特許 7424143 表示装置、および光入射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-22

(45)【発行日】2024-01-30

(54)【発明の名称】表示装置、および光入射装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20240123BHJP

   G02C 11/00 20060101ALI20240123BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20240123BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

G02C11/00

H04N5/64 511A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020050249

(22)【出願日】2020-03-19

(65)【公開番号】P2021149006

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2023-01-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(72)【発明者】

【氏名】岡崎 駿

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】中村 直樹

(72)【発明者】

【氏名】須藤 芳文

(72)【発明者】

【氏名】門馬 進

(72)【発明者】

【氏名】平野 成伸

(72)【発明者】

【氏名】片野 泰男

(72)【発明者】

【氏名】亀山 健司

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 規和

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 愛乃

【審査官】山本 貴一

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１４－５３４６５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３１８３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０９５９９８１３（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】国際公開第２０１７／１５９０４６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２６５４８２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１９－５０７３６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／０１，２７／０２

Ｈ０４Ｎ ５／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導光部材と、
光を出射する画像表示素子と、
前記画像表示素子から出射される前記光を伝搬する光学系と、
前記光学系により伝搬される前記光の進行方向を屈曲させて当該光の前記導光部材への入射角度を保持する部材と、を備え、
前記部材は、前記導光部材に対して前記光学系が回転するとき、当該回転に伴う前記光学系から前記部材に対する前記光の入射角度の変化に連動して動く表示装置。

【請求項2】

前記光学系から前記部材に対する前記光の入射角度の変化に連動して前記部材を動かす電子制御機構をさらに備える請求項１に記載の表示装置。

【請求項3】

前記光学系の回転角度を検出する角度センサをさらに備え、
前記電子制御機構は、前記角度センサによる前記回転角度の検出結果に基づいて、前記部材を動かす請求項２に記載の表示装置。

【請求項4】

前記部材は、ミラーを含む請求項１から３のいずれか１つに記載の表示装置。

【請求項5】

前記部材は、プリズムを含む請求項１から３のいずれか１つに記載の表示装置。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１つに記載の表示装置を備える光入射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、表示装置、および光入射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

虚像を表示させる眼鏡型の表示装置（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、グラスデバイス等と呼称される。）が開発されている。眼鏡型の表示装置によれば、眼前のディスプレイに対して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によって、卓上型のディスプレイ、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。

【0003】

眼鏡型の表示装置は、画像光等の光を出射する液晶表示部（画像表示素子の一例）と、当該液晶表示部から出射される光を伝搬する光学系と、当該光学系により伝搬される光を観察者の眼に導く導光部材と、を有する。そして、眼鏡型の表示装置では、光学系を固定することで、観察者が画像情報を正しく認識可能とする技術が開発されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記の眼鏡型の表示装置では、観察者に画像情報を正しく認識させるために、光学系の位置が変わらないようにする必要があり、堅牢な構成とする必要がある。また、観察者の頭部のサイズによらずに眼鏡型の表示装置が装着できるようにするため、眼鏡型の表示装置を標準のサイズよりも大きめに作成し、観察者の頭部に締め付けて安定させる手法が取られている。そのため、眼鏡型の表示装置が大型化し、眼鏡型の表示装置が重くなり、長時間の装着が難しい場合がある。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、表示装置の軽量化および小型化を実現し、表示装置の長時間の装着を可能する表示装置、および光入射装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、導光部材と、光を出射する
画像表示素子と、前記画像表示素子から出射される前記光を伝搬する光学系と、前記光学
系により伝搬される前記光の進行方向を屈曲させて当該光の前記導光部材への入射角度を
保持する部材と、を備え、前記部材は、前記導光部材に対して前記光学系が回転するとき、当該回転に伴う前記光学系から前記部材に対する前記光の入射角度の変化に連動して動く。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、表示装置の軽量化および小型化を実現し、表示装置の長時間の装着を可能する、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１の実施の形態にかかる眼鏡型の表示装置の構成の一例を示す図である。

【図2】図２は、第１の実施の形態にかかる眼鏡型の表示装置が有する屈曲部材の動きの一例を説明するための図である。

【図3】図３は、第１の実施の形態にかかる眼鏡型の表示装置が有するダイヤルの構成の一例を示す図である。

【図4】図４は、第１の実施形態にかかる眼鏡型の表示装置が有する屈曲部材の構成の一例を示す図である。

【図5】図５は、第２の実施の形態にかかる眼鏡型の表示装置が有する電子制御機構の構成の一例を示すブロック図である。

【図6】図６は、第２の実施の形態にかかる眼鏡型の表示装置による屈曲部材の回転角度の制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図7】図７は、第２の実施の形態にかかる眼鏡型の表示装置が有する検出器の構成の一例を示す図である。

【図8】図８は、第３の実施の形態にかかる眼鏡型の表示装置の構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に添付図面を参照して、表示装置、および光入射装置の実施の形態を詳細に説明する。

【0010】

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態にかかる眼鏡型の表示装置の構成の一例を示す図である。図２は、第１の実施の形態にかかる眼鏡型の表示装置が有する屈曲部材の動きの一例を説明するための図である。まず、図１および図２を用いて、本実施の形態にかかる眼鏡型の表示装置（表示装置の一例）の構成の一例について説明する。

【0011】

本実施の形態にかかる眼鏡型の表示装置は、筐体１００と、テンプル筐体２００と、液晶表示部材３００と、ブリッジ４００と、テンプル部５００と、を備える。

【0012】

ブリッジ４００は、左右の筐体１００を繋ぎ、装着者の鼻にかかる部材である。ブリッジ４００には、装着者の鼻を両脇から挟んで眼鏡型の表示装置を支えるためのパッド（鼻あて）が取り付けられていても良い。テンプル部５００は、装着者の耳にかかる部材であり、眼鏡型の表示装置を支えて、装着者の耳から眼鏡型の表示装置が落下することを防止する。

【0013】

液晶表示部材３００は、画像光（光の一例）を出射する液晶３０１（画像表示素子の一例）と、液晶３０１に表示する画像を決定しかつ当該画像を液晶３０１に表示させる制御基板３０２と、を備える。

【0014】

テンプル筐体２００は、液晶３０１から出射される画像光を伝搬するテンプル光学系２０１（光学系の一例）を有する。また、テンプル筐体２００は、ヒンジ等の接続部によって、後述する筐体１００に対して回転（回動）自在に接続されている。

【0015】

筐体１００は、導光部材１０１を有する。導光部材１０１は、テンプル光学系２０１により伝搬される画像光を、装着者の眼７００に導光する。これにより、装着者に、液晶３０１に表示された画像を認識させることができる。

【0016】

本実施の形態では、導光部材１０１は、ミラー１０２を有する。ミラー１０２は、テンプル光学系２０１により伝搬される画像光を反射させて、当該画像光を眼７００に導光する。

【0017】

また、筐体１００は、屈曲部材１０３を有する光入射装置の一例である。屈曲部材１０３は、テンプル光学系２０１により伝搬される画像光の進行方向を屈曲させて当該画像光の導光部材１０１への入射角度を保持する部材の一例である。

【0018】

すなわち、屈曲部材１０３は、テンプル光学系２０１により伝搬される画像光の進行方向を屈曲させて当該画像光を導光部材１０１（ミラー１０２）に入射させる。その際、屈曲部材１０３は、導光部材１０１に対して入射する画像光の入射角度を保持する。言い換えると、屈曲部材１０３は、導光部材１０１に対して入射する画像光の入射角度の変動を抑制する。または、屈曲部材１０３は、導光部材１０１に対して入射する画像光の入射角度を、所定入射角度に保持する。ここで、所定入射角度は、予め設定される入射角度であり、例えば、装着者が液晶３０１に表示される画像を正しく認識できる入射角度である。これにより、図２に示すように、筐体１００に対するテンプル筐体２００の回転等によって、テンプル光学系２０１から屈曲部材１０３に対する画像光の入射角度が変化した場合でも、屈曲部材１０３から導光部材１０１に対する画像光の入射角度が変化することを抑制でき、眼鏡型の表示装置を堅牢な構成としたり、眼鏡型の表示装置を大きめに作成して装着者の頭部に締め付けて安定させたりする必要が無くなる。その結果、眼鏡型の表示装置の軽量化および小型化を実現し、眼鏡型の表示装置の長時間の装着を可能する。

【0019】

本実施の形態では、屈曲部材１０３は、ミラー等であり、テンプル光学系２０１により伝搬される画像光を反射させて、当該画像光を導光部材１０１（ミラー１０２）に入射させる。これにより、安価な蒸着ミラーによって屈曲部材１０３を実現できるので、眼鏡型の表示装置の生産コストを下げることができる。

【0020】

本実施の形態では、屈曲部材１０３は、図２に示すように、筐体１００に対してテンプル筐体２００の回転した場合等に、テンプル光学系２０１から屈曲部材１０３に対する画像光の入射角度の変化に連動して動いて、導光部材１０１に対して入射する画像光の入射角度を保持する。これにより、テンプル光学系２０１から屈曲部材１０３に対する画像光の入射角度が変化した場合でも、ダイヤル１０４等によって屈曲部材１０３を回転等させて任意に角度に設定し、屈曲部材１０３から導光部材１０１に対する画像光の入射角度を保持することができる。その結果、装着者に対する画像の見え方の変化を抑制できる。また、装着者が手動で調整することなく、屈曲部材１０３から導光部材１０１に対する画像の入射角度を単純な構成で調整できる。本実施の形態では、屈曲部材１０３は、当該屈曲部材１０３を回転（回動）させるダイヤル１０４等によって、テンプル光学系２０１から屈曲部材１０３に対する画像光の入射角度の変化に連動して動くものとする。

【0021】

図３は、第１の実施の形態にかかる眼鏡型の表示装置が有するダイヤルの構成の一例を示す図である。図４は、第１の実施形態にかかる眼鏡型の表示装置が有する屈曲部材の構成の一例を示す図である。次に、図３および図４を用いて、眼鏡型の表示装置が有するダイヤル１０４および屈曲部材１０３の構成の一例について説明する。

【0022】

本実施の形態では、ダイヤル１０４は、図３に示すように、複数の歯車１０５，２０２，６００，６０１を有する。歯車２０２は、筐体１００に対するテンプル筐体２００の回転に連動して回転する歯車である。歯車６０１は、歯車２０２の回転に連動して回転する歯車である。

【0023】

歯車６００と歯車６０１とは、一体で回転する機構となっており、歯車６０１が回転することによって歯車６００も回転する。歯車１０５は、歯車６００と噛み合っており、歯車６００の回転に連動して回転する。歯車１０５は、屈曲部材１０３に付随している。よって、屈曲部材１０３は、歯車１０５の回転に連動して回転する。

【0024】

図４に示すように、屈曲部材１０３と歯車１０５とは、その回転軸１０３ａが一致しており、筐体１００に対するテンプル筐体２００の回転に連動して、屈曲部材１０３の設置（回転）角度のみが変化する。すなわち、テンプル筐体２００に付随している歯車２０２の回転角度と、屈曲部材１０３に付随している歯車１０５の回転角度とは、比例関係を有し、テンプル筐体２００の回転角度の変化に応じて屈曲部材１０３が連動して回転する。

【0025】

このように、第１の実施の形態にかかる眼鏡型の表示装置によれば、テンプル光学系２０１から屈曲部材１０３に対する画像光の入射角度が変化した場合でも、屈曲部材１０３から導光部材１０１に対する画像光の入射角度が変化することを抑制でき、眼鏡型の表示装置を堅牢な構成としたり、眼鏡型の表示装置を大きめに作成して装着者の頭部に締め付けて安定させたりする必要が無くなる。その結果、眼鏡型の表示装置の軽量化および小型化を実現し、眼鏡型の表示装置の長時間の装着を可能する。

【0026】

（第２の実施の形態）
本実施の形態は、テンプル光学系から屈曲部材に対する画像光の入射角度の変化に連動して当該屈曲部材を動かす電子制御機構を有する例である。以下の説明では、第１の実施の形態と同様の構成については説明を省略する。

【0027】

図５は、第２の実施の形態にかかる眼鏡型の表示装置が有する電子制御機構の構成の一例を示すブロック図である。次に、図５を用いて、本実施の形態にかかる眼鏡型の表示装置が有する電子制御機構４０２の構成の一例について説明する。

【0028】

本実施の形態では、電子制御機構４０２は、図５に示すように、検出器４０３、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４０４、および駆動装置４０５を有する。

【0029】

検出器４０３は、テンプル光学系２０１の回転角度を検出する角度センサの一例である。駆動装置４０５は、アクチュエータ等であり、後述するＣＰＵ４０４からの駆動信号に応じて、屈曲部材１０３を動かす（例えば、回転（回動）させる）。

【0030】

ＣＰＵ４０４は、駆動装置４０５を制御して、テンプル光学系２０１から屈曲部材１０３に対する画像光の入射角度の変化に連動して屈曲部材１０３を動かす。これにより、屈曲部材１０３の動きを精密に制御することができるので、テンプル光学系２０１により伝搬される画像光を、導光部材１０１に反射させる精度を高めることができ、装着者に対してより鮮明な画像を認識させることができる。

【0031】

本実施の形態では、ＣＰＵ４０４は、導光部材１０１に対するテンプル光学系２０１の回転角度の検出結果に基づいて、駆動装置４０５を制御して、屈曲部材１０３を動かす（回転させる）。本実施の形態では、ＣＰＵ４０４は、まず、テンプル光学系２０１の回転角度に基づいて、屈曲部材１０３から導光部材１０１に対する画像光の入射角度を保持可能な屈曲部材１０３の回転角度を算出する角度変換処理を実行する。

【0032】

次いで、ＣＰＵ４０４は、当該ＣＰＵ４０４内部に記憶されるテーブルを参照して、屈曲部材１０３の回転角度を示す角度情報を、駆動装置４０５の駆動させるための駆動信号を変換する。ここで、ＣＰＵ４０４内部に記憶されるテーブルは、屈曲部材１０３の回転角度と、屈曲部材１０３から導光部材１０１に対する画像光の入射角度を保持可能する駆動信号と、を対応付けるテーブルである。

【0033】

そして、ＣＰＵ４０４は、当該駆動信号を駆動装置４０５に出力する。これにより、テンプル光学系２０１の回転角度、すなわち、眼鏡型の表示装置４０１の折れ曲がり具合に応じて、屈曲部材１０３等の光学部品の位置を自動的に適切な位置に制御することが可能となる。これにより、屈曲部材１０３の動きを精密に制御することができるので、テンプル光学系２０１により伝搬される画像光を、導光部材１０１に反射させる精度を高めることができ、装着者に対してより鮮明な画像を認識させることができる。

【0034】

図６は、第２の実施の形態にかかる眼鏡型の表示装置による屈曲部材の回転角度の制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。次に、図６を用いて、電子制御機構４０２による屈曲部材１０３の回転角度の制御処理の流れの一例について説明する。

【0035】

テンプル光学系２０１が回転すると（言い換えると、眼鏡型の表示装置４０１が折り曲げられると）、検出器４０３は、テンプル光学系２０１の回転角度を検出する（ステップＳ６０１）。

【0036】

ＣＰＵ４０４は、検出器４０３により検出されるテンプル光学系２０１の回転角度に基づいて、屈曲部材１０３から導光部材１０１への画像光の入射角度を保持可能な当該屈曲部材１０３の回転角度を算出する（ステップＳ６０２）。次いで、ＣＰＵ４０４は、当該ＣＰＵ４０４内に記憶されるテーブルを参照して、屈曲部材１０３の回転角度を、駆動装置４０５の駆動信号に変換する（ステップＳ６０３）。そして、ＣＰＵ４０４は、駆動信号を駆動装置４０５に出力する（ステップＳ６０４）。

【0037】

駆動装置４０５は、ＣＰＵ４０４から入力される駆動信号に従って、屈曲部材１０３を回転させて、屈曲部材１０３等の光学部品の位置を調整する（ステップＳ６０５）。

【0038】

図７は、第２の実施の形態にかかる眼鏡型の表示装置が有する検出器の構成の一例を示す図である。次に、図７を用いて、本実施の形態にかかる眼鏡型の表示装置が有する検出器４０３の構成の一例について説明する。

【0039】

本実施の形態では、検出器４０３は、円盤１１４、および角度検出部１１５を有する。円盤１１４は、筐体１００に対してテンプル筐体２００が回転した際に、テンプル筐体２００に付随して回転する円盤である。円盤４０３ａは、その側面に、縞模様を有する。角度検出部１１５は、光学センサ等であり、円盤１１４の側面の縞模様を検出し、検出した縞模様の数に基づいて、筐体１００に対するテンプル筐体２００の回転角度を、導光部材１０１に対するテンプル光学系２０１の回転角度として検出する。

【0040】

本実施の形態では、検出器４０３は、円盤１１４に対して光を照射するＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の照射部と、円盤１１４から反射した光を受光する受光器と、を用いて、縞模様を検出しているが、これに限定するものではない。例えば、円盤１１４の側面にＮ極とＳ極の磁石を回転方向に向かって交互に並べ、角度検出部１１５が、磁気検出器を用いて、Ｎ極またはＳ極の磁石を検出し、当該検出した磁石の数に基づいて、筐体１００に対するテンプル筐体２００の回転角度を検出しても良い。

【0041】

このように、第２の実施の形態にかかる眼鏡型の表示装置によれば、導光部材１０１に対するテンプル光学系２０１の回転角度、すなわち、眼鏡型の表示装置の折れ曲がり具合に応じて、屈曲部材１０３等の光学部品の位置を自動的に適切な位置に制御することが可能となる。

【0042】

（第３の実施の形態）
本実施の形態は、テンプル光学系により搬送される画像光の進行方向を、プリズムによって屈曲させる例である。以下の説明では、上述の実施の形態と同様の構成については説明を省略する。

【0043】

図８は、第３の実施の形態にかかる眼鏡型の表示装置の構成の一例を示す図である。本実施の形態にかかる眼鏡型の表示装置は、図８に示すように、筐体８０１と、テンプル筐体２００と、液晶表示部材３００と、ブリッジ４００と、テンプル部５００と、を備える。

【0044】

筐体８０１は、屈曲部材８０２を有する。屈曲部材８０２は、プリズム等であり、テンプル光学系２０１により伝搬される画像光の進行方向を屈曲させて当該画像光を導光部材１０１に入射する。これにより、テンプル光学系２０１により伝搬される画像光を、導光部材１０１に反射させる精度を高めることができるので、装着者に対してより鮮明な画像を認識させることができる。

【0045】

このように、第３の実施の形態にかかる眼鏡型の表示装置によれば、テンプル光学系２０１により伝搬される画像光を、導光部材１０１に反射させる精度を高めることができるので、装着者に対してより鮮明な画像を認識させることができる。

【符号の説明】

【0046】

１００，８０１ 筐体
１０１ 導光部材
１０２ ミラー
１０３，８０２ 屈曲部材
１０４ ダイヤル
２００ テンプル筐体
２０１ テンプル光学系
３００ 液晶表示部材
３０１ 液晶
３０２ 制御基板
４００ ブリッジ
４０２ 電子制御機構
４０３ 検出器
４０４ ＣＰＵ
４０５ 駆動装置
５００ テンプル部

【先行技術文献】

【特許文献】

【0047】

【文献】特開２０１３－２２５０４２号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】