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公開番号2023047727
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-04-06
出願番号2021156820
出願日2021-09-27
発明の名称装着型映像表示装置
出願人日本放送協会
代理人弁理士法人磯野国際特許商標事務所
主分類G02B 27/02 20060101AFI20230330BHJP(光学)
要約【課題】光の利用効率を改善することができる装着型映像表示装置を提供すること。
【解決手段】使用者HUが眼前に装着するフレーム体110Aと、前記フレーム体の正面に対向する位置で前記フレーム体内に設置される偏光ビームスプリッタ103Aと、前記フレーム体内で前記偏光ビームスプリッタに映像光を直線偏光した光として出力する出力表示素子101Aとを備え、前記偏光ビームスプリッタは、前記直線偏光した前記映像光を前記使用者に向かって反射するように傾斜して設置されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
使用者が眼前に装着するフレーム体と、前記フレーム体の正面に対向する位置で前記フレーム体内に設置される偏光ビームスプリッタと、前記フレーム体内で前記偏光ビームスプリッタに映像光を直線偏光した光として出力する出力表示素子とを備え、
前記偏光ビームスプリッタは、前記直線偏光した前記映像光を前記使用者に向かって反射するように傾斜して設置される装着型映像表示装置。
続きを表示(約 980 文字)【請求項2】
使用者が眼前に装着するフレーム体と、前記フレーム体の正面に対向する位置で前記フレーム体内に設置される偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタと前記フレーム体の正面との間に設置されるハーフミラーと、前記偏光ビームスプリッタと前記ハーフミラーとの間に設置される1/4波長板と、前記フレーム体内で前記偏光ビームスプリッタに対してs偏光となるように映像光を直線偏光した光として出力するように設置した出力表示素子とを備え、
前記1/4波長板は、前記偏光ビームスプリッタからの映像光を透過して円偏光に変換して前記ハーフミラーに送り、かつ、前記ハーフミラーからの前記映像光を前記偏光ビームスプリッタにより透過できるようにp偏光に変換して送る装着型映像表示装置。
【請求項3】
前記ハーフミラーが凹面に形成されている請求項2に記載の装着型映像表示装置。
【請求項4】
前記1/4波長板は、前記ハーフミラーの凹面に沿って凹面に形成されている請求項2に記載の装着型映像表示装置。
【請求項5】
前記出力表示素子から前記映像光を使用者に表示するまでの光路中に前記映像光の映像範囲を広げるレンズを配置する請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の装着型映像表示装置
【請求項6】
前記光路中に色収差を解消する色消しレンズを配置している請求項5に記載の装着型映像表示装置。
【請求項7】
前記フレーム体は、外部の光である外光を透過する透光性板を、当該フレーム体の正面に設置している請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の装着型映像表示装置。
【請求項8】
前記1/4波長板は、緑色の波長範囲で中心波長が形成されている請求項2又は請求項4に記載の装着型映像表示装置。
【請求項9】
前記出力表示素子は、映像光として出力する映像信号を補正する補正部を備え、
前記補正部は、前記映像光のRGB色を予め設定した色成分値になるようにG色成分値をB色成分値に対して予め設定した値分減少させると共に、R色成分値をB色成分値に対して予め設定した値分減少させるように補正する請求項2乃至請求項8のいずれか一項に記載の装着型映像表示装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、頭部設置型表示装置(HMD:Head Mounted Display)や、眼鏡に固定されるタイプの接眼型映像表示装置など、映像を観察する使用者が装着して使用する装着型映像表示装置に関する。
続きを表示(約 2,700 文字)【背景技術】
【0002】
近年、様々な分野でバーチャルリアリティー(VR:Virtual Reality)の活用が広がりつつあり、HMDや、接眼型の映像表示装置が使用されている(例えば、特許文献1参照)。接眼用の映像表示装置は、接眼レンズによりディスプレイを拡大する光学系を備え、光学透過型(Optical See Through;OST)の構成についても知られている。光学透過型のHMDは、使用者に表示素子からの光に加えて外界からの外部光を届けることができる構成を備えている。
従来の光学透過型のHMDの構成を図7に示す。光学透過型HMD200Aは、表示素子201Aから発せられた光が、凸レンズ202Aを通過し、ハーフミラー203Aを介して使用者HUに届けられるため、光の強度は1/2になる。また、使用者HUと表示デバイスの光学的な距離を長く保つことが必要な場合、図8に示すような構成が考えられる。この場合には、光学透過型HMD200Bは、第1ハーフミラー203B及び第2ハーフミラー204Bを備えている。
【0003】
そして、光学透過型HMD200Bは、表示素子201Bからの光が、第1ハーフミラー203Bを2回、第2ハーフミラー204Bを1回通過するため、光の強度は1/8になる。また、図8の構成におけるレンズの機能を、凹面鏡状のハーフミラーに担わせる構成として、図9のような構成も考えられる。光学透過型HMD200Cは、第1ハーフミラー203Cと、凹面鏡状に形成された第2ハーフミラー204Cとを備え、表示素子201Cから発せられた光のうち、使用者に届くのは1/8である。
なお、光学透過型HMDではなく、標準的なHMD(使用者には表示素子からの光だけを届け、外界からの光を届けないもの)として用いる場合は、図8及び図9で使用している第2ハーフミラー204B,204Cに代えて、図8の場合は平面鏡、図9の場合は凹面鏡とすることで構成されることになる。標準的なHMDの場合は、第1ハーフミラー203B或いは第1ハーフミラー203Cを2回通過することから、利用できる光は1/4となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2016-146632号公報
【非特許文献】
【0005】
https://www.phileweb.com/news/d-av/image.php?id=51395&row=5
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、前記した従来の光学透過型HMDのような装着型映像表示装置では、表示素子から発せられた光の利用効率が低く省エネルギーの観点から改善の余地がある。特に光学透過型HMDは頭に装着して広い範囲を動き回りながら用いる用途に用いることが多い。このため、外部から電力を供給しない電池駆動などでの運用が想定され、光の利用効率の改善による消費電力の低減は実用性の向上に大きく寄与する。
本発明は、前記した状況に鑑みて創案されたものであり、光の利用効率を改善することができる装着型映像表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記課題を解決するため、本発明に係る装着型映像表示装置は、使用者が眼前に装着するフレーム体と、前記フレーム体の正面に対向する位置で前記フレーム体内に設置される偏光ビームスプリッタと、前記フレーム体内で前記偏光ビームスプリッタに映像光を直線偏光した光として出力する出力表示素子とを備え、前記偏光ビームスプリッタは、前記直線偏光した前記映像光を前記使用者に向かって反射するように傾斜して設置される。
【0008】
かかる構成によれば、装着型映像表示装置は、出力表示素子から偏光ビームスプリッタの間において、例えば、直線偏光させた映像光を偏光ビームスプリッタに対してs偏光となるように入力する。偏光ビームスプリッタは、入力されたs偏光である映像光を使用者側に反射して出力することで映像光による映像を使用者に観察させることができる。そして、偏光ビームスプリッタにより反射されたs偏光の映像光は、出力表示素子から出力された光量とほぼ同等とすることができる。したがって、従来のLCDとハーフミラーの組合わせを用いる装着型映像表示装置より光の利用効率をほぼ2倍にすることが可能となる。
【0009】
また、前記課題を解決するため、本発明に係る装着型映像表示装置は、使用者が眼前に装着するフレーム体と、前記フレーム体の正面に対向する位置で前記フレーム体内に設置される偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタと前記フレーム体の正面との間に設置されるハーフミラーと、前記偏光ビームスプリッタと前記ハーフミラーとの間に設置される1/4波長板と、前記フレーム体内で前記偏光ビームスプリッタに対してs偏光となるように映像光を直線偏光した光として出力するように設置した出力表示素子とを備え、前記1/4波長板は、前記偏光ビームスプリッタからの映像光を透過して円偏光に変換して前記ハーフミラーに送り、かつ、前記ハーフミラーからの前記映像光を前記偏光ビームスプリッタにより透過できるようにp偏光に変換して送る。
【0010】
かかる構成によれば、装着型映像表示装置は、出力表示素子からs偏光の映像光を出力し、偏光ビームスプリッタにおいて1/4波長板に向かって反射する。そして、1/4波長板は、左旋偏光又は右旋偏光の一方となるように映像光の偏光を変換してハーフミラーに送る。ハーフミラーは送られて来た映像光の半分を反射して半分を透過する。ハーフミラーから反射された映像光は、左旋偏光又は右旋偏光の他方となり、前記1/4波長板を介してp偏光となるように変換されて偏光ビームスプリッタに送られる。1/4波長板は、映像光がハーフミラーを介して往復で2度通過することで、偏光ビームスプリッタを透過するp偏光状態の映像光となるような機能を担う。結果として、偏光ビームスプリッタは、1/4波長板からの映像光を透過して使用者に送る。したがって、映像光は、ハーフミラーによる光の損失以外がほとんどなく従来の装着型映像表示装置より光の利用効率をほぼ4倍にすることが可能となる。
【発明の効果】
(【0011】以降は省略されています)

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