JP2010226660A - 眼鏡装着型画像表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】既存の眼鏡に適用できる眼鏡装着型画像表示装置を提案する。
【解決手段】観察者の一方の眼球視野内に配置される接眼光学部2bと、画像を表示する表示素子を有する画像表示部2aとを備え、前記画像表示部2aより射出された画像光を、前記接眼光学部2bを経て前記観察者の前記眼球に入射させるようにした眼鏡装着型画像表示装置において、前記画像表示部2a及び接眼光学部2bの少なくとも一方を、眼鏡のテンプル1fをフレームに対して折り畳み可能に支持するヒンジ部hに固定保持する。
【選択図】図1

Description

本発明は、眼鏡装着型画像表示装置に関するものであり、既存の眼鏡への容易な適用を可能にしようとするものである。
眼鏡装着型の画像表示装置は、眼鏡のテンプル部分に組み付けられた画像表示部(ユニット本体部)から射出された画像光を、導光部等の接眼光学部を通して観察者の眼球に入射させることにより画像として観察できるようにしたものであって、この点に関する先行技術としては、例えば、使用者の眼球の網膜を撮像してその撮像信号を出力するカメラ部と、このカメラ部からの撮像信号を電波で送信する無線通信部と、該カメラ部及び無線通信部に電力を供給する発電部をそれぞれ眼鏡に組み付けて一体化を図った眼鏡型インタフェース装置が提案されている(特許文献1参照)。
また、従来のその他の眼鏡装着型画像表示装置としては、ディスプレイデバイスへリレーされるデータ又はイメージを受ける回路構成を納めたハウジングアッセンブリーを、装着具とクランプによってクランプアッセンブリーにより使用者の眼鏡のテンプルに取り付けた構造のもの(特許文献2)や眼鏡レンズと機械的に干渉しない形状を持った映像形成投影装置をテンプルに保持した構造のもの(特許文献3参照)等、これまでに様々なタイプの装置が提案されている。
特開2005−352024号公報 特許第3871188号明細書 特開2008−22362号公報
ところで、従来のこの種の画像表示装置においては、光学ユニットが眼鏡のレンズ部に内蔵されているため、既存の眼鏡を使用することができず、また、光学ユニットが折り畳み可能な構造になっていても、テンプルの折り畳みとは別途に光学ユニットの折り畳み作業を行わなければならことから収納のための作業が煩雑となるのが避けられない等の不具合があり、未だ改善の余地が残されていた。
本発明の課題は、既存の眼鏡への容易な適用を可能とするとともに、コンパクトな状態でテンプルを折り畳むことができる眼鏡装着型画像表示装置を提案するところにある。
本発明は、観察者の一方の眼球視野内に配置される接眼光学部と、画像を表示する表示素子を有する画像表示部とを備え、前記画像表示部より射出された画像光を、前記接眼光学部を経て前記観察者の前記眼球に入射させるようにした眼鏡装着型画像表示装置において、
前記画像表示部及び接眼光学部の少なくとも一方を、眼鏡のテンプルをフレームに対して折り畳み可能に支持するヒンジ部に固定保持したことを特徴とする眼鏡装着型画像表示装置である。
上記の構成からなる眼鏡装着型画像表示装置においては、画像表示部及び接眼光学部はそれぞれ別体構造とするのが好ましい。また、画像表示部は、眼鏡のヒンジ部とテンプル側の2箇所に固定保持するのが望ましく、接眼光学部は、眼鏡のヒンジ部と眼鏡のレンズ側の2箇所に固定保持するのが望ましい。
画像表示部及び接眼光学部の少なくとも一方には、位置調整部材を設けるのが望ましく、該位置調整部材としては、眼鏡のテンプル若しくは前記画像表示部及び接眼光学部の少なくとも一方からの着脱を可能とするアタッチメント構造とすることができる。
接眼光学部は、前記画像表示部からの画像光を導光する導光部を適用することが可能であり、また、この導光部に代えて画像表示部からの画像光を反射させて観察者の眼球に入射させる反射部材を適用してもよい。接眼光学部として導光部を適用する場合には、画像表示パネルから射出された画像光を、眼鏡レンズの外側を通って入射させる入射端と、光路を経た画像光を、眼球レンズを透過して観察者の眼球へ向けて射出する射出端を有するものを用いる。
画像表示部を眼鏡のテンプル側に配置し、接眼光学部を眼鏡のレンズ側に配置し、これら画像表示部を眼鏡のヒンジ部とテンプル側の2箇所で固定保持し、接眼光学部を眼鏡のヒンジ部と眼鏡のレンズ側の2箇所で固定保持するようにしたため、構造の複雑化や部品点数の増加を伴うことなしに既存の眼鏡への適用ができるとともに、テンプルの折り畳みに際して画像表示装置が邪魔にならずコンパクトな収納が可能となる。また、画像表示装置のヒンジ部への取り付けにより、顔の幅等の個人差に起因した位置ずれ(テンプルの撓みによる画像表示部の角度変化)が最小限に留められる。
接眼光学部が画像表示部から切り離された別体構造とすることにより、テンプルを折り畳む際に、接眼光学部はレンズの前面においてそのまま設置姿勢を維持することになり、接眼光学部の眼鏡からの張出しがなくなる。また、画像光を表示する表示素子のヒンジ部近傍への配置が可能となり光学的な「ぶれ」を小さくすることができる。
画像表示部及び接眼光学部の少なくとも一方に位置調整部材を設けておくことにより様々なタイプ(使用者の眼幅の違い等)の眼鏡への適用が可能となる。とくに、位置調整部材をアタッチメント構造とすることにより画像表示装置の着脱が容易となる。
接眼光学部として凹面鏡等の反射部を適用することにより画像表示装置そのもののコンパクト化、構造の簡素化が可能となる。
また、画像光が眼鏡のレンズを透過して接眼光学部(導光部)の入射端に入ると眼鏡レンズには様々な種類があるため表示画像の画質を大きく低下させてしまう不利がある一方、導光部の射出端から出た画像光がレンズを透過することなしに観察者の眼球に入射される場合には、矯正された視力で表示画像を見ることができないので視度の調整機構が別途に必要となるが、画像表示パネルから射出された画像光を、眼鏡レンズの外側を通って入射端に入射させ、射出端から出た画像光を、眼鏡レンズを透過して観察者の眼球へ射出するように接眼光学部(導光部)を配置すると、画質の劣化を防止することができるとともに、視度の調整機構をなくすことが可能となる。
本発明にしたがう眼鏡装着型画像表示装置を既存の眼鏡に装着した状態を示した外観斜視図である。 図1の背面を示した図(斜視図)である。 図1の平面を示した図である。 画像表示装置を装着した眼鏡について、テンプルを折り畳んだ状態を示した図である。 本発明にしたがう画像表示装置の他の実施の形態を示した図である。 位置調整機構の作動要領の説明図である。 位置調整機構の他の例を示した図である。 位置調整機構の他の例を示した図である。 (a)(b)はボールジョイントを付加した位置調整機構の作動要領の説明図である。 位置調整機構の他の例を示した図である。 本発明にしたがう画像表示装置のさらに他の実施の形態を示した図である。 図11の背面を示した図である。 図11の平面を示した図である。 導光部の外観斜視図である。 テンプルを折り畳んだ状態を示した図である。 ヒンジ部の要部拡大図である。 本発明にしたがう画像表示装置の別の実施の形態を示した図である。 図17の正面を示した図である。 (a)〜(c)は表示素子を位置させるのに好適な領域を示した図である。 表示素子の設置位置の変動状況の説明図である。 表示素子の設置位置の変動状況の説明図である。 表示素子の設置位置の変動状況の説明図である。
以下、図面を用いて本発明をより具体的に説明する。
図1は本発明にしたがう画像表示装置の実施の形態を、既存の眼鏡に装着した状態で模式的に示した外観斜視図(右眼用タイプ)であり、図2は図1の背面図(斜視図)を示した図であり、図3は図1の平面を示した図である。
図1〜3における1は眼鏡である。この眼鏡1は、レンズ1a、1bと、このレンズ1a、1bを保持するフレーム1cと、このフレーム1cの左右幅端にそれぞれ一体連結する鎧1d、1eと、この鎧1d、1eにヒンジ部h、hを介して折り畳み可能に連結するテンプル1f、1gから構成されている。
また、2は、眼鏡1に装着された画像表示装置である。この画像表示装置2は、画像を表示する表示素子(液晶あるいは有機EL等の画像表示パネル)を備えた画像表示部2aと、この画像表示部2aの先端部分に一体連結する接眼光学部2bから構成されている。画像表示部2aはテンプル1f側に配置され、接眼光学部2bはレンズ1aの前面側で観察者の一方の眼球の視野内に納まるように配置されている。ここに、接眼光学部2bは、一端に入射端2bを有し、他端に射出端2bを有し、その他の領域に外光の侵入を避けるために表面処理(コーティング等)を施した棒状の導光部(射出端2bには画像光による画像を表示する虚像位置に応じた曲率をもった接眼レンズが配置される)を適用したものを例として示してある。
3は画像表示部2aのケース外表面(上壁面)に設けられた連係片(一体連結でもよいし、ビスの如き手段で連結されたものでもよい)である。この連係片3にはヒンジ部hの枢支ピン(ビス)Sを挿通させる開孔(クリアランスホール)3aが形成されており(図2の拡大図参照)、この開孔3aに該枢支ピンSを通してナット等による締め込みにより画像表示部2aを、接眼光学部2bとともに回動可能にヒンジ部hに固定保持する。
また、4は画像表示部2aのケース外表面(上壁面)に設けられたクランプである。このクランプ4は、画像表示装置2が枢支ピンSの周りに回動するのを防止するとともに該画像表示部2aをテンプル1fに固定保持するものであって、テンプル1fを両側から挟み込む断面コの字状をなす挟持片からなっており、該画像表示部2aは、結果的にヒンジ部hとテンプル側の2箇所において固定保持される。
上記の画像表示装置2は、ヒンジ部hに設けられる枢支ピン(通常の眼鏡では直径が1.4mm程度のビスが使用されている。)Sと、クランプ4とを利用して2箇所で固定保持されるものであって、既存の眼鏡への容易な適用が可能となる。
画像表示装置2を固定保持するのに使用する連係片3の開孔3aは、クリアランスホールとなっていることから、図4に示すように、何らの支障がなしテンプル1fを折り畳むことができ、この時、画像表示部2aはテンプル1fの動きに追随し1動作で収納が完了する。
図5は、連係片3に開孔3aに代えて長孔3bを形成し、この連係片(長孔付きの連係片3′)で位置調整部材を構成した例を示した本発明にしたがう他の実施の形態を示した図である。
長孔3bには開孔3aと同様にヒンジ部hの枢支ピンSを挿通させておき、この部位で画像表示部2aを固定保持するものであって、この構造のものは、枢支ピンSにねじ係合するナットを緩め、図6に示すように、長孔3bの範囲内で画像表示装置2を前後にスライドさせることを可能(ナットの締め込みで位置が固定される。)とするものであって、眼鏡によってヒンジ部hの位置に違いがあったとしても該画像表示装置2の水平面内における位置調整が簡単に行える(接眼光学部2bのレンズ1aに対する適切な位置設定が行える)。
位置調整部材3′については、図7に示すように、開孔3aを複数配列してもよくこの点については適宜変更が可能である。とくに、長孔3bを設ける場合あるいは開孔3aを複数配列して画像表示装置2の前後方向における位置調整を行うに当たっては、眼鏡を幅方向の中央部で左右に二分する軸線L(図6参照)に対して連係片3′の前端がθ=5〜25°の角度でもって内向きになる傾斜を付与しておくのがよい。というのは、眼鏡のヒンジ部hは、通常、レンズに近いものほど眼鏡の幅方向内側にあり、レンズから遠くなるにしたがい眼鏡の幅方向の外側に位置する傾向にあるからであり、θ=5〜25°の角度を付与しておくことで既存の眼鏡への適用が容易になる。
上記のように構成された位置調整部材3′を適用する場合、クランプ4については、画像表示部2aの角度変化に応じてその取り付け角度を変更することができるように、画像表示部2aにおいて回動可能に連結しておく。
連係片3で構成された位置調整部材3′としてはさらにボールジョイント5を付加したものを用いることができる。図8は、画像表示部2aのケース外表面にボールジョイント5を設け、連係片3の後端部をボールジョイント5の受け部材5aに連結した例を示したものである。
かかる構造になる画像表示装置2においては、図9(a)(b)に示すように、長孔5によりその前方、後方への位置調整(水平面内における位置調整)が行えるだけでなく、上下方向における角度調整を行うことが可能であり、画像表示装置2の位置調整範囲の自由度がより一層拡大される利点がある。
上記位置調整部材3′を構成するボールジョイント5については、図示はしないが、画像表示部2a等に適宜着脱可能なアタッチメント構造とすることもできる。ボールジョイント5を適用する場合において画像表示部2aを所定の角度でもって固定するには、ボールジョイント5の受け部材5aに設けられているビスを締め込んでボール5bを受け部材5aにおいて固定すればよい。
また、位置調整部材3′は、図10に示すように、連係片3の後端部に長孔3cを形成しておき、この長孔3cを利用してボールジョイント5の受け部材5aに連係片3をビス止め固定してもよく、この場合、この長孔3cで画像表示部2aの前方、後方への位置調整が可能であり、連係片3の先端には枢支ピンSを挿通させる開孔3aを設ける。
図11〜13は、画像表示部2aと、接眼光学部2bとをそれぞれ別体構造(分割構造体)とし既存の眼鏡に装着した本発明の他の実施の形態を示したものである。
この例で適用される接眼光学部2bは、画像表示部2aとは別体に構成された分割構造体としたものであり、その一端に入射端2bが形成され、他端に射出端2bが形成され、その他の領域に外光の侵入を避けるために表面処理(コーティング等)が施された図14に示すような棒状の導光部(出射部2bには画像光による画像を表示する虚像位置に応じた曲率をもった接眼レンズが配置されるものであり、基本的には図1〜5のものと同じ)として示してあり、画像表示部2aの表示素子から窓孔を通して射出された画像光は、接眼光学部2bの入射端2b、導光路、射出端2bを経て観察者の眼球へ向けて入射される(導光部2bは、入射端2bが眼鏡のレンズ1aの外側に位置し、射出端2bがレンズ1aの前面に位置するように配置する。)。
かかる接眼光学部2bは、図11〜13に示す如く、ホルダー6によって保持される。ホルダー6は、接眼光学部2bの周りを取り囲む口型形状をなす本体部分6aと、この本体部分6aに一体的に設けられた片持ち支持形式になる弾性舌片6bから構成され、そのうちの弾性舌片6bは、レンズ1aの背面側に位置するようになっており、この弾性舌片6bと、ホルダー6に保持された接眼光学部2bとの相互間でレンズ1aを挟み込む(クリップ止め)ことによって該接眼光学部2bがレンズ1aの前面側に位置決めされる。
また、図11〜13における7は一端がホルダー6に連結した係止片である。この係止片7は、その要部の分解斜視図を図12に示したように、他端部に開孔(クリアランスホール)7aが形成され、該開孔7aを介してヒンジ部hの枢支ピンSに回動可能に連係しており、この係止片7によって接眼光学部2bがヒンジ部hに固定保持され、接眼光学部2bのレンズ1aに対する姿勢が安定的に維持される。
上記の構成になる画像表示装置2は、接眼光学部2bがホルダー6の弾性舌片6bと連係片7によりヒンジ部hとレンズ側の2箇所に固定保持されるものであり、テンプル1fを折り畳む収納状態にあっても、接眼光学部2bのレンズ1aに対する姿勢が、図15に示すように、そのまま維持されるため、よりコンパクトな収納が可能となる。
図16は、ヒンジ部hの要部を拡大して示した図である。とくに、上掲図11〜13に示したような別体構造(分離タイプ)の画像表示装置を既存の眼鏡に装着するに当たっては、画像表示部2aを固定保持する連係片3をテンプル1fの上端または下端に位置させ(図示の例では、テンプル1fの上端に位置させた場合として示してある。)、接眼光学部2bを固定保持するための係止片7を鎧1dの下端または上端に位置させるのがよく(図示の例では、鎧1dの下端に位置させた場合として示してある。)、これにより画像表示部2aはテンプル1fに連動し、接眼光学部2bがレンズ1aと連動するため、スムーズな折り畳みが行える。
図17、18は、画像表示部2aと、接眼光学部2bとをそれぞれ別体構造とし既存の眼鏡に装着した本発明のさらに別の実施の形態を示したものである。
この例は、接眼光学部2bとして眼鏡のレンズ1aに凹面鏡等で構成された反射部材を設け、画像表示部2aの表示素子から窓孔2cを通して射出された画像光を、該反射部材を経て観察者の眼球に入射させるようにしたものである。
かかる構成になる画像表示装置2は、反射部材として機能する接眼光学部2bを眼鏡のレンズ1aに配置(レンズの前面、背面の何れかに配置されるが、レンズに直接設けてもよい。)あるいはフレーム等に配置することが可能であり、接眼光学部2bの設置範囲が比較的自由(調整範囲が広い。)であり、しかも、該接眼光学部2bは貼着等ですむため構造の簡素化が可能となる。
画像光を射出する表示素子は、ヒンジ部hの近傍に位置するように画像表示部2aの設置位置を決める。というのは、眼鏡の装着状況を考えると、観察者の頭部の幅等には個人差があり、観察者の頭部の幅等に応じてテンプルの撓み量も異なることになるが、該テンプルの撓みはヒンジ部を起点にして起こるので、表示素子をヒンジ部hの近傍に存在させることによりテンプル1fの撓みに由来する光軸のずれを最小限に留めておくことができるからである。
表示素子は、一体型、別体型(分離構造体)の何れにおいても画像表示部2aに内蔵されることになるので、それを配置するのに最も好適な位置としては、図19(a)〜(c)に示すように、ヒンジhの直下とするのがよい。表示素子がヒンジhの直下に位置するように画像表示部2aを配置することで、画像表示装置2のサイド側への出っ張りを少なくし、前方側における視界を妨げることがなくなるだけでなく、テンプル1fが撓んで表示素子が傾斜しても図20に示すように、表示素子の中心が入射部2bからずれることがなくなる(視野範囲から外れることがない。)。
成人男性の頭部の幅寸法は、個人差もあるが通常、142〜169mm程度の範囲内にあると考えられ、ヒンジ部hからテンプルの耳掛け部までの長さを90mmとすると、テンプルが撓むことでその角度θは図21に示すように、ヒンジ部hを起点に内外へ±4°程度変化することになる。ここに表示素子の幅寸法を4mm程度とし、光軸のずれを10%程度まで許容できるとすると、0.4mm/tan(4deg)=5.7mmとなることから、表示素子をヒンジ部hの直下に配置することができず、それより後方へ設置しなければならない場合には、ヒンジ部hから5.7mm程度以内とするのがよい。
また、ヒンジ部hを起点とする左右方向(頭部の幅方向)への表示素子の位置ずれは、図22に示すように、ヒンジ部hの中心から遠ざかるほど、その影響は大きくなる。
焦点深度D.O.F(被写界深度によって包括される物体距離の前後範囲に対応した像距離の範囲、すなわち、焦点を合わせた被写体の像が、受け入れ可能な鮮鋭さの範囲で許されるレンズとフィルム面との距離の誤差)から左右方向のずれの許容量を算出すると、
±D.О.F.={(ω×250000)/(N.A.×M)}+{λ/2(N.A.)}、ω:眼の分解能0.0014(眼の視角を5分とした場合)、M:総合倍率(対物レンズ×接眼レンズ倍率)、λ:光の波長(可視光の場合はλ=0.55μm)
より、
±D.О.F.={350/(N.A.×M)}+{0.275/(N.A.)}
となり、ここに、M=250/f(f=32mm程度)から、M=7.8、N.A.=瞳孔径/2/f=0.0625(N.A.が大きくなるほど焦点深度は浅くなる特性を示す)として、
±D.О.F.=791μm
眼鏡の装着によりテンプル1fが撓んで4°程度の傾きが生じた場合において、ヒンジ部hから最も遠いが焦点深度内である範囲は、791/tan(4deg)=11.3mmであり、表示素子の幅寸法を4mmとすると、11.3−4/2=9.3mmで幅方向における位置ずれの許容範囲は±9.3mmとなるため、表示素子を幅方向にずれるのが避けられない場合や予めずらして設置しなければならない場合には、ヒンジ部hの中心から±9.3mm程度以内に収めるのがよい。
なお、分割タイプの画像表示装置2についても、画像表示部2aをヒンジ部hに固定保持する連係片3に長孔3bを設けるとともに、ボールジョイント5の如き手段を適用して位置調整部材を構成し、これによって水平面内における位置調整や角度調整を行うようにしてもよく、この点についてはとくに制限はされない。また、水平面内における角度調整機能は図示はしないが廻り止めに持たせるようにしてもよいし、画像表示部2aを、ヒンジ部hの枢支ピンSに回動可能に直接連結してもよい。
既存の眼鏡への容易な適用と、コンパクトな収納を可能とした眼鏡装着型画像装置が提供できる。
1 眼鏡
1a レンズ
1b レンズ
1c フレーム
1d 鎧
1e 鎧
1f テンプル
1g テンプル
2 画像表示装置
2a 画像表示部
2b 接眼光学部(導光部、反射部材)
3 連係片
3a 開孔
3b 長孔
3c 長孔
3′ 位置調整部材
4 クランプ
5 ボールジョイント
5a 受け部材
5b ボール
6 ホルダー
6a 本体部分
6b 弾性舌片
7 係止片
7a 開孔
S 枢支ピン

Claims (9)

  1. 観察者の一方の眼球視野内に配置される接眼光学部と、画像を表示する表示素子を有する画像表示部とを備え、前記画像表示部より射出された画像光を、前記接眼光学部を経て前記観察者の前記眼球に入射させるようにした眼鏡装着型画像表示装置において、
    前記画像表示部及び接眼光学部の少なくとも一方を、眼鏡のテンプルをフレームに対して折り畳み可能に支持するヒンジ部に固定保持したことを特徴とする眼鏡装着型画像表示装置。
  2. 前記画像表示部及び接眼光学部はそれぞれ別体構造からなる請求項1に記載の眼鏡装着型画像表示装置。
  3. 前記画像表示部は、眼鏡のヒンジ部とテンプル側の2箇所に固定保持されたものである請求項1または2に記載の眼鏡装着型画像表示装置。
  4. 前記接眼光学部は、眼鏡のヒンジ部と眼鏡のレンズ側の2箇所に固定保持されたものである請求項1〜3の何れかに記載の眼鏡装着型画像表示装置。
  5. 前記画像表示部及び接眼光学部の少なくとも一方は、位置調整部材を有する請求項1〜4の何れかに記載の眼鏡装着型画像表示装置。
  6. 前記位置調整部材は、眼鏡のテンプル若しくは前記画像表示部及び接眼光学部の少なくとも一方からの着脱を可能とするアタッチメント構造からなる請求項5に記載の眼鏡装着型画像表示装置。
  7. 前記接眼光学部は、前記画像表示部からの画像光を導光する導光部からなる請求項1〜6の何れかに記載の眼鏡装着型画像表示装置。
  8. 前記導光部は、画像表示パネルから射出された画像光を、眼鏡レンズの外側を通って入射させる入射端と、光路を経た画像光を、眼球レンズを透過して観察者の眼球へ向けて射出する射出端を有する請求項7に記載の眼鏡装着型画像表示装置。
  9. 前記接眼光学部は、前記画像表示部からの画像光を反射する反射部材からなる請求項1〜6の何れかに記載の眼鏡装着型画像表示装置。
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