JP2010226680A - 眼鏡装着型画像表示装置 - Google Patents

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】眼鏡のテンプル１ｆに固定保持されるユニット本体部２ａと、このユニット本体部２ａから射出された画像光を観察者の瞳に向けて誘導、射出する導光部２ｂとを備えた眼鏡装着型画像表示装置において、前記導光部２ｂを保持し、前記ユニット本体部２ｂに連係させるホルダー６を設け、このホルダー６を、眼球回旋中心Ｏに向かう軸心Ｌを有し、該軸心Ｌの周りにホルダー６を導光部２ｂとともに回動させる回動軸体４を介してユニット本体部２ａに連結する。
【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、眼鏡レンズの上下方向（高さ方向）あるいは幅方向の任意の位置において画像の視認を行えるようにするとともに、該装置の不使用時における確実な退避、収納の実現を図ろうとするものである。

眼鏡装着型の画像表示装置は、眼鏡のフレームやテンプル部分にユニット本体部（画像表示部）を取り付け、そのユニット本体部から射出された画像光を、導光部を通して観察者の瞳に入射させることにより画像として観察、視認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、サイドユニットと透明基板とを、装着手段を介して眼鏡フレームに取り付ける構造のシースルー型のニアアイディスプレイが知られている（先行文献１参照）。

特開２００５−１９２０８３号公報

上記従来の画像表示装置は、透明板が装着手段に対して回転機構を介して連結されており、不使用時には透明板を折り畳んでコンパクトに収納することができるようになっている利点はあるものの、使用時における透明板の配置位置は常に一定であり、使用者の好みや環境に応じて位置設定が行えないところに問題を残していた。

本発明の課題は、収納操作が簡単で眼鏡レンズの任意の位置において画像の視認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、眼鏡のテンプルに固定保持されるユニット本体部と、画像表示パネルと、この画像表示パネルから射出された画像光を観察者の眼球回旋中心に向けて誘導、射出する導光部とを備えた眼鏡装着型画像表示装置であって、
前記導光部を保持し、ユニット本体部に連係させるホルダーを設け、このホルダーを、眼球回旋中心に向かう軸心を有し、該軸心の周りにホルダーを導光部とともに回動させる回動軸体を介してユニット本体部に連結したことを特徴とする眼鏡装着型画像表示装置であり、前記画像表示パネルは、導光部と一体にホルダーに保持することができる。

また、本発明にしたがう画像表示装置のユニット本体部は、回動角度を９０°以上とするのが好ましい。また、回動軸体は、その軸芯が眼鏡の平面視において眼球回旋中心を通る幅方向軸線に対して前方側へ２０〜４０°の範囲に収まるように配設するのが好ましく、また、眼鏡の前面視又は後面視においてその軸芯が眼球回旋中心を通る水平幅方向軸線に対して±３０°の範囲（前後方向３０°の範囲）に収まるように配設するのが好ましい。

回動軸体としては、間隔をおいて複数個配列され、それ自体を関節として機能させる複数本のロッドにて連結することができる。

ホルダーには、導光部を退避、収納した状態でユニット本体部の画像光射出窓の前面に位置する保護壁を設けておくのが望ましい。

導光部を、眼球回旋中心に向かう軸心をもった回動軸体を介してユニット本体部に連結することにより、該導光部の位置が眼鏡レンズの上方、中央あるいは下方等に変更された場合であっても表示された画像を確実に視認することができる。

回動軸体の回動角度を９０°以上とすることで観察者の視界を妨げない箇所へ導光部を退避させることが可能となる。

回動軸体は、その軸芯が眼鏡の平面視において眼球回旋中心を通る幅方向軸線に対して前方側へ４０°を超える角度になっていると、眼鏡レンズのフレーム内を回転軸体が通ることとなり、視界を妨げてしまうおそれがある一方、その角度が２０°未満では、導光部を退避する際に眼鏡のテンプルに沿う方向に対して大きくずれしまい、コンパクトに収納することができないことも懸念されるが、本発明は、回動軸体を、その軸芯が眼鏡の平面視において眼球回旋中心を通る幅方向軸線に対して前方側へ２０〜４０°の範囲に収まるように配設してあるため、視界を妨げたりコンパクトな収納が困難となるようなことはない利点がある。

また、眼鏡の前面視又は後面視においてその軸芯が眼球回旋中心を通る水平幅方向軸線に対して±３０°の範囲（前後方向３０°の範囲）に収まるように配設しているため、眼鏡レンズとテンプルとの間に形成される空間に回転軸機構を収めることができ、余計な出っ張りを最小限に留めることが可能となる。

ホルダーの尾端に、保護壁（保護カバー）を設けておき、導光部を反転、収納した状態で保護壁を、ユニット本体部の画像光射出窓の前面に位置させることで不使用時における射出窓を保護することができる。

回動軸体を複数個設けてこれらをロッドでつないで多関節アーム構造体を構成することにより導光部の配置位置の自由度が一層拡大される。

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の右側半分を眼球とともに示した平面図である。 導光部の外観斜視図である。 眼鏡の右側の平面視図である。 眼鏡の右側平面視図である。 眼鏡の右側の後面視図である。 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。 多関節アーム構造体の平面、側面を示した図である。 （ａ）（ｂ）は導光部の設定位置を変更した状況を示した図である。 （ａ）（ｂ）は導光部の設定位置を変更した状況を示した図である。 （ａ）（ｂ）は導光部の設定位置を変更した状況を示した図である。 本発明にしたがうさらに他の眼鏡装着型画像表示装置の例を示した外観斜視図である。 図１２の右側半分を眼球とともに示した平面図である。 導光部の外観斜視図である。 眼鏡の右側の平面視図である。 （ａ）（ｂ）は導光部の射出端に設置される接眼レンズと眼球回旋中心の関係を示した図である。 回動軸体の軸芯を存在させることができる許容範囲を示した図である。

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眼鏡に装着した状態で示した外観斜視図（右眼用タイプ）であり、図２は図１に示した画像表示装置を眼球とともに模式的に示した平面図である。

図における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の左右の幅端に一体連結する鎧１ｄ、１ｅと、この鎧１ｄ、１ｅにヒンジ部ｈ_１、ｈ_２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。

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、右側のテンプル１ｆに取付け具を介して取り付けられたユニット本体部２ａと、このユニット本体部２ａとは別体になる導光部（光学バー）２ｂから構成されている。

ユニット本体部２ａは、画像表示パネルＰと、画像表示パネルＰを駆動する回路からなっており、導光部２ｂは、図３に示すように、その一端に入射端２ｂ_１が形成され、他端には射出端２ｂ_２が形成され、射出端２ｂ_２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の接眼レンズ２ｂ_３が配置されている。また、導光部２ｂ_２の入射端２ｂ_１、射出端２ｂ_２を除く領域には外光の侵入を防ぐためにコーティング処理が施されている。

また、３は導光部２ｂを固定保持するホルダーである。このホルダー３は薄肉の長片部３ａと保護壁を形成する短片部３ｂとを一体連結したＬ型形状をなしている。

４は眼球回旋中心Ｏ（図２参照）に軸心Ｌが向くように配置された回動軸体である。この回動軸体４は枢軸（ピン状のもの）を例として示してあり、その一端は画像表示部２ａの前方傾斜側壁２ａ_１に連結し、他端はホルダー３の長片部３ａと短片部３ｂの境界部で連結しており、該ホルダー３を導光部２ｂとともに回動（回動角度θは９０°以上）できるようになっている（ホルダー３の回動は基本的には手指による操作でもって行う。）。

５は画像表示部２ａをテンプル１ｆに固定保持する、例えばねじ止めタイプの取付け具である。ユニット本体部２ａは、取付け具５によって導光部２ｂとともにテンプル１ｆに固定保持されており、ホルダー３を、回動軸体４の軸心Ｌのまわりに回動させることで導光部２ｂの位置を図１の仮想線で示す如く、眼鏡レンズ１ａの上、中、下の任意の位置に適宜変更する。そして、図４に示す如く該ホルダー３を最大限回動させることによって導光部２ｂは格納姿勢に保持される。

上記の構成になる画像表示装置２は、導光部２ｂが格納姿勢に保持された時に、ホルダー３の短片部３ｂが、ユニット本体部２ａの画像光射出窓２ａ_２を覆い隠して保護する保護壁として機能することになり、該画像光射出窓２ａ_２の予期しない損傷を防ぐことになる。

回動軸体４は、図５に示すように、その軸芯Ｌが眼鏡の平面視において眼球回旋中心Ｏを通る幅方向軸線Ｈに対して前方へθ_１＝２０〜４０°の範囲になるように配設し、眼鏡の後面視（又は前面視）においては図６に示すように、眼球回旋中心Ｏを通る水平幅方向軸線Ｈ_１に対して前後方向へθ_２＝３０°（±３０°）の範囲になるように配設するのが好適であり、これにより導光部２ｂから射出された画像光による画像の確実な視認が可能となる。

図７は、本発明にしたがう画像表示装置２の他の実施の形態を示した図である。この例は、回動軸体４を３つ設け（４ａ〜４ｃ）、これら回動軸体４ａ〜４ｃを中空状のロッド５ａ〜５ｃでそれぞれ連結して一体化を図り、その一端を回動軸体４ａにてユニット本体部２ａに回動可能に連接し、他端を、導光部２ｂの固定保持に寄与するホルダー６に連結した多関節アーム構造体として構成したものである。

この例は、図８に多関節アーム構造体の平面及び側面を示すように、関節の一つを構成する回動軸体４ａがユニット本体部２ａにおいて回動可能に抜け止め連結される枢軸４ａ_１を有しており、該枢軸４ａ_１とこれを保持する受け部との相互間における摩擦係合によって回動角度を任意に変更することができるようになっている。

回動軸体４ａとは別の関節を構成する回動軸体４ｂ、４ｃについては、枢軸４ｂ_１、４ｃ_１を備えた部材と、この部材の枢軸４ｂ_１、４ｃ_１を嵌合孔において回動可能に抜け止め支持する軸受け部材から構成されていて、これらの回動軸体４ｂ、４ｃも枢軸４ｂ_１、４ｃ_１と嵌合孔との相互間における摩擦係合によって回動角度を任意に変更することができるようになっている。

多間関節アーム構造体は、各回動軸体４ａ〜４ｃを適宜回動させることによって図９（ａ）（ｂ）〜図１１（ａ）（ｂ）に示すように、導光部２ｂの眼鏡レンズ１ａにおける配置位置を自由に変更することができる（配置位置の自由度が拡大される。）。

上記の構成になる多関節アーム構造体を備えたものにおいては、ホルダー６内に導光部２ｂの入射部に対面するように画像表示パネルＰが配置（一体配置）され（図示せず）、この画像表示パネルＰと、ユニット本体部２ａとはロッド５ａ〜５ｃ内に配設されたケーブルによってつなげることができる。

図示したような中空ロッド５ａ〜５ｃは、図１０（ｂ）、図１１（ｂ）に示すように、山折り、谷折り、山折りとする折り畳み状態に維持することが可能であり、導光部２ｂを収納するに際してはコンパクトに折り畳んだのち回動軸体４ａを起点にして導光部２ｂを、アーム５ａ〜５ｃとともに回動させればよい。

回動軸体４はその軸心が眼球回旋中心Ｏに向いている限り導光部２ｂによる画像の視認が可能であり、回動軸体４の個数やアームの本数が制限されることはない。また、導光部２ｂは図８に示すように、その軸心Ｊが、アーム５ａ〜５ｃの軸心（Ｋ_１〜Ｋ_３）と直交するような配置とするのが望ましい。

また、回動軸体４を、枢軸と、この枢軸を摩擦（摺動）状態で回動可能に保持する軸受け部にて構成することで構造の複雑化を伴うことなしにアームを任意の角度に保持することが可能となる。

上掲図１、図２、図４に示した構成例は、ユニット本体部２ａに画像表示パネルＰを内蔵させて該画像表示パネルＰを駆動する場合について示したものであるが、該画像表示パネルＰは図７〜図１１に示したように、ホルダー６に組み込むことも可能であり、この点については限定されない。

また、回動軸体４が単一のもので構成される場合（図１、図２、図４）であっても画像表示パネルが導光部２ｂ側に配置されるようなケースについては、保護壁として機能する短片部３ｂは省略することが可能となる。

図１２〜図１５は、本発明にしたがう眼鏡装着型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。

上掲図１〜４に示した画像表示装置は、画像表示パネルＰをユニット本体部２ａの中に配置し、画像表示パネルＰから射出された画像光を、ユニット本体部２ａの画像光射出窓２ａ_２を通して導光部２ｂの入射端２ｂ_１に入射させるものとして示したが、該画像表示パネルＰは、図示の如く導光部２ｂの入射端２ｂ_１に直接取り付けて一体化を図ることも可能であり、このような構成を採用することによってユニット本体部２ａの小型化、導光部２ｂと画像表示パネルＰとの光学的なずれを皆無にすることが可能となり、観察者による画像の安定した観察、視認が可能となる。

図１６（ａ）（ｂ）は、縦寸法Ｄが２．６ｍｍになる接眼レンズ２ｂ_３を用い、該レンズから観察者の瞳孔に至るまでの寸法（アイリリーフ）をＩ_１＝２０ｍｍ、瞳孔径をｄ＝４．０ｍｍ、瞳孔から眼球回旋中心Оに至るまでの寸法Ｉ_２＝１３ｍｍとした場合における、画像光の入射状況を示したものである。

接眼レンズ２ｂ_３の上端外縁を通る光線Ｃ_１（光線Ｃ_１の上下方向における半画角：３．４°）に着目すると、該光線Ｃ_１は図１６（ｂ）に示すように接眼レンズ２ｂ_３の光線角度が最大で９．４°に変動した場合であっても観察者の瞳孔を通って入射され、画像として観察することが可能であり、ここに、接眼レンズ２ｂ_３の角度ズレの許容限界Ｔは６°となる。この角度ズレの許容限界Ｔを基に観察者が画像として視認できる許容範囲を求めると、（１３＋２０）×ｔａｎ（６°）＝±３．４６ｍｍから、観察者が画像として視認できる許容範囲は、図１７に示すように、眼球回旋中心Оから半径ｒ＝３．４６ｍｍの球状領域の範囲内に存在することとなる。このため、回動軸体４の軸芯Ｌは導光部２ｂの配置位置の変更（上下方向、水平方向）にかかわりなく少なくとも該球状領域に存在させておくようにすればよい。

なお、上記の例は、接眼レンズ２ｂ_３として上下方向における半画角が３．４°になる縦寸法２．６ｍｍの接眼レンズを用い、角度ズレ許容限界Ｔが６．０°の場合を例としたものであり、観察者が視認できる許容範囲は、接眼レンズ２ｂ_３のサイズ（縦横寸法）、アイリリーフ、瞳孔径、瞳孔から眼球回旋中心に至るまでの寸法等の違いにより変動することになるので、使用する接眼レンズの角度ズレの限界Ｔを求め、（Ｉ_２＋Ｉ_１）×ｔａｎ（Ｔ°）に基づいて設定する。

既存の眼鏡への容易な適用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 ユニット本体部
２ｂ 導光部
３ ホルダー
３ａ 長片部
３ｂ 短片部
４ 回動軸体
４ａ 回動軸体
４ｂ 回動軸体
４ｃ 回動軸体
５ａ アーム
５ｂ アーム
５ｃ アーム
６ ホルダー
О 眼球回旋中心
Ｐ 画像表示パネル

Claims (7)

1. 眼鏡のテンプルに固定保持されるユニット本体部と、画像表示パネルと、この画像表示パネルからから射出された画像光を観察者の瞳に向けて誘導、入射させる導光部とを備えた眼鏡装着型画像表示装置であって、
   前記導光部を保持し、ユニット本体部に連係させるホルダーを設け、このホルダーを、眼球回旋中心に向かう軸心を有し、該軸心の周りにホルダーを導光部とともに回動させる回動軸体を介してユニット本体部に連結した、ことを特徴とする眼鏡装着型画像表示装置。
2. 前記画像表示パネルは、前記導光部と一体にホルダーに保持するものである、請求項１記載の眼鏡装着型画像表示装置。
3. 前記ユニット本体部の回動角度が、９０°以上である、請求項１又は２に記載の眼鏡装着型画像表示装置。
4. 前記回動軸体は、その軸芯が、眼鏡の平面視において眼球回旋中心を通る幅方向軸線に対して前方へ２０〜４０°の範囲に配設されたものである、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. 前記回動軸体は、その軸芯が、眼鏡の前面視又は後面視において眼球回旋中心を通る水平幅方向軸線に対して前後３０°の範囲に配設されたものである、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. 前記回動軸体が、間隔をおいて複数個配列され、それ自体を関節として機能させる複数本のロッドにて連結したものである、請求項１〜５の何れかに記載の眼鏡装着型画像表示装置。
7. 前記ホルダーは、導光部を退避、収納した状態でユニット本体部の画像光射出窓の前面に位置して該画像光射出窓を保護する保護壁を有する、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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