JP2006033011A - 映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外界の視野角が大きく、映像の質の低下を伴うことなく左右の光軸調整を行い得る小型軽量の映像表示装置を提供する。
【解決手段】 映像表示装置(1)は、左右の光学モジュール(10L,10R)とそれらを連結するブリッジ(21)を有する。各光学モジュールは、提供する映像を表示する表示部と、表示部を収容した筐体(11L,11R)と、表示部からの光が表す映像の拡大虚像を提供する観察光学系(13L,13R)を含む。各観察光学系は、表示部からの光を回折反射する体積位相型のホログラム素子と、表示部からの光を内部で全反射してホログラム素子に導く透明板より成る。各光学モジュールとブリッジとの間に、光学モジュールの向きを可変にする向き可変機構を備えて、光学モジュール全体の向きを変えることにより、光軸調整を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、外界を観察可能にしながら、表示した映像の虚像を観察される外界に重ねて左右両眼に提供する映像表示装置に関する。

頭部に装着されて、または手で保持されて、眼前にて使用される個人用の映像表示装置が普及しつつある。このような映像表示装置は、小型軽量であることが望ましく、小さな表示素子と、その表示素子に表示した映像の拡大虚像を提供する観察光学系とで構成するのが一般的である。また、例えば特開２０００−１９４５０号にて提案されているように、観察光学系を介して外界を観察できるようにして、日常生活での使用に適するようにすることが行われている。
特開２０００−１９４５０号公報

個人用の映像表示装置は、表示素子と観察光学系を１組のみ備えて、左眼または右眼のみに映像（虚像）を提供する構成とすることができるし、表示素子と観察光学系を２組備えて、左右両眼に映像を提供する構成とすることもできる。表示素子と観察光学系を２組備えて左右両眼に映像を提供する構成では、輻輳を可変にすることも行われている。例えば、特開平６−４３４４６号では、映像表示装置を眼鏡型とするとともに、そのブリッジ部にて輻輳を調節することが提案されている。
特開平６−４３４４６号公報

表示素子と観察光学系を２組備える構成では、部品の製造誤差等によって左右の光軸に相対的な誤差が生じることがあり、輻輳調節のためだけでなく、光軸の誤差を除去するために、光軸の方向を調整できるようにするのが好ましい。光軸の方向を調整し得るようにした従来の映像表示装置の例を図１２と図１３に示す。

図１２の映像表示装置は、観察光学系を移動させることによって、左右の光軸の成す角度を調整するようにしたものである。図１２において、９１Ｌ、９１Ｒは左右の映像を表示する液晶表示器等の表示素子、９２Ｌ、９２Ｒは左右の観察光学系を成すレンズ、９３Ｌ、９３Ｒは表示素子９１Ｌ、９１Ｒを照明する照明光を発する発光ダイオード等の光源、９４Ｌ、９４Ｒは光源９３Ｌ、９３Ｒからの照明光を表示素子９１Ｌ、９１Ｒに均一に導くための集光レンズ、ＥＬ、ＥＲは左右の光学瞳である。この例では、左眼用のレンズ９２Ｌを距離δ１だけ移動させて光軸調整をしており、調整後にも光を左光学瞳ＥＬに導き得るようにするために、光束径β１を、光軸を固定した構成における光束径α１よりも大きくしている。

図１３の映像表示装置は、表示素子を移動させることによって、左右の光軸の成す角度を調整するようにしたものである。図１３において、９５Ｌ、９５Ｒは左右の映像を表示する液晶表示器等の表示素子、９６Ｌ、９６Ｒは左右の観察光学系を成すレンズ、９７Ｌ、９８Ｒは表示素子９５Ｌ、９５Ｒを照明する照明光を発する光源、ＥＬ、ＥＲは左右の光学瞳である。この例では、左眼用の表示素子９５Ｌと光源９７Ｌをδ２だけ移動させて光軸調整をしており、調整後にも光を左光学瞳ＥＬに導き得るようにするために、やはり、光束径β２を、光軸を固定した構成における光束径α２よりも大きくしている。

このように左右の光軸の相対的な向きを調整可能とすることで、部品精度の誤差等に起因して左右の眼に提供する映像の位置や向きにずれが生じたときでも、そのずれを除去することが可能になり、使用者の眼にかかる負担の少ない日常生活での使用に好適な映像表示装置となる。

ところが、図１２に示した装置では、レンズを移動させるための機構が必要である上、大きな光束径を確保する必要があるため、表示素子、光源等を収容する筐体が大きくなり、重くなってしまう。しかも、筐体の大型化は、観察し得る外界の範囲（視野角）を狭めることになり、日常生活での使用に支障をきたす。さらに、光軸調整後にレンズと表示素子の位置関係が設計値から大きくずれてしまい、その結果、収差が大きくなって、提供する映像の質の低下を招き易い。

図１３に示した装置では、表示素子と光源とを移動させるための機構が必要になって、やはり、これらを収容する筐体が大きくなり、重くなってしまう。また、筐体の大型化により、外界の視野が狭くなる。さらに、大きな光束径を確保するために、提供する映像の明るさが低下し易い。レンズと表示素子の位置関係が設計値から大きくずれて、収差による映像の質の低下が生じるという問題もある。

なお、前述の特開平６−４３４４６号公報には、輻輳調節を行うことについては言及されているものの、輻輳を調節するための具体的構成は記載されていない。また、観察し得る外界の範囲が提供する映像に対応する部分のみの構成であるため、日常生活での使用にはあまり適していない。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、外界の視野角が大きく、映像の質の低下を伴うことなく光軸調整を行い得る小型軽量の映像表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、観察者の左右の眼に映像を提供する映像表示装置は、左眼に提供する映像を表示する左表示部と、左表示部を収容する左筐体と、左眼での外界の観察を可能にするとともに、左表示部からの光を左眼に導いて、左表示部が表示した映像の虚像を、観察される外界の一部に重ねて提供する左光学系より成る左光学モジュールと、右眼に提供する映像を表示する右表示部と、右表示部を収容する右筐体と、右眼での外界の観察を可能にするとともに、右表示部からの光を右眼に導いて、右表示部が表示した映像の虚像を、観察される外界の一部に重ねて提供する右光学系より成る右光学モジュールと、左光学モジュールと右光学モジュールを連結する連結部と、左光学モジュールと連結部の間と右光学モジュールと連結部の間とに設けられ、左光学モジュールと右光学モジュールの向きを可変にする向き可変機構を備える構成とする。

この映像表示装置では、左眼に映像を提供する左光学モジュールの光軸と右眼に映像を提供する右光学モジュールの光軸の調整を、光学モジュール全体の向きを変えることにより行う。したがって、光軸調整を行っても、各光学モジュールに含まれる表示部と光学系との相対位置には変動が生じない。このため、収差が発生せず、質の高い映像を提供することが可能であり、光束径を大きくする必要もないから、明るい映像を提供することができる。また、表示部や光学系の一部を移動させる機構を筐体に収容する必要がなく、筐体が小型軽量になる。筐体により外界の視野角が小さくなるのも防止される。

向き可変機構が、連結部に対する左光学モジュールと右光学モジュールの方向をそれぞれ定める２つの方向設定面を規定し、方向設定面の角度が可変である構成とすることができる。このようにすると、向き可変機構を小さくすることができて、向き可変機構が外界の視野角に影響するのを避けることができる。

ここで、向き可変機構が、連結部に接する第１の面と、第１の面に対向し第１の面に対して傾斜した第２の面を有し、第１の面に沿って回転可能な第１の傾斜板状部材と、第１の傾斜板状部材の第２の面に接する第１の面と、第１の面に対向し第１の面に対して傾斜した第２の面を有し、第１の面に沿って回転可能な第２の傾斜板状部材より成り、第２の傾斜板状部材の第２の面で方向設定面を規定する構成とするとよい。この構成では、第１、第２の傾斜板状部材を個別に回転させることにより、光学モジュールの向きを任意の方向に変化させることが可能である上、傾斜板状部材の回転角度で向きの変化量が定まるため、光軸調整を容易に行うことができる。また、構成部品が少なく、しかも単純な形状であるため、コストが抑えられ、信頼性も高くなる。

第１の傾斜板状部材の第１の面に対する第２の面の傾斜度と、第２の傾斜板状部材の第１の面に対する第２の面の傾斜度を等しくするとよい。このようにすると、第１の傾斜板状部材と第２の傾斜板状部材を、同じ向きまたは逆向きに傾斜した状態から、逆方向に等しい角度回転させることにより、光学モジュールの向きを一方向にのみ変化させることが可能になる。したがって、光軸調整がきわめて容易になる。

向き可変機構が、左光学モジュールの向きを第１の方向に変化させ、右光学モジュールの向きを第１の方向に対して垂直な第２の方向に変化させるようにすることもできる。このようにすると、左右の光学モジュールの光軸を同一平面上に位置させ、平面上での両光軸の成す角を任意に設定することが容易になる。

また、左光学系と右光学系がそれぞれ左表示部と右表示部からの光を内部で全反射して進行させるとともに外界からの光を透過させる透明板状部材を含むようにするとよい。外界の視野角を広くすることができる上、表示部からの光と外界からの光を眼に導くためにハーフミラー等の半透過性光学部材を用いる必要がないため、観察される外界や映像が暗くなるのを避けることができる。

左光学系と右光学系がそれぞれ左表示部と右表示部からの光を反射して虚像を提供する体積位相型ホログラム素子を含むようにするとよい。透過率が高いという特徴を有する体積位相型ホログラム素子を用いることにより、観察される外界のうち映像（虚像）に重なる部分が暗くなるのを避けることができる。

左光学モジュールと右光学モジュールを連結して、連結部による連結を補強するとともに、向き可変機構による左光学モジュールと右光学モジュールの変位を吸収する連結補強部を備えるようにしてもよい。連結に複数の部材を用いることで、左右の光学モジュールを強固に固定しながら、小型軽量化を実現することができる。また、連結補強部は変位を吸収するので、光軸調整には影響し難い。

観察者の頭部に装着するための装着部を備え、頭部に装着されたときに、左光学モジュールと右光学モジュールがそれぞれ左眼と右眼の直前に位置する構成とするとよい。装着部を備えることで、映像を観察しながら両手を自由に使うことが可能になり、日常での使用に適する。

ここで、装着部が、左光学モジュールに取り付けられ左側頭部で支持される左テンプルと、右光学モジュールに取り付けられ右側頭部で支持される右テンプルと、鼻で支持される鼻当てとを含む眼鏡型であり、頭部に装着されたときに、連結部が左眼と右眼の間の直前に位置するようにするとよい。着脱が容易な装置になる上、向き可変機構が外界の観察の妨げになり難い。

本発明の映像表示装置は、光学モジュール全体の向きを変えることによって光軸調整を行うため、光軸調整を行っても、表示部と光学系の相対位置は変動せず、確実に明るく質の高い映像を提供することができる。また、小型軽量であり、観察し得る外界の視野角も大きい。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。第１の実施形態の映像表示装置１を図１に示す。図１において、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図である。映像表示装置１は、全体として概ね左右対称な眼鏡型の形状をしており、使用者（観察者）の頭部に装着されて使用される。映像表示装置１は、使用者の両眼に映像を提供するものであり、左右の眼への映像提供のために同一の機能を有する構成要素を対としていくつか備えている。以下の説明では、左右を示す「Ｌ」または「Ｒ」を末尾に加えた同一の符号で、対を成す構成要素を区別して表し、また、「Ｌ」および「Ｒ」を除いた同じ符号で、対を成す構成要素をまとめて表す。

映像表示装置１は、左右の映像表示部１２Ｌ、１２Ｒ（図２参照）を収容した左右の筐体１１Ｌ、１１Ｒ、映像表示部１２Ｌ、１２Ｒからの映像光を観察者の左右の眼に導いて映像を提供する左右の観察光学系１３Ｌ、１３Ｒ、および、観察光学系１３Ｌ、１３Ｒに接合された左右の透明板１４Ｌ、１４Ｒを備えている。筐体１１Ｌ、映像表示部１２Ｌ、観察光学系１３Ｌ、透明板１４Ｌは一体化されて左光学モジュール１０Ｌを構成しており、筐体１１Ｒ、映像表示部１２Ｒ、観察光学系１３Ｒ、透明板１４Ｒも一体化されて右光学モジュール１０Ｒを構成している。

映像表示装置１は、このほか、左右の光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒを連結するブリッジ２１、光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒに固定された左右のフレーム２２Ｌ、２２Ｒ、ヒンジを介して回動可能にフレーム２２Ｌ、２２Ｒに取り付けられた左右のテンプル２３Ｌ、２３Ｒ、ブリッジ２１に取り付けられた左右の鼻当て２４Ｌ、２４Ｒ、左右の映像表示部１２Ｌ、１２Ｒに電力、制御信号および映像信号を供給するためのケーブル１５、ケーブル１５を介して映像表示部１２Ｌ、１２Ｒの動作を制御する制御部（不図示）を備える。なお、フレーム２２Ｌ、２２Ｒは、観察光学系１３Ｌ、１３Ｒのうち、後述する透明板１３ａ（図２）の映像提供に関与しない縁部に取り付けられており、ブリッジ２１も同様である。

使用者の頭部に装着された状態では、テンプル２３Ｌ、２３Ｒが左右の側頭部で支持され、鼻当て２４Ｌ、２４Ｒが鼻の側部で支持されて、左右の観察光学系１３Ｌ、１３Ｒがそれぞれ左右の眼の直前に位置し、筐体１１Ｌ、１１Ｒが観察光学系１３Ｌ、１３Ｒの上方に、透明板１４Ｌ、１４Ｒが観察光学系１３Ｌ、１３Ｒの下方にそれぞれ位置する。また、ブリッジ２１が左右の眼の間の直前に位置する。

観察光学系１３Ｌ、１３Ｒと透明板１４Ｌ、１４Ｒは、外界からの光を透過させて眼に導くことが可能であり、映像表示装置１を装着した使用者は、観察光学系１３Ｌ、１３Ｒまたは透明板１４Ｌ、１４Ｒを介して外界を観察することができる。観察光学系１３Ｌ、１３Ｒはそれぞれ、映像表示部１２Ｌ、１２Ｒからの光を反射して光学瞳ＥＬ、ＥＲに導くとともに、映像表示部１２Ｌ、１２Ｒからの光が表す映像の拡大虚像を提供する。使用者は、光学瞳ＥＬ、ＥＲを介して、観察中の外界の一部に重なる虚像を観察することができる。なお、鼻当て２４Ｌ、２４Ｒは左右方向に移動可能であり、鼻当て２４Ｌ、２４Ｒの移動によって左右の光学瞳ＥＬ、ＥＲを使用者の左右の眼に合わせることができる。

図１（ａ）の線Ａ−Ａ’での光学モジュール１０の断面を図２に示す。筐体１１には、映像を表示する表示素子１２ａ、表示素子１２ａを照明するための照明光を発する光源１２ｂ、光源１２ｂからの照明光を拡散する拡散板１２ｃ、照明光を集光する集光レンズ１２ｄより成る映像表示部１２が収容されている。表示素子１２ａは、透過型の液晶表示器であり、与えられる照明光を表示した映像によって変調して、映像を表す映像光を生成する。光源１２ｂは、ＲＧＢ一体の発光ダイオードである。

拡散板１２ｃは、方向によって拡散度が異なる異方性を有するもので、光源１２ｂからの照明光を、左右方向に長い長方形である表示素子１２ａの形状に合うように、拡散する。拡散板１２ｃによる光の拡散角度は、左右方向については約４０゜、上下方向については約０．５゜である。集光レンズ１２ｄは、拡散板１２ｃによって拡散された光が表示素子１２ａを透過して効率よく光学瞳Ｅを形成するように、配置されている。

観察光学系１３は、透明板１３ａと体積位相型ホログラム素子１３ｂより成る。透明板１３ａは、可視光の波長帯域全体にわたって高い透過率を有する材料で作製されている。透明板１３ａの後面（眼に近い面）は平面であり、前面（眼から遠い面）も、上部と下部を除いて平面であり、後面と平行である。透明板１３ａの前面の上部は、上端に近づくほど後面から離れるように設定されており、透明板状板１３ａの上端部は上が広いくさび状となっている。筐体１１はこのくさび状の部分に固定されている。

透明板１３ａの前面の下部は、下端に近づくほど後面に近づくように設定されており、下端で後面と交わる。すなわち、前面の下部が透明板１３ａの下端面となっており、下端面は後面に対して傾斜している。なお、透明板１３ａの上部と下部を除く部分の厚さは３ｍｍ程度である。

表示素子１２ａからの光は、透明板１３ａの上端面を透過して透明板１３ａの内部に入り、透明板１３ａの後面と前面で全反射されながら下方に向かって進み、透明板１３ａの下端面に達する。

体積位相型ホログラム素子１３ｂは、透明板１３ａの下端面に貼り付けられており、透明板１３ａの内部を通って入射する表示素子１２ａからの光を回折により反射して、透明板１３ａの後面より出射させるとともに、光学瞳Ｅにおいて光が表す映像の拡大虚像を観察し得るように設定されている。光学瞳Ｅからの虚像までの距離は、例えば１ｍである。

一般に、ホログラム素子は、光の回折を利用した素子であるため、波長選択性が高く、設計波長を中心とする略２０ｎｍの波長幅の光のみに作用する。映像表示装置１では、光源１２ｂが発するＲ、Ｇ、Ｂの各照明光の中心波長を４６５ｎｍ、５２０ｎｍ、および６３５ｎｍとしており、したがって、映像光の中心波長もこれらの値となっている。体積位相型ホログラム素子１３ｂはこれらの波長の光でホログラム感光材料を露光することにより作製されており、体積位相型ホログラム素子１３ｂが反射する光の波長は４６５±１０ｎｍ、５２０±１０ｎｍ、および６３５±１０ｎｍである。外界からの光は、これらの波長帯域以外、全て体積位相型ホログラム素子１３ｂを透過する。

前述の透明板１４は、観察光学系１３の透明板１３ａの傾斜した下端面での外界からの光の屈折を防止するためのもので、透明板１３ａの下端面に接合されており、透明板１３ａと共に平行平板を構成する。体積位相型ホログラム素子１３ｂは、透明板１３ａと透明板１４とで挟まれた状態となっている。透明板１４は透明板１３ａと同じ材料で作製されており、両者の屈折率は等しい。

上記のように構成されている観察光学系１３は、表示素子１２ａからの光を損失なく光学瞳Ｅに導くことが可能であり、明るい映像を提供することができる。また、観察光学系１３と透明板１４は、外界からの光のほとんど全てを透過させるため、観察させる外界も明るい。なお、ここでは、映像（虚像）が外界の一部に重なって観察されるようにしているが、映像をより観察し易くするために、外界からの光の一部を遮断して、その遮光部に映像が重なるようにしてもよい。

筐体１１は、映像表示部１２とその駆動回路（不図示）を収容するに足る最小限の大きさに設定されており、また、透明板１３ａの上端部から前方かつ上方に向かうように配置されている。したがって、筐体１１によって遮られる外界の範囲は狭い。図３に、外界の視野を示す。図３において、斜線を付した範囲が筐体１１によって遮られる部分であり、その上下方向の角度は３０゜程度である。映像表示装置１では、外界の視野角は、上下方向については約７０゜、左右方向については約９０゜である。また、映像（虚像）の視野角は、上下方向については約１０゜、左右方向については約１４゜である。

なお、外界の視野はブリッジ２１やフレーム２２Ｌ、２２Ｒによっても遮られるが、これらによって遮られる範囲は狭く、映像表示装置１では、観察光学系１３Ｌ、１３Ｒや透明板１４Ｌ、１４Ｒを介さずに観察される範囲まで含めると、通常視野（映像表示装置１を装着しないときの視野）の８０％以上の視野が確保されている。

ブリッジ２１と、左右の光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒとの間には、各光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒの向きを可変とする向き可変機構が設けられている。各光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒの向きを変えることにより、それらの光軸ＡＸＬ、ＡＸＲの方向を調整することができる。

左光学モジュール１０Ｌの向き可変機構２５とその周辺を図４に示す。図４において、（ａ）は正面図、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ（ａ）の線Ｂ−Ｂ’および線Ｃ−Ｃ’での断面図である。向き可変機構２５は、対向する２つの面が互いに傾斜し（つまり非平行で）、それらの面に対して略垂直な方向から見て円形の２つの板状部材２５ａ、２５ｂから成る。これらの傾斜板状部材２５ａ、２５ｂの対向する２面の傾斜の度合いは等しい。ブリッジ２１の後面には、左光学モジュール１０Ｌ寄りの端部付近に、正面から見て円形の凹部２１ａが形成されており、２つの傾斜板状部材２５ａ、２５ｂは重ねて凹部２１ａに入れられている。

傾斜板状部材２５ａの前面（凹部２１に対する下面）は凹部２１ａの底面に接しており、傾斜板状部材２５ａの後面と傾斜板状部材２５ｂの前面は互いに接している。凹部２１ａの深さは、傾斜板状部材２５ａ、２５ｂを重ねた厚さよりも小さく、傾斜板状部材２５ｂの後部は凹部２１ａからやや突出している。この凹部２１ａから突出した傾斜板状部材２５ｂの後面に、左観察光学系１３Ｌの透明板１３ａの縁部の前面が接している。透明板１３ａの向き（左光学ユニット１０Ｌの向き）は傾斜板状部材２５ｂの後面の向きによって定まる。

ブリッジ２１には、凹部２１ａの上方と下方に、２つのねじ受け孔２１ｂが形成されており、左観察光学系１３Ｌの透明板１３ａの縁部には、２つのねじ受け孔２１ｂに対応する位置に、ねじ２６を挿通するための２つの貫通孔１３ｃが形成されている。また、２つのねじ受け孔２１ｂに対応する位置に貫通孔２７ａが形成された押さえ板２７が、透明板１３ａの後面に接するように配置されている。透明板１３ａの前面が傾斜板状部材２５ｂの後面に接した状態で、ねじ２６を、押さえ板２７の貫通孔２７ａと透明板１３ａの貫通孔１３ｃを通して、ブリッジ２１のねじ受け孔２１ｂに係合させて、軽く締め付けることにより、透明板１３ａはブリッジ２１に固定されている。

押さえ板２７は、ねじ２６に対する透明板１３ａの傾きを補正して、透明板１３ａを傾斜板状部材２５ｂの後面に密接させるためのもので、透明板１３ａに接する前面には凸部２７ｂが設けられている。押さえ板２７の前面は、凸部２７ｂとその反対側の部位で透明板１３ａに接し、押さえ板２７の後面は全体がねじ２６の頭に接する。ブリッジ２１の後面のねじ孔２１ｂ近傍にも凸部２１ｃが設けられている。この凸部２１ｃは、ねじ２６を締める際に、一方のねじ２６によって透明板１３ａが不要に沈み込んで傾くむのを防止するためのものである。

ねじ２７を外した状態では、傾斜板状部材２５ａ、２５ｂは凹部２１ａ内で回転可能である。傾斜板状部材２５ａ、２５ｂを回転させることにより、傾斜板状部材２５ｂの後面の傾斜方向が変わり、傾斜板状部材２５ｂの後面によって定まる左光学モジュール１０Ｌの向きも変わる。２つの傾斜板状部材２５ａ、２５ｂを個別に回転させることで、左光学モジュール１０Ｌを任意の方向に向けることができる。

向き可変機構２５は、上述のように、左光学モジュール１０Ｌの向きを任意の方向に設定し得るが、映像表示装置１では、左光学モジュール１０Ｌの向きを左右方向（図４（ａ）のｘ軸方向）のみに変化させ、後述するように、右光学モジュール１０Ｒの向きを上下方向のみに変化させるようにしている。押さえ板２７の凸部２７ｂとブリッジ２１の凸部２１ｃは、左光学モジュール１０Ｌの向きを左右方向に変化させるのに適する位置に設けられている。

左光学モジュール１０Ｌの向きの設定方法を図５を参照して説明する。なお、図５（ａ）〜（ｃ）においては、向き可変機構２５の正面図を下部に上面図を上部に示しており、図５（ａ）では側面図も示している。

まず、２つの傾斜板状部材２５ａ、２５ｂを、上下方向（図４（ａ）のｙ軸方向）に傾斜し、かつ互いの傾斜方向が逆になるように設定する。図５（ａ）はこの状態を表したものである。このとき、傾斜板状部材２５ａの前面と傾斜板状部材２５ｂの後面は平行になる。

この状態から、傾斜板状部材２５ａ、２５ｂを互いに逆方向に４５゜回転させると、図５（ｂ）の状態となる。傾斜板状部材２５ａ、２５ｂの対向する２面の成す角をθとすると、このとき、傾斜板状部材２５ａの前面と傾斜板状部材２５ｂの後面の成す角は、左右方向（ｘ軸方向）についてはθ×√２（２の平方根）となり、上下方向（ｙ軸方向）については０となる。ここで、傾斜板状部材２５ａの前面と傾斜板状部材２５ｂの後面の成す角が上下方向について０になるのは、傾斜板状部材２５ａ、２５ｂの回転方向が逆で回転量が同じであるため、両者の傾斜が相殺されるからである。

図５（ａ）の状態から、傾斜板状部材２５ａ、２５ｂを互いに逆方向に９０゜回転させると、図５（ｃ）の状態となる。このとき、傾斜板状部材２５ａの前面と傾斜板状部材２５ｂの後面の成す角は、左右方向（ｘ軸方向）については最大のθ×２となり、上下方向（ｙ軸方向）についてはやはり０となる。

つまり、傾斜板状部材２５ａ、２５ｂを逆向きに同じ角度回転させることで、左光学モジュール１０Ｌの向きの変化を一方向に限ることができ、その回転角を調節することで左光学モジュール１０Ｌの向きの変化量を０から最大のθ×２までの範囲で任意に設定することができる。

右光学モジュール１０Ｒの向き可変機構２８とその周辺を図６に示す。図６において、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。向き可変機構２８は、環状の部材２８ａから成る。右光学モジュール１０Ｒは、右観察光学系１３Ｒの透明板１３ａの映像提供に関与しない縁部に２つの貫通孔を設け、それらの貫通孔にねじ２９を通して、ブリッジ２１に設けたねじ受け孔にねじ２９を係合させて、軽く締め付けることにより、ブリッジ２１に固定される。環状部材２８ａは、一方のねじ２９に挿通され、かつ、透明板１３ａとブリッジ２１との間に位置する。２つのねじ２９は上下方向（図６（ｂ）のｙ軸方向）に並べて配置されている。

透明板１３ａの前面は、ブリッジ２１の後面の下端部と、ブリッジ２１に接した環状部材２８ａの下端部に接して、ブリッジ２１の後面に対して傾斜する。つまり、図７に示すように、環状部材２８ａはブリッジ２１と共に、右観察光学系１３Ｒの透明板１３ａの向き（右光学モジュール１０Ｒの向き）を定める平面２８ｐを規定し、環状部材２８ａの厚さｔによって、ブリッジ２１の後面と平面２８ｐの成す角θ’が定まる。環状部材２８ａとして、厚さｔの異なるもの用いることで、右光学モジュール１０Ｒの向きの変化量を任意に設定することができる。透明板１３ａが接するブリッジ２１の下端部と環状部材２８ａの下端部は上下方向に並んでいるため、右光学モジュール１０Ｒの向きは上下方向にのみ可変である。

適度な厚さの環状部材２８ａを１つ用いることに代えて、複数の環状部材２８ａを重ねて用いて、環状部材２８ａの数および個々の厚さで、全体としての厚さｔを調節するようにしてもよい。また、ここでは２つのねじ２９のうち上方に位置するものを環状部材２８ａに挿通した例を示したが、２つのねじ２９のうち下方に位置するものを環状部材２８ａに挿通してもよい。

向き可変機構２８の変形例を図８に示す。この向き可変機構２８は、端部が後方（透明板１３ａ側）に突出するようにブリッジ２１に取り付けられた２つのねじ２８ｂより成る。これらのねじ２８ｂは上下方向に並べて設けられている。２つのねじ２８ｂの突出量を変えることにより、右光学モジュール１０Ｒの向きを上下方向に任意に変化させることができる。

上述のように、向き可変機構２５は左光学モジュール１０Ｌの向きを左右方向にのみ変化させ、向き可変機構２８は右光学モジュール１０Ｒの向きを上下方向にのみ変化させる設定であるから、左右の光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒの光軸の相対的な向きを調整することは容易である。左右の光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒの構成要素の誤差により、両者の光軸がねじれた位置関係にあるときでも、向き可変機構２８によって右光学モジュール１０Ｒの向きを調整することで、左右の光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒの光軸を同一平面上に位置させることができ、その状態で向き可変機構２５によって左光学モジュール１０Ｌの向きを調整することで、左右の光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒの光軸の成す角を任意に定めることができる。例えば、左右の光軸の成す角を３．５゜に設定すれば、約１ｍ先の映像を観察する輻輳角となる。

なお、図８に示した向き可変機構２８にもう１つねじ２８ｂを加えて、３つのねじ２８ｂが同一直線上に位置しない設定とすれば、右光学モジュール１０Ｒの向きを任意の方向に変えることも可能になる。

映像表示装置１では、左右の光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒの光軸の調整を行うために、光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒ全体の向きを変えるため、映像表示部１２と観察光学系１３の相対位置を変化させる必要がない。したがって、収差が発生し難く、質の高い映像を提供することができる。しかも、映像表示部１２から光の光束径を大きくする必要がないので、明るい映像を提供することが可能であり、また、観察光学系１３の透明板１３ａを薄くすることができて、小型軽量の装置となる。さらに、向き可変機構２５、２８が、小型であるため、外界の視野角に影響し難く、広い視野角を確保することができる。

第２の実施形態の映像表示装置２について説明する。この映像表示装置２は第１の実施形態の映像表示装置１を修飾して、左右の光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒをより強固に固定するようにしたものである。他の構成は映像表示装置１と同様であり、同一の構成要素は同じ符号で表して、重複する説明は省略する。

左右の光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒを連結するブリッジ２１の周辺を図９に示す。図９において、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図である。ブリッジ２１の後方には、第２のブリッジ３０が設けられている。第２のブリッジ３０を図１０に示す。図１０において、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図である。第２のブリッジ３０は、正面から見て「Ｈ」字状であり、ねじ３１により、左右両端部の上下両端部で、左右の観察光学系１３Ｌ、１３Ｒの透明板１３ａの縁部に固定されている。なお、第２のブリッジ３０の中央部は、使用者の鼻に接しないようにするために、途中で前方に屈曲した形状とされている。

このように複数の部材で左右の光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒを連結することで、使用時における光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒの光軸の方向の変動が抑えられる。特に、ブリッジ２１が前方から左右の光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒを固定するのに対して、第２のブリッジ３０は後方から左右の光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒを固定するので、光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒの光軸を左右方向に傾倒させる力に対して強い。例えば、左右のテンプル２３Ｌ、２３Ｒ（図１参照）を広げる力が加わると、左右の光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒの光軸は前方が内側を向くように傾倒しがちであるが、そのような傾倒が抑えられる。

第２のブリッジ３０の水平部分の両端付近の幅（上下方向の大きさ）は中央部よりも小さく設定されている。この幅の狭い部位３０ａは、他の部位に比べて前後に撓み易く、また、ねじれ易い。向き可変機構２５、２８による向きの調整では、左右の光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒの位置や向きが多少変化するが、図１０（ｂ）に矢印Ｄ１で示すような変位や、図１０（ｃ）に矢印Ｄ２で示すような変位が生じたときには、幅の狭い部位３０ａが撓んだりねじれたりすることにより、それらの変位を吸収することができる。このため、第２のブリッジ３０は、向き可変機構２５、２８による向き調整後の光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒのブリッジ２１への固定の妨げにはならない。

また、第２のブリッジ３０は金属製であり、幅の狭い部位３０ａを含めて、圧縮や伸張に対して強い。したがって、使用時における光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒの光軸の左右方向の傾倒を抑える機能は高い。

第３の実施形態の映像表示装置３の光学モジュール１０を図１１に示す。この映像表示装置３は、映像表示部１２と観察光学系１３の構成が、第１、第２の映像表示装置１、２と異なる。映像表示部１２は、液晶表示器から成る表示素子１２ａと、発光ダイオードと導光板とを組み合わせた光源１２ｂより成る。また、観察光学系１３は、前面（眼から遠い面）と後面（眼に近い面）が共に曲面の透明板１３ａと、透明板１３ａの前面に設けられた体積位相型ホログラム素子１３ｂより成る。

表示素子１２ａからの光は、上端面より透明板１３ａに入って、その後面で全反射されて、ホログラム素子１３ｂに達する。ホログラム素子１３ｂは光を回折により反射して、透明板１３ａの後面より出射させるとともに、光学瞳Ｅにおいて光が表す映像の拡大虚像を観察し得るように設定されている。観察光学系１３の透明板１３ａの前面には、透明板１４が接合されており、この透明板１４の前面は、透明板１３ａと透明板１４とを介して観察される外界に歪みが生じないようにするために、透明板１３ａの後面に応じた曲面とされている。

表示素子１２ａからの光は、ホログラム素子１３ｂに達するまでは、透明板１３ａの後面で１回全反射されるのみで、透明板１３ａの前面（透明板１４との接合面）には入射しない。したがって、映像を表す光が透明板１４を透過して失われることはない。なお、透明板１３ａ、１４の前面と後面は、球面とすることも、自由曲面とすることもできる。

映像表示部１２と観察光学系１３を除く映像表示装置３の構成は、第１の実施形態の映像表示装置１または第２の実施形態の映像表示装置２と同じであり、映像表示装置３においても、左右の光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒの光軸の調整は、光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒ全体の向きを変えることにより行われる。

なお、上記の各実施形態では、左光学モジュール１０Ｌ用の向き可変機構２５と右光学モジュール１０Ｒ用の向き可変機構２８とを異なる構成としたが、左右の光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒの向き可変機構として、同一構成のもの、例えば向き可変機構２５を採用することも可能である。また、ここでは、左右の光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒの向きをそれぞれ一方向のみに変化させるようにしたが、各光学モジュール１０Ｌ、１０Ｒの向きを任意の方向に変化させるようにしてもよい。向き可変機構２５でこれを実現する場合、２つの傾斜板状部材２５ａ、２５ｂの傾斜度を必ずしも等しくする必要はない。

映像を表示する表示素子１２ａとしては、各実施形態で示した液晶表示器に限らず、他の素子を用いてもよい。例えば、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）、発光ダイオードアレイ等の自己発光型のものを用いることができる。

第１の実施形態の映像表示装置の外観を示す図。 第１の実施形態の映像表示装置の光学モジュールを示す図。 第１の実施形態の映像表示装置で観察される外界の視野を示す図。 第１の実施形態の映像表示装置の左光学モジュールの向き可変機構を示す図。 第１の実施形態の映像表示装置の左光学モジュールの向きの設定方法を示す図。 第１の実施形態の映像表示装置の右光学モジュールの向き可変機構を示す図。 第１の実施形態の映像表示装置の右光学モジュールの向きの設定原理を示す図。 第１の実施形態の映像表示装置の右光学モジュールの向き可変機構の変形例を示す図。 第２の実施形態の映像表示装置のブリッジ周辺を示す図。 第２の実施形態の映像表示装置の第２のブリッジを示す図。 第３の実施形態の映像表示装置の光学モジュールを示す図。 光軸調整が可能な従来の映像表示装置の例を示す図。 光軸調整が可能な従来の映像表示装置の別の例を示す図。

符号の説明

１、２、３ 映像表示装置
１０、１０Ｌ、１０Ｒ 光学モジュール
１１、１１Ｌ、１１Ｒ 筐体
１２、１２Ｌ、１２Ｒ 映像表示部
１２ａ 表示素子
１２ｂ 光源
１２ｃ 拡散板
１２ｄ 集光レンズ
１３、１３Ｌ、１３Ｒ 観察光学系
１３ａ 透明板
１３ｂ 体積位相型ホログラム素子
１４、１４Ｌ、１４Ｒ 透明板
１５ ケーブル
２１ ブリッジ
２１ａ 凹部
２１ｂ ねじ受け孔
２１ｃ 凸部
２２Ｌ、２２Ｒ フレーム
２３Ｌ、２３Ｒ テンプル
２４Ｌ、２４Ｒ 鼻当て
２５ 向き可変機構
２５ａ、２５ｂ 傾斜板状部材
２６ ねじ
２７ 押さえ板
２７ａ 貫通孔
２７ｂ 凸部
２８ 向き可変機構
２８ａ 環状部材
２８ｂ ねじ
２８ｐ 向き設定面
２９ ねじ
３０ 第２ブリッジ
３１ ねじ

Claims (10)

1. 観察者の左右の眼に映像を提供する映像表示装置であって、
   左眼に提供する映像を表示する左表示部と、左表示部を収容する左筐体と、左眼での外界の観察を可能にするとともに、左表示部からの光を左眼に導いて、左表示部が表示した映像の虚像を、観察される外界の一部に重ねて提供する左光学系より成る左光学モジュールと、
   右眼に提供する映像を表示する右表示部と、右表示部を収容する右筐体と、右眼での外界の観察を可能にするとともに、右表示部からの光を右眼に導いて、右表示部が表示した映像の虚像を、観察される外界の一部に重ねて提供する右光学系より成る右光学モジュールと、
   左光学モジュールと右光学モジュールを連結する連結部と、
   左光学モジュールと連結部の間と右光学モジュールと連結部の間とに設けられ、左光学モジュールと右光学モジュールの向きを可変にする向き可変機構
   を備えることを特徴とする映像表示装置。
2. 向き可変機構が、連結部に対する左光学モジュールと右光学モジュールの方向をそれぞれ定める２つの方向設定面を規定し、方向設定面の角度が可変であることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
3. 向き可変機構が、連結部に接する第１の面と、第１の面に対向し第１の面に対して傾斜した第２の面を有し、第１の面に沿って回転可能な第１の傾斜板状部材と、第１の傾斜板状部材の第２の面に接する第１の面と、第１の面に対向し第１の面に対して傾斜した第２の面を有し、第１の面に沿って回転可能な第２の傾斜板状部材より成り、第２の傾斜板状部材の第２の面で方向設定面を規定することを特徴とする請求項２に記載の映像表示装置。
4. 第１の傾斜板状部材の第１の面に対する第２の面の傾斜度と、第２の傾斜板状部材の第１の面に対する第２の面の傾斜度とが等しいことを特徴とする請求項３に記載の映像表示装置。
5. 向き可変機構が、左光学モジュールの向きを第１の方向に変化させ、右光学モジュールの向きを第１の方向に対して垂直な第２の方向に変化させることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の映像表示装置。
6. 左光学系と右光学系がそれぞれ左表示部と右表示部からの光を内部で全反射して進行させるとともに外界からの光を透過させる透明板状部材を含むこと特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の映像表示装置。
7. 左光学系と右光学系がそれぞれ左表示部と右表示部からの光を反射して虚像を提供する体積位相型ホログラム素子を含むことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の映像表示装置。
8. 左光学モジュールと右光学モジュールを連結して、連結部による連結を補強するとともに、向き可変機構による左光学モジュールと右光学モジュールの変位を吸収する連結補強部を備えることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の映像表示装置。
9. 観察者の頭部に装着するための装着部を備え、頭部に装着されたときに、左光学モジュールと右光学モジュールがそれぞれ左眼と右眼の直前に位置することを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の映像表示装置。
10. 装着部が、左光学モジュールに取り付けられ左側頭部で支持される左テンプルと、右光学モジュールに取り付けられ右側頭部で支持される右テンプルと、鼻で支持される鼻当てとを含む眼鏡型であり、頭部に装着されたときに、連結部が左眼と右眼の間の直前に位置することを特徴とする請求項９に記載の映像表示装置。

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