JP2004280127A - Head mounted type display device - Google Patents

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Jiyouji Karasawa
穣児 唐澤
Hiroshi Kamakura
弘 鎌倉
Shoichi Uchiyama
正一 内山
Masashi Sakaguchi
昌史 坂口
Hiroyuki Shindo
裕幸 新藤
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Seiko Epson Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a head mounted type display device having high visibility and causing little fatigue, which realizes an ideal PC monitor. <P>SOLUTION: A virtual image forming optical system is arranged before either of user 2's left eye and right eye. Then, a partial transmission type light shielding plate 4 whose transmittance is smaller than 1 is arranged before the other eye. Furthermore, an optical axis 13 formed by the user 2's eye and a virtual image 14 is nearly aligned with the line of sight obtained when the user 2 views a horizontal direction. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、画像表示素子で形成した画像を虚像拡大する頭部装着型の画像表示装置であり、特にパーソナルコンピューターやワードプロセッサー等のデータディスプレイのモニター(以下PCモニターと称する)として好適な、頭部装着型表示装置に関する。   The present invention relates to a head-mounted image display device that enlarges an image formed by an image display element into a virtual image, and is particularly suitable as a monitor for a data display such as a personal computer or a word processor (hereinafter referred to as a PC monitor). The present invention relates to a wearable display device.

現在、映像及びデータディスプレイの携帯性を高める要請に答えるため、頭部装着型の表示装置が提案されている。その代表的な一例として、USP No.5,162,828に記載され、Virtual Vision SPORTと銘打って、携帯型の頭部装着型表示装置が商品化されている。これは、1枚の液晶表示素子で形成した画像をレンズで虚像拡大し、使用者の視野の周辺に虚像を視認すべく構成され、主に映像表示用のディスプレイであるため、後述の種々の理由によりPCモニターとしては不適切である。   Currently, head-mounted display devices have been proposed in order to respond to the demand for improving portability of video and data displays. As a typical example, USP No. No. 5,162,828, and a portable head-mounted display device has been commercialized as Virtual Vision SPORT. This is configured to enlarge a virtual image formed by a single liquid crystal display element with a lens and visually recognize the virtual image around the user's field of view, and is mainly a display for displaying images. It is unsuitable as a PC monitor for a reason.

一方、データディスプレイ用の頭部装着型表示装置としては、特開平5−100192公報に記載のメガネ型ディスプレイが知られている。   On the other hand, as a head-mounted display device for a data display, a glasses-type display described in JP-A-5-100192 is known.

これらの頭部装着型表示装置を用いたデータディスプレイの一般的な形態は、使用者の手元にキーボード等の入力手段を配置し、頭部装着型表示装置を装着して入力手段の上方に入力情報をモニターするものである。また、情報入力のための資料や原稿を、入力手段の周辺に置いて作業を行うこともあり、頭部装着型表示装置の下方にはそれら入力手段や資料を視認するための視野が確保されていることが望まれる。しかし、前者の技術は前述のごとく使用者の視野の周辺に虚像を形成するものであり、特に商品化されているものは使用者の視野の下方に虚像を形成する構成である。従って、虚像と入力手段、資料、原稿等の視野領域が重なってしまい、こうしたPCモニターとしてははなはだ不適切である。また、このように視野の周辺を見続けることは、眼球の回転を司る筋肉が緊張状態を持続することになるため疲労し易い。また、この商品化された製品は効き眼で虚像を見ることを義務づけているが、後述する本出願人の実験によればこれも疲労の一原因である。さらに、部分透過型遮光板が外景視野を定義し全視野を部分透過型遮光板を通して視認する構成であるため、これをPCモニターとして使用すると、たとえば入力手段を見るときの外光の部分透過型遮光板における透過率と、虚像を見るときに他眼(虚像を見ない方の眼)側で見る外光の部分透過型遮光板における透過率が常に一定であるため、これもやはり後述する本出願人の実験によって疲労の原因であることが確認されている。   A general form of a data display using these head-mounted display devices is to arrange input means such as a keyboard near the user, wear the head-mounted display device, and input data above the input means. It monitors information. In some cases, materials and manuscripts for inputting information are placed around the input means for work, and a field of view for visually recognizing those input means and materials is secured below the head mounted display device. Is desired. However, the former technique forms a virtual image around the user's field of view as described above, and in particular, those which are commercialized have a configuration in which a virtual image is formed below the user's field of view. Therefore, the virtual image overlaps the visual field areas of the input means, the material, the document, and the like, which is extremely inappropriate for such a PC monitor. Further, if the user keeps looking at the periphery of the visual field in this way, the muscles that control the rotation of the eyeball will be kept in a tensed state, so that they are easily fatigued. In addition, this commercialized product requires observing a virtual image with an effective eye, but according to an experiment performed by the applicant described below, this is also a cause of fatigue. Further, since the partial transmission type light shielding plate defines an external view field and allows the entire field of view to be visually recognized through the partial transmission type light shielding plate, if this is used as a PC monitor, for example, a partial transmission type external light when viewing input means can be used. Since the transmittance of the light-shielding plate and the transmittance of the external light viewed by the other eye (the eye that does not see the virtual image) when viewing a virtual image are always constant, this is also described later. It has been confirmed by the applicant's experiments that this is the cause of fatigue.

上記課題の一部を解決する手段として提案されたものが、後者に述べた従来技術であり、これは使用者の前方にデータディスプレイの表示情報を虚像として視認し、下方にキーボード等の入力手段を視認できるように部分透過型遮光板を構成したものである。しかし、この技術は基本的に2枚の液晶表示素子の映像を2眼で視認するいわゆる2眼式であるため、必然的に重量増、コスト高、複雑な構造となり携帯性が悪い等の理由により、PCモニターとしての本質に反する。また、虚像を見るときに融像作用が必要であるため、虚像と入力手段との視認を繰り返し行うことにより疲労が生じる。また、左右の液晶表示素子の輝度、色等の画質差は避けがたく、これも疲労の原因となる。さらに、装着中の前方視野はほとんど確保されず圧迫感を与えるとともに安全性も低い。これは虚像以外の視野領域の狭さを意味するため、資料や原稿を見ながらの作業性が極めて悪い。さらに、モニター輝度と入力手段上の輝度との明暗差についてはまったく考慮されておらず、これは虚像と入力手段を繰り返し視認するときの瞳孔の拡縮をもたらすためにやはり疲労の原因となる。   What has been proposed as a means for solving a part of the above-mentioned problem is the conventional technique described in the latter, which visually recognizes display information on a data display as a virtual image in front of a user and provides input means such as a keyboard below the user. In which a partially-transmitting light-shielding plate is configured so as to be visually recognized. However, since this technology is basically a so-called two-lens system in which images of two liquid crystal display elements are visually recognized with two eyes, the weight is inevitably increased, the cost is increased, the structure is complicated, and the portability is poor. Contradicts the essence of a PC monitor. In addition, since a fusion effect is required when viewing a virtual image, repeated viewing of the virtual image and the input means causes fatigue. Further, it is inevitable that there is a difference in image quality between the left and right liquid crystal display elements such as brightness and color, which also causes fatigue. Further, the front view during wearing is hardly secured, giving a sense of oppression and low safety. This means that the visual field area other than the virtual image is narrow, so that the workability while viewing the material or the document is extremely poor. Furthermore, no consideration is given to the difference in brightness between the monitor luminance and the luminance on the input means, which also causes fatigue of the pupil when repeatedly viewing the virtual image and the input means, which also causes fatigue.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、第一に視認性が高く疲労の少ない頭部装着型表示装置を実現することにある。第二に、装着中の前方及び下方視野を最大限確保し、作業性と安全性を追求するものである。第三に、軽量、コンパクト、低コスト、簡単な構造であり、携帯性に優れる理想的なPCモニターを実現することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to firstly realize a head-mounted display device with high visibility and less fatigue. Second, it seeks to maximize workability and safety by ensuring the maximum forward and downward vision during mounting. Third, it is to realize an ideal PC monitor that is lightweight, compact, low-cost, simple in structure, and excellent in portability.

上記課題を解決するために、本発明の頭部装着型表示装置は、画像表示素子及び該画像表示素子によって形成された画像を虚像拡大する拡大光学手段を備えた虚像形成光学系と、該虚像形成光学系を収納する装置本体と、該装置本体に取り付けられ、虚像形成光学系を使用者の略眼幅方向に移動自在に保持し、虚像形成光学系を使用者の左右の眼のいずれか一方に対応して配置するための切り換え手段を有し、虚像と使用者の眼とが形成する光軸と、使用者が水平方向を見たときの視線とがほぼ一致するように、画像表示素子及び拡大光学手段が配置されたことを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, a head-mounted display device according to the present invention includes a virtual image forming optical system including an image display element and an enlargement optical unit that enlarges an image formed by the image display element into a virtual image; An apparatus main body that houses the forming optical system, and is attached to the apparatus main body, holds the virtual image forming optical system so as to be movable in a substantially interpupillary direction of the user, and holds the virtual image forming optical system in one of the left and right eyes of the user. A switching means for arranging the image corresponding to one side, and displaying an image such that an optical axis formed by the virtual image and the eye of the user substantially matches a line of sight when the user looks in the horizontal direction. The device and the magnifying optical means are arranged.

この切り換え手段は、装置本体に空転保持され、使用者の略眼幅方向に延伸しネジ形状を有し、虚像形成光学系が螺着嵌合する軸からなる。または、使用者の略眼幅方向に延伸し略円筒形断面を有し、虚像形成光学系が摩擦嵌合する軸からなる。または、使用者の略眼幅方向に形成され、虚像形成光学系が摩擦嵌合する溝からなる。   The switching means is idlely held by the apparatus main body, extends substantially in the interpupillary direction of the user, has a screw shape, and includes a shaft into which the virtual image forming optical system is screwed and fitted. Alternatively, the virtual image forming optical system has a shaft extending substantially in the interpupillary direction of the user, having a substantially cylindrical cross section, and frictionally fitting the virtual image forming optical system. Alternatively, the virtual image forming optical system is formed substantially in the direction of the eye width of the user, and includes a groove in which the virtual image forming optical system is frictionally fitted.

そのとき、虚像を視認する眼の他方の眼の前方に、透過率が1より小さい部分透過型遮光板を配置してもよい。また、透過率が3%以下の部分透過型遮光板を配置すればさらに望ましい。   At this time, a partially transmissive light-shielding plate having a transmittance of less than 1 may be arranged in front of the other eye for visually recognizing the virtual image. Further, it is more desirable to arrange a partial transmission type light shielding plate having a transmittance of 3% or less.

部分透過型遮光板は、虚像形成光学系を配置した構造体の、使用者の顔面に対する前後方向の厚み内に配置するのがよい。また、部分透過型遮光板の、虚像と使用者の眼の形成する光軸に対する直交面への投影面が、虚像形成光学系が形成する虚像視野領域の、前記直交面による断面と略相似形状であり、その面積が少なくとも同一であることが望ましい。   The partial transmission type light shielding plate is preferably disposed within the thickness of the structure in which the virtual image forming optical system is disposed in the front-back direction with respect to the user's face. Further, the projection surface of the partially transmitting type light shielding plate onto a plane orthogonal to the optical axis formed by the virtual image and the user's eye is substantially similar to a cross section of the virtual image field formed by the virtual image forming optical system, which is formed by the orthogonal plane. It is desirable that the areas are at least the same.

さらに、部分透過型遮光板の透過率を、部分透過型遮光板の外表面側での周辺照度に応じて可変制御するための制御手段を設けてもよい。このとき、部分透過型遮光板の透過率は3%以下に制御されることが望ましく、特に、周辺照度が100lx以下である時にはその透過率が増大するように制御されることが更に望ましい。そうするために、部分透過型遮光板は、偏光素子、液晶表示素子あるいは変形自在な樹脂の間に液晶を充填してなるフィルム型液晶表示素子からなることを特徴とする。   Further, a control means for variably controlling the transmittance of the partial transmission type light shielding plate according to the peripheral illuminance on the outer surface side of the partial transmission type light shielding plate may be provided. At this time, it is preferable that the transmittance of the partial transmission type light shielding plate is controlled to 3% or less, and it is more preferable that the transmittance is particularly increased so that the peripheral illuminance is 100 lx or less. In order to do so, the partial transmission type light shielding plate is characterized by comprising a polarizing element, a liquid crystal display element or a film type liquid crystal display element in which liquid crystal is filled between deformable resins.

また、虚像形成光学系の輝度を、装着時における装置本体の下方でかつ使用者の手元の周辺輝度に応じて可変制御するための制御手段を設けてもよい。そのときの虚像形成光学系の輝度は、周辺輝度と略一致すること、あるいは、本頭部装着型表示装置と入力手段との併用に際しては、その輝度が入力手段上の輝度と略一致すること、あるいは、その輝度と周辺輝度または入力手段上の輝度との関係が、略比例関係にあることが望ましい。   Further, control means for variably controlling the luminance of the virtual image forming optical system below the apparatus main body at the time of mounting and in accordance with the peripheral luminance at hand of the user may be provided. The luminance of the virtual image forming optical system at that time should be substantially equal to the peripheral luminance, or when the head mounted display device and the input means are used together, the luminance should be substantially equal to the luminance on the input means. Alternatively, it is desirable that the relationship between the luminance and the peripheral luminance or the luminance on the input means be substantially proportional.

虚像形成光学系の輝度の制御手段は、画像表示素子を形成する照明手段の輝度制御、偏光素子、液晶表示素子あるいは変形自在な樹脂の間に液晶を充填してなるフィルム型液晶表示素子、エレクトロクロミック素子からなることを特徴とする。   The control means of the luminance of the virtual image forming optical system includes a luminance control of an illuminating means for forming an image display element, a polarizing element, a liquid crystal display element or a film type liquid crystal display element in which liquid crystal is filled between deformable resins, and an electro-optical element. It is characterized by comprising a chromic element.

また、虚像形成光学系を配置した構造体の下方の視界の上端と、使用者が水平方向を見るときの視線とのなす角度が、鉛直方向で62゜以下であることを特徴とする。   Further, an angle formed between the upper end of the field of view below the structure on which the virtual image forming optical system is arranged and the line of sight when the user looks in the horizontal direction is 62 ° or less in the vertical direction.

また、本頭部装着型表示装置とキーボード等の視覚を要する入力手段との併用に際しては、使用者が虚像を知覚する距離と入力手段を視認する距離が略等くなるように、画像表示素子及び拡大光学手段が配置されたことを特徴とする。   Further, when the present head-mounted display device and an input means such as a keyboard that require visual perception are used together, an image display element is used so that the distance at which the user perceives a virtual image is substantially equal to the distance at which the input means is visually recognized. And a magnifying optical means.

また、虚像と使用者の眼とが形成する光軸と、使用者の顔面に対する垂直線とが水平方向においてなす角度が、輻輳方向をプラスとするときに−1゜〜+5゜、望ましくは0゜〜1゜となるように、画像表示素子及び拡大光学手段が配置されたことを特徴とする。   The angle between the optical axis formed by the virtual image and the user's eye and the vertical line with respect to the user's face in the horizontal direction is -1 ° to + 5 ° when the convergence direction is plus, preferably 0. The image display device and the magnifying optical unit are arranged so as to satisfy {1}.

さらに、装置本体の下側に照度(輝度)検出手段を、使用者の虚像視認時と入力手段視認時における使用者の頭部の動きに応じて、それぞれ部分透過型遮光板の外表面側の周辺照度と、装置本体の下方でかつ使用者の手元における周辺輝度を検出すべく配置し、部分透過型遮光板の外表面側の周辺照度に応じて部分透過型遮光板の透過率を、及び(あるいは)周辺輝度に応じて虚像形成光学系の輝度を自動調整し、その調整は、請求項11及び請求項17に記載の関係によることを特徴とする。   Further, an illuminance (luminance) detecting means is provided on the lower side of the apparatus main body in accordance with the movement of the user's head when the user visually recognizes the virtual image and when the input means is visually recognized, respectively. Peripheral illuminance, and disposed below the device body and to detect the peripheral luminance at the user's hand, the transmittance of the partial transmission type light shielding plate according to the peripheral illuminance on the outer surface side of the partial transmission type light shielding plate, and (Or) The brightness of the virtual image forming optical system is automatically adjusted according to the peripheral brightness, and the adjustment is based on the relationship described in claims 11 and 17.

(作用)
請求項1の構成によれば、虚像形成光学系を使用者の左右の眼のいずれにも配置可能とし、その虚像と使用者の眼とが形成する光軸と使用者が水平方向を見るときの視線とをほぼ一致させることにより、虚像を一方の眼の前方に視認することができる。このため、虚像を視認する眼の他方の眼の視野及び、虚像を視認する眼の虚像視野領域の下方の視野が最大限確保される。従って、キーボード等の入力手段や資料、原稿を十分に視認可能となり、PCモニターとして好適であるとともに安全性が高い。また、使用者が水平方向を見るという使用者にとって最も自然な視線方向で虚像を見続けることができるため、疲労が少ない。また、虚像を視認する眼を使用者が簡単に選択できるため、汎用性、共用性に優れ、使用者が個人の判断で虚像を視認する眼を左右のどちらでも自由に切り換えることが可能である。さらに、単眼視であるため、2眼視による融像作用や左右の液晶表示素子の画質差を原因とする疲労は発生しない。また、2眼式のものに比べて、軽量、コンパクト、低コスト、簡単な構造となり、携帯性にも優れる。
(Action)
According to the configuration of claim 1, the virtual image forming optical system can be arranged in either of the left and right eyes of the user, and the optical axis formed by the virtual image and the user's eye and when the user looks in the horizontal direction The virtual image can be visually recognized in front of one eye by making the line of sight substantially coincide with the line of sight. For this reason, the visual field of the other eye of the eye for visually recognizing the virtual image and the visual field below the virtual image visual field region of the eye for visually recognizing the virtual image are secured to the maximum. Therefore, input means such as a keyboard, documents, and documents can be sufficiently viewed, which is suitable as a PC monitor and high in safety. In addition, since the user can continue to view the virtual image in the most natural line-of-sight direction for the user who looks in the horizontal direction, fatigue is small. In addition, since the user can easily select an eye for visually recognizing a virtual image, the versatility and commonality are excellent, and the user can freely switch the left and right eyes for recognizing a virtual image at an individual judgement. . Further, since the image is monocular, there is no fatigue caused by the fusing action by the two eyes and the image quality difference between the left and right liquid crystal display elements. Further, as compared with the twin-lens type, it has a lightweight, compact, low-cost, simple structure, and is excellent in portability.

請求項2の構成によれば、装置本体に空転保持された切り換え手段を回転させることにより、そのネジと螺着嵌合した虚像形成光学系が左または右に移動し、極めて簡単に虚像形成光学系の位置を切り換えることができる。また、使用者の略眼幅方向に虚像形成光学系を移動するため、眼幅の調整を兼用することができる。従って、無理な眼球運動をとらないようにすることができるため、使用者の眼幅との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造が簡略化される。   According to the second aspect of the present invention, the virtual image forming optical system, which is screwed and fitted to the screw, is moved to the left or right by rotating the switching means which is idlely held by the apparatus main body, so that the virtual image forming optical system is very simply. The position of the system can be switched. In addition, since the virtual image forming optical system is moved substantially in the direction of the interpupillary distance of the user, the interpupillary distance can be adjusted. Therefore, since excessive eye movements can be prevented, eyestrain due to incompatibility with the user's eye width can be eliminated, and the structure of these adjustment mechanisms can be simplified.

請求項3の構成によれば、円筒形断面の切り換え手段に虚像形成光学系を摩擦嵌合したため、その摩擦力以上の力を虚像形成光学系に作用させることにより、簡単に虚像形成光学系の位置を切り換えることができる。また、切り換え手段の断面が円筒形であるため、その周りに虚像形成光学系を回転することにより俯角調整をも兼用することができる。   According to the configuration of claim 3, since the virtual image forming optical system is friction-fitted to the switching means of the cylindrical cross section, by applying a force greater than the frictional force to the virtual image forming optical system, the virtual image forming optical system can be easily formed. The position can be switched. In addition, since the cross section of the switching means is cylindrical, the virtual image forming optical system can be rotated around the switching means so that the depression angle can be adjusted.

請求項4の構成によれば、切り換え手段である溝に虚像形成光学系を摩擦嵌合したため、簡単で安定的に虚像形成光学系の位置を切り換えることができる。   According to the fourth aspect of the present invention, since the virtual image forming optical system is frictionally fitted to the groove serving as the switching means, the position of the virtual image forming optical system can be easily and stably switched.

請求項5〜13の構成によれば、虚像を視認する眼の他方の眼の前方に透過率が1より小さい部分透過型遮光板を配置し、その部分透過型遮光板の大きさを虚像視野領域と同一以上で最適化するとともに、その透過率を最適化したため、あらゆる照度条件下において虚像の視認性を確保しながら、装着中の前方及び下方の視野を最大限確保して作業性と安全性を高めている。また、その透過率の最適化は、疲労を極少にする最適解を後述の実験により確認している。   According to the configuration of claims 5 to 13, a partial transmission type light shielding plate having a transmittance smaller than 1 is arranged in front of the other eye for visually recognizing a virtual image, and the size of the partial transmission type light shielding plate is set to the virtual image visual field. Optimized at the same or higher than the area, and optimized the transmittance, ensuring the visibility of the virtual image under all illuminance conditions, as well as ensuring the maximum forward and downward view while wearing, and workability and safety Is increasing the character. For the optimization of the transmittance, an optimal solution for minimizing fatigue has been confirmed by an experiment described later.

請求項14〜21の構成によれば、虚像形成光学系の輝度と使用者の手元の輝度との関係を最適化することにより、使用者が虚像を視認するときと手元を視認するときとの明暗差が軽減されて、疲労が極少化されることをやはり後述の実験によって確認している。   According to the configuration of claims 14 to 21, by optimizing the relationship between the luminance of the virtual image forming optical system and the luminance of the user's hand, it is possible to determine whether the user visually recognizes the virtual image and when the user visually recognizes the hand. It is also confirmed by experiments described below that the difference in brightness is reduced and the fatigue is minimized.

請求項22の構成によれば、虚像形成光学系を配置した構造体の下方に鉛直線から28゜以上の視野を確保できるため、人間工学的に最適な位置にキーボード等の入力手段を配置することが可能となり、入力作業を原因とする疲労を軽減できる。   According to the configuration of claim 22, since a field of view of 28 ° or more from the vertical line can be secured below the structure where the virtual image forming optical system is arranged, input means such as a keyboard is arranged at an ergonomically optimum position. It is possible to reduce fatigue caused by input work.

請求項23の構成によれば、使用者が虚像を知覚する距離と入力手段を視認する距離が概ね一致するため、虚像視認と入力手段視認の繰り返しにおいて水晶体の調節作用が不要となり、調節のタイムラグを原因とする疲労を軽減できる。   According to the configuration of the twenty-third aspect, the distance at which the user perceives the virtual image and the distance at which the input means are visually recognized substantially coincide with each other. Can reduce fatigue caused by

請求項24の構成によれば、単眼視における最も見やすい方向に虚像を視認できるため、長時間の使用においても疲労の発生は少ない。これも本出願人の実験により確認されている。   According to the configuration of claim 24, since the virtual image can be visually recognized in the most visible direction in monocular vision, the occurrence of fatigue is small even when used for a long time. This has also been confirmed by experiments by the present applicant.

請求項25の構成によれば、上述した部分透過型遮光板の透過率の最適化及び(あるいは)虚像形成光学系の輝度の最適化を自動的に実現できるため、使用者の使用状況に応じて常に最適状態に装置本体が調整されて疲労が軽減される。使用者は虚像を視認するときと手元の入力手段を視認するときとに上下方向の頭の回転を伴うが、頭部に保持された装置本体もそれに連動するため、装置本体の下側に照度(輝度)検出手段を配置して、装置本体の前方の照度と使用者の手元の輝度を順次検出できるようにした本構成によれば、その検出結果をそれぞれ部分透過型遮光板の透過率と虚像形成光学系の輝度の最適化にフィードバックできることになる。   According to the configuration of the twenty-fifth aspect, the above-described optimization of the transmittance of the partial transmission type light shielding plate and / or the optimization of the luminance of the virtual image forming optical system can be automatically realized. Thus, the main body of the apparatus is always adjusted to an optimum state, thereby reducing fatigue. When the user visually recognizes the virtual image and when looking at the input means at hand, the user rotates the head in the vertical direction, but since the device main body held on the head also works with it, the illuminance is displayed below the device main body. According to the present configuration in which (luminance) detecting means is arranged so that the illuminance in front of the apparatus main body and the luminance at hand of the user can be sequentially detected, the detection results are respectively compared with the transmittance of the partial transmission type light shielding plate. Feedback can be provided for optimizing the brightness of the virtual image forming optical system.

以上説明したように、本発明の頭部装着型表示装置は、虚像形成光学系を使用者の左右の眼のいずれにも配置可能とし、その虚像と使用者の眼とが形成する光軸と使用者が水平方向を見るときの視線とをほぼ一致させることにより、虚像を一方の眼の前方に視認することができる。このため、虚像を視認する眼の他方の眼の視野及び、虚像を視認する眼の虚像視野領域の下方の視野が最大限確保される。従って、キーボード等の入力手段や資料、原稿を十分に視認可能となり、PCモニターとして好適であるとともに安全性が高い。また、使用者が水平方向を見るという使用者にとって最も自然な視線方向で虚像を見続けることができるため、疲労が少ない。また、虚像を視認する眼を使用者が簡単に選択できるため、汎用性、共用性に優れ、使用者が個人の判断で虚像を視認する眼を左右のどちらでも自由に切り換えることが可能である。さらに、単眼視であるため、2眼視による融像作用や左右の液晶表示素子の画質差を原因とする疲労は発生しない。また、2眼式のものに比べて、軽量、コンパクト、低コスト、簡単な構造となり、携帯性にも優れる。   As described above, the head-mounted display device of the present invention enables the virtual image forming optical system to be arranged in any of the left and right eyes of the user, and the optical axis formed by the virtual image and the user's eyes. The virtual image can be visually recognized in front of one eye by making the user substantially match the line of sight when looking in the horizontal direction. For this reason, the visual field of the other eye of the eye for visually recognizing the virtual image and the visual field below the virtual image visual field region of the eye for visually recognizing the virtual image are secured to the maximum. Therefore, input means such as a keyboard, documents, and documents can be sufficiently viewed, which is suitable as a PC monitor and high in safety. In addition, since the user can continue to view the virtual image in the most natural line-of-sight direction for the user who looks in the horizontal direction, fatigue is small. In addition, since the user can easily select an eye for visually recognizing a virtual image, the versatility and commonality are excellent, and the user can freely switch the left and right eyes for recognizing a virtual image at an individual judgement. . Further, since the image is monocular, there is no fatigue caused by the fusing action by the two eyes and the image quality difference between the left and right liquid crystal display elements. Further, as compared with the twin-lens type, it has a lightweight, compact, low-cost, simple structure, and is excellent in portability.

また、虚像を視認する眼の切り換え手段として、装置本体に空転保持され使用者の略眼幅方向に延伸しネジ形状を有する軸に虚像形成光学系を螺着嵌合する構成にしたため、その軸を回転させるだけで、極めて簡単に虚像形成光学系の位置を切り換えることができる。また、使用者の略眼幅方向に虚像形成光学系を移動するため、眼幅の調整を兼用することができる。従って、無理な眼球運動をとらないようにすることができるため、使用者の眼幅との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造が簡略化される。   Further, as a means for switching an eye for visually recognizing a virtual image, the virtual image forming optical system is screwed and fitted to an axis having an idle shape held by the apparatus main body and extending substantially in the eye width direction of the user and having a screw shape. By simply rotating, the position of the virtual image forming optical system can be switched very easily. In addition, since the virtual image forming optical system is moved substantially in the direction of the interpupillary distance of the user, the interpupillary distance can be adjusted. Therefore, since excessive eye movements can be prevented, eyestrain due to incompatibility with the user's eye width can be eliminated, and the structure of these adjustment mechanisms can be simplified.

また、別の切り換え手段として、円筒形断面の切り換え手段に虚像形成光学系を摩擦嵌合する構成としたことにより、やはり簡単に虚像形成光学系の位置を切り換えることができる。また、切り換え手段の断面が円筒形であるため、その周りに虚像形成光学系を回転することにより俯角調整をも兼用することができる。   As another switching means, the position of the virtual image forming optical system can be easily switched by adopting a configuration in which the virtual image forming optical system is frictionally fitted to the cylindrical cross-section switching means. In addition, since the cross section of the switching means is cylindrical, the virtual image forming optical system can be rotated around the switching means so that the depression angle can be adjusted.

また、さらに別の切り換え手段として、使用者の略眼幅方向に形成された溝に虚像形成光学系を摩擦嵌合する構成としたことにより、簡単かつ安定的に虚像形成光学系の位置を切り換えることができる。   Further, as another switching means, the position of the virtual image forming optical system is easily and stably switched by frictionally fitting the virtual image forming optical system into a groove formed substantially in the interpupillary direction of the user. be able to.

また、虚像を視認する眼の他方の眼の前方に透過率が1より小さい部分透過型遮光板を配置し、その部分透過型遮光板の大きさを虚像視野領域と同一以上で最適化するとともに、その透過率を最適化したため、あらゆる照度条件下においても虚像の視認性を確保しながら、装着中の前方及び下方の視野を最大限確保して作業性と安全性を高めることができる。   In addition, a partial transmission type light shielding plate having a transmittance smaller than 1 is arranged in front of the other eye for visually recognizing a virtual image, and the size of the partial transmission type light shielding plate is optimized to be equal to or larger than the virtual image field area. Since the transmittance is optimized, workability and safety can be improved by securing the maximum forward and downward visual field during mounting while securing the visibility of the virtual image under all illuminance conditions.

また、虚像形成光学系の輝度と使用者の手元の輝度との関係を最適化することにより、使用者が虚像を視認するときと手元を視認するときとの明暗差が減少されるため、疲労を極少化できる。   In addition, by optimizing the relationship between the luminance of the virtual image forming optical system and the luminance of the user's hand, the difference in brightness between when the user visually recognizes the virtual image and when the user visually recognizes the hand is reduced, resulting in fatigue. Can be minimized.

また、虚像形成光学系を配置した構造体の下方に鉛直線から28゜以上の視野を確保できるため、人間工学的に最適な位置にキーボード等の入力手段を配置することが可能となり、入力作業を原因とする疲労を軽減できる。   Further, since a field of view of 28 ° or more from the vertical line can be secured below the structure in which the virtual image forming optical system is arranged, input means such as a keyboard can be arranged at an ergonomically optimum position. Can reduce fatigue caused by

また、使用者が虚像を知覚する距離と入力手段を視認する距離が概ね一致するような構成にしたため、虚像視認と入力手段視認との繰り返しにおいて水晶体の調節作用が不要となり、調節のタイムラグを原因とする疲労を軽減できる。   In addition, since the distance at which the user perceives the virtual image and the distance at which the input means are visually recognized are substantially the same, there is no need to adjust the crystalline lens in the repetition of the virtual image recognition and the input means visualization, resulting in a time lag of adjustment. Fatigue can be reduced.

また、虚像と使用者の眼の形成する光軸と使用者の顔面に対する垂直線とが水平方向においてなす角度を、輻輳方向をプラスとするときに−1゜〜+5゜、望ましくは0゜〜1゜に設定したことにより、単眼視における最も見やすい方向に虚像を視認できるため、長時間の使用においても疲労の発生は少ない。   The angle between the virtual image, the optical axis formed by the user's eyes, and the vertical line with respect to the user's face in the horizontal direction is -1 ° to + 5 ° when the convergence direction is plus, preferably 0 ° to 5 °. By setting the angle to 1 °, a virtual image can be visually recognized in the most easily visible direction in monocular vision, so that fatigue is less generated even when used for a long time.

さらに、装置本体の下側に照度(輝度)検出手段を配置し、使用者の頭の動きに連動して装置本体の前方の照度と使用者の手元の輝度とを順次検出できるようにしたことにより、その検出結果をそれぞれ部分透過型遮光板の透過率と虚像形成光学系の輝度との最適化にフィードバックすることが可能となり、部分透過型遮光板の透過率の最適化及び(あるいは)虚像形成光学系の輝度の最適化を自動的に実現できるため、使用者の使用状況に応じて常に最適状態に装置本体が調整されて疲労が軽減される。   Further, an illuminance (luminance) detecting means is arranged below the apparatus main body, so that the illuminance in front of the apparatus main body and the luminance at hand of the user can be sequentially detected in conjunction with the movement of the user's head. As a result, the detection results can be fed back to the optimization of the transmittance of the partial transmission type light shielding plate and the luminance of the virtual image forming optical system, and the optimization of the transmittance of the partial transmission type light shielding plate and / or the virtual image Since the optimization of the brightness of the forming optical system can be automatically realized, the apparatus main body is always adjusted to an optimum state according to the use situation of the user, and fatigue is reduced.

上記各構成において、部分透過型遮光板の透過率や虚像形成光学系の輝度を制御する手段として偏光素子を用いることにより、最も簡単で安価にその調整手段を形成することができる。また、同手段として液晶表示素子あるいはフィルム型液晶表示素子を用いることにより、その調整を電気的に容易で安価に行えるとともに、特にフィルム型液晶表示素子を用いる場合は自由な曲面により同手段を形成することができる。また、同手段としてエレクトロクロミック素子を用いることにより、光量損失が少なく可変幅の広い同手段を形成することができる。さらに、同手段として画像表示素子を形成する照明手段の輝度制御を用いることにより、簡単な回路付加のみにより目的の手段を形成することができる。   In each of the above-described configurations, by using a polarizing element as a means for controlling the transmittance of the partial transmission type light shielding plate and the luminance of the virtual image forming optical system, the adjusting means can be formed in the simplest and inexpensive manner. In addition, by using a liquid crystal display element or a film type liquid crystal display element as the means, the adjustment can be performed easily and inexpensively electrically, and particularly when a film type liquid crystal display element is used, the means can be formed with a free curved surface. can do. In addition, by using an electrochromic element as the means, it is possible to form the means with a small amount of light loss and a wide variable width. Further, by using the brightness control of the illumination means for forming the image display element as the same means, the intended means can be formed only by adding a simple circuit.

以下に、本発明の実施例を図面を参照して詳述する。
(実施例1)
図1、図2は本発明の動作原理を示す第一の実施例を表す模式図であり、図1は斜視図、図2は側面図であり、これらには同時に内部光学系の配置も図示されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Example 1)
1 and 2 are schematic views showing a first embodiment showing the principle of operation of the present invention. FIG. 1 is a perspective view, FIG. 2 is a side view, and these figures also show the arrangement of an internal optical system. Have been.

図1、図2において、装置本体1は、使用者2の左右の眼のいずれかに対応する前方に虚像形成光学系3を有し、他方の眼の前方には部分透過型遮光板4を有する。また、虚像形成光学系3及び部分透過型遮光板4が使用者2の顔面中央付近で構造体によって連結されるとともに、それぞれから左右に延出する構造体を介して、ヒンジ6によって折り畳み自在に保持された左右のテンプル5に連結される。装置本体1は略眼鏡形状を形成し、従来の眼鏡と同様に、両耳及び鼻、または両側頭部及び鼻に支持されて使用者2の頭部に保持される。   1 and 2, the apparatus main body 1 has a virtual image forming optical system 3 in front of one of the left and right eyes of the user 2 and a partially transmissive light shielding plate 4 in front of the other eye. Have. Further, the virtual image forming optical system 3 and the partial transmission type light shielding plate 4 are connected by a structure near the center of the face of the user 2 and can be folded by a hinge 6 via a structure extending left and right from each. It is connected to the left and right temples 5 held. The apparatus main body 1 has a substantially eyeglass shape, and is supported by both ears and the nose, or both sides of the head and the nose, and is held on the head of the user 2 in the same manner as conventional glasses.

虚像形成光学系3は、液晶パネル7とそれを後方から照射するためのバックライト8からなる画像表示素子9と、反射ミラー10と、拡大光学手段であるレンズ11とから構成される。画像表示素子9によって形成され出射した画像光は、反射ミラー10によって光路が変換され、レンズ11によって使用者の眼12内に結像される。このとき、レンズ11の物体側焦点よりレンズ11側に画像表示素子9の像形成面が配置され、レンズ11の像側焦点近傍に眼12が配置されると、レンズ11の結像作用により、虚像形成光学系3の光軸13の延長線上に、画面情報の拡大虚像14を視認することができる。   The virtual image forming optical system 3 includes a liquid crystal panel 7, an image display element 9 including a backlight 8 for irradiating the liquid crystal panel 7 from behind, a reflection mirror 10, and a lens 11 serving as an enlargement optical unit. The optical path of the image light formed and emitted by the image display element 9 is converted by the reflection mirror 10, and is imaged in the eye 12 of the user by the lens 11. At this time, when the image forming surface of the image display element 9 is arranged on the lens 11 side from the object side focal point of the lens 11 and the eye 12 is arranged near the image side focal point of the lens 11, An enlarged virtual image 14 of screen information can be visually recognized on an extension of the optical axis 13 of the virtual image forming optical system 3.

同図において、虚像形成光学系3の光軸13とは、虚像14と使用者2の眼12とが形成する光軸であるが、図2に示す側面図から明らかなように、これはすなわち使用者2が水平方向を見るときの視線と略一致している。また、この形態をPCモニターとして使用する場合には、本出願人の調査によると、虚像の水平画角は30゜から40゜程度が望ましく、これは垂直画角φが23゜から30゜に相当する。従って、垂直方向において画角φで規定される虚像視野領域の下方には、厳密には虚像形成光学系3によって若干の減少はあるものの、外景を視認するための視野(図中のハッチング領域)が図2に示すごとく十分に確保される。さらに、本実施例によれば虚像形成光学系3が片方の眼にのみ配置され、他方の眼の前方視野は元々確保されているため、キーボード等の入力手段や資料、原稿等を十分に視認しながら操作することが可能となり、PCモニターとして好適であるばかりか安全性が高い。   In FIG. 2, the optical axis 13 of the virtual image forming optical system 3 is the optical axis formed by the virtual image 14 and the eye 12 of the user 2. As is clear from the side view shown in FIG. This is substantially the same as the line of sight when the user 2 looks in the horizontal direction. Further, when this form is used as a PC monitor, according to the investigation by the present applicant, the horizontal angle of view of the virtual image is desirably about 30 ° to 40 °, and the vertical angle of view φ is 23 ° to 30 °. Equivalent to. Therefore, below the virtual image visual field area defined by the angle of view φ in the vertical direction, although there is a slight reduction by the virtual image forming optical system 3 strictly, the visual field (hatched area in the figure) for visually recognizing the outside scenery Are sufficiently secured as shown in FIG. Furthermore, according to the present embodiment, the virtual image forming optical system 3 is disposed only in one eye, and the front view of the other eye is originally secured, so that input means such as a keyboard, materials, documents, and the like can be sufficiently viewed. This makes it possible to operate the PC monitor while it is not only suitable as a PC monitor but also high in safety.

また、使用者が水平方向を見るという使用者にとって最も自然な視線方向で虚像を見続けることができるため、疲労が少ない。さらに、単眼視であるため、2眼視による融像作用や左右の液晶表示素子の画質差を原因とする疲労は発生しない。また、2眼式に比べて、軽量、コンパクト、低コスト、簡単な構造となり、携帯性にも優れている。   In addition, since the user can continue to view the virtual image in the most natural line-of-sight direction for the user who looks in the horizontal direction, fatigue is small. Further, since the image is monocular, there is no fatigue caused by the fusing action by the two eyes and the image quality difference between the left and right liquid crystal display elements. Further, as compared with the twin-lens system, it has a lightweight, compact, low-cost, simple structure, and is excellent in portability.

表1は、虚像を効き眼で視認する場合と効き眼以外の眼(以下、他眼と称する)で視認する場合とについて、その疲労度を比較するために主観評価した結果を示した表である。被験者5人に対して、上述した虚像形成光学系3を効き眼あるいは他眼に配置し、一時間の入力作業を課題文書を用いて行ってもらった。また、効き眼及び他眼のそれぞれに対して、虚像を視認する眼の他方の眼に部分透過型遮光板4を完全遮光及び部分透過の状態で配置した結果を、比較のために併記した。疲労度については、A:全く感じない、B:多少感じる、C:かなり感じる、D:つらいほど感じる、の4段階に層別し、被験者数を○印の数で表すとともに、●印は作業後も疲労感の残った被験者数を表している。   Table 1 is a table showing the results of subjective evaluation in order to compare the degree of fatigue between the case where the virtual image is visually recognized with the effective eye and the case where the virtual image is visually recognized with the eye other than the effective eye (hereinafter, referred to as the other eye). is there. The five virtual images forming optical system 3 described above was placed on the effective eye or the other eye for five test subjects, and a temporary input operation was performed using the assignment document. For comparison with the effective eye and the other eye, the results of arranging the partially transmissive light-shielding plate 4 in the other eye of the eye for visually recognizing the virtual image in a completely shielded and partially transmissive state are also shown for comparison. Regarding the degree of fatigue, A: no, B: somewhat, C: quite, D: hardly felt, stratified into 4 levels, the number of subjects is indicated by the number of ○ marks, and ● marks indicate work This shows the number of subjects who remained tired afterwards.

表1によれば、他眼で虚像を視認する場合には、効き眼で虚像を視認する場合に比べて、部分透過型遮光板4をいかなる形態にしようとも疲労が軽減されていることがわかる。従って、他眼で虚像を視認するようにすることにより、前述した疲労軽減効果に加え、疲労が一層軽減されたPCモニターを実現することができる。   According to Table 1, when the virtual image is visually recognized with the other eye, fatigue is reduced regardless of the form of the partially transmitting light-shielding plate 4 as compared with the case where the virtual image is visually recognized with the effective eye. . Therefore, by visually recognizing the virtual image with the other eye, it is possible to realize a PC monitor in which fatigue is further reduced in addition to the above-described fatigue reducing effect.

Figure 2004280127
Figure 2004280127

図3及び図4は、虚像形成光学系3を使用者2の左右の眼のいずれか一方に対応して配置するための切り換え手段の一例を示す。図3は、説明のために装置本体1の一部を破断して示した正面図であり、図4はその側面図である。   FIGS. 3 and 4 show an example of switching means for arranging the virtual image forming optical system 3 corresponding to one of the left and right eyes of the user 2. FIG. 3 is a front view in which a part of the apparatus main body 1 is cut away for explanation, and FIG. 4 is a side view thereof.

図3及び図4において、装置本体1は、使用者2の左右いずれかの眼に対応する前方に虚像形成光学系3を有する。この虚像形成光学系3は、装置本体1に空転保持され使用者2の略眼幅方向に延伸し、ネジ形状を有する軸15に螺着して装置本体1に保持される。軸15は、使用者2の眼幅(大人の最大眼幅は72mmと言われている)を移動できる長さのネジ部16と、その両端に形成される円筒部17からなり、円筒部17が装置本体1に形成された軸受け穴に嵌合して、装置本体1に対して空転状態に保持される。また、装置本体1はヒンジ部19を介して保持部20に係合される。   3 and 4, the apparatus main body 1 has a virtual image forming optical system 3 in front of one of the left and right eyes of the user 2. The virtual image forming optical system 3 is held idly by the apparatus main body 1, extends substantially in the interpupillary direction of the user 2, is screwed to a screw-shaped shaft 15, and is held by the apparatus main body 1. The shaft 15 includes a screw portion 16 having a length capable of moving the interpupillary distance of the user 2 (the maximum interpupillary distance of an adult is said to be 72 mm) and cylindrical portions 17 formed at both ends thereof. Are fitted into bearing holes formed in the apparatus main body 1 and are held in an idling state with respect to the apparatus main body 1. Further, the apparatus main body 1 is engaged with the holding section 20 via the hinge section 19.

軸15はその両端にノブ18が係合され、一方のノブ18を回転させることにより装置本体1に対して空転するため、それと螺着嵌合する虚像形成光学系3が使用者2の左または右に移動し、使用者2は簡単に虚像を視認する眼12を切り換えることができる。その際に、虚像形成光学系3に軸15とは別の案内軸21または案内面を軸15と平行方向に設けることで、より安定して虚像形成光学系3を移動することができるため、使用者2は虚像を視認する眼12を極めて簡単に選択できる。従って、効き眼の異なる複数人の使用者が前述の実験結果に則って他眼で虚像を視認するとしても、汎用性、共用性に優れている。また、使用者2が個人の判断で虚像を視認する眼を左右のどちらでも自由に切り換えることができる。   The knob 15 is engaged with both ends of the shaft 15 and rotates by rotating one of the knobs 18 so that the shaft 15 rotates idly with respect to the apparatus main body 1. Moving to the right, the user 2 can easily switch the eye 12 for visually recognizing the virtual image. At that time, by providing the virtual image forming optical system 3 with a guide shaft 21 or a guide surface different from the axis 15 in a direction parallel to the axis 15, the virtual image forming optical system 3 can be moved more stably. The user 2 can very easily select the eye 12 for visually recognizing the virtual image. Therefore, even if a plurality of users with different effective eyes visually recognize a virtual image with the other eye based on the above-described experimental results, it is excellent in versatility and common use. In addition, the user 2 can freely switch his or her left or right eye for visually recognizing the virtual image at his / her own discretion.

ところで、切り換え手段である軸15は使用者2の略眼幅方向に延伸しているため、虚像形成光学系3は使用者2の略眼幅方向に移動する。従って、虚像を視認する眼を切り換える際に、使用者固有の眼幅に虚像形成光学系3を同時に合わせることができるため、使用者2の眼幅との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造を簡略化できる。   By the way, since the axis 15 as the switching means extends in the direction of the user's eye 2 approximately, the virtual image forming optical system 3 moves in the direction of the user's eye 2 approximately. Therefore, when switching the eye for visually recognizing the virtual image, the virtual image forming optical system 3 can be simultaneously adjusted to the eye width unique to the user, so that eye fatigue due to incompatibility with the eye width of the user 2 can be eliminated. The structure of these adjustment mechanisms can be simplified.

(実施例2)
図5及び図6は、本発明における切り換え手段の別の実施例を表す模式図であり、図5は正面図、図6は側面図である。
(Example 2)
5 and 6 are schematic views showing another embodiment of the switching means in the present invention. FIG. 5 is a front view, and FIG. 6 is a side view.

図5及び図6において、装置本体1は、使用者2の左右いずれかの眼に対応する前方に虚像形成光学系3を有する。また、虚像形成光学系3は保持部20に固定された、断面が略円筒形の軸22に嵌合し、固定ネジ23によって摩擦保持されている。さらに、軸22は使用者2の眼幅を移動できるだけの長さの略円筒形断面の直線部を使用者2の略眼幅方向に有している。この状態で、固定ネジ23を緩めると、虚像形成光学系3の摩擦嵌合状態が解除されるため、虚像形成光学系3は軸22上を使用者2の左または右に移動し、使用者2は簡単に虚像を視認する眼12を切り換えることができる。虚像形成光学系3の移動後は固定ネジ23を締めることによって、再び虚像形成光学系3は軸22に安定的に摩擦保持される。従って、効き眼の異なる複数人の使用者が前述の実験結果に則って他眼で虚像を視認するとしても、汎用性、共用性に優れている。また、使用者2が個人の判断で虚像を視認する眼を左右のどちらでも自由に切り換えることができる。   5 and 6, the apparatus main body 1 has a virtual image forming optical system 3 in front of one of the left and right eyes of the user 2. Further, the virtual image forming optical system 3 is fitted to a shaft 22 having a substantially cylindrical cross section fixed to the holding unit 20, and is frictionally held by a fixing screw 23. Further, the shaft 22 has a linear portion having a substantially cylindrical cross section long enough to move the eye width of the user 2 in the eye width direction of the user 2. In this state, when the fixing screw 23 is loosened, the frictional engagement state of the virtual image forming optical system 3 is released, so that the virtual image forming optical system 3 moves on the shaft 22 to the left or right of the user 2 and the user 2 can easily switch the eye 12 for visually recognizing the virtual image. After the virtual image forming optical system 3 is moved, the fixing screw 23 is tightened, so that the virtual image forming optical system 3 is stably and frictionally held on the shaft 22 again. Therefore, even if a plurality of users with different effective eyes visually recognize a virtual image with the other eye based on the above-described experimental results, it is excellent in versatility and common use. In addition, the user 2 can freely switch his or her left or right eye for visually recognizing the virtual image at his / her own discretion.

ところで、切り換え手段である軸22は使用者2の略眼幅方向に延伸しているため、虚像形成光学系3は使用者2の略眼幅方向に移動する。従って、虚像を視認する眼を切り換える際に、使用者固有の眼幅に虚像形成光学系3を同時に合わせることができるため、使用者2の眼幅との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造を簡略化できる。さらに、虚像形成光学系3を略円筒形断面の軸22上に摩擦嵌合しているため、該軸22周りに虚像形成光学系3を回転することも可能であり、これにより使用者2が水平方向を見る視線に合わせて、俯角調整をも兼用することができる。   By the way, since the shaft 22 serving as the switching means extends in the direction of the eye width of the user 2, the virtual image forming optical system 3 moves in the direction of the eye width of the user 2. Therefore, when switching the eye for visually recognizing the virtual image, the virtual image forming optical system 3 can be simultaneously adjusted to the eye width unique to the user, so that eye fatigue due to incompatibility with the eye width of the user 2 can be eliminated. The structure of these adjustment mechanisms can be simplified. Further, since the virtual image forming optical system 3 is friction-fitted on the shaft 22 having a substantially cylindrical cross section, the virtual image forming optical system 3 can be rotated around the shaft 22, thereby allowing the user 2 to rotate. The depression angle can also be adjusted according to the line of sight in the horizontal direction.

なお、軸22と保持部20との結合部には保持部20の弾性変形の影響が軸22に及ばない構造を付加するのがよい。また、本実施例では固定ネジ23によって虚像形成光学系3を摩擦嵌合する場合について述べたが、虚像形成光学系3をバネを用いて軸22に付勢して摩擦嵌合してもよく、この場合はバネの付勢力以上の力を虚像形成光学系3に作用させるだけで、虚像形成光学系3を左右に移動できるため、固定ネジ23を緩める等の動作は不要となり、より簡素化できる。   In addition, it is preferable to add a structure in which the effect of the elastic deformation of the holding portion 20 does not affect the shaft 22 at the connecting portion between the shaft 22 and the holding portion 20. Further, in this embodiment, the case where the virtual image forming optical system 3 is friction-fitted by the fixing screw 23 has been described, but the virtual image forming optical system 3 may be frictionally fitted by urging the virtual image forming optical system 3 to the shaft 22 using a spring. In this case, the virtual image forming optical system 3 can be moved right and left only by applying a force equal to or greater than the urging force of the spring to the virtual image forming optical system 3, so that the operation such as loosening the fixing screw 23 is not required, thereby further simplifying the operation. it can.

(実施例3)
図7及び図8は、本発明における切り換え手段のさらに別の実施例を表す模式図であり、図7は斜視図、図8は虚像形成光学系の固定方法の説明図である。
(Example 3)
7 and 8 are schematic views showing still another embodiment of the switching means in the present invention. FIG. 7 is a perspective view, and FIG. 8 is an explanatory view of a method for fixing a virtual image forming optical system.

図7において、装置本体1は、保持部を兼用する眼鏡型形状をなし、その一部に使用者の略眼幅方向に形成された溝24を有している。また、図8に示すように、虚像形成光学系3は、溝24が形成された装置本体を上下から挟み込む腕25、26を有し、腕25と溝24と腕26とを下方から固定ネジ27で貫通している。固定ネジ27の上端には固定つまみ28が螺着し、固定ネジ27と固定つまみ28との間で虚像形成光学系3を装置本体1に摩擦保持している。   In FIG. 7, the apparatus main body 1 has a spectacle-shaped shape also serving as a holding part, and has a groove 24 formed in a part thereof in a direction substantially between the eyes of the user. As shown in FIG. 8, the virtual image forming optical system 3 has arms 25 and 26 for vertically sandwiching the apparatus main body in which the groove 24 is formed, and fixes the arm 25, the groove 24 and the arm 26 from below. It penetrates at 27. A fixing knob 28 is screwed to the upper end of the fixing screw 27, and the virtual image forming optical system 3 is frictionally held between the fixing screw 27 and the fixing knob 28 to the apparatus main body 1.

この状態で、固定つまみ28を緩めると、虚像形成光学系3の摩擦嵌合状態が解除されるため、虚像形成光学系3は溝24に沿って使用者の左または右に移動し、使用者は簡単に虚像を視認する眼を切り換えることができる。虚像形成光学系3の移動後は固定つまみ28を締めることによって、再び虚像形成光学系3は装置本体1に安定的に摩擦保持される。本実施例においては、装置本体1と虚像形成光学系3の腕25、26との面同士が接触するため、安定して虚像形成光学系3の移動ができる。   In this state, when the fixing knob 28 is loosened, the frictional engagement state of the virtual image forming optical system 3 is released, so that the virtual image forming optical system 3 moves to the left or right of the user along the groove 24, and Can easily switch the eye for visually recognizing the virtual image. After the movement of the virtual image forming optical system 3, the virtual image forming optical system 3 is stably and frictionally held by the apparatus main body 1 again by tightening the fixed knob 28. In this embodiment, since the surfaces of the apparatus main body 1 and the arms 25 and 26 of the virtual image forming optical system 3 are in contact with each other, the virtual image forming optical system 3 can be stably moved.

従って、実施例1及び2と同様に、効き眼の異なる複数人の使用者が前述の実験結果に則って他眼で虚像を視認するとしても、汎用性、共用性に優れている。
また、使用者2が個人の判断で虚像を視認する眼を左右のどちらでも自由に切り換えることができる。さらに、切り換え手段である溝24は使用者2の略眼幅方向に形成されており、虚像を視認する眼を切り換える際に、使用者固有の眼幅に虚像形成光学系3を同時に合わせることができるため、使用者2の眼幅との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造を簡略化できる。
Therefore, as in the first and second embodiments, even if a plurality of users with different effective eyes visually recognize a virtual image with another eye based on the above-described experimental results, the versatility and the versatility are excellent.
In addition, the user 2 can freely switch his or her left or right eye for visually recognizing the virtual image at his / her own discretion. Further, the groove 24, which is a switching means, is formed substantially in the interpupillary direction of the user 2, and when switching the eyes for visually recognizing the virtual image, the virtual image forming optical system 3 can be simultaneously adjusted to the interpupillary distance unique to the user. Therefore, eye fatigue due to incompatibility with the eye width of the user 2 can be eliminated, and the structure of these adjustment mechanisms can be simplified.

なお、溝24は使用者の略眼幅方向に直線的に形成されることが望ましいが、図7に示すように曲線的であっても構わない。この場合は、虚像形成光学系3と装置本体1との間に図8に示すような適度の隙間29を設けておけば、固定ネジ27を中心として虚像形成光学系3を回転することができるため、移動に伴う虚像形成光学系3の回転を容易に補正することができる。   The groove 24 is desirably formed linearly in the direction of the eye width of the user, but may be curved as shown in FIG. In this case, if an appropriate gap 29 as shown in FIG. 8 is provided between the virtual image forming optical system 3 and the apparatus main body 1, the virtual image forming optical system 3 can be rotated around the fixing screw 27. Therefore, the rotation of the virtual image forming optical system 3 due to the movement can be easily corrected.

(実施例4)
前述したように、表1は、部分透過型遮光板4の透過率の違いによる疲労度の比較表でもある。表1によれば、効き眼で虚像を視認した場合には明らかではないが、他眼で虚像を視認した場合には、完全透過<遮光<部分透過の順で、部分透過型遮光板の透過率が疲労軽減に寄与することがわかる。特に、他眼で虚像を視認し他方の眼に部分透過の部分透過型遮光板を用いることによって、ほとんど疲労を感じないことが判明した。この理由を本発明者は以下のように推測する。
(Example 4)
As described above, Table 1 is also a comparison table of the degree of fatigue due to the difference in transmittance of the partial transmission type light shielding plate 4. According to Table 1, it is not clear when the virtual image is visually recognized by the effective eye, but when the virtual image is visually recognized by the other eye, the transmission of the partial transmission type light shielding plate is performed in the order of complete transmission <light shielding <partial transmission. It can be seen that the rate contributes to the reduction of fatigue. In particular, it was found that by using a partially transmissive light-shielding plate for partially transmissive viewing of a virtual image with the other eye and partial transmission to the other eye, little fatigue was felt. The present inventors presume the reason for this as follows.

第一に、人間の視覚作用において効き眼側の情報が支配的であるが、これはすなわち効き眼側の脳神経系を含めた眼神経系における感度が高いためであり、従って刺激の高い虚像情報を他眼に表示した方が疲労が低減される。第二に、部分透過の部分透過型遮光板は、虚像と外景との重なりを原因とする虚像のコントラスト低下を抑え、虚像の見やすさを向上させ疲労を低減させる。第三に、虚像とキーボード等の入力手段とを繰り返し視認する際に、部分透過の部分透過型遮光板が用いられると、部分透過型遮光板を通して視認する眼にも常時適度の光が入射されることによって、その瞳孔の拡縮度合いが低減し疲労が軽減する。第四に、部分透過の部分透過型遮光板によって、前方の外景視野が適度に確保されるため、装着中の圧迫感が軽減されるとともに、作業に必要な視野及び安全性が確保され、これも疲労軽減に寄与する。   First, the information on the effective eye side is dominant in human visual effects, that is, because the sensitivity in the ocular nervous system including the cerebral nervous system on the effective eye side is high, and thus the highly stimulated virtual image information Is displayed to the other eye, fatigue is reduced. Second, the partially transmissive light-shielding plate that is partially transmissive suppresses a decrease in the contrast of the virtual image caused by the overlap between the virtual image and the outside scene, improves the visibility of the virtual image, and reduces fatigue. Third, when a virtual image and input means such as a keyboard are repeatedly viewed, if a partially transparent light-shielding plate of partial transmission is used, an appropriate amount of light is always incident on the eyes viewed through the partially transparent light-shielding plate. By doing so, the degree of expansion and contraction of the pupil is reduced, and fatigue is reduced. Fourthly, the partial transmissive shading plate, which is partially transmissive, appropriately secures the outside view in the front, so that the feeling of oppression during mounting is reduced, and the view and safety required for work are secured. Also contributes to reducing fatigue.

従って、虚像形成光学系3を使用者2の左右いずれか一方の眼に配置し、そして、他方の眼の前方に透過率が1より小さい部分透過型遮光板を配置することにより、疲労の低減及び安全性の確保を達成することができる。   Therefore, by arranging the virtual image forming optical system 3 in one of the left and right eyes of the user 2 and arranging a partially transmitting type light shielding plate having a transmittance smaller than 1 in front of the other eye, fatigue is reduced. And safety can be achieved.

図9は、上記部分透過型遮光板4の配置位置を説明するための平面模式図である。虚像形成光学系3は、使用者2の左右いずれか一方の眼の前方に配置され(図においては左眼12L)、使用者2が水平方向を見る視線と、使用者2の一方の眼12Lと虚像14とが形成する光軸13は一致しており、水平画角Ψをもって虚像14が視認される。このとき、他方の眼12Rが、仮にこの虚像14を実像として視認すればその水平視野は図の破線で示される領域となる。これは垂直方向についても同様に考えられ、実際には眼12Lのみによって虚像14が視認されるが、使用者2の脳内ではまさにこれと同様の視覚作用がなされるものと考えられる。従って、少なくともこの破線で示される領域以上の大きさを持つ部分透過型遮光板4(または4’)を眼12Rの前方に配置することによって、使用者2は虚像14とそれに相当する領域の外景像を重ねることなく虚像14を視認することができる。また、この部分透過型遮光板4(または4’)の前後方向の配置位置は、虚像形成光学系3の、使用者2の顔面に対する前後方向の厚みD内であれば、部分透過型遮光板4、4’またはその間の位置のいずれでもよく、また、虚像形成光学系3の厚みD内に部分透過型遮光板4を配置することによって、装置本体の小型化を図ることができる。   FIG. 9 is a schematic plan view for explaining an arrangement position of the partial transmission type light shielding plate 4. The virtual image forming optical system 3 is disposed in front of one of the left and right eyes of the user 2 (the left eye 12L in the figure), the line of sight of the user 2 looking in the horizontal direction, and one eye 12L of the user 2 And the optical axis 13 formed by the virtual image 14 coincide with each other, and the virtual image 14 is visually recognized with a horizontal angle of view Ψ. At this time, if the other eye 12R visually recognizes the virtual image 14 as a real image, the horizontal field of view is a region indicated by a broken line in the figure. This is also considered in the vertical direction. In practice, the virtual image 14 is visually recognized only by the eye 12L, but it is considered that the same visual action is performed in the brain of the user 2. Therefore, by arranging the partially transmissive light-shielding plate 4 (or 4 ') having a size larger than at least the area shown by the broken line in front of the eye 12R, the user 2 can see the outside view of the virtual image 14 and the corresponding area. The virtual image 14 can be visually recognized without overlapping the images. The position of the partial transmission type light shielding plate 4 (or 4 ′) in the front-rear direction is within the thickness D of the virtual image forming optical system 3 in the front and rear direction with respect to the face of the user 2. 4, 4 'or any position therebetween, and by arranging the partial transmission type light shielding plate 4 within the thickness D of the virtual image forming optical system 3, the size of the apparatus main body can be reduced.

前述のように、部分透過型遮光板4(または4’)は前後方向の配置位置によってその大きさを変える必要がある。図10は部分透過型遮光板の大きさを説明するための模式図である。部分透過型遮光板4(または4’)は、必ずしも平面である必要はなく曲面でもいいが、使用者2の眼12Lと虚像14とが形成する光軸13における任意の直交面30への投影面31が、虚像形成光学系3の形成する虚像視野領域の、直交面30における断面32と、略相似形でありその面積が少なくとも同一以上であるのが好ましい。この条件を満たせば、図10に示すように虚像14を含む周辺に、投影面31(すなわち部分透過型遮光板)による眼12Rの死角領域33を形成することができるため、使用者2は虚像14とそれに相当する領域の外景像を重ねることなく虚像14を視認することができる。   As described above, the size of the partial transmission type light shielding plate 4 (or 4 ') needs to be changed depending on the arrangement position in the front-back direction. FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the size of the partial transmission type light shielding plate. The partially transmissive light-shielding plate 4 (or 4 ′) does not necessarily have to be a flat surface, but may be a curved surface, but is projected onto an arbitrary orthogonal surface 30 of the optical axis 13 formed by the eye 12 </ b> L of the user 2 and the virtual image 14. It is preferable that the surface 31 be substantially similar in shape to the cross section 32 of the virtual image field region formed by the virtual image forming optical system 3 in the orthogonal plane 30 and have at least the same area. If this condition is satisfied, the blind spot area 33 of the eye 12R can be formed by the projection surface 31 (that is, the partially transmitting light shielding plate) around the virtual image 14 as shown in FIG. The virtual image 14 can be visually recognized without overlapping the outside scene image of the area 14 and the area corresponding thereto.

以上のように、虚像を視認する眼の他方の眼の前方に透過率が1より小さい部分透過型遮光板を配置し、その部分透過型遮光板の大きさを虚像視野領域と同一以上で最適化することによって、虚像の視認性を確保しながら装着中の前方及び下方の視野を最大限確保して、作業性と安全性を高めることができる。   As described above, the partial transmission type light shielding plate having a transmittance smaller than 1 is arranged in front of the other eye for visually recognizing the virtual image, and the size of the partial transmission type light shielding plate is optimally equal to or larger than the virtual image field region. By doing so, it is possible to secure the visibility of the virtual image as much as possible while ensuring the maximum forward and downward visual fields during mounting, thereby improving workability and safety.

(実施例5)
図11は、周辺照度と部分透過型遮光板の透過率との関係の実験結果を表す図である。この実験は、部分透過型遮光板の外表面における周辺照度を変えながら、被験者5人に対して部分透過型遮光板の透過率を主観的に最適化させたものである。ここで、最適化させた透過率とは前述の実施例4で述べた条件をバランスさせる状態であり、すなわち、虚像のコントラスト低下が抑えられ、その瞳孔の拡縮度合いが低減され、装着中の圧迫感が軽減されるとともに、作業に必要な視野及び安全性が確保される透過率である。また、横軸の周辺照度は、飛行機内での消灯状態の照度から室内の窓際での照度までを想定した。
(Example 5)
FIG. 11 is a diagram illustrating an experimental result of a relationship between the peripheral illuminance and the transmittance of the partial transmission type light shielding plate. In this experiment, the transmittance of the partial transmission type light shielding plate was subjectively optimized for five subjects while changing the peripheral illuminance on the outer surface of the partial transmission type light shielding plate. Here, the optimized transmittance is a state in which the conditions described in the fourth embodiment are balanced, that is, the reduction in the contrast of the virtual image is suppressed, the degree of expansion and contraction of the pupil is reduced, and the compression during wearing is reduced. The transmittance is such that the feeling is reduced and the visual field and safety required for the work are secured. In addition, the illuminance around the horizontal axis is assumed to range from the illuminance in a light-off state in an airplane to the illuminance near a window in a room.

実際には1000lx以上の周辺照度も考えられるが、同図より500lx辺りから部分透過型遮光板の透過率に飽和傾向が見られるため、周辺照度がいかようであろうとも、部分透過型遮光板の透過率は3%以下が好ましいことが予測できる。また、傾向的には周辺照度が100lx以下であるときは、それ以上であるときに比べて部分透過型遮光板の透過率を増大させた方がよく、その理由も上述の条件をバランスさせるためと考えられる。   Actually, a peripheral illuminance of 1000 lx or more is conceivable, but the transmittance of the partial transmission type light shielding plate tends to be saturated from around 500 lx as shown in FIG. Is preferably 3% or less. Also, when the ambient illuminance is 100 lx or less, it is better to increase the transmittance of the partially transmissive light-shielding plate as compared to when the ambient illuminance is higher than 100 lx. it is conceivable that.

部分透過型遮光板の透過率を制御する方法としては、部分透過型遮光板を偏光素子で構成して制御する方法、偏光素子を伴う液晶表示素子で構成して制御する方法等が考えられる。前者の場合には、例えば2枚の偏光シートを回動自在に重ね合わせ、各透過軸のなす角度を回転調整することによってその透過率を制御すればよく、透過率可変の部分透過型遮光板を最も安価に構成することができる。
また後者の場合には、ガラス基板の間に液晶を充填してなる液晶表示素子から構成され、特に変形自在な樹脂の間に液晶を充填してなるフィルム型液晶表示素子が好ましく、この場合には自由な曲率で部分透過型遮光板を形成することができデザインの自由度が増大する。いずれの場合においても、液晶表示素子を用いることによって、安価にして電気制御が可能な透過率可変の部分透過型遮光板を構成することができる。
As a method of controlling the transmittance of the partial transmission type light shielding plate, a method of configuring and controlling the partial transmission type light shielding plate with a polarizing element, a method of configuring and controlling a liquid crystal display element with a polarizing element, and the like can be considered. In the former case, for example, two polarizing sheets are rotatably superimposed, and the transmittance may be controlled by rotating and adjusting the angle between the transmission axes. Can be constructed at the lowest cost.
In the latter case, a liquid crystal display element in which liquid crystal is filled between glass substrates, and in particular, a film type liquid crystal display element in which liquid crystal is filled between deformable resins is preferable. Can form a partially transmissive light-shielding plate with a free curvature, and the degree of freedom in design increases. In any case, by using a liquid crystal display element, a partially transmissive light-shielding plate with variable transmittance that can be inexpensively and electrically controlled can be configured.

なお、部分透過型遮光板の透過率は、上記のように制御する方法に限らず、3%以下で固定式としても、もちろん同様の効果が得られる。   It should be noted that the transmittance of the partially transmitting light-shielding plate is not limited to the method of controlling as described above, and the same effect can be obtained even if the transmittance is 3% or less and the transmittance is fixed.

(実施例6)
図12は、周辺輝度と虚像形成光学系の輝度との関係の実験結果を表した図である。この実験は、使用者の周辺における照度を変えながら、すなわち、装着時における装置本体の下方でかつ使用者の手元における周辺輝度を変えながら、被験者5人に対して虚像形成光学系の輝度を主観的に最適化させたものである。この最適化された輝度とは、虚像と使用者の手元とを繰り返し視認するときに最も見やすいと感じられる輝度である。このとき、部分透過型遮光板の透過率は、実施例5に則り3%で固定とした。また、使用者の周辺照度は、実施例5と同様に設定し、そのときの使用者の手元における輝度を同時に測定した。
(Example 6)
FIG. 12 is a diagram illustrating an experimental result of a relationship between the peripheral luminance and the luminance of the virtual image forming optical system. In this experiment, the luminance of the virtual image forming optical system was subjectively changed for five subjects while changing the illuminance around the user, that is, while changing the peripheral luminance below the apparatus main body at the time of wearing and the vicinity of the user. It has been optimally optimized. The optimized brightness is a brightness that is felt to be most visible when the virtual image and the user's hand are repeatedly viewed. At this time, the transmittance of the partial transmission type light shielding plate was fixed at 3% according to the fifth embodiment. Further, the peripheral illuminance of the user was set in the same manner as in Example 5, and the luminance at the user's hand at that time was simultaneously measured.

図12によれば、被験者により傾きと絶対値に若干のばらつきはあるものの、周辺輝度と虚像形成光学系の輝度とは明らかに比例関係にあることがわかった。
また、この輝度データから被験者の瞳孔径を算出したところ、被験者が虚像を見ているときとその手元を見ているときとで、瞳孔径は概ね等しいことが判明した。すなわち、これは虚像形成光学系の輝度と被験者の手元の輝度とが概ね等しいことにほかならず、図12のデータは理想的にはY=Xの直線であることが予想される。もちろん、キーボード等の視認しながら操作する入力手段を使用者の手元において作業する際には、その手元の輝度は入力手段上の輝度となるため、このときは虚像形成光学系の輝度と入力手段上の輝度とが概ね等しいことが最適条件と考えられる。それは上述したように、虚像と手元とを繰り返し視認するに際し、虚像形成光学系と使用者の手元あるいはその手元に置かれた入力手段との明暗差が極少化されるため、瞳孔の拡縮度合いが極少化され、それを司る筋肉の疲労も最低限になるからである。
According to FIG. 12, although there is a slight variation in the inclination and the absolute value depending on the subject, it is found that the peripheral luminance and the luminance of the virtual image forming optical system are clearly proportional to each other.
Further, when the pupil diameter of the subject was calculated from the luminance data, it was found that the pupil diameter was substantially equal between when the subject was looking at the virtual image and when he was looking at the hand. That is, this means that the luminance of the virtual image forming optical system and the luminance at hand of the subject are almost equal, and it is expected that the data in FIG. 12 is ideally a straight line of Y = X. Of course, when the input means operated while visually recognizing a keyboard or the like is operated near the user, the luminance at the hand is the luminance on the input means. In this case, the luminance of the virtual image forming optical system and the input It is considered that the above luminance is almost equal to the optimum condition. That is, as described above, when the virtual image and the hand are repeatedly viewed, the difference in brightness between the virtual image forming optical system and the user's hand or the input means placed at the hand is minimized. This is because it is minimized and the muscles that control it are also minimized.

この虚像形成光学系の輝度を制御する手段として、偏光素子を用いる方法、偏光素子を伴う液晶表示素子を用いる方法、エレクトロクロミック素子を用いる方法、画像表示素子を構成する照明手段の輝度制御による方法等が考えられる。前2者の場合は、偏光に関与する方法であるが、画像表示素子を出射する画像光が液晶表示素子によるように直線偏光化されている場合は、後段の拡大光学手段によって偏光が乱されるため、これらの手段を画像表示素子と拡大光学手段との間または液晶パネルとバックライトとの間に設置するのが望ましい。第一の偏光素子を用いる場合には、実施例5で述べたように2枚の偏光シートを回動自在に重ね合わせ、各透過軸のなす角度を回転調整することによってその透過率を制御してもよいが、前述のように直線偏光化される画像表示素子の場合には1枚の偏光シートによる回転のみでよい。いずれにしても最も安価に輝度調整を行い得る方法である。第二の液晶表示素子を用いる場合も実施例5と同様であり、ガラス基板の間に液晶を充填してなる液晶表示素子を用い、特に変形自在な樹脂の間に液晶を充填してなるフィルム型液晶表示素子を用いれば設計の自由度が向上する。
この場合のメリットは、電気制御による輝度調整を安価に構成できることである。第三のエレクトロクロミック素子を用いる場合は、特に設置位置に制限はなく、また前2者のように偏光素子を用いる必要がないので、設計の自由度が高く最も透過率の高い明るい虚像形成光学系を実現できるとともに、その透過率の可変幅が広い。第四の画像表示素子を構成する照明手段の輝度制御を利用する場合は、具体的な制御回路を後述の実施例10で説明するが、それに限らず、その一部である照明手段の駆動回路の電圧制御を手動で行ってもよい。
As means for controlling the luminance of the virtual image forming optical system, a method using a polarizing element, a method using a liquid crystal display element with a polarizing element, a method using an electrochromic element, and a method by controlling the luminance of illumination means constituting an image display element And so on. In the former two cases, the method involves polarization. However, when the image light emitted from the image display device is linearly polarized as by the liquid crystal display device, the polarization is disturbed by the enlarging optical means at the subsequent stage. Therefore, it is desirable to install these means between the image display element and the magnifying optical means or between the liquid crystal panel and the backlight. When the first polarizing element is used, as described in Embodiment 5, two polarizing sheets are rotatably overlapped, and the transmittance is controlled by rotating and adjusting the angle formed by each transmission axis. However, in the case of an image display element which is linearly polarized as described above, only rotation by one polarizing sheet is required. In any case, this method is the most inexpensive method for adjusting the brightness. The case where the second liquid crystal display element is used is the same as that of the fifth embodiment. A liquid crystal display element in which liquid crystal is filled between glass substrates is used, and a film in which liquid crystal is filled between deformable resins. The use of a liquid crystal display device improves the degree of freedom in design.
The advantage in this case is that the brightness adjustment by electric control can be configured at a low cost. When the third electrochromic element is used, there is no particular restriction on the installation position, and there is no need to use a polarizing element as in the former two cases, so that there is a high degree of freedom in design and a bright virtual image forming optic with the highest transmittance. A system can be realized, and the variable range of the transmittance is wide. In the case where the brightness control of the illuminating means constituting the fourth image display element is used, a specific control circuit will be described in a later-described embodiment 10, but the present invention is not limited to this. May be manually performed.

(実施例7)
図13は、虚像形成光学系の下方位置を説明するための図である。前述のように、虚像形成光学系3は、使用者2の眼12と虚像14とが形成する光軸13が、使用者2が水平方向を見るときの視線と略一致するように、使用者2の顔前に配置される。また、キーボード等の入力手段34が使用者の手元に配置される。
(Example 7)
FIG. 13 is a diagram for explaining a lower position of the virtual image forming optical system. As described above, the virtual image forming optical system 3 is configured so that the optical axis 13 formed by the eye 12 and the virtual image 14 of the user 2 substantially matches the line of sight when the user 2 looks in the horizontal direction. It is placed in front of the second face. In addition, an input means 34 such as a keyboard is arranged near the user.

このときの使用者2及び入力手段34は、VDT作業において人間工学的に同図に示すような位置関係が推奨されている。すなわち眼12から入力手段34の先端までの距離が約320mm、入力手段34の表面から眼12までの距離が男性の最大値として約597mmである。このとき、眼12が入力手段34の先端を見るときの俯角αは、最大値で約62゜と計算できる。一方、使用者の前方視界は虚像形成光学系3によって決まり、そのうちの下方視界は虚像形成光学系3の構造体の最下部によって制限される。換言すれば、虚像形成光学系3の構造体の下方の視界の上端と、使用者2が水平方向を見るときの視線とのなす角度βを、鉛直方向において62゜以下にすることによって、使用者2は虚像形成光学系3の構造体に妨害されることなく入力手段34を視認することが可能ということである。従って、上記の構成によって人間工学的に最適な位置にキーボード等の入力手段34を配置することが可能となり、入力作業を原因とする疲労が軽減される。   At this time, the positional relationship between the user 2 and the input means 34 is ergonomically recommended in the VDT work as shown in FIG. That is, the distance from the eye 12 to the tip of the input means 34 is about 320 mm, and the distance from the surface of the input means 34 to the eye 12 is about 597 mm as the maximum value for a male. At this time, the depression angle α when the eye 12 looks at the tip of the input means 34 can be calculated as a maximum value of about 62 °. On the other hand, the front view of the user is determined by the virtual image forming optical system 3, and the downward view is limited by the lowermost part of the structure of the virtual image forming optical system 3. In other words, the angle β between the upper end of the field of view below the structure of the virtual image forming optical system 3 and the line of sight when the user 2 looks in the horizontal direction is set to 62 ° or less in the vertical direction, thereby reducing the use. That is, the user 2 can visually recognize the input means 34 without being disturbed by the structure of the virtual image forming optical system 3. Therefore, with the above configuration, the input means 34 such as a keyboard can be arranged at an ergonomically optimum position, and fatigue caused by input work is reduced.

(実施例8)
図14は、虚像と入力手段等とを視認するときの距離の関係を示した図である。前述のように、虚像形成光学系3は使用者2の顔前に配置され、使用者2は眼12から距離Aをおいて虚像14を視認する。このときの距離Aを虚像知覚距離と称する。また、使用者2の手元に配置したキーボード等の入力手段34を使用者2が視認するときは、厳密には頭部の傾斜を伴って、同図に示すような状態で入力手段34を視認することになり、このときの距離Bを視認距離と称する。
(Example 8)
FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the distance when visually recognizing the virtual image and the input means and the like. As described above, the virtual image forming optical system 3 is disposed in front of the face of the user 2, and the user 2 visually recognizes the virtual image 14 at a distance A from the eye 12. The distance A at this time is referred to as a virtual image perceived distance. Further, when the user 2 visually recognizes the input means 34 such as a keyboard arranged near the user 2, the input means 34 is visually recognized in a state shown in FIG. The distance B at this time is referred to as a visual recognition distance.

使用者2は虚像14を視認するときは虚像知覚距離Aに眼12を調節し、入力手段34を視認するときは視認距離Bに眼12を調節する。従って、虚像14と入力手段34とを繰り返し視認する場合には、その都度それぞれの距離への調節作用を行う必要があり、調節頻度が高ければ高いほど疲労が増大すると考えられる。そこで、虚像知覚距離Aと視認距離Bとを略等しくすれば、この繰り返し視認における調節作用がほとんど不要になるため、この調節作用の繰り返しによる疲労を低減することができる。   The user 2 adjusts the eye 12 to the virtual image perception distance A when viewing the virtual image 14, and adjusts the eye 12 to the recognition distance B when viewing the input means 34. Therefore, when the virtual image 14 and the input means 34 are visually recognized repeatedly, it is necessary to adjust the distance to each time, and it is considered that the higher the adjustment frequency, the greater the fatigue. Therefore, if the virtual image perceived distance A and the visual recognition distance B are substantially equal to each other, the adjustment effect in the repeated visual recognition becomes almost unnecessary, so that the fatigue caused by the repetition of the adjustment operation can be reduced.

虚像知覚距離Aは、使用者の視力や調節安静位の位置等により変化し使用者によってまちまちだが、使用者がピントを合わせることのできる許容幅もある程度広いため、虚像知覚距離Aをその許容幅の中で適宜調整することが可能である。
このためには、画像表示素子と拡大光学手段との相対距離を可変させればよく、画像表示素子または拡大光学手段をそれぞれの光軸方向に移動させる機構を具備すればよい。また、その調整は虚像14及び入力手段34を繰り返し視認しながら、虚像知覚距離Aを視認距離Bに合わせ込むことにより容易にできる。
The virtual image perceived distance A varies depending on the user's visual acuity and the position of the adjustment resting position, and varies depending on the user. It can be adjusted appropriately in the above.
For this purpose, the relative distance between the image display element and the magnifying optical means may be varied, and a mechanism for moving the image display element or the magnifying optical means in the respective optical axis directions may be provided. Further, the adjustment can be easily performed by adjusting the virtual image perceived distance A to the visible distance B while repeatedly viewing the virtual image 14 and the input means 34.

(実施例9)
図15は虚像の水平方向の形成位置を説明するための図であり、表2にそれを決定するための実験結果をまとめて示す。
(Example 9)
FIG. 15 is a diagram for explaining the formation position of the virtual image in the horizontal direction, and Table 2 collectively shows experimental results for determining the position.

Figure 2004280127
Figure 2004280127

表2は、被験者5人に対して虚像形成光学系を提示し、各被験者が負荷なく視認可能な水平方向の角度を、許容範囲及び最適値の形で主観的に決定させたものである。各角度は、図15における使用者2の顔面に対する垂直線38と、虚像と左眼12Lの形成する光軸とが、水平方向においてなす角であり、同図の光軸39のように輻輳方向をプラス、その逆方向をマイナスとして表示した。表2の結果を図15上で説明するならば、同図における一重ハッチング40が−1゜から+5゜の範囲を、二重ハッチング41が0゜から+1゜の範囲を示しており、一重ハッチング40が許容範囲で、その中でも二重ハッチング41の範囲が最も望ましいエリアと判断できる。   Table 2 shows a virtual image forming optical system for five subjects, and subjectively determines a horizontal angle at which each subject can view without any load in the form of an allowable range and an optimum value. Each angle is an angle between a vertical line 38 with respect to the face of the user 2 in FIG. 15 and the optical axis formed by the virtual image and the left eye 12L in the horizontal direction, and the convergence direction as indicated by the optical axis 39 in FIG. Is indicated as plus and the opposite direction is indicated as minus. If the results of Table 2 are described with reference to FIG. 15, the single hatching 40 in FIG. 15 indicates the range from -1 ° to + 5 °, and the double hatching 41 indicates the range from 0 ° to + 1 °. 40 is an allowable range, and the range of double hatching 41 can be determined to be the most desirable area.

これらのエリアに使用者の眼と虚像とが形成する光軸を配置すると、使用者2は単眼視における最も見やすい方向に負荷なく虚像を視認できるので、短時間の使用はもとより長時間の使用においても疲労の発生はきわめて少ないものとなる。   When the optical axis formed by the user's eyes and the virtual image is arranged in these areas, the user 2 can visually recognize the virtual image without any load in the most easily visible direction in monocular vision, so that not only short-time use but also long-time use is possible. Also, the occurrence of fatigue is extremely small.

(実施例10)
図14を用いて、本発明の第10の実施例を説明する。本実施例においては、装置本体の下側に照度(輝度)検出手段であるフォトセンサー35が配置されており、その検出結果は部分透過型遮光板の透過率と虚像形成光学系の輝度の最適化のためにフィードバックされる。前述し図14に示したように、虚像14の視認時と入力手段34の視認時とには使用者2に頭部の傾斜が伴う。ゆえに、装置本体の下側に配置したフォトセンサー35の検出方向も、頭部の動きに連動した装置の動きとともに、同図の方向36と方向37とに切り替わる。このとき、虚像14を視認するときのフォトセンサー35における方向36からの照度(部分透過型遮光板の外表面側の周辺照度)の検出結果を部分透過型遮光板の透過率制御に、また入力手段34を視認するときのフォトセンサー35における方向37からの輝度(入力手段34上の輝度)の検出結果を、虚像形成光学系3の輝度制御に、それぞれ用いることにより前述の実施例5及び実施例6に述べた関係に基づいて、それぞれを自動制御することが可能となる。従って、部分透過型遮光板の透過率の最適化及び虚像形成光学系の輝度の最適化を自動的に実現できるため、使用者の使用状況に応じて常に最適状態に装置本体が調整されて使用者の疲労が軽減される。
(Example 10)
A tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a photosensor 35 as illuminance (luminance) detecting means is disposed below the apparatus main body, and the detection result is determined based on the optimum transmittance of the partial transmission type light shielding plate and the luminance of the virtual image forming optical system. Feedback for optimization. As described above and shown in FIG. 14, the head of the user 2 is accompanied when the virtual image 14 is visually recognized and when the input means 34 is visually recognized. Therefore, the detection direction of the photo sensor 35 disposed on the lower side of the apparatus main body also switches between the direction 36 and the direction 37 in FIG. At this time, the detection result of the illuminance (the peripheral illuminance on the outer surface side of the partial transmission type light shielding plate) from the direction 36 in the photo sensor 35 when visually recognizing the virtual image 14 is input to the transmittance control of the partial transmission type light shielding plate and input. The detection result of the luminance from the direction 37 (the luminance on the input means 34) of the photo sensor 35 when the means 34 is visually recognized is used for the luminance control of the virtual image forming optical system 3, respectively. Based on the relationship described in Example 6, each can be automatically controlled. Therefore, since the optimization of the transmittance of the partial transmission type light shielding plate and the optimization of the luminance of the virtual image forming optical system can be automatically realized, the apparatus main body is always adjusted to an optimum state according to the use situation of the user and used. The fatigue of the person is reduced.

なお、フォトセンサー35の配置位置は、図2に示したような虚像形成光学系の光学配置においては、図14に示したような反射ミラーの裏面側が、スペース効率の点でも検出方向の点でも望ましい。また、これらの制御手段は同時に具備されることが疲労低減においては望ましいが、どちらか一方の具備であっても疲労低減効果は著しい。   Note that, in the optical arrangement of the virtual image forming optical system as shown in FIG. 2, the position of the photosensor 35 is such that the back side of the reflecting mirror as shown in FIG. desirable. It is desirable that these control means are provided at the same time in order to reduce fatigue. However, even if any one of these control means is provided, the effect of reducing fatigue is remarkable.

次に、部分透過型遮光板の透過率及び虚像形成光学系の輝度を自動調整するための制御回路の一実施例を、図16及び図17を用いて説明する。   Next, an embodiment of a control circuit for automatically adjusting the transmittance of the partial transmission type light shielding plate and the luminance of the virtual image forming optical system will be described with reference to FIGS.

図16(a)及び図16(b)は、部分透過型遮光板の透過率制御のために液晶表示素子を用いた例であり、図16(a)は回路図、図16(b)はその動作波形を示したタイミングチャートである。フォトセンサー35はフォトダイオード42とレンズ43とから構成され、レンズ43により入力光がフォトダイオード42上に結像されて検出信号が得られる。この検出信号はアンプ44で増幅されてオペアンプ45のマイナス端子に入力される。一方、オペアンプ45のプラス端子には電圧制御用の抵抗46が接続され、100lxに相当する電圧が供給される。オペアンプ45では両入力の大小が判断され、フォトセンサー側入力照度が参照照度である100lxより明るいと判断した場合は、S1信号がスイッチ47によりスイッチングされて、アンプ49で増幅された後液晶表示素子50に入力される。逆にフォトセンサー側入力照度が参照照度である100lxより暗いと判断した場合は、S2信号がスイッチ48によりスイッチングされて、アンプ49で増幅された後液晶表示素子50に入力される。上記のS1、S2信号は、これに用いる液晶表示素子の表示モードがノーマリーブラックであり、図16(b)に示すような振幅関係があるとすると、S1信号が選択されたときは部分透過型遮光板の透過率が減少し、S2信号が選択されたときは部分透過型遮光板の透過率が増大して、所望の制御を行うことができる。なお、この信号の選択数を増加することによって、さらに細かい透過率制御ができる。   16 (a) and 16 (b) show examples in which a liquid crystal display element is used for controlling the transmittance of a partially transmitting light-shielding plate. FIG. 16 (a) is a circuit diagram, and FIG. 6 is a timing chart showing the operation waveform. The photo sensor 35 includes a photodiode 42 and a lens 43. The lens 43 forms an image of the input light on the photodiode 42 to obtain a detection signal. This detection signal is amplified by the amplifier 44 and input to the minus terminal of the operational amplifier 45. On the other hand, a resistor 46 for voltage control is connected to the plus terminal of the operational amplifier 45, and a voltage corresponding to 100 lx is supplied. The operational amplifier 45 determines the magnitude of both inputs. If it is determined that the input illuminance on the photosensor side is brighter than the reference illuminance of 100 lx, the S1 signal is switched by the switch 47, amplified by the amplifier 49, and then amplified by the amplifier 49. 50 is input. Conversely, when it is determined that the input illuminance on the photosensor side is darker than the reference illuminance of 100 lx, the S2 signal is switched by the switch 48, amplified by the amplifier 49, and input to the liquid crystal display element 50. Assuming that the display mode of the liquid crystal display element used for the S1 and S2 signals is normally black and has an amplitude relationship as shown in FIG. 16B, the S1 signal is partially transmitted when the S1 signal is selected. When the transmittance of the mold light-shielding plate decreases and the S2 signal is selected, the transmittance of the partially-transmissive light-shielding plate increases, and desired control can be performed. Note that by increasing the number of selections of this signal, finer transmittance control can be performed.

図17は、虚像形成光学系の輝度制御の一実施例を示した回路図で、画像表示素子を構成する照明手段の輝度制御によるものである。上記に説明したフォトセンサー35からの検出信号は、アンプ51で増幅されてトランジスタ52に入力され、その入力電圧に応じて照明手段である蛍光灯53の駆動回路54の電圧を制御する。その結果、蛍光灯53はフォトセンサー35からの検出信号に応じてその輝度が制御され、すなわち、虚像形成光学系の輝度が制御される。   FIG. 17 is a circuit diagram showing an embodiment of the brightness control of the virtual image forming optical system, which is based on the brightness control of the illumination means constituting the image display element. The detection signal from the photo sensor 35 described above is amplified by the amplifier 51 and input to the transistor 52, and controls the voltage of the driving circuit 54 of the fluorescent lamp 53, which is illumination means, according to the input voltage. As a result, the luminance of the fluorescent lamp 53 is controlled in accordance with the detection signal from the photo sensor 35, that is, the luminance of the virtual image forming optical system is controlled.

なお、上記の2つの制御を併用する場合には、フォトセンサー35の検出信号の急激な変化を捕らえて、その検出方向が変化したと判断したり、あるいは使用者の頭部の動きを機械的に検出して、部分透過型遮光板の透過率または虚像形成光学系の輝度のいずれか一方の制御にフォトセンサー35の検出信号を用いるようにすればよい。   When the above two controls are used in combination, a sudden change in the detection signal of the photo sensor 35 is captured, and it is determined that the detection direction has changed, or the movement of the user's head is mechanically determined. The detection signal of the photosensor 35 may be used to control either the transmittance of the partial transmission type light shielding plate or the luminance of the virtual image forming optical system.

上記の各実施例において各構成要件は上記内容に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。   In each of the above embodiments, each component is not limited to the above content, and can be variously changed without departing from the spirit of the present invention.

本発明の動作原理を示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing the operation principle of the present invention. 図1における側面図。The side view in FIG. 本発明の切り換え手段を示す正面図。FIG. 2 is a front view showing the switching means of the present invention. 図3における側面図。The side view in FIG. 本発明の別の切り換え手段を示す正面図。FIG. 7 is a front view showing another switching means of the present invention. 図5における側面図。The side view in FIG. 本発明のさらに別の切り換え手段を示す斜視図。FIG. 9 is a perspective view showing still another switching means of the present invention. 図7における虚像形成光学系の固定方法の説明図。FIG. 8 is an explanatory diagram of a fixing method of the virtual image forming optical system in FIG. 7. 本発明の部分透過型遮光板の配置位置を説明するための平面図。FIG. 3 is a plan view for explaining an arrangement position of a partially transmitting type light shielding plate of the present invention. 本発明の部分透過型遮光板の大きさを説明するための模式図。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the size of the partially transmitting light-shielding plate of the present invention. 周辺照度と部分透過型遮光板の透過率との関係の実験結果を表す図。The figure showing the experimental result of the relation between the peripheral illuminance and the transmittance of the partial transmission type light shielding plate. 周辺輝度と虚像形成光学系の輝度との関係の実験結果を表す図。The figure showing the experimental result of the relation between the peripheral luminance and the luminance of the virtual image formation optical system. 本発明の虚像形成光学系の下方位置を説明するための図。FIG. 3 is a diagram for explaining a lower position of the virtual image forming optical system of the present invention. 虚像と入力手段等とを視認するときの距離の関係を示した図。The figure which showed the relationship of the distance at the time of visually recognizing a virtual image and input means. 本発明における虚像の水平方向の形成位置を説明するための図。FIG. 4 is a diagram for describing a horizontal formation position of a virtual image in the present invention. 本発明における部分透過型遮光板の透過率制御の一実施例を表し、(a)は回路図、(b)はその動作波形を示したタイミングチャート。4A and 4B show an embodiment of transmittance control of a partially transmitting light shielding plate according to the present invention, wherein FIG. 4A is a circuit diagram, and FIG. 4B is a timing chart showing operation waveforms. 本発明における虚像形成光学系の輝度制御の一実施例を表す回路図。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an embodiment of luminance control of a virtual image forming optical system according to the present invention.

符号の説明Explanation of reference numerals

1 装置本体
2 使用者
3 虚像形成光学系
4 部分透過型遮光板
5 テンプル
6 ヒンジ
7 液晶パネル
8 バックライト
9 画像表示素子
10 反射ミラー
11 レンズ
12 眼
13 光軸
14 虚像
15 軸
16 ネジ部
17 円筒部
18 ノブ
19 ヒンジ部
20 保持部
21 案内軸
22 軸
23 固定ネジ
24 溝
25 腕
26 腕
27 固定ネジ
28 固定つまみ
29 隙間
30 直交面
31 投影面
32 断面
33 死角領域
34 入力手段
35 フォトセンサー
36 方向
37 方向
38 使用者の顔面に対する垂直線
39 光軸
40 一重ハッチング
41 二重ハッチング
42 フォトダイオード
43 レンズ
44 アンプ
45 オペアンプ
46 抵抗
47 スイッチ
48 スイッチ
49 アンプ
50 液晶表示素子
51 アンプ
52 トランジスタ
53 蛍光灯
54 駆動回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Device main body 2 User 3 Virtual image formation optical system 4 Partially transmissive light shielding plate 5 Temple 6 Hinge 7 Liquid crystal panel 8 Backlight 9 Image display device 10 Reflection mirror 11 Lens 12 Eye 13 Optical axis 14 Virtual image 15 Axis 16 Screw part 17 Cylindrical Part 18 knob 19 hinge part 20 holding part 21 guide shaft 22 shaft 23 fixing screw 24 groove 25 arm 26 arm 27 fixing screw 28 fixing knob 29 gap 30 orthogonal plane 31 projection plane 32 cross section 33 blind spot area 34 input means 35 photo sensor 36 direction 37 direction 38 perpendicular line to user's face 39 optical axis 40 single hatching 41 double hatching 42 photodiode 43 lens 44 amplifier 45 operational amplifier 46 resistor 47 switch 48 switch 49 amplifier 50 liquid crystal display element 51 amplifier 52 transistor 53 fluorescent lamp Light 54 drive circuit

Claims (25)

画像表示素子及び該画像表示素子によって形成された画像を虚像拡大する拡大光学手段を備えた虚像形成光学系と、該虚像形成光学系を収納する装置本体と、該装置本体に取り付けられ、前記虚像形成光学系を使用者の略眼幅方向に移動自在に保持し、前記虚像形成光学系を使用者の左右の眼のいずれか一方に対応して配置するための切り換え手段を有し、前記虚像と使用者の眼とが形成する光軸と、使用者が水平方向を見たときの視線とがほぼ一致するように、前記画像表示素子及び前記拡大光学手段が配置された頭部装着型表示装置。   A virtual image forming optical system including an image display element and a magnifying optical unit for enlarging a virtual image of an image formed by the image display element, an apparatus main body that houses the virtual image forming optical system, and the virtual image attached to the apparatus main body, A switching unit for holding the forming optical system so as to be movable in a substantially eye width direction of a user and arranging the virtual image forming optical system in correspondence with one of left and right eyes of the user; And a head-mounted display in which the image display element and the magnifying optical means are arranged so that the optical axis formed by the user and the eyes of the user substantially matches the line of sight when the user looks in the horizontal direction. apparatus. 前記切り換え手段は、前記装置本体に空転保持され、使用者の略眼幅方向に延伸しネジ形状を有し、前記虚像形成光学系が螺着嵌合する軸からなる請求項1に記載の頭部装着型表示装置。   2. The head according to claim 1, wherein the switching unit is idled and held by the apparatus main body, extends substantially in the interpupillary direction of the user, has a screw shape, and includes a shaft into which the virtual image forming optical system is screwed and fitted. 3. Part-mounted display device. 前記切り換え手段は、使用者の略眼幅方向に延伸し略円筒形断面を有し、前記虚像形成光学系が摩擦嵌合する軸からなる請求項1に記載の頭部装着型表示装置。   The head-mounted display device according to claim 1, wherein the switching means has a substantially cylindrical cross-section extending in a direction substantially parallel to the user's eye width, and a shaft to which the virtual image forming optical system is friction-fitted. 前記切り換え手段は、使用者の略眼幅方向に形成され、前記虚像形成光学系が摩擦嵌合する溝からなる請求項1に記載の頭部装着型表示装置。   The head-mounted display device according to claim 1, wherein the switching means is formed substantially in the direction of the interpupillary distance of the user, and includes a groove into which the virtual image forming optical system is frictionally fitted. 前記虚像を視認する眼の他方の眼の前方に設けられ、透過率が1より小さい部分透過型遮光板を更に有する請求項1に記載の頭部装着型表示装置。   The head-mounted display device according to claim 1, further comprising a partially-transmitting light-shielding plate provided in front of the other eye for visually recognizing the virtual image and having a transmittance of less than 1. 前記部分透過型遮光板の透過率が3%以下である請求項5に記載の頭部装着型表示装置。   The head-mounted display device according to claim 5, wherein the transmittance of the partial transmission type light shielding plate is 3% or less. 前記部分透過型遮光板が、前記虚像形成光学系が配置された構造体の、使用者の顔面に対する前後方向の厚み内に配置される請求項5に記載の頭部装着型表示装置。   The head-mounted display device according to claim 5, wherein the partial transmission type light shielding plate is disposed within a thickness of the structure in which the virtual image forming optical system is disposed in a front-rear direction with respect to a user's face. 前記部分透過型遮光板の、前記虚像と使用者の眼の形成する光軸に対する直交面への投影面が、前記虚像形成光学系が形成する虚像視野領域の、前記直交面による断面と略相似形状であり、その面積が少なくとも同一である請求項5に記載の頭部装着型表示装置。   The plane of projection of the partial transmission type light shielding plate onto a plane orthogonal to the optical axis formed by the virtual image and the user's eye is substantially similar to a cross section of the virtual image field formed by the virtual image forming optical system, which is formed by the orthogonal plane. The head-mounted display device according to claim 5, wherein the head-mounted display device has a shape and has at least the same area. 前記部分透過型遮光板の透過率を、前記部分透過型遮光板の外表面側の周辺照度に応じて可変制御するための制御手段を更に有する請求項5に記載の頭部装着型表示装置。   6. The head mounted display according to claim 5, further comprising control means for variably controlling the transmittance of the partial transmission type light shielding plate according to the peripheral illuminance on the outer surface side of the partial transmission type light shielding plate. 前記部分透過型遮光板の透過率は、3%以下に制御される請求項9に記載の頭部装着型表示装置。   10. The head-mounted display device according to claim 9, wherein the transmittance of the partial transmission type light shielding plate is controlled to 3% or less. 前記部分透過型遮光板の透過率は、周辺照度が100lx以下のときに増大するように制御される請求項10に記載の頭部装着型表示装置。   The head-mounted display device according to claim 10, wherein the transmittance of the partial transmission type light shielding plate is controlled so as to increase when the peripheral illuminance is 100 lx or less. 前記部分透過型遮光板は偏光素子からなる請求項9に記載の頭部装着型表示装置。   The head-mounted display device according to claim 9, wherein the partial transmission type light shielding plate comprises a polarizing element. 前記部分透過型遮光板は、液晶表示素子あるいは、変形自在な樹脂の間に液晶を充填してなるフィルム型液晶表示素子からなる請求項9に記載の頭部装着型表示装置。   10. The head mounted display according to claim 9, wherein the partial transmission type light shielding plate comprises a liquid crystal display element or a film type liquid crystal display element in which liquid crystal is filled between deformable resins. 前記虚像形成光学系の輝度を、装着時における前記装置本体の下方でかつ使用者の手元の周辺輝度に応じて可変制御するための制御手段を更に有する請求項1に記載の頭部装着型表示装置。   2. The head mounted display according to claim 1, further comprising control means for variably controlling the luminance of the virtual image forming optical system below the apparatus main body at the time of mounting and according to the peripheral luminance at hand of a user. apparatus. 前記虚像形成光学系の輝度が、前記周辺輝度と略一致するように制御される請求項14に記載の頭部装着型表示装置。   15. The head mounted display according to claim 14, wherein the brightness of the virtual image forming optical system is controlled so as to substantially match the peripheral brightness. 本頭部装着型表示装置とキーボード等の視覚を要する入力手段との併用に際し、前記周辺輝度が前記入力手段上の輝度であり、前記虚像形成光学系の輝度が前記入力手段上の輝度と略一致するように制御される請求項14に記載の頭部装着型表示装置。   When the head-mounted display device is used in combination with an input means that requires vision such as a keyboard, the peripheral luminance is the luminance on the input means, and the luminance of the virtual image forming optical system is substantially equal to the luminance on the input means. 15. The head-mounted display device according to claim 14, wherein the head-mounted display device is controlled so as to match. 前記虚像形成光学系の輝度と前記周辺輝度とは、略比例関係になるように制御される請求項14に記載の頭部装着型表示装置。   15. The head mounted display according to claim 14, wherein the luminance of the virtual image forming optical system and the peripheral luminance are controlled so as to be in a substantially proportional relationship. 前記虚像形成光学系の輝度を可変制御するための制御手段は、画像表示素子を形成する照明手段の輝度制御からなる請求項14に記載の頭部装着型表示装置。   15. The head-mounted display device according to claim 14, wherein the control means for variably controlling the brightness of the virtual image forming optical system includes brightness control of a lighting means forming an image display element. 前記虚像形成光学系の輝度を可変制御するための制御手段は、偏光素子からなる請求項14に記載の頭部装着型表示装置。   15. The head mounted display according to claim 14, wherein the control means for variably controlling the brightness of the virtual image forming optical system comprises a polarizing element. 前記虚像形成光学系の輝度を可変制御するための制御手段は、液晶表示素子あるいは、変形自在な樹脂の間に液晶を充填してなるフィルム型液晶表示素子からなる請求項14に記載の頭部装着型表示装置。   15. The head according to claim 14, wherein the control means for variably controlling the brightness of the virtual image forming optical system comprises a liquid crystal display element or a film type liquid crystal display element in which liquid crystal is filled between deformable resins. Wearable display device. 前記虚像形成光学系の輝度を可変制御するための制御手段は、エレクトロクロミック素子からなる請求項14に記載の頭部装着型表示装置。   15. The head-mounted display device according to claim 14, wherein the control means for variably controlling the brightness of the virtual image forming optical system comprises an electrochromic element. 前記虚像形成光学系を配置した構造体の下方の視界の上端と、使用者が水平方向を見るときの視線とのなす角度が、鉛直方向において62゜以下である請求項1に記載の頭部装着型表示装置。   2. The head according to claim 1, wherein an angle between an upper end of a field of view below the structure on which the virtual image forming optical system is arranged and a line of sight when a user looks in a horizontal direction is 62 ° or less in a vertical direction. Wearable display device. 本頭部装着型表示装置とキーボード等の視覚を要する入力手段との併用に際し、使用者が前記虚像を知覚する距離と前記入力手段を視認する距離が略等しくなるように、前記画像表示素子及び前記拡大光学手段が配置された請求項1に記載の頭部装着型表示装置。   When the head-mounted display device is used in combination with an input means that requires vision, such as a keyboard, the image display element and the image display element so that the distance at which the user perceives the virtual image and the distance at which the input means are visually recognized are substantially equal. The head-mounted display device according to claim 1, wherein the magnifying optical unit is arranged. 前記虚像と使用者の眼とが形成する光軸と、使用者の顔面に対する垂直線とが水平方向においてなす角度が、輻輳方向をプラスとするときに−1゜〜+5゜、望ましくは0゜〜1゜となるように、前記画像表示素子及び前記拡大光学手段が配置された請求項1に記載の頭部装着型表示装置。   The angle between the optical axis formed by the virtual image and the user's eye and the vertical line to the user's face in the horizontal direction is -1 ° to + 5 ° when the convergence direction is plus, preferably 0 °. The head-mounted display device according to claim 1, wherein the image display element and the magnifying optical unit are arranged so as to satisfy ゜ 1 ゜. 前記装置本体の下側に照度(輝度)検出手段を、使用者の虚像視認時と入力手段視認時とにおける該使用者の頭部の動きに応じて、それぞれ前記部分透過型遮光板の外表面側の周辺照度と、前記装置本体の下方でかつ使用者の手元の周辺輝度とを検出すべく配置し、前記部分透過型遮光板の外表面側の周辺照度に応じて前記部分透過型遮光板の透過率を、及び(あるいは)前記周辺輝度に応じて前記虚像形成光学系の輝度を、請求項11及び(あるいは)請求項17に記載の関係で自動調整することを特徴とする、請求項9または14に記載の頭部装着型表示装置。   An illuminance (luminance) detecting means is provided below the main body of the apparatus, and an outer surface of the partially transmitting light-shielding plate is provided in accordance with the movement of the user's head when the user views the virtual image and the input means. Side partial illuminance and the peripheral illuminance below the apparatus main body and at the user's hand are arranged to detect the peripheral illuminance. 18. The transmittance of (i) and / or the brightness of the virtual image forming optical system according to the peripheral brightness are automatically adjusted according to the relationship described in (11) and / or (17). 15. The head-mounted display device according to 9 or 14.
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