JP2010175692A - 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、大画面の画像を表示することが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２５ｕ，２５ｄと、複数の接眼光学部２５ｕ，２５ｄ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２５ｕ，２５ｄからの画像光による画像が、観察者の視野内で隣接して大画面として表示されるように、複数の接眼光学部２５ｕ，２５ｄを保持する。
【選択図】図３

Description

本発明は、頭部装着型画像表示装置、特に大画面の画像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および２参照）。

図１３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１３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１４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１４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１４と同様の態様で使用されるものも提案されている。

図１５は、従来例の頭部装着型画像表示装置の光路概略図である。図１５（ａ）は、表示素子１１７の上部、中央部、下部のそれぞれから、異なる角度で出射した画像光の光路を示している。この表示素子１１７からの画像光は、接眼光学部を構成する接眼レンズ１１８を通ることによって、あたかも遠方の表示画像からの光のように、観察者の眼球１１９の網膜上に像１２０を結像する。これにより、観察者は、設定された距離（例えば２ｍ先など）に表示画像が表示されているかのように認識することができる。

なお、本願では以下において、光路図を見易く表示するために、図１５（ｂ）で示すように主光線のみを図示する。

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、多くの情報を一画面に同時に視たいというニーズがある。また、図形情報などを表示するために、より大きな表示画面が必要とされる場合もある。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。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、多くの情報を大画面で表示して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。

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、一つの接眼光学部で多くの情報や図形情報を表示することが困難になる。

この問題を解決するためには、複数の表示素子および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、観察者が観察する複数の表示画像間に好ましくない重複や隙間が発生し、表示画面が見づらくなることが懸念される。さらに、この方法では、マルチ画面を使用することで表示する情報量を増やすことはできても、例えば地図情報等の画像を、観察者の視野内で広い画角を有する単一の大画面画像として表示することは困難である。

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、大画面の画像を表示することができる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に記載の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からの画像光による画像が、前記観察者の左右いずれかの眼球における視野内で隣接して大画面として表示されるように、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２に記載の発明は、請求項１に記載の頭部装着型画像表示装置において、前記複数の接眼光学部の各々は、略矩形の形状を有し、離間して並列配置されたことを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項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の各々は、前記観察者の視軸方向への投影断面の幅を、瞳孔径以下としたことを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３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、前記観察者の視軸方向への投影断面の各々の間隔を、瞳孔径以下として配置されていることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の頭部装着型画像表示装置において、前記接眼光学部は、前記観察者の視軸方向への投影断面において瞳孔径以下の幅を持つ棒状導光部材により保持されることを特徴とするものである。

上記目的を達成する請求項６に記載の頭部装着型画像表示装置の発明は、表示すべき画像光を複数の部分画像光に分割する画像光分割部と、
該画像光分割部により分割された複数の部分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、
前記画像光分割部及び前記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備え、
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からの画像光が、前記観察者の左右いずれかの眼球における視野内に広画角な画像として表示されるように、前記画像光分割部及び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７に記載の発明は、請求項６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接眼レンズを備え、該接眼レンズの曲面は、同一のレンズ曲面の一部と一致することを特徴とするものである。

請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の頭部装着型画像表示装置において、前記画像光分割部は、一端部が分割された棒状導光部からなり、前記分割された端部に前記接眼光学部を結合させたことを特徴とするものである。

請求項９に記載の発明は、請求項８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、互いに等しい焦点距離を有し、前記棒状導光部の分割された部分の長さは、前記焦点距離の半分以下であることを特徴とするものである。

請求項１０に記載の発明は、請求項８または９に記載の頭部装着型画像表示装置において、前記棒状導光部の前記分割された端部の各々は、前記観察者の視軸方向への投影断面の幅を、瞳孔径以下としたことを特徴とするものである。

請求項１１に記載の発明は、請求項６〜１０のいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置において、前記複数の接眼光学部の各々は、略矩形の形状を有し、離間して並列配置されたことを特徴とするものである。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１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、前記観察者の視軸方向への投影断面の幅を、瞳孔径以下としたことを特徴とするものである。

請求項１３に記載の発明は、請求項１１または１２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、前記観察者の視軸方向への投影断面の各々の間隔を、瞳孔径以下として配置されていることを特徴とするものである。

請求項１４に記載の発明は、請求項３〜５，１０，１２，１３の何れか一項に記載の頭部装着型画像表示装置において、前記瞳孔径は、通常環境での平均的な瞳孔径サイズである略４ｍｍであ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、複数の接眼光学部からの画像光による画像が、観察者の視野内で隣接して大画面として表示されるように、複数の接眼光学部を保持する。これにより、モバイル性を低下させることなく、複数の接眼光学部による表示画面を結合して、大画面の画像として観察者の視野内に表示することができる。

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における接眼光学系の概略を示す図である。 図１における上下の接眼光学部および眼球の位置関係を説明する図である。 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。 本発明における第２実施の形態の光学系の概略を示す図である。 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。 図７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７における接眼光学系の概略を示す図である。 第３実施の形態の頭部装着型画像表示装置を使用した場合のアイポイントの広さを示す説明図である。 本発明の第４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４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。 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。 従来例の頭部装着型画像表示装置の光路概略図である。

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ある。眼鏡フレーム１１のリム１２は右側のヒンジ１３付近に画像射出部１４を保持している。画像射出部１４は、上側棒状導光部２１ｕと下側棒状導光部２１ｄとを、上下に所定の間隔を空けて並列に保持する。これら上側棒状導光部２１ｕと下側棒状導光部２１ｄとは、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するように構成される。

上側棒状導光部２１ｕ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、画像射出部１４内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上側表示素子２３ｕに対向させて保持される。そして、上側表示素子２３ｕ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２１ｕ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２５ｕを保持する。

同様に、下側棒状導光部２１ｄ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、画像射出部１４内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下側表示素子２３ｄに対向させて、上側棒状導光部の下側に保持される。そして、表示素子２３ｄ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２１ｄ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２５ｄを保持する。

なお、本実施の形態では、上側接眼光学部２５ｕおよび下側接眼光学部２５ｄによるそれぞれの虚像の表示位置をほぼ等しくする。したがって、上側接眼光学部２５ｕおよび下側接眼光学部２５ｄをそれぞれ構成する接眼レンズの曲率は、ほぼ等しくなる。また、本実施の形態では、接眼光学部２５ｕおよび２５ｄのそれぞれから射出する画像光の出射方向は平行ではなく、上下方向に眼球の中心に向けた傾きを有する。このため、上側棒状導光部２１ｕと下側棒状導光部２１ｄとを相互に傾けて配置する。

図３は、図１の頭部装着型画像表示装置１０の光学系の概略を示す図である。上側表示素子２３ｕと上側接眼光学部２５ｕは、上側接眼光学系３１ｕを構成し、この光学系３１ｕにおいて、上側表示素子２３ｕを出射した画像光は、上側接眼光学部２５ｕを経て眼球３２内の網膜上に上側画像３３ｕを結像する。また、下側表示素子２３ｄと下側接眼光学部２５ｄとは、下側接眼光学系３１ｄを構成し、この光学系３１ｄにおいて、表示素子２３ｄを出射した画像光は、下側接眼光学部２５ｄを経て眼球３２内の網膜上に下側画像３３ｄを結像する。

図３において、上側画像３３ｕと下側画像３３ｄとが、隙間なく隣接して表示される場合、その境界を図３上で隣接点３４とする。この隣接点３４は、図３に示すように、上側接眼光学部２５ｕの下端から出射する光線３５ｕと、下側接眼光学部２５ｄの上端から出射する光線３５ｄとが、瞳孔を通り網膜上に結像する点である。このような隣接点が存在するためには、光線３５ｕおよび光線３５ｄは、上側表示素子２３ｕの虚像の最下点であり、かつ、下側表示素子２３ｄの虚像の最上点でもある１点から射出される光線のように眼球に入射しなければならない。ここで、通常環境におけるヒトの眼球の瞳孔径が約４ｍｍと小さく、虚像位置は数十ｃｍから無限遠に設定されることから、光線３５ｕと３５ｄとは数十ｃｍ以上先で交わる光線または略平行光な光線となり、２つの光線の間隔は４ｍｍ以下である必要がある。

図４は、図１における上側接眼光学部４１ｕ、下側接眼光学部４１ｄおよび眼球３２の位置および大きさの関係を説明する図である。この上側接眼光学部４１ｕは、上述の上側接眼光学部２５ｕや上側接眼光学系３１ｕを含むものであり、下側接眼光学部４１ｄも、同様に、下側接眼光学部２５ｄや下側接眼光学系３１ｄを含むものである。引用文献２に記載のように、それぞれの接眼光学部４１ｕ，４１ｄの観察者の視軸方向への投影断面（視界を妨げる部分を含む）の幅４２ｕおよび４２ｄを、瞳孔径以下、すなわち通常環境で４ｍｍ以下とすることで、シースルー画像を観察とすることができる。さらに、図３で説明したように、２つの表示画面を隣接して表示するために、上側表示素子２３ｕの最下部から出射する光線３５ｕと、下側表示素子２３ｄの最上部から出射する光線３５ｄとが、略平行光として眼球３２に入射する必要があるため、２つの接眼光学部４１ｕおよび４１ｄの観察者の視軸方向への投射断面の間隔４３は瞳孔径、すなわち４ｍｍ以下となるように配置する。

このようにして、図５に示すように、観察者の右眼の視野内に、上側棒状導光部２１ｕにより導光されて上側接眼光学部２５ｕから出射される画像光による上側表示画面４４ｕと、下側棒状導光部２１ｄにより導光されて下側接眼光学部２５ｄから出射される画像光による下側表示画面４４ｄとを、上下に隣接させて表示する。それぞれの表示画面４４ｕおよび４４ｄは、隣接して配置した状態で、見かけ上、あたかも、一体の大画面として画像を表示するように、図示しない表示画像制御部により表示素子２３ｕ，２３ｄの表示内容を制御する。

これにより、本実施の形態によれば、観察者の視野内に上側表示素子２３ｕおよび下側表示素子２３ｄの表示画像が垂直方向に隣接表示されるように、上側表示素子２３ｕおよび下側表示素子２３ｄからの画像光を、それぞれ、上側接眼光学部２５ｕおよび下側接眼光学部２５ｄから観察者の眼球に向けて出射するようにしたので、同じ幅を有する単一の接眼光学部を備えた頭部装着型画像表示装置を用いた場合よりも、見かけ上の大画面の画像を表示することができる。その結果、多くのまとまった情報や図形情報をこの単一の大画面上で表示することができる。

さらに、接眼光学部２５ｕおよび２５ｄの各々における観察者の視軸方向への投影断面の幅を、瞳孔径以下としたことによって、大画面でありながら、シースルーで表示することができる。また、接眼光学部２５ｕおよび２５ｄの各々について観察者の視軸方向への投影断面の間隔を、瞳孔径以下としたことによって、視野内に隣接表示される複数画面を隙間なく配置することができる。

（第２実施の形態）
図６は、本発明における第２実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の光学系の概略を示す図である。本実施の形態は、第１実施の形態において、離間して配置されていた上側接眼光学部２５ｕおよび下側接眼光学部２５ｄに代えて、隣接配置させた上側接眼光学部５１ｕおよび下側接眼光学部５１ｄを用いて構成している。図６において上側および下側表示素子５２ｕおよび５２ｄは、便宜上接眼光学部５１ｕおよび５１ｄの背面に図示しているが、いずれも第１実施の形態の場合と同様に、フレームのリムにより保持される画像射出部により保持される。また、表示素子５２ｕおよび５２ｄからの画像光は、それぞれ、隙間無く配置された上側棒状導光部（図示せず）および下側棒状導光部（図視せず）により、上側接眼光学部５１ｕおよび下側接眼光学部５１ｄへ導光される。その他の構成は、第１実施の形態と同様である。

本実施の形態では、第１実施の形態と同様に、２つの接眼光学部５１ｕおよび５１ｄを垂直方向に隣接して配置し、表示素子５２ｕおよび５２ｄからの画像光をそれぞれ観察者の眼球に出射させるようにしたので、観察者の視野内に２つの表示素子５２ｕおよび５２ｄの表示画像を垂直方向に隣接して大画面として表示させることができる。ただし、この場合は、上側接眼光学部５１ｕと下側接眼光学部５１ｄとの間に隙間が無く、それら接眼光学部５１ｕおよび５１ｄの観察者の視軸方向への投影断面の幅が瞳孔径よりも大きければ、表示画像をシースルー画像として観察することはできない。

（第３実施の形態）
図７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６０は、第１実施の形態において、画像射出部１４で保持されていた上側棒状導光部２１ｕおよび下側棒状導光部２１ｄに代えて、画像射出部１４には、先端部が２つに分割された画像光分割部６１が保持されており、この分割部分が、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するように構成される。

画像光分割部６１は、図８（ａ）に概略斜視図を示すように、例えば、直方体の先端部を、直方体の縦断面において横Ｖ字の切り込みが形成されるように、上側棒状導光部６２ｕおよび下側棒状導光部６２ｄに分割した形状とする。その分割されていない側の端部の入射面は、画像射出部１４内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一つの表示素子６３に対向させて保持される。そして、表示素子６３に表示された画像の上半分を含む部分から出射した部分画像光を、入射端面から上側棒状導光部６２ｕに導光し、その端部において、観察者の眼球側に反射させて、側面に保持された上側接眼光学部６４ｕから出射させる。また、表示素子６３に表示された画像の下半分を含む部分から出射した部分画像光を、入射端面から下側棒状導光部６２ｄに導光し、その端部において、観察者の眼球側に反射させて、側面に保持された下側接眼光学部６４ｄから出射させる。

上側接眼光学部６４ｕおよび下側接眼光学部６４ｄ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。本実施の形態では、図８（ｂ）にレンズ断面図を示すように、上側接眼光学部６４ｕおよび下側接眼光学部６４ｄをそれぞれ構成する接眼レンズの曲面は同一曲面上の一部分を切り取った形状であり、上側の部分画像光と下側の部分画像光とによる画像の表示位置までの距離をほぼ等しくする。なお、図８において、接眼光学部６４ｕおよび６４ｄの接眼レンズは、図９に示すように、それぞれから出射する画像光が眼球の中心に向かって傾けられるように、光軸から外れた部分のレンズ面を使用して画像光を屈折させる。例えば、接眼光学部６４ｕおよび６４ｄの接眼レンズをそれぞれ、光軸が眼球の中心および瞳孔の中心を結ぶ直線と一致する凸レンズの一部分として構成する。

図９は、本実施の形態の光学系の概略を示す図である。表示素子６３から接眼光学部６４ｕおよび６４ｄの接眼レンズの出射窓までの距離は、接眼レンズの焦点距離に略等しくなるようにする。これによって、表示素子６３の各表示位置を出射した画像光は、画像光分割部６１に入射し、上側または下側の棒状導光部６２ｕ、６２ｄおよび接眼光学部６４ｕ、６４ｄを経て、略平行光となり眼球３２に入射し、網膜上に表示画像６５を結像する。本実施の形態では、上側および下側の接眼光学部６４ｕおよび６４ｄの観察者の視軸方向への投影断面の幅を、通常環境における瞳孔径すなわち４ｍｍ以下とする。これによって、表示画像のシースルーによる表示が可能になる。さらに、それら接眼光学部６４ｕ、６４ｄ間の幅もまた瞳孔径以下とする。これによって、本実施の形態においても、第１実施の形態において図４を用いて説明したのと同様に、上側接眼光学部６４ｕおよび下側接眼光学部６４ｄからの部分画像光が、観察者の視野内で隣接して一体として表示される。この場合、横Ｖ字型の切り込みの深さによっては、上側接眼光学部６４ｕからの部分画像光と下側接眼光学部６４ｄからの部分画像光が一部重畳して表示される。これによって、表示素子６３に表示される画像は、同じ幅を有する単一の接眼光学部を用いた場合に比べ、大画面の一つの画像として表示される。

図１０は、本実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置を使用した場合の画像を観察できる範囲、すなわちアイポイントの広さを示す説明図であり、図１０（ａ）は本実施の形態の光学系について示し、図１０（ｂ）は、比較例として、本実施の形態と同じ大きさ、形状を有する表示素子６３、観察者の視軸方向への投影断面の幅が瞳孔径以下の単一の接眼光学部６４、および、単一の棒状導光部６２を用いた場合の光学系について示す図である。図１０（ａ），（ｂ）は、表示素子の上端および下端を出射した画像光の、観察者の瞳孔近傍での到達位置を示している。図１０（ａ）において、分割された上側および下側棒状導光部６２ｕおよび６２ｄの長さが、接眼光学部６４ｕ，６４ｄの接眼レンズの焦点距離の半分以下の場合は、表示素子６３の下端部から上側接眼光学部６４ｕへの画像光、および、表示素子６３の上端部から下側接眼光学部６４ｄへの画像光の光路を確保するように画像分割部６１を構成することができる。したがって、図１０（ａ）に示す本実施の形態では、上側接眼光学部６４ｕおよび下側接眼光学部６４ｄをそれぞれ経由した画像光が合わさり、図１０（ｂ）で示した接眼光学部６４が一つの場合よりも、広いアイポイント６６を形成することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、画像光分割部により一つの表示素子６３からの画像光を部分画像光に分割し、分割された画像光が視野内で一体の画像として表示されるように、それぞれの部分画像光を接眼光学部６２ｕおよび６２ｄから観察者の眼球に向けて出射するようにしたので、観察者に対して、幅が本実施の形態と同じで、単一の接眼光学部を備えた頭部装着型画像表示装置を用いた場合よりも、大画面の画像を表示することができ、多くのまとまった情報や図形情報を見かけ上の単一の画面で、見易く表示することができる。また、アイポイントが広くなることにより、頭部装着型画像表示装置の位置ずれにより、眼球と接眼光学部との位置関係が上下方向に多少変動しても、画像を安定して観察し続けることが可能である。

さらに、接眼光学部６２ｕ、６２ｄの各々における観察者の視軸方向への投影断面の幅を、瞳孔径以下としたことによって、大画面でありながら、シースルーで表示することができる。また、接眼光学部６２ｕ、６２ｄの各々について観察者の視軸方向への投影断面の間隔を、瞳孔径以下としたことによって、視野内に複数画像を隙間なく配置することができる。

（第４実施の形態）
図１１は、本発明の第４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７０は、第１実施の形態において、画像射出部１４に代えて、右眼用レンズの右端とフレーム１１のヒンジ１３との間に保持された右側画像射出部７１ｒ、および、右眼用レンズの左端とフレームのリム１２との間に保持された左側画像射出部７１ｌが設けられている。右側画像射出部７１ｒには、右側棒状導光部７３ｒの右端が結合され、保持されている。また、左側画像射出部７１ｌには、左側棒状導光部７３ｌの左端が結合され、保持されている。これら右側棒状導光部７３ｒおよび左側棒状導光部７３ｌは、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するように構成される。

右側画像射出部７１ｒおよび左側画像射出部７１ｌは、それぞれ、内部に図示しない表示素子を保持し、右側棒状導光部７３ｒおよび左側棒状導光部７３ｌは、図２で説明した棒状導光部２５ｕまたは２５ｄと同様に、表示素子からの画像光を接眼光学部（図視せず）から射出するように構成されている。ただし、本実施の形態では、右側棒状導光部７３ｒおよび左側棒状導光部７３ｌは、視野の略中央部に水平に位置させても良く、この場合、第１実施の形態の棒状導光部２５ｕおよび２５ｄのように、画像光の出射方向を上下に傾けるように棒状導光部７３ｒおよび７３ｌを傾けて配置する必要はない。なお、厳密には左側棒状導光部７３ｌは、図２における棒状導光部２５ｕまたは２５ｄとは、左右を反転した形状となっている。

本実施の形態では、棒状導光部７３ｒ、７３ｌの幅および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（図１１における垂直方向の幅）を、瞳孔径以下とする。また、右側および左側の棒状導光部７３ｒ、７３ｌに保持されたそれぞれの接眼光学部は、観察者の視軸方向への投影断面の間隔、すなわち、右側棒状導光部７３ｒの左端と左側棒状導光部７３ｌの右端との間隔を瞳孔径以下にして保持される。

接眼光学部は、観察者の視軸方向への投影断面の水平方向の間隔を、瞳孔径以下としたことによって、図４において接眼光学部４１ｕおよび４１ｄが垂直に配列された場合について説明したのと同様の原理により、２つの表示画面を観察者の視野内で水平方向に接続して表示することができる。すなわち、図１２に示すように、観察者の右眼の視野内の略中央部に、右側棒状導光部７３ｒにより導光された右側表示画像７４ｒと、左側棒状導光部７３ｌにより導光された左側表示画像７４ｌとが、左右に隣接して表示され、見かけ上の一つの大画面の画像を構成する。

本実施の形態によれば、２つの接眼光学部を水平方向に所定の間隔で離間させて設けたことにより、水平方向に見かけ上の一つの大画面の画像を観察者の視野内に表示することができる。さらに、棒状導光部７３ｒ、７３ｌおよび接眼光学部の観察者の視軸方向への投影断面の幅を瞳孔径以下としたので、シースルーによる表示が可能になる。

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、画像射出部、棒状導光部および接眼光学部等を、左側あるいは両眼の双方に設けて頭部装着型画像表示装置を構成してもよい。

また、上記各実施の形態において、棒状導光部は水平方向を向いているが、これに限られない。例えば、眼鏡フレームの上部に画像射出部を設け、棒状導光部はそこから垂直下方向に視野内に延在させて保持しても良い。あるいは、棒状導光部を、斜め方向に延在するように眼鏡フレームに保持しても良い。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。

さらに、接眼光学部は、３つ以上設けても良い。各接眼光学部の幅および接眼光学部間の間隔を、観察者の瞳孔径以下とすることによって、３つ以上の画像光により観察者の視野内により大画面の画像を表示させることが可能である。

また、本発明に係る頭部装着型画像表示装置は、眼鏡型に限られず、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。

１０ 頭部装着型画像表示装置
１１ 眼鏡フレーム
１２ リム
１３ ヒンジ
１４ 画像射出部
２１ｕ 上側棒状導光部
２１ｄ 下側棒状導光部
２３ｕ 上側表示素子
２３ｄ 下側表示素子
２５ｕ 上側接眼光学部
２５ｄ 下側接眼光学部
３１ｕ 上側接眼光学系
３１ｄ 下側接眼光学系
３２ 眼球
３３ｕ 上側画像
３３ｄ 下側画像
３４ 隣接点
３５ｕ 光線
３５ｄ 光線
４１ｕ 上側接眼光学部
４１ｄ 下側接眼光学部
４２ｕ 上側接眼光学部の観察者の視軸方向への投射断面の幅
４２ｄ 下側接眼光学部の観察者の視軸方向への投射断面の幅
４３ 接眼光学部の観察者の視軸方向への投射断面の間隔
４４ｕ 上側表示画面
４４ｄ 下側表示画面
５１ｕ 上側接眼光学部
５１ｄ 下側接眼光学部
５２ｕ 上側表示素子
５２ｄ 下側表示素子
５３ｕ 上側接眼光学系
５３ｄ 下側接眼光学系
６０ 頭部装着型画像表示装置
６１ 画像光分割部
６２ 棒状導光部
６２ｕ 上側棒状導光部
６２ｄ 下側棒状導光部
６３ 表示素子
６４ 接眼光学部
６４ｕ 上側接眼光学部
６４ｄ 下側接眼光学部
６５ 表示画像
６６ アイポイント
７０ 頭部装着型画像表示装置
７１ｒ 右側画像射出部
７１ｌ 左側画像射出部
７３ｒ 右側棒状導光部
７３ｌ 左側棒状導光部
７４ｒ 右側表示画像
７４ｌ 左側表示画像

Claims (14)

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からの画像光による画像が、前記観察者の左右いずれかの眼球における視野内で隣接して大画面として表示されるように、前記複数の接眼光学部を保持することを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
2. 前記複数の接眼光学部の各々は、略矩形の形状を有し、離間して並列配置された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の各々は、前記観察者の視軸方向への投影断面の幅を、瞳孔径以下としたことを特徴とする請求項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の各々は、前記観察者の視軸方向への投影断面の各々の間隔を、瞳孔径以下として配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の頭部装着型画像表示装置。
5. 前記接眼光学部は、前記観察者の視軸方向への投影断面において瞳孔径以下の幅を持つ棒状導光部により保持されることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の頭部装着型画像表示装置。
6. 表示すべき画像光を複数の部分画像光に分割する画像光分割部と、
   該画像光分割部により分割された複数の部分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、
   前記画像光分割部及び前記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備え、
   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からの画像光が、前記観察者の左右いずれかの眼球における視野内に広画角な画像として表示されるように、前記画像光分割部及び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。
7. 前記複数の接眼光学部の各々は接眼レンズを備え、該接眼レンズの曲面は、同一のレンズ曲面の一部と一致することを特徴とする請求項６に記載の頭部装着型画像表示装置。
8. 前記画像光分割部は、一端部が分割された棒状導光部からなり、前記分割された端部に前記接眼光学部を結合させたことを特徴とする請求項６または７に記載の頭部装着型画像表示装置。
9. 前記複数の接眼光学部は、互いに等しい焦点距離を有し、前記棒状導光部の分割された部分の長さは、前記焦点距離の半分以下であることを特徴とする請求項８に記載の頭部装着型画像表示装置。
10. 前記棒状導光部の前記分割された端部の各々は、前記観察者の視軸方向への投影断面の幅を、瞳孔径以下としたことを特徴とする請求項８または９に記載の頭部装着型画像表示装置。
11. 前記複数の接眼光学部の各々は、略矩形の形状を有し、離間して並列配置されたことを特徴とする請求項６〜１０のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置。
12. 前記複数の接眼光学部の各々は、前記観察者の視軸方向への投影断面の幅を、瞳孔径以下としたことを特徴とする請求項１１に記載の頭部装着型画像表示装置。
13. 前記複数の接眼光学部の各々は、前記観察者の視軸方向への投影断面の各々の間隔を、瞳孔径以下として配置されていることを特徴とする請求項請求項１１または１２に記載の頭部装着型画像表示装置。
14. 前記瞳孔径は、通常環境での平均的な瞳孔径サイズである略４ｍｍであることを特徴とする請求項３〜５，１０，１２，１３の何れか一項に記載の頭部装着型画像表示装置。

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