JP2010145718A - 頭部装着型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モバイル性を低下させることなく、多くの情報をマルチ画面で視易く表示できる新規な頭部装着型画像表示装置を提供する。
【解決手段】それぞれ表示すべき画像光を対応する眼球に向けて出射する複数の接眼光学部２５Ｒｕ，２５Ｒｄと、複数の接眼光学部２５Ｒｕ，２５Ｒｄを保持し、観察者の頭部に着脱自在に装着可能な頭部装着部１１とを有し、頭部装着部１１は、観察者の頭部に装着された状態で、複数の接眼光学部２５Ｒｕ，２５Ｒｄの各出射光軸が、それぞれ対応する眼球のほぼ眼球回旋中心を通り、かつ、観察者の視線の移動により一の接眼光学部の出射光軸が対応する眼球の瞳孔を通る状態で、他の接眼光学部の出射光軸が対応する眼球の瞳孔を通らないように、複数の接眼光学部２５Ｒｕ，２５Ｒｄを保持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、頭部装着型画像表示装置、特に、マルチ画面を表示可能にした新規な頭部装着型画像表示装置に関するものである。

従来の頭部装着型画像表示装置として、例えば、ヘッドセット型や眼鏡型のように、モバイルで使用可能なものが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

図１６は、従来提案されているヘッドセット型の頭部装着型画像表示装置の概略構成を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。この頭部装着型画像表示装置１００は、左眼タイプのもので、観察者Ｍの左耳に保持されるヘッドセット型の頭部支持部１０１と、頭部支持部１０１に中継部１０２および保持部１０３を介して連結されて、観察者Ｍの左眼視野内に保持される棒状導光部１０４と、を有する。棒状導光部１０４は、保持部１０３側とは反対側の端部に結合された接眼光学部１０５を有する。また、頭部支持部１０１または中継部１０２、あるいは保持部１０３には、観察すべき画像を表示する液晶表示素子や有機ＥＬ素子等の表示素子（図示せず）が内蔵され、この表示素子に表示された画像の画像光が、棒状導光部１０４を経て接眼光学部１０５から出射されるようになっている。なお、本構成は左右逆に構成することで右眼タイプとしてもよい。

図１６に示した頭部装着型画像表示装置１００は、接眼光学部１０５から出射される画像光が観察者Ｍの左眼瞳孔に入射するように、頭部支持部１０１を観察者Ｍの左耳に保持し、その状態で接眼光学部１０５を覗くことにより、すなわち、左眼の視軸を接眼光学部１０５の出射光軸にほぼ一致させることにより、図示しない表示素子に表示された画像の拡大虚像を観察できるようになっている。

図１７は、従来提案されている眼鏡型の頭部装着型画像表示装置の概略構成を示す斜視図である。この頭部装着型画像表示装置１１０は、眼鏡一体型の右眼タイプのもので、眼鏡フレーム１１１に支持部１１２および保持部１１３を介して、観察者の右眼視野内で、右眼の眼鏡レンズ１１４の前方に近接して保持される棒状導光部１１５を有する。棒状導光部１１５は、保持部１１３側とは反対側の端部に結合された接眼光学部１１６を有する。また、眼鏡フレーム１１１または支持部１１２、あるいは保持部１１３には、観察すべき画像を表示する液晶表示素子や有機ＥＬ素子等の表示素子（図示せず）が内蔵され、この表示素子に表示された画像の画像光が、棒状導光部１１５を経て接眼光学部１１６から出射されるようになっている。

図１７に示した頭部装着型画像表示装置１１０は、観察者が眼鏡フレーム１１１を掛けることにより、接眼光学部１１６から出射される画像光が眼鏡レンズ１１４を通して右眼瞳孔に入射するようになっている。したがって、観察者は、眼鏡フレーム１１１を掛けて接眼光学部１１６を覗くことにより、すなわち、右眼の視軸を接眼光学部１１６の出射光軸にほぼ一致させることにより、図示しない表示素子に表示された画像の拡大虚像を観察することができる。

なお、眼鏡型の頭部装着型画像表示装置として、通常の眼鏡フレームに着脱可能で、図１７と同様の態様で使用されるものも提案されている。

特表２００３−５０２７１３号公報 特開２００６−３８７９号公報

ところで、例えば、インフォメーションディスプレイにおいては、多くの情報を同時に視たいというニーズがある。しかしながら、上述した従来の頭部装着型画像表示装置においては、画像光を出射する接眼光学部が一つしかなく、該一つの接眼光学部による一つの表示画面に情報を表示するようにしている。しかも、頭部装着型画像表示装置は、モバイルで使用可能であることから、その表示画面が比較的小さく、したがって表示される情報量も比較的少ない。特に、特許文献２に開示のように、観察者の視野内に位置する接眼光学部および棒状導光部の視軸方向における投影断面の幅を４ｍｍ以下として、接眼光学部および棒状導光部をシースルー可能とする場合は、より表示画面が小さくなり、表示できる情報量も少なくなる。

このため、従来の頭部装着型画像表示装置は、インフォメーションディスプレイにおけるように、多くの情報を同時に視たいというニーズには十分対応できない場合がある。

このようなニーズに応える方法として、複数の接眼光学部を設けて情報をマルチ画面で表示することが考えられる。しかしながら、単に、複数の接眼光学部を設けてマルチ画面で情報を表示するようにすると、複数の接眼光学部による表示画面が連続したり、重なったり、左右の眼球で異なる画面が同時に観察されたり、不要な画像光が入射したりする場合があり、これにより表示画面が視づらくなるとともに、モバイル性が低下することが懸念される。

したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、モバイル性を低下させることなく、多くの情報をマルチ画面で視易く表示できる新規な頭部装着型画像表示装置を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に係る頭部装着型画像表示装置の発明は、
それぞれ表示すべき画像光を対応する眼球に向けて出射する複数の接眼光学部と、
該複数の接眼光学部を保持し、観察者の頭部に着脱自在に装着可能な頭部装着部とを有し、
前記頭部装着部は、前記観察者の頭部に装着された状態で、前記複数の接眼光学部の各出射光軸が、それぞれ対応する眼球のほぼ眼球回旋中心を通り、かつ、前記観察者の視線の移動により一の前記接眼光学部の出射光軸が対応する眼球の瞳孔を通る状態で、他の前記接眼光学部の出射光軸が対応する眼球の瞳孔を通らないように、前記複数の接眼光学部を保持する、
ことを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記頭部装着部は、前記複数の接眼光学部における一の出射光軸と他の出射光軸との成す角度が、約２３度以上となるように、前記複数の接眼光学部を保持する、
ことを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記複数の接眼光学部は、前記頭部装着部が前記観察者の頭部に装着された状態で、上下方向に離間して保持された上側接眼光学部および下側接眼光学部を有する、
ことを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記複数の接眼光学部は、前記頭部装着部が前記観察者の頭部に装着された状態で、左右方向に離間して保持された左眼用接眼光学部および右眼用接眼光学部を有する、
ことを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記左眼用接眼光学部および前記右眼用接眼光学部は、上下方向に異なる位置に保持されている、
ことを特徴とするものである。

請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記複数の接眼光学部の各々における観察者の視軸方向への投影断面の幅を、４ｍｍ以下とした、
ことを特徴とするものである。

請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記複数の接眼光学部の各々は、画像光を導光する棒状導光部の出射端部に保持されている、
ことを特徴とするものである。

請求項８に係る発明は、請求項７に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記複数の棒状導光部の各々における観察者の視軸方向への投影断面の幅を、４ｍｍ以下とした、
ことを特徴とするものである。

請求項９に係る発明は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記頭部装着部は、眼鏡フレームからなる、
ことを特徴とするものである。

本発明は、頭部装着部が観察者の頭部に装着された状態で、複数の接眼光学部の各出射光軸が、観察者のそれぞれ対応する眼球のほぼ眼球回旋中心を通り、かつ、観察者の視線の移動により一の接眼光学部の出射光軸が対応する眼球の瞳孔を通る状態で、他の接眼光学部の出射光軸が対応する眼球の瞳孔を通らないように、複数の接眼光学部を頭部装着部に保持する。これにより、複数の接眼光学部による表示画面を、互いに分離されたマルチ画面として視野内に表示して、各表示画面に視線を動かすことにより、観察画面を切り替えて情報を視ることができるので、モバイル性を低下させることなく、多くの情報をマルチ画面で視易く表示することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の概略構成を示す斜視図である。この頭部装着型画像表示装置１０は、眼鏡一体型の右眼タイプのもので、観察者が頭部装着部である眼鏡フレーム１１を装着した状態で、観察者の右眼視野内に延在させて眼鏡フレーム１１の右眼リム１２Ｒの上部に保持した上側棒状導光部２１Ｒｕと、右眼リム１２Ｒの下部に保持した下側棒状導光部２１Ｒｄとを備える。

上側棒状導光部２１Ｒｕは、図２に概略斜視図を示すように、例えば断面矩形に形成し、その一端部の入射端面を、右眼リム１２Ｒの上部に保持された液晶表示素子や有機ＥＬ表示素子等からなる表示素子２３Ｒｕに対向させて右眼リム１２Ｒの上部に保持する。そして、表示素子２３Ｒｕに表示された画像の画像光を、入射端面から他端部に導光し、該他端部において観察者の眼球側に反射させて側面から出射させる。この上側棒状導光部２１Ｒｕの画像光の出射部には、当該画像光による画像を表示する虚像位置に応じた曲率の接眼レンズからなる上側接眼光学部２５Ｒｕを保持する。

同様に、下側棒状導光部２１Ｒｄは、図２に概略斜視図を示すように、例えば断面矩形に形成し、その一端部の入射端面を、右眼リム１２Ｒの下部に保持された液晶表示素子や有機ＥＬ表示素子等からなる表示素子２３Ｒｄに対向させて右眼リム１２Ｒの下部に保持する。そして、表示素子２３Ｒｄに表示された画像の画像光を、入射端面から他端部に導光し、該他端部において観察者の眼球側へ反射させて側面から出射させる。この下側棒状導光部２１Ｒｄの画像光の出射部には、当該画像光による画像を表示する虚像位置に応じた曲率の接眼レンズからなる下側接眼光学部２５Ｒｄを保持する。なお、本実施の形態では、上側接眼光学部２５Ｒｕおよび下側接眼光学部２５Ｒｄによるそれぞれの画像の表示位置までの距離をほぼ等しくする。したがって、上側接眼光学部２５Ｒｕおよび下側接眼光学部２５Ｒｄをそれぞれ構成する接眼レンズの曲率は、ほぼ等しくする。

これら上側棒状導光部２１Ｒｕおよび下側棒状導光部２１Ｒｄは、観察者が眼鏡フレーム１１を装着した状態で、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、上側接眼光学部２５Ｒｕおよび下側接眼光学部２５Ｒｄのそれぞれの出射光軸ＯｕおよびＯｄが、観察者の右眼球Ａｒのほぼ眼球回旋中心Ｃｒで交差し、かつ、一方の出射光軸が右眼球Ａｒの瞳孔Ｐｒを通る状態で、他方の出射光軸が右眼球Ａｒの瞳孔Ｐｒを通らないように、上下方向に離間して眼鏡フレーム１１に保持する。

すなわち、図３（ａ）に示すように、観察者が視野内の右上に視線を移動して右上側を注目した際は、上側接眼光学部２５Ｒｕの出射光軸Ｏｕが右眼球Ａｒの瞳孔Ｐｒを通り、下側接眼光学部２５Ｒｄの出射光軸Ｏｄは右眼球Ａｒの瞳孔Ｐｒから外れるようにし、逆に、図３（ｂ）に示すように、観察者が視野内の右下に視線を移動して右下側を注目した際は、下側接眼光学部２５Ｒｄの出射光軸Ｏｄが右眼球Ａｒの瞳孔Ｐｒを通り、上側接眼光学部２５Ｒｕの出射光軸Ｏｕは右眼球Ａｒの瞳孔Ｐｒから外れるように、上側棒状導光部２１Ｒｕおよび下側棒状導光部２１Ｒｄを眼鏡フレーム１１に保持する。

ここで、図４に示すように、一般に、ヒトの眼球Ａにおける瞳孔Ｐの径は、通常環境で４ｍｍ程度といわれている。また、瞳孔Ｐから眼球回旋中心Ｃまでの距離は、１０ｍｍ程度である。したがって、上記の条件を満たすには、上側接眼光学部２５Ｒｕの出射光軸Ｏｕと、下側接眼光学部２５Ｒｄの出射光軸Ｏｄとの成す角度θが、約２３度以上となるように、上側棒状導光部２１Ｒｕおよび下側棒状導光部２１Ｒｄを、図２に示したように、互いに内側に向けて眼鏡フレーム１１に保持する。

また、本実施の形態では、図３（ａ）に示したように、観察者が視野内の右上側を注目した際に、上側棒状導光部２１Ｒｕおよび上側接眼光学部２５Ｒｕがシースルーとなって外界が見えるように、上側棒状導光部２１Ｒｕおよび上側接眼光学部２５Ｒｕの右眼球Ａｒの視軸方向への投影断面の幅を４ｍｍ以下とする。同様に、図３（ｂ）に示したように、観察者が視野内の右下側を注目した際に、下側棒状導光部２１Ｒｄおよび下側接眼光学部２５Ｒｄがシースルーとなって外界が見えるように、下側棒状導光部２１Ｒｄおよび下側接眼光学部２５Ｒｄの右眼球Ａｒの視軸方向への投影断面の幅を４ｍｍ以下とする。

このようにして、図５に示すように、観察者の視野内の右上側に、上側棒状導光部２１Ｒｕにより導光されて上側接眼光学部２５Ｒｕから出射される画像光による上側表示画面２６Ｒｕを表示し、視野内の右下側に、下側棒状導光部２１Ｒｄにより導光されて下側接眼光学部２５Ｒｄから出射される画像光による下側表示画面２６Ｒｄを、上側表示画面２６Ｒｕと分離して表示して、それぞれの画面に所要の情報を表示する。

これにより、本実施の形態によれば、観察者は、視線（視軸）を正面に位置させた状態で、視野内に上側表示画面２６Ｒｕおよび下側表示画面２６Ｒｄが分離して表示されているのを認識することができる。そして、観察者が視線を右上に移動させて視野内の右上側を注目すると、図３（ａ）に示したように、上側接眼光学部２５Ｒｕの出射光軸Ｏｕが右眼球Ａｒの瞳孔Ｐｒを通るので、観察者は上側表示画面２６Ｒｕに表示された情報を右眼球Ａｒで視ることができる。しかも、この状態では、下側接眼光学部２５Ｒｄの出射光軸Ｏｄは、右眼球Ａｒの瞳孔Ｐｒから外れているので、不要な画像光の入射を低減することができる。

同様に、観察者が視線を右下に移動させて視野内の右下側を注目すると、図３（ｂ）に示したように、下側接眼光学部２５Ｒｄの出射光軸Ｏｄが右眼球Ａｒの瞳孔Ｐｒを通るので、観察者は下側表示画面２６Ｒｄに表示された情報を右眼球Ａｒで視ることができる。しかも、この状態では、上側接眼光学部２５Ｒｕの出射光軸Ｏｕは、右眼球Ａｒの瞳孔Ｐｒから外れているので、不要な画像光の入射を低減することができる。

本実施の形態によれば、上述したように、上側接眼光学部２５Ｒｕおよび下側接眼光学部２５Ｒｄによる上側表示画面２６Ｒｕおよび下側表示画面２６Ｒｄを、互いに分離されたマルチ画面として視野内に表示して、視線を右上または右下に移動させることにより、観察画面を切り替えて情報を観察可能としたので、モバイル性を低下させることなく、多くの情報をマルチ画面で視易く表示することができる。

（第２実施の形態）
図６は、本発明の第２実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の概略構成を示す斜視図である。この頭部装着型画像表示装置３０は、眼鏡一体型のもので、観察者が頭部装着部である眼鏡フレーム３１を装着した状態で、観察者の左眼視野内に延在させて眼鏡フレーム３１の左眼リム３２Ｌの下部に保持した左眼用下側棒状導光部４１Ｌｄと、観察者の右眼視野内に延在させて眼鏡フレーム３１の右眼リム３２Ｒの下部に保持した右眼用下側棒状導光部４１Ｒｄとを備える。

左眼用下側棒状導光部４１Ｌｄおよび右眼用下側棒状導光部４１Ｒｄは、それぞれ図２に示した棒状導光部と同様に、表示素子に表示された画像の画像光を、入射端面から他端部に導光し、該他端部において観察者の眼球側へ反射させて側面に保持した左眼用下側接眼光学部４２Ｌｄおよび右眼用下側接眼光学部４２Ｒｄ（図７，図８参照）を経て出射させるように構成する。

これら左眼用下側棒状導光部４１Ｌｄおよび右眼用下側棒状導光部４１Ｒｄは、観察者が眼鏡フレーム３１を装着した状態で、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、左眼用下側接眼光学部４２Ｌｄの出射光軸Ｏｌが、観察者の左眼球Ａｌのほぼ眼球回旋中心Ｃｌを通り、右眼用下側接眼光学部４２Ｒｄの出射光軸Ｏｒが、観察者の右眼球Ａｒのほぼ眼球回旋中心Ｃｒを通り、かつ、一方の出射光軸が対応する眼球の瞳孔を通る状態で、他方の出射光軸が対応する眼球の瞳孔を通らないように、左右方向に離間して眼鏡フレーム３１に保持する。

すなわち、観察者が視野内の左下に視線を移動して左下側を注目した際は、図７（ａ）に示すように、左眼用下側接眼光学部４２Ｌｄの出射光軸Ｏｌが左眼球Ａｌの瞳孔Ｐｌを通り、右眼用下側接眼光学部４２Ｒｄの出射光軸Ｏｒは右眼球Ａｒの瞳孔Ｐｒから外れるようにし、逆に、観察者が視野内の右下に視線を移動して右上側を注目した際は、図７（ｂ）に示すように、右眼用下側接眼光学部４２Ｒｄの出射光軸Ｏｒが右眼球Ａｒの瞳孔Ｐｒを通り、左眼用下側接眼光学部４２Ｌｄの出射光軸Ｏｌは左眼球Ａｌの瞳孔Ｐｌから外れるようにし、左眼用下側棒状導光部４１Ｌｄおよび右眼用下側棒状導光部４１Ｒｄを眼鏡フレーム３１に保持する。

ここで、図４において説明したように、通常環境での瞳孔径は４ｍｍ程度であり、瞳孔から眼球回旋中心までの距離は１０ｍｍ程度であるので、各眼球において、瞳孔を通る出射光軸と視軸との成す最大角度は、図４の場合と変わらず、約１１．３度となる。したがって、上記の条件を満たすには、図８に示すように、左眼用下側接眼光学部４２Ｌｄの出射光軸Ｏｌと、右眼用下側接眼光学部４２Ｒｄの出射光軸Ｏｒとの成す角度θが、図４に示した場合と同様に、約２３度以上となるように、左眼用下側棒状導光部４１Ｌｄおよび右眼用下側棒状導光部４１Ｒｄを眼鏡フレーム３１に保持する。

また、第１実施の形態の場合と同様に、本実施の形態においても、図７（ａ）に示したように、観察者が視野内の左下側を注目した際に、左眼用下側棒状導光部４１Ｌｄおよび左眼用下側接眼光学部４２Ｌｄがシースルーとなって外界が見えるように、左眼用下側棒状導光部４１Ｌｄおよび左眼用下側接眼光学部４２Ｌｄの左眼球Ａｌの視軸方向への投影断面の幅を４ｍｍ以下とする。同様に、図７（ｂ）に示したように、観察者が視野内の右下側を注目した際に、右眼用下側棒状導光部４１Ｒｄおよび右眼用下側接眼光学部４２Ｒｄがシースルーとなって外界が見えるように、右眼用下側棒状導光部４１Ｒｄおよび右眼用下側接眼光学部４２Ｒｄの右眼球Ａｒの視軸方向への投影断面の幅を４ｍｍ以下とする。

このようにして、図９に示すように、観察者の視野内の左下側に、左眼用下側棒状導光部４１Ｌｄにより導光されて左眼用下側接眼光学部４２Ｌｄから出射される画像光による左下側表示画面４３Ｌｄを表示し、視野内の右下側に、右眼用下側棒状導光部４１Ｒｄにより導光されて右眼用下側接眼光学部４２Ｒｄから出射される画像光による右下側表示画面４３Ｒｄを、左下側表示画面４３Ｌｄと分離して表示して、それぞれの画面に所要の情報を表示する。

これにより、本実施の形態によれば、観察者は、視線（視軸）を正面に位置させた状態で、視野内に左下側表示画面４３Ｌｄおよび右下側表示画面４３Ｒｄが分離して表示されているのを認識することができる。そして、観察者が視線を左下に移動させて視野内の左下側を注目すると、図７（ａ）に示したように、左眼用下側接眼光学部４２Ｌｄの出射光軸Ｏｌが左眼球Ａｌの瞳孔Ｐｌを通るので、観察者は左下側表示画面４３Ｌｄに表示された情報を左眼球Ａｌで視ることができる。しかも、この状態では、右眼用下側接眼光学部４２Ｒｄの出射光軸Ｏｒは、右眼球Ａｒの瞳孔Ｐｒから外れているので、左下側表示画面４３Ｌｄの観察に支障をきたすこともない。

同様に、観察者が視線を右下に移動させて視野内の右下側を注目すると、図７（ｂ）に示したように、右眼用下側接眼光学部４２Ｒｄの出射光軸Ｏｒが右眼球Ａｒの瞳孔Ｐｒを通るので、観察者は右下側表示画面４３Ｒｄに表示された情報を右眼球Ａｒで視ることができる。しかも、この状態では、左眼用下側接眼光学部４２Ｌｄの出射光軸Ｏｌは、左眼球Ａｌの瞳孔Ｐｌから外れているので、右下側表示画面４３Ｒｄの観察に支障をきたすこともない。

本実施の形態によれば、上述したように、左眼用下側接眼光学部４２Ｌｄおよび右眼用下側接眼光学部４２Ｒｄによる左下側表示画面４３Ｌｄおよび右下側表示画面４３Ｒｄを、互いに分離されたマルチ画面として視野内に表示して、視線を左上または右下に移動させることにより、観察画面を切り替えて情報を観察可能としたので、第１実施の形態の場合と同様に、モバイル性を低下させることなく、多くの情報をマルチ画面で視易く表示することができる。

（第３実施の形態）
図１０は、本発明の第３実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の概略構成を示す斜視図である。この頭部装着型画像表示装置５０は、第２実施の形態に示した頭部装着型画像表示装置３０において、眼鏡フレーム３１の左眼リム３２Ｌおよび右眼リム３２Ｒの上部にも、それぞれ左眼視野内に延在する左眼用上側棒状導光部４１Ｌｕおよび右眼視野内に延在する右眼用上側棒状導光部４１Ｒｕを保持して、上下左右方向に離間して四つの棒状導光部を設けたものである。

左眼用上側棒状導光部４１Ｌｕおよび右眼用上側棒状導光部４１Ｒｕは、左眼用下側棒状導光部４１Ｌｄおよび右眼用下側棒状導光部４１Ｒｄと同様に、それぞれ対応する表示素子に表示された画像の画像光を、入射端面から他端部に導光し、該他端部において観察者の眼球側へ反射させて側面に保持した左眼用上側接眼光学部４２Ｌｕおよび右眼用上側接眼光学部４２Ｒｕを経てそれぞれ出射させるように構成する。

また、左眼用上側棒状導光部４１Ｌｕおよび右眼用上側棒状導光部４１Ｒｕは、観察者が眼鏡フレーム３１を装着した状態で、左眼用上側接眼光学部４２Ｌｕの出射光軸が、観察者の左眼球のほぼ眼球回旋中心で左眼用下側接眼光学部４２Ｌｄの出射光軸と交差し、右眼用上側接眼光学部４２Ｒｕの出射光軸が、観察者の右眼球のほぼ眼球回旋中心で右眼用下側接眼光学部４２Ｒｄの出射光軸と交差するように、眼鏡フレーム３１に保持する。

さらに、上部左右の左眼用上側接眼光学部４２Ｌｕの出射光軸と右眼用上側接眼光学部４２Ｒｕの出射光軸との成す角度は、下部左右の左眼用下側接眼光学部４２Ｌｄの出射光軸と右眼用下側接眼光学部４２Ｒｄの出射光軸との成す角度と同様に、約２３度以上とする。また、左上下の左眼用上側接眼光学部４２Ｌｕの出射光軸と左眼用下側接眼光学部４２Ｌｄの出射光軸との成す角度、および、右上下の右眼用上側接眼光学部４２Ｒｕの出射光軸と右眼用下側接眼光学部４２Ｒｄの出射光軸との成す角度は、それぞれ第１実施の形態で説明したと同様に、約２３度以上とする。同様に、対角線の左眼用上側接眼光学部４２Ｌｕの出射光軸と右眼用下側接眼光学部４２Ｒｄの出射光軸との成す角度、および、右眼用上側接眼光学部４２Ｒｕの出射光軸と左眼用下側接眼光学部４２Ｌｄの出射光軸との成す角度も、約２３度以上とする。

これにより、観察者が眼鏡フレーム３１を装着した状態で、視線を移動して、いずれか一つの接眼光学部の出射光軸が対応する眼球の瞳孔を通る状態とした場合は、他の接眼光学部の出射光軸が対応する眼球の瞳孔を通らないようにする。

なお、左眼用上側棒状導光部４１Ｌｕおよび左眼用上側接眼光学部４２Ｌｕ、並びに、右眼用上側棒状導光部４１Ｒｕおよび右眼用上側接眼光学部４２Ｒｕのそれぞれ対応する眼球の視軸方向への投影断面の幅は、左眼用下側棒状導光部４１Ｌｄおよび左眼用下側接眼光学部４２Ｌｄ、並びに、右眼用下側棒状導光部４１Ｒｄおよび右眼用下側接眼光学部４２Ｒｄと同様に、４ｍｍ以下とする。

このようにして、図１１に示すように、観察者の視野内に、図９に示した左眼用下側接眼光学部４２Ｌｄおよび右眼用下側接眼光学部４２Ｒｄによる左下側表示画面４３Ｌｄおよび右下側表示画面４３Ｒｄに加えて、視野内の左上側に、左眼用上側棒状導光部４１Ｌｕにより導光されて左眼用上側接眼光学部４２Ｌｕから出射される画像光による左上側表示画面４３Ｌｕを、視野内の右上側に、右眼用上側棒状導光部４１Ｒｕにより導光されて右眼用上側接眼光学部４２Ｒｕから出射される画像光による右上側表示画面４３Ｒｕを、互いに分離して表示して、それぞれの画面に所要の情報を表示する。

これにより、本実施の形態によれば、観察者は、視線（視軸）を正面に位置させた状態で、視野内に四つの表示画面が上下左右に分離して表示されているのを認識することができる。そして、観察者が視線を移動して視野内の左上側を注目すると、左眼用上側接眼光学部４２Ｌｕの出射光軸が左眼球の瞳孔を通るので、左上側表示画面４３Ｌｕに表示された情報を左眼球で視ることができ、また、視野内の右上側を注目すると、右眼用上側接眼光学部４２Ｒｕの出射光軸が右眼球の瞳孔を通るので、右上側表示画面４３Ｒｕに表示された情報を右眼球で視ることができる。なお、視野内の左下側あるいは右下側を注目した場合は、第２実施の形態で説明したのと同様に、左下側表示画面４３Ｌｄあるいは右下側表示画面４３Ｒｄに表示された情報を左眼球あるいは右眼球で視ることができる。

しかも、観察者が、いずれか一つの接眼光学部による表示画面に視線を向けている状態では、他の接眼光学部の出射光軸は対応する眼球の瞳孔から外れているので、視線を向けている表示画面の観察に支障をきたすこともない。

本実施の形態によれば、上述したように、上下左右方向に離間して設けた四つの接眼光学部４２Ｌｕ，４２Ｌｄ，４２Ｒｕ，４２Ｒｄによる四つの表示画面４３Ｌｕ，４３Ｌｄ，４３Ｒｕ，４３Ｒｄを、上下左右に互いに分離されたマルチ画面として視野内に表示して、視線を上下左右に移動させることにより、観察画面を切り替えて情報を観察可能としたので、モバイル性を低下させることなく、上記実施の形態におけるよりも、より多くの情報をマルチ画面で視易く表示することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、第１実施の形態においては、眼鏡フレームの右眼リムの上下にそれぞれ接眼光学部を保持した右眼タイプとして構成したが、これらを左眼リムに同様に保持することにより、左眼タイプとして構成することもできる。また、例えば、図１２に示すように、眼鏡フレーム１１の一方のリム（図１２では右眼リム１２Ｒ）の中央の左右に、右眼右側接眼光学部２５Ｒｃｒおよび右眼左側接眼光学部２５Ｒｃｌを保持して頭部装着型画像表示装置を構成することもできる。あるいは、左眼用接眼光学部と右眼用接眼光学部とが上下方向に異なる位置に配置されるように、図１３に示すように、図１の構成に加えて、左眼リム１２Ｌの中央の左右に、図１２と同様に、左眼右側接眼光学部２５Ｌｃｒおよび左眼左側接眼光学部２５Ｌｃｌを保持して頭部装着型画像表示装置を構成することもできる。このように、左眼用接眼光学部と右眼用接眼光学部とを上下方向に異なる位置に保持すれば、左眼用接眼光学部による表示画面を観察する場合と右眼用接眼光学部による表示画面を観察する場合とで、目を移動する高さ位置が異なるので、観察者は左目視認と右目視認との切り替えを容易に行うことが可能となる。

また、第２実施の形態においては、眼鏡フレームの左右のリムの下部にそれぞれ接眼光学部を保持した下側観察タイプとして構成したが、左右のリムの中央部にそれぞれ接眼光学部を保持した正面観察タイプとして構成したり、左右のリムの上部にそれぞれ接眼光学部を保持した上側観察タイプとして構成したり、することもできる。あるいは、左眼用接眼光学部と右眼用接眼光学部とが上下方向に異なる位置に配置されるように、一方のリムには上部または下部に、他方のリムには逆に下部または上部にそれぞれ接眼光学部を保持した対角線観察タイプとして構成したり、一方のリムには上部または下部に、他方のリムには中央部にそれぞれ接眼光学部を保持して構成したり、することもできる。したがって、これらの場合には、図１３の場合と同様に、左眼用接眼光学部による表示画面を観察する場合と右眼用接眼光学部による表示画面を観察する場合とで、目を移動する高さ位置が異なるので、観察者は左目視認と右目視認との切り替えを容易に行うことが可能となる。

また、第３実施の形態においては、眼鏡フレーム３１の左眼リム３２Ｌの左側上下と、右眼リム３２Ｒの右側上下との４箇所に接眼光学部４２Ｌｕ，４２Ｌｄ；４２Ｒｕ，４２Ｒｄを保持したが、各リムにおいて、２つの接眼光学部を対角線上に保持することもできる。例えば、図１４に示すように、左眼リム３２Ｌには、左眼用上側接眼光学部４２Ｌｕを左上側に、左眼用下側接眼光学部４２Ｌｄは右下側にそれぞれ保持し、右眼リム３２Ｒには、右眼用上側接眼光学部４２Ｒｕを右上側に、右眼用下側接眼光学部４２Ｒｄは左下側にそれぞれ保持して頭部装着型画像表示装置を構成することもできる。また、第３実施の形態に示した構成において、いずれか一つの接眼光学部を省略することもできるし、あるいは、さらに多くの接眼光学部を、上述した他の接眼光学部の出射光軸との角度条件を満たすように設けることもできる。また、これらの場合において、上述したと同様に、左眼用接眼光学部と右眼用接眼光学部とを上下方向に異なる位置に配置することもできる。

また、複数の接眼光学部によるそれぞれの画像の表示位置までの距離は、互いに異ならせることもできる。例えば、ヒトの実環境を想定すると、下方向には近くに見えるものが多く、正面や上方向には遠くに見えるものが多い。したがって、例えば、第１実施の形態においては、図１５に示すように、上側接眼光学部２５Ｒｕによる上側表示画面２６Ｒｕの虚像位置を、例えば５ｍ先と遠くに設定し、下側接眼光学部２５Ｒｄによる下側表示画面２６Ｒｄの虚像位置を、例えば０．５ｍ先と近くに設定することもできる。

すなわち、表示素子と接眼光学部との距離をa、虚像と接眼光学部との距離をｂ、接眼光学部の焦点距離をｆとすると、近軸的には、１／ｂ＝（１／ａ）−（１／ｆ）、が成り立つ。したがって、距離ａまたは焦点距離ｆを変えることにより、虚像位置を変えることができる。例えば、距離ａを変える場合は、ａ＝ｆとすると、虚像位置を無限遠方に設定することができ、ａを小さくするほど、虚像位置を近くに設定することができる。

また、接眼光学部が単レンズの場合は、レンズ材質の屈折率をｎ、レンズの曲率半径をｒ１，ｒ２、レンズの厚さをｄとすると、近軸的には、以下の式が成り立つ。

したがって、屈折率nや曲率半径r、厚みdを変えることにより、接眼光学部の焦点距離ｆを変えることができるので、焦点距離ｆを大きくすることで、虚像位置を近くに設定でき、焦点距離ｆを小さくすることで、虚像位置を遠くに設定することができる。

さらに、上記各実施の形態においては、各棒状導光部および接眼光学部をシースルーとしたが、必ずしもシースルーにする必要はない。また、各棒状導光部を省略し、各接眼光学部に対向して表示素子を頭部装着部に保持して、虚像を観察可能に構成することもできる。また、本発明に係る頭部装着型画像表示装置は、眼鏡型に限らず、ヘッドセット型として構成することもできるし、眼鏡着脱型として構成することもできる。

本発明の第１実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の概略構成を示す斜視図である。 図１に示した上側棒状導光部および下側棒状導光部の概略斜視図である。 図１に示した上側棒状導光部および下側棒状導光部の眼鏡フレームへの保持条件を説明するための図である。 図２に示した上側接眼光学部および下側接眼光学部のそれぞれの出射光軸が成す角度を説明するための図である。 第１実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置による視野内での表示画面の表示位置を示す図である。 本発明の第２実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の概略構成を示す斜視図である。 図６に示した左眼用下側棒状導光部および右眼用下側棒状導光部の眼鏡フレームへの保持条件を説明するための図である。 図７に示した左眼用下側接眼光学部および右眼用下側接眼光学部のそれぞれの出射光軸が成す角度を説明するための図である。 第２実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置による視野内での表示画面の表示位置を示す図である。 本発明の第３実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の概略構成を示す斜視図である。 第３実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置による視野内での表示画面の表示位置を示す図である。 本発明に係る頭部装着型画像表示装置の変形例を説明するための図である。 本発明に係る頭部装着型画像表示装置の他の変形例を説明するための図である。 本発明に係る頭部装着型画像表示装置のさらに他の変形例を説明するための図である。 本発明に係る頭部装着型画像表示装置のさらに他の変形例を説明するための図である。 従来のヘッドセット型頭部装着型画像表示装置の概略構成を示す図である。 従来の眼鏡型頭部装着型画像表示装置の概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 頭部装着型画像表示装置
１１ 眼鏡フレーム
１２Ｒ 右眼リム
１２Ｌ 左眼リム
２１Ｒｕ 上側棒状導光部
２１Ｒｄ 下側棒状導光部
２３Ｒｕ，２３Ｒｄ 表示素子
２５Ｒｕ 上側接眼光学部
２５Ｒｄ 下側接眼光学部
２５Ｒｃｒ 右眼右側接眼光学部
２５Ｒｃｌ 右眼左側接眼光学部
２５Ｌｃｒ 左眼右側接眼光学部
２５Ｌｃｌ 左眼左側接眼光学部
２６Ｒｕ 上側表示画面
２６Ｒｄ 下側表示画面
３０ 頭部装着型画像表示装置
３１ 眼鏡フレーム
３２Ｌ 左眼リム
３２Ｒ 右眼リム
４１Ｌｄ 左眼用下側棒状導光部
４１Ｒｄ 右眼用下側棒状導光部
４２Ｌｄ 左眼用下側接眼光学部
４２Ｒｄ 右眼用下側接眼光学部
４３Ｌｄ 左下側表示画面
４３Ｒｄ 右下側表示画面
５０ 頭部装着型画像表示装置
４１Ｌｕ 左眼用上側棒状導光部
４１Ｒｕ 右眼用上側棒状導光部
４２Ｌｕ 左眼用上側接眼光学部
４２Ｒｕ 右眼用上側接眼光学部
４３Ｌｕ 左上側表示画面
４３Ｒｕ 右上側表示画面

Claims (9)

1. それぞれ表示すべき画像光を対応する眼球に向けて出射する複数の接眼光学部と、
   該複数の接眼光学部を保持し、観察者の頭部に着脱自在に装着可能な頭部装着部とを有し、
   前記頭部装着部は、前記観察者の頭部に装着された状態で、前記複数の接眼光学部の各出射光軸が、それぞれ対応する眼球のほぼ眼球回旋中心を通り、かつ、前記観察者の視線の移動により一の前記接眼光学部の出射光軸が対応する眼球の瞳孔を通る状態で、他の前記接眼光学部の出射光軸が対応する眼球の瞳孔を通らないように、前記複数の接眼光学部を保持する、
   ことを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
2. 前記頭部装着部は、前記複数の接眼光学部における一の出射光軸と他の出射光軸との成す角度が、約２３度以上となるように、前記複数の接眼光学部を保持する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の頭部装着型画像表示装置。
3. 前記複数の接眼光学部は、前記頭部装着部が前記観察者の頭部に装着された状態で、上下方向に離間して保持された上側接眼光学部および下側接眼光学部を有する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の頭部装着型画像表示装置。
4. 前記複数の接眼光学部は、前記頭部装着部が前記観察者の頭部に装着された状態で、左右方向に離間して保持された左眼用接眼光学部および右眼用接眼光学部を有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置。
5. 前記左眼用接眼光学部および前記右眼用接眼光学部は、上下方向に異なる位置に保持されている、
   ことを特徴とする請求項４に記載の頭部装着型画像表示装置。
6. 前記複数の接眼光学部の各々における観察者の視軸方向への投影断面の幅を、４ｍｍ以下とした、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置。
7. 前記複数の接眼光学部の各々は、画像光を導光する棒状導光部の出射端部に保持されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置。
8. 前記複数の棒状導光部の各々における観察者の視軸方向への投影断面の幅を、４ｍｍ以下とした、
   ことを特徴とする請求項７に記載の頭部装着型画像表示装置。
9. 前記頭部装着部は、眼鏡フレームからなる、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置。

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