JP2010224479A - 頭部装着型画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】頭部装着型画像表示装置の棒状導光部20には、第1の接眼光学部13aおよび第2の接眼光学部13bが接合されており、第1の表示素子16aから入射した第1の画像光51aは、この棒状導光部20の内部を伝播して第1の接眼光学部13aに導かれ、また、第2の表示素子16bから入射した第2の画像光51bは、棒状導光部20の内部を伝播して第2の接眼光学部13aに導かれる。観察者が頭部装着型画像表示装置を頭部に装着した状態で、棒状導光部20は水平に支持され、第1の接眼光学部13aからの第1の画像光、および、第2の接眼光学部13bからの第2の画像光は、それぞれ眼球15に向けて出射され、観察者の視野内で水平に配置された2画面の画像として表示される。
【選択図】図3
Description
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、
前記複数の接眼光学部を保持するとともに、それぞれの前記画像光を対応する前記接眼光学部に導く棒状導光部と、
前記棒状導光部を保持し、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表示されるように、前記棒状導光部を保持することを特徴とするものである。
前記棒状導光部は、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。
前記棒状導光部内で前記それぞれの画像光の光路の一部が重複するように構成したことを特徴とするものである。
前記棒状導光部は、前記それぞれの画像光のいずれか1つが、前記棒状導光部の長手方向に略平行に光軸を有するように構成されたことを特徴とするものである。
前記棒状導光部は、前記それぞれの画像光のいずれか1つが、前記棒状導光部の長手方向に延在する内側面で反射されるように構成されたことを特徴とするものである。
前記棒状導光部は、前記それぞれの画像光のいずれか1つを反射させ、他の画像光を透過させる画像光分離手段を有することを特徴とするものである。
前記画像光分離手段は、ハーフミラーであることを特徴とするものである。
前記画像光分離手段は、エアーギャップを有し、前記それぞれの画像光のいずれか1つを、前記画像光分離手段により全反射される角度で前記画像光分離手段に入射させて反射させ、他の画像光は前記全反射される角度より小さい角度で前記画像光分離手段に入射させて透過させることを特徴とするものである。
前記それぞれの画像光は、互いに異なる波長を有し、前記画像光分離手段は、前記それぞれの画像光を分離するダイクロイックミラーを有することを特徴とするものである。
前記それぞれの画像光は、互いに異なる偏光方向を有し、前記画像光分離手段は、前記それぞれの画像光を分離する偏光分離素子を有することを特徴とするものである。
前記棒状導光部は、導光方向先端部に長手方向に対して傾斜した第1の反射面を有し、
前記画像光分離手段で反射された前記それぞれの画像光のいずれか1つを、前記複数の接眼光学部のいずれか1つに入射させ、前記前記分離手段を透過した他の画像光のいずれか1つを、前記第1の反射面で反射させ、他の接眼光学部に入射させるように構成したことを特徴とするものである。
前記棒状導光部は、前記それぞれの画像光の入射部に前記それぞれの画像光のいずれかを反射させ、他の画像光を透過させる画像光結合手段を有することを特徴とするものである。
前記棒状導光部は、導光方向後端部に前記棒状導光部の長手方向に対して傾斜した第2の反射面を有し、前記いずれかの画像光と略同一方向から入射する前記他の画像光を前記反射面で反射させて、前記結合手段に入射させるようにしたことを特徴とするものである。
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、眼鏡フレーム11、画像射出部12、棒状導光部20および棒状導光部20に保持される接眼光学部13a,13bを含んで構成される。眼鏡フレーム11は頭部装着部を構成し、その右側テンプル14部分に画像射出部12を保持している。また、画像射出部12は、棒状導光部20と結合しており、眼鏡フレーム11を装着した状態で、眼球15の正面から見たとき、棒状導光部20が図2に示すように観察者の右眼視野内に延在するように、棒状導光部20を水平に保持する。
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棒状導光部を含む光学系の概略を示す水平断面図である。この頭部装着型画像表示装置は、棒状導光部20の構成が第1実施の形態と異なるものである。本実施の形態の棒状導光部20は、先端導光部材23および主導光部材24により構成され、それらの間にはエアーギャップ26が形成されている。先端導光部材23は、図3で示した先端導光部材と同様の先端傾斜面21を有する。また、主導光部材24は、後側が前側に比べ眼球側に広がった構造となっており、主導光部材24の広がった後端部には、眼球側から順に、第1の表示素子16aおよび第2の表示素子16bが、水平方向に離間して配置されている。さらに、第1接眼光学部13aが、先端導光部材23の眼球側に設けられ、第2接眼光学部13bが、主導光部材24の先端部眼球側に設けられる。また、先端導光部材23および主導光部材24の材質、格納方法、観察者の視軸方向への投影断面の幅等は、第1実施の形態の導光部材と同様である。
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棒状導光部を含む光学系の概略を示す水平断面図である。この頭部装着型画像表示装置は、棒状導光部20の構成が第2実施の形態と異なるものである。本実施の形態における棒状導光部20は、先端導光部材23と主導光部材24とから構成されている。主導光部材24は、導光方向の前側は棒状(角柱状)であり、後側のみが観察者の眼球側に広がった構造となっている。また、先端導光部材23と主導光部材24との間には、エアーギャップ26を設けている。さらに、第1表示素子16aと第2表示素子16bとの位置を入れ替え、第2表示素子16bを第1表示素子16aの眼球側に配置している。
図8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棒状導光部を含む光学系の概略を示す水平断面図である。この頭部装着型画像表示装置は、棒状導光部20の構成が第3実施の形態と異なるものである。本実施の形態の棒状導光部20は、先端導光部材23と主導光部材24とから構成されている。主導光部材24は、第3実施の形態とは異なり、導光方向後側が像側に広がりを有している。また、第2表示素子16bを、第1表示素子16aの像側に配置する。さらに、先端導光部材23と主導光部材24との間は、画像光分離手段としてハーフミラー29を形成する。また、第2接眼光学部13bと主導光部材24との間にはエアーギャップ28を設ける。
図9は、本発明の第5実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の棒状導光部を含む光学系の概略を示す水平断面図である。この頭部装着型画像表示装置は、棒状導光部20の構成が第4実施の形態と異なるものである。本実施の形態の棒状導光部20は、図8の棒状導光部とは異なり、主導光部材24の後側が観察者の眼球側に向けて広がりを有している。また、主導光部材24の後端部には、観察者の眼球側から順に第1の表示素子16aおよび第2の表示素子16bを配置する。
図10は、本発明の第6実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の棒状導光部を含む光学系の概略を示す水平断面図である。この頭部装着型画像表示装置は、棒状導光部20を含む光学系の構成が第1実施の形態と異なるものである。本実施の形態の棒状導光部20は、先端導光部材23および主導光部材24を含んで構成される。先端導光部材23と主導光部材24とは、傾斜面により接触しており、その境界面にはダイクロイックミラー33を形成する。このダイクロイックミラー33は赤色光を透過させ、青色光を反射させる分光特性を有する。また、先端導光部材23は、先端部に先端傾斜面21を有する。先端傾斜面21は、先端導光部材23内部を伝播してきた画像光を全反射させるミラー面である。これにより、棒状導光部20全体では、先端に先端傾斜面21を有する略四角柱の形状となっている。また、先端導光部材23および主導光部材24の材質、格納方法、観察者の視軸方向への投影断面の幅等は、第1実施の形態の導光部材と同様である。
図11は、本発明の第7実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の棒状導光部を含む光学系の概略を示す水平断面図である。この頭部装着型画像表示装置は、棒状導光部20を含む光学系の構成が第6実施の形態と異なるものである。本実施の形態の棒状導光部20は、先端導光部材23、主導光部材24および後端導光部材25を含んで構成される。主導光部材23と後端導光部材25との間、および、先端導光部材23と主導光部材24との間は、傾斜面により接触しておりそれらの境界面にはp偏光を透過させs偏光を反射させる偏光分離膜34および35を形成する。
図12は、本発明の第8実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の棒状導光部を含む光学系の概略を示す水平断面図である。この頭部装着型画像表示装置は、棒状導光部20を含む光学系の構成が第7実施の形態と異なるものである。本実施の形態の棒状導光部20は、先端導光部材23および主導光部材24により構成し、すなわち、図11の棒状導光部と異なり偏光分離膜34を設けない。また、主導光部材24の後端面32に対向して、有機EL素子により構成される表示素子16aと、この表示素子16aを出射した画像光を鉛直方向の偏光(p偏光)にする偏光子41と、偏光された画像光の偏光方向を切り替える光変調素子42、例えば液晶(例えば、TN液晶)を用いた偏光回転素子を設ける。その他の構成は、第7実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
図13は、本発明の第9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。この頭部装着型画像表示装置10では、接眼光学部13a,13bが接合された棒状導光部20と、画像表示素子16を含む画像射出部12とを、2つの分割された部分として構成する。棒状導光部20は棒状導光部支持部18を介して、眼鏡フレーム11のヨロイ17に結合され保持され、眼鏡フレーム11を装着した状態で、第1実施の形態と同様に棒状導光部20が観察者の右眼視野内に水平に延在するように構成される。一方、画像射出部12は、眼鏡フレーム11のテンプル14によって保持される。この画像射出部12は表示素子16を有し、眼鏡フレーム11を装着した状態において、棒状導光部20の後端部眼球側側面に向けて画像光を出射させるように構成されている。
11 眼鏡フレーム
12 画像射出部
13 接眼光学部
13a 第1接眼光学部
13b 第2接眼光学部
14 テンプル
15 眼球
16 表示素子
16a 第1表示素子
16b 第2表示素子
17 ヨロイ
18 棒状導光部支持部
20 棒状導光部
21 先端傾斜面
22 後端傾斜面
23 先端導光部材
24 主導光部材
25 後端導光部材
26 エアーギャップ
27 エアーギャップ
28 エアーギャップ
29 ハーフミラー
30 内側面
31 内側面
32 後端面
33 ダイクロイックミラー
34 偏光分離膜
35 偏光分離膜
41,41a,41b 偏光子
42 光変調素子
43a,43b LED
44a,44b 照明レンズ
50 画像
50a 左側画像
50b 右側画像
51a 第1の画像光
51b 第2の画像光
52 物体からの光
Claims (13)
- 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、
前記複数の接眼光学部を保持するとともに、それぞれの前記画像光を対応する前記接眼光学部に導く棒状導光部と、
前記棒状導光部を保持し、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表示されるように、前記棒状導光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。 - 前記棒状導光部は、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1に記載の頭部装着型画像表示装置。
- 前記棒状導光部内で前記それぞれの画像光の光路の一部が重複するように構成した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。
- 前記棒状導光部は、前記それぞれの画像光のいずれか1つが、前記棒状導光部の長手方向に略平行に光軸を有するように構成されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置。
- 前記棒状導光部は、前記それぞれの画像光のいずれか1つが、前記棒状導光部の長手方向に延在する内側面で反射されるように構成されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置。
- 前記棒状導光部は、前記それぞれの画像光のいずれか1つを反射させ、他の画像光を透過させる画像光分離手段を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置。
- 前記画像光分離手段は、ハーフミラーであることを特徴とする請求項6に記載の頭部装着型画像装表示装置。
- 前記画像光分離手段は、エアーギャップを有し、前記それぞれの画像光のいずれか1つを、前記画像光分離手段により全反射される角度で前記画像光分離手段に入射させて反射させ、他の画像光は前記全反射される角度より小さい角度で前記画像光分離手段に入射させて透過させ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。
- 前記それぞれの画像光は、互いに異なる波長を有し、前記画像光分離手段は、前記それぞれの画像光を分離するダイクロイックミラーを有すること特徴とする請求項6に記載の頭部装着型画像表示装置。
- 前記それぞれの画像光は、互いに異なる偏光方向を有し、前記画像光分離手段は、前記それぞれの画像光を分離する偏光分離膜を有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。
- 前記棒状導光部は、導光方向先端部に長手方向に対して傾斜した第1の反射面を有し、
前記画像光分離手段で反射された前記それぞれの画像光のいずれか1つを、前記複数の接眼光学部のいずれか1つに入射させ、前記前記分離手段を透過した他の画像光のいずれか1つを、前記第1の反射面で反射させ、他の接眼光学部に入射させるように構成したことを特徴とする請求項6〜10のいずれか1項に頭部装着型画像表示装置。 - 前記棒状導光部は、前記それぞれの画像光の入射部に前記それぞれの画像光のいずれかを反射させ、他の画像光を透過させる画像光結合手段を有することを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の頭部装着型画像表示装置。
- 前記棒状導光部は、導光方向後端部に前記棒状導光部の長手方向に対して傾斜した第2の反射面を有し、前記いずれかの画像光と略同一方向から入射する前記他の画像光を前記反射面で反射させて、前記結合手段に入射させるように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。
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