JP2016066846A - 画像表示装置を備えたウェアラブルデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザの頭部に装着され、該ユーザの眼に画像データに基づく画像光を虚像として外界の視野像と共にユーザに視認されるように表示する画像表示装置を備え、ユーザの正面視野を確保して安全性を高めたウェアラブルデバイスを提供する。【解決手段】本発明のウェアラブルデバイスは、画像データに基づく画像光を射出する表示光学系と、表示光学系から射出された画像光をユーザの眼に導く接眼光学系と、表示光学系と接眼光学系とが自由空間を経由する光経路に沿って配置されるように支持する支持部と、から成る画像表示部を備え、画像表示部は、ウェアラブルデバイスの筐体に連結されてユーザの頭部に保持され、画像表示部の接眼光学系は、ユーザがウェアラブルデバイスを頭部に装着した状態で正面を見たときに視野の中心から外れると共に、ユーザが視線を正面から横方向に移動したときに視野に入る位置に配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、ウェアラブルデバイスに係り、より詳しくは、ユーザの頭部に装着され、ユーザに対して画像データに基づく画像光による画像を外界の視野像と共にユーザに視認される構成の画像表示装置を備えたウェアラブルデバイスに関する。

近年、ユーザの身体に取り付けて使用することのできるウェアラブルデバイスへの需要が高まりつつある。特に頭部に装着して使用するヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）では、ユーザがＨＭＤを装着した状態で活動を行うときに、必要な情報を確認したり、他のユーザと情報交換を行ったりする利用形態をサポートするため、ユーザが外界光による外界の実像を認識しながら、画像データに基づく画像光をユーザの眼に虚像として表示するタイプのものが提案されている。

例えば、特許文献１〜３には、従来のＨＭＤが開示されている。
特許文献１には、画像リレー・システムと機械式サポートを眼鏡または他のヘッドギヤに取り付けることができる簡単な装着システムと結合する頭部装着ディスプレイ・デバイスが開示されている。このディスプレイ・デバイスは、ユーザの目に細長い部材の延長方向を横切って周囲の光を通過することができるように構成された上記細長い部材からなるサポートを含み、このサポートに支持された液晶ディスプレイからの画像を、接眼レンズ組立体を介してユーザの眼に送るもので、接眼レンズは取付け具によりユーザの眼の前に装着される。

特許文献２には、網膜走査型であって、虚像と実像とを同時に視認させる画像表示装置が記載されている。画像光が入射される第１のレンズと、画像光が射出される第２のレンズとの間に第１のレンズを経由して入射された画像光を全反射して第２のレンズに射出する反射ミラーと、を備え、第２のレンズを、その光軸が観察者の瞳孔と交差するように配置し、反射ミラーを、その反射面が第２のレンズの光軸と交差するように配置することが開示されている。

また、特許文献３には、画像光を射出する画像射出部と、該画像射出部から射出された画像光を入射させ、内部で複数回反射させて射出する導光部と、該導光部の画像光を射出する面に配置された接眼レンズと、画像射出部、導光部および接眼レンズのうちの少なくとも一つを移動させることによって、接眼レンズから射出される画像光の射出角度を調整する移動機構とを備ええる頭部装着型画像表示装置が記載されている。

特許文献１〜３に記載されたＨＭＤは、いずれもユーザの眼の正面に接眼レンズを保持する構造を備え、このため、ユーザの正面視野に表示装置から射出された画像光が虚像として視認される。

しかし、正面視野の一部が虚像によって遮られるため、ユーザがＨＭＤを装着した状態で活動を行うときには、視認する外界に死角が生じ、ユーザに煩わしさを感じさせたり、障害物に気づかなかったりといった安全上の問題が発生する。また、ユーザに相対する人からは、装着者の視線が見えなくなり、表情も判りにくくなる。

また、ユーザの眼前に接眼光学系を構成するレンズあるいは反射板等が配置されるため、外圧が加わったときに、この部分がユーザの眼に接触する危険性が高いという問題がある。

特表２００３−５０２７１３号公報 特開２００８−２１６５９９号公報 特開２０１２−６３６３８号公報

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、ユーザの頭部に装着され、該ユーザの眼に画像データに基づく画像光を虚像として外界の視野像とともにユーザに視認されるように表示する画像表示装置を備え、該画像表示装置の構成及び配置をユーザの側方視野に対応させて、ユーザの正面視野を確保し、安全性を高めたウェアラブルデバイスを提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるウェアラブルデバイスは、ユーザの頭部に装着されて該ユーザの眼に画像データに基づく画像光を外界の視野像と共にユーザに視認されるように投影する画像表示部を備えたウェアラブルデバイスであって、画像データに基づく画像光を射出する表示光学系と、前記表示光学系から射出された画像光をユーザの眼に導く接眼光学系と、前記表示光学系と前記接眼光学系とが自由空間を経由する光経路に沿って配置されるように支持する支持部と、から成る画像表示部を備え、前記画像表示部は、ウェアラブルデバイスの筐体に連結されてユーザの頭部に保持され、前記画像表示部の前記接眼光学系は、ユーザが前記ウェアラブルデバイスを頭部に装着した状態で正面を見たときに視野の中心から外れると共に、前記ユーザが視線を正面から横方向に移動したときに視野に入る位置に配置されることを特徴とする。

前記画像表示部の接眼光学系は、ユーザが前記ウェアラブルデバイスを頭部に装着した状態で視線を正面から外側方向（頭部とは反対側の方向）に２０°以上４５°以下に移動したときに視野に入る位置に配置され得る。
前記接眼光学系は、前記表示光学系から射出された画像光を反射させてユーザの眼に導くプリズムを有し得る。
前記プリズムは、前記表示光学系からの画像光が入射する入射面と該入射した画像光をユーザの眼に向かって射出する射出面とが隣接し、前記入射面と前記射出面とがなす角度が９０°より大きく、前記入射面に接続されて入射光軸に平行な一面と前記射出面に接続されて射出光軸に平行な他の一面とに接続される反射面を含む、少なくとも５面を有し得る。
前記プリズムは、前記表示光学系からの画像光が入射する入射面に接合された接眼レンズを有し、該接眼レンズと一体化され得る。

前記接眼光学系のプリズムは、前記画像光をユーザの眼に向かって射出する射出面に接合された接眼レンズを有し、該接眼レンズと一体化され得る。
前記プリズムは、前記表示光学系からの画像光が入射する入射面と該入射した画像光をユーザの眼に向かって射出する射出面とが隣接し、前記入射面と前記射出面とがなす角度が９０°より大きく、前記入射面に接続されて入射光軸に平行な一面と前記射出面に接続されて射出光軸に平行な他の一面とに接続される反射面を含む、少なくとも５面を有し得る。
また、前記プリズムは、前記表示光学系からの画像光が入射する入射面と該入射した画像光を反射してユーザの眼に導くための反射面とが隣接し、前記入射した画像光を前記反射面に向かって反射させるエアギャップを有し、前記入射面と前記反射面とがなす角度が９０°より大きく、前記入射面に接続されて入射光軸に平行な一面と前記反射面に接続されて射出光軸に平行な他の一面とに接続される射出面を含む、少なくとも５面を有し得る。
前記接眼光学系の前記プリズムは、前記表示光学系からの画像光が入射する入射面と該入射した画像光を反射してユーザの眼に導くための反射面とが隣接し、前記入射面と前記反射面とがなす角度が９０°より小さく、前記入射面に接続されて前記反射面に平行な一面と前記反射面とに接続される射出面を含む、少なくとも４面を有し得る。

前記接眼光学系のプリズムの画像光の入射面と前記表示光学系の画像光の射出面とが隣接して配置され得る。
前記プリズムは、前記表示光学系から射出された画像光を反射させてユーザの眼に導くと共に外界光を透過させ得る。
前記ウェアラブルデバイスは、前記画像表示部をユーザの頭側部に固定するための保持部を更に備え、前記画像表示部は、前記保持部を介してウェアラブルデバイスの筐体に連結されて、前記筐体に対して任意に調整された角度で保持され得る。

本発明のウェアラブルデバイスによれば、画像表示部を小型化でき、ユーザの正面視野を確保し、安全性を高めたウェアラブルデバイスを提供することができる。

本発明の一実施形態によるウェアラブルデバイスのユーザが装着した状態における各構成要素を概略的に示す図である。 図１に示した本発明の一実施形態によるウェアラブルデバイスの画像表示部の構成を概略的に示す図であり、（ａ）は画像表示部１００の平面図、（ｂ）は画像表示部１００の正面図である。 図１に示した本発明の一実施形態によるウェアラブルデバイスの本体部と画像表示部との連結部分を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 図１及び図３に示した本体部内に具備される制御部の機能ブロック図である。 本発明の一実施形態よるウェアラブルデバイスのユーザが頭部に装着した状態における画像表示部とユーザの眼との間の光軸経路を説明する図である。 図５に示した画像表示部の接眼光学系とユーザの眼との位置関係を説明するための模式図であり、（ａ）はユーザが前方を直視した状態で顔正面から見た接眼光学系とユーザの眼との重なり状態を示す図であり、（ｂ）はユーザの頭上から見た接眼光学系とユーザの眼との位置関係を示す図である。 本発明の一実施形態よるウェアラブルデバイスのユーザが頭部に装着した状態における画像表示部とユーザの眼との間の光軸経路の他の例を説明する図である。 図７に示した画像表示部の接眼光学系とユーザの眼との位置関係を説明するための模式図であり、（ａ）はユーザが前方を直視した状態で顔正面から見た接眼光学系とユーザの眼との重なり状態を示す図であり、（ｂ）はユーザの頭上から見た接眼光学系とユーザの眼との位置関係を示す図である。 画像表示部の表示光学系と接眼光学系、及び接眼光学系とユーザの眼との位置関係を説明するための他の例による模式図である。 図９に示した画像表示部のユーザが装着した状態を示す図である。 画像表示部の表示光学系と接眼光学系、及び接眼光学系とユーザの眼との位置関係を説明するための更に他の例による模式図である。 図１１に示した画像表示部のユーザが装着した状態を示す図である。 本実施形態によるウェアラブルデバイスの画像表示部の表示光学系と接眼光学系との配置構成、及びウェアラブルデバイスのユーザが頭部に装着した状態における画像表示部とユーザの眼との位置関係を説明するための模式図である。 図１３に示した画像表示部のユーザが装着した状態を示す図である。 本実施形態によるウェアラブルデバイスの画像表示部の表示光学系と接眼光学系との配置構成、及びウェアラブルデバイスのユーザが頭部に装着した状態における画像表示部とユーザの眼との位置関係を説明するための更に他の例による模式図である。 図１５に示した画像表示部のユーザが装着した状態を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるウェアラブルデバイスのユーザが装着した状態における各構成要素を概略的に示す図である。

ウェアラブルデバイス１０は、画像表示部１００、本体部２００、及びバッテリー部３００を備える。本体部２００及びバッテリー部３００は、その筐体内にそれぞれ電子部品及びバッテリー等が内蔵されて、ユーザの頭部に装着されるウェアラブルデバイス１０のフレーム４００の左右端に固定支持される。フレーム４００は、プラスティック素材等から成る剛性構造体または可撓性を有する素材からなる柔構造物で構成される。

本体部２００は、フレーム４００の右端部からユーザの頭側に沿って前方へ延びる直方体様の筐体を有し、その先端には、保持部２１０を介して画像表示部１００が取付けられる。画像表示部１００は、保持部２１０を介して画像光がユーザの眼Ｅに入るように位置調整が可能である。

図２は、図１に示した本発明の一実施形態によるウェアラブルデバイスの画像表示部１００の構成を概略的に示す図であり、図２の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ画像表示部１００の平面図及び正面図である。

図２に示すように、画像表示部１００は、光源２１と画像データを表示する表示部２２とを備える表示光学系２０、表示光学系２０から射出された画像光Ｌをユーザの眼Ｅに導く接眼光学系３０、及び表示光学系２０と接眼光学系３０とが自由空間を経由する光経路に沿って配置されるように支持する支持部５０とを備える。
なお、画像表示部１００の筐体内にカメラ２３を組み込むことも可能である。

表示部２２は、図示しないが、表示素子と偏光素子及び駆動回路などから構成され、画像データを画像光に変換して射出窓６０から射出する。
表示素子は、例えば、光が通過する領域となる各画素がマトリクス状に配置された透過型の液晶表示素子（ＬＣＤ）又は反射型の液晶表示素子（ＬＣｏＳ）で構成される。

光源２１は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各色の光を射出するものであり、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）から成る。なお、光源は、ＲＧＢ一体型のＬＥＤパネルで構成されることが好ましいが、単色光や白色光を射出するものであってもよい。光源２１からの光は、集光レンズ（図示せず）を介して集光されて表示部２２に供給される。

接眼光学系３０は、表示光学系２０から射出された画像光Ｌをユーザの眼Ｅに導く光学系である。接眼光学系３０は、プリズム３１及び接眼レンズ３２を備える。

プリズム３１は、表示光学系２０から入射した画像光Ｌの光路をユーザの眼Ｅの方向に反射する手段として機能する導光部材である。プリズム３１は、画像光の入射面３１ａと、反射面３１ｂと、射出面３１ｃとを有する形状となっている。
接眼レンズ３２は、正のパワー（屈折力）を持ち、画像光Ｌをユーザの眼Ｅに集光する。 なお、プリズム３１は、単一のプリズムで構成されるか、または複数プリズムを組み合わせて構成される。本実施形態では、プリズム３１は、入射面３１ａに接合された接眼レンズ３２と一体に形成される。プリズムの構成については後述する。

支持部５０は、上下方向（Ｚ軸方向）に互いに対面する２枚の支持板で構成され、両支持板の間には空間が存在する。したがって、支持部５０によってユーザの視線は遮られない。なお、両支持板を補強するために支持部５０を透明な部材で覆うことも可能である。

図３は、図１に示した本発明の一実施形態によるウェアラブルデバイスの本体部２００と画像表示部１００との連結部分を概略的に示す図であり、図３の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ平面図及び正面図である。本体部２００は、一端部に画像表示部を取り付けるための凹形状の切り欠き部を備え、この切り欠き部に差し込まれた画像表示部をヒンジ２１１により連結する構成を備えた保持部２１０を有する。保持部２１０により画像表示部１００は本体部２００に対して予め設定された位置に保持される。画像表示部１００と本体部２００とがなす角度は、好適な位置に対応したストッパ機構を備えることで、使用中の位置ずれを防止することが可能である。
なお、保持部２１０による画像表示部１００と本体部２００との連結は本実施形態に限定されず多様に変更することが可能である。

本体部２００の筐体内には、ウェアラブルデバイス１０の機能及び動作を制御する制御部２２０が備えられる。制御部２２０は、プリント基板上に所望の集積回路チップ等を実装して構成される。

図４は、図１及び図３に示した本体部２００内に具備される制御部２２０の機能ブロック図である。

制御部２２０は、ウェアラブルデバイス１０の全般的な動作のために各構成要素を制御するＣＰＵ２２１、画像表示を制御する画像制御部２２２、及び入出力データの種別を判定して対応するインターフェイスと構成要素との接続切換え等を制御する入出力制御部２２３を備える。画像制御部２２２は表示する画像データに対応した画像信号及び制御信号を画像表示部１００に供給し、画像表示部１００はこれらの信号を受信して表示部２２の表示素子及び光源２１を駆動して画像光を射出する。

本体部２００の筐体内には、制御部２２０の他に、無線通信部２４０及び記憶部２５０が内蔵される。

無線通信部２４０は、画像データ及び文字データを送受信するための通信チャネル形成などを制御部２２０の制御の下に行う。無線通信部２４０の運用により、ウェアラブルデバイス１０は、画像以外の様々な情報を画像表示部１００に出力するように制御する。無線通信部２４０は、ブルートゥース（登録商標）、ＷｉＦｉ（登録商標）などで構成される。

記憶部２５０は、図示しないがフラッシュメモリ（フラッシュＥＥＰＲＯＭ）、ＲＡＭ等で構成され、ウェアラブルデバイスの機能動作に必要な各種アプリケーションプログラムを保存するプログラム領域及び各種のデータを保存するデータ領域からなる。

このような構成により、ウェアラブルデバイス１０は、無線通信部２４０を介して受信した画像データ及び文字データ、又はカメラ２３で撮影した画像データに基づく画像光をユーザの眼に投影し、ユーザはこれを虚像として視認する。

以下、本発明の一実施形態よるウェアラブルデバイスの画像表示部の光学系の配置について説明する。

図５は、本発明の一実施形態よるウェアラブルデバイスのユーザが頭部に装着した状態における画像表示部１００とユーザの眼Ｅとの間の光軸経路を説明する図である。なお、説明を簡潔にするため、画像表示部１００以外のウェアラブルデバイスの構成要素は図示を省略する。

図５に示すように、画像表示部１００の表示光学系２０から射出した画像光は、光軸Ｌ_１に沿って自由空間を伝播して接眼光学系３０に入射し、接眼光学系３０に具備されたプリズム（図示せず）で反射されて、ユーザの眼Ｅに対して正面右側斜め方向から射出される。すなわち、本実施形態では、画像表示部１００の接眼光学系３０は、ユーザの正面方向に向かう視軸Ｌ_０から右側方に外れた位置に配置されて、ユーザが視線を正面から右横方向（＋Ｘ方向）に移動したときにユーザの視線と接眼光学系３０の反射面から射出面に向かう光軸Ｌ_２とが一致する。

以下、接眼光学系３０とユーザの視界との関係を図６〜８を参照して、より詳細に説明する。

図６は、図５に示した画像表示部１００の接眼光学系３０とユーザの眼との位置関係を説明するための模式図であり、（ａ）はユーザが前方を直視した状態で顔正面から見た接眼光学系３０とユーザの眼（瞳）Ｅとの重なり状態を示す図であり、（ｂ）はユーザの頭上から見た接眼光学系３０とユーザの眼Ｅとの位置関係を示す図である。

図６の（ａ）を参照すると、ユーザが前方を直視した状態において、ユーザの眼Ｅと接眼光学系３０とは、中心部（瞳の部分）では重畳せず、眼の端部の一部のみが重なる位置にあることを示している。この場合、ユーザの正面視界は概ね遮られない。この状態における接眼光学系３０とユーザの眼Ｅとの位置関係は、図６の（ｂ）に示すように、ユーザの正面方向への視線軸Ｌ_０と接眼光学系３０のプリズムの反射面３１ｂから射出面３１ｃに向かう光軸Ｌ_２とがなす角度θ_１が２０°である。上記の角度θ_１がこれより小さくなると、接眼光学系３０がユーザの正面視野を塞ぐようになる。

一方、図６の（ｂ）に示すように、ユーザが視線を右横（＋Ｘ）方向に移動すると、接眼光学系３０のプリズムの反射面３１ｂから射出面３１ｃに向かう光軸Ｌ_２とユーザの視線（眼Ｅの方向）とが一致するため、ユーザは画像光を画像歪みのない本来の表示品質で視認することができる。

図７は、本実施形態よるウェアラブルデバイスのユーザが頭部に装着した状態における画像表示部１００とユーザの眼Ｅとの光軸経路の他の例を説明する図であり、図５に示した配置よりも、さらに接眼光学系３０の位置をユーザの眼から右外側（＋Ｘ）方向に配置した例を示す。図５で示した実施形態とは画像表示部の配置以外は同じであるので構成要素の説明は省略する。

図８は、図７に示した画像表示部１００の接眼光学系３０とユーザの眼との位置関係を説明するための模式図であり、（ａ）はユーザが前方を直視した状態で顔正面から見た接眼光学系３０とユーザの眼（瞳）Ｅとの重なり状態を示す図であり、（ｂ）はユーザの頭上から見た接眼光学系３０とユーザの眼Ｅとの位置関係を示す図である。

図８の（ａ）を参照すると、ユーザが前方を直視した状態において、接眼光学系３０はユーザの眼前には位置せず、前方の視界が遮られない。この状態における接眼光学系３０とユーザの眼Ｅとの位置関係は、図８の（ｂ）に示すようにユーザの正面方向への視線軸Ｌ_０と接眼光学系３０のプリズムの反射面３１ｂから射出面３１ｃに向かう光軸Ｌ_２とがなす角度θ_２が４５°である。上記の角度θ_２がこれより大きくなると、ユーザが接眼光学系３０を注視するための負担が大きくなる。

一方、図８の（ｂ）に示すように、ユーザが視線を右横（＋Ｘ）方向に移動すると、接眼光学系３０のプリズムの反射面３１ｂから射出面３１ｃに向かう光軸Ｌ_２とユーザの視線（眼Ｅの方向）とが一致するため、ユーザは画像光を画像歪みのない本来の表示品質で視認することができる。

以上で説明したように、本実施形態によれば、接眼光学系の位置をユーザの眼の正面から外側方向（頭部とは反対側の方向）に視線軸の角度で２０°以上４５°以下の範囲に調節することで、ユーザの前方視界を妨げずに、ユーザ視野内の端に映像を視認させることができ、また、ユーザが視線を接眼光学系の方向に移動すれば、本来の表示品質の歪みのない画像を視認することができる（以下、上述した画像表示部の接眼光学系の配置をサイドビューと呼ぶ）。

上記本発明の一実施形態によるウェアラブルデバイスでは、図１に示すように、画像表示部１００が本体部２００の保持部２１０を介して可動であるため、画像表示部１００の接眼光学系３０の位置は、ユーザの眼Ｅに対して、上述した角度θ_１〜θ_２（２０°〜４５°）の範囲内で、ユーザにとって好適な位置に設定することができる。すなわち、個々のユーザの身体的特徴（頭部サイズや眼の位置）に合わせた設定が可能である。

次に、図９を参照して、本発明の一実施形態よるウェアラブルデバイスの画像表示部の接眼光学系の他の例について説明する。

図９は、画像表示部１００の表示光学系２０と接眼光学系３０、及び接眼光学系３０とユーザの眼Ｅとの位置関係を説明するための他の例による模式図である。表示光学系２０と接眼光学系３０とは支持部５０により自由空間を経由する光経路に沿って配置されるが、説明を簡潔にするため図示を省略する。

図９に示す実施形態では、接眼光学系３０に具備されるプリズム３３として、図９に示す形状のプリズムを使用する。

プリズム３３は、表示光学系２０からの画像光が入射する入射面３３ａと入射した画像光をユーザの眼に向かって射出する射出面３３ｃとが隣接し、入射面と射出面とがなす角度が９０°より大きく、入射面に接続されて入射光軸に平行な一面と射出面３３ｃに接続されて射出光軸に平行な他の一面とに接続された反射面３３ｂの５面から成る。なお、プリズム３３は、入射面に接合された接眼レンズ３２と一体に形成される。

ここで、表示光学系２０から射出した画像光がプリズム３３の入射面３３ａを介して反射面３３ｂに至る光路の光軸Ｌ_１と反射面３３ｂで反射された画像光が射出面３３ｃを介してユーザの眼Ｅに至る光路の光軸Ｌ_２とが成す角度θ_３は、上述したユーザに好適なサイドビューを提供することができる２０°〜４５°の範囲に設定する。

これにより、図１０に示すように、画像表示部１００をユーザの右頭側に沿って真っ直ぐに装着した状態で、ユーザが視線を正面から右横（＋Ｘ）方向に移動したときに、図９に示すように、接眼光学系３０のプリズム３３の反射面から射出面に向かう光軸Ｌ_２がユーザの視線に一致する位置に配置される。

したがって、上記のプリズム３３を用いることにより、ユーザの眼に向かう画像光の射出角度を調整するために、画像表示部１００を本体部２００に対して大きく屈曲させる必要がなく、ユーザの前側方視界が更に開けるという利点がある。

また、上記プリズム３３を用いることで、画像表示部１００と本体部２００とを一体に形成することも可能である。この場合、接眼光学系３０の位置をユーザ毎に細かく微調整することはできないが、上記角度θ_３を標準的な角度（例えば、３０°）に設定することで、ユーザの視界及び視認性を確保しつつ、構成部材が削減されてシンプルで製造コストの低いウェアラブルデバイスを提供することができる。

次に、図１１を参照して、本発明の一実施形態よるウェアラブルデバイスの画像表示部の接眼光学系の更に他の例を説明する。

図１１は、画像表示部１００の表示光学系２０と接眼光学系３０、及び接眼光学系３０とユーザの眼との位置関係を説明するための更に他の例による模式図である。表示光学系２０と接眼光学系３０とは支持部５０により自由空間を経由する光経路に沿って配置されるが、説明を簡潔にするため図示を省略する。

図１１に示す実施形態では、画像表示部１００の表示光学系２０から射出した画像光が接眼光学系３０のプリズム３４の入射面３４ａを介して反射面３４ｂに至る光軸Ｌ_１が、ユーザの正面方向の視線軸Ｌ_０に対して直交するように配置され、図１１に示す形状のプリズム３４を使用する。

プリズム３４は、ユーザが視線を正面（視線軸Ｌ_０）から右横（＋Ｘ）方向に所定の角度θ_３移動したときに、プリズム３４の反射面３４ｂから射出面３４ｃに向かう光軸Ｌ_２がユーザの視線に一致するように調整された反射面３４ｂを有し、反射面３４ｂに対向して入射面３４ａと射出面３４ｃとに接続された一面を含む４面から成る。なお、プリズム３４は、射出面３４ｃに接合された接眼レンズ３２と一体に形成される。

プリズム３４の入射面を基準にして、プリズム３４の入射面３４ａと射出面３４ｃとがなす角度θ_４は（９０−θ_３）に設定する。これにより、画像表示部１００を本体部２００に対して直交する位置に配置した状態で、接眼光学系３０の位置をユーザの正面視野から右外側（＋Ｘ）方向に外した位置に配置することができる。

また、上記プリズム３４を用いることで、図１２に示すように画像表示部１００と本体部２００とを一体に形成することも可能である。これにより、構成部材が削減されて、製造コストを低減することができる。

次に、図１３及び図１４を参照しながら、本発明の一実施形態によるウェアラブルデバイスの画像表示部の他の構成例を、詳細に説明する。

図１３は、本実施形態によるウェアラブルデバイスの画像表示部１００の表示光学系２０と接眼光学系３０との配置構成、及びウェアラブルデバイスのユーザが頭部に装着した状態における画像表示部１００とユーザの眼Ｅとの位置関係を説明するための模式図である。表示光学系２０と接眼光学系３０とは支持部５０により支持されるが、説明を簡潔にするため図示を省略する。

本実施形態では、接眼光学系３０のプリズム３３として、図１３に示す形状のプリズムを使用し、表示光学系２０の射出面とプリズム３３の入射面とを近接させて配置する。

図１３に示すプリズム３３は、図９に示した構造に類似し、表示光学系２０からの画像光が入射する入射面３３ａと入射した画像光をユーザの眼に向かって射出する射出面３３ｃとが隣接し、これら入射面と射出面とがなす角度が９０°より大きく、入射面３３ａに接続されて入射光軸Ｌ_１に平行な一面と射出面３３ｃに接続されて射出光軸Ｌ_２に平行な他の一面とに接続された反射面３３ｂの５面から成る。但し、プリズム３３は、図９に示した構造とは異なり、射出面に接合された接眼レンズ３２と一体に形成される。

ここで、表示光学系２０から射出した画像光がプリズム３３の入射面３３ａを介して反射面３３ｂに至る光路の光軸Ｌ_１と反射面３３ｂで反射された画像光が射出面３３ｃを介してユーザの眼Ｅに至る光路の光軸Ｌ_２とが成す角度θ_３は、上述したユーザに好適なサイドビューを提供することができる２０°〜４５°の範囲に設定する。

これにより、図１４に示すように、画像表示部１００をユーザの右頭側に沿って真っ直ぐに装着した状態で、ユーザが視線を正面から右横（＋Ｘ）方向に移動したときに、図１３に示すように、接眼光学系３０のプリズム３３の反射面から射出面に向かう光軸Ｌ_２がユーザの視線に一致する位置に配置される。

本実施形態によれば、表示光学系２０とプリズム３３とが近接して配置されることにより、光軸Ｌ_１に沿った自由空間が削除され、表示光学系２０から射出された画像光をプリズム３３の入射面に向かって集光する機構が不要になるため、画像表示部１００を小型化できる。また、外光が入射し得る隙間をなくすことができるため迷光を防ぐことができ、ユーザが視認する画像画質が向上する。

また、画像表示部１００を上記のように構成することにより、画像表示部１００を本体部２００に対して大きく屈曲させる必要がなく、画像表示部１００と本体部２００とを一体に形成することも可能である。この場合、図９で示した実施形態と同様に、接眼光学系３０の位置をユーザ毎に細かく微調整することはできないが、上記角度θ_３を標準的な角度（例えば、３０°）に設定することで、ユーザの視界及び視認性を確保しつつ、構成部材が削減されてシンプルで製造コストの低いウェアラブルデバイスを提供することができる。

次に、図１５及び図１６を参照ながら、本発明の一実施形態によるウェアラブルデバイスの画像表示部の更に他の構成例を、詳細に説明する。

図１５は、本実施形態によるウェアラブルデバイスの画像表示部１００の表示光学系２０と接眼光学系３０との配置構成、及びウェアラブルデバイスのユーザが頭部に装着した状態における画像表示部１００とユーザの眼Ｅとの位置関係を説明するための更に他の例による模式図である。表示光学系２０と接眼光学系３０とは支持部５０により支持されるが、説明を簡潔にするため図示を省略する。

本実施形態では、接眼光学系３０のプリズム３５として、図１５に示す形状のプリズムを使用し、表示光学系２０の射出面とプリズム３５の入射面とを近接させて配置する。

プリズム３５は、表示光学系２０からの画像光が入射する入射面３５ａと入射した画像光を反射してユーザの眼に導くための反射面３５ｂとが隣接し、入射した画像光を反射面３５ｂに向かって反射させるエアギャップＧを有し、入射面３５ａと反射面３５ｂとがなす角度が９０°より大きく、入射面３５ａに接続されて入射光軸Ｌ_３に平行な一面と反射面３５ｂに接続されて射出光軸Ｌ_２に平行な他の一面とに接続される射出面３５ｃの５面から成る。また、プリズム３５は、射出面３５ｃに接合された接眼レンズ３２と一体に形成される。

ここで、表示光学系２０は、図１５に示すように、射出する画像光が接眼光学系３０のプリズム３５に向かう光軸Ｌ_３がユーザの正面方向の視線軸Ｌ_０に対して直交する方向に配置される。

プリズム３５は、その内部に入射した画像光を反射面３５ｂに向かって反射させる入射光軸Ｌ_３に対して４５°の傾きを有するエアギャップ層Ｇを有する。プリズム３５に入射した画像光が、エアギャップＧで反射されて反射面３５ｂに至る光路の光軸Ｌ_１と反射面３５ｂで反射された画像光が射出面３５ｃを介してユーザの眼Ｅに至る光軸Ｌ_２とが成す角度θ_３は、上述したユーザに好適なサイドビューが提供できる２０°〜４５°の範囲に設定する。
なお、エアギャップＧはこれを代替する誘電体多層膜で具現することも可能である。

これにより、図１６に示すように、画像表示部１００の表示光学系２０が、ユーザの右頭側に沿って装着された本体部２００に対して直交した状態で、ユーザが視線を正面から右横（＋Ｘ）方向に移動したときに、図１５に示すように、接眼光学系３０のプリズム３５の反射面から射出面に向かう光軸Ｌ_２がユーザの視線に一致する位置に配置される。

本実施形態によれば、表示光学系２０とプリズム３５とが近接して配置されることにより、光軸Ｌ_３に沿った自由空間が削除され、表示光学系２０から射出された画像光をプリズム３５の入射面に向かって集光する機構が不要になるため、画像表示部を小型化することができる。また、外光が入射し得る隙間をなくすことができるため迷光を防ぐことができ、ユーザが視認する画像画質が向上する。

また、プリズム３５を用いて画像表示部１００を上記のように構成することにより、ユーザの眼に向かう画像光の射出角度を調整するために、画像表示部１００を本体部２００に対して大きく屈曲させる必要がなく、画像表示部と本体部とを一体に形成することが可能である。

なお、図１６に示すように、画像表示部１００の表示光学系２０を、本体部２００に対して左右横（＋Ｘ／−Ｘ）方向にスライドさせる機構を取り付けることで、個々のユーザの身体的特徴（頭部サイズや眼の位置）に合わせた設定が行えるようにすることも可能である。

更に、画像表示部１００を本体部２００に対して前後（＋Ｙ／−Ｙ）方向に微調整するための補助部材１１０に取り付けて、これをスライドさせる機構を備えることも可能である。

なお、図１６を参照しながら説明した上記の調整機構を有する画像表示部１００に対して、プリズム３５に替えて、図１１で示したプリズム３４を適用することも可能である。

以上のように、本実施形態によれば、ユーザの前方視界を確保して、ウェアラブルデバイスを装着した状態での活動における安全性を向上させた、低コストで好適な表示画像の視認環境を提供することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

１０ ウェアラブルデバイス
２０ 表示光学系
２１ 光源
２２ 表示部
２３ カメラ
３０ 接眼光学系
３１、３３、３４、３５ プリズム
３１ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ 入射面
３１ｂ、３３ｂ、３４ｂ、３５ｂ 反射面
３１ｃ、３３ｃ、３４ｃ、３５ｃ 射出面
３２ 接眼レンズ
５０ 支持部
６０ 射出窓
１００ 画像表示部
１１０ 補助部材
２００ 本体部
２１０ 保持部
２１１ ヒンジ
２２０ 制御部
２２１ ＣＰＵ
２２２ 画像制御部
２４０ 無線通信部
２５０ 記憶部
３００ バッテリー部
４００ フレーム

Claims (12)

1. ユーザの頭部に装着されて該ユーザの眼に画像データに基づく画像光を外界の視野像と共にユーザに視認されるように投影する画像表示部を備えたウェアラブルデバイスであって、
   画像データに基づく画像光を射出する表示光学系と、
   前記表示光学系から射出された画像光をユーザの眼に導く接眼光学系と、
   前記表示光学系と前記接眼光学系とが自由空間を経由する光経路に沿って配置されるように支持する支持部と、から成る画像表示部を備え、
   前記画像表示部は、ウェアラブルデバイスの筐体に連結されてユーザの頭部に保持され、
   前記画像表示部の前記接眼光学系は、ユーザが前記ウェアラブルデバイスを頭部に装着した状態で正面を見たときに視野の中心から外れると共に、前記ユーザが視線を正面から横方向に移動したときに視野に入る位置に配置されることを特徴とするウェアラブルデバイス。
2. 前記画像表示部の接眼光学系は、ユーザが前記ウェアラブルデバイスを頭部に装着した状態で視線を正面から外側方向（頭部とは反対側の方向）に２０°以上４５°以下に移動したときに視野に入る位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載のウェアラブルデバイス。
3. 前記接眼光学系は、前記表示光学系から射出された画像光を反射させてユーザの眼に導くプリズムを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のウェアラブルデバイス。
4. 前記プリズムは、前記表示光学系からの画像光が入射する入射面と該入射した画像光をユーザの眼に向かって射出する射出面とが隣接し、前記入射面と前記射出面とがなす角度が９０°より大きく、前記入射面に接続されて入射光軸に平行な一面と前記射出面に接続されて射出光軸に平行な他の一面とに接続される反射面を含む、少なくとも５面を有することを特徴とする請求項３に記載のウェアラブルデバイス。
5. 前記プリズムは、前記表示光学系からの画像光が入射する入射面に接合された接眼レンズを有し、該接眼レンズと一体化されることを特徴とする請求項３又は４に記載のウェアラブルデバイス。
6. 前記接眼光学系のプリズムは、前記画像光をユーザの眼に向かって射出する射出面に接合された接眼レンズを有し、該接眼レンズと一体化されることを特徴とする請求項３に記載のウェアラブルデバイス。
7. 前記プリズムは、前記表示光学系からの画像光が入射する入射面と該入射した画像光をユーザの眼に向かって射出する射出面とが隣接し、前記入射面と前記射出面とがなす角度が９０°より大きく、前記入射面に接続されて入射光軸に平行な一面と前記射出面に接続されて射出光軸に平行な他の一面とに接続される反射面を含む、少なくとも５面を有することを特徴とする請求項６に記載のウェアラブルデバイス。
8. 前記プリズムは、前記表示光学系からの画像光が入射する入射面と該入射した画像光を反射してユーザの眼に導くための反射面とが隣接し、前記入射した画像光を前記反射面に向かって反射させるエアギャップを有し、前記入射面と前記反射面とがなす角度が９０°より大きく、前記入射面に接続されて入射光軸に平行な一面と前記反射面に接続されて射出光軸に平行な他の一面とに接続される射出面を含む、少なくとも５面を有することを特徴とする請求項６に記載のウェアラブルデバイス。
9. 前記プリズムは、前記表示光学系からの画像光が入射する入射面と該入射した画像光を反射してユーザの眼に導くための反射面とが隣接し、前記入射面と前記反射面とがなす角度が９０°より小さく、前記入射面に接続されて前記反射面に平行な一面と前記反射面とに接続される射出面を含む、少なくとも４面を有することを特徴とする請求項６に記載のウェアラブルデバイス。
10. 前記接眼光学系のプリズムの画像光の入射面と前記表示光学系の画像光の射出面とが隣接して配置されることを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載のウェアラブルデバイス。
11. 前記プリズムは、前記表示光学系から射出された画像光を反射させてユーザの眼に導くと共に外界光を透過させることを特徴とする請求項３乃至１０のいずれかに記載のウェアラブルデバイス。
12. 前記画像表示部をユーザの頭側部に固定するための保持部を更に備え、
    前記画像表示部は、
    前記保持部を介してウェアラブルデバイスの筐体に連結されて、前記筐体に対して任意に調整された角度で保持されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のウェアラブルデバイス。

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