JP2009037256A - 映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】映像を外界の像に重ねて表示する映像表示装置の、フレームによって遮られる視野範囲を小さくする。
【解決手段】映像表示装置を２つの板状プリズムを有する眼鏡状として、表示器を保持する筺体をプリズムの周囲に取り付ける。筺体を、眼と筺体を結ぶ方向の長さよりもその方向に垂直な１方向の長さが小さい形状とし、さらに、視野を遮る角度が眼と筺体を結ぶ方向の筺体の中心よりも眼に近い部位のみで定まる形状とする。これにより筺体で遮られる視野範囲が小さくなり、プリズムを保持するフレームを省略することでフレームにより遮られる視野範囲がなくなる。プリズムの内部にホログラム素子を設けてプリズムを接眼光学系として兼用し、表示器からの光を端面からプリズムに入射させて、内部で反射させながらホログラム素子に導く。
【選択図】図２

Description

本発明は、顔前にて使用され、映像を外界の像に重ねて提供する映像表示装置に関する。

近年、顔前に装着され、表示した映像の光を外界からの光と共に眼に導いて、映像を外界の像に重ねて提供する映像表示装置が、個人用の情報供給手段として提案されている。使用者は、日常生活のあらゆる場面で装置を使用することができ、例えば、歩行中でも映像観察が可能である。

このような装置は、フレームと、１対のレンズと、鼻当てと、１対のテンプルとを有する眼鏡のような形状とされるのが一般的である。映像を表示する表示器はフレームの周囲に取り付けられた筺体に収容される。映像を外界の像に重ねるためには、側方に位置する表示器からの光を眼前に導き、そこで光路を変えて前方から眼に入射させる必要がある。また、小さな表示器に表示した映像を拡大して観察できるようにするのが好ましい。これらのためにホログラム素子を用いることが行われている。

例えば、特許文献１には、レンズの前面（眼から遠い面）にホログラム素子を備える装置が開示されている。表示器からの光はレンズの端面よりレンズ内に導き入れられて、直接ホログラム素子に入射し、ホログラム素子で回折されて眼に導かれる。また、特許文献２には、レンズの後面（眼に近い面）にホログラム素子を備える装置が開示されている。表示器からの光はレンズの後面側からホログラム素子に導かれ、レンズに入射することなく回折されて眼に導かれる。

使用者は、映像の拡大虚像と共に外界の実像を観察することになる。ただし、外界からの光の一部はフレームによって遮られ、視野にけられが生じる。
特開平１１−６４７８１号公報 特開平１１−６４７８２号公報

外界からの光がフレームによって遮られることは、映像を提供するという目的に関しては問題とならない。しかしながら、日常の様々な場面で使用されることを考慮すると、フレームによって光が遮られる範囲をできるだけ小さくして広い視野を確保することが、安全のために必要である。

ところが、従来の装置では、フレームは光学系の配置を容易にしたり装置の強度を高めたりすることを主眼に設計されており、それらの大きさや形状は広い視野を確保するのにあまり適するものではなかった。本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、フレームによって視野が遮られない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、第１の発明の映像表示装置は、鼻に接する鼻当てと、耳、側頭部または後頭部に接する１対のテンプルを有し、顔前に装着されて、表示した映像の光を外界からの光と共に眼に導いて、映像を外界の像に重ねて提供する映像表示装置において、映像を表示する表示器と、表示器を保持する筺体と、表示器からの光を眼に導いて映像の虚像を提供する接眼光学系とを含む１または２の表示部と、眼前に位置して外界からの光を透過させて左右の眼に導く１対のプリズムを備え、プリズムは鼻当てに取り付けられ、テンプルと筺体はプリズムに取り付けられていることを特徴とする。

第２の発明の映像表示装置は、上記第１の発明において、プリズムの一部は接眼光学系を兼ねて表示器からの光を眼に導くことを特徴とする。

第３の発明の映像表示装置は、上記第２の発明において、筺体はプリズムの周囲に位置し、プリズムは、表示器からの光を内部に導き入れる面と、導き入れた光を内部で１回以上反射して眼の直前まで導く面と、眼の直前まで導いた光を眼に向かわせる面を、接眼光学系として有することを特徴とする。

第４の発明の映像表示装置は、上記第３の発明において、眼の直前まで導いた光を眼に向かわせる面はホログラム素子であることを特徴とする。

第５の発明の映像表示装置は、上記第２の発明において、プリズムは視度を補正するパワーを有することを特徴とする。

第６の発明の映像表示装置は、上記第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記筺体は、使用者の視野の周辺部あるいは視野外に配置されることを特徴とする。

第７の発明の映像表示装置は、上記第１〜第６のいずれか１つの発明において、前記１対のプリズムのうち、少なくとも一方のプリズムは、接眼光学系を構成する第１のプリズムと、第１のプリズムと相補的な形状を成す第２のプリズムと、から成り、第１のプリズムと第２のプリズムは隙間なく、かつ、表面が連続するように接合されていることを特徴とする。

第８の発明の映像表示装置は、上記第１〜第７のいずれか１つの発明において、前記接眼光学系は、眼から虚像までの距離が１〜３ｍに設定されていることを特徴とする。

以上説明したように、第１の発明によれば、筺体、鼻当ておよびテンプルを一体化するためのフレーム等の連結部材は不要である。したがって、連結部材によって視野が遮られることがなく、安全性の高い装置となる。また、軽量になって快適に使用することができる。

第２の発明によれば、接眼光学系の影響で外界の像に歪みや不連続が生じるのが避けられ、使用者に自然な像を提供することができる。

第３の発明によれば、表示器からの光がプリズム内で反射して眼前に導かれるため、筺体を視野の周辺部あるいは視野外に配置することが可能になって、視野が広くなり、安全性がさらに高くなる。しかも、プリズムを薄くすることができて、軽量な装置となる。

第４の発明によれば、簡素な構成でありながら、表示器からの光と外界からの光の双方を損失なく眼に導くことができて、映像や映像に重なる外界の像が暗くなることがない。したがって、映像や外界の像全体を明るく提供することができる。また、簡素な構成であるため製造も容易である。

第５の発明によれば、視力矯正用の眼鏡としての機能が得られるため、視力の低い使用者でも、他の矯正手段を用いることなく外界を明瞭に観察することができる。

以下、本発明の映像表示装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に第１の実施形態の映像表示装置１の外観を示す。映像表示装置１は、１つの表示部１０、左右の１対のプリズム２０Ｌ、２０Ｒ、鼻当て３１、左右１対のテンプル３２Ｌ、３２Ｒより成り、プリズム２０Ｌ、２０Ｒが左右の眼の前に位置するように使用者の顔前に装着される。

鼻当て３１は、プリズム２０Ｌ、２０Ｒに取り付けられており、これらを連結している。テンプル３２Ｌ、３２Ｒはそれぞれプリズム２０Ｌ、２０Ｒの端部に取り付けられている。装着時には、鼻当て３１が鼻に当たり、テンプル３２Ｌ、３２Ｒが耳、側頭部または後頭部に当たって、映像表示装置１はこれら３部位で支持される。テンプル３２Ｌ、３２Ｒは、プリズム２０Ｌ、２０Ｒ近傍の部位に設けられた垂直方向の軸（不図示）を中心に回動可能であり、非使用時には内側に折り畳むことができる。

表示部１０は右のプリズム２０Ｒに取り付けられている。表示部１０を含む断面を図２に示す。表示部１０は、透過型の液晶表示器（ＬＣＤ）１１、筺体１２、プリズム１３、発光ダイオード（ＬＥＤ）１４、およびレンズ１５より成る。ＬＣＤ１１は使用者に提供するための映像を表示し、表示した映像により照明光を変調する。筺体１２は、ＬＣＤ１１、ＬＥＤ１４およびレンズ１５を収容してこれらを保持する。ＬＥＤ１４はＬＣＤ１１を照明するための光源であり、レンズ１５はＬＥＤ１４が発した光をＬＣＤ１１の全面に均一に導くための照明光学系である。

ＬＣＤ１１の映像の表示やＬＥＤ１４の発光は、映像表示装置１の外部に設けられた制御装置（不図示）によって制御される。制御装置は、図１に示すようにケーブル４０によって筺体１２に接続されており、ケーブル４０を介して、電力や映像信号を供給する。

プリズム１３は平板状であり、透明なガラスまたは樹脂で作製されている。プリズム１３はＬＣＤ１１からの光を使用者の眼Ｅに導いて、ＬＣＤ１１に表示された映像の虚像を提供する。プリズム１３の上端部は、縁の方が内部側よりも厚いくさび状とされており、筺体１２はこのくさび状の上端部を挟むようにして、プリズム１３に取り付けられている。

プリズム２０Ｌは平板状であり、単一の部材で構成されている。プリズム２０Ｒも平板状であるが、単一の部材ではなく、プリズム１３とプリズム２１で構成されている。プリズム２０Ｌおよびプリズム２１は、プリズム１３と同じ材料で作製されており、これら３者に屈折率の差はない。プリズム２０Ｒを成すプリズム１３とプリズム２１は相補的な形状を有し、隙間なく、かつ表面が連続するように接合されている。プリズム１３がくさび状の上端部を有することを除いて、プリズム２０Ｌ、２０Ｒは対称形である。映像表示装置１を顔前に装着した使用者は、プリズム２０Ｌ、２０Ｒを通して外界を観察することになる。

プリズム１３の下端部は、縁に向かうほど前面（眼Ｅから遠い面）が後面（眼Ｅに近い面）に近づくように作製されており、くさび状である。このくさび状の部位の前面すなわちプリズム２１との接合面は平面であり、この平面にはホログラム素子２２が形成されている。ホログラム素子は２２、装着時に眼Ｅの直前に位置する。プリズム１３およびホログラム素子２２が接眼光学系１６を構成する。

プリズム１３は、ＬＣＤ１１からの光を、上端部の端面より内部に導き入れ、前面と後面で複数回全反射しながら、ホログラム素子２２に導く。ホログラム素子２２は、導かれた光を回折させて、平行光に近い光束としながら、眼Ｅに入射させる。これにより、使用者には、ＬＣＤ１１に表示された映像の虚像が提供される。ホログラム素子２２は外界からの光にはほとんど作用せず、虚像は外界の像の中央部に重なって観察される。

ホログラム素子２２は、眼Ｅから虚像までの距離が１〜３ｍ程度になるように、また、虚像の大きさがＬＣＤ１１に表示された実像の数倍〜数十倍になるように設定されている。したがって、使用者に提供される映像は見やすいものとなる。また、使用者は、眼Ｅの焦点を僅かに調節するだけで、映像と外界の像を明瞭に観察することができる。

映像表示装置１では、ＬＣＤ１１からの光をプリズム１３の内部で反射しながらホログラム素子２２に導くようにしているため、プリズム２０Ｒを大きくすることが可能である。これにより、筺体１２を眼Ｅの視野の周辺部あるいは視野外に位置させることができて、筺体によって遮られる視野範囲が小さくなる。また、外界からの光の大部分がプリズム２０Ｒを透過して眼Ｅに入射する構成とすることができて、ごく周辺部を除き、外界の像に乱れが生じない。しかも、プリズム２０Ｒを、例えば３ｍｍ程度と、薄くすることができるから、装置全体が軽量になる。

プリズム１３の下端部はくさび状であるが、同じ材質のプリズム２１に接合されているため、プリズム１３の下端部を透過する外界からの光に屈折は生じない。したがって、外界の像の中央部が歪んだり不連続になったりすることもなく、映像表示装置１は質の高い像を提供することができる。

ＬＣＤ１１は左右方向に長い長方形状であり、十数文字が横方向に並ぶ文字列を１〜数行表示することができる。このため、使用者は、映像から多くの情報を一度に得ることが可能である。

筺体１２は、眼Ｅと筺体１２を結ぶ方向の長さＡが、その方向と左右方向の双方に垂直な方向の長さＢの２倍程度になるように設定されている。したがって、筺体１２は薄型であり、視野を遮る範囲は小さい。ＬＣＤ１１は、その表示面が眼Ｅと表示面の中心を結ぶ直線に対して垂直になるように配置されており、レンズ１５およびＬＥＤ１４は、その直線の延長上に配置されている。この構成により、筺体１２を薄型としながらも、ＬＣＤ１１、レンズ１５およびＬＥＤ１４の配置を容易にし、照明光学系として簡素なレンズ１５のみを備えることが可能になっている。

眼Ｅの視野と筺体１２が遮る視野の範囲の例を図３に示す。この例は、視野Ｖ０内に筺体１２の全体が位置する場合を示したものであるが、筺体１２によって遮られる視野の範囲Ｖ１は小さい。前述のように、筺体１２の一部を視野Ｖ０の外に位置させることも可能であり、筺体１２によって遮られる視野範囲をさらに小さくすることも可能である。

筺体１２は、視野を遮る角度αが、眼Ｅと筺体１２を結ぶ方向の筺体の中心よりも眼Ｅに近い部位のみで定まる形状を有している。薄型であるため筺体１２が視野を遮る範囲は小さいが、この形状により、視野を遮る範囲をさらに小さくし、また、筺体１２を軽量化することができる。視野を遮る角度が中心よりも近い部位と遠い部位の双方で定まるようにすれば、類似の形状であっても遮られる視野範囲は大きくなり、視野を遮る角度が中心よりも遠い部位のみで定まるようにすれば、筺体１２が大型化、重量化することになる。

なお、本実施形態では、右眼に映像を提供するようにしているが、もちろん、左眼に映像を提供するようにしてもよい。

第２の実施形態の映像表示装置２の外観を図４に示す。映像表示装置２は上記の映像表示装置１にフレーム５０を加えて、筺体１２、プリズム２０Ｌ、２０Ｒ、鼻当て３１、およびテンプル３２Ｌ、３２Ｒをフレーム５０に取り付けたものである。また、映像表示装置１では、プリズム１３の幅（左右方向の長さ）をプリズム２１の幅の１／３程度としていたが、映像表示装置２では、プリズム１３の幅をプリズム２１の幅と同じにしている。なお、第２の実施形態には、筺体１２、鼻当て３１およびテンプル３２Ｌ、３２Ｒを一体化するためのフレーム５０が用いられているため、この点で第２の実施形態は本発明の参考のための一形態にすぎず、本発明には属さないものである。

この構成では、フレーム５０の存在により視野が遮られる範囲は大きくなるが、幅の広い映像を提供することができる。筺体１２の形状、接眼光学系１６を成すプリズム１３およびホログラム素子２２、ならびにプリズム２１の構成や機能は、図５に断面を示すように、映像表示装置１と同様である。制御装置と接続するためのケーブル４０はテンプル３２Ｌの後端部に取り付けられており、テンプル３２Ｌとフレーム５０の内部を通って筺体３２Ｒに接続されている。

第３の実施形態の映像表示装置３の外観を図６に示す。映像表示装置３は、１対の表示部１０Ｌ、１０Ｒを備えて左右両眼に映像を提供するとともに、プリズム２０Ｌ、２０Ｒにパワーをもたせて、使用者の視力を矯正し得るようにしたものである。表示部１０Ｌ、１０Ｒの構成は、プリズム１３Ｌ、１３Ｒが曲率を有する点を除き、第１の実施形態の映像表示装置１の表示部１０と同様の構成である。筺体１２Ｒはケーブル４０により制御装置に接続されており、筺体１２Ｌは、ケーブル４０ａ、筺体１２Ｒ、およびケーブル４０を介して制御装置に接続されている。

プリズム２０Ｌ、２０Ｒのパワーは使用者の視力に応じて設定する。プリズム２０Ｌ、２０Ｒに負のパワーをもたせることで近視を、正のパワーをもたせることで遠視を矯正することができる。プリズム１３Ｌ、１３Ｒの下端部のプリズム２１Ｌ、２１Ｒとの接合面は平面とされており、ホログラム素子２２Ｌ、２２Ｒの形成は容易である。

第１の実施形態の映像表示装置の外観を示す斜視図。 第１の実施形態の映像表示装置の表示部を含む断面図。 第１の実施形態の映像表示装置における使用者の視野と筺体が遮る視野の範囲の例を示す図。 第２の実施形態の映像表示装置の外観を示す斜視図。 第２の実施形態の映像表示装置の表示部を含む断面図。 第３の実施形態の映像表示装置の外観を示す斜視図。

符号の説明

１、２、３ 映像表示装置
１０、１０Ｌ、１０Ｒ 表示部
１１ 液晶表示装置
１２、１２Ｌ、１２Ｒ 筺体
１３、１３Ｌ、１３Ｒ プリズム
１４ 発光ダイオード
１５ レンズ
２０、２０Ｌ、２０Ｒ プリズム
２１、２１Ｌ、２１Ｒ プリズム
２２、２２Ｌ、２２Ｒ ホログラム素子
３１ 鼻当て
３２Ｌ、３２Ｒ テンプル
４０、４０ａ ケーブル
５０ フレーム

Claims (8)

1. 鼻に接する鼻当てと、耳、側頭部または後頭部に接する１対のテンプルを有し、顔前に装着されて、表示した映像の光を外界からの光と共に眼に導いて、映像を外界の像に重ねて提供する映像表示装置において、
   映像を表示する表示器と、表示器を保持する筺体と、表示器からの光を眼に導いて映像の虚像を提供する接眼光学系とを含む１または２の表示部と、
   眼前に位置して外界からの光を透過させて左右の眼に導く１対のプリズムを備え、
   プリズムは鼻当てに取り付けられ、テンプルと筺体はプリズムに取り付けられていることを特徴とする映像表示装置。
2. プリズムの一部は接眼光学系を兼ねて表示器からの光を眼に導くことを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
3. 筺体はプリズムの周囲に位置し、プリズムは、表示器からの光を内部に導き入れる面と、導き入れた光を内部で１回以上反射して眼の直前まで導く面と、眼の直前まで導いた光を眼に向かわせる面を、接眼光学系として有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. 眼の直前まで導いた光を眼に向かわせる面はホログラム素子であることを特徴とする請求項３に記載の映像表示装置。
5. プリズムは視度を補正するパワーを有することを特徴とする請求項２に記載の映像表示装置。
6. 前記筺体は、使用者の視野の周辺部あるいは視野外に配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の映像表示装置。
7. 前記１対のプリズムのうち、少なくとも一方のプリズムは、接眼光学系を構成する第１のプリズムと、第１のプリズムと相補的な形状を成す第２のプリズムと、から成り、第１のプリズムと第２のプリズムは隙間なく、かつ、表面が連続するように接合されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の映像表示装置。
8. 前記接眼光学系は、眼から虚像までの距離が１〜３ｍに設定されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の映像表示装置。

Images