本發(fā)明涉及對到達人眼的外界光的亮度進行控制的調(diào)光器，和使用該調(diào)光器的影像顯示裝置。

背景技術：

已知有使用虛像對用戶顯示規(guī)定影像的影像顯示裝置，并且它們已作為頭戴式顯示器和平視顯示器實現(xiàn)了商品化。在這樣的影像顯示裝置中，為了能夠在觀察所顯示的影像的同時觀察外界環(huán)境，人們提出了各種光學系統(tǒng)結(jié)構。例如，專利文獻1記載一種虛像顯示裝置，為了能夠觀察外界環(huán)境并且防止外界光妨礙影像的觀察，以與導光板的外界側(cè)相對的方式配置調(diào)光板來對外界光的透射狀態(tài)進行調(diào)整。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2012-88472號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

為了使用顯示虛像的影像顯示裝置同時觀察影像和外界環(huán)境，在外界環(huán)境明亮的情況下和陰暗的情況下，需要改變外界光的透射狀態(tài)(透射率)。即，外界環(huán)境明亮的情況下影像看起來相對較暗，所以要降低外界光的透射率。反之，在外界環(huán)境陰暗的情況下為了清晰地辨認外界環(huán)境，要提高外界光的透射率。

專利文獻1公開了具有用于對外界光的透射率進行調(diào)整的調(diào)光板的虛像顯示裝置，作為其中使用的光學元件列舉了液晶面板、電致變色元件、透射型電壓元件等。

但是，在頭戴式顯示器等影像顯示裝置中使用這些光學元件時，存在實用性方面的問題。例如存在這樣的問題，即，對于液晶面板為持續(xù)施加一定電壓的情況下的燒屏現(xiàn)象的問題，對于電致變色元件為元件厚度引起響應速度降低的問題，對于透射型電壓元件為需要進行高壓驅(qū)動的問題等。上述專利文獻1對于這些問題沒有加以考慮。

本發(fā)明的目的在于鑒于上述問題，提供一種調(diào)光器和使用該調(diào)光器的影像顯示裝置，其解決燒屏等實用方面的問題，能夠容易地改變外界光的透射率。

解決問題的技術手段

本發(fā)明是一種調(diào)整入射光的透射率的調(diào)光器，其包括：通過控制施加電壓來改變可見光波段的波長的光的透射率的調(diào)光層；和用于對所述調(diào)光層施加電壓的電極，在所述入射光的入射方向上層疊有2層以上的所述調(diào)光層。

本發(fā)明是一種在用戶的視野內(nèi)顯示影像的影像顯示裝置，其包括：生成影像光的影像生成器；將所述影像生成器生成的影像光作為虛像投影到用戶的視野內(nèi)的影像投影器；調(diào)光器，其配置在所述影像投影器的對用戶投影的一側(cè)的相反側(cè)，對經(jīng)由所述影像投影器而入射到用戶的眼睛的外界光的光量進行調(diào)整；檢測所述外界光的亮度的外界光檢測器；和根據(jù)所述外界光檢測器檢測出的外界光的亮度對所述調(diào)光器進行控制的調(diào)光控制器，所述調(diào)光器在所述外界光的入射方向上層疊有2層以上的調(diào)光層，其中所述調(diào)光層通過控制施加電壓來改變可見光波段的波長的光的透射率。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種調(diào)光器和使用該調(diào)光器的影像顯示裝置，其解決調(diào)光層的燒屏等實用方面的問題，能夠容易地改變外界光的透射率。

附圖說明

圖1是表示具有調(diào)光器的影像顯示裝置的基本結(jié)構的俯視圖(實施例1)。

圖2是表示影像顯示裝置的結(jié)構的框圖。

圖3是表示調(diào)光控制器進行的調(diào)光控制的流程圖。

圖4是表示搭載了影像顯示裝置的頭戴式顯示器的外觀的示意圖。

圖5是表示頭戴式顯示器的模塊結(jié)構的圖。

圖6是表示調(diào)光器中使用了液晶的影像顯示裝置的結(jié)構的俯視圖(實施例2)。

圖7是說明調(diào)光器的調(diào)光動作的圖。

圖8是表示透射率調(diào)整層的透射率特性的圖。

圖9是表示調(diào)光器中使用了懸浮顆粒器件的影像顯示裝置的結(jié)構的俯視圖(實施例3)。

圖10是表示懸浮顆粒器件層的透射率與施加電壓的關系的圖。

圖11是表示對懸浮顆粒器件層施加電壓的電極和電源的配置之一例的圖。

圖12是表示調(diào)光器中使用了電致變色層的影像顯示裝置的結(jié)構的俯視圖(實施例4)。

圖13是表示電致變色層的響應速度與厚度的關系的圖。

圖14是表示能夠?qū)σ曇暗囊徊糠诌M行調(diào)光的影像顯示裝置的結(jié)構的俯視圖(實施例5)。

圖15是表示頭戴式顯示器生成的用戶的視野的圖。

圖16是表示將調(diào)光器應用于平視顯示器的例子的概要圖。

具體實施方式

以下使用附圖說明本發(fā)明的實施方式。下文中，以將調(diào)光器和影像顯示裝置應用于頭戴式顯示器的情況為例進行說明，但本發(fā)明不限定于此。另外，各圖中表示相同作用的結(jié)構部件使用相同的標記表示。

[實施例1]

在實施例1中，說明調(diào)光器和使用該調(diào)光器的影像顯示裝置的基本結(jié)構。

圖1是表示具有調(diào)光器的影像顯示裝置100的基本結(jié)構的俯視圖。影像顯示裝置100包括影像生成器101、影像投影器102、外界光檢測器105和對外界光進行調(diào)整的調(diào)光器10。用戶的眼睛2能夠同時觀察來自影像顯示裝置100的影像光111和外界光112的雙方。

影像生成器101具有生成影像的影像顯示元件(例如透射或反射型的液晶面板或數(shù)字反射鏡器件)和對該影像顯示元件照射光的照明光學系統(tǒng)(例如led背光源或由led和透鏡構成的光學系統(tǒng))。從影像生成器101出射的影像光111對影像投影器102入射。

影像投影器102由反射膜103和透鏡面104構成。入射到影像投影器102的影像光111通過透鏡面104在反射膜103上反射，向用戶的眼睛2的瞳孔3投影。此時，透鏡面104具有使影像生成器101生成的影像作為虛像被用戶的眼睛2識別的透鏡功能。此處，反射膜103具有使影像光111的一部分反射并使一部分透射的分束功能。這是為了使從調(diào)光器10透射的外界光112同時導向用戶的眼睛2。反射膜103例如可以起到透射率和反射率均為50％的半反射鏡的功能，也可以起到利用了光的偏振性的偏振分束器的功能。

調(diào)光器10構成第一調(diào)光層11與第二調(diào)光層12的雙層結(jié)構，從用戶的眼睛2看來配置在相對于影像投影器102相反的一側(cè)。調(diào)光器10具有通過改變其對外界光112的透射率，來調(diào)整向用戶的眼睛2入射的外界光112的光量的功能。調(diào)光器10的材料即第一調(diào)光層11和第二調(diào)光層12中，作為調(diào)節(jié)可見光波段波長的光的透射率的光學元件，使用液晶元件、懸浮顆粒器件(suspendedparticledevice)、電致變色元件等。它們是通過控制施加的電壓而改變透射率的元件。

外界光檢測器105具有檢測外界光112的亮度的功能，使用照度傳感器或相機等。外界光檢測器105檢測出的外界光112的亮度的信息，被用于調(diào)光器10和影像生成器101的控制。

此處，例如在使用2層液晶層作為調(diào)光器10的調(diào)光層11、12的情況下，能夠交替切換地使用要驅(qū)動的液晶層。由此，不會僅對1層調(diào)光層持續(xù)施加一定的電壓，能夠獲得的效果是，防止調(diào)光層為1層的情況下成為問題的液晶的燒屏。

另外，在調(diào)光層使用懸浮顆粒器件的情況下，通過采用雙層結(jié)構，各懸浮顆粒器件層的施加電壓得到降低，能夠利用更低的施加電壓調(diào)整為期望的透射率。

另外，在調(diào)光層使用電致變色元件的情況下，通過采用雙層結(jié)構，各電致變色層中的響應速度得到提高，能夠兼顧透射率和響應速度。

這樣，通過使用2層調(diào)光層層疊為調(diào)光器10，能夠避免燒屏、施加電壓、響應速度等實用方面的問題，實現(xiàn)根據(jù)外界光的亮度而相應地使外界光的透射率適當變化的調(diào)光器。此處說明了使調(diào)光器10的調(diào)光層為2層的結(jié)構，但多層化為3層以上的結(jié)構也可以得到同樣的效果。其中，關于調(diào)光層使用的各光學元件的特性，在后述的實施例2～4中分別詳細說明。

圖2是表示影像顯示裝置100的結(jié)構的框圖。影像顯示裝置100由調(diào)光器10、影像生成器101、外界光檢測器105、驅(qū)動電源106、調(diào)光控制器107構成。其中，調(diào)光器10、影像生成器101、外界光檢測器105與圖1中說明的相同。

調(diào)光控制器107根據(jù)外界光檢測器105檢測出的外界光112的亮度，相應地控制調(diào)光器10的透射率和影像生成器101生成的影像光的強度。具體而言，對于調(diào)光器10切換第一、第二調(diào)光層11、12的驅(qū)動條件(施加電壓)。驅(qū)動電源106經(jīng)由調(diào)光控制器107對調(diào)光器10和影像生成器101供給電力。

例如，對在用戶周圍較為明亮的環(huán)境中使用影像顯示裝置100的情況進行說明。在明亮的環(huán)境中，影像光111上會有較強的外界光112疊加，所以影像的對比度降低，用戶難以辨認影像。該情況下進行控制，以降低調(diào)光器10的透射率從而減少外界光的光量，并且增大影像生成器101生成的影像光的強度。其結(jié)果，影像的對比度得到提高，用戶變得易于辨認影像。像這樣，影像顯示裝置100具有即使周圍環(huán)境的亮度改變也能保持必要的影像對比度的功能。

圖3是表示調(diào)光控制器107進行的調(diào)光控制的流程圖。以下流程在影像顯示裝置100工作的期間按規(guī)定的時間間隔反復執(zhí)行。

在s601中，使用外界光檢測器105檢測外界光112的亮度(光量)。在s602中，獲取影像生成器101所生成的影像光111的強度。例如，獲取影像信號的最大亮度等級或平均亮度等級。在s603中，對影像光111與外界光112的強度等級進行比較，計算影像的對比度。如果調(diào)光器10已經(jīng)處于調(diào)光狀態(tài)(例如降低了透射率的狀態(tài))，則將其考慮在內(nèi)，計算入射到用戶的眼睛的影像的對比度。

在s604中，判定計算出的影像對比度是否在規(guī)定范圍內(nèi)，即是否需要為了保持規(guī)定的對比度而調(diào)整調(diào)光狀態(tài)。在需要調(diào)光(調(diào)整)的情況下前進至s605，在不需要調(diào)光(調(diào)整)的情況下前進至s607。

在s605中調(diào)整調(diào)光器10的透射率。例如，以在外界光的亮度大的情況下降低透射率，在外界光的亮度小的情況下提高透射率的方式進行調(diào)整。并且，在s606中調(diào)整影像生成器101的影像光的強度。例如，以在外界光的亮度大的情況下提高影像光的強度，在外界光的亮度小的情況下降低影像光的強度的方式進行調(diào)整。

在s607中，為了防備用戶的周圍環(huán)境的變化而待機規(guī)定時間。之后返回s601重復進行上述流程。通過以上調(diào)光控制動作，用戶能夠持續(xù)以規(guī)定的對比度觀察影像。

其中，s605中的調(diào)光器10的控制和s606中的影像生成器101的控制成互補的關系，適當決定使用某一方或是使用雙方即可。例如，可以以調(diào)光器10的控制為主，在僅利用調(diào)光器10的控制不能實現(xiàn)期望的對比度時進行影像生成器101的控制。

接著，對搭載了影像顯示裝置100的頭戴式顯示器進行說明。

圖4是表示搭載了影像顯示裝置100的頭戴式顯示器200的外觀的示意圖。頭戴式顯示器200是在眼鏡狀的臂210上搭載了影像顯示裝置100的結(jié)構，將臂210佩戴在用戶1的頭部，使影像顯示裝置100與用戶1的眼睛(本例中為左眼)相對地配置。

用戶1能夠在整個視野的區(qū)域500內(nèi)的影像顯示范圍501中將影像顯示裝置100生成的虛像識別為影像。另外，外界光經(jīng)由影像顯示裝置100的調(diào)光器10入射到用戶1的眼睛。此時，通過改變調(diào)光器10的透射率而調(diào)整外界光的亮度，能夠與影像同時觀察到。

圖5是表示頭戴式顯示器200的模塊結(jié)構的圖。頭戴式顯示器200具有影像顯示裝置100，以及控制器201、電源供給器202、存儲器203、傳感器204、通信器205、聲音處理器206、操作器207。傳感器輸入輸出端子204a、通信輸入輸出端子205a、聲音輸入輸出端子206a是與外部設備連接的端子。這些結(jié)構部件收納在圖4的臂210的部分。

控制器201控制整個頭戴式顯示器200。電源供給器202利用電池或蓄電池等對影像顯示裝置100供給電源。其中，電源供給器202可以兼用作圖2中的驅(qū)動電源106。存儲器203是存儲信息的器件，使用半導體存儲器或小型的硬盤驅(qū)動器等。

傳感器204經(jīng)由傳感器輸入輸出端子204a與外部傳感器連接，檢測多種信息。例如，能夠利用傾斜傳感器和加速度傳感器等檢測用戶的姿態(tài)、朝向、運動，利用視線傳感器和溫度傳感器等檢測用戶的身體狀態(tài)，利用gps傳感器檢測用戶的當前位置，利用壓感傳感器和靜電電容傳感器檢測用戶的指示輸入，或者利用近距離傳感器檢測用戶是否佩戴等。傳感器204可以具有多種上述功能。

通信器205經(jīng)由通信輸入輸出端子205a以無線或有線的方式與外部網(wǎng)絡通信。由此，例如頭戴式顯示器200能夠直接與互聯(lián)網(wǎng)的基站通信而獲取信息。聲音處理器206經(jīng)由聲音輸入輸出端子206a與麥克風和耳機連接，對聲音信號進行處理。操作器207接受用戶的操作。

其中，圖中的箭頭表示控制和信息的傳輸方向，但不一定示出了所有的控制線和信息線。另外，傳感器204和聲音處理器206也可以是包括外部器件(外部傳感器、麥克風等)本身的結(jié)構。

如以上說明，根據(jù)實施例1，通過使用具有2層以上調(diào)光層的調(diào)光器10，能夠與周圍環(huán)境的亮度無關地保持必要的影像對比度，能夠?qū)崿F(xiàn)實用特性優(yōu)秀的影像顯示裝置100和搭載了該影像顯示裝置的頭戴式顯示器200。

在以下各實施例中說明調(diào)光器的具體結(jié)構。

[實施例2]

在實施例2中，說明調(diào)光器的調(diào)光層使用液晶的情況。

圖6是表示在調(diào)光器中使用了液晶的影像顯示裝置的結(jié)構的俯視圖。對于與實施例1(圖1)相同功能的部分標注相同的標記，省略說明。在影像顯示裝置100a中，調(diào)光層20是由2層液晶層21、22與偏振片26組合構成的。并且，在影像投影器102a中，反射膜103a具有使偏振光分離的偏振分束器的功能。對調(diào)光器20的結(jié)構進行詳細說明。

調(diào)光器20由第一液晶層21、第二液晶層22、2個正透明電極23、2個負透明電極24、3個透明基板25、偏振片26、透射率調(diào)整層27構成。它們從外界光112的入射側(cè)起按偏振片26、透明基板25、正透明電極23、第一液晶層21、負透明電極24、透明基板25、正透明電極23、第二液晶層22、負透明電極24、透明基板25和透射率調(diào)整層27的順序?qū)盈B。

偏振片26從隨機偏振的外界光112中僅選擇規(guī)定方向的偏振光。第一液晶層21和第二液晶層22都是封入了對光附加的相位隨施加電壓而變化的液晶的層。使第二液晶層22附加的相位的方向與第一液晶層21正交。

正透明電極23和負透明電極24是對第一液晶層21、第二液晶層22施加電壓的電極，通過控制施加電壓而控制第一液晶層21、第二液晶層22對入射光附加的相位。透明基板25是光學上透明的基板，用于加強靠第一液晶層21、第二液晶層22不夠的強度。

透射率調(diào)整層27具有透射率特性隨波長而不同的濾光功能。由此，能夠補償?shù)谝?、第二液晶?1、22具有的透射率的波長依賴性。

根據(jù)上述結(jié)構，對于外界光112利用偏振片26選擇偏振方向，通過分別控制2個液晶層21、22的施加電壓而改變通過這2個液晶層的光的相位。最后利用反射膜103a選擇偏振方向，其結(jié)果能夠調(diào)整從調(diào)光器20透射的外界光112的光量。進而，本實施例中通過交替地驅(qū)動2個液晶層21、22，能夠防止液晶層的燒屏現(xiàn)象。以下，對此進行具體說明。

圖7是說明調(diào)光器20的調(diào)光動作的圖。此處為簡單起見，列舉代表性的3個調(diào)光條件。＜條件1＞是半透明(透射率50％)，＜條件2＞是1/4透明(透射率25％)，＜條件3＞是遮光(透射率0％)。其他中間條件(透射率50～0％)也能夠通過調(diào)整施加電壓而實現(xiàn)。其中，關于透射率調(diào)整層27在后文中敘述，因此此處除去其功能進行說明。

為了實現(xiàn)＜條件1＞半透明(透射率50％)，對第一液晶層21和第二液晶層22不施加電壓(v1＝v2＝0)。外界光的偏振狀態(tài)如上所述是隨機的偏振，所以可以劃分為紙面縱向、橫向的成分。該外界光從入射側(cè)起依次通過偏振片26、第一液晶層21、第二液晶層22、反射膜103a，到達用戶的眼睛。

首先，當外界光通過偏振片26時，選中規(guī)定方向(此處為紙面縱方向)的偏振成分。此時，光量成為1/2。接著，光入射到第一液晶層21。液晶層21由于沒有電壓施加(v1＝0)，所以具有所謂1/2波片的功能。因此，光的偏振狀態(tài)被變換為90度正交的方向(紙面橫方向)。接著，光入射到第二液晶層22。液晶層22由于也沒有電壓施加(v2＝0)，所以具有所謂1/2波片的功能。因此，光的偏振狀態(tài)被變換為90度正交的方向(紙面縱方向)。

最后，光入射到反射膜103a。反射膜103a是利用了光的偏振性的偏振分束器，具有與偏振片26相同的偏振選擇特性。即，使規(guī)定方向(紙面縱方向)的偏振光透過，使與其正交的偏振光(紙面橫方向)反射。因此，光直接從反射膜103a透射。根據(jù)以上結(jié)果，在＜條件1＞下，50％的光到達用戶的眼睛。

為了實現(xiàn)＜條件2＞1/4透明(透射率25％)，對第一液晶層21和第二液晶層22交替地施加電壓。施加的電壓是使得對光附加相當于1/4λ波片的相位的電壓(＝a)。＜狀態(tài)1＞表示對第一液晶層21施加電壓(v1＝a)的情況，＜狀態(tài)2＞表示對第二液晶層22施加電壓(v2＝a)的情況。

對＜狀態(tài)1＞進行說明。光量因偏振片26而成為1/2的、入射到第一液晶層21的光，被液晶層21變換為圓偏振光。這是因為液晶層21上施加了電壓(v1＝a)，具有1/4波片的功能。接著，光入射到第二液晶層22。液晶層22由于沒有電壓施加(v2＝0)，所以具有1/2波片的功能。因此，光的偏振狀態(tài)被變換為旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)的圓偏振光。

最后，光入射到反射膜103a。圓偏振光由橫方向和縱方向的偏振成分構成。因此，規(guī)定方向(紙面縱方向)的偏振光透射，而與其正交的偏振光(紙面橫方向)反射。即，光量因反射膜103a而降至1/2。其結(jié)果，在＜狀態(tài)1＞下共25％的光到達用戶的眼睛。

對＜狀態(tài)2＞進行說明。光量因偏振片26而成為1/2的、入射到第一液晶層21的光，因為液晶層21上沒有電壓施加(v1＝0)所以被變換為90度正交的方向(紙面橫方向)的偏振光。接著，光入射到第二液晶層22。液晶層22上施加了電壓(v2＝a)，所以被變換為圓偏振光。

最后，成為圓偏振光的光入射到反射膜103a，所以光量因反射膜103a而降至1/2。結(jié)果，在＜狀態(tài)2＞下，與＜狀態(tài)1＞同樣地共25％的光到達用戶的眼。

這樣，＜狀態(tài)1＞和＜狀態(tài)2＞都實現(xiàn)了1/4透明(透射率25％)的條件。于是，在＜條件2＞下交替地切換＜狀態(tài)1＞和＜狀態(tài)2＞。即，對第一液晶層21和第二液晶層22交替地施加電壓a進行驅(qū)動。

在實現(xiàn)＜條件3＞遮光(透射率0％)的情況下，也對第一液晶層21和第二液晶層22交替地施加電壓。施加的電壓是使得不會對光附加相位的電壓(＝b)。＜狀態(tài)3＞表示對第一液晶層21施加了電壓(v1＝b)的情況，＜狀態(tài)4＞表示對第二液晶層22施加了電壓(v2＝b)的情況。

對＜狀態(tài)3＞進行說明。光量因偏振片26而成為1/2的、入射到第一液晶層21的光，因為液晶層21上施加了電壓(v1＝b)，附加的相位為零(0λ)，所以直接通過液晶層21。接著，光入射到第二液晶層22。因為液晶層22上沒有電壓施加(v2＝0)，所以被附加1/2λ的相位，光的偏振狀態(tài)被變換為90度正交的方向(紙面橫方向)。

最后，光入射到反射膜103a。此時，光的所有光量被反射膜103a反射。其結(jié)果，總透射率為0％，光不會到達用戶的眼睛。

對＜狀態(tài)4＞進行說明。光量因偏振片26而成為1/2的、入射到第一液晶層21的光，因為液晶層21上沒有電壓施加(v1＝0)所以被附加1/2λ的相位，由液晶層21變換為90度正交的方向(紙面橫方向)的偏振光。接著，光入射到第二液晶層22，因為液晶層22上施加了電壓(v2＝b)，附加的相位為零(0λ)，所以直接通過。

最后，光入射到反射膜103a，與＜狀態(tài)3＞同樣地，所有光量被反射膜反射。其結(jié)果，與＜狀態(tài)3＞同樣地，總透射率為0％，光不會到達用戶的眼睛。

這樣，＜狀態(tài)3＞和＜狀態(tài)4＞都實現(xiàn)了遮光(透射率0％)的條件。于是，在＜條件3＞下交替地切換＜狀態(tài)3＞和＜狀態(tài)4＞。即，對第一液晶層21和第二液晶層22交替地施加電壓b進行驅(qū)動。

如以上說明，通過控制第一液晶層21和第二液晶層22的施加電壓，能夠?qū)⑼饨绻獾耐干渎试?％至50％的范圍中自由地控制。不過，現(xiàn)有的液晶驅(qū)動方式中，使用時需要同時使施加的電壓大幅變化。其理由在于，若保持固定的電壓，液晶會發(fā)生燒屏而導致不再工作。而本實施例的調(diào)光器20中，因為需要長時間維持規(guī)定的透射率，所以通過如上述說明使2個液晶層交替地工作，能夠容易地得到防止燒屏的效果。此處，說明了使調(diào)光器20的液晶層成為2層的結(jié)構，但多層化為3層以上的結(jié)構也可以得到同樣的效果。

接著說明透射率調(diào)整層27的作用。透射率調(diào)整層27用于進行補償以使得從調(diào)光器20透射的外界光的光量不依賴于波長地成為均勻的值。

圖8是表示透射率調(diào)整層27的透射率特性的圖。橫軸表示波長，縱軸表示透射率。實線700是透射率調(diào)整層27的透射率特性。虛線701是不存在透射率調(diào)整層27的情況下的調(diào)光器20(即僅有液晶層21、22)的透射率特性，點劃線702表示設置了透射率調(diào)整層27的調(diào)光器20的透射率特性。

一般而言，液晶具有依賴于波長的透射率特性。在液晶的層厚設計成使得可見光的大致中心波長即550nm附近的透射率為最小的情況下，對于與設計中心的波長不同波長的光而言，其被附加的相位與理想值之間存在誤差。因此，如虛線701所示，通過調(diào)光器20(僅有液晶層)的光的透射率具有依賴于波長的特性，長波長側(cè)(紅色)和短波長側(cè)(藍色)的透射率較大。在觀看白色物體時，用戶看到的會是混雜有藍色和紅色的顏色。

于是，使透射率調(diào)整層27具有與虛線701相反的透射率特性(實線700)。因此，從應用了透射率調(diào)整層27的調(diào)光器20通過的外界光的波長依賴性如點劃線702所示變得平坦，能夠消除波長依賴性的影響。

這樣，根據(jù)實施例2的結(jié)構，通過使作為調(diào)光層的2層以上的液晶層交替地工作，能夠容易地防止液晶層中發(fā)生的燒屏。另外，通過追加透射率調(diào)整層，具有消除從液晶層透射的外界光的波長依賴性的效果。

[實施例3]

在實施例3中，說明調(diào)光器的調(diào)光層使用懸浮顆粒器件的情況。

圖9是表示在調(diào)光器中使用了懸浮顆粒器件的影像顯示裝置的結(jié)構的俯視圖。對于與實施例1(圖1)相同功能的部分標注相同標記，省略說明。在影像顯示裝置100b中，調(diào)光器30使用2層懸浮顆粒器件層31、32和它們的電極33、34，以及透明基板35構成。它們從外界光112的入射側(cè)起按透明基板35、正透明電極33、第一懸浮顆粒器件層31、負透明電極34、透明基板35、正透明電極33、第二懸浮顆粒器件層32、負透明電極34、透明基板35的順序?qū)盈B。

懸浮顆粒器件層31、32在通過電極33、34施加了交流電壓時取向顆粒與電場平行地取向，所以入射光直線前進而變得透明。在不施加電壓的情況下取向顆粒成為無序狀態(tài)，入射的光被取向顆粒吸收或者漫反射，因而變得不透明。這樣，通過改變對懸浮顆粒器件層31、32施加的電壓能夠調(diào)整調(diào)光器30的透射率。下面，說明使用2個懸浮顆粒器件層31、32作為調(diào)光層的效果。

圖10是表示懸浮顆粒器件層的透射率與施加電壓的關系的圖。實線300是厚度d的懸浮顆粒器件層的情況，虛線301是2倍厚度2d的懸浮顆粒器件層的情況，點劃線302是使厚度d的懸浮顆粒器件層成為雙層結(jié)構的情況。

如實線300所示，懸浮顆粒器件層(厚度d)在提高施加電壓v時透射率增大。但是，即使電壓v為零，透射率也不為零，具有殘留值t0。在利用單層結(jié)構形成厚度2d的情況下，如虛線301所示整體透射率降低，電壓v＝0時的殘留值t0’也降低。即，遮光特性變好。但是，透射率關于施加電壓v的斜率較為平緩，所以為了得到高透射率，必須施加更高的電壓v。

與此相對，在采用厚度d的雙層結(jié)構的情況下，如點劃線302所示，透射率關于電壓的斜率變陡。即，可以利用比虛線301所示的單層結(jié)構的情況下低的電壓獲得高透射率特性。例如，就用于獲得透射率t1的電壓而言，在單層結(jié)構下需要電壓v1，但在雙層結(jié)構下降低至v2。

一般而言，在要利用懸浮顆粒器件層獲得較高遮光特性(較低透射率)的情況下，需要增加其厚度。另一方面，在要獲得較高透射率的情況下需要提高施加電壓。但是，在可穿戴的頭戴式顯示器等中能夠施加的電壓存在限制，難以覆蓋期望的透射率范圍。

相對地，本實施例將懸浮顆粒器件層的厚度限制為一定值并使其為2層，從而能夠利用較低的施加電壓覆蓋期望的透射率范圍。此處，針對使調(diào)光器30的懸浮顆粒器件層為2層的結(jié)構進行說明，但3層以上多層化的結(jié)構也可以得到同樣的效果。

圖11是表示對懸浮顆粒器件層施加電壓的電極和電源的配置之一例的圖。(a)是雙電源驅(qū)動方式，(b)是單電源驅(qū)動方式的情況。

圖11(a)表示雙電源驅(qū)動的調(diào)光器30a。它是與圖9的調(diào)光器30相同的結(jié)構，按透明基板35、正透明電極33、第一懸浮顆粒器件層31、負透明電極34、透明基板35、正透明電極33、第二懸浮顆粒器件層32、負透明電極34、透明基板35的順序?qū)盈B。為了使2個懸浮顆粒器件層31、32工作，需要2個電源311、312和4根配線321。

圖11(b)表示單電源驅(qū)動的調(diào)光器30b。其結(jié)構中，按透明基板35、負透明電極34、第一懸浮顆粒器件層31、正透明電極33、第二懸浮顆粒器件層32、負透明電極34、透明基板35的順序?qū)盈B。該情況下，使設置在第一懸浮顆粒器件層31與第二懸浮顆粒器件層32鄰接的一側(cè)的各電極共用而成為1個正透明電極33，并刪除了中間的透明基板35。為了使2個懸浮顆粒器件層31、32工作，配置1個電源313和3根配線322即可，能夠削減電源的個數(shù)和配線的根數(shù)。另外，不需要中間的透明基板，也可以得到能夠薄型化的效果。

這樣，根據(jù)實施例3，通過使作為調(diào)光層的懸浮顆粒器件層為2層以上的多個層，能夠在可實現(xiàn)的施加電壓的范圍內(nèi)覆蓋期望的透射率范圍。另外，在多層化時，驅(qū)動用電源和配線能夠共用。

[實施例4]

在實施例4中，說明調(diào)光器的調(diào)光層使用電致變色層的情況。

圖12是表示在調(diào)光器中使用了電致變色層的影像顯示裝置的結(jié)構的俯視圖。對于與實施例1(圖1)相同功能的部分標注相同標記，省略說明。在影像顯示裝置100c中，調(diào)光層40使用2層電致變色層41、42和它們的電極43、44，以及透明基板45構成。它們從外界光112的入射側(cè)起按透明基板45、正透明電極43、第一電致變色層41、負透明電極44、透明基板45、正透明電極43、第二電致變色層42、負透明電極44、透明基板45的順序?qū)盈B。

電致變色層41、42是利用電極43、44施加正或負的電壓，從而在電荷的轉(zhuǎn)移下發(fā)生氧化還原反應而實現(xiàn)著色、褪色的元件。即，通過改變電致變色層41、42上施加的電壓，能夠調(diào)整調(diào)光器40的透射率。下面說明使用2個電致變色層41、42作為調(diào)光層的效果。

圖13是表示電致變色層的響應速度與厚度的關系的圖。實線401是單層結(jié)構(厚度t)的電致變色層的情況，點劃線402是雙層結(jié)構(厚度t/2的2個層)的電致變色層的情況，示出了響應速度關于總厚度t的變化。

如實線401所示，電致變色層具有越厚則響應速度越慢的特性。另一方面，為了獲得規(guī)定的透射率范圍，需要使用規(guī)定以上的厚度t的電致變色層。因此，使用單層結(jié)構的電致變色層難以實現(xiàn)可穿戴的頭戴式顯示器等所需的透射率和響應速度的兼顧。本實施例中，通過采用雙層結(jié)構能夠兼顧透射率和響應速度。例如，在為了獲得期望的透射率需要總厚度t＝2d時，單層結(jié)構的響應速度是s1。通過采用每層厚度d的雙層結(jié)構，響應速度提高至厚度d時的速度s2。

另外，本實施例也與上述實施例3的圖11中所述的效果同樣地，能夠使多層結(jié)構中的電壓施加電極被共用，削減電源的個數(shù)和配線的根數(shù)。此處針對使調(diào)光器40的電致變色層為2層的結(jié)構進行了說明，但3層以上的多個層的結(jié)構也可以得到同樣的效果。

這樣，根據(jù)實施例4，通過使作為調(diào)光層的電致變色層為2層以上的多個層，具有在保持透射率的同時提高響應速度的效果。

[實施例5]

在實施例5中，說明對用戶的視野內(nèi)要調(diào)光的區(qū)域進行切換的結(jié)構。上述實施例1～4對整個視野進行調(diào)光，而此處僅使視野的一部分可調(diào)光。

圖14是表示僅使視野的一部分可調(diào)光的影像顯示裝置的結(jié)構的俯視圖。影像顯示裝置100d與實施例1(圖1)的影像顯示裝置100相比，影像投影器102b和調(diào)光器50的結(jié)構存在不同，由影像生成器101、影像投影器102b、具備第一調(diào)光區(qū)域51和第二調(diào)光區(qū)域52的調(diào)光器50、外界光檢測器105構成。用戶以像戴眼鏡那樣覆蓋用戶的整個視野的方式佩戴影像顯示裝置100d。

影像生成器101出射的影像光111入射到影像投影器102b。影像投影器102b中存在2片反射膜103b、103c，影像光111在該反射膜103b、103c上反射而向用戶的瞳孔3入射。在反射膜103b與103c之間，影像光111在影像投影器102b的側(cè)面全反射而行進。

從用戶的眼睛2看來，調(diào)光器50配置在相對于影像投影器102b相反一的側(cè)。調(diào)光器50是在外界光112的入射方向上層疊第一調(diào)光層11與第二調(diào)光層12而構成的，并且外界光112的入射面被分割為第一調(diào)光區(qū)域51和第二調(diào)光區(qū)域52。例如，使第一調(diào)光區(qū)域51對應于影像光111向用戶的瞳孔3入射的區(qū)域(即影像顯示區(qū)域)，第二調(diào)光區(qū)域52對應于影像光111所入射的區(qū)域的外側(cè)(即影像顯示區(qū)域的外側(cè))。并且，利用調(diào)光控制器(圖2的標記107)對第一調(diào)光區(qū)域51和第二調(diào)光區(qū)域52分別獨立地進行調(diào)光控制。

圖15是表示搭載了影像顯示裝置100d的頭戴式顯示器200生成的用戶的視野的圖。(a)是僅對第一調(diào)光區(qū)域51進行調(diào)光的情況，(b)是對第一調(diào)光區(qū)域51和第二調(diào)光區(qū)域52雙方進行調(diào)光的情況。(a)和(b)的切換由用戶1通過頭戴式顯示器200的操作器(圖5的標記207)進行操作。

在圖15(a)的情況下，對于用戶1而言，通過僅對整個視野區(qū)域500中的影像顯示范圍501調(diào)整透射率，能夠在保持外界視野明亮的同時提高影像的對比度。另一方面，在圖10(b)的情況下，通過調(diào)整整個視野區(qū)域500的透射率，能夠在調(diào)整外界的亮度的同時提高影像的對比度。當然，在(b)的情況下，也能夠?qū)⒌谝徽{(diào)光區(qū)域51和第二調(diào)光區(qū)域52調(diào)整為不同的透射率。

這樣，根據(jù)實施例5，通過將調(diào)光的區(qū)域分割并分別獨立地進行調(diào)光控制，能夠根據(jù)使用狀況，相應地切換是僅改善影像的對比度，或是像太陽鏡那樣調(diào)整整體的亮度。另外，調(diào)光區(qū)域的分割形狀和分割數(shù)量能夠根據(jù)用途相應地適當變更。

以上敘述的各實施例1～5中，以將調(diào)光器和影像顯示裝置應用于頭戴式顯示器200的情況為例進行了說明，但不限定于此。例如下文所述，也能夠應用于平視顯示器。

圖16是表示將調(diào)光器應用于平視顯示器的例子的概要圖。平視顯示器800由影像生成器801、組合器802、調(diào)光器10構成。調(diào)光器10由第一、第二調(diào)光層11、12構成，能夠采用上述各實施例中描述過的各光學元件。

影像生成器801以不妨礙駕駛員8的視野的方式配置在車輛9的內(nèi)部。從影像生成器801出射的影像光811在組合器802上反射，到達駕駛員8的眼睛。駕駛員8將平視顯示器800內(nèi)的屏幕上生成的影像光811識別為駕駛員8的前方位置上的虛像。在組合器802中，從駕駛員8看來在相反的一側(cè)(對面?zhèn)?配置有調(diào)光器10，利用它調(diào)整從車輛前方入射的外界光812的亮度。

這樣，在平視顯示器800中，通過利用調(diào)光器10調(diào)整外界光812，也能夠提高影像相對于外界光的對比度。此時，通過使調(diào)光器10成為雙層結(jié)構，能夠如各實施例所述提高實用性能。本例中采用了將調(diào)光器10貼在組合器802上的結(jié)構，但也可以是與擋風玻璃91貼合的結(jié)構。

本發(fā)明的調(diào)光器作為其他領域的應用，也能夠代用作建筑物或飛機、車輛等的窗簾，和應用于數(shù)字標牌領域。

附圖標記說明

1……用戶，2……用戶的眼睛，3……用戶的瞳孔，8……駕駛員，9……車輛，10、20、30、40、50……調(diào)光器，11……第一調(diào)光層，12……第二調(diào)光層，21……第一液晶層，22……第二液晶層，23、33、43……正透明電極，24、34、44……負透明電極，25、35、45……透明基板，26……偏振片，27……透射率調(diào)整層，31……第一懸浮顆粒器件層，32……第二懸浮顆粒器件層，41……第一電致變色層，42……第二電致變色層，51……第一調(diào)光區(qū)域，52……第二調(diào)光區(qū)域，100、100a、100b、100c、100d……影像顯示裝置，101……影像生成器，102、102a、102b……影像投影器，103、103a、103b、103c……反射膜，104……透鏡面，105……外界光檢測器，106……驅(qū)動電源，107……調(diào)光控制器，111、811……影像光，112、812……外界光，200……頭戴式顯示器，201……控制器，202……電源供給器，203……存儲器，204……傳感器，205……通信器，206……聲音處理器，207……操作器，210……臂，311、312、313……電源，321、322……配線，500……整個視野區(qū)域，501……影像顯示范圍，800……平視顯示器，801……影像生成器，802……組合器。