Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP7235146B2 - Head-mounted display and display system - Google Patents

Head-mounted display and display system Download PDF

Info

Publication number
JP7235146B2
JP7235146B2 JP2022022667A JP2022022667A JP7235146B2 JP 7235146 B2 JP7235146 B2 JP 7235146B2 JP 2022022667 A JP2022022667 A JP 2022022667A JP 2022022667 A JP2022022667 A JP 2022022667A JP 7235146 B2 JP7235146 B2 JP 7235146B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
head
mounted display
display device
light guide
temple
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022022667A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022069469A (en
Inventor
成伸 平野
泰男 片野
健司 亀山
規和 五十嵐
直樹 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2018050259A external-priority patent/JP7027987B2/en
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2022022667A priority Critical patent/JP7235146B2/en
Publication of JP2022069469A publication Critical patent/JP2022069469A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7235146B2 publication Critical patent/JP7235146B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、頭部装着型表示装置および表示システムに関する。 The present invention relates to head-mounted display devices and display systems.

近年、多くのメガネ型の頭部装着型表示装置(形状に応じてヘッドマウントディスプレイ(HMD)、VR(Virtual Reality)ゴーグル、VRグラス、スマートグラス、AR(Augmented Reality)グラス、グラスディスプレイ、グラスデバイスなどと呼称される)が開発されている。眼前のディスプレイに仮想映像を表示したり、現実の背景に仮想画像を重畳して表示したりすることで、従来の卓上型ディスプレイ、スマートフォン、およびタブレット端末とは全く異なる体験を得ることができる。頭部装着型表示装置は、主に以下の3つのタイプに分けられる。 In recent years, many glasses-type head-mounted display devices (head-mounted displays (HMD), VR (Virtual Reality) goggles, VR glasses, smart glasses, AR (Augmented Reality) glasses, glass displays, glass devices etc.) have been developed. By displaying a virtual image on the display in front of you or superimposing a virtual image on the real background, you can get an experience that is completely different from that of conventional desktop displays, smartphones, and tablet terminals. Head-mounted display devices are mainly classified into the following three types.

1つ目は、ディスプレイが眼前にあり、直接、またはレンズを通して見るタイプである。このタイプは、両眼非透過型のVR表示をするヘッドマウントディスプレイ、または小型単眼型のヘッドマウントディスプレイなどで用いられる。例えば、1つ目のタイプとして、左右2ユニットの画像表示素子、駆動回路および光学系をそれぞれ眼前に設置して、視野角90度以上の大画面表示を可能とする両眼非透過型のヘッドマウントディスプレイが開示されている(特許文献1を参照)。また、眼前に小型の画像表示素子、駆動回路および光学系を1ユニットだけ搭載して、重量が30g程度の軽量を可能とする小型単眼型のヘッドマウントディスプレイが開示されている(特許文献2を参照)。 The first is a type in which the display is in front of the eyes and viewed directly or through a lens. This type is used in a head mount display for binocular non-transmissive VR display, a small monocular head mount display, or the like. For example, the first type is a binocular non-transmissive head that enables large-screen display with a viewing angle of 90 degrees or more by installing two units of image display elements on the left and right sides, a driving circuit, and an optical system in front of the eyes. A mount display has been disclosed (see Patent Document 1). In addition, a compact monocular type head-mounted display has been disclosed in which only one unit of a compact image display device, a drive circuit and an optical system are mounted in front of the eyes, and the weight can be reduced to about 30 g (see Patent Document 2). reference).

2つ目は、画像表示素子から出る画像光を投射し、眼前にあるミラーまたはハーフミラー等の半透過素子で反射させることにより見るタイプである。このタイプは、画像表示素子と、ミラーまたはハーフミラー等の半透過素子とを離して設置することができるため、画像表示素子を眼球表面より後ろ側に配置することで眼前の重量を軽減し、鼻への負担を減らすことができる。例えば、2つ目のタイプとして、顔の横から眼前のミラーまたはハーフミラー等の半透過素子に画像光を投射する表示装置が開示されている(特許文献3を参照)。 The second type is a type in which image light emitted from an image display device is projected and reflected by a semi-transmissive device such as a mirror or a half mirror in front of the eye. In this type, since the image display element and the semi-transmissive element such as a mirror or half mirror can be installed separately, the weight in front of the eye can be reduced by arranging the image display element behind the eyeball surface. You can reduce the burden on your nose. For example, as a second type, a display device has been disclosed in which image light is projected from the side of the face onto a semi-transmissive element such as a mirror or a half mirror in front of the user's eyes (see Patent Document 3).

3つ目は、画像表示素子から出る画像光を、導光板を通して見るタイプである。このタイプは、例えば、両眼透過型のAR表示をするヘッドマウントディスプレイなどで用いられる。このタイプは、画像表示素子から出る画像光を、コリメートレンズまたはミラーで導光板に導き、当該導光板を通して眼に対して入射させる。このように、画像光を導光板に通すことで、視野角20度以上の画像表示が可能となり、導光板の構造によっては視野角が60度程度の大画像表示も可能となる。例えば、3つ目のタイプとして、画像表示素子、コリメートレンズ、ミラーおよび導光板が一体型となった構造を有し、当該構造体の重心が眼球表面よりも前に位置する表示装置が開示されている(特許文献4~6を参照)。 The third type is a type in which image light emitted from an image display element is viewed through a light guide plate. This type is used, for example, in a head-mounted display for binocular transmissive AR display. In this type, image light emitted from an image display element is guided to a light guide plate by a collimating lens or mirror, and made incident on the eye through the light guide plate. Thus, by passing the image light through the light guide plate, it is possible to display an image with a viewing angle of 20 degrees or more, and depending on the structure of the light guide plate, it is possible to display a large image with a viewing angle of about 60 degrees. For example, as a third type, there is disclosed a display device having a structure in which an image display element, a collimating lens, a mirror, and a light guide plate are integrated, and the center of gravity of the structure is positioned in front of the surface of the eyeball. (See Patent Documents 4 to 6).

しかしながら、1つ目のタイプでは次のような問題がある。例えば、特許文献1に記載されたような両眼非透過型のヘッドマウントディスプレイは、視野角90度以上の大画面表示が可能であるが、左右2ユニットの画像表示素子、駆動回路および光学系をそれぞれ眼前に設置する構造であるため、眼前の総重量が500g以上となる場合が多い。そのため、重い構造体を長時間装着し続けることは困難である。また、上記両眼非透過型のヘッドマウントディスプレイは、当該構造体を折り畳んだり分解したりすることは難しく、持ち運ぶ場合、かさばってしまう。また、特許文献2に記載されたような小型単眼型のヘッドマウントディスプレイは、眼前に小型の画像表示素子、駆動回路および光学系を1ユニットだけ搭載するため、重量が30g程度と軽量ではあるが、視野角が15度程度であるため、表示画面が小さく、利用範囲が限られる。また、上記小型単眼型のヘッドマウントディスプレイは、画像表示素子と光学系とが一体型となった構造であるため、持ち運びのときにコンパクトに畳むことができない。 However, the first type has the following problems. For example, a binocular non-transmissive head-mounted display such as that described in Patent Document 1 is capable of displaying a large screen with a viewing angle of 90 degrees or more. are installed in front of the eyes, the total weight in front of the eyes is often 500 g or more. Therefore, it is difficult to keep wearing a heavy structure for a long time. In addition, it is difficult to fold or disassemble the structure of the binocular non-transmissive head-mounted display, and the structure is bulky when carried. In addition, the small monocular type head-mounted display as described in Patent Document 2 has a small image display element, a driving circuit and an optical system mounted in front of the eyes, so it weighs about 30 g, although it is light. Since the viewing angle is about 15 degrees, the display screen is small and the range of use is limited. In addition, since the above-mentioned compact monocular head-mounted display has a structure in which the image display device and the optical system are integrated, it cannot be folded compactly when carrying.

また、2つ目のタイプでは次のような問題がある。例えば、特許文献3に記載されたような表示装置は、顔の横から眼前のミラーまたはハーフミラー等の半透過素子に投射することから、大画面を表示させることが難しい。また、このタイプは、現在、公表されているものでも、視野角が10度以下のような小さい画面しか表示できない。 In addition, the second type has the following problems. For example, the display device described in Patent Document 3 projects from the side of the face onto a semi-transmissive element such as a mirror or a half mirror in front of the eye, so it is difficult to display a large screen. In addition, this type of display can only display a small screen with a viewing angle of 10 degrees or less, even if it is currently publicized.

また、3つ目のタイプでは次のような問題がある。例えば、特許文献4~6に記載されたような表示装置は、画像表示素子、コリメートレンズ、ミラーおよび導光板が一体型となった構造であることにより、当該構造体の重心が眼球表面より前にあるため、少なくとも以下の3点の問題点がある。 In addition, the third type has the following problems. For example, the display devices described in Patent Documents 4 to 6 have a structure in which an image display element, a collimating lens, a mirror, and a light guide plate are integrated, so that the center of gravity of the structure is in front of the surface of the eyeball. Therefore, there are at least the following three problems.

1点目の問題点は、鼻に対する荷重負担の問題である。具体的には、特許文献4~6に記載されたような表示装置は、画像表示素子、コリメートレンズ、ミラーおよび導光板が一体型となった構造であるため、40gから100g程度の重量である。さらに重心位置より鼻パッドと耳パッドでの重量比は8:2~9:1となり、鼻パッド部には30gから80g程度の荷重がかかる。近視矯正眼鏡では鼻パッドへの荷重は10g程度であることから、通常の近視矯正眼鏡の3倍から8倍もの荷重が鼻にかかる。このため、当該構造体を長時間装着すると、鼻パッド付近の皮膚が炎症して痛みが発生する可能性がある。 The first problem is the load bearing on the nose. Specifically, the display devices as described in Patent Documents 4 to 6 have a structure in which an image display element, a collimating lens, a mirror, and a light guide plate are integrated, so the weight is about 40 g to 100 g. . Further, the weight ratio between the nose pad and the ear pad is 8:2 to 9:1 from the position of the center of gravity, and a load of about 30 g to 80 g is applied to the nose pad portion. Since the load on the nose pad of the glasses for correcting myopia is about 10 g, the load applied to the nose is 3 to 8 times that of normal glasses for correcting myopia. Therefore, if the structure is worn for a long time, the skin around the nose pad may become inflamed and cause pain.

2点目の問題点は、視野に関する問題である。両眼透過型ヘッドマウントディスプレイは、現実世界を見ながら画像表示情報を同時に見たり、画像をAR重畳させたりして利用するため、装着しながら歩いたり作業をしたりすることを前提とする。しかしながら、特許文献4~6に記載されたような表示装置は、画像表示素子、コリメートレンズ、ミラーおよび導光板が一体型となった構造であるため、当該構造体が、装着者の左右の周辺視野を塞ぐ形態となっている。一般的な人間の視野は180度以上であるが、当該構造体を装着すると100度以下に低下する可能性があるため、視野が狭い状態で動いたり作業をしたりすることは危険を伴い、装着時の安全性が低下する可能性がある。 The second problem is that of the field of view. The binocular transmissive head-mounted display is used by simultaneously viewing image display information while looking at the real world, or by AR superimposing images, so it is assumed that the user walks or works while wearing the display. However, the display devices described in Patent Documents 4 to 6 have a structure in which an image display element, a collimating lens, a mirror, and a light guide plate are integrated. It has a form that blocks the field of view. The general human field of vision is 180 degrees or more, but wearing this structure may reduce it to 100 degrees or less, so it is dangerous to move or work in a narrow field of view. Safety during installation may decrease.

3点目の問題点は、大きさに関する問題である。ヘッドマウントディスプレイは、外出先などで大画面表示をするときに有効であるが、持ち運びやすいように形状がコンパクトであることも重要な要素である。例えば、ヘッドマウントディスプレイを持ち運ぶために折り畳んだり、簡易に分解または組み立てができたりするとよい。しかしながら、特許文献4~6に記載されたような表示装置は、画像表示素子、コリメートレンズ、ミラーおよび導光板が一体型であるゆえに、形状がコンパクトではなく、例えば、折り畳みや分解ができない構造となっている。 The third problem is that of size. A head-mounted display is effective for large-screen display on the go, but it is also an important factor that the shape is compact so that it can be carried easily. For example, the head-mounted display may be folded for portability, or may be easily disassembled or assembled. However, the display devices described in Patent Documents 4 to 6 are not compact in shape because the image display device, collimator lens, mirror and light guide plate are integrated, and for example, they have a structure that cannot be folded or disassembled. It's becoming

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、眼前の大画面表示を可能とし、なおかつ、装着時の鼻への荷重負荷を軽減し、また、装着者の左右の周辺視野を確保し、また、形状をコンパクトにすることができる頭部装着型表示装置および表示システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and enables a large screen display in front of the eyes, reduces the load on the nose when worn, and secures the left and right peripheral vision of the wearer. Another object of the present invention is to provide a head-mounted display device and a display system that can be compact in shape.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、テンプルと、光源から出射された光束を前記テンプルに沿って伝播する光学系と、前記光学系から伝播された前記光束の角度を変更するミラーと、前記ミラーにより角度が変更された前記光束を装着者の瞳に導く導光板と、を有し、前記ミラーの反射面は、前記導光板の前記瞳側の面とは異なる面であり、かつ前記導光板の前記瞳側の面に対し傾斜して配置されていて、前記ミラーは、前記テンプルより外側に配置されていて、前記光学系から伝播された前記光束を、前記テンプルより外側から前記導光板に入射することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a temple, an optical system for propagating a light beam emitted from a light source along the temple , and an angle of the light beam propagated from the optical system. and a light guide plate that guides the luminous flux whose angle has been changed by the mirror to the wearer's pupil, wherein the reflecting surface of the mirror is different from the pupil-side surface of the light guide plate and is arranged to be inclined with respect to the pupil-side surface of the light guide plate. The light is incident on the light guide plate from the outside of the temple .

本発明によれば、眼前の大画面表示を可能とし、なおかつ、装着時の鼻への荷重負荷を軽減し、また、装着者の左右の周辺視野を確保し、また、形状をコンパクトにすることができる。 According to the present invention, it is possible to display a large screen in front of the eyes, reduce the load on the nose when worn, secure the left and right peripheral vision of the wearer, and make the shape compact. can be done.

図1は、第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置を備えた表示システムの構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a display system including a head-mounted display device according to the first embodiment. 図2は、第2の実施形態に係る頭部装着型表示装置のマイクロミラーデバイスの動作の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the operation of the micromirror device of the head-mounted display device according to the second embodiment. 図3は、第2の実施形態に係る頭部装着型表示装置のマイクロミラーデバイスの動作の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the operation of the micromirror device of the head-mounted display device according to the second embodiment. 図4は、第2の実施形態に係る頭部装着型表示装置のマイクロミラーデバイスの動作の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of the operation of the micromirror device of the head-mounted display device according to the second embodiment. 図5は、第3の実施形態に係る頭部装着型表示装置の構成の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of a head-mounted display device according to the third embodiment. 図6は、第4の実施形態に係る頭部装着型表示装置の構成の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of the configuration of a head-mounted display device according to the fourth embodiment.

以下に添付図面を参照して、頭部装着型表示装置および表示システムの実施の形態を詳細に説明する。なお、各実施形態及び図面において、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。 Embodiments of a head-mounted display device and a display system will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In addition, in each embodiment and drawing, the same code|symbol may be attached|subjected to the same component and the overlapping description may be abbreviate|omitted.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10を備えた表示システム1の構成の一例を示す図である。ここで、図1に示す頭部装着型表示装置10は、一般の眼鏡と類似の形態を有するが、この形態に限定されるものではない。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a display system 1 including a head-mounted display device 10 according to the first embodiment. Here, the head-mounted display device 10 shown in FIG. 1 has a form similar to general eyeglasses, but is not limited to this form.

図1に示すように、表示システム1は、レーザー光源20と、頭部装着型表示装置10とを備えている。頭部装着型表示装置10は、装着者に装着される装置である。レーザー光源20は、装着者に装着されない装置であり、頭部装着型表示装置10にレーザー光を出射する。 As shown in FIG. 1 , the display system 1 includes a laser light source 20 and a head-mounted display device 10 . The head-mounted display device 10 is a device worn by a wearer. The laser light source 20 is a device that is not worn by the wearer, and emits laser light to the head-mounted display device 10 .

頭部装着型表示装置10は、導光板100a、100bと、光ファイバー200と、マイクロミラーデバイス300a、300bと、ブリッジ400と、テンプル500a、500bとを備えている。 The head-mounted display device 10 includes light guide plates 100a and 100b, an optical fiber 200, micromirror devices 300a and 300b, a bridge 400, and temples 500a and 500b.

テンプル500a、500bは、装着者の左右の耳にかかる部材であり、それぞれ、左右の導光板100a、100bの一端部150a、150bに取り付けられている。テンプル500a、500bは、装着者の耳にかかることにより、装着者から頭部装着型表示装置10が落下しないように、頭部装着型表示装置10を支持する。 The temples 500a and 500b are members that touch the wearer's left and right ears, and are attached to one end portions 150a and 150b of the left and right light guide plates 100a and 100b, respectively. The temples 500a and 500b support the head-mounted display device 10 so that the head-mounted display device 10 does not fall from the wearer by hanging over the ears of the wearer.

ブリッジ400は、左右の導光板100a、100bの他端部を繋ぎ、装着者の鼻にかかる部材である。また、ブリッジ400には、装着者の鼻を両脇から挟んで頭部装着型表示装置10を支持するためのパッド(鼻あて)が取り付けられている。 The bridge 400 is a member that connects the other ends of the left and right light guide plates 100a and 100b and hangs over the wearer's nose. Pads (nose pads) are attached to the bridge 400 for supporting the head-mounted display device 10 with both sides of the wearer's nose sandwiched therebetween.

光ファイバー200は、その一部がテンプル500a、500bに沿ってそれぞれ設けられている。以下、光ファイバー200の一部を、光ファイバー200a、200bと記載する。光ファイバー200a、200bは、それぞれ、左右の導光板100a、100bの一端部150a、150bに取り付けられている。光ファイバー200a、200bは、レーザー光源20から出射されたレーザー光を伝播する。 A portion of the optical fiber 200 is provided along each of the temples 500a and 500b. A portion of the optical fiber 200 is hereinafter referred to as optical fibers 200a and 200b. The optical fibers 200a and 200b are attached to one ends 150a and 150b of the left and right light guide plates 100a and 100b, respectively. The optical fibers 200 a and 200 b propagate laser light emitted from the laser light source 20 .

マイクロミラーデバイス300a、300bは、光ファイバー200a、200bから伝播されたレーザー光の角度を変更する。マイクロミラーデバイス300a、300bは、それぞれ、マイクロミラー310a、310bと、ミラー制御部320a、320bとを有する。ミラー制御部320a、320bは、それぞれ、レーザー光の導光板100a、100bへの入射角が変更されるように、マイクロミラー310a、310bの角度を変更する。 Micromirror devices 300a, 300b change the angle of laser light propagated from optical fibers 200a, 200b. The micromirror devices 300a, 300b respectively have micromirrors 310a, 310b and mirror controllers 320a, 320b. The mirror controllers 320a and 320b change the angles of the micromirrors 310a and 310b so that the incident angles of the laser beams to the light guide plates 100a and 100b are changed, respectively.

導光板100a、100bは、それぞれ、その本体に、導光部110a、110bと、反射部120a、120bとを有する。導光部110a、110bは、それぞれ、マイクロミラーデバイス300a、300bにより角度が変更されたレーザー光を全反射させながら導光する部分である。反射部120a、120bは、それぞれ、導光部110a、110bにより導光されたレーザー光を、装着者の瞳800a、800bに導くように反射させる部分である。 The light guide plates 100a and 100b respectively have light guide portions 110a and 110b and reflection portions 120a and 120b in their bodies. The light guide portions 110a and 110b are portions that guide the laser beams whose angles are changed by the micromirror devices 300a and 300b while totally reflecting the laser beams. The reflecting portions 120a and 120b are portions that reflect the laser beams guided by the light guiding portions 110a and 110b so as to guide them to the wearer's pupils 800a and 800b.

導光板100a、100bにおいて、一端部150a、150bは、例えば、頭部装着型表示装置10を上から見た場合は三角形状であり、第1面と、第2面と、第3面とを有する。一端部150a、150bの第1面は、それぞれ、導光板100a、100bの本体に接する面である。一端部150a、150bの第2面は、それぞれ、例えば第1面に直交する面であり、テンプル500a、500bと光ファイバー200a、200bとが取り付けられる。一端部150a、150bの第3面は、それぞれ、例えば第1面および第2面と交差する面であり、マイクロミラーデバイス300a、300bが取り付けられ、マイクロミラー310a、310bと対向する。 In the light guide plates 100a and 100b, one end portions 150a and 150b have, for example, a triangular shape when the head-mounted display device 10 is viewed from above, and have a first surface, a second surface, and a third surface. have. The first surfaces of the one end portions 150a and 150b are surfaces in contact with the bodies of the light guide plates 100a and 100b, respectively. The second surfaces of the one ends 150a and 150b are, for example, surfaces orthogonal to the first surfaces, and temples 500a and 500b and optical fibers 200a and 200b are attached thereto. A third surface of one end 150a, 150b is a surface that intersects the first surface and the second surface, respectively, and has micromirror devices 300a, 300b mounted thereon, facing micromirrors 310a, 310b.

この導光板100a、100bの形状により、マイクロミラーデバイス300a、300bは、それぞれ、導光板100a、100bのレーザー光を瞳800a、800bに導く側とは反対側に配置されている。 Due to the shapes of the light guide plates 100a and 100b, the micromirror devices 300a and 300b are arranged on the sides opposite to the sides of the light guide plates 100a and 100b that guide the laser light to the pupils 800a and 800b, respectively.

第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10の処理について説明する。まず、レーザー光源20から出射された光が光ファイバー200a、200bで導光板100a、100bまで導かれる。次に、導光板100a、100bの瞳800a、800bとは反対側の表面(外側表面)に位置するマイクロミラーデバイス300a、300bに光照射される。マイクロミラーデバイス300a、300bで反射されたレーザー光は導光板100a、100bの中を導光して瞳800a、800bに入る。ここで、マイクロミラーデバイス300a、300bは高速でミラーの角度が変わるデバイスであるため、画像信号に応じてミラーの角度を変えることで、装置者は導光板100a、100bから画像として認識することができる。 Processing of the head-mounted display device 10 according to the first embodiment will be described. First, light emitted from the laser light source 20 is guided to the light guide plates 100a and 100b by the optical fibers 200a and 200b. Next, the micromirror devices 300a and 300b located on the surfaces (outer surfaces) of the light guide plates 100a and 100b opposite to the pupils 800a and 800b are irradiated with light. The laser beams reflected by the micromirror devices 300a and 300b are guided through the light guide plates 100a and 100b and enter the pupils 800a and 800b. Here, since the micromirror devices 300a and 300b are devices in which the angles of the mirrors change at high speed, by changing the angles of the mirrors according to the image signals, the apparatus can recognize images from the light guide plates 100a and 100b. can.

このように、第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10は、マイクロミラーデバイス300a、300bを備える構造であるため、装着時の鼻への荷重負荷を軽減し、また、装着者の左右の周辺視野を確保し、また、形状をコンパクトにすることができる。 As described above, the head-mounted display device 10 according to the first embodiment has a structure including the micromirror devices 300a and 300b. The left and right peripheral vision can be secured, and the shape can be made compact.

例えば、従来の頭部装着型表示装置(呼称としてヘッドマウントディスプレイ(HMD)、VRゴーグル、VRグラス、スマートグラス、ARグラス、グラスディスプレイ、グラスデバイスなど)は、画像表示素子として光源、ディスプレイ、レンズが一体型であり、大きく、重量のある構造である。近年のディスプレイ技術の発展で画素数1280×720を有する画面サイズが0.5インチ以下のマイクロディスプレイが製造されているが、光源、レンズを合わせてパッケージングすると1辺あたり20mm以上の筐体となり、重量も20g以上となる。 For example, conventional head-mounted display devices (named as head-mounted displays (HMD), VR goggles, VR glasses, smart glasses, AR glasses, glass displays, glass devices, etc.) have image display elements such as light sources, displays, and lenses. is a one-piece, large, heavy structure. With the recent development of display technology, microdisplays with a screen size of 0.5 inches or less with 1280×720 pixels are being manufactured. , the weight is more than 20g.

一方、第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10では、レーザー光源20を備えていない構造であるため、レーザー光源20が装着者に装着されない。また、第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10では、コリメーターレンズ等を使用せずに、マイクロミラーデバイス300a、300bを備える構造であるため、マイクロミラーデバイス300a、300bの角度変化だけで導光板100a、100bに画像光を入れることができる。頭部装着型表示装置10は、マイクロミラーデバイス300a、300bの制御部分を含めて10g以下であり、小型、軽量の頭部装着型表示装置となる。このように、第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10では、鼻、耳の重量負担を軽減することができ、長時間着用し続けられる。また、第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10では、コリメーターレンズ等を使用しないため、装着者の左右の周辺視野を確保することができる。また、第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10では、マイクロミラーデバイス300a、300bが、それぞれ、導光板100a、100bのレーザー光を瞳800a、800bに導く側とは反対側に配置されているため、形状をコンパクトにすることができる。 On the other hand, since the head-mounted display device 10 according to the first embodiment does not have the laser light source 20, the laser light source 20 is not worn by the wearer. In addition, since the head-mounted display device 10 according to the first embodiment has a structure including the micromirror devices 300a and 300b without using a collimator lens or the like, angle changes of the micromirror devices 300a and 300b Image light can enter the light guide plates 100a and 100b only by The head-mounted display device 10 is 10 g or less including the control portion of the micromirror devices 300a and 300b, and is a small and lightweight head-mounted display device. As described above, the head-mounted display device 10 according to the first embodiment can reduce the weight burden on the nose and ears, and can be worn continuously for a long time. In addition, since the head-mounted display device 10 according to the first embodiment does not use a collimator lens or the like, it is possible to ensure the left and right peripheral vision of the wearer. Further, in the head-mounted display device 10 according to the first embodiment, the micromirror devices 300a and 300b are arranged on the sides of the light guide plates 100a and 100b opposite to the sides of the light guide plates 100a and 100b that guide the laser light to the pupils 800a and 800b. Therefore, the shape can be made compact.

ここで、マイクロミラーデバイス300a、300bへ電源供給、画像信号の伝達部分は頭部装着型表示装置10の内部にあっても外部にあっても構わないが、装置の小型軽量化を考慮すると、頭部装着型表示装置10の外部にあり、有線で繋がれていることが望ましい。例えば電源線、画像信号を伝達するための信号線が光ファイバー200a、200bと並行して通っており、レーザー光源20と並んで電源、画像制御ユニットがあればよい。 Here, the parts for supplying power to the micromirror devices 300a and 300b and for transmitting image signals may be inside or outside the head-mounted display device 10. It is desirable that it is located outside the head-mounted display device 10 and connected by wire. For example, a power supply line and a signal line for transmitting an image signal run in parallel with the optical fibers 200a and 200b, and a power supply and an image control unit may be provided alongside the laser light source 20. FIG.

また、第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10は、導光板100a、100bを備える構造であるため、大画面表示を可能とする。 Moreover, since the head-mounted display device 10 according to the first embodiment has a structure including the light guide plates 100a and 100b, it is possible to display on a large screen.

例えば、レーザー光源20とマイクロミラーデバイス300a、300bを用いた頭部装着型表示装置としては、レーザー光源を装置者の網膜に直接結像させる網膜投射型表示装置が一般的に知られている。網膜投射型表示装置は装置者の視力や視力矯正の状況に関わらず焦点が合うことが特長であるが、一方でレーザー光を網膜上に集光させるため大きな反射ミラーを使用するなど小型化が難しい。また大画面表示も難しい。第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10は網膜投射型ではなく、導光板100a、100bを備える構造であるため、導光板100a、100bを用いることで薄型、軽量でありながら大画面表示を可能とする。導光板100a、100bは、ハーフミラーを使うタイプ、ポログラム素子を使うタイプ、多段反射など幾何構造を持つタイプなど様々なものがあるが、いずれを用いても構わない。 For example, as a head-mounted display device using the laser light source 20 and the micromirror devices 300a and 300b, a retinal projection display device that directly forms an image of the laser light source on the user's retina is generally known. Retinal projection display devices are characterized by being able to focus regardless of the user's vision or vision correction conditions, but on the other hand, miniaturization is required, such as using a large reflecting mirror to focus the laser light on the retina. difficult. It is also difficult to display on a large screen. The head-mounted display device 10 according to the first embodiment is not of a retinal projection type but has a structure including the light guide plates 100a and 100b. enable display. The light guide plates 100a and 100b include various types such as a type using a half mirror, a type using a pologram element, and a type having a geometric structure such as multistage reflection, and any of them may be used.

ここで、レーザー光源20は一般的なもので構わないが、眼にレーザー光を入れるため、光強度の管理は十分に行う必要がある。一定以上の光強度にならないようなストッパー構造があることが望ましい。第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10では、単色でも文字表示や矢印など記号表示ができるので、情報アシスト機能として十分な価値があるが、赤、緑、青の3種類のレーザーを使い、高速で切り替えることにより、フルカラーを表示することができる。フルカラー表示できれば、画像、動画など多くの表現ができ、使用価値を大きく上げることができる。レーザーは3種類であるが、光源側で高速に切り替える機構をもたせれば、光ファイバー200は1本あればよい。 Here, the laser light source 20 may be a general one, but since the laser light is directed into the eye, it is necessary to sufficiently manage the light intensity. It is desirable to have a stopper structure that prevents the light intensity from exceeding a certain level. The head-mounted display device 10 according to the first embodiment can display characters and symbols such as arrows even in a single color, so it is sufficiently valuable as an information assist function. can be used to display full color by switching at high speed. If full-color display is possible, many expressions such as images and moving images can be expressed, and the utility value can be greatly increased. Although there are three types of lasers, only one optical fiber 200 is required if a high-speed switching mechanism is provided on the light source side.

光ファイバー200a、200bは、ガラス製、プラスチック製のどちらを用いても構わない。ガラス製は、耐久性が高く、また、プラスチック製は軽量であるので、用途に応じて選択すればよい。光ファイバー200a、200bから出た光は、マイクロミラーデバイス300a、300bに確実に照射する必要があるため、位置や角度がずれないように、テンプル500a、500bに対して固定することが望ましい。 Either glass or plastic may be used for the optical fibers 200a and 200b. Glass is highly durable, and plastic is lightweight, so the selection may be made according to the application. Since the light emitted from the optical fibers 200a and 200b must surely irradiate the micromirror devices 300a and 300b, it is desirable to fix them to the temples 500a and 500b so that their positions and angles do not shift.

以上の説明により、第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10は、眼前の大画面表示を可能とし、なおかつ、装着時の鼻への荷重負荷を軽減し、また、装着者の左右の周辺視野を確保し、また、形状をコンパクトにすることができる。 As described above, the head-mounted display device 10 according to the first embodiment enables large-screen display in front of the eyes, reduces the load on the nose when worn, , and the shape can be made compact.

なお、第1の実施形態において、頭部装着型表示装置10の導光板100a、100bの眼とは反対側の表面には、非透過状態と透過または半透過状態とに切り替える機構を付与してもよい。切り替える機構としては、サングラスのような遮光板をヒンジなどの可動部材を介して導光板100a、100bの前面に付ければいい。VRを表示するために非透過型装置にしたい場合は遮光板を導光板100a、100bの前面に置く。また、AR表示をする透過型装置にしたい場合は、遮光板が導光板100a、100bの前面に位置しないように上下左右方向に動かせばよい。 In the first embodiment, the surfaces of the light guide plates 100a and 100b of the head-mounted display device 10 on the side opposite to the eyes are provided with a mechanism for switching between the non-transmissive state and the transmissive or semi-transmissive state. good too. As a switching mechanism, a light shielding plate like sunglasses may be attached to the front surfaces of the light guide plates 100a and 100b via a movable member such as a hinge. If a non-transmissive device is desired to display VR, a light blocking plate is placed in front of the light guide plates 100a and 100b. Further, if a transmissive device for AR display is desired, the light blocking plate should be moved vertically and horizontally so that it is not positioned in front of the light guide plates 100a and 100b.

また、第1の実施形態において、透過状態と透過または半透過状態とに切り替える機構としては、電気的に透過状態と非透過状態を切り替えられる調光素子を用いればよい。調光素子としては液晶素子、エレクトロクロミック素子などがある。特にエレクトロクロミック素子は透過状態と非透過状態とのコントラストが大きく、没入感のある非透過型装置と現実世界の視認性が高い透過型装置とに切り替えることができる。 Further, in the first embodiment, as a mechanism for switching between the transmissive state and the transmissive or semi-transmissive state, a light control element capable of electrically switching between the transmissive state and the non-transmissive state may be used. Light control elements include liquid crystal elements, electrochromic elements, and the like. In particular, the electrochromic element has a large contrast between the transmissive state and the non-transmissive state, and can be switched between a non-transmissive device with a sense of immersion and a transmissive device with high visibility in the real world.

また、第1の実施形態において、頭部装着型表示装置10には外部の映像の撮影や位置の検出、対象物の確認などに使用するカメラや、使用者の姿勢、動作方向、向きなどを検出するためのセンサを含んでもよい。頭部装着型表示装置10の両端の位置に二台のカメラを設置した場合、撮影した二つの画像には位置がずれた結果が得られる。この得られた画像から、視差を求めることで、頭部装着型表示装置10と対象物との距離を求めることができる。 In the first embodiment, the head-mounted display device 10 also includes a camera used for taking an image of the outside, detecting a position, checking an object, etc., as well as the user's posture, motion direction, orientation, and the like. A sensor may be included for detecting. When two cameras are installed at the positions of both ends of the head-mounted display device 10, the two captured images are misaligned. By obtaining the parallax from the obtained image, the distance between the head-mounted display device 10 and the object can be obtained.

また、第1の実施形態において、頭部装着型表示装置10に9軸センサ(加速度、角速度、地磁気)を付与してもよい。9軸センサを付与することで、頭部装着型表示装置10を装着した人物(装着者)の頭の方向や傾きがリアルタイムで把握することができ、頭の方向や傾きに応じてオブジェクトを表示させたり、消去したりといったことができる。 Further, in the first embodiment, the head-mounted display device 10 may be provided with a 9-axis sensor (acceleration, angular velocity, geomagnetism). By adding a 9-axis sensor, the direction and tilt of the head of the person (wearer) wearing the head-mounted display device 10 can be grasped in real time, and an object can be displayed according to the direction and tilt of the head. It can be set or erased.

また、第1の実施形態において、頭部装着型表示装置10にデプスセンサを付与してもよい。デプスセンサを付与することで、頭部装着型表示装置10を装着した人物(装着者)が実空間の何処にいるか把握できるので、頭部装着型表示装置10で表示するオフジェクトを自由に配置したり、固定したりすることができる。また、頭部装着型表示装置10を装着した人物が移動した場合であっても実空間が把握できているので、当該固定したオブジェクトが異なる位置に移動することなく表示させることができる。 Also, in the first embodiment, the head-mounted display device 10 may be provided with a depth sensor. By adding a depth sensor, it is possible to grasp where in the real space the person (wearer) wearing the head-mounted display device 10 is. or fixed. Moreover, even when the person wearing the head-mounted display device 10 moves, the real space can be grasped, so the fixed object can be displayed without moving to a different position.

また、第1の実施形態において、頭部装着型表示装置10にアイトラッカーを付与してもよい。アイトラッカーを付与することにより、頭部装着型表示装置10を装着した人物(装着者)の視線が何処を向いているか分かるので、見た文字や物を認識することができ、適切な付加情報(ポップアップ)を表示することができる。 Also, in the first embodiment, the head-mounted display device 10 may be provided with an eye tracker. By adding an eye tracker, it is possible to know where the line of sight of the person (wearer) wearing the head-mounted display device 10 is directed, so that the characters and objects seen can be recognized, and appropriate additional information can be obtained. (popup) can be displayed.

また、第1の実施形態において、頭部装着型表示装置10に骨伝導スピーカーを付与してもよい。骨伝導スピーカーを付与することで、頭部装着型表示装置10を装着した作業者(装着者)が耳を塞がずにガイダンスや、遠隔地からの指示などの音声が聞けるので、効率よく作業を進めることかでき、周囲の音も同時に聞こえるので安全に作業することができる。 Further, in the first embodiment, the head-mounted display device 10 may be provided with a bone conduction speaker. By providing the bone conduction speaker, the worker (wearer) wearing the head-mounted display device 10 can listen to guidance and instructions from a remote location without covering his/her ears, so work can be performed efficiently. You can move forward and hear the surrounding sounds at the same time, so you can work safely.

なお、第1の実施形態において、図1に示した頭部装着型表示装置10は、両眼眼鏡型のヘッドマウントディスプレイであるが、これに限定されるものではなく、片眼用のヘッドマウントディスプレイであってもよい。また、頭部装着型表示装置10を眼鏡のように直接掛けてもよいが、例えば、ヘルメットや帽子などに取り付けてもよし、ゴーグルなどに入れて使用してもよい。 In the first embodiment, the head-mounted display device 10 shown in FIG. 1 is a binocular glasses-type head-mounted display, but is not limited to this. It may be a display. Moreover, the head-mounted display device 10 may be worn directly like glasses, but may also be attached to a helmet, cap, or the like, or may be used by putting it in goggles or the like.

(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る頭部装着型表示装置10について、第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10と相違する点を中心に説明する。
(Second embodiment)
The head-mounted display device 10 according to the second embodiment will be described with a focus on the differences from the head-mounted display device 10 according to the first embodiment.

図2~図4は、第2の実施形態に係る頭部装着型表示装置10のマイクロミラーデバイス300a、300bの動作の一例を示す図である。ここで、図2~図4には、右側の機構、すなわち、右側の導光板100b、光ファイバー200b、マイクロミラーデバイス300bおよびテンプル500bの図示を省略する。 2 to 4 are diagrams showing an example of operations of the micromirror devices 300a and 300b of the head-mounted display device 10 according to the second embodiment. Here, FIGS. 2 to 4 omit illustration of the right side mechanism, that is, the right side light guide plate 100b, the optical fiber 200b, the micromirror device 300b, and the temple 500b.

第2の実施形態に係る頭部装着型表示装置10では、マイクロミラーデバイス300a、300bは、それぞれ、二次元に動作する1つのマイクロミラー310a、310bを有する。マイクロミラーデバイス300a、300bがそれぞれ1つのマイクロミラー310a、310bのみを用いることで、デバイスの大きさは小さくなり、制御もシンプルになる。このため、マイクロミラー310a、310bとミラー制御部320a、320bとをそれぞれ搭載する制御基板も小さくすることができる。 In the head-mounted display device 10 according to the second embodiment, each of the micromirror devices 300a and 300b has one micromirror 310a and 310b that operates two-dimensionally. By using only one micromirror 310a, 310b in each micromirror device 300a, 300b, the size of the device is reduced and the control is simplified. Therefore, the control board on which the micromirrors 310a and 310b and the mirror controllers 320a and 320b are mounted can also be made smaller.

例えば、図2、図3、図4に示すように、マイクロミラー310a、310bの角度を変えることで、レーザー光の導光板100a、100bへの入射角を変えることができ、導光板100a、100bからの出射角が変わる。マイクロミラー310a、310bの角度走査を高速に行うことで、装着者の瞳800a、800bには残像効果により二次元画像が見える。ミラーの振り角が±15度の制御が可能なマイクロミラーデバイス300a、300bを用いると、振り角の2倍の±30度の角度を付けて、導光板100a、100bに光を入射することができる(ミラーへの入射角、反射角が各々15度であるため)。従って、導光板100a、100bから出射される画像光は視野角60度の広角を有しており、従来の頭部装着型表示装置と比較して大きな面積の画像を表示できる。 For example, as shown in FIGS. 2, 3, and 4, by changing the angles of the micromirrors 310a and 310b, the incident angles of the laser beams to the light guide plates 100a and 100b can be changed. The exit angle from is changed. By performing angular scanning of the micromirrors 310a and 310b at high speed, a two-dimensional image can be seen in the wearer's pupils 800a and 800b due to the afterimage effect. By using the micromirror devices 300a and 300b capable of controlling the swing angle of the mirror to ±15 degrees, light can be incident on the light guide plates 100a and 100b at an angle of ±30 degrees, which is twice the swing angle. It is possible (because the incident angle and reflection angle to the mirror are 15 degrees each). Therefore, the image light emitted from the light guide plates 100a and 100b has a wide viewing angle of 60 degrees, and can display an image with a larger area than the conventional head-mounted display device.

また、画素数はレーザー径と点滅速度とに依存するが、フルHD(1920×1080画素)を周波数60Hzで描画する程度は十分に可能である。既存のマイクロディスプレイである液晶、有機EL(Electro-Luminescence)などと比較しても優位である。 Also, although the number of pixels depends on the diameter of the laser and the flashing speed, it is sufficiently possible to draw full HD (1920×1080 pixels) at a frequency of 60 Hz. It is superior to existing micro displays such as liquid crystal and organic EL (Electro-Luminescence).

(第3の実施形態)
第3の実施形態に係る頭部装着型表示装置10について、第2の実施形態に係る頭部装着型表示装置10と相違する点を中心に説明する。
(Third Embodiment)
The head-mounted display device 10 according to the third embodiment will be described, focusing on the differences from the head-mounted display device 10 according to the second embodiment.

図5は、第3の実施形態に係る頭部装着型表示装置10の構成の一例を示す図である。第3の実施形態に係る頭部装着型表示装置10は、テンプル500a、500bを折り畳む、または取り外す機構を有する。例えば、その機構として、導光板100a、100bとテンプル500a、500bとの接触部分に、それぞれ、ヒンジ部600a、600bが設けられている。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the head-mounted display device 10 according to the third embodiment. The head-mounted display device 10 according to the third embodiment has a mechanism for folding or removing the temples 500a and 500b. For example, as the mechanism, hinge portions 600a and 600b are provided at the contact portions between the light guide plates 100a and 100b and the temples 500a and 500b, respectively.

ここで、従来の頭部装着型表示装置は、マイクロディスプレイ、レンズ、導光板100a、100bが一体型になっている構造であり、光軸がずれないように筐体で固定化されている。従って、一般的な矯正眼鏡のようにレンズとテンプル500a、500b(つる)の部分で折り曲げて小さく収納することはできない。マイクロディスプレイの後ろのテンプル500a、500bの部分に折り畳み機構を設けても50mm程度の幅は必要となり、収納ケースも大きくなる。頭部装着型表示装置10の使い場所としては、オフィスのデスク作業というより、外出時、屋外、作業現場などが想定され、持ち運びの便利さは重要な要素となる。 Here, the conventional head-mounted display device has a structure in which a microdisplay, a lens, and light guide plates 100a and 100b are integrated, and are fixed by a housing so that the optical axis does not deviate. Therefore, unlike general corrective spectacles, the lenses and the temples 500a and 500b cannot be bent and stored in a small size. Even if a folding mechanism is provided at the temples 500a and 500b behind the microdisplay, a width of about 50 mm is required and the storage case becomes large. The head-mounted display device 10 is expected to be used in places such as when going out, outdoors, or at a work site, rather than desk work in an office, and the convenience of portability is an important factor.

第3の実施形態に係る頭部装着型表示装置10の構成では、マイクロミラーデバイス300a、300bは導光板100a、100bの外側表面に付いており、テンプル500a、500bと並行して光ファイバー200a、200bと電源/信号ケーブルがあるだけであるので、テンプル500a、500bに対して、光ファイバー200a、200bと電源/信号ケーブルを固定しておけば、導光板100a、100b部分とテンプル500a、500b部分は切り離すことができる。例えば一般的な矯正眼鏡のようにヒンジ部600a、600bを付けて折り畳む機構をつければ、導光板100a、100bの厚さとテンプル500a、500bの幅に折り畳むことができ、30mm程度の幅にまとめることができる。また、テンプル500a、500bを取り外せる機構を設けておけば、よりコンパクトに収納できる。 In the configuration of the head-mounted display device 10 according to the third embodiment, the micromirror devices 300a and 300b are attached to the outer surfaces of the light guide plates 100a and 100b, and the optical fibers 200a and 200b are arranged in parallel with the temples 500a and 500b. and power/signal cables, so if the optical fibers 200a and 200b and the power/signal cables are fixed to the temples 500a and 500b, the light guide plates 100a and 100b and the temples 500a and 500b can be separated. be able to. For example, if hinge parts 600a and 600b are attached and a folding mechanism is attached like general corrective eyeglasses, the thickness of the light guide plates 100a and 100b and the width of the temples 500a and 500b can be folded, resulting in a width of about 30 mm. can be done. Moreover, if a mechanism for removing the temples 500a and 500b is provided, they can be stored more compactly.

(第4の実施形態)
第4の実施形態に係る頭部装着型表示装置10について、第3の実施形態に係る頭部装着型表示装置10と相違する点を中心に説明する。
(Fourth embodiment)
The head-mounted display device 10 according to the fourth embodiment will be described, focusing on the differences from the head-mounted display device 10 according to the third embodiment.

図6は、第4の実施形態に係る頭部装着型表示装置10の構成の一例を示す図である。第4の実施形態に係る頭部装着型表示装置10は、テンプル500a、500bが折り畳んだ状態、または取り外された状態ではレーザー光が出射されない機構を有する。例えば、その機構として、導光板100a、100bとテンプル500a、500bとの接触部分に、それぞれ、上記機構が設けられている。第4の実施形態に係る頭部装着型表示装置10は、レーザー光源20を使用するため、扱いはより慎重にしなければならない。特に装置を使用していないときにレーザー光が出射されてしまうと、誤って直接に眼に入ってしまう可能性があるため危険である。従って、頭部装着型表示装置10が使用されていない状態であるテンプル500a、500bが折り畳まれているとき、またはテンプル500a、500bが取り外されているときはレーザー光が出射されないようにする機構は有用である。 FIG. 6 is a diagram showing an example of the configuration of the head-mounted display device 10 according to the fourth embodiment. The head-mounted display device 10 according to the fourth embodiment has a mechanism that does not emit laser light when the temples 500a and 500b are folded or removed. For example, as the mechanism, the above mechanism is provided at each of the contact portions between the light guide plates 100a and 100b and the temples 500a and 500b. Since the head-mounted display device 10 according to the fourth embodiment uses the laser light source 20, it must be handled more carefully. In particular, if the laser beam is emitted while the device is not in use, it is dangerous because there is a possibility that the laser beam may enter the eye directly by mistake. Therefore, when the temples 500a and 500b are folded when the head-mounted display device 10 is not in use, or when the temples 500a and 500b are removed, the mechanism for preventing the laser beam from being emitted is Useful.

その機構は、どのようなものでも構わないが、例えば、導光板100a、100bとテンプル500a、500bとの接触部分にそれぞれセンサを設け、導光板100a、100bとテンプル500a、500bとが一定以上近づいたときだけ、レーザー光源20をONさせる制御信号をレーザー光源20に送信したり、導光板100a、100bへのレーザー光の入射を禁止したりする方法が考えられる。あるいは、導光板100a、100bとテンプル500a、500bとの接触部分にそれぞれプッシュ型スイッチ700a、700bを設け、テンプル500a、500bが導光板100a、100bと接してプッシュ型スイッチ700a、700bがONになったときだけ、レーザー光源20をONさせる制御信号をレーザー光源20に送信したり、導光板100a、100bへのレーザー光の入射を禁止したりする方法が考えられる。 Any mechanism may be used. For example, a sensor is provided at each contact portion between the light guide plates 100a and 100b and the temples 500a and 500b, and the light guide plates 100a and 100b and the temples 500a and 500b are brought closer than a certain amount. It is conceivable to send a control signal to the laser light source 20 to turn on the laser light source 20 or to prohibit the laser light from entering the light guide plates 100a and 100b only when the laser light source 20 is turned on. Alternatively, push-type switches 700a and 700b are provided at the contact portions between the light guide plates 100a and 100b and the temples 500a and 500b, respectively, and the push-type switches 700a and 700b are turned on when the temples 500a and 500b come into contact with the light guide plates 100a and 100b. It is conceivable to send a control signal to the laser light source 20 to turn on the laser light source 20 or to prohibit the laser light from entering the light guide plates 100a and 100b only when the laser light source 20 is turned on.

上述のように、表示システム1は、レーザー光源20と頭部装着型表示装置10とを備え、頭部装着型表示装置10は、導光板100a、100bと、光ファイバー200と、マイクロミラーデバイス300a、300bと、ブリッジ400と、テンプル500a、500bとを備えている。以下、頭部装着型表示装置10を備えた表示システム1の実施例を記載する。 As described above, the display system 1 includes a laser light source 20 and a head-mounted display device 10. The head-mounted display device 10 includes light guide plates 100a and 100b, an optical fiber 200, a micromirror device 300a, 300b, a bridge 400, and temples 500a and 500b. An embodiment of the display system 1 including the head-mounted display device 10 will now be described.

(実施例1)
実施例1では、レーザー光源20、マイクロミラーデバイス300a、300b、導光板100a、100bおよび光ファイバー200を図1に示すような配置とした。
・導光板100a、100b:アクリル樹脂、厚み5mm、長さ45mm、高さ25mm、出射部に角度45度でハーフミラー
・レーザー光源20:住友電工RGB CANユニット(SLM-RGB-T20-F)
・光ファイバー200:三菱電線工業 ST100E
・マイクロミラーデバイス300a、300b:浜松ホトニクス S12237-03P
(Example 1)
In Example 1, the laser light source 20, the micromirror devices 300a and 300b, the light guide plates 100a and 100b, and the optical fiber 200 are arranged as shown in FIG.
Light guide plates 100a, 100b: Acrylic resin, thickness 5 mm, length 45 mm, height 25 mm, half mirror at an angle of 45 degrees ・Laser light source 20: Sumitomo Electric RGB CAN unit (SLM-RGB-T20-F)
・Optical fiber 200: Mitsubishi Cable Industries ST100E
Micromirror device 300a, 300b: Hamamatsu Photonics S12237-03P

<実施内容>
マイクロミラーデバイス300a、300bはX、Y軸方向に各々±15度ずつ振れる。XY軸を180Hzでスキャンさせることで、RGB各波長のレーザー光を順次導光板に光入射した。レーザーはX軸を1回走査する間に1920ドット点灯し、Y軸を1回走査する間に1080ドット点灯させた。レーザー強度は最大30マイクロワットから0まで256段階で調整し、階調表示させた。
<Implementation content>
The micromirror devices 300a and 300b swing by ±15 degrees in the X and Y axis directions. By scanning the XY axes at 180 Hz, laser beams of RGB wavelengths were sequentially incident on the light guide plate. The laser lighted 1920 dots while scanning the X axis once, and lit 1080 dots while scanning the Y axis once. The laser intensity was adjusted in 256 steps from a maximum of 30 microwatts to 0 for gradation display.

<実施結果>
マイクロミラーデバイス300a、300bの大きさは制御基板込みで約14mm×8mm×4mmであり、導光板100a、100bの隅に設置した場合、視界を塞ぐことはなかった。重量も5g程度であり、軽量であった。所望の画像信号に応じて画像表示をしたところ、導光板越に装着者は視野角60度相当の大画面をみることができた。
<Implementation result>
The size of the micromirror devices 300a and 300b including the control board was about 14 mm×8 mm×4 mm, and when installed at the corners of the light guide plates 100a and 100b, they did not block the field of view. The weight was also about 5 g, which was light. When an image was displayed according to a desired image signal, the wearer could see a large screen equivalent to a viewing angle of 60 degrees through the light guide plate.

(実施例2)
実施例2において、頭部装着型表示装置10は、実施例1の構成に対して、導光板100a、100bとテンプル500a、500bとの接触部分にそれぞれ設けられたヒンジ部600a、600bを備えている。実施例2では、ヒンジ部600a、600bを図5に示すような配置とした。
・ヒンジ部600a、600b:スガツネ工業 HG-TS型
(Example 2)
In the second embodiment, the head-mounted display device 10 has hinge portions 600a and 600b provided at contact portions between the light guide plates 100a and 100b and the temples 500a and 500b, respectively, in contrast to the configuration of the first embodiment. there is In Example 2, the hinge portions 600a and 600b are arranged as shown in FIG.
・Hinges 600a, 600b: Sugatsune Industry HG-TS type

<実施結果>
ヒンジ部600a、600bでテンプル500a、500bが折り畳まれ、コンパクトな大きさ(幅28mm)になった。
<Implementation result>
The temples 500a and 500b are folded at the hinge portions 600a and 600b, resulting in a compact size (width of 28 mm).

(実施例3)
実施例3において、頭部装着型表示装置10は、実施例2の構成に対して、導光板100a、100bとテンプル500a、500bとの接触部分にそれぞれ設けられたプッシュ型スイッチ700a、700bを備えている。実施例3では、プッシュ型スイッチ700a、700bを図6に示すような配置とした。
・プッシュ型スイッチ700a、700b:Leye電子工学
(Example 3)
In the third embodiment, the head-mounted display device 10 is provided with push-type switches 700a and 700b provided at contact portions between the light guide plates 100a and 100b and the temples 500a and 500b, respectively, in contrast to the configuration of the second embodiment. ing. In Example 3, push-type switches 700a and 700b are arranged as shown in FIG.
Push type switches 700a, 700b: Leye electronics

<実施内容>
プッシュ型スイッチ700a、700bとレーザー光源20のスイッチとを連動させ、プッシュ型スイッチ700a、700bがONでない場合はレーザー光源20のスイッチがONにならないようにした。
<Implementation content>
The push-type switches 700a and 700b and the switch of the laser light source 20 are interlocked so that the switch of the laser light source 20 is not turned on unless the push-type switches 700a and 700b are turned on.

<実施結果>
ヒンジ部600a、600bでテンプル500a、500bが折り畳まれている場合、プッシュ型スイッチ700a、700bがONにならず、レーザー光源20が誤発射することはなかった。
<Implementation result>
When the temples 500a and 500b were folded at the hinge portions 600a and 600b, the push-type switches 700a and 700b were not turned on, and the laser light source 20 did not erroneously emit light.

1 表示システム
10 頭部装着型表示装置
20 レーザー光源
100a、100b 導光板
110a、110b 導光部
120a、120b 反射部
150a、150b 一端部
200、200a、200b 光ファイバー
300a、300b マイクロミラーデバイス
310a、310b マイクロミラー
320a、320b ミラー制御部
400 ブリッジ
500a、500b テンプル
600a、600b ヒンジ部
700a、700b プッシュ型スイッチ
800a、800b 瞳
1 Display System 10 Head Mounted Display Device 20 Laser Light Source 100a, 100b Light Guide Plate 110a, 110b Light Guide Section 120a, 120b Reflector 150a, 150b One End 200, 200a, 200b Optical Fiber 300a, 300b Micromirror Device 310a, 310b Micro Mirrors 320a, 320b Mirror control section 400 Bridge 500a, 500b Temples 600a, 600b Hinge sections 700a, 700b Push-type switches 800a, 800b Pupils

国際公開第2015/137165号WO2015/137165 特開2011-227379号公報JP 2011-227379 A 特開2015-219405号公報JP 2015-219405 A 特開2007-094175号公報JP 2007-094175 A 特開2013-200553号公報JP 2013-200553 A 特開2013-210633号公報JP 2013-210633 A

Claims (9)

テンプルと、
光源から出射された光束を前記テンプルに沿って伝播する光学系と、
前記光学系から伝播された前記光束の角度を変更するミラーと、
前記ミラーにより角度が変更された前記光束を装着者の瞳に導く導光板と、
を有し、
前記ミラーの反射面は、前記導光板の前記瞳側の面とは異なる面であり、かつ前記導光板の前記瞳側の面に対し傾斜して配置されていて、
前記ミラーは、前記テンプルより外側に配置されていて、前記光学系から伝播された前記光束を、前記テンプルより外側から前記導光板に入射する頭部装着型表示装置。
a temple;
an optical system that propagates a light beam emitted from a light source along the temple ;
a mirror that changes the angle of the light beam propagated from the optical system;
a light guide plate that guides the light flux whose angle has been changed by the mirror to the pupil of the wearer;
has
the reflecting surface of the mirror is a surface different from the pupil-side surface of the light guide plate, and is arranged to be inclined with respect to the pupil-side surface of the light guide plate;
The head-mounted display device according to claim 1, wherein the mirror is arranged outside the temple, and causes the light flux propagated from the optical system to enter the light guide plate from outside the temple.
前記導光板の一端部は、三角形状であり、直交する第1、第2面と、それらに交差する第3面を有する請求項1に記載の頭部装着型表示装置。 2. The head-mounted display device according to claim 1, wherein one end of said light guide plate is triangular and has first and second surfaces orthogonal to each other and a third surface intersecting them. 前記第2面に前記光学系および前記テンプルが接し、前記第3面側に前記ミラーが配置されている請求項2に記載の頭部装着型表示装置。3. A head-mounted display device according to claim 2, wherein said optical system and said temple are in contact with said second surface, and said mirror is arranged on said third surface side. 前記ミラーは、二次元に動作する1つのミラーを有する請求項1ないしの何れか一項に記載の頭部装着型表示装置。 4. The head-mounted display device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the mirror has one mirror that operates two-dimensionally. 記テンプルを折り畳む、または取り外す機構、
を更に有する請求項1ないしの何れか一項に記載の頭部装着型表示装置。
a mechanism for folding or unfolding the temple ;
5. The head-mounted display device according to any one of claims 1 to 4 , further comprising:
前記テンプルが折り畳んだ状態、または取り外された状態では前記光束が出射されない機構、
を更に有する請求項に記載の頭部装着型表示装置。
a mechanism in which the light flux is not emitted when the temple is folded or removed;
6. The head mounted display of claim 5 , further comprising:
前記テンプルを内側に折り畳むヒンジ部を有し、Having a hinge portion that folds the temple inward,
前記光学系は、前記テンプルが折り畳まれる方向とは反対側になる前記テンプルの外側の位置で前記第2面から外れ、前記テンプルが折り畳まれる前の位置に戻される動作で前記第2面に接する請求項3に記載の頭部装着型表示装置。The optical system deviates from the second surface at a position outside the temple on the side opposite to the direction in which the temple is folded, and is brought into contact with the second surface by returning to the position before the temple is folded. 4. The head-mounted display device according to claim 3.
前記導光板は、複数の反射部を備える請求項1ないし7の何れか一項に記載の頭部装着型表示装置。 8. The head-mounted display device according to claim 1, wherein said light guide plate has a plurality of reflecting portions. 装着者に装着される請求項1~8のいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置と、
前記装着者に装着されない装置であり、前記頭部装着型表示装置に光束を出射する光源と、
前記ミラーを駆動する電源供給源と、
を有する表示システム。
a head-mounted display device according to any one of claims 1 to 8, which is worn by a wearer;
a light source, which is a device that is not worn by the wearer and that emits a light beam to the head-mounted display device;
a power source for driving the mirror;
display system.
JP2022022667A 2018-03-16 2022-02-17 Head-mounted display and display system Active JP7235146B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022022667A JP7235146B2 (en) 2018-03-16 2022-02-17 Head-mounted display and display system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018050259A JP7027987B2 (en) 2018-03-16 2018-03-16 Head-mounted display device and display system
JP2022022667A JP7235146B2 (en) 2018-03-16 2022-02-17 Head-mounted display and display system

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018050259A Division JP7027987B2 (en) 2018-03-16 2018-03-16 Head-mounted display device and display system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022069469A JP2022069469A (en) 2022-05-11
JP7235146B2 true JP7235146B2 (en) 2023-03-08

Family

ID=87846674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022022667A Active JP7235146B2 (en) 2018-03-16 2022-02-17 Head-mounted display and display system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7235146B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024057759A1 (en) * 2022-09-15 2024-03-21 ホヤ レンズ タイランド リミテッド Eyeglass lens and eyeglasses

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005070671A (en) 2003-08-27 2005-03-17 Brother Ind Ltd Retina scanning display
JP2008083539A (en) 2006-09-28 2008-04-10 Brother Ind Ltd Optical system for transferring luminous flux and retina scanning display using the same
JP2010102215A (en) 2008-10-27 2010-05-06 Sony Computer Entertainment Inc Display device, image processing method and computer program
WO2012001880A1 (en) 2010-06-30 2012-01-05 パナソニック株式会社 Optical device
JP2012198264A (en) 2011-03-18 2012-10-18 Seiko Epson Corp Method for manufacturing light guide plate, light guide plate, and virtual image display including the light guide plate
US20130016413A1 (en) 2011-07-12 2013-01-17 Google Inc. Whole image scanning mirror display system
JP2013178549A (en) 2004-03-29 2013-09-09 Sony Corp Image display apparatus
JP2013214856A (en) 2012-04-02 2013-10-17 Seiko Epson Corp Head-mounted display device
JP2016224345A (en) 2015-06-02 2016-12-28 セイコーエプソン株式会社 Image display device
JP2017500605A (en) 2013-11-27 2017-01-05 マジック リープ, インコーポレイテッド Virtual and augmented reality systems and methods
WO2017151670A1 (en) 2016-03-01 2017-09-08 Magic, Inc. Reflective switching device for inputting diifferent wavelengths of light into waveguides
CN107329273A (en) 2017-08-29 2017-11-07 京东方科技集团股份有限公司 A kind of nearly eye display device
JP2018512562A (en) 2015-01-20 2018-05-17 ディジレンズ・インコーポレイテッド Holographic waveguide rider
JP2017529635A5 (en) 2015-06-13 2018-05-31
US20180164599A1 (en) 2016-12-08 2018-06-14 Darwin Hu See-through display glasses for viewing 3D multimedia

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR930020867A (en) * 1992-03-02 1993-10-20 빈센트 비.인그라시아 Remote Sensing Units and Drivers
JPH10319240A (en) * 1997-05-22 1998-12-04 Fuji Xerox Co Ltd Head-mounted display
JP2950306B2 (en) * 1997-11-27 1999-09-20 日本電気株式会社 Image display device
CN112651288B (en) * 2014-06-14 2022-09-20 奇跃公司 Method and system for generating virtual and augmented reality

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005070671A (en) 2003-08-27 2005-03-17 Brother Ind Ltd Retina scanning display
JP2013178549A (en) 2004-03-29 2013-09-09 Sony Corp Image display apparatus
JP2008083539A (en) 2006-09-28 2008-04-10 Brother Ind Ltd Optical system for transferring luminous flux and retina scanning display using the same
JP2010102215A (en) 2008-10-27 2010-05-06 Sony Computer Entertainment Inc Display device, image processing method and computer program
WO2012001880A1 (en) 2010-06-30 2012-01-05 パナソニック株式会社 Optical device
JP2012198264A (en) 2011-03-18 2012-10-18 Seiko Epson Corp Method for manufacturing light guide plate, light guide plate, and virtual image display including the light guide plate
US20130016413A1 (en) 2011-07-12 2013-01-17 Google Inc. Whole image scanning mirror display system
JP2013214856A (en) 2012-04-02 2013-10-17 Seiko Epson Corp Head-mounted display device
JP2017500605A (en) 2013-11-27 2017-01-05 マジック リープ, インコーポレイテッド Virtual and augmented reality systems and methods
JP2018512562A (en) 2015-01-20 2018-05-17 ディジレンズ・インコーポレイテッド Holographic waveguide rider
JP2016224345A (en) 2015-06-02 2016-12-28 セイコーエプソン株式会社 Image display device
JP2017529635A5 (en) 2015-06-13 2018-05-31
WO2017151670A1 (en) 2016-03-01 2017-09-08 Magic, Inc. Reflective switching device for inputting diifferent wavelengths of light into waveguides
US20180164599A1 (en) 2016-12-08 2018-06-14 Darwin Hu See-through display glasses for viewing 3D multimedia
CN107329273A (en) 2017-08-29 2017-11-07 京东方科技集团股份有限公司 A kind of nearly eye display device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022069469A (en) 2022-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7514968B2 (en) Gradient Array-Based Displays
US10725535B2 (en) Head-worn image display apparatus for stereoscopic microsurgery
CN107533227B (en) Effective thin curved eyepiece for see-through head mounted display
EP3134763B1 (en) Compact architecture for near-to-eye display system
JP4155343B2 (en) An optical system for guiding light from two scenes to the viewer&#39;s eye alternatively or simultaneously
CN107407812B (en) Image display device
US9851565B1 (en) Increasing effective eyebox size of an HMD
US7992996B2 (en) Spectacles-type image display device
US10712576B1 (en) Pupil steering head-mounted display
JP2011059444A (en) Spectacles-type image display device
JP2010145718A (en) Head mount image display
JP2019521384A (en) Head-mounted imager using optical coupling
JP2017173573A (en) Image display apparatus
JP5137644B2 (en) Eyeglass-type image display device
JP7235146B2 (en) Head-mounted display and display system
JP7275124B2 (en) Image projection system, image projection device, optical element for image display light diffraction, instrument, and image projection method
JP2022520021A (en) Augmented reality optics and corrective lens system
JP2003043409A (en) Image display device
JP7027987B2 (en) Head-mounted display device and display system
JP5477310B2 (en) Head-mounted image display device
JP2016014768A (en) Image display device and display control method for image display device
KR102412293B1 (en) Optical System of Near to Eye Display
JP2024086588A (en) Head-mounted display device and eyeglasses
KR20220093549A (en) Augmented Reality Optical System for Correcting the Wearer&#39;s Vision Universally
JP2021086074A (en) Transmission type image display device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220317

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220325

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20221031

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221115

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230113

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230124

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230206

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7235146

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151