプレイ装置本体 ３１…ＣＣＤカメラE ... eyes G ... glass substrate LC ... liquid crystal P 1 ... fixed polarizer P 2 ... rotating polarizing plate 10 ... beam splitter (BS) 10 '... polarizing beam splitter (PBS) 11 ... 2-dimensional display device 12 ... a concave mirror 13 and 21 , 22 ... Liquid crystal shutter 14 ... λ / 4 wave plate 15, 16 ... Lens 17 ... Concave half mirror 30 ... Head-mounted display device body 31 ... CCD camera
─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成５年６月２３日[Submission date] June 23, 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】請求項１[Name of item to be corrected] Claim 1
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【手続補正１２】[Procedure Amendment 12]
【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】本考案の実施例１の頭部装着型ディスレイ装置
の構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a head-mounted display device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】実施例１の変形例の構成を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a modified example of the first embodiment.
【図３】実施例１の別の変形例の構成を示す断面図であ
る。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of another modification of the first embodiment.
【図４】実施例２の構成を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a second embodiment.
【図５】実施例２の変形例の構成を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a modified example of the second embodiment.
【図６】実施例２の別の変形例の構成を示す断面図であ
る。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of another modification of the second embodiment.
【図７】実施例３の頭部装着型ディスプレイ装置本体の
外観図である。FIG. 7 is an external view of a head-mounted display device body according to a third embodiment.
【図８】ポジタイプの液晶シャッタの分解斜視図であ
る。FIG. 8 is an exploded perspective view of a positive type liquid crystal shutter.
【図９】別のポジタイプの液晶シャッタの分解斜視図で
ある。FIG. 9 is an exploded perspective view of another positive type liquid crystal shutter.
【図１０】ネガタイプの液晶シャッタの分解斜視図であ
る。FIG. 10 is an exploded perspective view of a negative type liquid crystal shutter.
【図１１】別のネガタイプの液晶シャッタの分解斜視図
である。FIG. 11 is an exploded perspective view of another negative type liquid crystal shutter.
【図１２】ポジタイプの液晶シャッタの遮光時の視角と
透過率の関係を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a relationship between a viewing angle and a transmittance when a positive type liquid crystal shutter is shielded.
【図１３】ネガタイプの液晶シャッタの遮光時の視角と
透過率の関係を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a relationship between a viewing angle and transmittance when a negative type liquid crystal shutter is shielded from light.
【図１４】２枚の液晶シャッタの重ね合わせ状態を示す
図である。FIG. 14 is a diagram showing a superposed state of two liquid crystal shutters.
【図１５】２枚の液晶シャッタの別の重ね合わせ状態を
示す図である。FIG. 15 is a diagram showing another overlapping state of two liquid crystal shutters.
【図１６】ポジタイプの２枚の液晶シャッタの重ね合わ
せ状態での遮光時の視角と透過率の関係を示す図であ
る。FIG. 16 is a diagram showing a relationship between a viewing angle and a transmittance when light is shielded in the overlapping state of two positive type liquid crystal shutters.
【図１７】ネガタイプの２枚の液晶シャッタの重ね合わ
せ状態での遮光時の視角と透過率の関係を示す図であ
る。FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the viewing angle and the transmittance when light is shielded in the overlapping state of two negative type liquid crystal shutters.
【符号の説明】 Ｅ…目 Ｇ…ガラス基板 ＬＣ…液晶分子層 Ｐ1 …固定偏光板 Ｐ2 …回転偏光板 １０…ビームスプリッタ（ＢＳ） １０′…偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ） １１…２次元表示素子 １２…凹面鏡 １３、２１、２２…液晶シャッタ １４…λ／４波長板 １５、１６…レンズ １７…凹面ハーフミラー ３０…頭部装着型ディスプレイ装置本体 ３１…ＣＣＤカメラ[EXPLANATION OF SYMBOLS] E ... eyes G ... glass substrate LC ... liquid crystal molecular layers P 1 ... fixed polarizer P 2 ... rotating polarizing plate 10 ... beam splitter (BS) 10 '... polarizing beam splitter (PBS) 11 ... 2-dimensional display Element 12 ... Concave mirror 13, 21, 22 ... Liquid crystal shutter 14 ... λ / 4 wave plate 15, 16 ... Lens 17 ... Concave half mirror 30 ... Head mounted display device body 31 ... CCD camera
【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１[Name of item to be corrected] Figure 1
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図１】 [Figure 1]
【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１５】[Procedure Amendment 15]
【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１６】[Procedure Amendment 16]
【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] Figure 4
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図４】 [Figure 4]
【手続補正１７】[Procedure Amendment 17]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図５[Name of item to be corrected] Figure 5
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図５】 [Figure 5]
【手続補正１８】[Procedure 18]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図８[Correction target item name] Figure 8
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図８】 [Figure 8]
【手続補正１９】[Procedure Amendment 19]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図９[Correction target item name] Figure 9
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図９】 [Figure 9]
【手続補正２０】[Procedure amendment 20]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図１０[Name of item to be corrected] Fig. 10
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図１０】 [Figure 10]
【手続補正２１】[Procedure correction 21]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図１１[Name of item to be corrected] Fig. 11
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図１１】 FIG. 11
Claims (1)
示された映像を眼球内に導く光学系と、外界像を選択的
に観察するために設けられた液晶シャッタとを備えたシ
ースルー機能付き頭部装着型ディスレイ装置において、 前記液晶シャッタは、外界像の入射光軸上に、少なくと
も２枚の偏光板とその間に配置された液晶分子層とを有
し、 前記偏光板の少なくとも１枚を前記入射光軸に対して回
転可能に設けたことを特徴とする頭部装着型ディスプレ
イ装置。1. A see-through function provided with an image display device, an optical system for guiding an image displayed on the image display device into an eyeball, and a liquid crystal shutter provided for selectively observing an external image. In the head-mounted display device, the liquid crystal shutter has at least two polarizing plates and a liquid crystal molecule layer arranged between them on the incident optical axis of the external image, and at least one of the polarizing plates is provided. A head-mounted display device, which is rotatably provided with respect to the incident optical axis.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1016393U JPH0670381U (en) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | Head-mounted 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 |
|---|---|---|---|
| JP1016393U JPH0670381U (en) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | Head-mounted display device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0670381U true JPH0670381U (en) | 1994-09-30 |
Family
ID=11742619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1016393U Withdrawn JPH0670381U (en) | 1992-05-26 | 1993-03-10 | Head-mounted display device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0670381U (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH075409A (en) * | 1993-06-17 | 1995-01-10 | Sharp Corp | Picture display device |
| JPH08160340A (en) * | 1994-12-05 | 1996-06-21 | Canon Inc | Image forming device |
| WO2012105432A1 (en) * | 2011-01-31 | 2012-08-09 | ブラザー工業株式会社 | Head mounted display |
-
1993
- 1993-03-10 JP JP1016393U patent/JPH0670381U/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH075409A (en) * | 1993-06-17 | 1995-01-10 | Sharp Corp | Picture display device |
| JPH08160340A (en) * | 1994-12-05 | 1996-06-21 | Canon Inc | Image forming device |
| WO2012105432A1 (en) * | 2011-01-31 | 2012-08-09 | ブラザー工業株式会社 | Head mounted display |
| JP2012159680A (en) * | 2011-01-31 | 2012-08-23 | Brother Ind Ltd | Head mount display |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19970703 |