JP2006146108A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 メガネ視野と同等以上の広視野角の画像を表示する画像表示装置において、高い臨場感と没入感を得る。
【解決手段】 使用者以外の部分に、空間での３次元方向に移動可能に支持されると共に、３次元方向に回動可能に支持されて、使用者の顔面に接触し、かつ、使用者の顔面の動きに応じて移動及び回動が可能な画像表示装置であり、該当画像表示装置は、カウンターウエイト２３と紐状の軟性材２４ａ，２４ｂにより連結され、当該紐状の軟性材は、床に支持された水平平面上を移動可能な２次元方向駆動機構に設置された滑車２８を介して、前記画像表示装置とカウンターウエイトとをつり下げることにより、当該画像表示装置を支持しており、当該画像表示装置はメガネ視野と同等以上の視野角の画像を提供する事で、臨場感、没入感のある画像情報を提供する。
【選択図】 図１１

Description

本発明は眼球に近接させて使用する画像表示装置に関するものである。

現在、眼球に近接させて使用する画像表示装置の中で、広視野で画像を表示する装置については、ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１１８７８に示されたものや、特願２００４−１３０５９７に示されたものがある。その中から代表的なものを図１９にて示す。画像表示装置１００は重量的にも２〜３ｋｇ程度あるので、これを観察者に負担させることは許されない。よって、画像表示装置１００の重量を観察者に負担させない支持機構１０１が考案されている。

また、図２０は画像表示装置１００に配置された光学系を示しており、広視野画像を眼球に出力する事が可能である。更に、図２１では、（ａ）は画像表示装置１００の支持機構の正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。前述の様に、画像表示装置１００は画像表示装置支持装置１０１により上方から支持されているので、観察者が装置の重量を感じない構造となっている。

図２２では、画像表示装置１００を支持する画像表示支持装置１０１を示しており、（ａ）はｘｙ面移動マジックハンド機構１０４の上面図、（ｂ）は画像表示支持装置１０１の側面の断面図、（ｃ）は画像表示装置１００の吊り下げ部分の断面図を示す。紐状の軟性部材１０３が、ｘｙ面移動マジックハンド機構１０４上に設置された滑車１０５を介して、ベース機構１０６の柱部分の空洞スペースに上下の移動可能に設けられたカウンターウエイト１０６と画像表示装置１００を吊り下げる形で支持している。カウンターウエイト１０６と、画像表示装置１００の合計の重量はほぼ等しく設計されており、滑車１０５の摩擦等により任意の場所で止まる構成となっている。これにより、観察者は画像表示装置１００の重量を感じること無く、更に、観察者の頭の上下もスムーズに行える構造となっている。これらの詳細についてはＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１１８７８や、特願２００４−１３０５９７に開示があるので、ここでは詳しい説明を省略する。

発明が解決しようとする課題

このように、広視野角の画像を表示する装置に於いては、高い臨場感と没入感を得る為に、実際の目で見る事が可能な視野角を有する接眼光学系の開発や、重量感や装着感を軽減する為の工夫が行われているが、実際の人間の目の視野角は横方向に１８０度あると言われており、従来技術の１２０度視野角ではやはり接眼レンズの輪郭が目に入ってしまい、臨場感を損ねるという不具合があった。

また、目を疲れさせずに画像を見る為には、眼福調整が不可欠であるが、２次元画像を左右の眼に別々に表示する事で立体画像を見せる装置では、左眼と右眼に独立に配置された光学系全体を左右に移動する事で間隔を調整する必要があり、その機構を構築するのに高い剛性を必要とし、重量が大きくなってしまうという不都合があった。

また、液晶デバイス素子から画像を広視野画像として眼球に出力する方法としては、照明光学系及び光源と、液晶デバイス素子からの画像情報を、リレー光学系を介して拡散体に投影し、接眼光学系を介して眼球に出力する必要がある。だが、重量をできる限り小さく抑えるための具体的照明光学系及び光源の提案は行われていない。

更に、２〜３ｋｇの重量を支持する支持機構として、該紐状の軟性材を用いて、床に支持された水平平面上を移動可能な２次元方向駆動機構に設置された滑車を介して、前記画像表示装置とカウンターウエイトとをつり下げることにより、前記画像表示装置を支持しているが、この該紐状の軟性材が切断された場合のセーフティについて具体的考案がなされていない。また、２次元方向駆動機構には従来技術として複数の関節を使用する事が記載されているが、複数の関節を用いる事で、２次元方向駆動機構自体の剛性が下がるため、剛性の高い構造部を組み合わせる必要があり、その結果、重量が大きくなり、２次元方向駆動にも障害が生じる可能性があった。

また、前記画像表示装置を前記画像表示支持機構に支持してもらう事で重量感、装着感は軽減するが、移動区間に限定があるという不具合が発生する。この為に必要に応じて前記画像表示支持機構から前記画像表示装置を取り外して使用する事も考えられるが、その具体的取り外し方法に関する提案は行われていない。

また、前記画像表示装置を前記画像表示支持機構に支持してもらう事で重量感、装着感は軽減するが、従来技術では所定の仮想空間を移動する様な、比較的長い距離を移動するのに適した構造のものが提案されていない。更に、前記画像表示装置は個人的に立体画像を観察する事ができるが、所定の仮想空間を移動するような場合は複数の人数で、別々の位置から同時に立体画像を観察する必要も出てくる。しかし、このような技術に関する具体的提案は行われていない。

課題を解決するための手段

前記課題を解決する為の第１の手段は、光束放出方向に直交した表示面を具備する２次元型画像表示素子と、当該２次元型画像表示素子から放出された光束を使用者の眼球内に投射し、９０度以上の視野角を有する接眼光学系を装備する画像表示装置であって、当該接眼光学系の眼球に最も近い光学部材の外周の少なくとも一部に、当該光電素子から放出された光束画像の明るさ若しくは色に応じて、明るさ若しくは色が可変する可変光学系を配置することを特徴とするもの（請求項１）である。

一般に人間の視野は水平方向については、鼻の反対側に９０度、鼻側には鼻で遮られるまでの７０度程度まで観察が可能であり、垂直方向については上下共に６０度程度まで観察可能である。これを両目で見た場合、鼻で遮られた部分についてはもう一方の目で視界が補われるので、水平方向には１８０度、垂直方向には１２０度の視界があると考えてよい。図１の２つの重なった楕円は、その人間の左右の目の視界の重なりを示したものである。しかし、現時点で本発明で開発できているのは１２０度の視野角を持つ光学系であり、実際の画像を観察すると、図１（ａ）に示す様なレンズの外郭が黒く見えてしまう。

本発明の第１の手段では、眼が中央を向いている時の視野角が９０度以上の領域では殆ど解像度が無いことを利用して、レンズの縁の黒い輪郭を形成する金物の代わりに、画像と同じ様な明るさ、色合いになる可変光学系を配置する事で、図１（ｂ）の様に、１８０度の視野で画像を観察している状態のように殆ど違和感が無く像を観察できる様にした。この第１の手段により暗い画像では周辺が暗くなり、明るい画像では周辺が明るくなる事で１８０度視野全体を画像情報と一体化させる事ができ、１８０度の視野角がある様に錯覚させる事が可能となり、高い臨場感を得る事ができる。

次に前記課題を解決する為の第２の手段は、前記２次元型画像形成素子から放出された光束は、リレー光学系を介して中間像を形成し、同中間像形成位置に配置された光拡散体４からの拡散光束が、前記可変光学系に導かれていることを特徴とするもの（請求項２）である。
本発明の第２の手段では、図２に示す様に、中間像を光拡散体４により拡散させており、その一部を可変光学系２ａに導いているので、中間画像の明るさや色合いを忠実に可変光学系２ａに導き、接眼光学系１周辺に所定の明るさを簡単に表示できるので、安価で１８０度視野全体を画像情報と一体化させる事ができ、１８０度の視野角がある様に錯覚させる事が可能となり、高い臨場感を得る事ができる。尚、この可変光学系２ａの射出部は曇りガラスの様な拡散板となっており、広い範囲に均一に明るさを表示する事が可能である。

更に、前記課題を解決する為の第３の手段は、前記２次元型画像形成素子から放出される光束情報に基づき、ＬＥＤの出力を制御し、当該ＬＥＤから出力された光束が前記可変光学系に導かれていることを特徴とするもの（請求項３）である。
前記課題を解決する為の第３の手段は、図５に示す様に、第２の手段に対し、ＬＥＤ５を利用する事で、積極的に明るさ、色合いを変える事ができるので、１８０度視野全体を画像情報と一体化させる事ができ、１８０度の視野角がある様に錯覚させる事が可能となり、高い臨場感を得る事ができる。この可変光学系２ｂの射出部も曇りガラスの様な拡散板となっており、広い範囲に均一に明るさを表示する事が可能である。

更に、前記課題を解決する為の第４の手段は、２次元型画像形成素子と、第１（右眼用）、及び第２（左目用）の光拡散体と、当該２次元型画像形成素子から放出された光を、それぞれ第１（右眼用）、及び第２（左目用）の光拡散体にリレーする第１（右眼用）、及び第２（左目用）のリレー光学系と、前記第１及び第２の光拡散体の透過像を、それぞれ、右眼及び左目の眼球内の網膜上に投影し結像させる第１（右眼用）、第２（左目用）の接眼光学系とを有し、それぞれの接眼光学系に対し、鼻と反対の外側に前記可変光学系を配置することを特徴とするもの（請求項４）である。

前記課題を解決する為の第４の手段は、図１（ｂ）及び図３に示した様に、両目で見た場合、鼻で遮られた部分についてはもう一方の目で視界が補われる事を利用して、スペースの取れる鼻と反対の外側にのみ前記可変光学系を配置する事で光学系の支持をそれ以外の部分で行う事を可能にし、構造的にも１８０度視野全体を画像情報と一体化させる事ができ、１８０度の視野角がある様に錯覚させる事が可能となり、高い臨場感を得る事ができる。

更に、前記課題を解決する為の第５の手段は、第１（右眼用）、及び第２（左目用）の２次元型画像形成素子と、第１（右眼用）、及び第２（左目用）の光拡散体と、前記２次元型画像形成素子から放出された光を、それぞれ第１（右眼用）、及び第２（左目用）の光拡散体にリレーする第１（右眼用）、及び第２（左目用）のリレー光学系と、前記第１及び第２の光拡散体の透過像を、それぞれ、右眼及び左目の眼球内の網膜上に投影し結像させる第１（右眼用）、第２（左目用）の接眼光学系とを有し、当該第１（右眼用）、及び第２（左目用）のリレー光学系は光束を偏向する、それぞれ、２枚で構成された第１（右眼用）反射ミラー及び第２（左眼用）反射ミラー有し、該当第１リレー光学系の中で、該当第１反射ミラーのみ一方向に所定量移動し、該当第１接眼光学系を同一方向に該当所定量の２倍移動すると共に、該当第２リレー光学系及び該当第２接眼光学系では線対称の移動をする事で眼福調整を行う事を特徴とするもの（請求項５）である。

本来、眼福の調整は双眼鏡に代表される様に、両目別々の光学系全体の距離を可変する光学系とする事で行われるが、重量が２〜３ｋｇにもなる光学系を２つに分断して間隔を変える機構は簡単では無い。液晶デバイスには方向性があり、双眼鏡の様に回転軸を設けて眼福を変える事はできず、両目の光学系の重量を支える平行ガイドを設置する必要がある。しかしこれは高い剛性を必要とし、重量が大きくなる。また、顔を挟み込む事で接眼光学系と眼の位置関係を一定に保つ挟み込み機構とも一体化設計し難い。

しかし、前記課題を解決する為の第５の手段では、図６に示す様に、左眼３Ｌと右眼３Ｒの間隔が通常に対し４ａだけ広い人に対しては、第１接眼光学系１Ｌを２ａ、第２接眼光学系１Ｒを−２ａ移動し、第１リレー光学系７Ｌの中の第１反射ミラー８Ｌを同一方向にａ、第２リレー光学系７Ｒの中の第２反射ミラー８Ｒを同一方向に−ａ移動するだけで、簡単に眼福調整が行える。この方法では、常にレンズ中心を光束が通るので、収差により画像が悪化する事が無く、少ない部材を一部移動するだけで済むので、軽量化に大きく貢献する。更に、顔を挟み込む事で接眼光学系と眼の位置関係を一定に保つ挟み込み機構９Ｌ，９Ｒと共に、可変の必要が無い部材にその他の光学系を設置できるので、眼福調整と挟み込み幅間隔調整に干渉が無く、シンプルな構造を実現する事ができる。

次に、前記課題を解決する為の第６の手段は、前記第１反射ミラー及び前記第１接眼光学系は第１連結部材により接合されており、前記第２反射ミラー及び前記第２接眼光学系は第２連結部材により接合されており、それぞれ１：２の関係で駆動する様に動きが拘束されている事を特徴とするもの（請求項６）である。これは第１反射ミラー８Ｌと第１接眼光学系１Ｌが近傍に配置されており、第２反射ミラー８Ｒと第２接眼光学系接眼光学系１Ｒが近傍に配置されており、それぞれ１：２の移動により光学的に偏心せずに眼福を変えられる事を利用して、第１連結部材及び第２連結部材にてメカニカルに１：２の関係で駆動する様に動きを拘束したものである。これにより、一方を所定量移動すれば自動的に他方も所定量動く機構にする事ができ、且つ、左右の光学系が反対に移動するように構成すれば、１つの調整部材で簡単に眼福調整ができる様になる。

更に、前記課題を解決する為の第７の手段は、第１（右眼用）、及び第２（左目用）の２次元型画像形成素子と、第１（右眼用）、及び第２（左目用）の光拡散体と、前記２次元型画像形成素子から放出された光を、それぞれ第１（右眼用）、及び第２（左目用）の光拡散体にリレーする第１（右眼用）、及び第２（左目用）のリレー光学系と、前記第１及び第２の光拡散体の透過像を、それぞれ、右眼及び左目の眼球内の網膜上に投影し結像させる第１（右眼用）、第２（左目用）の接眼光学系とを有し、それぞれの該当第１及び第２リレー光学系には該当２次元型画像形成素子の長手方向の画像表示範囲を光拡散体上の該当接眼光学系で観察可能な水平方向の表示範囲にほぼ一致させる第１の倍率と、該当２次元型画像形成素子の短手方向の画像表示範囲を光拡散体上の該当接眼光学系で観察可能な垂直方向の表示範囲にほぼ一致させる第２の倍率とを切り替える第１倍率切換え手段及び第２倍率切換え手段を有する事を特徴とするもの（請求項７）である。

これは図４に示す様に、ハイビジョン画像をメガネの視界に効率的に表示する為のものであり、ハイビジョン画像１６：９の横と縦のどちらをメガネ視野である視野角に合せるかを選択可能としたものである。例えば、メガネレンズの径は大きいもので、５２ｍｍ×４０ｍｍの大きさがある。眼とレンズの間隔は１５ｍｍなので、メガネ視野にて取り込める視野角は横がおよそ１２０度であり、縦がおよそ１０６度に相当する。しかし、ハイビジョン画像は１６：９なので、横方向の画角が合う様に、拡散体上への投影倍率を調整すると、図４（ａ）の様に、縦方向は９２度の視野角に相当する画像しか映し出されず、縦方向に視界が狭く感じてしまう。一方、縦方向の画角が合う様に、拡散体上への投影倍率を調整すると、図４（ｂ）の様に、縦方向は１０６度の視野角に相当する画像が得られるものの、拡大倍率が大きく、横方向の画像がケラれてしまう為、液晶デバイスのドットが目立つ事になる。

ここでは液晶デバイスのドットサイズが１２８０×７６８のものを想定しているので、無論、液晶デバイスのドットサイズを１９２０×１０８０の様に細かくしていけば解決する方向にあるが、完全ではない。現時点ではきれいな画像を見るか、視野角を大きくするかは利用者の使用用途により異なるので、この２つの倍率に対してのみ切換える切換え機構を導入している。無論、ズーム光学系も考えられるが、ＮＡを大きくする設計が難しく、拡散体に所定のＮＡ（角度６度以上）で画像を投影しないと、拡散体の粒子が強調され見えてしまうので、安価であり、大きいＮＡで設計できる切換えが最も適切な光学系である。尚、図４（ｃ）は図４（ｂ）の倍率を選択した場合に、両目で観察された重なり角を示している。

前記課題を解決する為の第８の手段は、第１（右眼用）、及び第２（左目用）の２次元型画像形成素子と、第１（右眼用）、及び第２（左目用）の光拡散体と、前記２次元型画像形成素子から放出された光を、それぞれ第１（右眼用）、及び第２（左目用）の光拡散体にリレーする第１（右眼用）、及び第２（左目用）のリレー光学系と、前記第１及び第２の光拡散体の透過像を、それぞれ、右眼及び左目の眼球内の網膜上に投影し結像させる第１（右眼用）、第２（左目用）の接眼光学系とを有し、該当第１及び第２の２次元型画像形成素子はそれぞれ緑（Ｇ），青（Ｂ），赤（Ｒ）の色に応じた３枚の光束放出方向に直交した２次元の透過型又は反射型の液晶デバイス素子であり、当該液晶デバイス素子を照明する照明装置は緑（Ｇ），青（Ｂ），赤（Ｒ）の色に応じたＬＥＤをそれぞれ複数２次元に配列した光源より投影する第１（右眼用）、第２（左目用）の投影縮小型ケーラー照明光学系である事を特徴とするもの（請求項８）である。

本画像表示装置は図９に示す様に、首の回転軸と本画像表示装置の重心が点ｇにてほぼ一致する様に設計する事で、首の３軸方向の回動をスムーズに行う設計となっている。しかし、視野角１２０度と実現する為の接眼レンズは重たく、その部分が図面で左上に集中しており、点ｇに重心を取る為のバランスから考えると、残りの液晶デバイス６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ及び、色分離プリズム、照明光学系、基板類を右下に集中して配置する必要がある。そこで、照明光源としては複数のＬＥＤを２次元に配置し、そこを瞳位置としてリレー光学系を介して液晶デバイスを投影縮小でケーラー照明する事で、簡単な光学系で均一照明を実現し、右下に接眼光学系以外の重量物を集中させる事が可能となっている。その結果、バランスを保つだけの為に、余分なウェイト調整をする必要が無くなり、総合的に軽量化を実現できている。

更に、前記課題を解決する為の第９の手段は、前記緑（Ｇ），青（Ｂ），赤（Ｒ）の色に応じたＬＥＤはそれぞれ広がり角（輝度が半分になる半値幅）１５度以下の高輝度ＬＥＤであり、前記光源はＬＥＤをそれぞれ複数２次元に円形上に配列しており、前記投影縮小型ケーラー照明光学系は幅１０度以下で前記液晶デバイス素子を照明する事を特徴とするもの（請求項９）である。

これは、現在、光拡散体４としては、金属酸化物や金属炭化物のミクロングレードで精密に粒径が管理された砥粒を透過板上にコーティングした透過型拡散板を用い、その砥粒はシリコンカーバイド、酸化クロム、酸化スズ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムの少なくとも一つであり、前記透過板はポリエステルフィルムにする方向で考えており、拡散角は広く粒も細かい事からスクリーンとしては有効なものの、拡散角度が大きい分、光量ロスも大きくなる。

これに使用する光源としては高輝度ＬＥＤを複数利用するのが望ましい。しかし、現在市販されているＬＥＤで発熱が少ない高輝度ＬＥＤは３〜５ｍｍ径であり、広がり角は１０度以上のものが主流なので、１インチ以下の液晶デバイスを投影倍率１倍で照明すると、１０個程度の光源像しか得られず、照度ムラや光量の点で十分とは言えない。そこで、投影縮小型のケーラー照明光学系とする事で、中心角度近傍の輝度の高い部分を効率的に使用すると共に、瞳位置の光源像を増やす事で均一化を実現している。

更に、前記課題を解決する為の第１０の手段は、使用者以外の部分に、空間での３次元方向に移動可能に支持されると共に、３次元方向に回動可能に支持されて、使用者の顔面に接触し、かつ、使用者の顔面の動きに応じて移動及び回動が可能な回動軸を複数有する画像表示装置であり、当該画像表示装置の、当該回動軸の中で使用者の顔面に接触し画像を表示する本体と直接接合されている軸より、当該画像表示装置の、使用者以外の部分で支持する支持部分から該当本体を取り外す脱着機構部を有し、取り外す際の配線取り外し部分を収納する収納部分を該当脱着機構部に近接して配置することを特徴とするもの（請求項１０）である。

これは、前記画像表示装置を前記画像表示支持機構に支持してもらう事で重量感、装着感は軽減するが、移動区間に限定があるという不具合が発生する。この為に必要に応じて前記画像表示支持機構から前記画像表示装置を取り外して使用するものであり、図７、図８、図９に示す様に、画像表示装置５０を保持する支持部１１に脱着機構１２を設け、その近傍に配線収納部１３を配置している。図７は配線が接続され、画像表示装置５０が取り付けられている状態を示し、図８は配線収納部１３が開けられ、配線を外した上で、脱着機構１２を操作する事で画像表示装置５０を外した状態を示している。図９は側面からの断面図であり、配線収納部の蓋を開けると、簡単に配線を取り外せる様に、配線が通る支持部１１の周りまで当該蓋に覆われている様子を示している。この構成により、持ち運びが必要な場合も簡単に図１０（ａ）に示す構成から、図１０（ｂ）に示す様なヘッドマウントディスプレイとして使用できる様になっている。

更に、前記課題を解決する為の第１１の手段は、前記取り外された画像表示装置の配線を前記使用者以外の部分で支持する支持部分に、接続し、使用者の動きに応じて画像表示装置の配線を追従させる事を特徴とするもの（請求項１１）である。これは図１８に示す様に、ヘッドマウントディスプレイとして使用する場合でも、必ず配線は存在するので、それを引きずる事になる。この配線のみを本発明の支持機構にて引きずらないように移動させる事で、配線による引っ張られ感が無くなり没入感を味わう事が可能となる。ヘッドマウントとして利用する場合とは、同一空間に複数の使用者が当該ヘッドマウントディスプレイを装着して移動する場合、配線が絡まるものの、任意の場所をクロスして移動する事ができ、クロス方向に制限を持つ支持機構と比べると、その点で利点を持つ。

次に、前記課題を解決する為の第１２の手段は、使用者以外の部分に、空間での３次元方向に移動可能に支持されると共に、３次元方向に回動可能に支持されて、使用者の顔面に接触し、かつ、使用者の顔面の動きに応じて移動及び回動が可能な画像表示装置であり、該当画像表示装置は、カウンターウエイトと紐状の軟性材により連結され、当該紐状の軟性材は、床に支持された水平平面上を移動可能な２次元方向駆動機構に設置された滑車を介して、前記画像表示装置とカウンターウエイトとをつり下げることにより、前記画像表示装置を支持しており、該当紐状の軟性材は少なくとも２本で構成され、その内の第１の紐状の軟性材は前記画像表示装置の重量を支持し、第２の紐状の軟性材は該当第１の紐状の軟性材が切断された時に該当第１の紐状の軟性材に代わり、前記画像表示装置の重量を支持する事を特徴とするもの（請求項１２）である。

これは、紐状の軟性材で画像表示装置５０を吊り下げた場合、常に切断による落下のリスクがあるので、紐状の軟性材としては、引張り強度に優れたステンレス繊維を用いた撚糸や、パラ型アラミド繊維（商品名テクノーラ、ケブラー）等を用いる事になる。しかし、常に高いテンションで引っ張り力が働いていると、劣化するのは確実であり、切断しないと断言する事はできない。そこで、図１１に示す様に、紐状の軟性材としては重量を支えるものと切断の時に重量を支えるものを少なくとも２本並列に連結しておく事で、切断による画像表示装置５０の落下リスクを完全に防止する事が可能となる。

更に、前記課題を解決する為の第１３の手段は、前記第１の紐状の軟性材には切断を検知する検知手段が設けられており、切断の際に、切断情報を使用者に通知する事を特徴とするもの（請求項１３）である。これはいくら紐状の軟性材を２本並列に連結しておいても、１本が切れた状態で使用し続けては意味が無い。重量を支える紐状の軟性材に切断を検知する検知手段を設けておけば、切断情報を知ることができ、切断したものを取り替える事で完全にリスクを回避する事ができる。

次の、前記課題を解決する為の第１４の手段は、使用者以外の部分に、空間での３次元方向に移動可能に支持されると共に、３次元方向に回動可能に支持されて、使用者の顔面に接触し、かつ、使用者の顔面の動きに応じて移動及び回動が可能な画像表示装置であり、該当画像表示装置は、カウンターウエイトと紐状の軟性材により連結され、当該紐状の軟性材は、床に支持された水平平面上を移動可能な複数の関節部を有する第１の２次元方向駆動機構に設置された滑車を介して、該当画像表示装置と該当カウンターウエイトとを吊り下げることにより、前記画像表示装置を支持しており、該当第１の２次元方向駆動機構は、該当画像表示装置を支持する先端部分にて、該当画像表示装置の動きに応じて水平面方向に移動可能な第２の２次元方向駆動機構により支持されている事を特徴とするもの（請求項１４）である。

この複数の関節部を保持する機構はマジックハンドの様なものであり、図１２（ａ）の様にマジックハンドの骨組み及び関節部に前記紐状の軟性材が沿うように滑車を利用した場合、マジックハンドの伸縮に依らず、前記紐状の軟性材の吊り下げ部の長さが殆ど変わらない為、伸縮いずれの方向にも殆ど力がかからずスムーズに画像表示装置５０を移動できるという利点がある。しかし、複数の関節部を持つという事は、その分ガタも大きくなり、重量が２〜３ｋｇある画像表示装置５０を長いマジックハンドで保持するのは剛性的に困難である（マジックハンドを伸ばした時に先が重たい事で傾き、伸びる方向に力が発生してしまう）。そこでその先を別の支持部で支えれば良いのだが、移動範囲を大きくする為には、図１４に示す様に、その支持部自体も駆動する構成にするのが効果的である。図１４では片持ちの回転可能な支持部材３３により支えられているが、この支持部材１４は１つの回転軸を持つだけなので、高い剛性が得られ、その結果十分にマジックハンド部３２が傾かない様に支える事ができている。

一方、図１５はマジックハンド部３２が画像表示装置５０を直接片持ちで支える必要が無くなったので、軽量化すると共に関節部を増やして、長い距離を移動できる様に工夫されたものである。図１６は更に発展させて、支持部材３３をｘ軸とｙ軸に分けてステージとしてマジックハンド部の先端を支持する事で、広い空間の中を利用者が自由に移動できる様に工夫されたものである。

更に、前記課題を解決する為の第１５の手段は、前記第２の２次元方向駆動機構は曲線上を駆動するガイドを有している事を特徴とするもの（請求項１５）である。これはガイドを曲線上を駆動するガイドにした事で、前記第２の２次元方向駆動機構自体が回転可能な構成となっており、図１７の様に、複数の第１の２次元方向駆動機構が配置された場合、一方の画像表示装置５０ｂの吊り下げ部分Ｂが固定した位置にいても、他方の画像表示装置５０ａの吊り下げ部分Ａが移動した場合、前記第２の２次元方向駆動機構が場所によりぶつかり押しのける事が、前記第２の２次元方向駆動機構が回転できる分だけ可能となり、より広い範囲を移動する事ができる。

更に、前記課題を解決する為の第１６の手段は、前記第１、第２の２次元方向駆動機構には前記画像表示装置を支持する先端部分の位置を検出する位置検出装置が設置されており、当該位置検出装置の出力結果に応じて顔面の位置及び回動角度を算出し、左右の眼に表示する画像表示情報を独立に制御する事を特徴とするもの（請求項１６）である。これによりひとつの空間を複数の画像表示装置５０使用者が同時に移動し、各々の位置、顔面の回動角度から立体画像を観察する事ができる。

更に、前記課題を解決する為の第１７の手段は、所定の空間内に前記画像表示装置が複数配置されており、それぞれの前記画像表示装置を支持する先端部分の位置を検出する位置検出装置の出力結果に基づき、互いの衝突を避ける為に画像情報を制御する事を特徴とするもの（請求項１７）である。これは前述の発明によりひとつの空間を複数の画像表示装置５０の使用者が同時に移動し、各々の位置、顔面の回動角度から立体画像を観察する事ができたとしても、自由度がある分、複数の観察者がぶつかる危険性もある。これを回避する為に、それぞれの位置に応じて立体画像上に仮想の人間像を表示する事で衝突を回避したり、人の位置を記号等で表示すれば、事前にお互いの位置を知る事になり、危険回避につながる。

以下、本発明実施の形態の例を、図を用いて説明する。以下に示す本発明の実施の形態図３においては、本発明による画像表示装置５０を上から見た断面図であり、液晶デバイス６Ｌ及び６Ｒから射出された光束はリレー光学系７Ｌ，７Ｒを介して液晶デバイス６Ｌ及び６Ｒ上に形成された画像情報を光拡散体４上に拡大投影する。光拡散体４としては、金属酸化物や金属炭化物のミクロングレードで精密に粒径が管理された砥粒を透過板上にコーティングした透過型拡散板を用い、その砥粒はシリコンカーバイド、酸化クロム、酸化スズ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムの少なくとも一つであり、前記透過板はポリエステルフィルムで構成されており、同光拡散体４を透過した拡散光束が接眼光学系１Ｌ，１Ｒを介して左右の眼球３Ｌ，３Ｒの網膜上に再投影される構成となっている。また、接眼光学系１Ｌ，１Ｒは凸、凸、３枚貼り合わせ光学系で構成され、１２０度の視野角を有する光学系なので、左右の眼球３Ｌ，３Ｒと接眼光学系１Ｌ，１Ｒの位置関係がずれると収差により画像情報が歪んでしまう。これを防ぐ為に、顔面の側面方向から顔面を挟み込む、挟み込み機構９Ｌ，９Ｒも配置されている。

ここで、接眼光学系１Ｌ，１Ｒの外側に配置された可変光学系２Ｌ，２Ｒは、図２で示した光拡散体４の拡散光束を図１（ｂ）の灰色で示された領域までリレーして、光拡散体４の透過画像の明るさや色に応じて、同灰色の部分の照明条件を可変する、接眼光学系１Ｌ、１Ｒの鼻と反対側に配置された可変光学系２ａＬ、２ａＲで構成される。また、可変光学系２Ｌ，２Ｒは、図４に示された様に、画像情報の明るさや色に応じてＬＥＤ５Ｌ，５Ｒを制御し、図１（ｂ）の灰色で示された領域の照明条件を可変する、接眼光学系１Ｌ、１Ｒの鼻と反対側に配置された可変光学系２ｂＬ、２ｂＲに置き換えても良い。この手段を用いる事により、図１（ａ）に示すような視野角を図１（ｂ）に示すような視野角に錯覚させる事が可能となり、臨場感、没入感を増大させる事ができる。

更に図６では、観察者の特徴に応じて眼福やフォーカスを調整する機構を記載している。リレー光学系７Ｌ，７Ｒにはそれぞれ２対の直角に配置された反射光学系８Ｌ、８Ｒが配置され、光束を偏向する役割を担っている。更にこの反射光学系８Ｌ、８Ｒを図面の矢印方向に移動した場合、光束のフォーカス位置は変わらずに、投影位置のみが移動量の倍動くという光学的特徴を持つ。これを利用して同一方向に反射光学系８Ｌ、８Ｒの移動量の倍だけ同一方向に接眼光学系１Ｌ，１Ｒを移動すれば、画像情報と接眼光学系の軸を偏心させずに眼福調整を行う事が可能となる。即ち、反射光学系８Ｌと接眼光学系１Ｌを矢印の同一方向に１：２の関係で動かし、一点鎖線で示された中心軸対称に反射光学系８Ｒと接眼光学系１Ｒを矢印の同一方向に１：２の関係で動かせば、４に相当する距離分の眼福調整が可能となる。この１：２で移動させる手段としては、支点を回転軸として、作用棒の１の距離に反射光学系、２の距離に接眼光学系を連結し、矢印方向に移動可能なガイドを接眼光学系及び反射光学系に乗せれば良い。この作用棒を、支点を軸に回転すれば、１：２の関係で反射光学系及び接眼光学系を移動させる事が可能となる。

無論連結方法としてはこのように「てこ」を利用しても良いし、１：２の歯車を利用しても良い。更に、軸対称に左右の部材を移動させるには、左巻きと右巻きに雌ネジが切られたボルトを回転させ、それぞれの作用棒に連結された雄ネジと噛み合わせる事で、同じ距離を逆方向に動かす事が可能となる。これにより一つの回転調整機構により全ての光学系を所定の距離移動させる構造にできる。尚、接眼光学系１Ｌ，１Ｒは矢印方向と直角な方向にも独立に移動できる様に設計されており、光拡散体４との距離を変える事で、視力の弱い人にも対応できる構造となっている。

次に図７では、画像表示装置５０上の制御用基板及び配線について説明している。ここでは左右対称となっているものが多いので、簡略の為、共通部分については左側の基板についてのみ説明を行う。支持部１１にはワンタッチで画像表示装置支持機構から画像表示装置５０を取り外せる脱着機構１２が設けられており、同脱着機構１２のダイヤルを回す事で、噛み合っていたネジが緩み、画像表示装置５０を取り外す事ができる。しかし、画像表示装置５０には、図示した様に、ＬＥＤ光源制御基板１４、液晶デバイスドライバーと制御基板１５、音声制御基板１６、自動化に対応した倍率可変切換え機構制御基板１７、フォーカス位置制御基板１８、眼福調整基板１９が設置されており、制御用配線及び電源配線が前記支持部まで太線の様に集まって来ている。

配線収納部１３ではこれらの配線を容易に取り外せる様に管理されており、前記脱着機構１２により画像表示装置５０を取り外す前に配線収納部１３の蓋を開け、配線を全て取り外してからでないと、同脱着機構１２のダイヤルが回せない様に、ロック機構が蓋の内部に取り付けられている。これを取り外した後の状況を図８に示しているが、取り外された画像表示装置５０には、ヘッドマウントディスプレイとしても利用できる様に、ヘッドマウント用部材５６が取り付け可能な構造となっている。更に、ヘッドマウント用部材にはその位置をモニターする為の位置認知機構５７が取り付けられており、無線により外部に設置された位置認知機構本体５７により顔面の動きがモニター可能となっている。尚、図９（ａ）には側面から見た配線収納部１３の蓋を開けた様子を示している。

次に図９（ａ）では、画像表示装置の左側面から見た断面図を示している。図９に於いて、ＬＥＤ光源５Ｒ，５Ｇ，５Ｂは赤、緑、青を指し、それぞれ図９（ｂ）に示す様なＬＥＤを複数円形状に配置した構造となっている。このＬＥＤ発光位置を瞳として、ケーラー照明系２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂにより色結合・分離プリズム１０を介してＬＣＯＳと呼ばれる反射型液晶デバイス６Ｒ，６Ｇ，６Ｂをそれぞれ投影縮小照明する事で、簡単な光学系で、均一照明を実現している。また、画像表示装置５０の重心はｇであり、図面上で左上にある比較的重たい光学系である接眼光学系１Ｌ，１Ｒとバランスをとる為に、これらの光学部材は全て右下に配置されている。またこの図の中で、光学素子２１と２２は貼り合わせレンズであり、切換え可能に構成されており、図４に示すようなメガネ視野の横方向若しくは縦方向のいずれかに合った倍率を選択できる様になっている。

次に図１１では画像表示装置５０は、カウンターウエイト２３と紐状の軟性材２４により連結され、当該紐状の軟性材は、床に支持された水平平面上を移動可能な２次元方向駆動機構２９に設置された滑車２８を介して、前記画像表示装置５０とカウンターウエイト２３とをつり下げることにより、前記画像表示装置５０を支持しており、該当紐状の軟性材２４は少なくとも２本で構成され、その内の紐状の軟性材２４ａは前記画像表示装置５０の重量を支持し、紐状の軟性材２４ｂは該当第１の紐状の軟性材が切断された時に紐状の軟性材２４ａに代わり、前記画像表示装置５０の重量を支持する構成となっている。

ここで、図１１（ａ），（ｂ）は紐状の軟性材２４ａが重量を支えている場合と、紐状の軟性材２４ａが切断され、代わりに紐状の軟性材２４ｂが重量を支えている場合を示しており、紐状の軟性材２４ａに設置された断線確認装置２５のマグネットで構成された両極が離れているかくっついているかで、切断の情報を使用者に伝える構成となっている。更に、本発明による配線は、光ケーブルや無線を用いて少なくする事も可能であるが高価となるし、電源用配線は残ってしまう。紐状の軟性材２４ｂと同様に、テンションをかけずに滑車により移動させる事も可能であるが、太い分、スムーズな動きとならない可能性が高い。そこで本発明では、２次元方向駆動機構２９上のマジックハンド部の先端から見た第１関節部までの間に釣り竿部２７を設置し、配線がストレスとならない様に、配線の重量に相当する程度の所定のテンションで上に引き上げている。この釣り竿部２７の動きを示したのが図１２（ａ），（ｂ）であり、画像表示装置５０の上下駆動に伴い、釣り竿部２７がしなって高さを調整しているのが確認できる。

更に、図１３では、支柱の中のカウンターウエイト２３に動滑車３０を取り付け、画像表示装置５０とカウンターウエイト２３の重さの比を１：２にしている様子を示す。この場合、カウンターウエイトの重量は２倍となるが、移動量は１／２となり、支柱の長さに制約が存在するか若しくは、支柱が細い構造で、カウンターウエイト２３のストロークが長く、支柱の内面にカウンターウエイトが擦ってしまう場合等には効果的である。

次に図１４であるが、今まで説明した複数の関節よりなるマジックハンド部３２の先端部を支持する点Ｏを回転軸として、２次元方向に移動可能な支持部材３３を示した上面図である。支持部材３３上にはマジックハンド部３２の先端より滑車を介して画像表示装置５０を吊り下げる紐状の軟性材２４が通る長手穴３４及びリニアガイド面３５があり、その上をマジックハンド部３２の先端に固定された、移動及び回転可能な移動ガイドブロック３６がリニアガイド面３５に沿って移動できる構成となっている。この支持部材は回転軸を１箇所しか持っていないので、高い剛性の構造物であり、マジックハンド部３２の先端重量を、移動ガイドブロック３６がリニアガイド面３５を介して受けてもその重量で支持部材３３がしなるような不都合は発生しない。

図１５では前記支持部材３３及びマジックハンド部３２を発展させた機構を示している。図１５に於いて、（ａ）はマジックハンド部４４が伸びている状態を示し、（ｂ）は縮んだ状態を示しており、共に前述の様に、マジックハンド部４４の先端にかかる重量は支持部材４３に支えられている。マジックハンド部４４は１０箇所の関節部を有し、黒い線３７が紐状の軟性材２４を示している。マジックハンド部４４及び支持部材４３は支柱により支えられた回転軸３９を中心としてそれぞれ独立に回動が可能な構造であり、マジックハンド部４４の先端部４０部にて画像表示装置５０を支持している構造となっている。

支持部材４３上にはマジックハンド部４４の先端より滑車を介して画像表示装置５０を吊り下げる紐状の軟性材２４が通る長手穴４１及び左右に設置されたリニアガイド面４２があり、その上をマジックハンド部４４の先端に固定された、移動及び回転可能な移動ガイドブロック４３がリニアガイド面４２に沿って移動できる構成となっている。前述と同様に、尚、本来、回転軸３９及び、先端部４０には滑車及び紐状の軟性材、開口部を記載する必要があるが、説明を簡単にするために、今後説明するものについてはこれらの説明を省き、回転軸３９及び先端部４０にはそれらのものが設置されているものとして考えていく。

図１５にて示した機構の特徴としては、マジックハンド部４４の関節が多くなった分、横方向への膨らみが小さくなり、長い距離動ける様になるという利点が発生している。当然、関節が多くなった分、剛性は下がるが、先端部にかかる重量は剛体構造である支持部材４３にて支えられているので、不都合は発生していない。

ここで、より広い空間を移動するための実施例を図１６にて説明していく。図１６では太線内の空間４６内を、画像表示装置５０を装着した使用者が点Ａの下で自由に動き回れる様に設計されているものであり、マジックハンド部４５は回転軸３９と、先端部４０を有しており、先端部４０下で画像表示装置を支持している。ｙ方向駆動ステージ５３は前述の様に、紐状の軟性材２４が通る長手穴４７及び左右に設置されたｘ軸リニアガイド面４８があり、先端部４０の重量を支えている。ｙ方向駆動ステージ５３はｙ軸リニアガイド面５２に沿ってｙ方向に移動可能であるが、移動ガイドブロック５１はｙ軸リニアガイド面５２上だけでなく、ｙ方向駆動ステージ５３上に配置されたｘ軸リニアガイド面４９に沿ってｙ方向駆動ステージ５３をｘ方向に移動できる様に構成されている。

即ち、移動ガイドブロック５１はｘｙガイド用ブロックとして構成され、且つｙ方向駆動ステージ５３のたわみに対しても噛む事が無い様に、板ばねを介してある程度のｚ方向への傾きにも対応できる様に構成されている。その結果、点Ａの移動に応じてｙ方向駆動ステージ５３は点線の様に任意の姿勢を取る事が可能となり、空間４６内をスムーズに２次元方向に移動できる構成となっている。

更に図１７では前述のｙ軸リニアガイド面が円形状のガイド面５４に変わっており、太線で示された５５の円形空間を２つの駆動システムＡ，Ｂが兼用する構造となっている。これはガイドを曲線上を駆動するガイドにした事で、前記第２の２次元方向駆動機構自体が回転可能な構成となっており、図１７の様に、複数の第１の２次元方向駆動機構が配置された場合、一方の画像表示装置５０ｂの吊り下げ部分Ｂが固定した位置にいても、他方の画像表示装置５０ａの吊り下げ部分Ａが移動した場合、前記第２の２次元方向駆動機構が場所によりぶつかり押しのける事が、前記第２の２次元方向駆動機構が回転できる分だけ可能となり、より広い範囲を移動する事ができる。

ここで今まで説明した回転軸３９や先端部４０、及びマジックハンドの関節部には任意の位置にロータリーエンコーダを設置する事が可能であり、少なくも連続する部材間で２箇所の回転角度を調べれば、画像表示装置の位置を特定する事が可能となる。また、前述のリニアガイド面と移動ガイドブロック間の相対位置をリニアエンコーダでｘｙ別々に計測しても同様に画像表示装置の位置を特定する事が可能となる。無論それらの組み合わせであっても構わない。これらの結果を計算し、更に画像表示装置の回動を３軸のロータリーエンコーダで計測すると共に、画像表示装置の上下駆動をリニアエンコーダで計測すれば、顔面の位置及び回動角度を正確に算出することができるので、それに合わせて両目に表示する画像情報を制御すれば、本来眼で見る事ができる立体画像を正確な仮想画像として表示できる事になる。

従来技術による視野角を（ａ）に示し、本発明の実施の形態である画像表示装置における広い視野角と錯覚される視野角を（ｂ）に示している。 本発明の実施の形態である画像表示装置における接眼光学系近傍の可変光学系配置を示した図である。 本発明の実施の形態である画像表示装置における全体の上面からの断面図である。 本発明の実施の形態である画像表示装置における倍率切換え手段により得る事ができる画像の画角と、メガネ視野を模擬的に対応させた時の説明図である。 本発明の実施の形態である画像表示装置における接眼光学系近傍の第２の可変光学系配置を示した図である。 本発明の実施の形態である画像表示装置における全体の上面からの断面図であり、特に眼福調整に関連した光学系の駆動方法を説明した図である。 本発明の実施の形態である画像表示装置における全体の上面からの断面図であり、電気基板配置と配線を示した図である。 本発明の実施の形態である画像表示装置における全体の上面からの断面図であり、画像表示装置支持機構から画像表示装置を取り外した時の状況を示した図である。 本発明の実施の形態である画像表示装置における全体の左側面からの断面図であり、光源、照明系、光学系切換え機構の説明をしている図（ａ）と光源部の拡大図（ｂ）である。 本発明の実施の形態である画像表示装置における画像表示装置支持機構にて画像表示装置を支持している状態図（ａ）と取り外してヘッドマウントディスプレイとして使用している時の図（ｂ）である。 本発明の実施の形態である画像表示装置における吊り下げ構造と、断線時の断線検知器の状態を表した、非断線時：（ａ）、断線時：（ｂ）である。 本発明の実施の形態である画像表示装置における配線釣り竿部のしなり状態を示した装置全体の側面図である。 本発明の実施の形態である画像表示装置における画像表示装置とカウンターウエイトの重量比を１：２にした時の説明図である。 本発明の実施の形態である画像表示装置における、マジックハンド部を支える２次元駆動手段を説明した上面図である。 本発明の実施の形態である画像表示装置における、マジックハンド部を支える２次元駆動手段の第２の実施例であり、伸（ａ）、縮（ｂ）の状態を説明した上面図である。 本発明の実施の形態である画像表示装置における、マジックハンド部を支える２次元駆動手段の第３の実施例を説明した上面図である。 本発明の実施の形態である画像表示装置における、マジックハンド部を支える２次元駆動手段の第４の実施例を説明した上面図である。 本発明の実施の形態である画像表示装置における画像表示装置支持機構にて画像表示装置を支持している状態図（ａ）と取り外してヘッドマウントディスプレイとして使用し、配線のみ支持している時の側面図（ｂ）である。 先願技術にて記載されていた装置全体の側面図である。 先願技術で記載されていた画像表示装置における全体の上面からの断面図である。 先願技術で記載されていた画像表示装置における顔面の動きに追従する様子を示した正面図（ａ）、側面図（ｂ）、上面図（ｃ）である。 先願技術で記載されていた画像表示装置における画像表示装置を支持する機構の側面からの断面図（ａ）、上面図（ｂ）、吊り下げ部分の拡大図（ｃ）である。

符号の説明

画像表示装置１００、支持機構１０１、紐状の軟性部材１０３、ｘｙ面移動マジックハンド機構１０４、滑車１０５、ベース機構１０６、可変光学系２ａ、ＬＥＤ５、可変光学系２ｂ、左眼３Ｌ、右眼３Ｒ、第１接眼光学系１Ｌ、第２接眼光学系１Ｒ、第１リレー光学系７Ｌ、第１反射ミラー８Ｌ、第２リレー光学系７Ｒ、第２反射ミラー８Ｒ、挟み込み機構９Ｌ，９Ｒ、液晶デバイス６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ、画像表示装置５０、支持部１１、脱着機構１２、配線収納部１３、支持部材３３、支持部材１４、マジックハンド部３２、画像表示装置５０ｂ、画像表示装置５０ａ、液晶デバイス６Ｌ及び６Ｒ、リレー光学系７Ｌ，７Ｒ、光拡散体４、接眼光学系１Ｌ，１Ｒ、可変光学系２Ｌ，２Ｒは、可変光学系２ａＬ、２ａＲ、ＬＥＤ５Ｌ，５Ｒ、可変光学系２ｂＬ、２ｂＲ、反射光学系８Ｌ、８Ｒ、脱着機構１２、ＬＥＤ光源制御基板１４、液晶デバイスドライバーと制御基板１５、音声制御基板１６、倍率可変切換え機構制御基板１７、フォーカス位置制御基板１８、眼福調整基板１９、ＬＥＤ光源５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ、ケーラー照明系２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ、色結合・分離プリズム１０、反射型液晶デバイス６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ、カウンターウエイト２３、紐状の軟性材２４、２次元方向駆動機構２９、滑車２８、紐状の軟性材２４ａ、紐状の軟性材２４ｂ、断線確認装置２５、釣り竿部２７、動滑車３０、長手穴３４、リニアガイド面３５、移動ガイドブロック３６、マジックハンド部４４、支持部材４３、回転軸３９、先端部４０部、長手穴４１、リニアガイド面４２、移動ガイドブロック４３、空間４６、マジックハンド部４５、ｙ方向駆動ステージ５３、長手穴４７、ｘ軸リニアガイド面４８、ｙ軸リニアガイド面５２、移動ガイドブロック５１、円形状のガイド面５４、円形空間５５、ヘッドマウント用部材５６、位置認知機構５７

Claims (17)

1. 光束放出方向に直交した表示面を具備する２次元型画像表示素子と、当該２次元型画像表示素子から放出された光束を使用者の眼球内に投射し、９０度以上の視野角を有する接眼光学系を装備する画像表示装置であって、当該接眼光学系の眼球に最も近い光学部材の外周の少なくとも一部に、当該光電素子から放出された光束画像の明るさ若しくは色に応じて、明るさ若しくは色が可変する可変光学系を配置することを特徴とする画像表示装置。
2. 前記２次元型画像形成素子から放出された光束は、リレー光学系を介して中間像を形成し、同中間像形成位置に配置された光拡散体からの拡散光束が、前記可変光学系に導かれていることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記２次元型画像形成素子から放出される光束情報に基づき、ＬＥＤの出力を制御し、当該ＬＥＤから出力された光束が前記可変光学系に導かれていることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の画像表示装置であって、２次元型画像形成素子と、第１（右眼用）、及び第２（左目用）の光拡散体と、当該２次元型画像形成素子から放出された光を、それぞれ第１（右眼用）、及び第２（左目用）の光拡散体にリレーする第１（右眼用）、及び第２（左目用）のリレー光学系と、前記第１及び第２の光拡散体の透過像を、それぞれ、右眼及び左目の眼球内の網膜上に投影し結像させる第１（右眼用）、第２（左目用）の接眼光学系とを有し、それぞれの接眼光学系に対し、鼻と反対の外側に前記可変光学系を配置することを特徴とする画像表示装置。
5. 第１（右眼用）、及び第２（左目用）の２次元型画像形成素子と、第１（右眼用）、及び第２（左目用）の光拡散体と、前記２次元型画像形成素子から放出された光を、それぞれ第１（右眼用）、及び第２（左目用）の光拡散体にリレーする第１（右眼用、及び第２（左目用）のリレー光学系と、前記第１及び第２の光拡散体の透過像を、それぞれ、右眼及び左目の眼球内の網膜上に投影し結像させる第１（右眼用）、第２（左目用）の接眼光学系とを有し、当該第１（右眼用）、及び第２（左目用）のリレー光学系は光束を偏向する、それぞれ、２枚で構成された第１（右眼用）反射ミラー及び第２（左眼用）反射ミラーを有し、該当第１リレー光学系の中で、該当第１反射ミラーのみ一方向に所定量移動し、該当第１接眼光学系を同一方向に該当所定量の２倍移動すると共に、該当第２リレー光学系及び該当第２接眼光学系では線対称の移動をする事で眼福調整を行う事を特徴とする画像表示装置。
6. 前記第１反射ミラー及び前記第１接眼光学系は第１連結部材により接合されており、前記第２反射ミラー及び前記第２接眼光学系は第２連結部材により接合されており、それぞれ１：２の関係で駆動する様に動きが拘束されている事を特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
7. 第１（右眼用）、及び第２（左目用）の２次元型画像形成素子と、第１（右眼用）、及び第２（左目用）の光拡散体と、前記２次元型画像形成素子から放出された光を、それぞれ第１（右眼用）、及び第２（左目用）の光拡散体にリレーする第１（右眼用）、及び第２（左目用）のリレー光学系と、前記第１及び第２の光拡散体の透過像を、それぞれ、右眼及び左目の眼球内の網膜上に投影し結像させる第１（右眼用）、第２（左目用）の接眼光学系とを有し、それぞれの該当第１及び第２リレー光学系には該当２次元型画像形成素子の長手方向の画像表示範囲を光拡散体上の該当接眼光学系で観察可能な水平方向の表示範囲にほぼ一致させる第１の倍率と、該当２次元型画像形成素子の短手方向の画像表示範囲を光拡散体上の該当接眼光学系で観察可能な垂直方向の表示範囲にほぼ一致させる第２の倍率とを切り替える第１倍率切換え手段及び第２倍率切換え手段を有する事を特徴とした画像表示装置
8. 第１（右眼用）、及び第２（左目用）の２次元型画像形成素子と、第１（右眼用）、及び第２（左目用）の光拡散体と、前記２次元型画像形成素子から放出された光を、それぞれ第１（右眼用）、及び第２（左目用）の光拡散体にリレーする第１（右眼用）、及び第２（左目用）のリレー光学系と、前記第１及び第２の光拡散体の透過像を、それぞれ、右眼及び左目の眼球内の網膜上に投影し結像させる第１（右眼用）、第２（左目用）の接眼光学系とを有し、該当第１及び第２の２次元型画像形成素子はそれぞれ緑（Ｇ），青（Ｂ），赤（Ｒ）の色に応じた３枚の光束放出方向に直交した２次元の透過型又は反射型の液晶デバイス素子であり、当該液晶デバイス素子を照明する照明装置は緑（Ｇ），青（Ｂ），赤（Ｒ）の色に応じたＬＥＤをそれぞれ複数２次元に配列した光源より投影する第１（右眼用）、第２（左目用）の投影縮小型ケーラー照明光学系である事を特徴とする画像表示装置
9. 前記緑（Ｇ），青（Ｂ），赤（Ｒ）の色に応じたＬＥＤはそれぞれ広がり角（輝度が半分になる半値幅）１５度以下の高輝度ＬＥＤであり、前記光源はＬＥＤをそれぞれ複数２次元に円形上に配列しており、前記投影縮小型ケーラー照明光学系は幅１０度以下で前記液晶デバイス素子を照明する事を特徴とする請求項８に記載の画像表示装置。
10. 使用者以外の部分に、空間での３次元方向に移動可能に支持されると共に、３次元方向に回動可能に支持されて、使用者の顔面に接触し、かつ、使用者の顔面の動きに応じて移動及び回動が可能な回動軸を複数有する画像表示装置であり、当該画像表示装置の、当該回動軸の中で使用者の顔面に接触し画像を表示する本体と直接接合されている軸より、当該画像表示装置の、使用者以外の部分で支持する支持部分から該当本体を取り外す脱着機構部を有し、取り外す際の配線取り外し部分を収納する収納部分を該当脱着機構部に近接して配置することを特徴とする画像表示装置。
11. 前記取り外された画像表示装置の配線を前記使用者以外の部分で支持する支持部分に、接続し、使用者の動きに応じて画像表示装置の配線を追従させる事を特徴とした請求項１０に記載の画像表示装置。
12. 使用者以外の部分に、空間での３次元方向に移動可能に支持されると共に、３次元方向に回動可能に支持されて、使用者の顔面に接触し、かつ、使用者の顔面の動きに応じて移動及び回動が可能な画像表示装置であり、該当画像表示装置は、カウンターウエイトと紐状の軟性材により連結され、当該紐状の軟性材は、床に支持された水平平面上を移動可能な２次元方向駆動機構に設置された滑車を介して、前記画像表示装置とカウンターウエイトとをつり下げることにより、前記画像表示装置を支持しており、該当紐状の軟性材は少なくとも２本で構成され、その内の第１の紐状の軟性材は前記画像表示装置の重量を支持し、第２の紐状の軟性材は該当第１の紐状の軟性材が切断された時に該当第１の紐状の軟性材に代わり、前記画像表示装置の重量を支持する事を特徴とした画像表示装置。
13. 前記第１の紐状の軟性材には切断を検知する検知手段が設けられており、切断の際に、切断情報を使用者に通知する事を特徴とする請求項１２に記載の画像表示装置。
14. 使用者以外の部分に、空間での３次元方向に移動可能に支持されると共に、３次元方向に回動可能に支持されて、使用者の顔面に接触し、かつ、使用者の顔面の動きに応じて移動及び回動が可能な画像表示装置であり、該当画像表示装置は、カウンターウエイトと紐状の軟性材により連結され、当該紐状の軟性材は、床に支持された水平平面上を移動可能な複数の関節部を有する第１の２次元方向駆動機構に設置された滑車を介して、該当画像表示装置と該当カウンターウエイトとを吊り下げることにより、前記画像表示装置を支持しており、該当第１の２次元方向駆動機構は、該当画像表示装置を支持する先端部分にて、該当画像表示装置の動きに応じて水平面方向に移動可能な第２の２次元方向駆動機構により支持されている事を特徴とする画像表示装置
15. 前記第２の２次元方向駆動機構は曲線上を駆動するガイドを有している事を特徴とする請求項１４に記載の画像表示装置。
16. 前記第１、第２の２次元方向駆動機構には前記画像表示装置を支持する先端部分の位置を検出する位置検出装置が設置されており、当該位置検出装置の出力結果に応じて顔面の位置及び回動角度を算出し、左右の眼に表示する画像表示情報を独立に制御する事を特徴とした請求項１４及び請求項１５に記載の画像表示装置。
17. 所定の空間内に前記画像表示装置が複数配置されており、それぞれの前記画像表示装置を支持する先端部分の位置を検出する位置検出装置の出力結果に基づき、互いの衝突を避ける為に画像情報を制御する事を特徴とした請求項１６に記載の画像表示装置。

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