顯示系統和顯示方法
【專利摘要】本發明涉及頭戴式顯示設備、系統以及方法。在本發明中，框架被安裝到用戶的頭部。成像系統接合到所述框架，所述成像系統包括布置在基板上的一個以上的顯示裝置以及布置在所述基板上的一個以上的傳感器。光學系統在所述用戶的眼睛與所述一個以上的傳感器之間提供光路，并且在所述用戶的眼睛與所述一個以上的顯示裝置之間提供相同的光路。雖然使用了簡單的構造和結構，但仍能夠容易地對到觀察者所觀察的外部目標物體的距離進行測量，并且也能夠容易地驗證由圖像形成裝置顯示的圖像以聚焦狀態到達觀察者。
【專利說明】顯示系統和顯示方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種顯示設備。更具體地，本發明涉及一種適用于諸如頭戴式顯示器(Head Mounted Display, HMD)的顯不設備。

【背景技術】
[0002]例如，在日本未審查專利申請公開第2010-139901號中公開的相關技術中，提出的頭戴式顯示器允許觀察者利用虛擬圖像光學系統觀察由圖像形成裝置形成的作為放大虛擬圖像的二維圖像。日本未審查專利申請中公開的頭戴式顯示器設置有C⑶攝像頭，該CCD攝像頭充當距離檢測單元，并檢測到外部目標物體的距離。另外，該頭戴式顯示器還設置有深度位置調整單元，該深度位置調整單元基于利用距離檢測單元檢測到的距離來調整圖像深度方向上的顯示位置。


【發明內容】

[0003]在本發明的一方面，提供了一種頭戴式顯示器系統，該頭戴式顯示器系統包括:框架，其被安裝到用戶的頭部；成像系統，其接合到所述框架，所述成像系統包括布置在基板上的一個以上的顯示裝置以及布置在所述基板上的一個以上的傳感器；以及光學系統，其在所述用戶的眼睛與所述一個以上的傳感器之間提供光路，并且在所述用戶的眼睛與所述一個以上的顯示裝置之間提供相同的光路。
[0004]根據本發明的一個方法，提供了一種顯示方法，所述顯示方法包括:在用戶的眼睛與一個以上的傳感器之間提供光路，所述一個以上的傳感器布置在成像系統的基板上，所述成像系統結合到被安裝在所述用戶的頭部的框架；并且在所述用戶的眼睛與布置在所述基板上的一個以上的顯示裝置之間提供相同的光路。
[0005]根據本發明的一個方法，提出了一種顯示系統，所述顯示系統包括:成像系統，其接合到框架，所述框架被安裝到用戶的頭部，所述成像系統包括布置在基板上的一個以上的顯示裝置以及布置在基板上的一個以上的傳感器；以及光學系統，其所述用戶的眼睛與所述一個以上的傳感器之間提供光路，并且在所述用戶的眼睛與所述一個以上的顯示裝置之間提供相同的光路。
[0006]根據本發明的一個方面，提供了一種頭戴式顯示系統，所述頭戴式顯示系統包括:框架，其被安裝到用戶的頭部；成像系統，其接合到所述框架，所述成像系統包括布置在基板上的一個以上的顯示裝置以及布置在所述基板上的一個以上的傳感器；以及光學系統，其引導由所述顯示裝置發出的光的一部分，并引導由所述傳感器檢測的光的一部分。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1A是示例I的顯示設備的概念圖，并且圖1B是用于構成示例I的顯示設備的圖像形成裝置的圖像顯示單元的示意部分剖面圖；
[0008]圖2A和2B是示例I的顯示設備的變形例的概念圖；
[0009]圖3是從上部觀察到的示例I的顯示設備的示意圖；
[0010]圖4是從正面觀察到的示例I的顯示設備的示意圖；
[0011]圖5A和5B分別是示例2和示例3的顯示設備的概念圖；
[0012]圖6A和6B分為是用于說明示例I和示例2的顯示設備的操作的圖；
[0013]圖7是用于說明示例3的顯示設備的操作的圖；
[0014]圖8A和8B是用于說明在用于構成示例I的顯示設備的圖像形成裝置的圖像顯示單元的一部分中的像素以及距離測量元件的排列示例的示意圖；
[0015]圖9A和9B是用于說明在用于構成示例I的顯示設備的圖像形成裝置的圖像顯示單元的一部分中的像素以及距離測量元件的排列示例的示意圖；
[0016]圖10A、10BU0C和1D是用于構成示例5的顯示設備的圖像形成裝置的圖像顯示單元的概念圖；
[0017]圖1lA和IlB是用于說明在構成示例6的顯示設備的圖像形成裝置的圖像顯示單元的一部分中的像素以及距離測量元件的排列示例的示意圖；
[0018]圖12A是沿圖12B中的XIIA-XIIA線獲取的理論液體透鏡的示意剖面圖，圖12B是沿圖12A中的XIIB-XIIB線獲取的理論液體透鏡的示意剖面圖，圖12C是沿圖12A中的XIIC-XIIC線獲取的理論液體透鏡的示意剖面圖；
[0019]圖13A、13B和13C是沿圖12A中的XII1-XIII線獲取的理論液體透鏡的示意剖面圖，并且是用于示意地說明液體透鏡的操作的圖；
[0020]圖14是與沿圖12B中的沿XIIA-XIIA線獲取的液體透鏡的剖面圖類似的示意剖面圖；
[0021]圖15A、15B和15C是沿圖14中的XV-XV線獲取的液體透鏡的示意剖面圖，并且是用于示意地說明液體透鏡的操作的圖；
[0022]圖16是不同構造的液體透鏡的示意剖面圖；
[0023]圖17是圖16所示的液體透鏡的示意平面圖；
[0024]圖18A、18B、18C、18D、18E和18F是根據某些實施例的圖像顯示單元的示意部分剖面圖。

【具體實施方式】
[0025]在上述日本未審查專利申請所公開的頭戴式顯示器中，由于用于檢測到外部目標物體的距離的距離檢測單元由CCD相機構成，因此存在頭戴式顯示器的整體構造變得復雜并且難以使該構造小型化、輕量化的問題。另外，該日本未審查專利申請不包括用于評估由顯示單元(圖像形成裝置)顯示的圖像是否合適地到達頭戴式顯示器的用戶(觀察者)的單元，即，用于評估圖像是否以聚焦狀態到達觀察者的單元。
[0026]因此，期望提供一種如下顯示設備，該顯示設備除了具有簡單的構造和結構外，還能夠容易地執行到觀察者所觀察的外部目標物體的距離的測量，并且也能夠容易地驗證由圖像形成裝置顯示的圖像以聚焦狀態到達觀察者。
[0027]根據本發明的實施例，提供了一種如下顯示設備，該顯示設備包括:框架，其被安裝到觀察者的頭部；以及圖像顯示設備，其接合到框架。圖像顯示設備包括圖像形成裝置以及用于將來自圖像形成裝置的圖像引導至觀察者的瞳孔的光學系統。在圖像形成裝置的圖像顯示單元的內部設置有距離測量傳感器。
[0028]在本發明的顯示設備中，在圖像形成裝置的圖像顯示單元的內部設置有距離測量傳感器。換言之，距離測量傳感器與圖像形成裝置一體地設置。因此，雖然使用了簡單的構造和結構，但仍能夠容易地對到觀察者所觀察的外部目標物體的距離進行測量，并且也能夠容易地驗證由圖像形成裝置顯示的圖像以聚焦狀態到達觀察者。注意，本說明書中公開的效果僅為示例，本發明不局限于此，并且可具有其他效果。
[0029]在下文中，將參考附圖基于示例給出本發明的說明。但是，本發明不局限于這些示例，并且示例中的各種數值和材料僅為示例。將按照以下順序進行說明。
[0030]1.與本發明的顯示設備和整體構造相關的說明
[0031]2.示例I (本發明的顯示設備、第一實施例的顯示設備)
[0032]3.示例2 (示例I的變形例、第二實施例的顯示設備)
[0033]4.示例3 (示例I的其他變形例、第三實施例的顯示設備)
[0034]5.示例4(示例I至示例3的變形例)
[0035]6.示例5 (示例I至示例4的變形例)
[0036]7.示例6 (示例I至示例5的變形例)，其他構造
[0037]1.與本發明的顯示設備和整體構造相關的說明
[0038]在本發明的顯示設備中，優選地采用如下實施例:距離測量傳感器被配置成包括多個距離測量元件，且距離測量元件布置在圖像形成裝置的圖像顯示單元的像素之間。距離測量元件由具有現有構造和結構的光接收元件、光電二極管以及CMOS傳感器或CCD傳感器構成，并且可使用對比法(contrast method)。可選地,能夠使用相位差法。可選地,能夠采用如下方法:距離測量傳感器是由成對的距離測量元件構成，并且基于由成對的距離測量元件所獲取的圖像的偏差來測量距離。
[0039]在包括上述優選實施例的本發明的顯示設備中，優選地采用如下構造:光學系統包括入射有來自圖像形成裝置的圖像的透鏡，并且還包括半透鏡(也被稱為部分反射鏡、部分透射鏡、半透射鏡或半鏡)，該半透鏡用于在圖像穿過透鏡后反射圖像，并將圖像引導至觀察者的瞳孔。在這種情況下，優選地采用由液體透鏡構成透鏡的構造，并且優選地采用基于由距離測量傳感器測量的距離來控制液體透鏡的焦距的構造。液體透鏡和半透鏡本身可以是現有的構造和結構。反射器或第二半透鏡可布置在圖像形成裝置和透鏡之間或透鏡和半透鏡之間，或者布置在透鏡與圖像形成裝置之間以及透鏡與半透鏡之間。
[0040]在上述本發明的顯示設備的各種優選構造中，能夠采用如下實施例:距離測量傳感器測量從圖像形成裝置經由透鏡和半透鏡到觀察者的視網膜的距離。為方便起見，將本實施例的顯示設備稱為“第一實施例的顯示設備”。在第一實施例的顯示設備中，優選地采用如下實施例:基于由距離測量傳感器測量的距離來控制透鏡的焦距。換言之，通過控制透鏡的焦距，能夠使由圖像形成裝置顯示的圖像以聚焦狀態(例如，適當的聚焦狀態)到達觀察者。優選地，在圖像被顯示在圖像形成裝置上時，對到觀察者的視網膜的距離進行測量。對于距離的測量方法和透鏡的焦距的控制方法，可以能夠采用與上述的那些方法類似的現有方法。
[0041]可選地，在上述本發明的顯示設備的各種優選構造中，能夠采用如下實施例:距離測量傳感器測量從圖像形成裝置到觀察者所觀察的外部目標物體的距離。為方便起見，將本實施例的顯示設備稱為“第二實施例的顯示設備”。在第二實施例的顯示設備中，還優選地采用如下實施例:基于由距離測量傳感器測量的距離來控制透鏡的焦距。優選地還采用如下實施例:在圖像形成裝置上顯示與觀察者所觀察的外部目標物體相關的信息。即，通過控制透鏡的焦距，能夠使到觀察者所觀察的圖像(虛擬圖像，即，由圖像形成裝置顯示的圖像)的距離與到觀察者所觀察的外部目標物體的距離匹配或大體匹配。優選地，光學系統進一步設置有位于透鏡與半透鏡之間的第二半透鏡。優選地，在未在圖像形成裝置上顯示圖像時，對到目標物體的距離進行測量。對于距離的測量方法和透鏡的焦距的控制方法，能夠采用與上述方法類似的現有方法。對于在圖像形成裝置上顯示的與觀察者所觀察的外部目標物體相關的信息的方法，能夠采用現有的方法。至于與外部目標物體相關的信息，使用例如距離測量傳感器(或成像裝置)對目標物體進行拍攝，并且在顯示設備中分析所拍攝的內容；從而，在顯示設備中對預先生成的與目標物體相關的各種信息(例如，描述)進行提取，并且可顯示在圖像形成裝置上。這也適用于下文的描述。與外部目標物體相關的信息可存儲在顯示設備中。例如，該信息可具有如下格式，在該格式下，顯示設備通過經由因特網訪問服務器來獲取該信息。
[0042]可選地，在上述本發明的顯示設備的各種優選構造中，能夠采用如下實施例:距離測量傳感器通過透鏡和半透鏡對觀察者的視點進行檢測，并且基于所檢測到的觀察者的視點獲取從圖像形成裝置到觀察者所觀察的外部目標物體的距離。為方便起見，將本實施例的顯示設備稱為“第三實施例的顯示設備”。在第三實施例的顯示設備中，還優選地采用如下實施例:基于距離測量傳感器所測量的距離來控制透鏡的焦距。優選地進一步采用如下實施例:與觀察者所觀察的外部目標物體相關的信息顯示在圖像形成裝置上。即，通過控制透鏡的焦距，能夠使到觀察者所觀察的圖像(虛擬圖像，即，由圖像形成裝置顯示的圖像)的距離與到觀察者所觀察的外部目標物體的距離匹配或大體匹配。優選地，光學系統進一步設置有位于透鏡與半透鏡之間的第二半透鏡。優選地，在對觀察者的視點進行檢測之前，距離測量傳感器對從圖像形成裝置經由透鏡和半透鏡到觀察者眼球表面的距離進行測量，并接著基于由距離測量傳感器測量的到眼球表面的距離來控制透鏡的焦距。因此，能夠更準確地對觀察者的視點進行檢測。優選地，在未在圖像形成裝置上顯示圖像時，對到觀察者眼球表面的距離進行測量，對觀察者視點進行檢測并對到目標物體的距離進行測量。對于觀察者視點的檢測方法、距離的測量方法和透鏡的焦距的控制方法，能夠采用與上述方法類似的現有方法。
[0043]在上述本發明的顯示設備的各種優選實施例和構造中，優選地采用如下實施例:在圖像形成裝置上顯示預定信息。在這種情況下，優選地將預定信息顯示在圖像顯示單元(圖像顯示區)的下部。預定信息的示例包括:電子郵件；各種操作命令指南(輸入界面)；動態圖像或靜態圖像的顯示；電影等的字幕的顯示；與視頻相關并同步的解釋性語句或隱藏式字幕；與在戲劇、歌舞伎、能劇、狂言劇、歌劇、音樂會、芭蕾、各種戲劇表演、游樂園、美術館、旅游景點、度假勝地、旅游指南等中的觀察目標相關的各種解釋、用于解釋它們的內容的解釋性語句、進度狀態以及背景信息等；與諸如各種裝置之類的觀察目標的驅動、操作、維護以及解構相關的各種解釋說明、符號、代碼、印章、標記、向導等的顯示；與諸如人或目標之類的觀察目標相關的各種解釋說明、符號、代碼、印章、標記、向導等的顯示；隱藏式字幕；與安全性相關的信息；與氣象學(溫度、濕度以及天氣預報)相關的信息；與健康(體溫、脈搏、所消耗的卡路里)相關的信息；與時間相關的信息；行程安排；社會媒體信息的呼叫通知、電話等。在戲劇、歌舞伎、能劇、狂言劇、歌劇、音樂會、芭蕾、各種戲劇表演、游樂園、美術館、旅游景點、度假勝地、旅游指南等中，與觀察目標相關的文本可適時作為圖像在顯示設置上進行顯示。具體地，例如，圖像信號被傳輸至顯示設備，并根據電影的進度狀態或戲劇的進度狀態等并基于預定時間表或時間分配，通過工作人員的操作或在電腦的控制下在顯示設備上顯示該圖像。在執行與諸如各種設備、多個人或目標之類的觀察目標相關的多種解釋說明的顯示時，使用成像裝置對諸如各種設備、多個人或目標之類的觀察目標進行拍攝，并在顯示設備中分析所拍攝的內容。因此，使用顯示設備能夠對預先生成的與諸如各種設備、多個人或目標之類的觀察目標相關的多種解釋說明進行顯示。預定信息可存儲在顯示設備中。例如，該信息可具有如下格式，在該格式下，顯示設備通過經由因特網訪問服務器來獲取該信息。
[0044]在上述本發明的顯示設備的各種優選實施例和構造中，優選地采用如下實施例:通過以二維矩陣形狀排列多個發光二極管來構成圖像形成裝置。在這種情況下，能夠采用如下實施例:遮光元件設置在發光二極管和用于構成距離測量傳感器的距離測量元件之間。具有現有構造和結構的發光二極管可用作上述發光二極管。發光二極管具有納秒級的響應時間，并且是優選的發光元件，由于發光二級管具有極高的亮度(105cd/cm2至17Cd/cm2)，因此能夠在極短發光時間內實現所需的亮度。能夠容易地控制發光時序和成像時序與距離測量時間之間的匹配和偏移。能夠實現由于光發射造成距離測量傳感器錯誤地操作而形成的串擾的減少。因為這些方面，發光二極管為優選的發光元件。在發光二極管中，由于元件本身可以是極小的，因此，具有如下優點:能夠小型化圖像形成裝置，并且距離測量傳感器和成像裝置的排列具有高自由度。只要用于構成遮光元件的材料是可阻擋來自發光二極管的光線的材料，就能夠使用任意這樣的材料。然而，構成圖像形成裝置的發光元件不局限于發光二極管。例如，發光元件也可由有機電發光元件(有機EL元件)、液晶顯示元件等構成。
[0045]在圖像形成裝置顯示彩圖時，由發射紅光的子像素、發射綠光的子像素以及發射藍光的子像素構成一個像素。距離測量元件可按照一個距離測量元件對應于一個像素的方式設置成與這些像素鄰近，或者按照一個距離測量元件對應于多個像素的方式設置成與這些像素鄰近。在某些情況下，成像裝置可設置在圖像形成裝置的圖像顯示單元的內部。成像裝置可按照一個成像裝置對應于一個像素的方式設置成與這些像素鄰近，或者按照一個成像裝置對應于多個像素的方式設置成與這些像素鄰近。當作為參考使用這些像素時，可針對一個像素設置一個距離測量元件和一個成像裝置，或者針對多個像素中的一個像素設置一個距離測量元件，并且可針對剩余的每個像素設置一個成像裝置。
[0046]通過設置成像裝置，能夠通過對觀察者所觀察的外部目標物體進行成像來指定目標物體。因此，能夠在圖像形成裝置上顯示與觀察者所觀察的外部目標物體相關的信息。
[0047]優選地，設置成與像素鄰近的距離測量元件的光接收波長與鄰近像素的光發射波長不同。具體地，從降低光學串擾的角度來看，設置成與像素鄰近的距離測量元件的光接收波長優選地與鄰近的子像素的光發射波長不同。濾色鏡可設置在該距離測量元件上以實現上述目的。具體地，用于接收綠或藍光的距離測量元件可設置成與發射紅光的子像素鄰近，用于接收紅或藍光的距離測量元件可設置成與發射綠光的子像素鄰近，而用于接收紅或綠光的距離測量元件可設置成與發射藍光的子像素鄰近。
[0048]距離測量傳感器設置在圖像形成裝置的圖像顯示單元的內部。具體地，例如，距離測量元件(以及必要時成像裝置)可形成在半導體基板中。可選地，片上距離測量元件(以及必要時片上成像裝置)可設置在基板上。發光元件可設置在半導體基板上或設置在半導體基板上方。更具體地，發光元件可與設置在半導體基板的配線接合或與該基板接合，并且發光元件可在形成在半導體基板中的層間絕緣層中形成。顯示設備可設置有一個圖像顯示設備(單目顯示設備)，或設置有兩個圖像顯示設備(雙目顯示設備)。
[0049]只要框架具有如下構造和結構，可采用任意形式:框架可固定在觀察者頭部上，并且圖像顯示設備可與框架接合。例如，能夠采用如下構造:框架由設置在觀察者前方的前部以及從前部的兩端處延伸的側部構成。圖像形成裝置的像素數量的示例為320X240、432X240,640X480,1024X768 以及 1920X1080。
[0050]2.示例 I
[0051]示例I涉及本發明的顯示設備，更具體地，涉及第一實施例的顯示設備。圖1A示出了示例I的顯示設備的概念圖，圖1B示出了用于構成示例I的顯示設備的圖像形成裝置的圖像顯示單元的示意部分剖面圖，圖3示出了從上部觀察到的示例I的顯示設備的示意圖，并且圖4示出了從正面觀察到的示例I的顯示設備的示意圖。圖8A和8B示出了用于說明在構成示例I的顯示設備的圖像形成裝置的圖像顯示單元的一部分中的像素以及距離測量元件的排列狀態的示意圖。注意，在圖1或稍后描述的圖5A和5B中，示出了從觀察者上面觀察到的圖像形成裝置和光學系統。為方便起見，將與觀察者的右側瞳孔的視軸相對應的軸線設定為X軸，并且將連接觀察者的右側瞳孔與左側瞳孔且從右側瞳孔向左側瞳孔指向的軸線設定為Y軸。
[0052]示例I的顯示設備包括被安裝到觀察者20的頭部的框架10以及與框架10接合的圖像顯示設備30。圖像顯示設備30包括圖像形成裝置40和用于將圖像從圖像形成裝置40引導至觀察者瞳孔的光學系統50。注意，在圖示的顯示設備中，采用了設置有右眼圖像顯示裝置30R和左眼圖像顯示裝置的30L的雙目顯示裝置。然而，也可采用設置有右眼圖像顯示裝置30R或左眼圖像顯示裝置的30L的單目顯示裝置。注意，在圖4中，為簡化附圖，僅示出了右眼圖像顯示裝置30R，且在附圖中省略左眼圖像顯示裝置的30L。
[0053]通過排列多個具有現有構造和結構的發光元件，更具體地，通過以二維矩陣形狀排列發光二極管43來形成圖像形成裝置40。距離測量傳感器60設置在圖像形成裝置40的圖像顯示單元41的內部。具體地，距離測量傳感器60被構造成包括多個距離測量元件61，并且距離測量元件61布置在圖像形成裝置40的圖像顯示單元41的像素42之間。這里，由于圖像形成裝置40顯示彩色圖像，所以一個像素42由發射紅光的子像素42R(其由發射紅光的發光二極管構成)、發射綠光的子像素42G(其由發射綠光的發光二極管構成)以及發射藍光的子像素42B(其由發射藍光的發光二極管構成)構成。
[0054]更具體地，如圖1B所示，距離測量元件61由光電二極管形成，這些光電二極管通過使用現有方法而形成在硅半導體基板44中，并且具有現有的構造和結構。片上發光二極管43經由焊接凸點46與形成在硅半導體基板44中的配線45結合。注意，接合方法不局限于此。
[0055]如圖8A和SB所示，距離測量元件61設置成與像素42鄰近，其中，一個距離測量元件61對應于一個像素42。可選地，如圖9A和9B所示，距離測量元件61設置成與像素42鄰近，其中，一個距離測量元件61與多個像素42相對應。注意，在圖8A和9A所示的示例中，成像裝置71設置在圖像形成裝置40的圖像顯示單元的內部。在圖8A所示的示例中，針對一個像素42設置一個成像裝置71。在圖9A所示的示例中，沒有針對一部分像素42設置成像裝置71。換言之，在圖8A所示的示例中，針對一個像素42設置有一個距離測量元件61和一個成像裝置71。在圖SB所示的示例中，針對一個像素42設置一個距離測量元件61，但是，并未設置成像裝置71。另外，在圖9A所示的示例中，針對多個像素42中的一個像素設置一個距離測量元件61，并且針對剩余像素42中的每個像素設置一個成像裝置71。在圖9B所示的示例中，針對多個像素42中的一個像素設置一個距離測量元件61，并且針對剩余像素42沒有設置距離測量元件61和成像裝置71。以與距離測量元件61相同的方式，具有現有構造和結構的成像裝置71基于現有方法形成在硅半導體基板44中。注意，片上成像裝置可經由焊接凸點與形成在硅半導體基板44中的配線接合。
[0056]在示例I的顯示設備中，光學系統50包括入射有來自圖像形成裝置40的圖像的透鏡51以及半透鏡52，半透鏡52在圖像穿過透鏡51后對該圖像進行反射，并且將該圖像引導至觀察者20的瞳孔21。透鏡51由具有現有構造和結構的液體透鏡構成。注意，用于改變光路的反射器53布置在透鏡51和半透鏡52之間。
[0057]在示例I中，距離測量傳感器60測量從圖像形成裝置40經由透鏡51、反射器53以及半透鏡52至觀察者20的瞳孔21的視網膜的距離。基于由距離測量傳感器60測量的距離來控制透鏡51的焦距。對于距離的測量方法，可采用現有的對照方法，可采用相位差方法，并且也可采用基于由成對的距離測量元件61獲取的圖像的偏差來測量距離的方法。具體地，來自圖像形成裝置40的圖像經由透鏡51、反射器53以及半透鏡52到達觀察者20的瞳孔21的視網膜。但是，相反地，經由半透鏡52、反射器53以及透鏡51，在設置在圖像形成裝置40的圖像顯示單元41的內部的距離測量傳感器60中獲取了觀察者20的瞳孔21的視網膜圖像。換言之，利用距離測量傳感器60，通過分析獲取的觀察者20的瞳孔21的視網膜圖像是否處于聚焦狀態，能夠容易地驗證由圖像形成裝置40顯示的圖像是否以聚焦狀態到達觀察者。對透鏡51的焦距進行控制，以使視網膜獲取的圖像處于聚焦狀態。以這種方式，能夠保證由圖像形成裝置40顯示的圖像以聚焦狀態到達顯示設備的用戶(觀察者20)。注意，參考標記22代表虛擬投影屏。觀察者在虛擬投影屏22上觀察由圖像形成裝置顯示且是被觀察者觀察到的圖像(虛擬圖像)的圖像。
[0058]在示例I中，對從圖像形成裝置40到觀察者20的瞳孔21的視網膜的距離進行測量，例如，以每60個圖像顯示幀進行一次測量(即，每1/60秒一次)。然而，本發明不局限于這個數字，并且也可被設置成諸如以每120個圖像顯示幀或每240個圖像顯示幀進行一次測量。在圖6A中示出了用于說明示例I的顯示設備的操作的圖。在圖像被顯示在圖像形成裝置40上時，對到觀察者視網膜的距離進行測量，并對透鏡51的焦距進行控制。
[0059]圖2A和2B示出了示例I的顯示設備的變形例的概念圖。在圖2A所示的示例中，省略了反射器53，從而從透鏡51中發射出的圖像直接到達半透鏡52。注意，在圖2A中，顯示的是從觀察者的上方觀察到的圖像形成裝置40和光學系統50，并且圖像形成裝置40布置在觀察者頭部的右側。在圖2B所示的示例中，省略了反射器53，從而從透鏡51中發射出的圖像直接到達半透鏡52。注意，在圖2B中，顯示的是從觀察者的側面觀察到的圖像形成裝置40和光學系統50，并且圖像形成裝置40和透鏡51布置在半透鏡52上方。
[0060]框架10由前部11、兩個邊撐部13以及邊撐末端(也被稱為耳承)14構成，其中，前部11設置在觀察者的前方處，兩個邊撐部13通過鉸鏈以自由轉動方式與前部11的兩端接合，并且邊撐末端14與每個邊撐部13的末端部接合。也接合有鼻墊(未示出)。換言之，框架10與鼻墊的組裝物體基本上具有與普通眼鏡大體相同的結構。另外，殼體48使用接合件19以可自由移除方式與邊撐部13接合，其中，殼體48用于容納圖像形成裝置40和透鏡51，并且與反射器53接合。半透鏡52與前部11接合。框架10被制造成由金屬或塑料形成。注意，殼體48可使用接合件19以不可移除方式與邊撐部13接合。針對擁有并佩戴眼鏡的觀察者，殼體48可使用接合件19以可自由移除方式與由觀察者所擁有的眼鏡的框架的邊撐部接合。殼體48可與邊撐部13的外側接合，并且也可以與邊撐部13的內側接八口 ο
[0061]從一個圖像形成裝置40延伸的配線(信號線、電源線等)15經由邊撐部13從邊撐末端14的末端部向外側延伸，并且邊撐末端14的內側與控制裝置(控制電路或控制電源)18連接。另外，圖像形成裝置40設置有耳機部16。從圖像形成裝置40延伸的耳機部配線17從邊撐末端14的末端部經由邊撐部13和邊撐末端14的內部向耳機部16延伸。更具體地，耳機部配線17從邊撐末端14的末端部向耳機部16延伸，以環繞外耳(耳廓)的背側。通過采用這種構造，能夠實現流線型顯示設備，該流線型顯示設備不會造成耳機部16和耳機部配線17的布置方式混亂的印象。
[0062]透鏡51由利用電濕潤現象(electrowetting phenomenon)的現有液體透鏡100構成。
[0063]將參考圖12A至13C的原理圖來描述液體透鏡的原理。圖12A是沿圖12B中的XIIA-XIIA線獲取的示意剖面圖，圖12B是沿圖12A中的XIIB-XIIB線獲取的示意剖面圖(其中未描述第一液體)，圖12C至圖13C是沿圖12A中的XIIC-XIIC線和XII1-XIII線獲取的示意剖面圖。注意，液體透鏡的沿x_y平面切割的形狀是示意性的形狀，并且與實際形狀不同。
[0064]圖12A至13C所示的原理圖中的液體透鏡(為方便起見被稱為“理論液體透鏡”)設置有殼體。該殼體由第一側面部件101、與第一側面部件101相對的第二側面部件102、將第一側面部件101的一個端部與第二側面部件102的一個端部結合的第三側面部件103、將第一側面部件101的另一個端部與第二側面部件102的另一個端部結合的第四側面部件104、與第一側面部件101、第二側面部件102、第三側面部件103以及第四側面部件104的上表面結合的頂板105、與第一側面部件101、第二側面部件102、第三側面部件103以及第四側面部件104的底表面結合的底板106形成。單個透鏡室由這種殼體構成。透鏡室中充滿第一液體115和第二液體116，第一液體115和第二液體116用于構成作為柱面透鏡的液體透鏡，且柱面透鏡的軸線沿第一側面部件101和第二側面部件102的延伸方向(z方向)延伸。
[0065]用于構成液體透鏡的第一電極(下文中簡稱為“第一電極111”)設置在頂板105的一部分的內表面上，用于構成液體透鏡的第二電極(下文中簡稱為“第二電極112”)設置在第一側面部件101的內表面上，并且用于構成液體透鏡的第三電極(下文中簡稱為“第三電極113”)設置在第二側面部件102的內表面上。這里，在圖12A至12C所示的狀態中，未向第一電極111、第二電極112或第三電極113施加電壓。
[0066]在向第一電極111、第二電極112和第三電極113施加適當的電壓時，第一液體115和第二液體116之間的界面的狀態從上述狀態開始向圖13A、13B或13C所示的狀態轉變。這里，圖13A所示的狀態是向第二電極112和第三電極113施加相同電壓的狀態，并且在透鏡室中形成的液體透鏡的沿χ-y平面切割的形狀相對于視軸OA是對稱的。圖13B和13C所示的狀態是向第二電極112和第三電極113施加不同電壓的狀態，并且在透鏡室中形成的液體透鏡的形狀相對于視軸OA是不對稱的。注意，圖13C所示的狀態中的第二電極112和第三電極113之間的電位差大于圖13B所示的狀態中的第二電極112和第三電極113之間的電位差。如圖13B和13C所示，能夠改變與第二電極112和第三電極113之間的電位差相對應的液體透鏡的光功率(optical power)，并且能夠使液體透鏡的視軸OA (由虛線所示)沿與z方向垂直的y方向移動。可選地，通過將原理圖中所示的多個液體透鏡成行地布置并適當地控制向每個液體透鏡的第二電極112和第三電極113施加的電壓，能夠使全體液體透鏡的視軸移動，以使全體液體透鏡的視軸的傾斜改變，并且利用全體液體透鏡來構成菲涅耳透鏡(Fresnel lens)。
[0067]圖14至圖15C示出了了示例I中的實際液體透鏡100的示意剖面圖。圖14是與沿圖12B中的XIIA-XIIA線獲取的剖面圖類似的示意剖面圖。圖15A至15C是沿圖14中的XV-XV線獲取的示意剖面圖。沿圖14中的XV-XV線獲取的示意剖面圖與圖12B中所示的圖類似。
[0068]液體透鏡100設置有殼體100A，殼體100A設置有第一側面部件101、與第一側面部件101相對的第二側面部件102、將第一側面部件101的一個端部與第二側面部件102的一個端部結合的第三側面部件103、將第一側面部件101的另一個端部與第二側面部件102的另一個端部結合的第四側面部件104、與第一側面部件101、第二側面部件102、第三側面部件103以及第四側面部件104的上表面結合的頂板105、與第一側面部件101、第二側面部件102、第三側面部件103以及第四側面部件104的底表面結合的底板106，以及在第一側面部件101和第二側面部件102之間布置成彼此平行的(M-1)個分隔壁部件107。
[0069]在示例I的液體透鏡100中，成行地排列有M( = 5)個透鏡室(108” 1082，1083，1084 和 1085)。這里，每個透鏡室(108” 1082，1083，1084 和 1085)充滿有用于構成作為柱面透鏡的液體透鏡的第一液體115和第二液體116，柱面透鏡的軸線沿與分隔壁部件107的延伸方向平行的方向(z方向)延伸。
[0070]第一透鏡室1S1由第一側面部件101、第三側面部件103、第一分隔壁部件107、第四側面部件104、頂板105以及底板106構成。第一電極111設置在構成第一透鏡室1S1的頂板105的一部分的內表面上，第二電極112設置在構成第一透鏡室1S1的第一側面部件101的一部分的內表面上,并且第三電極113設置在構成第一透鏡室1S1的第一分隔壁部件107的一部分的內表面上。
[0071]第(m+1)個透鏡室108(m+1)由第m個(其中m = 1，2...M_2)個分隔壁部件107、第三側面部件103、第(m+1)個分隔壁部件107、第四側面部件104、頂板105以及底板106構成。第一電極111設置在構成第(m+1)個透鏡室108(Π1+1)的頂板105的一部分的內表面上，第二電極112設置在構成第(m+1)個透鏡室108(m+1)的第m個分隔壁部件107的一部分的內表面上，并且第三電極113設置在構成第(m+1)個透鏡室108(m+1)的第(m+1)個分隔壁部件107的一部分的內表面上。
[0072]另外，第M個透鏡室108M( = 1085)由第m_l個分隔壁部件107、第三側面部件103、第二側面部件102、第四側面部件104、頂板105以及底板106構成。第一電極111設置在構成第M個透鏡室108m( = 1085)的頂板105的一部分的內表面上，第二電極112設置在構成第M個透鏡室108m( = 1085)的第M-1個分隔壁部件107的一部分的內表面上，并且第三電極113設置在構成第M個透鏡室108m( = 1085)的第二側面部件102的一部分的內表面上。
[0073]注意，在所描述的示例中，針對每個透鏡室設置第一電極111，但是，可以在頂板105的內表面上設置一個第一電極111。
[0074]在示例I的液體透鏡100中，對第一側面部件101、第二側面部件102以及分隔壁部件107中每者的表面的至少存在第一液體115和第二液體116之間的界面的部分進行疏水處理(hydrophobic treatment)。分隔壁部件107的底表面延伸至底板106,并且分隔壁部件107的頂表面延伸至頂板105。殼體100A的外形是具有沿z方向的長邊與沿y方向的短邊的矩形。光線從底板106進入，并從頂板105發出。
[0075]第一液體115和第二液體116是不可溶的，并且不能混合在一起，而且第一液體115和第二液體116之間的界面構成透鏡表面。這里，第一液體115是具有傳導性，第二液體116是不具有傳導性，第一電極111與第一液體115接觸，第二電極112通過絕緣膜114與第一液體115和第二液體116接觸，第三電極113通過絕緣膜114與第一液體115和第二液體116接觸。頂板105、底板106以及第一電極111的構成材料相對于入射至液體透鏡100的光線是透明的。
[0076]更具體地，頂板105、底板106、第一側面部件101、第二側面部件102、第三側面部件103、第四側面部件104以及分隔壁部件107被制造成由玻璃或諸如丙烯酸樹脂之類的樹脂構成。具有傳導性的第一液體115由氯化鋰水溶液構成，密度為1.06g/cm3，并且折射率為1.34。另一方面，不具有傳導性的第二液體116由硅油(TSF437，由邁圖高新材料日本公司制造)構成，密度為1.02g/cm3，并且折射率為1.49。例如，第一電極111由ITO構成，并且第二電極由諸如金、鋁、銅或銀之類的金屬電極構成。此外，絕緣膜114由聚對二甲苯(poly-para-xylene)或諸如氧化鉭、氧化鈦等之類的金屬氧化物構成。注意，疏水處理層(未示出)設置在絕緣層膜114上。疏水處理層由聚對二甲苯或氟基聚合物構成。優選地，對第一電極111的表面進行親水處理(hydrophilic treatment),并且對第三側面部件103以及第四側面部件104的內表面進行疏水處理。
[0077]在示例I中，將圖14中所示的兩個液體透鏡100重疊，以構成透鏡51。具體地，以如下方式將液體透鏡100重疊:下側的液體透鏡100的y方向與上側的液體透鏡100的I方向垂直，并且下側的液體透鏡100的z方向與上側的液體透鏡100的z方向也垂直。
[0078]第一電極111、第二電極112以及第三電極113通過連接部(未示出)與控制裝置(控制電路)18連接，并且具有施加有預定電壓的構造和結構。在將電壓施加至第一電極111、第二電極112以及第三電極113時，由第一液體115和第二液體116之間的界面構成的透鏡表面從如圖15A所示的向下凸出的狀態轉變為如圖15B所示的向上凸出的狀態。透鏡表面的變化狀態根據施加至電極111、112和113的電壓并基于Lippman-Young等式而變化。在圖15B所示的示例中，對第二電極112和第三電極113施加相同的電壓。因此，在透鏡室中形成的液體透鏡的沿χ-y平面切割的形狀相對于液體透鏡的視軸是對稱的。可以按照這種方式對兩個重疊的液體透鏡100之中的上側液體透鏡100進行控制。
[0079]圖15C中所示的狀態為如下狀態:向第二電極112和第三電極113施加不同的電壓，并且在透鏡室中形成的液體透鏡的沿χ-y平面切割的形狀相對于液體透鏡的視軸是非對稱的。這里，在圖15C所示的狀態中，由液體透鏡100構成菲涅爾透鏡。可以按照這種方式對兩個重疊的液體透鏡100之中的上側液體透鏡100進行控制。
[0080]可采用如下構造:第二電極112與公共配線連接，第三電極113與公共配線連接，向各個第二電極112施加相同的電壓，并且向各個第三電極113施加相同的電壓。可選地，可采用如下構造:第二電極112與公共配線連接，第三電極113與單獨配線連接，并且向第三電極113施加不同的電壓。可采用如下構造:第三電極113與公共配線連接，第二電極112與單獨配線連接，并且向第二電極112施加不同的電壓。此外，可采用如下構造:第二電極112和第三電極113均與單獨配線連接，并且向電極112以及向113各自施加不同的電壓。
[0081]圖16和17分別示出了其他構造的液體透鏡120的示意剖面圖和平面圖。液體透鏡120由菲涅爾透鏡構成，并且在其中心設置有環形透鏡室。換言之，液體透鏡120設置有殼體(該殼體設置有具有環形形狀的所謂的環狀外壁部件129)、與外壁部件129的上表面結合的頂板125、與外壁部件129的底表面結合的底板126、以及設置成與外壁部件129的中心對準的(N-1)個環形分隔壁部件127。注意，該殼體的外形為圓形。該殼體也包括中心透鏡室，該中心透鏡室被(N-1)個環形透鏡室以及第(N-1)個分隔壁部件127包圍。這里，在所述示例中，N = 3。每個透鏡室128(1281、1282和1283)都充滿了用于構成液體透鏡120的第一液體115和第二液體116。
[0082]第一透鏡室(環形透鏡室)128!由外壁部件129、第一分隔壁部件127、頂板125以及底板126構成。用于構成液體透鏡120的第一電極(下文中簡稱為“第一電極131”)設置在構成第一透鏡室128i的頂板125的一部分的內表面上，用于構成液體透鏡120的第二電極(下文中簡稱“第二電極132”)設置在構成第一透鏡室128i的環形外壁部件129的一部分的內表面上，并且用于構成液體透鏡120的第三電極(下文中簡稱“第三電極133”)設置在構成第一透鏡室US1的第一分隔壁部件127的一部分的內表面上。
[0083]第(n+1)個透鏡室(環形透鏡室)128(n+1)由第η個(其中，η = 1,2...Ν_2)個分隔壁部件127、第(n+1)個分隔壁部件127、頂板125以及底板126構成。第一電極131設置在用于構成第(n+1)個透鏡室128(n+1)的頂板125的一部分的內表面上,第二電極132設置在用于構成第(n+1)個透鏡室128(n+1)的第η個分隔壁部件127的一部分的內表面上，并且第三電極133設置在用于構成第(n+1)個透鏡室128(n+1)的第(n+1)個分隔壁部件127的一部分的內表面上。
[0084]第一電極131設置在用于構成中心透鏡室1283(相當于第N個透鏡室128N)的頂板125的一部分內表面上,并且第二電極132設置在用于構成中心透鏡室1283的第(N-1)個分隔壁部件127的一部分內表面上。
[0085]注意，在所述示例中，第一電極131是針對每個透鏡室設置的，但是，可在頂板125的內表面上設置一個第一電極131。
[0086]在液體透鏡120中，按照與上述液體透鏡100相同的方式，對外壁部件129和分隔壁部件127中每者的表面的至少存在第一液體115和第二液體116之間的界面的部分進行疏水處理。光線從底板126進入并從頂板125發射出去。在透鏡室128ρ1282和1283的每者中，液體透鏡120的光功率因施加至第二電極132和第三電極133的電壓不同而變化。可選地，在透鏡室128ρ1282和1283的每者中，通過使施加至第二電極132和第三電極133的電壓不同，由全體液體透鏡構成菲涅爾透鏡。
[0087]3.示例 2
[0088]示例2是示例I的變形例，并且涉及第二實施例的顯示設備。在示例2的顯示設備中，距離測量傳感器60測量從圖像形成裝置40到觀察者所觀察的外部目標物體23的距離。基于由距離測量傳感器60測量的距離來控制透鏡I的焦距。具體地，如圖5A的概念圖所示，除半透鏡52之外還設置了另一半透鏡(第二半透鏡54)以代替示例I中的顯示設備的反射器53，并且距離測量傳感器60測量從圖像形成裝置40經由第二半透鏡54至觀察者20所觀察的外部目標物體23的距離。注意，外部目標物體23放置在X軸上。除上述方面外，因為示例2的顯示設置的構造和結構可采用與示例I的顯示設備相同的構造和結構，所以，將省略它們的詳細描述。注意，在圖2A和2B所示的示例I的顯示設備的變形例中，第二半透鏡54可設置在透鏡51和半透鏡52之間。
[0089]另外，與觀察者20所觀察的外部目標物體23相關的信息顯示在圖像形成裝置40上。在利用距離測量傳感器60 (具體地，距離測量元件61)或成像裝置71獲取外部目標物體23的圖像后，在控制裝置(控制電路)18中分析所獲取的圖像，指定目標物體23，并且存儲在控制裝置(控制電路)18中的與目標物體23相關的信息可顯示在圖像形成裝置40上。通過控制透鏡51的焦距，能夠使到圖像形成裝置40所顯示的且被觀察者觀察的圖像(虛擬圖像)的距離(即，與外部目標物體23有關的信息)與到觀察者所觀察的外部目標物體的距離自動地匹配或大體匹配，而不需觀察者20執行任何操作。因為能夠以交互及平滑的方式合成虛擬圖像和真實空間，所以在觀察圖像時沒有不自然的感覺。
[0090]圖6B中示出了用于說明示例2的顯示設備的操作的圖。優選地，在圖像未在圖像形成裝置40上顯示時，對到物體目標23的距離進行測量，并且對透鏡51的焦距進行控制。
[0091]在示例2的顯示設備中，距離測量傳感器60設置在圖像形成裝置40的圖像顯示單元41的內部。因此，雖然使用了簡單的構造和結構，但是能夠容易地對到觀察者所觀察的外部目標物體的距離進行測量。
[0092]4.示例 3
[0093]示例3是示例I的變形例，并且涉及第三實施例的顯示設備。在示例3的顯示設備中，距離測量傳感器60通過透鏡51和半透鏡52對觀察者的視點進行檢測。換言之，距離測量傳感器60檢測觀察者的視點在實際空間中的位置。基于所檢測的觀察者20的視點，獲取從圖像形成裝置40到觀察者所觀察的外部目標物體23的距離。基于由距離測量傳感器60測量的距離來控制透鏡51的焦距。具體地，如圖5B的概念圖所示，以與示例2的顯示設備中相同的方式，設置第二半透鏡54以代替反射器53。距離測量傳感器60通過透鏡51、第二半透鏡54和半透鏡52對觀察者的視點進行檢測。基于所檢測的觀察者20的視點來獲取從圖像形成裝置40經由第二半透鏡54和透鏡51到觀察者20所觀察的外部目標物體23的距離。除上述方面外，由于示例3的顯示設備的構造和結構可采用與示例I的顯示設備相同的構造和結構，因此將省略它們的詳細描述。注意，在圖2A和2B所示的示例的顯示設備的變形例中，第二半透鏡54可設置在透鏡51和半透鏡52之間。
[0094]此外，以與示例2中相同的方式，與觀察者20所觀察的外部目標物體23相關的信息可顯示在圖像形成裝置40上。通過控制透鏡51的焦距，能夠使到圖像形成裝置40所顯示的且被觀察者觀察的圖像(虛擬圖像)的距離(即，與外部目標物體23有關的信息)與到觀察者所觀察的外部目標物體的距離自動地匹配或大體匹配，而不需觀察者20執行任何操作。因為能夠以交互及平滑的方式合成虛擬圖像和實體空間，所以在觀察圖像時沒有不自然的感覺。
[0095]在圖7中示出了用于說明示例3的顯示設備的操作的圖。首先，通過獲取由距離測量傳感器60測量的到觀察者20眼球表面的距離并控制透鏡51的焦距，透鏡51的焦點設定至眼球表面。然后，距離測量傳感器60使用現有方法對觀察者20的視點進行檢測。接著，距離測量傳感器60測量從圖像形成裝置40經由透鏡51和第二半透鏡54到觀察者20所觀察的外部物體目標23的距離。在對透鏡51的焦距進行控制后，圖像顯示在圖像形成裝置40上。換言之，在未在圖像形成裝置40上顯示圖像時，對到觀察者20的眼球的距離進行測量，對觀察者20的視點進行檢測，并對到目標物體23的距離進行測量。
[0096]甚至在示例3的顯示設備中，距離測量傳感器60也設置在圖像形成裝置40的圖像顯示單元的內部。因此，盡管使用了簡單的構造和結構，也能夠容易地對觀察者20的視點進行檢測，并對到觀察者20所觀察的外部目標物體23的距離進行測量。
[0097]5.示例 4
[0098]示例4是示例I至示例3的變形例。在示例4中，在圖像形成裝置40上顯示預定信息(例如，輸入界面)。在圖像顯示單元的下部顯示上預定信息。另外，預定信息被投影至諸如觀察者20前方大約I米處的虛擬投影屏上。針對預定信息(例如，輸入)的選擇，可基于所選信息進行各種處理，所選信息是通過如下方式獲得的:例如利用成像裝置71對觀察者使用手指指向的用于表示預定信息的虛擬圖像的狀態進行成像，并且在控制裝置(控制電路)18中分析哪個預定信息被選定。
[0099]6.示例 5
[0100]示例5是示例I至示例4的變形例。圖1OA至1H示出了用于構成圖5的顯示設備的圖像形成裝置的圖像顯示單元的概念圖。在示例5的顯示設備中，遮光元件47設置在發光二極管43和距離測量元件61之間。遮光元件47可由能夠阻止從發光二極管43向距離測量元件61發射的光線入射的材料構成。通過以這種方式設置遮光元件47，使距離測量元件61難以受到發光二極管43的影響。
[0101]在圖1OA所示的示例中，距離測量元件61形成在硅半導體基板44中，發光二極管43設置在硅半導體基板44上，并且遮光元件47設置在距離測量元件61和發光二極管43之間。在圖1OB所示的示例中，距離測量元件61和發光二極管43設置在硅半導體基板44上，并且遮光元件47設置在距離測量元件61和發光二極管43之間。
[0102]在圖1OC所示的示例中，距離測量傳感器60形成在硅半導體基板44中，發光二極管43設置在硅半導體基板44上，并且遮光元件47設置在發光二極管43的外側上。在圖1OD所示的示例中，距離測量傳感器60和發光二極管43設置在硅半導體基板44上，并且遮光元件47設置在發光二極管43的外側上。注意，可在用于構成發光二極管并發射紅光的紅光發射子像素42R、用于構成發光二極管并發射綠光的綠光發射子像素42G以及用于構成發光二極管并發射藍光的藍光發射子像素42B中的每者上設置遮光元件。遮光元件也可針對全部三個子像素42R、42G和42B (—個像素)進行設置。
[0103]另外，可對距離測量元件61、發光二極管43以及遮光元件47的全體進行封裝。在示例I至示例4中，可對距離測量元件61和發光二極管43的全體進行封裝。
[0104]7.示例 6
[0105]示例6是示例I至示例5的變形例。圖1lA和IlB示意地示出了用于構成示例6的顯示設備的圖像形成裝置的圖像顯示單元的一部分的像素和距離測量元件的排列示例。但是，在示例6中，布置成鄰近像素的距離測量元件61的光接收波長與鄰近的子像素的光發射波長不同。因此，能夠降低光學串擾。具體地，可在距離測量元件61上設置濾色鏡。更具體地，用于接收綠或藍光的距離測量元件61G或61B可設置成鄰近紅光發射子像素42R，用于接收紅或藍光的距離測量元件6IR或6IB可設置成鄰近綠光發射子像素42G，并且用于接收紅或綠光的距離測量元件61R或61G可設置成鄰近藍光發射子像素42B。
[0106]圖18A、18B、18C、18D、18E和18F示出了根據某些實施例的圖像顯示單元的示意部分剖面圖。如上所述，在一些圖像顯示單元的實施例中，距離測量傳感器可與圖像形成裝置一體地設置。僅對于適用于將距離測量傳感器與圖像形成裝置一體地設置的技術的一個示例，讀者可參考日本專利申請公開第2010-73841號。
[0107]在圖18A中，距離測量傳感器(例如，距離測量元件61)形成在硅半導體基板44中，并且圖像形成裝置(例如發光二極管43)形成在硅半導體基板44中。
[0108]在圖18B中，距離測量傳感器(例如，距離測量元件61)布置在硅半導體基板44上，并且圖像形成裝置(例如發光二極管43)形成在硅半導體基板44中。
[0109]在圖18C中，距離測量傳感器(例如，距離測量元件61)形成在硅半導體基板44中，圖像形成裝置(例如發光二極管43)形成在硅半導體基板44中，并且遮光元件47布置在距離測量傳感器和圖像形成裝置之間。
[0110]在圖18D中，距離測量傳感器(例如，距離測量元件61)布置在硅半導體基板44上，圖像形成裝置(例如發光二極管43)形成在硅半導體基板44中，并且遮光元件47布置在距離測量傳感器和圖像形成裝置之間。
[0111]在圖18E中，距離測量傳感器(例如，距離測量元件61)形成在硅半導體基板44中，圖像形成裝置(例如發光二極管43)形成在硅半導體基板44中，并且遮光元件47設置在圖像形成裝置的外側。
[0112]在圖18F中，距離測量傳感器(例如，距離測量元件61)布置在硅半導體基板44上，圖像形成裝置(例如發光二極管43)形成在硅半導體基板44中，并且遮光元件47設置在圖像形成裝置的外側。
[0113]上面給出了本發明的優選示例的描述，但是，本發明不局限于這些示例。示例中所描述的顯示設備(頭戴式顯示器)、圖像顯示裝置、距離測量傳感器以及液體透鏡的構造和結構僅為示例，并且能夠適當地改變這些構造和結構。發光元件、距離測量傳感器以及成像裝置的排列僅為示例，并且能夠合適的改變這些排列。在某些情況下，也能夠將距離測量傳感器用作成像裝置。在示例中，用于構成圖像形成裝置40的發光元件由發光二極管構成。但是，本發明不局限于此。例如，發光元件可由有機電發光元件(有機EL元件)、液晶顯示元件等構成。在這種情況下，該元件可在形成在半導體基板中的層間絕緣層中形成。
[0114]本發明可采用以下構造。
[0115](I) 一種頭戴式顯示系統，其包括:框架，其被安裝到用戶的頭部；成像系統，其接合到所述框架，所述成像系統包括布置在基板上的一個以上的顯示裝置以及布置在所述基板上的一個以上的傳感器；以及光學系統，其在所述用戶的眼睛與所述一個以上的傳感器之間提供光路，并且在所述用戶的眼睛與所述一個以上的顯示裝置之間提供相同的光路。
[0116](2)根據(I)的頭戴式顯示系統，其中，所述一個以上的傳感器中的至少一者布置成與所述一個以上的顯示裝置中的至少一者鄰近。
[0117](3)根據(I)或(2)的頭戴式顯示系統，其中，所述一個以上的傳感器中的至少一者布置在所述顯示裝置之中的第一顯示裝置和第二顯示裝置之間。
[0118](4)根據(I)至(3)中任一項的頭戴式顯示系統，其中，所述一個以上的傳感器與所述一個以上的顯示裝置一體地設置。
[0119](5)根據(I)至(4)中任一項的頭戴式顯示系統，其中，所述頭戴式顯示系統控制所述一個以上的傳感器以獲取用于表示所述基板與所述用戶的眼睛之間的距離的數據。
[0120](6)根據(5)的頭戴式顯示系統，其中，在通過所述一個以上的顯示裝置顯示圖像時，所述頭戴式顯示系統控制所述一個以上的傳感器以獲取用于表示所述基板與所述用戶的眼睛之間的距離的所述數據。
[0121](7)根據(I)至￠)中任一項的頭戴式顯示系統，其中，所述頭戴式顯示系統控制所述一個以上的傳感器以獲取用于表示所述基板與所述頭戴式顯示系統外部的外部物體之間的距離的數據。
[0122](8)根據(7)的頭戴式顯示系統，其中，在沒有通過所述一個以上的顯示裝置顯示圖像時，所述頭戴式顯示系統控制所述一個以上的傳感器以獲取用于表示所述基板和所述外部物體之間的距離的所述數據。
[0123](9)根據(7)的頭戴式顯示系統，其中，至少部分地基于用于表示所述基板和所述物體之間的距離的所述數據，所述光學系統將由所述一個以上的圖像顯示裝置顯示的一個以上的圖像引導至所述用戶的眼睛。
[0124](10)根據(9)的頭戴式顯示系統，其中，所述光學系統包括透鏡，并且其中，通過至少部分地基于用于表示所述基板和所述物體之間的距離的所述數據改變所述透鏡的焦距，所述光學系統至少部分地基于用于表示所述基板和所述物體之間的距離的所述數據來引導所述一個以上的圖像。
[0125](11)根據(10)的頭戴式顯示系統，進一步包括:控制單元，其在通過所述一個以上的顯示裝置顯示圖像時，至少部分地基于用于表示所述基板和所述物體之間的距離的所述數據改變所述透鏡的焦距。
[0126](12)根據(10)的頭戴式顯示系統，進一步包括:控制單元，其改變所述透鏡的焦距，其中:所述頭戴式顯示系統控制所述一個以上的傳感器以獲取用于表示所述基板與所述用戶的眼睛之間的距離的數據，并且所述控制單元至少部分地基于用于表示所述基板與所述用戶的眼睛之間的距離的所述數據并基于用于表示所述基板與所述外部物體之間的距離的所述數據改變所述透鏡的焦距。
[0127](13)根據(I)至(12)中任一項的頭戴式顯示系統，其中，所述一個以上的傳感器包括至少一個距離測量傳感器。
[0128](14)根據(I)至(13)中任一項的頭戴式顯示系統，其中，所述一個以上的傳感器包括至少一個成像裝置。
[0129](15)根據(I)至(14)中任一項的頭戴式顯示系統，進一步包括:遮光元件，其中，所述遮光元件的至少一部分布置在所述一個以上的傳感器之中的第一傳感器與所述一個以上的顯示裝置之中的第一顯示裝置之間。
[0130](16)根據(I)至(15)中任一項的頭戴式顯示系統，其中，所述一個以上的傳感器中的至少一者形成在所述基板中。
[0131](17) 一種顯示方法，其包括:在用戶的眼睛與一個以上的傳感器之間提供光路，所述一個以上的傳感器布置在成像系統的基板上，所述成像系統結合到被安裝在所述用戶的頭部的框架；并且在所述用戶的眼睛與布置在所述基板上的一個以上的顯示裝置之間提供相同的光路。
[0132](18)根據(17)的顯示方法，進一步包括:利用布置在所述基板上的所述一個以上的顯示裝置顯示一個以上的圖像；利用布置在所述基板上的所述一個以上的傳感器獲取用于表示所述基板與物體之間的距離的數據；并且至少部分地基于用于表示所述基板和所述物體之間的距離的所述數據將由所述一個以上的顯示裝置顯示的所述一個以上的圖像引導至所述用戶的眼睛。
[0133](19)根據(18)的頭戴式顯示系統，其中，至少部分地基于用于表示所述基板和所述物體之間的距離的數據將由所述一個以上的顯示裝置顯示的所述一個以上的圖像引導至所述用戶的眼睛的步驟包括:至少部分地基于用于表示所述基板和所述物體之間的距離的所述數據對所述一個以上的圖像進行聚焦。
[0134](20) 一種顯示系統，其包括:成像系統，其接合到框架，所述框架被安裝到用戶的頭部，所述成像系統包括布置在基板上的一個以上的顯示裝置以及布置在所述基板上的一個以上的傳感器；以及光學系統，其所述用戶的眼睛與所述一個以上的傳感器之間提供光路，并且在所述用戶的眼睛與所述一個以上的顯示裝置之間提供相同的光路。
[0135](21) 一種頭戴式顯示系統，其包括:框架，其被安裝到用戶的頭部；成像系統，其接合到所述框架，所述成像系統包括布置在基板上的一個以上的顯示裝置以及布置在所述基板上的一個以上的傳感器；以及光學系統，其引導由所述顯示裝置發出的光的一部分，并弓I導由所述傳感器檢測的光的一部分。
[0136](22)根據(20)的顯示系統，其中，所述一個以上的顯示裝置中的至少一者形成在所述基板中。
[0137][A01] 一種顯示設備，包括:框架，其被安裝到觀察者的頭部；以及圖像顯示裝置，其被接合到所述框架，其中，所述圖像顯示裝置包括圖像形成裝置以及用于將來自所述圖像形成裝置的圖像引導至觀察者瞳孔的光學系統，其中，在所述圖像形成裝置的圖像顯示單元的內部設置有距離測量傳感器。
[0138][A02]根據[A01]的顯示設備，其中，所述距離測量傳感器包括多個所述距離測量元件，并且所述距離測量元件設置在所述圖像形成裝置的所述圖像顯示單元的像素之間。
[0139][A03]根據[A01]或[A02]的顯示設備，其中，所述光學系統包括:透鏡，其入射有來自所述圖像形成裝置的圖像；以及半透鏡，其用于在所述圖像穿過所述透鏡后對所述圖像進行反射，并將所述圖像引導至所述觀察者的瞳孔。
[0140][A04]根據[A03]的顯示設備，其中，所述透鏡由液態透鏡形成。
[0141][A05]根據[A04]的顯示設備，其中，基于由所述距離測量傳感器測量的距離來控制所述液體透鏡的焦距。
[0142][B01]根據[A03]或[A04]的顯示設備，其中，所述距離測量傳感器測量從所述圖像形成裝置經由所述透鏡和所述半透鏡到所述觀察者的視網膜的距離。
[0143][B02]根據[B01]的顯示設備，其中，基于由所述距離測量傳感器測量的距離來控制所述透鏡的焦距。
[0144][B03]根據[B01]或[B02]的顯示設備，其中，通過控制所述透鏡的焦距，使由所述圖像形成裝置顯示的圖像以聚焦狀態到達所述觀察者。
[0145][B04]根據[B01]至[B03]中任一項的顯示設備，其中，在所述圖像未顯示在所述圖像形成裝置上時，對到所述觀察者的視網膜的距離進行測量。
[0146][C01]根據[A03]或[A04]的顯示設備，其中，所述距離測量傳感器測量從所述圖像形成裝置到所述觀察者所觀察的外部目標物體的距離。
[0147][C02]根據[C01]的顯示設備，其中，所述光學系統還設置有位于所述透鏡和所述半透鏡之間的第二半透鏡。
[0148][C03]根據[C01]或[C02]的顯示設備，其中，基于由所述距離測量傳感器測量的距離來控制所述透鏡的焦距。
[0149][C04]根據[C01]至[C03]中任一項的顯示設備，其中，在所述圖像形成裝置上顯示與所述觀察者所觀察的所述外部目標物體相關的信息。
[0150][C05]根據[C01]至[C04]中任一項的顯示設備，其中，通過控制所述透鏡的焦距，能夠使到所述觀察者所觀察的虛擬圖像的距離(即由圖像形成裝置顯示的圖像)與到所述觀察者所觀察的所述外部目標物體的距離自動地匹配或大體匹配。
[0151][C06]根據[C01]至[C05]中任一項的顯示設備，其中，在所述圖像未顯示在所述圖像形成裝置上時，對到所述目標物體的距離進行測量。
[0152][D01]根據[A03]或[A04]的顯示設備，其中，距離測量傳感器通過透鏡和半透鏡對觀察者視點進行檢測，并且基于所檢測的觀察者視點獲取從圖像形成裝置到觀察者所觀察的外部目標物體的距離。
[0153][D02]根據[D01]的顯示設備，其中，光學系統還設置有位于所述透鏡和所述半透鏡之間的第二半透鏡。
[0154][D03]根據[D01]或[D02]的顯示設備，其中，基于由所述距離測量傳感器測量的距離來控制所述透鏡的焦距。
[0155][D04]根據[D01]至[D03]中任一項的顯示設備，其中，在所述圖像形成裝置上顯示與所述觀察者所觀察的所述外部目標物體相關的信息。
[0156][D05]根據[D01]至[D04]中任一項的顯示設備，其中，通過控制所述透鏡的焦距，能使到所述觀察者所觀察的虛擬圖像的距離(即由圖像形成裝置顯示的圖像)與到所述觀察者所觀察的所述外部目標物體的距離自動地匹配或大體匹配。
[0157][D06]根據[D01]至[D05]中任一項的顯示設備，其中，在所述圖像未顯示在所述圖像形成裝置上時，對所述觀察者的視點進行檢測，并對到所述目標物體的距離進行測量。
[0158][D07]根據[D01]至[D06]中任一項的顯示設備，其中，在對所述觀察者視點進行檢測前，所述距離測量傳感器測量從所述圖像形成裝置經由所述透鏡和所述半透鏡到所述觀察者的眼球表面的距離，并接著基于由所述距離測量傳感器測量的到所述眼球表面的距離來控制所述透鏡的焦距。
[0159][D08]根據[D07]的顯示設備，其中，在所述圖像未在所述圖像形成裝置上顯示時，在檢測所述觀察者的視點前，對到所述觀察者的眼球表面的距離進行測量。
[0160][E01]根據[A01]至[D08]中任一項的顯示設備，其中，在所述圖像形成裝置上顯示預定信息。
[0161][E02]根據[E01]的顯示設備，其中，所述預定信息顯示在所述圖像顯示單元的下部上。
[0162][E03]根據[A01]至[E02]中任一項的顯示設備，其中，通過以二維矩陣形狀排列多個發光二極管來構成所述圖像形成裝置。
[0163][E04]根據[E03]的顯示設備，其中，在所述發光二極管和構成所述距離測量傳感器的距離測量元件之間設置遮光元件。
[0164][E05]根據[A01]至[E04]中任一項的顯示設備，其中，設置成與所述像素鄰近的所述距離測量元件的光接收波長與所述鄰近像素的光發射波長不同。
[0165]在某些實施例中，“成像系統”可以包括“圖像形成裝置”40。在某些實施例中，“顯示設備”可以包括“發光元件”。在某些實施例中，“傳感器”可以包括“距離測量傳感器”60和/或“成像裝置”71。
[0166]本領域技術人員應當理解，只要在隨附要求或其等效物的范圍內，可根據設計需要和其他因素發生多種變形、組合、子組合以及變更。
[0167]本申請包含與2013年7月3日向日本專利局提交的日本在先專利申請JP2013-139503的公開內容相關的主題，在這里將該在先申請的全部內容以引用的方式并入本文。
【權利要求】
1.一種頭戴式顯示系統，其包括: 框架，其被安裝到用戶的頭部； 成像系統，其接合到所述框架，所述成像系統包括布置在基板上的一個以上的顯示裝置以及布置在所述基板上的一個以上的傳感器；以及 光學系統，其在所述用戶的眼睛與所述一個以上的傳感器之間提供光路，并且在所述用戶的眼睛與所述一個以上的顯示裝置之間提供相同的光路。
2.如權利要求1所述的頭戴式顯示系統，其中，所述一個以上的傳感器中的至少一者布置成與所述一個以上的顯示裝置中的至少一者鄰近。
3.如權利要求1所述的頭戴式顯示系統，其中，所述一個以上的傳感器中的至少一者布置在所述顯示裝置之中的第一顯示裝置和第二顯示裝置之間。
4.如權利要求1所述的頭戴式顯示系統，其中，所述一個以上的傳感器與所述一個以上的顯示裝置一體地設置。
5.如權利要求1-4中任一項所述的頭戴式顯示系統，其中，所述頭戴式顯示系統控制所述一個以上的傳感器以獲取用于表示所述基板與所述用戶的眼睛之間的距離的數據。
6.如權利要求5所述的頭戴式顯示系統，其中，在通過所述一個以上的顯示裝置顯示圖像時，所述頭戴式顯示系統控制所述一個以上的傳感器以獲取用于表示所述基板與所述用戶的眼睛之間的距離的所述數據。
7.如權利要求1-4中任一項所述的頭戴式顯示系統，其中，所述頭戴式顯示系統控制所述一個以上的傳感器以獲取用于表示所述基板與所述頭戴式顯示系統外部的外部物體之間的距離的數據。
8.如權利要求7所述的頭戴式顯示系統，其中，在沒有通過所述一個以上的顯示裝置顯示圖像時，所述頭戴式顯示系統控制所述一個以上的傳感器以獲取用于表示所述基板和所述外部物體之間的距離的所述數據。
9.如權利要求7所述的頭戴式顯示系統，其中，至少部分地基于用于表示所述基板和所述外部物體之間的距離的所述數據，所述光學系統將由所述一個以上的顯示裝置顯示的一個以上的圖像引導至所述用戶的眼睛。
10.如權利要求9所述的頭戴式顯示系統， 其中，所述光學系統包括透鏡，并且 其中，通過至少部分地基于用于表示所述基板和所述外部物體之間的距離的所述數據改變所述透鏡的焦距，所述光學系統至少部分地基于用于表示所述基板和所述外部物體之間的距離的所述數據來弓I導所述一個以上的圖像。
11.如權利要求10所述的頭戴式顯示系統，其進一步包括: 控制單元，其在通過所述一個以上的顯示裝置顯示圖像時，至少部分地基于用于表示所述基板和所述外部物體之間的距離的所述數據改變所述透鏡的焦距。
12.如權利要求10所述的頭戴式顯示系統，其進一步包括: 控制單元，其改變所述透鏡的焦距， 其中，所述頭戴式顯示系統控制所述一個以上的傳感器以獲取用于表示所述基板與所述用戶的眼睛之間的距離的數據，并且 所述控制單元至少部分地基于用于表示所述基板與所述用戶的眼睛之間的距離的所述數據并基于用于表示所述基板與所述外部物體之間的距離的所述數據改變所述透鏡的焦距。
13.如權利要求1-4中任一項所述的頭戴式顯示系統，其中，所述一個以上的傳感器包括至少一個距離測量傳感器。
14.如權利要求1-4中任一項所述的頭戴式顯示系統，其中，所述一個以上的傳感器包括至少一個成像裝置。
15.如權利要求1-4中任一項所述的頭戴式顯示系統，其進一步包括: 遮光元件， 其中，所述遮光元件的至少一部分布置在所述一個以上的傳感器之中的第一傳感器與所述一個以上的顯示裝置之中的第一顯示裝置之間。
16.如權利要求1-4中任一項所述的頭戴式顯示系統，其中，所述一個以上的傳感器中的至少一者形成在所述基板中。
17.—種顯不方法,其包括: 在用戶的眼睛與一個以上的傳感器之間提供光路，所述一個以上的傳感器布置在成像系統的基板上，所述成像系統接合到被安裝在所述用戶的頭部的框架；并且在所述用戶的眼睛與布置在所述基板上的一個以上的顯示裝置之間提供相同的光路。
18.如權利要求17所述的顯示方法，其還包括: 利用布置在所述基板上的所述一個以上的顯示裝置顯示一個以上的圖像； 利用布置在所述基板上的所述一個以上的傳感器獲取用于表示所述基板與物體之間的距離的數據；并且 至少部分地基于用于表示所述基板和所述物體之間的距離的所述數據將由所述一個以上的顯示裝置顯示的所述一個以上的圖像引導至所述用戶的眼睛。
19.一種顯不系統,其包括: 成像系統，其接合到框架，所述框架被安裝到用戶的頭部，所述成像系統包括布置在基板上的一個以上的顯示裝置以及布置在所述基板上的一個以上的傳感器；以及 光學系統，其在所述用戶的眼睛與所述一個以上的傳感器之間提供光路，并且在所述用戶的眼睛與所述一個以上的顯示裝置之間提供相同的光路。
20.一種頭戴式顯示系統,其包括: 框架，其被安裝到用戶的頭部； 成像系統，其接合到所述框架，所述成像系統包括布置在基板上的一個以上的顯示裝置以及布置在所述基板上的一個以上的傳感器；以及 光學系統，其引導由所述顯示裝置發出的光的一部分，并引導由所述傳感器檢測的光的一部分。
【文檔編號】G02B27/01GK104280882SQ201410294540
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2013年7月3日
【發明者】琵琶剛志 申請人:索尼公司