JPH0772446A

JPH0772446A - 表示システム

Info

Publication number: JPH0772446A
Application number: JP5217700A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Yamamoto; 良高山元; Yutaka Ishii; 裕石井; Fumiaki Funada; 文明船田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-09-01
Filing date: 1993-09-01
Publication date: 1995-03-17
Also published as: KR950009296A; US5506705A; CN1131456C; KR0136891B1; CN1115452A

Abstract

(57)【要約】【目的】仮想現実感を実現するための頭部に搭載して
使用される眼鏡型表示システムにおいて、小型化する。
臨場感にあふれた自然な映像を実現する。【構成】視覚情報形成手段として反射型のＬＣＤ８を
使用する。ＬＣＤ８に表示された情報をスクリーン２に
拡大投影し、その投影された映像を見るようにする。Ｌ
ＣＤ８の駆動トランジスタが生成される基板に単結晶シ
リコンを用いる。色順次切り替え方式で映像をカラー化
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば仮想現実感を実
現するために頭部に搭載して使用される眼鏡型表示シス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータの高性能化と低価格
化の進展は急速であり、それに伴い、従来不可能であっ
た多くの技術が現実のものとなりつつある。その中でも
特に大きな注目と期待を集めている技術が仮想現実感技
術（Virtual Reality ：ＶＲ技術）である。

【０００３】ＶＲ技術は表示技術、コンピュータ技術、
センサー技術、音響システム技術等の多くの技術の統合
体である。その中でも特にコンピュータの高性能化は、
この技術の実現に大きく貢献している。従って、コンピ
ュータ技術の占める比率が大きいのは勿論であるが、コ
ンピュータ以外にも多くの新規技術が、この技術には含
まれている。

【０００４】ＶＲ技術を利用すると電子的手段、例えば
コンピュータで作り出された映像や音響等を利用するこ
とによって、実際には存在しない物を、あたかも存在す
るがごとくに感じさせる事が可能となる。これによって
コンピュータが創り出した映像空間の内部に、被験者自
らが没入し、各種の体験を行うことができる。

【０００５】ここでは、人間の感覚自体がコンピュータ
と人間のインターフェイスとして働くため、きわめて自
然な感覚で、コンピュータの作り出した仮想空間の出来
事を体験として人間が感じる事ができ、従ってコンピュ
ータと人間のインターフェイスとしても理想的な手段で
あるといえる。

【０００６】この技術を用いる事により、本来経験でき
ない事であっても、きわめて容易に且つ自然に経験でき
るので、将来のアミューズメント、教育及びコンピュー
タ・インターフェイス等への応用の広がりが大いに期待
されている。ＶＲ技術の総説的な説明は、例えば「人工
現実感の技術動向」、廣瀬通孝、光学第２１巻第９号、
５９７（１９９２）になされている。

【０００７】ところで、視覚は人間にとって最も重要に
感覚であり、外界認識情報のうちの８０〜９０％を占め
ると言われている。従ってＶＲ技術においても、高品位
な視覚情報形成技術なくしては、高度の仮想現実感は実
現できない。即ち、各種ＶＲ技術において、仮想現実感
をより自然な感覚とするためには優れた表示システムが
不可欠であると考えられる。

【０００８】ＶＲ用の表示技術としては従来より幾つか
の方式が提案されている。この内でも眼鏡型表示装置等
を頭部に搭載する頭部搭載型ディスプレイシステム（He
adMount Display ：ＨＭＤ）は非常に有力な方式として
注目を集めている。ＨＭＤに使用される眼鏡型表示装置
としては次のような方式が周知である。

【０００９】ＣＲＴミラー反射方式本方式の表示装置は高精細な映像が得られる特徴があ
り、従来より航空機のコックピット内で、パイロットが
多くの情報を統合的にハンドリングできる画期的な技術
として研究されてきた。本技術についてはJohn Seller
s.1991 SID International Symposium Digest,491(199
1)に詳しい説明がある。図１５に本方式の代表な使用例
であるＶＰＤ（Virtual panoramic display）の概念図
を示す。

【００１０】ＶＰＤシステムは、操縦操縦席のパイロッ
トに直接的に各種の情報を提供する方法として考案され
た。ＶＰＤシステムの表示装置であるヘルメット部１０
１は、２台のＣＲＴ１０２、光学系及び頭の位置・視覚
を検出するセンサーＨＰＳで構成されている。また、操
縦席１００内にはディスプレイを制御するシステム等が
設置されている。加えて、ヘルメット部１０１の冷却シ
ステム、映像生成コンピュータ、制御コンピュータ等が
あり、非常に大掛かりなシステムとなっている。実際、
表示装置は小型とは言え、ヘルメット部１０１にＣＲＴ
１０２を搭載すると大型、大重量となるのは避けられな
い。加えて、ＣＲＴ１０２から発生する熱を冷却するシ
ステムも必要となり、従来より一部の業務用、軍事用等
に利用範囲が限定されていた。

【００１１】透過型ＬＣＤ方式透過型ＬＣＤを利用する方式はＬＣＤの薄型、軽量の特
徴が生かせ、小型軽量のＨＭＤを実現出来る方法であ
り、実際にＶＰＬ社（Visual Programming Language
社）から「Ｅｙｅｐｈｏｎｅ」として販売されている。
本方式は、野村淳二、テレビジョン学会誌Vol.46.No.
6.,689（1992）及びT.Uchida and T.Miyashita,1986 SI
D International Symposium Degest.440（1986）に説明
されている。図１６に本方式の表示原理を示す。図では
１セットのみ図示したが、実際は両目用として左右２セ
ットで構成される。

【００１２】左右２枚のＬＣＤ１２０は、接眼光学系１
２１に対して反対側に設置された照明光学系１２２によ
って照明される。照明光学系１２２は、導光板１２２ａ
と蛍光灯１２２ｂとで構成されている。ＬＣＤ１２０に
よって映像化された情報は、接眼光学系１２１を通して
見ることが出来る。映像はコンピュータで生成された両
目用のものであり、両目で同時に見ることによりその視
差を利用して立体表示が実現出来る。映像は、他の手
段、例えば磁気センサーや光ファイバーセンサー等で検
知された頭の位置や向き及び手の位置等の情報に従って
コンピュータで制御、生成させる。

【００１３】本方式は、ＶＲ技術を実用化した良い事例
であるが、現状では透過型のＬＣＤを用いているため、
画素が粗くなり、精細度に欠ける映像しか生成できず、
現実感を満足させるまでに至っていない。実際、「Ｅｙ
ｅｐｈｏｎｅ」の画素数は３６０×２４０であり、画面
に字数の多い場合は文字を表示する事も難しいと考えら
れる。また、本方式ではＬＣＤが直視型であるため、表
示の視野角依存性、表示の均一性等の視覚特性が問題と
なる。すなわち、人間の視覚特性から臨場感を満足させ
るためには左右各５０°、上方向３５°、下方向５０°
の視野角の表示特性を良好な状態に保つ必要があるが、
これだけの広い視野角を本方式で用いられている直視型
ＬＣＤでは実現できないという問題点があった。

【００１４】発光ダイオード（ＬＥＤ）走査方式ＬＥＤ走査方式表示装置の表示原理を図１７に示す。こ
れは１次元ＬＥＤアレー１３０の発光パターンを振動ミ
ラー１３１を用いて振動させ、目の残像現象を利用して
２次元のパターンを得るものである。すなわち、ＬＥＤ
アレー１３０の点滅で形成された１次元（ｙ方向）のパ
ターンは拡大鏡１３２で拡大され、振動ミラー１３１で
ｘ方向に走査され、２次元の画像に変換される。この表
示システムは軽量小型であるが、２値しか表示できない
ために中間調がでない事と、ＬＥＤアレー１３０の密度
で表示の精細度が決まるために高精細な表示ができない
事が課題となっている。本方式の表示システムは、「ｐ
ｒｉｖａｔｅｅｙｅ」の名称で実用化されている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】以上がＨＭＤに使用さ
れる従来の代表的な眼鏡型表示装置の概説である。以下
にその課題を整理して説明する。

【００１６】表示装置の役割は視覚的臨場感の生成であ
る。ＨＭＤでこれを実現するためには以下の要件を満た
す必要がある。

【００１７】視界が広いこと自然な立体表示が出来ること高い精細度が得られること小型、軽量であることこれらの要件に対し、ＣＲＴミラー方式は〜の要件
は満たすが、ＣＲＴ自体の薄型化、小型化に限界があ
り、かつ軽量化が難しい。すなわち、の要件は満足さ
れない。

【００１８】これに対し、透過型ＬＣＤ方式は、小型、
軽量化は実現出来るが、視野角に限界があるため視野角
を広く取れない。また、画素寸法を小さくすると開口率
が低下し表示輝度が低下する問題が生じるため、画素寸
法を一定以下に微細化出来ず、高精細化に限界があっ
た。

【００１９】以下に高精細化制限の問題を、従来のＴＦ
Ｔを用いたＬＣＤについて、さらに詳細に説明する。

【００２０】従来ＴＦＴとしては多結晶Ｓｉ（ｐ−Ｓ
ｉ）及び非晶質Ｓｉ（ａ−Ｓｉ）が一般に用いられてい
る。これらのＴＦＴ−ＬＣＤには次の問題があって画素
の高精細化に限界があった。

【００２１】ａ−ＳｉＴＦＴでは、電荷の易動度が一般
に０．１〜０．５ｃｍ²・Ｖ^-1・ｓ^- ¹であり、トランジ
スタのｏｎ抵抗が高いため、ＴＦＴの寸法を大きくしな
ければならない問題点があった。一方、ｐ−ＳｉＴＦＴ
ではａ−ＳｉＴＦＴに比べると高易動度が得られるが、
その場合でも５０〜１００ｃｍ²・Ｖ^-1・ｓ^-1程度であ
り、やはりＴＦＴの寸法が大きくなる問題があった。加
えて、ｐ−ＳｉＴＦＴにはｏｆｆ抵抗が小さい問題があ
り、この事もＴＦＴを大きくする要因となっていた。

【００２２】ａ−ＳｉＴＦＴ，ｐ−ＳｉＴＦＴではソー
ス、ドレイン間に印加する電圧の極性を反転させると、
その電気特性が極性で異なるため、ＬＣＤの画面の表示
に差が生ずる問題があり、このために画面にチラツキや
フリッカー現象が見られた。これに対しては、一般に１
走査ライン毎に印加電圧の極性を切り換える駆動方式
（１Ｈライン反転駆動）を採用している。しかしなが
ら、この方式では走査ライン毎に画素にかかる電圧の極
性が異なるため、画素と画素の間に大きな電界がかか
り、液晶の配向を乱す問題があった。実際、駆動に±５
Ｖを印加する場合、画素間の電界による表示画面への悪
影響を防止するためには、画素間隔は１０ミクロン以上
を確保する必要があった。

【００２３】このように、従来のＴＦＴ−ＬＣＤでは、
ＴＦＴの大きさをあまり小さくできない。このため、Ｌ
ＣＤの表示の微細化を図る場合にはＴＦＴ領域の占める
面積比率が大きくなり、開口率が低下する問題があっ
た。実際、画素のピッチを２０ミクロン以下にすると実
質的に開口率が０となってしまう。このため、透過型Ｌ
ＣＤ方式の眼鏡型表示システムでは高精細な表示ができ
ず、自然な映像が実現出来ない問題点があった。

【００２４】加えて、従来のＬＣＤはカラーフィルタを
ＬＣＤ上に形成する関係から、各画素にＲＧＢの内の１
色を割り当てる。そのため、カラー化すると、ＲＧＢの
３画素の合成で所望の色が生成され、表示はより粗いも
のとなる。

【００２５】以上は、ＣＲＴミラー反射方式および透過
型ＬＣＤ方式の場合であるが、残るＬＥＤアレイ走査方
式では、視角を広く取れ、かつ小型、軽量化は実現出来
るものの、画像表示は２値表示のみであり、濃淡の中間
色がでないため、自然な表示が出来ない問題があった。
加えて、表示の精細度はＬＥＤアレーの密度で決まる
が、実際にはＬＥＤアレーの高密度化に限界があるため
高精細な表示ができず、その結果、自然な表示が出来な
い問題があった。

【００２６】本発明は、これらの問題点を同時に解決す
べくなされたものであり、小型軽量で、しかも高精細で
自然な映像を表示できる眼鏡型表示システムを提供する
ことを目的とする。本発明の他の目的は、高精細なカラ
ー映像を表示できる眼鏡型表示システムを提供すること
にある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明の表示システム
は、眼鏡型表示システムであって、光を変調する表示媒
体を挟んで一対の基板が対向配設され、片方の基板に駆
動トランジスタおよび反射膜が形成された一対の反射型
表示装置と、該一対の反射型表示装置の片方づつに左目
用の情報と右目用の情報とを表示する映像生成手段と、
該一対の反射型表示装置に表示された各情報を直接また
は間接に導いて、立体的に視認できるようにする映像伝
達手段とを具備するので、そのことにより上記目的が達
成される。

【００２８】この表示システムにおいて、前記映像伝達
手段は、前記一対の反射型表示装置に表示した情報が拡
大投影されるスクリーンを備えた構成とすることができ
る。また、前記駆動トランジスタおよび反射膜が形成さ
れた片方の基板が、単結晶シリコンからなる構成とする
ことができる。

【００２９】また、２種類以上の色彩光を順次選択的に
透過させて、左目用および右目用の各映像を色順次方式
でカラー化する光選択手段を具備する構成とすることが
できる。

【００３０】

【作用】軽量、小型のディスプレイを実現するためには
ＬＣＤを利用するシステムがきわめて優れる。何故なら
ば小型、軽量と言う観点では、ＬＣＤ以上のディスプレ
イは現状では存在しないと考えられるからである。従っ
て本発明の眼鏡型表示システムではＬＣＤ方式を採用す
る。

【００３１】また、そのＬＣＤとしては、従来のＬＣＤ
の透過光を表示に利用する型のものでなく、ＬＣＤの基
板上に形成した反射膜で反射された光を利用する反射型
ＬＣＤを用いる。反射型のＬＣＤでは、駆動トランジス
タの上にも反射膜を形成することが可能であり、ＴＦＴ
等の回路構成が大きくなっても、実質的に光の利用効率
は低下しない。よって、画素の微細化が図れることとな
る。

【００３２】透過型のＬＣＤでも反射型のＬＣＤでも、
そのＬＣＤを直接見ると視野角によって表示の品位が変
動するため、視界を広くとると良好な表示特性が得られ
ない。これを解決するために、本発明の眼鏡型表示シス
テムでは、ＬＣＤに表示された映像を直接見るのではな
く、ＬＣＤに表示された映像をスクリーンに拡大投影
し、その投影像を見る。

【００３３】しかしながら、スクリーンを用いると投影
光学系が大きくなるため、システム全体が大型になる問
題がある。これを解決するためには出来るだけ小型の投
射光学系と小型のＬＣＤを使用する必要があるが、小型
のＬＣＤに表示された映像を拡大投影するとＬＣＤの画
素も拡大されてしまい、自然な映像としての品位が低下
する問題がある。そこで、本発明の眼鏡型表示システム
では、ＬＣＤの駆動トランジスタが形成される基板に単
結晶シリコンを使用して、ＬＣＤの小型化および画素の
微細化を図っている。

【００３４】単結晶シリコンを用いるＬＳＩはトランジ
スタ特性が頗る良好である。実際、単結晶シリコンの電
子易動度は約１５００ｃｍ²・Ｖ^-1・ｓ^-1であり、ａ−
Ｓｉ，ｐ−Ｓｉと比べてＯＮ時の電流駆動能力は桁違い
に優れている。加えて、ＯＦＦ時の抵抗値は頗る高く、
従ってＯＮ／ＯＦＦ値を非常に大きく取れる特徴があ
り、トランジスタの微細化が可能である。

【００３５】表１に各種トランジスタ性能の比較を示
す。

【００３６】

【表１】

【００３７】表１から分かるように、単結晶シリコンを
ＬＣＤの駆動トランジスタ基板として用いると、非常に
特性の優れた微細なトランジスタが構成される。また、
単結晶シリコントランジスタの優れた特性はその寸法を
小さくできる事以外にもある。即ち、ソース、ドレイン
間に印加する電圧の極性を切り換えても同じ電気特性を
得ることができる点である。この点により、電気極性切
り替えに伴うトランジスタ特性の不一致によって生じる
フリッカーが問題にならない。従って、従来の１Ｈ反転
駆動を行う必要がなく、画素間にかかる電界を緩和でき
る特徴もある。この特徴のため画素間隔を非常に狭くす
ることができる。

【００３８】また、フィールド順次走査のＬＣＤと色順
次切り替え方式の光選択手段を組み合わせて、カラー表
示を可能とした場合は、１画素がＲＧＢを順次表示する
ことになるので、高精細な表示が可能となる。この結
果、従来にない臨場感を実現できる。

【００３９】

【実施例】以下に本発明を実施例について説明する。

【００４０】＜実施例１＞図１に本発明の第１実施例を
示す。

【００４１】本実施例は、ＶＲのためのＨＭＤシステム
に使用される眼鏡型表示システムであって、図示してい
ない眼鏡型表示装置の駆動システム、データ処理・制御
コンピュータ等と共に、そのＨＭＤシステムを構成して
いる。

【００４２】本実施例の眼鏡型表示システムは、使用者
の眼前にゴーグルのように装着され、その両側部に一対
のボックス１，１を有する。ボックス１，１は、映像生
成手段をそれぞれ収容している。ボックス１，１の間に
は、左右一対のスクリーン２，２および接眼光学系３，
３が配置されている。スクリーン２，２および接眼光学
系３，３は、上下一対の遮光フード４，４で覆われてい
る。

【００４３】ボックス１，１内の映像生成手段でそれぞ
れ映像化された情報は、投影窓１ａを通してスクリーン
２，２上にそれぞれ拡大投影される。スクリーン２，２
は使用者の左右の目の前に設置されており、使用者は接
眼光学系３，３を通してスクリーン２，２上に投影され
た映像を見ることができる。

【００４４】左右のスクリーン２，２上に投影される映
像は、コンピュータによってその合成映像が立体として
認識できるようにデータ処理されている。

【００４５】スクリーン２，２は使用者の視界一杯に広
がっており、十分な臨場感が得られるよう工夫されてい
る。

【００４６】接眼光学系３，３は目前の映像を目に結像
させる役割を果たしている。遮光フード４，４は映像に
外光が入って映像の表示品位が低下することを防ぐと同
時に、使用者の視界に映像以外の光または光景が入るこ
とにより臨場感が損なわれることを防止している。

【００４７】図２に第１実施例の表示原理を示す。

【００４８】図は左右ある系統の左側一方だけを図示し
ているが、実際は図示されていない右側の系統と合わせ
て、本実施例は構成されている。説明の簡略化のため
に、図示された左側の系統について説明を行う。

【００４９】光源としてのランプ５から発せられた光は
コリメート光学系６によって平行光線とされる。その平
行光線は、偏光ビームスプリッタ７によってｓ及びｐの
それぞれの偏光に分解され、その内の一方、すなわちｓ
だけがその進行方向を約９０°曲げられてＬＣＤ８に投
光される。

【００５０】ＬＣＤ８は、透明な第１の基板と、表面に
駆動トランジスタが形成されると共にその上から反射膜
が形成された第２の基板との間に液晶材料を挟持し、第
１の基板の方向から入射された光を、第１の基板と第２
の基板の間の液晶材料で変調し、その後第２の基板の反
射膜で反射し、再度液晶材料で光を変調して第１の基板
の方向へ出射する反射型ＬＣＤであり、その第２の基板
としては単結晶シリコン基板を用いている。

【００５１】ＬＣＤ８では、図示していないコンピュー
タからの情報に従って入射光が変調され、再度偏光ビー
ムスプリッタ７に投射される。その後偏光の変調として
書き込まれた情報に従って、偏光ビームスプリッタ７で
透過または屈折され、そのうちの透過光のみが投射光学
系９を通してスクリーン２上に投影される。このように
してスクリーン２上に投影された映像は、接眼光学系３
を通して使用者が直接見ることが出来る。

【００５２】ここで、ランプ５、コリメート光学系６、
偏光ビームスプリッタ７およびＬＣＤ８は、映像生成手
段を構成し、投射光学系９、スクリーン２および接眼光
学系３は、映像伝達手段を構成している。

【００５３】以下に、単結晶シリコンを用いた反射型Ｌ
ＣＤについて説明する。

【００５４】ここでは、シリコンゲートＮＭＯＳのスイ
ッチング回路を搭載したシリコン基板を用いたものにつ
いて説明する。図３にこのＬＣＤの基本構造を示す。こ
のＬＣＤは、液晶層１３を挟んで一対の基板が設けられ
ている。一方（上側）の基板には、ベースとなる透明ガ
ラス基板１１の液晶層１３側に対向透明電極１２が形成
されている。他方（下側）の基板には、単結晶シリコン
基板１７の液晶層１３側にフィールド酸化膜１６が一部
除いて形成されている。フィールド酸化膜１６の形成が
無い部分には、ゲート絶縁膜２１で覆われたポリシリコ
ンからなるゲート電極２０が形成されていると共にコン
タクトホール１６ａ、１６ｂが設けられている。フィー
ルド酸化膜１６の上には、両コンタクトホール１６ａ、
１６ｂに一部を充填した状態で、下部電極１４ａ、１４
ｂが形成され、下部電極１４ａはコンタクトホール１６
ａを介して、単結晶シリコン基板１７の上層部に形成し
たソース１８に接続されている。一方、下部電極１４ｂ
は、コンタクトホール１６ｂを介して、単結晶シリコン
基板１７の上層部に形成したドレイン１９に接続されて
いる。これらソース１８、ドレイン１９および上述した
ゲート電極２０などによりスイッチング用ＭＯＳ回路が
構成される。

【００５５】この状態の単結晶シリコン基板１７の上に
は、ＭＯＳ回路を保護すべく保護膜１５が形成され、こ
の保護膜１５にはコンタクトホール１５ａが設けられて
いる。この保護膜１５は、後述する電極兼反射膜１４ａ
の平滑性を良くするために平滑にしている。保護膜１５
の上には、電極兼反射膜１４ａが、その一部をコンタク
トホール１５ａに充填して形成され、電極兼反射膜１４
ａは前記下部電極１４ｂとコンタクトホール１５ａを介
して電気的に接続されている。電極兼反射膜１４ａは反
射率が優れ、しかも下部電極１４ｂとのコンタクト抵抗
を低くできる材料であるアルミニウムを使用するのがよ
い。但し、電極兼反射膜１４ａの材料としては、アルミ
ニウムに限定されない。

【００５６】このＬＣＤにおいては、シリコンゲートＮ
ＭＯＳ搭載型のシリコン基板を使用するが、そのシリコ
ン基板はこれに限定するものではなく、他のＭＯＳ構造
及びバイポーラ構造、ダイオード、抵抗、コンデンサー
など、従来より単結晶シリコン基板を使用するＩＣで使
用されている、全ての構成素子の１種類又は複数種類の
素子を搭載したものを含む。

【００５７】以上詳述したように、本実施例の表示シス
テムにおいては、ＬＣＤを使用するので、軽量、小型の
ディスプレイを実現できる。そのＬＣＤとして反射型Ｌ
ＣＤを使用するので、ＴＦＴ等の回路構成が大きくなっ
ても実質光の利用効率が低下せず、画素の微細化を図れ
る。また、ＬＣＤに表示された映像をスクリーンに拡大
投影し、その投影像を見るので、視界を広くとっても良
好な表示特性を得ることができる。ＬＣＤの駆動トラン
ジスタが形成される基板に単結晶シリコンを使用するの
で、ＬＣＤの小型化および画素の微細化が図られ、スク
リーンを使用するにもかかわらず、システムの大型化お
よび映像品位の低下を回避できる。また、単結晶シリコ
ンを使用したＬＣＤでは、電気極性切り替えに伴うトラ
ンジスタ特性の不一致によって生じるフリッカーが問題
にならないので、従来の１Ｈ反転駆動を行う必要がな
い。そのため、画素間にかかる電界を緩和でき、画素間
隔を非常に狭くすることができる。

【００５８】従って、本実施例では、小型軽量で、しか
も高精細な臨場感あふれる自然な表示のＶＲ用ディスプ
レイを実現できる。

【００５９】ちなみに、本実施例に用いたＬＣＤは縦約
９ミリメートル、横約１６ミリメートル、対角約０．７
インチである。また、画素の大きさは縦約９ミクロン横
約１０ミクロンと非常に微細な画素を備えている。画素
の数は縦１０００個、横約１６００個である。

【００６０】なお、微細な画素が構成出来、スクリーン
上に投影したときに十分な臨場感が得られるものであれ
ば、シリコン基板を使用しない反射型ＬＣＤを用いても
構わない。

【００６１】＜実施例２＞図４に本発明の第２実施例を
示す。

【００６２】本実施例の特徴は色順次切り替え方式でカ
ラー表示を実現した点にある。本実施例においては、コ
リメート光学系６と偏光ビームスプリッタ７との間に設
置した光選択手段以外は実施例１で述べたものと同一で
あり、説明を割愛する。

【００６３】色順次切り替え方式のカラー表示に使用す
る光選択手段は、ここでは色順次カラーフィルター２３
である。色順次カラーフィルター２３は、コリメート光
学系６と偏光ビームスプリッタ７との間に設置されてＲ
ＧＢの順に光源の色を切り替える。その結果、高精細の
フルカラー表示が実現でき、非常に高度のリアリティが
実現できる。

【００６４】図５に色順次カラーフィルター２３の構成
を示す。

【００６５】色順次カラーフィルター２３は、シアンフ
ィルタ２９Ｃ、マゼンタフィルタ２９Ｍ、黄色フィルタ
２９Ｙをこの順に積層した構成になっている。シアンフ
ィルタ２９Ｃでは、一対の透明基板２４、２５の対向す
る表面の全面にわたり図示しない透明電極がそれぞれ形
成され、基板２４、２５間には後述するシアンの二色性
色素を含む液晶２８が介在している。マゼンフィルタ２
９Ｍでは、一対の透明基板２４、２５の対向する表面の
全面にわたり図示しない透明電極がそれぞれ形成され、
基板２４、２５間には後述するマゼンタの二色性色素を
含む液晶２７が介在している。黄色フィルタ２９Ｙで
は、一対の透明基板２４、２５の対向する表示の全面に
わたり図示しない透明電極がそれぞれ形成され、基板２
４、２５間には後述する黄色の二色性色素を含む液晶２
６が介在している。

【００６６】シアンフィルタ２９Ｃとマゼンタフィルタ
２９Ｍと黄色フィルタ２９Ｙとには、それぞれスイッチ
ング回路３０Ｃ，３０Ｍ、３０Ｙを介して交流電源３１
からの交流電圧が供給される。スイッチング回路３０
Ｃ、３０Ｍ，３０Ｙは、表示制御回路３２からの切換信
号に基づいて、選択的にシアンフィルタ２９Ｃ、マゼン
タフィルタ２９Ｍ、黄色フィルタ２９Ｙに交流電圧を印
加し、各フィルタを駆動する。このように各フィルタの
オン／オフを制御することによって、色の３原色である
赤色光、緑色光、青色光を順次透過させて偏光ビームス
プリッター７に入射し、フルカラー表示を行う。

【００６７】表２に、各フィルタの駆動状態と入射光の
色彩との対応関係を示す。

【００６８】

【表２】

【００６９】図６に、色順次カラーフィルター２３の基
本的動作を示す。

【００７０】時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間におい
て、シアンフィルタ２９Ｃに電圧が印加される。液晶分
子は、電圧を印加しても直ちに配向状態が変化するわけ
ではなく、一定の遷移期間ｒを必要とする。この期間ｒ
は、液晶分子の電界に対する応答回復速度に対応してい
る。そのため、時刻ｔ１に電圧の印加が開始されても、
実際にシアンフィルタ２９Ｃがその電圧に応答して配向
状態の変化が安定するのは、前期遷移期間ｒを経過した
後の時刻ｔ２である。したがって、時刻ｔ２から時刻ｔ
３までの期間ＴＲにおいて、色順次カラーフィルター２
３の透過光は赤色光となる。

【００７１】以下同様に、マゼンタフィルタ２９Ｍ、黄
色フィルタ２９Ｙ、シアンフィルタ２９Ｃ、…の順で各
フィルタへの電圧の印加が繰り返され、色順次カラーフ
ィルター２３の透過光は緑色光、青色光、赤色光とな
る。

【００７２】ここで問題となるのは、各液晶素子の応答
特性である。人間の眼が表示のフリッカを感じることの
ない周波数の下限は約３０Ｈｚであるため、上述の実施
例では、赤、青、緑の各色に対応して表示される許容時
間は約１０ｍｓｅcである。１０ｍｓｅｃ間で十分な表
示を行わせるためには、色順次カラーフィルター２３
は、それぞれ応答時間が数ｍｓｅｃ以下で、色変調及び
表示が実現可能なものが要求される。

【００７３】本実施例ではＬＣＤ基板として単結晶シリ
コンを用いたので高速駆動が可能である。本実施例では
各データ線にラインメモリー作成し、１走査線のデータ
を同時に転送する方式を採用し、駆動周波数として１０
ＭＨｚと設定した。従って１画面分、１０００本の走査
線にデータを転送するのに０．１ミリ秒かかり、上記の
必要条件は十分に満たせるものであった。一方、液晶表
示モードは高速応答表示モード採用したので、その応答
速度は０．１ミリ秒で共に高速応答であり、問題のない
レベルであった。他方、光選択手段としても液晶は高速
応答液晶表示モードを利用したので十分に高速であり、
本システムに必要な応答速度は十分得られた。

【００７４】なお、色順次カラーフィルター２３は本例
に限ることなく、赤、青、緑の二色性色素を含む３種類
の液晶で構成することや、カラー偏光板と液晶パネルの
積層、ニュートラル偏光板と液晶パネルとの積層等によ
って、基本的に所望の色を高速に変換で変換できるもの
であれば使用可能である。

【００７５】色順次カラーフィルター２３の設置箇所に
ついては、コリメート光学系６と偏光ビームスプリッタ
８の間に設置した例を示したが、これに限定するもので
はなく、光選択手段として十分な性能が得られれば他の
位置に設置しても構わない。例えば、光源５とコリメー
ト光学系６、偏光ビームスプリッタ７と投射光学系９、
ＬＣＤ８と偏光ビームスプリッタ７、及び投射光学系９
とスクリーン２の間などに設置可能である。

【００７６】＜実施例３＞図７に本発明の第３実施例を
示す。

【００７７】本実施例の特徴は、色順次切り替え方式の
カラー表示に使用する光選択手段として、白色光源から
ＲＧＢを分離し、それを順次切り替えて光源光に利用す
る色順次光源形成ユニット３３を採用している点にあ
る。色順次光源形成ユニット３３は、眼鏡型表示システ
ムの頭部搭載部分から分離し、ユニット内で形成された
光を光ファイバーで眼鏡型表示システムの頭部搭載部分
に供給する方式とした。色選択手段以外は実施例１で述
べたものと同一であり、説明を割愛する。

【００７８】図８に色順次光源形成ユニット３３の構成
を示す。

【００７９】色順次光源形成ユニット３３は、白色光源
３４からの光を、その出射側に設けたファイバ３５によ
り３系路に分離する。ファイバ３５の光出射側には、各
系路毎に、色フィルタ３６ａ、３６ｂ、３６ｃと光スイ
ッチ素子３６ｄ、３６ｅ、３６ｆとで構成される光シャ
ッタを設け、その背後には再び光を合成する光学系、例
えばファイバ３７を設置する。

【００８０】上記色フィルタ３６ａ、３６ｂ、３６ｃと
しては、染色や顔料を用いたカラーフィルタ、或いは無
機もしくは有機光学薄膜を積層させた干渉フィルタが使
用される。光スイッチ素子３６ｄ、３６ｅ、３６ｆとし
ては、液晶やＰＬＺＴ等のセラミックスが使用される。
その液晶には、表示モードとして散乱型、施光型、複屈
折型、光吸収型の一般的なものが適用可能であり、特に
高速応答性が要求される場合には高分子分散型、相転移
液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶などが望ましい。

【００８１】本光選択手段における光分離や光合成に
は、他の方式を用いることができる。例えば、光分離の
場合は、図９に示すように、３組のレンズ３８ａ、３８
ｂ、３８ｃとファイバ３８ｄ、３８ｅ、３８ｆを用い、
これにより単一白色光源３４より３成分の光を取り出す
方式や、図示は省略するが、３つの光源により個別に光
を、ファイバを介してフィルタへ導く方式、更には単一
光源とビームスプリッタ（もしくはダイクロイックミラ
ー）を組み合わせる方式を採用できる。

【００８２】また、基本的に所望の色を高速に変換でき
るものであれば、機械式回転フィルター等によるものも
使用可能である。図１０に機械式回転フィルターの構成
を示す。

【００８３】白色光源３４から発した光を、紫外線カッ
トフィルター３９を通して紫外線をカットし、紫外線の
カットされた光を機械式Ｒ，Ｇ，Ｂ回転フィルター４０
に通して色彩光となし、その光をレンズ４１に通した
後、出射する。

【００８４】本実施例でも、ＬＣＤの各画素にＲＧＢを
割り当てず、１画素がＲＧＢを順次表示するので、高精
細な表示が可能となる。

【００８５】さらに、本実施例では、光選択手段である
色順次光源形成ユニット３３を眼鏡型表示システムの頭
部搭載部分から分離し、ユニット内で形成された光を光
ファイバーで眼鏡型表示システムの頭部搭載部分に供給
する方式としたので、眼鏡型表示システムの頭部搭載部
分の大きさと重量を軽減できる。また、本方式では、光
ファイバの先端を十分に細くしておくことにより、点光
源が実現でき、光の利用効率の向上を図ることができる
特徴もある。

【００８６】なお、本実施例では、色順次光源形成ユニ
ット３３を眼鏡型表示システムの頭部搭載部分から分離
して設置したが、小型のユニットができれば眼鏡型表示
システムの頭部搭載部分内に格納してもよい。また、光
ファイバーを１本とし、左右のＬＣＤに光を分岐して利
用しても構わない。

【００８７】上記以外の光選択手段としては、ＬＣＤの
各画素毎にカラーフィルタを用いてＲＧＢの色を割り当
てても構わない。図１１にＬＣＤ内にカラーフィルター
を作り込んだ例を示す。

【００８８】画素を３分割し、それぞれに赤、緑、青の
カラーフィルターを取り付けると、１枚のＬＣＤで反射
型カラーＬＣＤが構成出来る。４２は液晶のスイッチン
グ回路領域である。４３ａ〜４３ｄはゼラチンであり、
４３ａは赤、４３ｂは緑、４３ｃは青にそれぞれ染色さ
れている。４３ｄは各染色部の境界領域であり染色され
ていない。ゼラチンと染色技術は既にＣＣＤ用として開
発が行われており、従来の設備、技術がそのまま使え
る。ここではカラーフィルタの材料にゼラチンを用いた
が、これに限定するものではなく、他の材料を用いても
構わない。また、ＬＣＤのＳｉ基板上に直接形成せず、
カラーフィルタを形成したフィルム等をＬＣＤ上に貼り
付けても良い。

【００８９】以上のようにして構成された各種ＶＲ用眼
鏡型表示システムを用いて立体映像を再生した所、いず
れも非常に現実感に富む映像を実現できた。

【００９０】また、上述の実施例では表示システムにつ
いてのみ述べたが、表示システムに音声発生装置や表示
システムに表示データを送る通信装置等を取り付けても
よいことは言うまでもない。

【００９１】＜実施例４＞実施例１〜３では、ＬＣＤに
表示された映像を、直接光学系を通してスクリーンに投
影するシステムを述べたが、途中に反射鏡を設置して鏡
の反射光を投影してもよい。図１２に反射鏡を用いた眼
鏡型表示システムの構成例を示す。

【００９２】光源５の光はコリメート光学系６を通って
平行光線となった後、偏光ビームスプリッタ７でｓ，ｐ
分離され、ＬＣＤ８で画像信号に従って変調後、再度偏
光ビームスプリッタ７を通って映像化される。その映像
は投射光学系８でミラー４５に投影され、ミラー４５で
反射されてスクリーン２に投映される。ここでは図示さ
れていないが、色順次フィルター等の光選択手段が、コ
リメート光学系６と偏光ビームスプリッタ７の間等に適
宜設置される。

【００９３】本実施例の特徴は、図から分かるように投
影系をスクリーン２に対して平行または垂直に置く事が
できることであり、その結果、光学系の設置位置の自由
度が増加し、ＶＲ眼鏡型表示システムの小型化を図れ
る。

【００９４】＜実施例５＞図１３に本発明の第５実施例
を示す。

【００９５】本実施例の特徴は、光源、ＬＣＤ及び光学
系からなる画像生成手段をユニットとし、その画像生成
ユニット４６を眼鏡型表示システムの頭部搭載部分から
分離し、頭部搭載部分と画像生成ユニット４６の間を光
ファイバー４７で接続した点にある。

【００９６】本実施例のように、ＬＣＤ及び光学系など
の比較的体積の大きな部分を眼鏡型表示システムの頭部
搭載部分から分離すれば、両者の間を光ファイバー等で
接続する必要はあるものの、頭部搭載部分は益々小型化
が図れ、より望ましいものとなるのは言うまでもない。

【００９７】＜実施例６＞図１４に本発明の第６実施例
を示す。

【００９８】本実施例の特徴は、本発明の眼鏡型表示シ
ステムをより小型・軽量化する光学系を採用した点にあ
る。

【００９９】本光学系では、単一の光源５０から照射さ
れた光が、コリメータ光学系６０で平行光線に変換さ
れ、偏光ビームスプリッタ７ａに入射する。ここで入射
光は第１の偏光状態の光に分離される。偏光ビームスプ
リッタ７ａで分離された偏光の内、第１の偏光状態の光
は直進し、第２の偏光状態の光は反射されることにな
る。従って偏光ビームスプリッタ７ａで偏光状態の選択
を行うことになる。

【０１００】偏光ビームスプリッタ７ａで選択した第１
の偏光状態の光は、ＬＣＤ８ａに入射し、ＬＣＤ８ａ上
の画像データに従って第２の偏光状態に変調される。こ
こで第２の偏光状態に変調された光は、偏光ビームスプ
リッタ７ａで反射され、続いて反射ミラー４８で反射さ
れ、接眼光学系３ａで左目へ投射される。

【０１０１】ＬＣＤ８ａで変調されなかった第１の偏光
状態の光は偏光ビームスプリッタ７ａを通過し、光源５
０へ戻る。この光は、光源５０に取り付けられた図示し
ない反射ミラーで反射され、再度表示に利用できる。

【０１０２】一方、偏光ビームスプリッタ７ａで反射さ
れた第２の偏光状態の光は偏光ビームスプリッタ７ｂに
入射し、ここでも反射されて、ＬＣＤ８ｂに入射する。
ここで画像データに従って第１の偏光状態に変調された
光は、今度は偏光ビームスプリッタ７ｂを通過し、接眼
光学系３ｂを通して右目に投影される。

【０１０３】ＬＣＤ８ｂで変調されなかった第２の偏光
状態の光は、偏光ビームスプリッタ７ｂで反射され再度
偏光ビームスプリッタ７ａで反射されて、光源５０へ戻
る。この光は図示しない反射板で反射され、再度光源と
して利用可能である。

【０１０４】このように、本実施例の光学系を利用した
眼鏡型表示システムでは、光源が１つで済み、且つ、発
光した光は無駄なく利用できる特徴がある。従って低出
力の光源を利用しても明るい表示が実現できることにな
る。この結果、光源自体の小型化が図れると同時に眼鏡
型表示システムの小型軽量化が図れる。

【０１０５】本実施例では、接眼光学系を用いて直接眼
に投射するシステムを説明したが、偏光ビームスプリッ
タを通して画像となった光をスクリーンに投影し、その
投影像を通して見ても構わない。また、右目、左目の各
表示をカラー化するため、途中に色順次切り替えの可能
なカラーフィルタを設置してもよい。また、光源とし
て、色順次切り替えの可能な光源を用いても構わない。
この場合は画像はカラー画像となり、より望ましいもの
となる。また、図１１に示したように、ＬＣＤ内にカラ
ーフィルターを作り込んでもよい。更に、実施例５で示
したように、比較的体積の大きな部分を眼鏡型表示シス
テムの頭部搭載部分から分離してもよい。

【０１０６】

【発明の効果】本発明の眼鏡型表示システムは、視覚情
報形成手段として、駆動トランジスタの上にも反射膜を
形成できる反射型ＬＣＤを使用するので、軽量、小型の
ディスプレイを実現できる上に、ＴＦＴ等の回路構成が
大きくなっても実質光の利用効率が低下せず、画素の微
細化を図れる。従って、小型軽量で、しかも高精細な臨
場感あふれる自然な表示のＶＲ用ディスプレイを実現で
きる。

【０１０７】本発明の眼鏡型表示システムは、ＬＣＤに
表示された映像をスクリーンに拡大投影し、その投影像
を見るので、視界を広くとっても良好な表示特性を得る
ことができる。

【０１０８】本発明の眼鏡型表示システムは、ＬＣＤの
駆動トランジスタが形成される基板に単結晶シリコンを
用いるので、ＬＣＤの小型化および画素の微細化が図ら
れ、スクリーン等を使用した場合にも、システムの大型
化および映像品位の低下を回避できる。

【０１０９】本発明の眼鏡型表示システムは、色順次方
式で映像をカラー化するので、各画素がＲＧＢを順次表
示することになり、高精細なカラー表示を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の外観図。

【図２】第１実施例の表示原理を示す模式図。

【図３】単結晶シリコンを用いた反射型ＬＣＤの断面
図。

【図４】本発明の第２実施例の表示原理を示す模式図。

【図５】第２実施例に光選択手段として使用された色順
次カラーフィルタの構成図。

【図６】色順次カラーフィルタの動作を示すタイミング
チャート。

【図７】本発明の第３実施例の表示原理を示す模式図。

【図８】第３実施例に光選択手段として使用された光順
次光源形成ユニットの構成図。

【図９】他の光順次光源形成ユニットの構成図。

【図１０】他の光順次光源形成ユニットの構成図。

【図１１】他の光選択手段を示すＬＣＤの断面図。

【図１２】本発明の第４実施例の表示原理を示す模式
図。

【図１３】本発明の第５実施例の表示原理を示す模式
図。

【図１４】本発明の第６実施例の表示原理を示す模式
図。

【図１５】従来の眼鏡型表示システムを適用したＶＰＤ
システムの概念図。

【図１６】従来の眼鏡型表示システムの表示原理を示す
模式図。

【図１７】従来の眼鏡型表示システムの表示原理を示す
模式図。

【符号の説明】

１映像生成手段を収容するボックス２スクリーン３接眼光学系５，５０光源６，６０コリメート光学系７，７ａ，７ｂ偏光ビームスプリッタ８，８ａ，８ｂＬＣＤ９投射光学系２３色順次カラーフィルタ（光選択手段）３３光順次光源形成ユニット（光選択手段）４５，４８反射ミラー４６映像形成ユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】眼鏡型表示システムであって、光を変調する表示媒体を挟んで一対の基板が対向配設さ
れ、片方の基板に駆動トランジスタおよび反射膜が形成
された一対の反射型表示装置と、該一対の反射型表示装置の片方づつに左目用の情報と右
目用の情報とを表示する映像生成手段と、該一対の反射型表示装置に表示された各情報を直接また
は間接に導いて、立体的に視認できるようにする映像伝
達手段とを具備する表示システム。
【請求項２】前記映像伝達手段は、前記一対の反射型
表示装置に表示した情報が拡大投影されるスクリーンを
備えた請求項１に記載の表示システム。
【請求項３】前記駆動トランジスタおよび反射膜が形
成された片方の基板が、単結晶シリコンからなる請求項
１に記載の表示システム。
【請求項４】２種類以上の色彩光を順次選択的に透過
させて、左目用および右目用の各映像を色順次方式でカ
ラー化する光選択手段を具備する請求項１に記載の表示
システム。