JP2011053353A - 眼鏡型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外界視界を遮ることなく外界と電子画像を同時に観察することを可能とすると共に、小型軽量・低コスト化が可能な眼鏡型画像表示装置を提供する。
【解決手段】２次元画像を表示する表示素子と該２次元画像を拡大投影するための投影レンズと有し、眼鏡のフレーム部３に配置される画像射出部４と、少なくとも一方の眼鏡レンズ６近傍に配置され、前記眼鏡を観察者の頭部に装着した状態で、前記画像射出部４から射出した画像光を、前記投影レンズを介して、該観察者の眼球２へ向けて反射させ、前記２次元画像の虚像を該観察者が観察できるように構成した反射部５とを備え、前記反射部５は屈折力を持たない反射部材であり、前記画像射出部５から射出して前記観察者の眼球２へ至る有効光束は、少なくとも１方向の光軸断面で、該光束の光軸垂直方向の幅が前記反射部にて最小になるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、眼鏡型画像表示装置に関するものである。

従来、眼鏡型画像表示装置として、例えば、眼鏡のテンプル側に保持された画像射出部と、眼鏡のレンズ近傍に保持された接眼光学部とを含む装置が提案されている。このような眼鏡型画像表示装置では、画像射出部から射出された表示すべき電子映像の画像光を、接眼光学部を介して観察者の眼球に入射させて観察できるように構成している。このような、眼鏡型画像表示装置は、通常、電子映像と眼鏡レンズを透過する背景画像とを重ね合わせて眼球内に表示（いわゆるシースルー表示）する。

このような技術の例として、視界前方を遮るような凹面鏡と複数枚の投影レンズとによるもの（例えば、特許文献１参照）、ホログラム素子を眼鏡レンズ部に配置したもの（例えば、特許文献２参照）などが知られている。また、これらの技術と関連して、例えば眼鏡型画像表示装置として、画像射出部を眼鏡のフレーム等に保持して眼鏡レンズの外側から画像光を入射する構成（例えば、特許文献３参照）、眼鏡レンズ内に画像光を入射するための光路を構成するもの（例えば、特許文献４参照）などが知られている。

特開平５−３０３０５６号公報 特開２００６−２０９１４４号公報 特表２００１−５２２０６４号公報 特表２０００−５１１３０６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、大きな凹面鏡を用いることによる収差補正をするために投影光学系が複雑であり、また凹面鏡の大きさによる干渉、シースルー機能を付加することの困難さがある。また、特許文献２に記載の技術では、ホログラム素子の波長選択性が高いことにより、レーザー光線のような光源を用いる、あるいは高性能なフィルターによって一部の波長のみを用いるなどの高コストの方法を必要とし、更に、ホログラム素子は装着者個別の視度（曲率）に応じて調節する機能を付加することも困難である。

上記問題に鑑みて、本発明の課題は、外界視界を遮ることなく外界と電子画像を同時に観察することを可能とすると共に、小型軽量・低コスト化が可能（すなわち部品点数が少ない）な眼鏡型画像表示装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、２次元画像を表示する表示素子と該２次元画像を拡大投影するための投影レンズと有し、眼鏡のフレーム部に配置される画像射出部と、少なくとも一方の眼鏡レンズ近傍に配置され、前記眼鏡を観察者の頭部に装着した状態で、前記画像射出部から射出した画像光を、前記投影レンズを介して、該観察者の眼球へ向けて反射させ、前記２次元画像の虚像を該観察者が観察できるように構成した反射部とを備え、前記反射部は屈折力を持たない反射部材であり、前記画像射出部から射出して前記観察者の眼球へ至る有効光束は、少なくとも１方向の光軸断面で、該有効光束の光軸垂直方向の幅が前記反射部にて最小になるように眼鏡型画像表示装置を構成する。すなわち、本構成の眼鏡型画像表示装置の光学系では、少なくとも１方向の光軸断面に対して、反射部材が実質的に開口絞りとして機能している。あるいは、このことを、少なくとも１方向の光軸断面に関する射出瞳位置が反射部材となるとも言い換えることができる。

このとき、前記最小の光軸垂直方向断面の幅は、人間の平均的な瞳孔径である４ｍｍよりも小さいことが好ましい。

さらに、前記反射部材の反射面は、入射面と平行な方向の幅が入射面と垂直な方向の幅よりも小さい形状であることが好ましい。すなわち、入射面と平行な方向な光軸断面において、反射部材が開口絞りとして機能している。また、画像射出部が眼鏡フレーム部に配置されている（すなわち横方向から光線が入射する）ことから、反射部材は縦長の形状となる。

また、前記表示素子は、矩形形状であり、該矩形形状の長手方向が前記反射部材の反射面の最小幅方向に対応するよう配置されていることが好ましい。すなわち、反射部材は縦長なのにも拘らず、表示素子は横長である構成とする。

さらに、前記画像射出部から射出して前記観察者の眼球へ至る有効光束は、前記反射部材の入射面と平行な光軸断面における射出瞳位置である横方向瞳位置が該反射部材近傍であり、前記反射部材の入射面と垂直な光軸断面における射出瞳位置である縦方向瞳位置が前記横方向瞳位置よりも前記観察者の眼球の瞳孔よりに位置することが好ましい。すなわち、入射面と平行な光軸断面に関しては反射部材が開口絞りと機能するが、入射面と垂直な光軸断面に関しては反射部材が開口絞りと機能していない。

また、前記反射部材は、前記眼鏡レンズに埋め込まれていることが好ましい。

また、前記投影レンズの光軸は前記反射部材を通り、前記投影レンズまたは前記投影レンズを含む前記画像射出部は、前記反射部を中心として回動可能に保持されていることが好ましい。

また、前記投影レンズの光軸は前記反射部材を通り、前記反射部は、前記反射部材の反射面を通る回転軸で回動可能に保持されていることが好ましい。

また、前記画像射出部は、前記表示素子と前記投影レンズとの間に偏角プリズムを有していることが好ましい。

また、前記表示素子は、前記観察者から見て前方に向けて配置され、前記表示素子から射出された光線は、前記偏角プリズムに入射され、５０°〜７０°偏角されて前記反射部方向に射出されることが好ましい。

さらに、前記投影レンズと前記偏角プリズムとは一体で成型されていることが好ましい。

また、前記投影レンズおよび前記偏角プリズムは、前記眼鏡のヨロイ部に保持され、前記表示素子は、前記眼鏡のテンプル部に保持され、前記表示素子を表示面に垂直な方向に移動調節可能とすることが好ましい。

また、前記投影レンズと前記偏角プリズムとの間隔を調節可能に保持することが好ましい。

また、前記投影レンズおよび前記偏角プリズムは、前記眼鏡のヨロイ部に保持され、前記表示素子は、前記眼鏡のテンプル部に保持され、前記表示素子を表示面に平行な方向に移動調節可能とすることが好ましい。

さらに、前記表示素子は有機ＥＬであることが好ましい。

また、前記反射部は、前記観察者の正面方向に関する投影断面が、該観察者の瞳孔を覆わない位置に配置されていることが好ましい。

本発明によれば、外界視界を遮ることなく外界と電子画像を同時に観察することを可能とすると共に、小型軽量・低コスト化が可能な眼鏡型画像表示装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る眼鏡型画像表示装置の主要部分の概略を示す部分構成図である。 本発明の実施に用いる反射部の例を示す図である。 図１の眼鏡型画像表示装置を観察者が装着した状態における右眼側を示す正面図である。 本発明の第１実施形態における反射部の矩形形状の短手方向の幅について説明する図である。 本発明の第１実施形態の光学要素を抜き出した基本構成図である。 本発明の第１実施形態の光学系の横方向光軸断面および縦方向光軸断面の光線図である。 本発明の第２実施形態に係る眼鏡型画像表示装置の構成および使用状態を示す図である。 本発明の第２実施形態の光学要素を抜き出した基本構成図である。 本発明の第２実施形態における眼幅調整の例を示す図である。 本発明の第２実施形態における眼幅調整の例を示す図である。 本発明の第３実施の形態に係る眼鏡型画像表示装置の概略を示す図である。 本発明の第４実施の形態に係る眼鏡型画像表示装置の概略を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面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実施形態に係る眼鏡型画像表示装置の主要部分の概略を示す部分構成図である。この図では、眼鏡型画像表示装置１を頭部に装着した際の、観察者の右眼の眼球２を併せて表示している。同図に示されるように、本実施形態の眼鏡型画像表示装置１は、眼鏡のフレーム部３に配置される画像射出部４と、画像射出部４から射出した画像光を、観察者の眼球２へ向けて反射する反射部５とを備える。

画像射出部４は、２次元画像を表示する表示素子（図１には不図示）と、２次元画像を拡大投影するための投影レンズ（図１には不図示）とを内部に有し、投影レンズを介して画像光を射出する。表示素子としては、例えば液晶表示素子や有機ＥＬ素子等、一般的な表示素子を用いることができる。特に、表示素子として有機ＥＬ素子を用いた場合はバックライトが不要であるため、より小型軽量が達成され、かつ消費電力も少ない。

反射部５は、眼鏡レンズ近傍に配置された屈折力を持たない反射部材であり、眼鏡を観察者の頭部に装着した状態で、画像射出部４から射出した画像光を、観察者の眼球２へ向けて反射させ、２次元画像の虚像を観察者が観察できるように配置されている。反射部５としては、図２に示されるように、（ａ）表面反射ミラー、（ｂ）裏面反射ミラー、（ｃ）眼鏡レンズへ埋め込まれたミラー、（ｄ）全反射プリズム、などを用いることができる。表面反射ミラーおよび裏面反射ミラーは、それぞれ表面または裏面を金属蒸着や誘電体多層膜等の一般的なミラーコートを施したものを利用することができる。眼鏡レンズへ埋め込まれたミラーを用いた場合は、眼鏡レンズと空気との屈折により、傾斜核を軽減することができる。全反射プリズムを用いた場合は、ミラーコートなしに屈曲させることができる。

眼鏡フレーム３は、眼鏡レンズ６（または眼鏡レンズ６の枠）に固定され、眼鏡前面の両端に位置するヨロイ部７と、ヨロイ部７およびヒンジ８を介して折り曲げ可能に結合されたテンプル部９とを含んで構成されている。本実施形態の画像射出部４は、ヒンジ８を介して、テンプル部９によって保持され、眼鏡フレーム３の折りたたみ時に、テンプル部９と共に折りたたまれる。

上記の配置では、画像射出部４から射出し、反射部５によって反射され、観察者の眼球２へ至る画像光は、眼鏡レンズ６および眼鏡フレーム３（および観察者の顔面）によって囲まれた空間を伝播する構成となっている。この構成により、観察者の視界を遮る障害物が可能な限り少なく、眼鏡フレーム３の折りたたみ時に、（例えば画像射出部４が）干渉してしまう部品もない。

図３は、観察者が装着した状態における図１の眼鏡型画像表示装置の右眼側を示す正面図である。図３に示されるように、本実施形態の眼鏡型画像表示装置では、観察者の正面方向に関する投影断面において、反射部５が観察者の瞳孔１０を覆わない位置に配置されている。本実施形態では、反射部５をこの位置に配置することによって、通常時（観察者が眼鏡型画像表示装置からの情報よりも周囲からの情報に意識を向けている状態）に観察者の視界を十分確保し、本実施形態の眼鏡型画像表示装置を使用しているときでも観察者が安全に活動することができる。

また、図３に示されるように、本実施形態の眼鏡型画像表示装置では、反射部５が縦長の矩形形状をしている。一方で、画像射出部４およびその内部の表示素子は横長の矩形形状をしている。すなわち、表示素子の長手方向が、反射部の最小幅方向に対応するように構成されている。このように構成することにより、横長表示の画像であっても、眼鏡と顔と間の狭いスペースに画像光線を導くことができる。また、本実施形態の眼鏡型画像表示装置では、反射部５が縦長の矩形形状をしていることから、眼鏡装着時の上下方向のズレに対しても許容度が高い。なお、縦長の反射部による上下方向のズレ許容度を、画像表示領域として利用すれば、縦長の表示画面（すなわち縦長の表示素子）に対しても、本実施形態の構成を利用することができる。

図４は、本実施形態における反射部の矩形形状の短手方向の幅について説明する図である。すでに説明してあるように、本実施形態では、画像射出部４から射出された画像光は反射部５によって反射され、眼球２の瞳孔１０に導かれる。したがって、反射部５は眼球２の視線（あるいは画像射出部４から射出された画像光の光軸）に対して傾斜して配置される。すなわち、観察者の視界にとっての大きさは、実際の反射部５の大きさとは異なる。本実施形態では、反射部５の光軸垂直断面（視線方向の投影断面）における幅が４ｍｍ以下となるように構成されている。この４ｍｍという数値は、人間の平均的な瞳孔径に基づき、反射部５の光軸垂直断面が４ｍｍよりも小さい場合、反射部５に遮られない背景光が瞳孔１０を通り網膜に像を作る、いわゆる瞳分割シースルーが実現され、背景光と画像射出部４から射出された画像光とが重ね合わされる。

図５は、本実施形態の光学系をより詳説するために、本実施形態の光学要素を抜き出した基本構成図である。本実施形態の光学系は、図５に示されるように、光源１１から放射された照明光を照明レンズ１２によって略平行光に変換して（例えば液晶表示素子などの）表示素子１３に照射する。その後、表示素子１３からは画像情報を含んだ画像光が射出され、投影レンズ１４によって収斂光線に変換して反射部５に導く。反射部５では投影レンズ１４から入射された画像光を反射し、眼球２の瞳孔１０に画像光を屈曲させる。

図５に示されるように、本実施形態の光学系における紙面方向の光軸断面では、反射部５の口径が最も細くなっている。言い換えれば、反射部５の反射面の入射面と平行な方向の光軸断面に関して、反射部５が本実施形態の光学系の実質的開口絞りとして機能している。あるいは、反射部５に射出瞳位置が存在していると表現してもよい。このように、本実施形態の光学系は、反射部５が射出瞳位置になっていることから、画像の形状（すなわち表示素子の形状）によらずに反射部５の形状を決定することができる。よって、本実施形態では、先述したように表示素子１３が横長の矩形形状であるにも拘らず、反射部５が縦長の矩形形状とすることができる。

例えば表示素子１３として液晶表示素子を用いた場合、反射部５が投影レンズ１４の後側焦点位置近傍に配置されることが好ましい。液晶表示素子は、物体側テレセントリック光学系とした方が画質がよい。すなわち、後側焦点位置が射出瞳位置となる構成が好ましい。よって、最も口径が小さい光学素子である反射部５を後側焦点位置に配置することによって、表示素子１３として液晶表示素子を用いた場合の好ましい構成となる。さらに、この構成では光源１１像が反射部５の近傍に位置するので、光源１１像から放射された光線が集光した状態で反射部５によって反射されるので、照明効率もよい。

なお、表示素子１３として有機ＥＬ表示素子を用いた場合は、テレセントリック光学系にしなくてもよいので、反射部５を後側焦点位置に配置しない構成も考えられる。

図６は、本実施形態の光学系の（ａ）横方向光軸断面（すなわち反射部での入射面と平行方向の光軸断面）と（ｂ）縦方向光軸断面（すなわち反射部での入射面と垂直方向の光軸断面）との違いを説明する図である。なお、図６では紙面上に記載するために、反射部５での屈曲を直線と仮定して記載してある。

図６（ａ）および（ｂ）において、光軸上の主光線（すなわち光軸）は２点鎖線、光軸上のマージナル光線は実線、軸外の主光線は１点鎖線、軸外のマージナル光線は破線で表されている。図６（ａ）に示されるように、本実施形態の光学系では、横方向の光束が反射部５によって規定されている（つまり反射部５が開口絞りとして機能している）ので、軸外のマージナル光線が光軸に交わっている。一方で、図６（ｂ）に示されるように、反射部５は縦方向に関しては十分に大きな口径を有しているので、実質的な絞りとしての機能を持たず、瞳孔１０が開口絞りとして機能している。

なお、本実施の形態で図示した眼鏡型画像表示装置１は、右眼に対して電子映像を表示する構成としたが、左眼に対して電子映像を表示するようにしても良い。

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係る眼鏡型画像表示装置の概略を示す構成図である。この図では、眼鏡型画像表示装置１を頭部に装着した際の、観察者の眼球２を併せて表示している。同図に示されるように、本実施形態の眼鏡型画像表示装置１は、眼鏡のテンプル部９に配置される画像射出部４と、画像射出部４から射出した画像光を、観察者の眼球２へ向けて反射する反射部５とを備える。

画像射出部４は、２次元画像を表示する表示素子１３を内部に有し、画像光を射出する。表示素子１３としては、第１実施形態と同様に、例えば液晶表示素子や有機ＥＬ素子等、一般的な表示素子を用いることができる。次に、表示素子１３（すなわち画像射出部４）から射出された画像光は、偏角プリズム１５に入射され、５０°〜７０°偏角されて、反射部方向に射出される。図７に示された実施形態では、偏角プリズム１５は投影レンズ１４と一体で成型され、偏角プリズム１５および投影レンズ１４から反射部５へ射出する画像光は収斂光線である。

偏角プリズム１５の例としては、頂角が３０°，６０°，９０°のプリズム（いわゆる３０°プリズム）を用いることができる。３０°プリズムを用いた場合、頂角９０°の角の対向面に画像光を垂直入射し、頂角６０°の角の対向面で反射し、頂角９０°の角の対向面で全反射し、頂角３０°の角の対向面から射出することによって、６０°の偏角が実現できる。

反射部５は、眼鏡レンズ近傍に配置された屈折力を持たない反射部材であり、眼鏡を観察者の頭部に装着した状態で、画像射出部４から射出した画像光を、観察者の眼球２へ向けて反射させ、２次元画像の虚像を観察者が観察できるように配置されている。第１実施形態と同様に、反射部５としては、（ａ）表面反射ミラー、（ｂ）裏面反射ミラー、（ｃ）眼鏡レンズへ埋め込まれたミラー、（ｄ）全反射プリズム、などを用いることができる（図２を参照）。なお、反射部５は、第１実施形態と同様に、観察者の方面方向に関する投影断面において、反射部５が観察者の瞳孔１０を覆わない位置に配置されている（図３を参照）。本実施形態でも、反射部５をこの位置に配置することによって、通常時に観察者の視界を十分確保し、本実施形態の眼鏡型画像表示装置を使用しているときでも観察者が安全に活動することができる。特に、本実施形態では、偏角プリズム１５によって、第１実施形態よりも、反射部５により鋭角に光線を入射することができるので、反射部５をより視界を遮らない位置に配置することができる。

図７に示される本実施形態において、投影レンズ１４および偏角プリズム１５は眼鏡のヨロイ部７に保持されている。さらに、画像射出部４は、眼鏡のテンプル部９に保持され、表示素子１３の表示面に垂直な方向に移動調節可能な構成となっている。この構成により、表示素子１３と偏角プリズム１５との間の距離を変更することにより、視度調整を行うことができる。また、表示素子１３を表示面に平行な方向に移動調節可能な構成とすれば、眼幅調節が可能な構成とすることができる。さらに、投影レンズ１４と偏角プリズム１５と一体形成せずに、投影レンズ１４と偏角プリズム１５との間隔を調節可能に保持する構成とすれば、この間隔を調節することによって、視度調整が可能な構成とすることができる。

図８は、本実施形態の光学系を詳説するために、本実施形態の光学要素を抜き出した基本構成図である。本実施形態の光学系は、図８に示されるように、表示素子１３から画像情報を含んだ画像光が射出され、偏角プリズム１５によって偏角され、投影レンズ１４によって収斂光線に変換して反射部５に導く。反射部５では投影レンズ１４から入射された画像光を反射し、観察者の瞳孔１０の方向に画像光を屈曲させる。この場合の反射部５における入射面は紙面方向と一致し、観察者からみると略水平方向となっている。本実施形態においても、第１実施形態と同様に、紙面方向の光軸断面の光束径は、反射部５にて最も細くなっていることが見てとれる。すなわち、本実施形態においても、入射面方向の光軸断面に関して、反射部５は実質的に開口絞りとしての機能を有していることが解る。よって、本実施形態でも、反射部５が瞳位置になっていることから、表示素子１３が横長の矩形形状であるにも拘らず、反射部５が縦長の矩形形状とすることができる。

図８に示される基本構成図から読み取れるように、本実施形態では、表示素子１３と偏角プリズム１５との間の距離を変更することにより、表示素子１３と投影レンズ１４との間の距離が変わり、その結果、視度調整を行うことができる。また、表示素子１３を表示面に平行な方向に移動調節可能な構成とすれば、表示素子１３の瞳孔１０への投影位置が平行移動し、その結果、眼幅調節が可能な構成とすることができる。また、投影レンズ１４と偏角プリズム１５との間隔を調節することによって、表示素子１３と投影レンズ１４との間の距離が変わり、これによっても視度調整を行うことができる。

図９は、本実施形態における眼幅調整の更なる例を示す図である。図９（ａ）は光学要素のみを抜き出して図示したものであり、図９（ｂ）は眼幅調整の機構を例示したものである。

図９（ａ）は、図８に示される光学要素と同様に、表示素子１３から画像情報を含んだ画像光が射出され、偏角プリズム１５によって偏角され、投影レンズ１４によって収斂光線に変換して反射部５に導く。その後、反射部５では投影レンズ１４から入射された画像光を反射し、観察者の瞳孔１０の方向に画像光を屈曲させる。このとき、画像射出部（同図においては表示素子１３、偏角プリズム１５、および投影レンズ１４）を、反射部５を中心として回転させる。この結果、観察者の瞳孔１０における観察可能な位置が移動するので、眼幅調整が達成される。

図９（ｂ）は眼幅調整の機構例によれば、画像射出部４が反射部５を中心とした円弧状のガイド２１を有し、このガイド２１を介して画像射出部４を眼鏡フレーム３に保持される。これにより、画像射出部４は、反射部５を中心として回動可能に保持される構成が達成され、眼幅調整が行える眼鏡型画像表示装置が実現できる。

図１０は、本実施形態における眼幅調整の異なる例を示す図である。図１０（ａ）は光学要素のみを抜き出して図示したものであり、図１０（ｂ）は眼幅調整の機構を例示したものである。

図１０（ａ）は、図８に示される光学要素と同様に、表示素子１３から画像情報を含んだ画像光が射出され、偏角プリズム１５によって偏角され、投影レンズ１４によって収斂光線に変換して反射部５に導く。その後、反射部５では投影レンズ１４から入射された画像光を反射し、観察者の瞳孔１０の方向に画像光を屈曲させる。このとき、反射部５を、その反射面を通る軸を中心として回転させる。この結果、観察者の瞳孔１０における観察可能な位置が移動するので、眼幅調整が達成される。

図１０（ｂ）に示される眼幅調整の機構例によれば、眼鏡レンズに凹面１６の溝を形成し、さらに溝の一部に眼鏡レンズを貫く貫通穴１７を開ける。反射部５は反射面１８の裏面を凸面１９とし、貫通穴１７に通すためのツマミ部２０を形成する。凹面１６と凸面１９とを摺動可能に嵌め合わせ、貫通穴１７を通したツマミ部２０によって、反射面１８を偏角する。このように構成することにより、凹面１６および凸面１９の曲率の中心が反射面１８の回転の中心となり、反射面を通る軸を中心とした回転が達成される。すなわち、眼幅調整が行える眼鏡型画像表示装置が実現できる。

なお、図９および図１０を用いて説明した眼幅調整の例は、第２実施形態を用いて説明したが、第１実施形態においても適切に実施することが可能である。

（第３実施形態）
図１１は、本発明の第３実施形態に係る眼鏡型画像表示装置の概略を示す構成図である。本実施形態は、図７を用いて説明した第２実施形態の眼鏡型画像表示装置を両眼用に拡張したものである。すなわち、本実施形態の眼鏡型画像表示装置１は、眼鏡のテンプル部９に配置される画像射出部４と、画像射出部４から射出した画像光を偏角する偏角プリズム１５と、画像射出部４内の表示素子１３を拡大投影するための投影レンズ１４と、投影レンズ１４からの画像光を観察者の眼球２へ向けて反射する反射部５とを、右目用と左目用とにそれぞれ備える。ここでは、本実施形態の各部の機能は、第２実施形態の眼鏡型画像表示装置と同様であるので、図中に同一符号を割り当てることにより省略する。すなわち、本実施形態の眼鏡型画像表示装置は、第２実施形態の眼鏡型画像表示装置が有する作用および効果を有する。

図１１に示されるように、本実施形態では、右目および左目において、画像光の入射角度が同一となっている。すなわち、本実施形態の眼鏡型画像表示装置を装着した観察者は、正面方向に１つの画像を観察する。このとき、右目用画像と左目用画像とに視差を付けた画像を表示することによって、立体映像を表示することが可能である。さらに、反射部５の短手方向の幅を人間の平均的な瞳孔径である４ｍｍよりも小さくすることでシースルー表示が可能であるので、観察者の周囲の背景に立体像を重ね合わせて表示することができ、非常にリアルな立体表示が可能となる。また、画像光の入射角度は眼球の輻輳の分だけ内向きに角度を付けてもよい。

（第４実施形態）
図１２は、本発明の第３実施形態に係る眼鏡型画像表示装置の概略を示す構成図である。本実施形態は、図７を用いて説明した第２実施形態の眼鏡型画像表示装置を両眼用に拡張したものである。すなわち、本実施形態の眼鏡型画像表示装置１は、眼鏡のテンプル部９に配置される画像射出部４と、画像射出部４から射出した画像光を偏角する偏角プリズム１５と、画像射出部４内の表示素子１３を拡大投影するための投影レンズ１４と、投影レンズ１４からの画像光を観察者の眼球２へ向けて反射する反射部５とを右目用と左目用とにそれぞれ備える。ここでは、本実施形態の各部の機能は、第２実施形態の眼鏡型画像表示装置と同様であるので、図中に同一符号を割り当てることにより省略する。すなわち、本実施形態の眼鏡型画像表示装置は、第２実施形態の眼鏡型画像表示装置が有する作用および効果を有する。

図１２に示されるように、本実施形態では、右目および左目において、画像光の入射角度が観察者から見て外向きとなっている。すなわち、本実施形態の眼鏡型画像表示装置を装着した観察者は、どちらか一方の画像のみを観察する。このとき、右目用画像と左目用画像とに異なる画像を表示することによって、観察者は選択的に必要な表示を見ることができる。つまり、左右を併せると２画面分の情報表示が可能であり、本発明の眼鏡型画像表示装置を情報提供機器として用いる場合に好適である。

１ 眼鏡型画像表示装置
２ 眼球
３ 眼鏡フレーム
４ 画像射出部
５ 反射部
６ 眼鏡レンズ
７ ヨロイ部
８ ヒンジ
９ テンプル部
１０ 瞳孔
１１ 光源
１２ 照明レンズ
１３ 表示素子
１４ 投影レンズ
１５ 偏角プリズム
１６ 凹面
１７ 貫通穴
１８ 反射面
１９ 凸面
２０ ツマミ部
２１ ガイド

Claims (16)

1. ２次元画像を表示する表示素子と該２次元画像を拡大投影するための投影レンズと有し、眼鏡のフレーム部に配置される画像射出部と、
   少なくとも一方の眼鏡レンズ近傍に配置され、前記眼鏡を観察者の頭部に装着した状態で、前記画像射出部から射出した画像光を、前記投影レンズを介して、該観察者の眼球へ向けて反射させ、前記２次元画像の虚像を該観察者が観察できるように構成した反射部とを備え、
   前記反射部は屈折力を持たない反射部材であり、
   前記画像射出部から射出して前記観察者の眼球へ至る有効光束は、少なくとも１方向の光軸断面で、該光束の光軸垂直方向の幅が前記反射部にて最小になるよう構成したことを特徴とする眼鏡型画像表示装置。
2. 前記最小の光軸垂直方向断面の幅は、人間の平均的な瞳孔径である４ｍｍよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の眼鏡型画像表示装置。
3. 前記反射部材の反射面は、入射面と平行な方向の幅が入射面と垂直な方向の幅よりも小さい形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の眼鏡型画像表示装置。
4. 前記表示素子は、矩形形状であり、該矩形形状の長手方向が前記反射部材の反射面の最小幅方向に対応するよう配置されていることを特徴とする請求項３に記載の眼鏡型画像表示装置。
5. 前記画像射出部から射出して前記観察者の眼球へ至る有効光束は、
   前記反射部材の入射面と平行な光軸断面における射出瞳位置である横方向瞳位置が該反射部材近傍であり、
   前記反射部材の入射面と垂直な光軸断面における射出瞳位置である縦方向瞳位置が前記横方向瞳位置よりも前記観察者の眼球の瞳孔よりに位置する、ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の眼鏡型画像表示装置。
6. 前記反射部材は、前記眼鏡レンズに埋め込まれていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の眼鏡型画像表示装置。
7. 前記投影レンズの光軸は前記反射部材を通り、
   前記投影レンズまたは前記投影レンズを含む前記画像射出部は、前記反射部を中心として回動可能に保持されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の眼鏡型画像表示装置。
8. 前記投影レンズの光軸は前記反射部材を通り、
   前記反射部は、前記反射部材の反射面を通り入射面に垂直な軸で回動可能に保持されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の眼鏡型画像表示装置。
9. 前記画像射出部は、前記表示素子と前記投影レンズとの間に偏角プリズムを有していることを特徴とする請求項１から請求項８の何れか１項に記載の眼鏡型画像表示装置。
10. 前記表示素子は、前記観察者から見て前方に向けて配置され、
    前記表示素子から射出された光線は、前記偏角プリズムに入射され、５０°〜７０°偏角されて前記反射部方向に射出されることを特徴とする請求項９に記載の眼鏡型画像表示装置。
11. 前記投影レンズと前記偏角プリズムとは一体で成型されていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の眼鏡型画像表示装置。
12. 前記投影レンズおよび前記偏角プリズムは、前記眼鏡のヨロイ部に保持され、
    前記表示素子は、前記眼鏡のテンプル部に保持され、
    前記表示素子を表示面に垂直な方向に移動調節可能としたことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の眼鏡型画像表示装置。
13. 前記投影レンズと前記偏角プリズムとの間隔を調節可能に保持することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の眼鏡型画像表示装置。
14. 前記投影レンズおよび前記偏角プリズムは、前記眼鏡のヨロイ部に保持され、
    前記表示素子は、前記眼鏡のテンプル部に保持され、
    前記表示素子を表示面に平行な方向に移動調節可能としたことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の眼鏡型画像表示装置。
15. 前記表示素子は有機ＥＬであることを特徴とする請求項１から請求項１４の何れか１項に記載の眼鏡型画像表示装置。
16. 前記反射部は、前記観察者の正面方向に関する投影断面が、該観察者の瞳孔を覆わない位置に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項１４の何れか１項に記載の眼鏡型画像表示装置。

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