显示设备、显示方法和平视显示器的制作方法

文档序号:2816971阅读:219来源:国知局
专利名称:显示设备、显示方法和平视显示器的制作方法
技术领域
本发明涉及显示设备、显示方法和平视显示器。
背景技术
已经发展了一种再现用于人类视觉感觉的可视实体的高质量显示设备。深度感觉 作为可视实体的一方面极其重要并且用于感知深度感觉的技术发展是一个重要问题。常规地,认为对于人类视觉感觉的深度感觉主要受双目视差的影响。也就是说,据 信两眼之间的不同图像由在人类注视对象视图时的聚焦生成,并且双目视差允许深度感觉 的感知。所提议的基于该双目视差的效果的方法例如为使用红和蓝滤波器的立体照相 方法,使用偏振的滤波玻璃的方法,使用液晶快门的方法,经由微透镜板可视地识别对于 右眼和左眼的界面图像的方法和经由安装在识别者头部的头部安装的显示器HMDOfead Mounted Display)呈现独立投影图像到右眼和左眼的方法。基于这些双目视差效应的各种 方法受困于需要大量工作来进行图像处理以产生用于右和左眼的多个投影图像和显示设 备复杂化。另一方面,可以将投影图像呈现给在HMD中的一只眼睛(单一眼睛),然而,感知受 限于由极其接近该眼睛放置的显示单元呈现的小投影图像并且不能呈现具有深度感觉的 高度真实感觉。此外,存在这样的平视显示器HUD (Head-Up Display),其允许在挡风玻璃上观看 诸如车辆速度等的投影的驾驶信息并且同时允许外部信息和车辆信息的可视识别。为了车 辆的安全驾驶,强烈期望将深度感觉添加到HUD的技术。应该注意的是,已公开了(专利引 文1)在HUD中将显示图像仅呈现给一只眼睛的技术,然而,该由于技术致力于防止在利用 双眼的可视识别中的重影,所以其对于增强深度的感知没有效果。此外,在专利引文2中公开了一种涉及人类的验证以便指定识别者头部的位置的 技术。专利引文1 专利7-228172专利引文2 专利327991
发明内容
技术问题本发明的目标是提供一种显示设备、显示方法和平视显示器,其允许容易地实现 可感知增强深度感觉的投影图像并且显示高真实感觉,而不需要复杂的设备构造和图像处 理,并支持车辆等的安全驾驶。技术解决方案 根据本发明的一方面,提供一种显示设备,其生成包含图像信息的光通量并且通 过控制该光通量的发散角使得该光通量入射至图像观察者的一只眼睛。
根据本发明的另一方面,提供一种显示设备,其包括光通量生成单元,其配置用 于生成包含图像信息的光通量;视场控制单元,其配置用于使得所述光通量入射至图像观 察者的一只眼睛;以及图像形成单元,其配置用于基于所述光通量形成图像,所述图像信息 单元包括构成光学元件的最接近于所述一只眼睛的光学元件,该最接近于所述一只眼睛的 光学元件与所述一只眼睛相距21. 7cm或21. 7cm以上放置。根据本发明的另一方面,提供一种显示方法,其生成包含图像信息的光通量并且 通过控制所述光通量的发散角使得所述光通量入射至图像观察者的一只眼睛。
根据本发明的另一方面,提供一种显示方法,其生成包含图像信息的光通量,并 且通过将最接近于图像观察者的一只眼睛的光学元件与所述一只眼睛相距21. 7cm或者 21. 7cm以上放置使得所述光通量入射至所述一只眼睛根据本发明的另一方面,提供了一种平视显示器,包括光通量投影单元,其配置 用于输出包含图像信息的光通量,该图像信息配置用于被入射至驾驶员的一只眼睛;发散 角控制机构,其配置用于控制所述光通量的发散角;以及带有反射层的透明板,所述光通量 以由所述发散角控制机构控制的发散角投影在所述反射层上。


图1A-1C是图示说明根据本发明的第一实施例的显示设备的构造的示意图;图2是图示说明关于根据本发明的第一实施例的显示设备的特征的实验结果的 图表;图3A和3B是图示说明用于评估根据本发明的第一实施例的显示设备的特征的实 验光学系统的示意图;图4是图示说明关于根据本发明的第一实施例的显示设备的特征评估的实验结 果的图表;图5是图示说明根据本发明的第二实施例的显示设备的构造的示意性横截面侧 视图;图6A-6H是图示说明根据本发明的第二实施例的显示设备的光通量的形状的示 意图;图7A-7E是图示说明根据本发明的第二实施例的显示设备的发散角控制单元的 示意图;图8A-8D是图示说明根据本发明的第二实施例的显示设备的发散角控制单元的 示意图;图9A-9T是图示说明根据本发明的第二实施例的显示设备的图像形成单元的示 意图;图10是图示说明根据本发明的第三实施例的显示设备的构造的示意图;图11是图示说明根据本发明的第四实施例的显示设备的构造的示意图;图12是图示说明根据本发明的第五实施例的显示设备的构造的示意图;图13是图示说明根据本发明的第六实施例的显示设备的构造的示意图;图14是图示说明根据本发明的第七实施例的显示设备的构造的示意图;图15是图示说明根据本发明的第八实施例的显示设备的构造的示意图16是图示说明根据本发明的第九实施例的显示设备的构造的示意图;图17是图示说明根据本发明的第十实施例的显示设备的构造的示意图;图18是图示说明根据本发明的第十一实施例的显示设备的构造的示意图;图19是图示说明根据本发明的第十二实施例的显示设备的构造的示意图;图20是图示说明根据本发明的第十三实施例的显示方法的流程图;图21是图示说明根据本发明的第十四实施例的显示方法的流程图;图22是图示说明根据本发明的第十五实施例的显示方法的流程图;图23是图示说明根据本发明的第十六实施例的显示方法的示意图;图24是示出根据本发明的实施例的显示设备、显示方法和平视显示器的应用的示意图。参考说明10、20、23、24、25、26、27、28、29、30、31、40 显示设备70 平视显示器(HUD)100 图像观察者101、105 —只眼睛110光通量生成单元111投影仪112 光通量112a辐射区域130 图像形成单元131 屏幕150视场控制单元151液晶快门玻璃152偏振玻璃对160 图像形成单元162a、162b 平板反射镜163a、163b 凹面反射镜164a、164b 棱镜165a漫反射屏166b 透光板167 高反射层168层压光学体170,370发散控制单元171 透镜172、401 微透镜板172a半圆柱透镜173全息漫射器173a 微不规则部(micro irregularity)174微透镜
175渐变折射率型微透镜190 光学元件230 半反射镜250图像投影仪251、252偏振滤波器260 屏幕262背景投影图像270指定的参考标记271 深度方向371、372 透镜373 光阑374 光源375准直器单元378投影透镜402、402a 非球面菲涅尔透镜403用于观察的视图461、463 图像462、762 虚像601 控制单元602 图像拾取单元603 图像判断单元604 图像信号单元700 驾驶员710前玻璃(窗口护罩,透明板)711反射层(半反射镜)720 仪表盘730 汽车(车辆)740发散控制机构750光通量投影单元
具体实施例方式(第一实施例)图1示出了图示说明根据本发明的第一实施例的显示设备的构造的示意图;图1A、1B、1C分别是横截面的示意性侧视图、示意性侧视图和示意性前视图。如在图IA中所示,第一实施例的显示设备10是一种头部安装型显示设备(HMD),并且具有生成包含图像信息的光通量112的光通量生成单元110,基于光通量112形成图像 的图像形成单元130和控制光通量112以使得光通量112入射至图像观察者100的一只眼 睛105的视场控制单元150。说明性地,光通量生成单元110可以是投影仪111并且其生成形成投影图像的光通量112。在图1中,其说明性地提供在图像观察者110的头部上。图像信息单元130例如是类似圆顶形状的屏幕131,其提供在图像观察者100的前面,其反射光通量112以形成 图像461。此外,说明性地,视场控制单元150在图1中为液晶快门玻璃151,其使得光通量 112入射至图像观察者100的一只眼睛。此外,液晶快门玻璃151可以配置用于使得光通 量112入射至图像观察者100的优势眼侧的眼睛,而不是使光通量112入射至非优势眼侧 的眼睛。在图1所图示说明的显示设备10中,图像信息单元130和图像观察者100的眼睛 之间的距离设定为27cm。就是说,组成图像形成单元130的光学元件190是屏幕131,最接 近图像观察者100的一只眼睛105的光学元件190是屏幕131并且最接近观察者100的一 只眼睛105的光学元件190和用于观察的一只眼睛105之间的距离设定为27cm。如上所述,可以通过使用显示设备10将投影图像呈现至用于观察的一只眼睛105 来提供具有增强的深度感觉的被显示图像。这允许容易地实现增强的深度感觉的投影图像 的可感知并且显示高真实感觉而不需要复杂的设备配置和图像处理。下文中,将描述细节。图2是图示说明对根据本发明的第一实施例的显示设备的特征的实验结果的图表。图2示出了当用一只眼睛(单一眼睛)观察和当用两只眼睛观察时深度感觉的主 观评估结果。就是说,使用在图1所图示说明的显示设备10中,使用液晶快门玻璃151,从 而该快门操作允许通过在一只眼睛状态和两只眼睛状态之间切换来交替的观察。此外,对 各种投影测试图像进行显示并且履行对当用单眼视力观察图像时显示性能与当用双眼视 力观察时的性能相比的主观评估。这里,使用总计包括_3、-2、_1、0、1、2和3的值的七个 等级的评估尺度来评估三种评估项“给出深度感觉”、“给出立体效果”和“给出真实感觉”。 此外,通过假定由双眼视力观察的主观评估为0 (标准)来确定在单眼视力的状态中的评估 值。在所有三个评估项中获得正值指示单眼视力比双眼视力(标准)优越。在图2中水平 轴代表三种评估项,并且垂直轴代表在评估项上的值。要注意,在上面的评估项中,“给出深 度感觉”主要是关于出现在所观察的投影图像中的多个对象中的深度关系的感知的评估; “给出立体效果”主要是关于出现在投影图像中的一个对象的形状的立体效果的感知的评 估;并且“给出真实感觉”主要是关于在考虑所有这些的情况下图像空间的真实可感知性。如在图2中所示,任意评估项指示正值。已经发现,通过单眼视力观察,与双眼视 力相比允许实现将“给出深度感觉”、“给出立体效果”和“给出真实感觉”的显示。通过上面的单眼视力实现的增强的深度感觉的感知与常规地通过双眼视力的深 度感觉的感知有完全不同的原理。下文中,将描述履行关于通过单眼视力感知深度感觉的增强效果的实验。图3示出了图示说明用于评估根据本发明的第一实施例的显示设备的特征的实 验光学系统的示意图。图3A是实验光学系统的示意性平面图,而图3B是示出在实验中的图像观察者的 状态的示意图。如在图3A中所示,液晶显示器(LCD) 210用作生成光通量112的光通量生成 单元110。由丙烯制成的半反射镜230用作图像形成单元130。此外,偏振玻璃对152具有 在左眼和右眼中具有不同的偏振方向的偏振滤波器,其用作视场控制单元150。从LCD210发出的光通量112在由丙烯制成的半反射镜230反射,并且图像观察者100观察通过该反 射获得的图像461(虚像462)。这里,调整偏振玻璃对152以便使得对于在半反射镜230上 反射的图像,偏振滤波器251 (A)处于光透过状态而另一个偏振滤波器252 (B)处于光阻挡 状态。这使得图像观察者100仅以一只眼睛105观察图像,而不用另外一只眼睛101观察 图像。此外,使用图像投影仪250将背景投影图像262投影在屏幕260上。
而且,随着从半反射镜230到用于观察的图像观察者100的一只眼睛105的距离 L的改变,测量从IXD 210的投影图像上可感知的深度距离。要注意,IXD 210和半反射 镜230之间的距离是30cm。从半反射镜230到用于观察的一只眼睛105之间的距离L在 IOcm-IOOcm的范围中变化。这里,到半反射镜230的距离的标准点设定为在反射光通量112 的半反射镜230的反射区域中的中心点。而且,在用于图像观察者100观察的视场的一侧上沿着深度方向271提供轨道 273,特定的参考标记270放置在轨道273上,从而使得参考标记270可以沿着深度方向271 移动。并且,当图像观察者100观察图像461时(虚像462),参考标记270放置在这样的 位置处,在该位置处其给出与关于图像461 (虚像462)所感知的深度感觉相同的深度感觉, 并且测量从图像观察者100上的眼点(ey印oint)到参考标记270的距离Li。距离Ll取 为所感知的深度距离Lp。另外,如在图3B中所示,偏振玻璃对152的构架部分的图像观察 者100 —侧平面基本上取为图像观察者100的前额的位置,并且测量参考标记270和从一 只眼睛105图像观察者100的眼点之间的距离Li。另外,在图3A示出的实验光学系统中,基于IXD210的光通量生成单元110、基于半 反射镜230的图像形成单元130和基于使光通量入射至一只眼睛的偏振玻璃对152的视场 控制单元150构成了本发明的第一实施例的显示设备。并且组成图像形成单元130的光学 元件190是半反射镜230。换言之,在组成图像形成单元130的光学元件190中,最接近于 图像观察者100的用于观察的一只眼睛105的光学元件是半反射镜230。图4是图示说明对根据本发明的第一实施例的显示设备的特征进行评估的实验 结果的图表。图4的水平轴表示从半反射镜230到用于观察的图像观察者100的一只眼睛105 的距离L (光学元件的距离)。图4的垂直轴表示从虚像462的形成位置到图像观察者100 的一只眼睛105的距离Lo和所感知的深度距离Lp之间的差异(深度距离差异)dL。就是 说,当所感知的深度与虚像的位置吻合时,dL为0。dL的正值指示所感知的深度距离Lp大 于虚像的位置的距离Lo。更具体地,深度距离差异dL指示深度感知的增强程度。在图4中实线表示实验数据,且误差条指示dL的平均,并且显示了在光学元件的 距离为L的情况下的标准偏差。此外,基于30cm或更长的L的实验性数据,确定关于中心 值和标准偏差的上限和下限的近似直线,然后通过间断线显示平均值的近似直线,通过虚 线显示标准偏差的上限的近似直线,并且通过双点划线显示标准偏差的下限的近似直线。如图4的实线所示,当光学元件的距离L小时,深度距离差异接近于0,并且所感知 的深度感觉几乎与虚像的深度相同。然而,如果L超过20cm,dL增加,并且显示出所观察的 图像被感知为比虚像461更深。换言之,已经发现,在通过一只眼睛的观察中,形成图像的光学元件在长于大约 20cm的距离L处,深度的感知被增强了。
下文中,将描述细节。作为对一只眼睛的投影系统的继续研究结果,本发明已经发现显示系统的特征的 巨大影响因素是最接近于图像观察者100的光学元件190 (称为,最接近光学元件)的位 置。就是说,放置在眼睛前的光学元件190的位置是人类感受由显示设备呈现的投影图像 的深度感知的重大影响因素。图像投影系统的显示平面用作可感知深度感觉的各位置中的最前方锚点。已经发 现,该锚点的位置以特定值或者更大值变远,并且至一只眼睛的投影图像的呈现使得该投 影图像能够在人类深度感觉的调整幅度内被感知为更远。本发明是基于关于在图4中所图示说明的人类单眼视力的新发现而产生的。例如,在常规单眼方法MHD中,显示单元(图像形成单元)放在图像观察者的眼睛 的正前方,并且图像形成单元和眼睛之间的距离是几厘米或者更短。从而,放置得比人类调 整极限近图像形成单元不能是锚点。因此,由于人类观察投影图像时假定该图像放置在容 易感知的位置,所以人类仅感知小显示平面(显示器)位于眼睛的正前方,不能感知深度感 觉。与此相反,在本发明的实施例的显示设备中,因为最接近于用于观察的一只眼睛 105的光学元件190 (最接近光学元件)将图像以比所认定位置更远的方式(放置得更远) 呈现给一只眼睛105,可以增强深度感知。认为人类视野感觉通过使用要被感知的物理对象和现有分配位置之间的确定的 差异更清晰判断深度距离。在图3所图示说明光学系统中,最接近图像观察者的光学元件 190的平面(在图3中以半反射镜230说明)被用作在深度感觉的判断中最接近的分配位 置(最接近的光学元件)。当最接近的分配位置非常近时,所感知的深度感觉放置得近,这 是因为虚像462的位置拖在最接近的分配位置后。因此,到虚像462的距离Lo和所感知的 深度感觉Lp之间的差异小。然而,如果最接近的分配点(半反射镜230)放置远指定值或 更大值,由于感知误差认为主观实像深度位置放置得更远以更容易地被感知。此外,描述了图4。如在图4中由虚线所示,已经发现实验数据的标准偏差的上限的近似特征是dL = 3. 7614xL-81. 619 (R2 = 0. 9624),并且所感知的深度开始变得比在L为21. 7cm或者21. 7cm 以上处的实像的位置更深。此外,如由图4中的间断线所示,中心值的近似特征是dL = 2. 2221xL-56. 634(R2 =0. 9495),并且所感知的深度距离比在L为25. 5cm或者25. 5cm以上的虚像的位置。此外,如由图4中的双点划线所示,已经发现标准偏差的下限的近似特征是dL = 1. 2029xL-76. 237 (R2 = 0. 8871),并且几乎所有图像观察者感知比虚像形成位置深的深度感觉。因此,在本发明的第一实施例的显示设备10中,布置使得在各构成光学元件190 中最接近于图像观察者100的一只眼睛105的光学元件190 (最接近光学元件)和一只眼 睛105之间的距离优选地为21. 7cm或者21. 7cm以上,另外,更优选地25. 5cm或者25. 5cm 以上,并且更有选地63. 4cm或者63. 4cm以上。 另外,类似如在图1中所图示说明的显示设备10,可以在屏幕131的部分上提供半 透明区域159,以使得能够同时观察外侧背景图像和图像461 (虚像462)。
(第二实施例)接下来,将描述第二实施例。图5是图示说明根据本发明的第二实施例的显示装置的构造的示意性横截面侧 视图。如在图5中所示,本发明的第二实施例的显示设备20是一种HMD,并且包括生成 包含图像信息的光通量112的光通量生成单元110,基于该光通量112形成图像的图像形成 单元160以及通过控制发散角使光通量112入射至图像观察者的一只眼睛的发散角控制单 元170。需要注意,“控制”不仅包括主动控制,还包括被动控制,其使得通量偏离以在入射 至发散角控制单元170时具有特定的发散角。显示设备20包括说明性地基于发散角控制 单元170的视场控制单元。光通量生成单元110可以说明性地基于投影仪111来生成光通量112,以形成投影 图像。图像形成单元160可以说明性地基于形如圆顶的屏幕161,其被提供在图像观察者 100前面并反射光通量112以形成图像463。此外,发散角控制单元170可以基于透镜171 等,并且使得能够控制光通量112的发散角,使得光通量112入射至图像观察者100的一只 眼睛105。屏幕161优选地使光扩散率降低到一定程度以便使得由发散角控制单元170控 制来控制光通量112入射至所述一只眼睛105的发散角,并且可以基于基本没有扩散的丙 烯树脂等。像这样,在图5中图示的显示设备20控制发散角并具有入射至图像观察者100的 一只眼睛的光通量112,并且因此与为观察者100呈现大区域的光通量的情况(例如,入射 至两只眼睛)相比,能够提供具有更高亮度的投影图像但是消耗更低能量。此外,在图5中所图示的显示设备20中,屏幕161和观察者100的用于观察的一 只眼睛105之间的距离设定为27cm。如上所述,这实现了对深度感觉的感知的增强效果。 艮口,在图5中所图示的显示设备20中,组成光通量生成单元110、图像形成单元160和发散 角控制单元170的各光学元件中,最接近用于观察的一只眼睛105的光学元件190(最接近 光学元件)是图像形成单元160 (屏幕161),其与用于观察的一只眼睛105的距离为27cm。这使得显示器允许容易地实现增强的深度感觉的感知而不需要复杂的设备构造 和图像处理,并且允许能够实现给出高真实感觉的显示。在上述的显示设备20中,控制光通量112的发散角以将被投影图像呈现给图像观 察者100的一只眼睛105。此时将描述至图像观察者100的光通量112的辐射状态。图6示出了图示说明根据本发明的第二实施例的显示设备的光通量的形状的示 意图。图6A-6F图示说明在本实施例的显示设备中光通量112的有利状态。并且图6G 和6H图示说明光通量112的不利状态。如在图6A-6F中所示,必须使光通量至图像观察者100的辐射区域112a不与图像 观察者100的不用于观察的一只眼睛101重叠,并且与用于观察的一只眼睛105重叠,并且 其区域可以具有任意形状。更具体地,该形状可以如在图6A到6D中所图示的为横向宽的, 并且如在图6C和6D中所示为垂直方向长,或者如在图6E和6F中所图示的斜向上(swash)。 相反,应该避免如在图6G和6H中所图示说明的没有光通量入射至两只眼睛。可以通过控制光通量112的发散角来控制光通量112至图像观察者100的辐射区域112a。即,这可以通过在图5中所图示的透镜171等来实现。此外,这可以通过各种光学 元件190来实现。图7示出了图示说明根据本发明的第二实施例的显示设备的发散角控制单元的 示意图。如在图7A中所示,发散角控制单元170(370)可以例如基于第一透镜371、光阑 373和第二透镜372这些光学元件。此外,如果第一透镜的焦距是fl并且第二透镜的焦距 是f2,光阑373放置在距离第一透镜fl且距离第二透镜f2的位置处。在该配置中,发散 角控制单元370可以通过例如将光源374、准直单元375和图像设备376组合来使用,说明 性地该图像设备376基于形成投影图像的液晶显示元件。此外,放置第一透镜371使得从 准直单元375的出口位置到第一透镜371的距离为Π并且放置第二透镜使得从第二透镜 372到图像设备376的距离为f2。由此,来自光源374的光通量被光阑373收集并且入射 至图像设备376,以便于通过第二透镜372进一步控制发散角的状态。入射至图像设备376 的光通量到达图像观察者时,光通量具有受控的发散角。此时,可以通过改变图像设备376 的直径容易地控制光通量112的辐射区域112a并且可以将光通量入射至图像观察者100 的一只眼睛。此外,如在图7B中所示,发散角控制单元170可以例如基于微透镜板172。如在图7C中所示,说明性地,可以通过改变微透镜板172的半圆柱透镜172a的曲率来控制发散角。 例如,如在图6C-6F中所图示的,该微透镜板可以用于实现将发散角集聚在纵向方向(一个 方向)。此外,如在图7D中所示,发散角控制单元170可以基于全息漫射器173。如在图 7E中所示,全息漫射器173在其表面上具有微不规则部173a,并且可以通过改变该微不规 则部173a的形状、大小和分布密度等来控制发散角。此外,发散角控制单元可以基于各种光学元件。图8示出了图示说明根据本发明的第二实施例的显示设备的发散角控制单元的 示意图。如在图8A中所示,发散角控制单元170可以基于这样布置的光学元件即其布置 使得每个半圆柱透镜172a的延伸方向基本上为垂直的并且半圆柱透镜172a面向彼此。此外,如在图8B中所示,还可以使用这样的光学元件,其具有微透镜阵列,该微透 镜阵列带有形如圆顶的以直线布置在平板上的微透镜174。此外,如在图8C中所示,还可以使用这样的光学元件,其具有微透镜阵列,该微透 镜阵列带有形如圆顶的以六边形密堆积(hexagonal closedpacking)布置在平板上的微透 镜 174。此外,如在图8D中所示,可以使用这样的光学元件,其具有微透镜阵列,该微透镜 阵列具有以基本上圆折射系数(circular refractive index)分布在平板上的二维分布的 渐变折射率型微透镜175。在由像这样的各种光学元件190组成的发散角控制单元170中,可以通过控制半 圆柱透镜172a和形如圆顶的微透镜174的形状,以及渐变折射率型微透镜175所使用材料 的折射率和折射率分布来控制光通量112的发散角。另外,除了上述元件以外,还可以使用 各种光学元件用于发散角控制单元170,例如具有多个峰和凹槽的形如平行布置的三角杆的棱镜片、各种百叶片、形如顶部截断的三棱锥的多个波导的布置。另一方面,在本实施例的显示设备20中,具有各种构造的光学元件可以用于图像形成单元160。图9示出了图示说明根据本发明的第二实施例的显示设备的图像形成单元的示 意图。如在图9A-9D中所图示的,图像形成单元160可以基于诸如平板反射镜162a、凹面 镜163a、棱镜164a和散射屏165a等等的光学元件。此外,如在图9E到9G中所图示的,图像形成单元160可以基于诸如半透明平反射 镜162b、凹面反射镜163b和棱柱164b等等的光学元件。此外,如在图9H中所示,还可以使用由其上具有慢曲率和高反射层167的透光板 166b制成的层压光学体168等的光学元件。此外,还可以使用在上面的平板反射镜162b、 凹面反射镜163a和棱镜164a、散射屏165a、半透明平反射镜162b、凹面反射镜163b和棱镜 164b的各自表面上提供有高反射层167的结构。高反射层167可以由膜或层压膜构成,该 膜或层压膜可以由各种无机化合物和有机化合物制成。如上面所述,说明性地,具有半透性的光学元件的使用允许同时观察背景图像和 投影图像,并且其可以容易地应用到例如HUD等。此外,图像形成单元160可以由多个上面的各种光学元件的组合构成。更具体地,如在图9I-9L中所图示的,可以使用将平板反射镜162a、凹面反射镜 163a、棱镜164a、散射屏165a与平板反射镜162a组合的结构。此外,如在图9M-9P所图示的,可以使用将平板反射镜162a、凹面反射镜163a、棱 镜164a、散射屏165a与凹面反射镜163a组合的结构。此外,如在图9Q-9T中所图示的,可以使用将半透明平反射镜162b、凹面反射镜 163b、棱镜164b、透光板166b和高反射层167的层压光学体,与凹面反射镜264a组合的结 构。此外,该光学元件可以基于偏转光路径的各种机构,例如多面反射镜、五角棱镜、 五角反射镜、多边棱镜和多边反射镜。可以使用凹面形反射镜或者通过布置多个微平板反 射镜配置的类似元件。另外,图像形成单元160可以基于这些光学元件与例如光收集光学 元件的组合,该光收集光学元件例如非球面菲涅尔透镜等。此外,发散角控制单元170可以用作图像形成单元160。组成发散角控制单元170 的光学元件可以用作组成图像形成单元160的光学元件的一部分。当发散角控制单元170 由多个光学元件Al-An组成,且图像形成单元160由多个光学部件Bl-Bn组成时,光学元件 Al-An和Bl-Bn可以任意地布置,只要其性能能够实现。例如,沿着光通量112的行进方向, 它们可以以Al、A2、A3到An, B1、B2、B3到Bn的顺序,并且也可以以混合的顺序,例如,Al、 B1、B2、A2、B3、A3以此类推。即,组成发散角控制单元170和图形形成单元160的光学元件 可以彼此以混合状态布置。另一方面,本实施例的显示设备20中,光通量生成单元110还可以基于各种配置。 例如,可以使用诸如激光、LED(发光二极管)和卤素灯的各种类型光源与反射镜等对由光 源生成的光通量进行扫描的光学元件的组合结构。此外,还可以使用各种类型光源与包括 LCD和MEMS等的各种类型的光学开关的光学元件的组合。就是说,可以使用任意配置,只要能够生成包含图像信息的光通量112即可。注意到,在光通量生成单元110包括光学元件的情况下,发散角控制单元170可以 用作组成图像形成单元160的光学元件。组成光通量生成单元110的光学元件和组成发散 角控制单元170和图像形成单元160的各光学元件可以彼此以混合状态布置。在本实施例的显示设备20中,在组成光通量生成单元110、图像形成单元160和发 散角控制单元170的各光学元件中,最接近于图像观察者100的用于观察的一只眼睛105 的光学元件(最接近光学元件)与用于观察的一只眼睛105之间的距离设定为21. 7cm或 者21. 7cm以上。这可以提供对在图4中描述的深度感觉的感知的增强效果。就是说,如在图4中所描述的,其中的放置使得最接近光学元件和用于观察的一 只眼睛105之间的距离优选为21. 7cm,更优选地为25. 5cm或者25. 5cm以上,并且更加优选 地为63. 4cm或63. 4cm以上。这可以提供深度感觉的感知的增强效果。像这样,本实施例的显示设备20使得显示器能够允许容易地实现增强的深度感 觉的感知而不需要复杂设备构造和图像处理,并且可以实现给出高真实感觉的显示。注意到,例如图像观察者100所佩戴的用于校正一个人的视力的一副眼镜等以及 太阳镜不认为是组成光通量生成单元110、图像形成单元160、发散角控制单元170的光学 元件,而认为是图像观察者100的一部分。(第三实施例)接下来,将描述第三实施例。图10是图示说明根据本发明的第三实施例的显示设备的配置的示意性横截面视 图。如在图10中所示,根据本发明的第三实施例的显示设备23可以基于生成包含图 像信息的光通量112的投影仪111,其用作光通量生成单元110。光通量112通过投影透镜 378投影到微透镜板401上,图像形成在微透镜板401上并且形成实像。该图像被半透明 球形凹面反射镜163b反射并且该实像被投影到图像观察者100。给出了被球形凹面反射 镜163b放大的实像。此外,可用于图像观察者100的被投影图像的视场可以被凹面反射镜 163b的曲率所改变。另外,图示说明了微透镜板401,其在入射侧具有0.03的数值孔径NA 并且在出射侧具有0. 1的数值孔径NA,然而,其不限于这些值。在图10的显示设备中,光通量生成单元110包括投影仪111、投影透镜378和微 透镜板401。另外,图像形成单元160和发散角控制单元170由微透镜板401和凹面反射 镜163b构成。更具体地,凹面反射镜163b基于形成在微透镜板401上的实像的光通量112 形成虚像462。微透镜板401的发散角和凹面反射镜163b的曲率使得能够控制光通量112 的发散角,并且光通量112的辐射区域112a在图像观察者100的位置处基本为直径为6cm 的圆。这允许光通量112入射至图像观察者100的一只眼睛以呈现被投影图像到所述一只 眼睛。此外,在显示设备23中,在组成光通量生成单元110、图像形成单元160和发散角 控制单元170的光学元件190中,最接近于图像观察者100的用于观察的一只眼睛105的 光学元件190 (最接近光学元件)是凹面反射镜163b,凹面反射镜163b和用于观察的一只 眼睛105之间的距离L设定为100cm。在像这样配置的显示设备23中,由于光通量112入射至图像观察者100的一只眼睛105并且最接近光学元件和用于观察的一只眼睛之间的距离为21. 7cm或者21. 7cm以 上,所以可以实现感知深度感觉的增强效果。例如,在图10中所图示的显示设备23中当虚 像462的形成位置和一只眼睛105之间的距离Lo为300cm时,所感知的图像仿佛是放置在 比其深的方向上的,例如仿佛为在350到600cm的距离所感知的。像这样,本实施例的显示设备23使得能够容易地实现具有增强的深度感觉的感 知并且实现给出高真实感觉的显示。(第四实施例)接下来,将描述第四实施例。图11是图示说明根据本发明的第四实施例的显示设备的构造的示意图。如在图11中所示,第四实施例的显示设备24中,使用平板反射镜162a和层压光 学体168来代替在图10中所图示说明的显示设备23的凹面反射镜163b,并且附加地将用 作光收集光学元件的非球面菲涅尔透镜402放置在平板反射镜162a和层压光学体168之 间。层压光学体168由透光板166b和半透明高反射层167构成。在图11所图示的显示设备24中,微透镜板401的光学特征使得能够控制光通量 112的发散角,并且在图像观察者100的位置处光通量112的辐射区域112a可以基本上为 直径6cm的圆。这允许要入射至图像观察者100的一只眼睛的光通量112将被投影图像呈 现给所述一只眼睛。此外,最接近光学元件是层压光学体168。该层压光学体168和用于观察的一只眼 睛105之间的距离设定为100cm。由此,显示设备24使得能够容易地实现允许具有增强的 深度感觉的感知的显示并且实现给出具有高真实感觉的显示。另外,在图11中图示的显示设备24具有这样的优点,即其与在图10中图示的显 示设备23相比实现该设备构造的尺寸缩小,因为平板反射镜162a放置在图像观察者100 的用于观察的视场403之下。此外,平板反射镜162a的角度调整可以控制输出光通量112 的方向,并且变化光通量112的输出方向根据图像观察者100的位置的调整可以将投影图 像呈现给图像观察者100的一只眼睛105。另外,光收集光学元件还可以基于正球面透镜和凹面反射镜等等,而不是上面的 非球面菲涅尔透镜402。可以通过凹面反射镜163a替代平板反射镜163a。可以通过将透光板166b设定到车辆等的前玻璃将在图11中图示的显示设备24 可以用于J1UD。更具体地,在HUD中,将诸如车辆信息的投影图像呈现在前玻璃上作为虚像。这 里,在正常HUD中,虚像的形成位置近似位于距图像观察者1. 5-2. 5m的位置处(与车辆的 前边缘近似处于相同位置),然而,在正常驾驶状态中,驾驶员注视在驾驶车辆前面的车辆 和路面情况,并且通常视觉上识别得比驾驶车辆的前边缘更远,与虚像的形成位置不同。这 样,在常规HUD中,投影图像的可视性差。相反,如果将本实施例的显示设备24应用至HUD, 可以在比虚像的形成位置更远处感知虚像,这样可以实现具有优良可视性的HUD以支持车 辆等的安全驾驶。另外,提供了控制例如投影仪111、投影透镜378和微透镜板401等的放置位置和 角度而不是平板反射镜162a的放置位置和角度的控制单元601,可以为图像观察者100呈 现好的投影图像。
(第五实施例)接下来,将描述第五实施例。图12是图示说明根据本发明的第五实施例的显示设备的构造的示意图。如在图12中所示,在第五实施例的显示设备25中,具有背光的LCD404用作在图 11中所图示的显示设备24的光通量生成单元110。此外,在LCD前面,放置微透镜板401 作为发散角控制单元170。在图12中所图示的显示设备25中,微透镜板401的光学特性使得能够控制光通 量112的发散角,并且在图像观察者100的位置处光通量112的辐射区域112a可以基本上 为直径6cm的圆。这允许将要被入射至图像观察者100的一只眼睛的光通量112将投影图 像呈现给所述一只眼睛。此外,最接近光学元件是层压光学体168。该层压光学体168和用于观察的一只眼 睛105之间的距离被设定为100cm。由此,显示设备25使得能够容易地实现允许具有增强 的深度感觉的感知的显示并且实现给出高真实感觉的显示。另外,在图12中所图示的显示设备25的优势是,与在图10中所图示的显示设备 23相比实现了设备构造的尺寸减小,这是因为将IXD 404用作光通量生成单元110。此外, 可以使用各种类型的显示器取代IXD404,例如CRT(阴极射线管)、荧光显示管(VFD 真空 荧光显示器)、PDP (等离子体显示面板)、EL (电发光)显示设备、有机EL显示设备等。(第六实施例)接下来,将描述第六实施例。图13是图示说明根据本发明的第六实施例的显示设备的构造的示意图。如在图13中所示,在第六实施例的显示设备26中,第二平板反射镜162a2用于代 替在图11中所图示的显示设备24中的层压光学体168。与显示设备24 —样,显示设备26使得能够容易地实现允许具有增强的深度感觉 的感知的显示并且能够实现给出高度的真实感觉的显示。此外,对于在图11中所图示的显示设备24,能够观察到所生成的投影图像和用于 观察的视场403的背景信息,然而,在图13中所图示的显示设备26中,观察所生成的投影 图像,从而可能感知具有较高真实感觉的投影图像,并且可以提供用于观察和游戏,并且进 一步地适于各种目的来生成所指示的环境情形的显示器。第七实施例 接下来,将描述第七实施例。图14是图示根据本发明的第七实施例的显示设备的构造的示意图。如在图14中所示,在第七实施例的显示设备27中,在图13中所图示的显示设备 26的非球面菲涅尔透镜402的放置位置从在平板反射镜162a和第二平板反射镜162a2之 间改变到第二平板反射镜162a2和图像观察者100之间。在该情况下,最接近的光学元件 是非球面菲涅尔透镜402并且在非球面菲涅尔透镜402和图像观察者用于观察的一只眼睛 之间的距离取为70cm。在图14中所图示的显示设备表示到图像观察者100的一只眼睛的投影图像并且 在最接近光学元件和用于观察的一只眼睛105之间的距离L为21. 7cm或者21. 7cm以上, 从而使得能够容易地实现允许具有增强深度感觉的感知的显示并且可以实现给出高真实感觉的显示。(第八实施例)接下来,将描述第八实施例。图15是图示根据本发明的第八实施例的显示设备的构造的示意图。如在图15中所示,第八实施例的显示设备28中,使用棱镜164a来代替在图13中 所图示的显示设备26的第二平板反射镜162a2。最接近光学元件是该棱镜164a,并且棱镜 164a和图像观察者100用于观察的一只眼睛105之间的距离取为90cm。像显示设备26 —样,显示设备28呈现投影图像给图像观察者100的所述一只眼 睛并且在最接近光学元件和用于观察的所述一只眼睛105之间的距离L为21. 7cm或者 21. 7cm以上,从而使得能够容易地实现允许具有增强深度感觉的感知的显示并且可以实现 给出高真实感觉的显示。(第九实施例) 接下来,将描述第九实施例。图16是图示根据本发明的第九实施例的显示设备的构造的示意图。如在图16中所示,第九实施例的显示设备29的结构还带有非球面菲涅尔透镜 402a,其用于校正在图像观察者100侧的棱镜164a的平面上的光通量。这允许对来自棱镜 164a的输出光整形以提高显示均勻性。另外,在显示设备中的最接近光学元件是该非球面 菲涅尔透镜402a并且非球面菲涅尔透镜402a和图像观察者用于观察的一只眼睛105之间 的距离取为89cm。像显示设备26 —样,显示设备29呈现投影图像给图像观察者100的一只眼睛并 且在最接近光学元件和用于观察的一只眼睛105之间的距离L为21. 7cm或者21. 7cm以 上,从而使得能够容易地实现允许具有增强深度感觉的感知的显示并且实现给出高真实感 觉的显示。(第十实施例)接下来,将描述第十实施例。图17图示根据本发明的第十实施例的显示设备的构造的示意图。如在图17中所示,第十实施例的显示设备30中,在图7A中描述的发散角控制单 元370用作在图11中所图示的显示设备24的发散角控制单元170。此外,其与光源374和 准直器单元375结合,并且图像设备(IXD) 376形成投影图像。另外,在图11中图示的显示 设备24中,平板反射镜162a被凹面反射镜163a代替。像显示设备23 —样,在图17中所图示的显示设备30呈现投影图像给图像观察者 100的一只眼睛并且在最接近光学元件和用于观察的一只眼睛105之间的距离L为21. 7cm 或者21. 7cm以上,从而使得能够容易地实现允许具有增强深度感觉的感知的显示并且实 现给出高真实感觉的显示。(第—十一实施例) 接下来,将描述第十一实施例。图18图示根据本发明的第十一实施例的显示设备的构造的示意图。如在图18中所示,第十一实施例的显示设备31中,与在图12中图示的显示设备 25 —样,使用具有背光的IXD 404和放置在其前面的透镜板401,并且将散射屏165a用于图像形成单元160。控制散射屏165a的扩散率(发散角),并且使得将图像呈现给图像观 察者100的一只眼睛105。此外,用作最接近光学元件的散射屏165a和图像观察者的用于 观察的一只眼睛105之间的距离设定为60cm。在图18中图示的显示设备31将投影图像呈现给图像观察者100的一只眼睛,并 且在最接近光学元件和用于观察的一只眼睛105之间的距离L为21. 7cm或者21. 7cm以 上,从而使得能够容易地实现允许具有增强的深度感觉的感知的显示并且能够实现给出高 真实感觉的显示。如上所述,光通量生成单元110、图像形成单元160和发散角控制单元170可以分 别基于各种光学部分和光学元件。在根据本发明实施例的显示设备中,在技术允许范围内, 光通量生成单元110、图像形成单元160和发散角控制单元170的各构成元件可以用作双重 目的并且可以互换,并且可以部分地删除一些光学部分和光学元件。此外,在各实施例的显示设备中,与在图11中所图示的显示设备的一样,可以提供控制单元601,用于控制组成光通量生成单元110、图像形成单元160和发散角控制单元 170的各种光学元件的位置和角度以及光学特性。这允许有效地设定对应于图像观察者 100的一只眼睛105的光通量112的辐射区域112a并且有效地呈现具有校正焦点的图像。(第十二实施例)接下来,描述第二十二实施例。第十二实施例的显示设备通过跟随图像观察者 (头部)的位置控制光通量的辐射位置。图19是图示根据本发明的第十二实施例的显示设备的构造的示意图。如在图19中所示,第十二实施例的显示设备40还包括对图像观察者100 (头部) 成像的图像拾取单元602,和图像判断单元603,该图像判断单元603对通过图像拾取单元 602成像的图像进行处理并且导出附加到图11中所图示的显示设备24的图像观察者100 的眼睛的位置。然后,将平板反射镜162a设定为可移动的并且配置使得可以通过控制单元 601控制平板反射镜162a的角度和位置。附加地,将来自图像信号单元604的图像信号输 入到投影仪111。图像判断单元603可以基于成像数据,例如使用在专利文本2中描述的方法来识 别两个眼球、鼻子和嘴巴等的位置用作图像观察者100的面部的特征点。这允许识别和导 出图像观察者100的眼睛的位置。基于由图像判断单元603导出的图像观察者100的眼睛的位置的数据,控制单元 601例如改变可移动平板反射镜162a的位置和角度,然后可以将被投影图像呈现给用于观 察的图像观察者100的一只眼睛105。由此,自动跟随图像观察者100的头部的运动并且可 能控制被投影图像的呈现位置。由图像观察者100的头部的运动引起的呈现位置的不对准 由此变得不会发生并且可能带来宽的实际观察范围。这使得能够稳定地提供具有增强的深 度感觉的感知,并且实现给出稳定的真实感觉的显示。以这种方式,可以通过直接成像或者通过对从组成显示设备的任意光学元件输出 的光进行成像来执行图像观察者100的头部的成像。此外,在图19所图示的显示设备40 中,通过可移动平板反射镜162a来控制投影图像到图像观察者100的呈现位置,然而,并不 限于此,可以调整组成显示设备的各种光学元件中的所有技术允许的光学元件。此外,可以将像这种通过自动跟随图像观察者100的眼睛的位置来改变光通量的位置的本实施例的显示设备40应用于HUD (例如),并且其可以稳定的提供允许具有增强深 度感觉的感知的显示以支持汽车等的安全驾驶。(第十三实施例)接下来,描述第十三实施例的显示方法。图20是图示根据本 发明的第十三实施例的显示方法的流程图。如在图20中所示,在第十三实施例的显示方法中,在第一个位置处,生成包含被 投影图像信息的光通量112 (步骤S110)。光通量的生成可以基于这样的结构,其是之前描 述的诸如激光器、LED和卤灯的各种光源与诸如反射镜等对由光源生成的光通量进行扫描 的光学元件190的组合。此外,可以使用将各种光源与由LCD和MEMS等的各种光学开关组 成的光学元件190组合的结构等。接下来,基于光通量112形成图像(步骤S120)。可以使用半透明或者反射性平板 反射镜、凹面反射镜、棱镜、散射屏和透光板与高反射层的层压光学体等形成图像。接下来,通过控制光通量112的发散角使光通量112入射至图像观察者100的一 只眼睛(步骤S130)。可以使用之前描述的透镜和光阑的组合、微透镜板、全息漫射器、微透 镜阵列、渐变折射率型微透镜、各种棱镜片、百叶片片以及形如顶部截断棱锥的多个波导的 布置等来控制光通量112的发散角。这允许实现高亮度和低电功耗的显示,并且将最接近光学元件和用于观察的图像 观察者100的一只眼睛之间的距离设定为21. 7cm或者21. 7cm以上使得能够容易地实现允 许具有增强深度感觉的感知的显示并且实现给出高真实感觉的显示,此外,实现支持汽车 等的安全驾驶的显示。(第十四实施例)接下来,描述第十四实施例的显示方法。图21是图示根据本发明的第十四实施例的显示方法的流程图。如在图21中所示,在第十四实施例的显示方法中,在第一个位置处,生成包含投 影图像信息的光通量112 (步骤S210)。接下来,基于光通量112形成图像(步骤S220)。可以使用半透明或反射性平板反 射镜、凹面反射镜、棱镜、散射屏和透光板与高反射层的层压光学体等形成图像。接下来,最接近于用于观察的图像观察者100的一只眼睛的光学元件(最接近光 学元件)与用于观察的一只眼睛间隔21. 7cm或者21. 7cm以上放置,并且光通量入射至图 像观察者100的所述一只眼睛(步骤S230)。这使得容易地实现允许具有增强深度感觉的感知的显示并且实现给出高真实感 觉的显示。第十五实施例接下来,将描述第十五实施例的显示方法。图22是图示根据本发明第十五实施例的显示方法的流程图。除了第十三实施例和第十四实施例的显示方法之外第十五实施例的显示方法包 括下列内容。更具体地,如在图22中所示,在第一地点,对图像观察者成像(步骤S310)。成像 可以基于CCD相机和CMOS传感器等。
接下来,对所成像的图像进行处理以导出图像观察者的一只眼睛的位置(步骤 S320)。在该情况下,说明性地图像处理和辨识的方法包括通过识别用作面部特征点的两个 眼球、鼻子和嘴巴等的位置来识别图像观察者100的一只眼睛的位置的方法,例如,如在专 利文本2中所描述的(步骤S320)。接下来,基于所导出的所述一只眼睛的位置的信息对图像观察者上的光通量的辐 射位置进行控制(步骤S330)。由此,自动跟随图像观察者100的头部的运动,并且这使得 可能控制投影图像的呈现位置。这使得能够容易地实现投影图像的允许具有深度感觉的稳 定感知的显示并且能够实现给出高真实感觉的显示。此外,对于HUD等的应用可以有效支 持汽车等的安全驾驶。 (第十六实施例)本发明的第十六实施例的平视显示器(HUD)是用于汽车的平视显示器,其使用上 述显示设备和显示方法。图23是图示根据本发明的第十六实施例的平视显示器的构造的示意图。本发明的第十六实施例的平视显示器(HUD)70带有如上所述的从驾驶员700 (图 像观察者100)来看在汽车(车辆)730的仪表盘背面上的投影仪111、投影透镜378、微透 镜板401和凹面反射镜163a。投影仪111生成光通量112。设定其发散角由投影透镜378、 微透镜板401和凹面反射镜163a控制的输出光通量112,将其配置为入射至驾驶员700 (图 像观察者100)的一只眼睛105。就是说,这是这样的示例,其光通量投影单元750基于投影 仪111并且发散角控制机构740基于微透镜板401和凹面反射镜163a。此外,将反射光通量112的反射层(半反射镜)711提供在汽车730的前玻璃(车 窗护罩,透明板)710的部分上。就是说前玻璃710和反射层711分别实现了在图9H中所图 示的透光板166b和高反射层167的功能。反射层711用作HUD的合成器。将光通量112 (具 有由发散角控制机构740控制的发散角)投影在反射层711上并且将投影图像呈现给驾驶 员700 (图像观察者100)的一只眼睛。驾驶员700 (图像观察者100)用一只眼睛观察虚像 762。这使得该实施例的HUD将允许具有增强深度感觉的感知的显示提供给驾驶员700以 支持车辆等的安全驾驶。图24是用于描述根据本发明的实施例的显示设备、显示方法和平视显示器的应 用示例的示意图。可以将上述的显示设备、显示方法和平视显示器应用至除了汽车等车辆之外的诸 如火车、飞机、直升机和船只等的各种可移动体。已经参照示例对本发明的实施例进行了描述。然而,本发明不限于上面的示例。例 如,组成显示设备、显示方法和平视显示器的各元素的特定配置包括在本发明的范围内,只 要本领域中的技术人员还可以通过从公知范围合适选择来实现本发明并且得到类似效果。此外,只要技术可行,在每个示例中的两个或多个元件可以组合,并且只要他们包 括本发明的特征,这些组合也包含在本发明的范围内。此外,本领域技术人员基于上面作为本发明的实施例描述的显示设备、显示方法 和平视显示器所发明的在设计变化范围内的所有显示设备、显示方法和平视显示器也属于 本发明的范围,只要他们包括本发明的特征。另外,本领域技术人员在本发明的理念的范畴内可以进行各种变换和修改,并且这些变换和修改被认为属于本发明的范围。
工业应用本发明提供了一种显示设备、显示方法和平视显示器,其允许容易地实现增强的 深度感觉的投影图像的感知和显示高真实感觉,而不需要复杂的设备构造和图像处理,并 且支持车辆等的安全驾驶。
权利要求
一种显示设备,其生成包含图像信息的光通量并且通过控制所述光通量的发散角使得所述光通量入射至图像观察者的一只眼睛。
2.根据权利要求1所述的设备,其中,包括在所述显示设备中的各光学元件中最接近 于所述一只眼睛的光学元件和所述一只眼睛之间的距离是21. 7cm或者21. 7cm以上。
3.根据权利要求1所述的设备,其中,包括在所述显示设备中的各光学元件 中最接近 于所述一只眼睛的光学元件和所述一只眼睛之间的距离是25. 5cm或者25. 5cm以上。
4.根据权利要求1所述的设备,其中,包括在所述显示设备中的各光学元件中最接近 于所述一只眼睛的光学元件和所述一只眼睛之间的距离是63. 4cm或者63. 4cm以上。
5.一种显示设备,包括光通量生成单元,其配置用于生成包含图像信息的光通量;视场控制单元,其配置用于使得所述光通量入射至图像观察者的一只眼睛;以及图像形成单元,其配置用于基于所述光通量形成图像,所述图像形成单元包括各构成 光学元件中最接近于所述一只眼睛的光学元件,所述最接近于所述一只眼睛的光学元件与 所述一只眼睛相距21. 7cm或者21. 7cm以上放置。
6.根据权利要求5所述的设备,其中,所述图像形成单元的各构成光学元件中所述最 接近于所述一只眼睛的光学元件与所述一只眼睛相距25. 5cm或者25. 5cm以上放置。
7.根据权利要求5所述的设备,其中,所述图像形成单元的各构成光学元件中所述最 接近于所述一只眼睛的光学元件与所述一只眼睛相距63. 4cm或者63. 4cm以上放置。
8.根据权利要求5所述的设备,其中,所述视场控制单元和所述图像形成单元包括从 下列组中选择的至少一个,所述组包括包括透镜和光阑的光学结构体、微透镜板、全息漫 射器、微透镜阵列、渐变折射率型微透镜、棱镜片、百叶片和具有多个形如顶部截断三棱锥 列阵的波导的光学结构体。
9.根据权利要求5所述的设备,其中,所述光通量生成单元包括光源,并包括用于扫描 在所述光源中生成的光通量的光学元件和调制所述光通量的光开关中的任意一个。
10.根据权利要求5所述的设备,还包括图像拾取单元,其配置用于为所述图像观察者成像;图像判断单元,其配置用于处理由所述图像拾取单元成像的图像并且导出所述图像观 察者的所述一只眼睛的位置;以及控制单元,其配置用于基于关于由所述图像判断单元所导出的所述一只眼睛的位置的 信息来控制所述光通量的方向。
11.根据权利要求10所述的设备,其中,所述控制单元至少控制包括在所述光通量生 成单元、所述视场控制单元和所述图像形成单元中的各光学元件的位置和角度中的任意 个。
12.—种显示方法,其生成包含图像信息的光通量并且通过控制所述光通量的发散角 使得所述光通量入射至图像观察者的一只眼睛。
13.根据权利要求12所述的方法,其中,对所述图像观察者成像;处理所成像的图像并且导出所述图像观察者的所述一只眼睛的位置;以及还基于关于 所导出的所述一只眼睛的位置的信息控制所述光通量的方向。
14.一种显示方法,生成包含图像信息的光通量;以及通过将最接近于图像观察者的一只眼睛的光学元件与所述一只眼睛相距21. 7cm或者 21. 7cm以上来放置使得所述光通量入射至所述一只眼睛。
15.根据权利要求14所述的方法,其中,通过将最接近于所述图像观察者的所述一只 眼睛的所述光学元件与所述一只眼睛相距25. 5cm或者25. 5cm以上来放置使得所述光通量 入射至所述一只眼睛。
16.根据权利要求14所述的方法,其中,通过将最接近于所述图像观察者的所述一只 眼睛的所述光学元件与所述一只眼睛相距63. 4cm或者63. 4cm以上来放置使得所述光通量 入射至所述一只眼睛。
17.根据权利要求14所述的方法,其中,使得所述光通量入射至所述一只眼睛的所述 显示方法包括使用包括从下列的组中选择的至少一个的光学系统来控制所述光通量的发 散角的方法,其中所述组由下列组成包括透镜和光阑的光学结构体、微透镜板、全息漫射 器、微透镜阵列、渐变折射率型微透镜、棱镜片、百叶片和具有多个形如顶部截断三棱锥列 阵的波导的光学结构体。
18.根据权利要求14所述的方法,其中,对所述图像观察者成像;处理所成像的图像并且导出所述图像观察者的所述一只眼睛的位置;以及还基于所导出的所述一只眼睛的位置信息控制所述光通量的方向。
19.一种平视显示器,包括光通量投影单元,其配置用于输出包含图像信息的光通量,所述光通量配置为被入射 至驾驶员的一只眼睛;发散角控制机构,其配置用于控制所述光通量的发散角;以及透明板,其带有反射层,所述光通量以由所述发散角控制机构控制的发散角投影在所 述反射层上。
全文摘要
一种显示设备,其生成包含图像信息的光通量并且通过控制该光通量的发散角使得该光通量入射至图像观察者的一只眼睛,或者一种显示设备,包括配置用于生成包含图像信息的光通量的光通量生成单元;配置用于使得光通量入射至图像观察者的一只眼睛的视场控制单元;以及配置用于基于该光通量形成图像的图像形成单元,该图像形成单元包括各构成光学元件中与所述一只眼睛最接近的光学元件,其与所述一只眼睛间隔21.7或者21.7cm以上来放置。
文档编号G02B27/01GK101868750SQ200880116880
公开日2010年10月20日 申请日期2008年9月29日 优先权日2007年11月22日
发明者佐佐木隆, 冈田直忠, 堀内一男, 堀田相良, 奥村治彦 申请人:株式会社东芝
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