JP2019139094A - ウエアラブル画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容易にメンテナンスすることができ、また、簡便に使用することができる。【解決手段】この発明は、画像光出力部２と、画像光伝達部３と、画像光出射部４と、を備える。画像光出力部２および画像光伝達部３の一部が、画像源側部分６を構成する。画像光伝達部３の残りおよび画像光出射部４が、画像表示側部分７を構成する。画像源側部分６と画像表示側部分７とが、それぞれ別個にユニット構造に分かれている。この結果、この発明は、容易にメンテナンスすることができ、また、簡便に使用することができる。【選択図】 図４

Description

この発明は、ウエアラブル画像表示装置に関するものである。

ウエアラブル画像表示装置としては、例えば、特許文献１、特許文献２に示すものがある。特許文献１の頭部装着型ディスプレイは、画像生成装置と、導光板、第１偏向手段および第２偏向手段を含む導光手段と、を有する。特許文献１の頭部装着型ディスプレイは、画像生成装置において生成された画像を、導光手段の導光板、第１偏向手段および第２偏向手段を経て観察者に出射する。特許文献１の頭部装着型ディスプレイは、画像生成装置と導光手段とが一体構造をなすものであるから、観察者の頭部に装着することにより、簡便に使用することができる。

特許文献２の画像表示装置は、変調光生成部および制御部が設けられているコントローラーと、走査部および偏向部が設けられているフレームと、コントローラーとフレームとを接続するケーブルと、ケーブルの途中に設けられた分離部と、を備える。特許文献２の画像表示装置は、コントローラーにおいて生成された変調光を、ケーブルを介してフレームに伝搬させ、かつ、フレームから観察者に向けて偏向させる。特許文献２の画像表示装置は、ケーブルの分離部により、コントローラーとフレームとを別個にすることができるので、コントローラーとフレームとを別個に容易にメンテナンスすることができる。

特許第５６７８４６０号公報 特開２０１７−４０６９４号公報

しかしながら、特許文献１の頭部装着型ディスプレイは、画像生成装置と導光手段とが一体構造をなすものであるから、画像生成装置と導光手段とを別個に容易にメンテナンスすることができない。また、特許文献２の画像表示装置は、コントローラーとフレームとがケーブルを介して接続されているので、フレームを観察者の頭部に装着し、一方、コントローラーを観察者が手で保持したり観察者の衣服のポケットや鞄に収容させたりして携帯する必要があり、簡便に使用することができない。

この発明が解決しようとする課題は、容易にメンテナンスすることができ、また、簡便に使用することができるウエアラブル画像表示装置を提供することにある。

この発明のウエアラブル画像表示装置は、画像を画像光として出力する画像光出力部と、画像光出力部から出力された画像光を伝達する画像光伝達部と、画像光伝達部から伝達された画像光を外に出射させる画像光出射部と、を備え、画像光出力部および画像光伝達部の一部が、画像源側部分を構成し、画像光伝達部の残りおよび画像光出射部が、画像表示側部分を構成し、画像源側部分と画像表示側部分とが、それぞれ別個にユニット構造に分かれている、ことを特徴とする。

この発明のウエアラブル画像表示装置は、使用者の顔面に装着する装着部を備え、画像表示側部分が、装着部に取り付けられている、ことが好ましい。

この発明のウエアラブル画像表示装置は、画像光出力部が、光源と、光源からの光を制御して制御光とする光制御部品と、制御光を反射させて画像光を出力する反射型画像変調デバイスと、を有し、画像光伝達部が、光制御部品からの制御光を反射型画像変調デバイス側に反射させる偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタを透過した反射型画像変調デバイスからの画像光を偏光ビームスプリッタ側に反射させる光反射部品と、偏光ビームスプリッタと光反射部品との間に配置された１／４λ波長板と、偏光ビームスプリッタを透過し、１／４λ波長板を透過し、光反射部品で反射され、１／４λ波長板を再度透過し、かつ、偏光ビームスプリッタで反射された反射型画像変調デバイスからの画像光を中継する中継光学体と、中継光学体から中継された画像光を画像光出射部に導く導光板と、を有し、画像光出射部が、導光板中に配置されていて、導光板中を導かれた画像光を外に出射させる複数枚のハーフミラーを有し、画像源側部分が、光源、光制御部品、反射型画像変調デバイス、光反射部品および１／４λ波長板からユニット構造に構成されていて、画像表示側部分が、偏光ビームスプリッタ、中継光学体、導光板および複数枚のハーフミラーからユニット構造に構成されている、ことが好ましい。

この発明のウエアラブル画像表示装置は、画像源側部分が、取付部材を有し、取付部材には、反射型画像変調デバイスと光反射部品および１／４λ波長板とが、空間を挟んで相互に対向してそれぞれ取り付けられていて、取付部材には、光源および光制御部品が、反射型画像変調デバイスと光反射部品および１／４λ波長板との対向方向に対して交差する方向においてそれぞれ取り付けられていて、取付部材のうち、光源および光制御部品に空間を挟んで対向する部分には、開口部が設けられていて、開口部が、偏光ビームスプリッタが空間中に出し入れ可能に収納されるように、空間に連通している、ことが好ましい。

この発明のウエアラブル画像表示装置は、画像表示側部分が、偏光ビームスプリッタと中継光学体とが相互に固定されていて、中継光学体と導光板とが相互に固定されていて、偏光ビームスプリッタの屈折率が、中継光学体の屈折率および導光板の屈折率よりも大である、ことが好ましい。

この発明のウエアラブル画像表示装置は、複数枚のハーフミラーが、面に入射する入射角に依存せず、同じ反射率である、ことが好ましい。

この発明のウエアラブル画像表示装置は、複数枚のハーフミラーが配置されている導光板を備えるウエアラブル画像表示装置において、複数枚のハーフミラーが、面に入射する入射角に依存せず、同じ反射率である、ことを特徴とする。

この発明のウエアラブル画像表示装置は、容易にメンテナンスすることができ、また、簡便に使用することができる。

図１は、この発明にかかるウエアラブル画像表示装置の実施形態を示す平面図である。 図２は、ウエアラブル画像表示装置を示す正面図（図１におけるＩＩ矢視図）である。 図３は、ウエアラブル画像表示装置を示す左側面図（図１におけるＩＩＩ矢視図）である。 図４は、画像源側部分と画像表示側部分とを示す説明図である。（Ａ）は、画像源側部分と画像表示側部分とを一体に組み付けた状態を示す説明図である。（Ｂ）は、画像源側部分と画像表示側部分とをそれぞれ別個に取り外した状態を示す説明図である。 図５は、画像源側部分と画像表示側部分とを一体に組み付けた状態を示す説明図であって、一部（要部）断面の説明図である。 図６は、画像源側部分と画像表示側部分とをそれぞれ別個に取り外した状態を示す説明図であって、一部（要部）断面の説明図である。 図７は、画像光の光路を示す説明図であって、一部（要部）拡大断面の説明図である。 図８は、使用状態を示す説明図である。 図９は、導光板およびハーフミラーにおける光路を示す説明図である。（Ａ）は、画像光の光路を示す説明図である。（Ｂ）は、背景光の光路を示す説明図である。 図１０は、導光板中の複数枚のハーフミラーの配置の変形例を示す説明図である。

以下、この発明にかかるウエアラブル画像表示装置の実施形態（実施例）の１例および導光板中の複数枚のハーフミラーの配置の変形例の１例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、図５〜図７において、取付部材以外の構成部品のハッチングを省略する。また、図８〜図１０において、導光板のハッチングを省略する。さらに、図中における実線矢印は、光を示す。

（実施形態の構成の説明）
図１〜図９は、この発明にかかるウエアラブル画像表示装置の実施形態を示す。以下、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置の構成について説明する。図中、符号１は、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置である。

（ウエアラブル画像表示装置１の説明）
ウエアラブル画像表示装置１は、図１〜図８に示すように、画像光出力部２と、画像光伝達部３と、画像光出射部４と、装着部５と、を備える。

画像光出力部２および画像光伝達部３の一部は、入射側部分である画像源側部分６を構成する。画像光伝達部３の残りおよび画像光出射部４は、出射側部分すなわち見る側の部分である画像表示側部分７を構成する。画像源側部分６と画像表示側部分７とは、それぞれ別個にユニット構造に分かれている。この結果、画像源側部分６と画像表示側部分７とは、相互に着脱可能である。

（画像光出力部２の説明）
画像光出力部２は、図４〜図７に示すように、光（制御光Ｌ１）を媒体とし画像（図示せず）を画像光Ｌ２として出力する。画像光出力部２は、光源２０と、光制御部品２１と、反射型画像変調デバイス２２と、を有する。

光源２０は、バックライトであって、光を照射（放射）する。光源２０は、この例では、基板２００と、基板に実装された１個もしくは複数個のＬＥＤ２０１と、からなる。

光制御部品２１は、光源２０からの光を制御して制御光Ｌ１とする。光制御部品２１は、この例では、光源２０側から、第１拡散シート２１１と、反射シート筒２１０と、第２拡散シート２１２と、プリズムシート２１３と、ワイヤグリッドフィルム２１４と、偏光板２１５と、からなる。

反射シート筒２１０は、反射シートを筒形状に形成し、内側面が反射面をなす。反射シート筒２１０は、この例では、筒の中心線に対して垂直な断面形状が正方形の筒形状をなす。なお、反射シート筒２１０は、断面形状が正方形以外の形状、例えば、長方形、円形、楕円形などの筒形状であっても良い。

第１拡散シート２１１、反射シート筒２１０、第２拡散シート２１２およびプリズムシート２１３は、光源２０からの光を、均一に反射型画像変調デバイス２２に対して集中して当てる。すなわち、光源２０からの赤色光と緑色光と青色光とを白色光として正方形に収束させて反射型画像変調デバイス２２に当てる。

ワイヤグリッドフィルム２１４および偏光板２１５は、光源２０からの光を、後述する偏光ビームスプリッタ３０に対して、偏光方向を合せた光、この例では、Ｓ偏光成分の光とする。

反射型画像変調デバイス２２は、この例では、反射型液晶（ＬＣＯＳ）である。反射型画像変調デバイス２２は、光制御部品２１からの制御光Ｌ１であって、後述する偏光ビームスプリッタ３０から反射された制御光Ｌ１を反射させて、その制御光Ｌ１を媒体とし画像を画像光Ｌ２として出力する。すなわち、反射型画像変調デバイス２２は、制御光Ｌ１のうち画像となる光である画像光Ｌ２のみを９０度回転させてＰ偏光成分とする。なお、反射型画像変調デバイス２２としては、反射型液晶の他に、有機ＥＬデバイスであっても良い。

（画像光伝達部３の説明）
画像光伝達部３は、図１〜図９に示すように、画像光出力部２から出力された画像光Ｌ２を伝達する。画像光伝達部３は、偏光ビームスプリッタ３０と、光反射部品３１と、１／４λ波長板（１／４波長板あるいはλ／４波長板）３２と、中継光学体３３と、導光板３４と、を有する。

偏光ビームスプリッタ３０は、この例では、キューブ型の偏光ビームスプリッタ３０であって、２個の直角プリズム３００の斜面にワイヤグリッドフィルム３０１を挟み込んでなる。偏光ビームスプリッタ３０は、光（制御光Ｌ１および画像光Ｌ２）のうちＰ偏光成分を透過させ、一方、光（制御光Ｌ１および画像光Ｌ２）のうちＳ偏光成分を反射させる。この結果、偏光ビームスプリッタ３０は、光制御部品２１からの制御光Ｌ１（Ｓ偏光成分の光）を反射型画像変調デバイス２２側に反射させる。また、偏光ビームスプリッタ３０は、反射型画像変調デバイス２２からの画像光Ｌ２（Ｐ偏光成分の光）を１／４λ波長板３２および光反射部品３１側に透過させる。さらに、偏光ビームスプリッタ３０は、光反射部品３１および１／４λ波長板３２からの画像光Ｌ２（Ｓ偏光成分の光）を中継光学体３３側に反射させる。

光反射部品３１は、反射面３１０を有するレンズ（非球面光学レンズ）３１１からなる。光反射部品３１は、偏光ビームスプリッタ３０を透過した反射型画像変調デバイス２２からの画像光Ｌ２を偏光ビームスプリッタ３０側に反射させる。また、光反射部品３１は、反射型画像変調デバイス２２からの画像光Ｌ２における画像のピントを合せる。

１／４λ波長板３２は、偏光ビームスプリッタ３０と光反射部品３１との間に配置されている。１／４λ波長板３２は、反射型画像変調デバイス２２からの画像光Ｌ２の偏光方向を、光反射部品３１への入射前と光反射部品３１からの反射後とにおいて、９０度回転させる。

この結果、反射型画像変調デバイス２２からの画像光Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ３０側から光反射部品３１側に１／４λ波長板３２を透過し、かつ、光反射部品３１側から偏光ビームスプリッタ３０側に１／４λ波長板３２を透過する。これにより、１／４λ波長板３２を２度透過した反射型画像変調デバイス２２からの画像光Ｌ２は、Ｐ偏光成分の光からＳ偏光成分の光となり、偏光ビームスプリッタ３０において中継光学体３３側に反射される。

中継光学体３３は、この例では、三角プリズムからなる。中継光学体３３は、偏光ビームスプリッタ３０を透過し、１／４λ波長板３２を透過し、光反射部品３１で反射され、１／４λ波長板３２を再度透過し、かつ、偏光ビームスプリッタ３０で反射された反射型画像変調デバイス２２からの画像光Ｌ２を導光板３４に伝達中継する。

導光板３４は、この例では、アクリル樹脂やＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル、メタクリル樹脂）などの無色透明樹脂材、または、無色透明なガラスからなる。導光板３４は、中継光学体３３から伝達中継された画像光Ｌ２を画像光出射部４に全反射作用により導く。

導光板３４は、板形状をなし、主要な２面（すなわち、表面３４０および裏面３４１）と、補助的な４面（すなわち、上面、下面、左端面および右端面）と、を有する。導光板３４は、表面３４０および裏面３４１の主要な２面において、画像光Ｌ２を画像光出射部４に全反射作用により導く。ここで、図８に示すように、導光板３４の表面３４０は、背景側に対向し、導光板３４の裏面３４１は、使用者の目Ｅ側に対向する。

（画像光出射部４の説明）
画像光出射部４は、図８、図９に示すように、画像光伝達部３から伝達された画像光Ｌ２を外に出射させる。画像光出射部４は、導光板３４中に配置されていて、導光板３４中を導かれた画像光Ｌ２を外に出射させる複数枚のハーフミラー（以下、画像光出射部をハーフミラーと称す）からなる。

ハーフミラー４は、誘電体層膜を積層してなる。なお、図８中に図示されているハーフミラー４は、７枚である。また、図９に示すように、ハーフミラー４の一面４００は、導光板３４の裏面３４１に対向し、ハーフミラー４の他面４０１は、導光板３４の表面３４０に対向する。

図８に示すように、ハーフミラー４の一面４００で反射した画像光Ｌ２は、導光板３４の裏面３４１から外に出射して使用者（図示せず）の目Ｅに入る。これにより、画像光Ｌ２は、画像として、使用者の目Ｅに入り、使用者は、画像を視認することができる。

ここで、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１（すなわち、複数枚のハーフミラー４が配置されている導光板３４を備えるウエアラブル画像表示装置１）は、ＡＲ（現実の背景に情報を重ね合わせる技術）として使用するものである。このため、図８に示すように、使用者が導光板３４中の複数枚のハーフミラー４から出射された画像を視認する時に、背景光Ｌ３も導光板３４および複数枚のハーフミラー４を透過して使用者の目Ｅに入射する。

この時、背景光Ｌ３は、複数枚のハーフミラー４に対して、いろいろな角度で入射する。図８において、右側の背景光Ｌ３は、ハーフミラー４に対して、大きい角度で入射する。一方、左側の背景光Ｌ３は、ハーフミラー４に対して、小さい角度で入射する。

（ハーフミラー４の反射率の説明）
複数枚のハーフミラー４は、面に入射する入射角に依存せず、同じ反射率である。すなわち、ある１枚のハーフミラー４の面（一面４００および他面４０１）に対して、画像光Ｌ２の入射角に関係なく反射光Ｌ４、Ｌ５の反射率（透過光Ｌ６、Ｌ７の透過率）が同じということである。例えば、図９（Ａ）に示すように、画像光Ｌ２がある１枚のハーフミラー４の一面４００において反射した反射光Ｌ４の反射率と、画像光Ｌ２が同じある１枚のハーフミラー４の他面４０１において反射した反射光Ｌ５の反射率とが同一である。

これにより、導光板３４中を導かれて伝達される画像光Ｌ２以外の光、例えば、導光板３４を表面３４０から裏面３４１側に透過する背景光Ｌ３に対しても同様なことがいえる。すなわち、図８に示すように、右側の背景光Ｌ３がハーフミラー４に対して大きい角度で入射し、一方、左側の背景光Ｌ３がハーフミラー４に対して小さい角度で入射する。

このような場合においても、図９（Ｂ）に示すように、背景光Ｌ３が導光板３４中のハーフミラー４を透過する際に、背景光Ｌ３のハーフミラー４に対する入射角に関係なく反射光Ｌ８の反射率（透過光Ｌ９の透過率）が同じである。この結果、背景光Ｌ３の導光板３４中の複数枚のハーフミラー４を透過した透過光Ｌ９の明るさが均一化される。

（装着部５の説明）
装着部５は、図１〜図３に示すように、この例では、使用者の顔面に装着するメガネ型をなす。装着部５は、フロント部分５０と、左右のテンプル部分５１、５１とからなる。左右のテンプル部分５１、５１は、フロント部分５０の左右両端に、左右のヒンジ５２、５２を介して、折り畳み可能に取り付けられている。フロント部分５０の中央の下部には、ノーズパッド５３が設けられている。

フロント部分５０の左右両側には、画像表示側部分７が取り付けられている。すなわち、左右の画像表示側部分７の導光板３４は、フロント部分５０の左右両側に取り付けられている。なお、導光板３４を保護するために、導光板３４の表面３４０側に透明板を固定しても良い。この場合において、透明板をフロント部分５０に直接取り付けて、導光板３４を透明板を介して間接的にフロント部分５０に取り付けても良い。

装着部５に取り付けられている画像表示側部分７に画像源側部分６を、着脱可能に取り付けることにより、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１が構成される。

（画像源側部分６の説明）
画像源側部分６は、図４〜図７に示すように、光源２０、光制御部品２１、反射型画像変調デバイス２２、光反射部品３１および１／４λ波長板３２からユニット構造に構成されている。画像源側部分６は、取付部材６０を有する。

取付部材６０は、中空形状のハウジングもしくはケーシングからなる。取付部材６０の面には、面処理が施されている。面処理は、光源２０からの光、制御光Ｌ１および画像光Ｌ２が反射して迷光となるのを防ぐ面処理、例えば、面を黒色とする。

取付部材６０には、反射型画像変調デバイス２２と光反射部品３１および１／４λ波長板３２とが、空間６１を挟んで相互に対向してそれぞれ取り付けられている。取付部材６０には、光源２０および光制御部品２１が、反射型画像変調デバイス２２と光反射部品３１および１／４λ波長板３２との対向方向に対して交差する方向においてそれぞれ取り付けられている。

取付部材６０のうち、光源２０および光制御部品２１に空間６１を挟んで対向する部分には、開口部６２が設けられている。開口部６２は、画像表示側部分７の偏光ビームスプリッタ３０が空間６１中に出し入れ可能に収納されるように、空間６１に連通している。

（画像表示側部分７の説明）
画像表示側部分７は、図４〜図７に示すように、偏光ビームスプリッタ３０、中継光学体３３、導光板３４および複数枚のハーフミラー４からユニット構造に構成されている。画像表示側部分７は、偏光ビームスプリッタ３０と中継光学体３３とが相互に固定されていて、中継光学体３３と導光板３４とが相互に固定されている。

偏光ビームスプリッタ３０、中継光学体３３、導光板３４のうち少なくともいずれか１つには、カバー（図示せず）を設けることがある。カバーは、制御光Ｌ１および画像光Ｌ２の光路の妨げとならず、また、導光板３４から画像および背景光Ｌ３の透過光Ｌ９が使用者の目Ｅに入るのに妨げとならない。

偏光ビームスプリッタ３０の２個の直角プリズム３００の屈折率ｎ１は、中継光学体３３の屈折率ｎ２および導光板３４の屈折率ｎ３よりも大である。なお、中継光学体３３の屈折率ｎ２と導光板３４の屈折率ｎ３とは、同等である。すなわち、下式（１）を満足する。
ｎ１＞ｎ２＝ｎ３………（１）

（取付構造の説明）
ユニット構造の画像源側部分６とユニット構造の画像表示側部分７とを着脱可能に取り付ける取付構造は、画像源側部分６の取付部材６０と、画像表示側部分７のカバーとに設けられている。取付構造としては、例えば、凹凸の弾性嵌合構造、ねじ止め構造、別個の止めねじを使用した構造などがある。なお、画像表示側部分７の取付構造は、カバーではなく、偏光ビームスプリッタ３０、中継光学体３３、導光板３４のうち少なくともいずれか１つに設けたり、あるいは、装着部５に設けたりしても良い。

（実施形態の作用の説明）
この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。

光源２０を点灯する。すると、図７に示すように、光源２０から照射された光は、光制御部品２１で制御されて制御光Ｌ１（Ｓ偏光成分の光）となる。制御光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ３０で反射型画像変調デバイス２２側に反射され、かつ、反射型画像変調デバイス２２で反射されて画像光Ｌ２となる。

反射型画像変調デバイス２２からの画像光Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ３０および１／４λ波長板３２を透過して光反射部品３１で反射されて１／４λ波長板３２を透過する。これにより、１／４λ波長板３２を２度透過した反射型画像変調デバイス２２からの画像光Ｌ２は、Ｓ偏光成分の光となり、偏光ビームスプリッタ３０で中継光学体３３側に反射される。

中継光学体３３側に反射された画像光Ｌ２は、図７、図８に示すように、中継光学体３３から導光板３４に中継伝達されて、導光板３４中を導かれて伝達される。導光板３４中を導かれて伝達された画像光Ｌ２は、導光板３４中に配置されている複数枚のハーフミラー４の一面４００で反射される。

ハーフミラー４の一面４００で反射された画像光Ｌ２は、導光板３４の裏面３４１から外に出射して使用者の目Ｅに入る。これにより、画像光Ｌ２は、画像として、使用者の目Ｅに入り、使用者は、画像を視認することができる。この時、背景光Ｌ３も導光板３４および複数枚のハーフミラー４を透過して使用者の目Ｅに入射する。このように、使用者は、画像と共に背景を視認することができる。

（実施形態の効果の説明）
この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、以上のごとき構成および作用からなり、以下、その効果について説明する。

この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、画像源側部分６と画像表示側部分７とが、それぞれ別個にユニット構造に分かれている。これにより、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、画像源側部分６と画像表示側部分７とを相互に着脱することが可能となる。この結果、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、前記の特許文献１および特許文献２に比較して、容易にメンテナンスすることができ、また、簡便に使用することができる。

すなわち、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、画像源側部分６と画像表示側部分７と取り外すことにより、画像源側部分６と画像表示側部分７とをそれぞれ別個に容易にメンテナンスすることができる。また、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、画像源側部分６と画像表示側部分７とを取り付けることにより、画像源側部分６と画像表示側部分７とを一体化して、簡便に使用することができる。さらに、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、画像源側部分６と画像表示側部分７とをそれぞれ別個に効率良く製造することができる。

この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、使用者の顔面に装着するメガネ型の装着部５を備え、画像表示側部分７が装着部５に取り付けられている。この結果、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、装着部５に取り付けられている画像表示側部分７に画像源側部分６を取り付けることにより、画像源側部分６と画像表示側部分７とをウエアラブル画像表示装置１として簡便に使用することができる。

この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、画像光出力部２が、光源２０と、光制御部品２１と、反射型画像変調デバイス２２と、を有し、画像光伝達部３が、偏光ビームスプリッタ３０と、光反射部品３１と、１／４λ波長板３２と、中継光学体３３と、導光板３４と、を有し、画像光出射部４が、複数枚のハーフミラー４を有する。また、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、画像源側部分６が、光源２０、光制御部品２１、反射型画像変調デバイス２２、光反射部品３１および１／４λ波長板３２からユニット構造に構成されていて、画像表示側部分７が、偏光ビームスプリッタ３０、中継光学体３３、導光板３４および複数枚のハーフミラー４からユニット構造に構成されている。この結果、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、画像源側部分６と画像表示側部分７とを、それぞれ、相互に着脱可能であるユニット構造とすることが可能である。しかも、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、画像光出力部２、画像光伝達部３および複数枚のハーフミラー４により、使用者が画像を確実に視認することができる。

この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、画像源側部分６の取付部材６０に反射型画像変調デバイス２２と光反射部品３１とを空間６１を挟んで相互に対向してそれぞれ取り付けたものであるから、図５、図６に示すように、反射型画像変調デバイス２２と光反射部品３１との間の距離ｄを一定に保つことができる。この結果、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、画像源側部分６と画像表示側部分７とを取り外して、それぞれ別個にメンテナンス（例えば、画像調整）を行った後に、画像源側部分６と画像表示側部分７とを再度取り付けた時に、反射型画像変調デバイス２２と光反射部品３１との間の距離ｄが変わらずに一定である。これにより、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、画像のピントが一定であり、画像源側部分６と画像表示側部分７との着脱において、性能への影響が無い。すなわち、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、画像源側部分６と画像表示側部分７とを着脱式の構造としても、性能が安定している。

この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、画像源側部分６の取付部材６０の面に面処理を施したので、光源２０からの光、制御光Ｌ１および画像光Ｌ２が反射して迷光となるのを防ぐことができる。

この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、偏光ビームスプリッタ３０の屈折率ｎ１が中継光学体３３の屈折率ｎ２および導光板３４の屈折率ｎ３よりも大である。この結果、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、反射型画像変調デバイス２２と光反射部品３１との間の距離ｄを小さくすることができるので、画像源側部分６を介してウエアラブル画像表示装置１全体を小型化することができる。

すなわち、距離ｄは、反射型画像変調デバイス２２と偏光ビームスプリッタ３０との間の隙間の距離Ｔ１と、偏光ビームスプリッタ３０の幅Ｔ２と、偏光ビームスプリッタ３０と光反射部品３１との間の隙間の距離Ｔ３と、の和である。すなわち、下式（２）を満足する。
ｄ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３………（２）

また、画像のピントを合わせる光路長Ｄは、反射型画像変調デバイス２２と偏光ビームスプリッタ３０との間の隙間の距離Ｔ１に空気の屈折率（ほぼ１）を掛けた積と、偏光ビームスプリッタ３０の幅Ｔ２に偏光ビームスプリッタ３０の屈折率ｎ１を掛けた積と、偏光ビームスプリッタ３０と光反射部品３１との間の隙間の距離Ｔ３に空気の屈折率（ほぼ１）を掛けた積と、の和である。すなわち、下式（３）を満足する。
Ｄ＝Ｔ１×１＋Ｔ２×ｎ１＋Ｔ３×１………（３）

ここで、画像のピントを合わせる光路長Ｄを一定とした場合、上式（３）において、偏光ビームスプリッタ３０の屈折率ｎ１を大きくすると、偏光ビームスプリッタ３０の幅Ｔ２を小さくすることができる。これにより、偏光ビームスプリッタ３０の屈折率ｎ１を中継光学体３３の屈折率ｎ２および導光板３４の屈折率ｎ３よりも大きくすると、反射型画像変調デバイス２２と光反射部品３１との間の距離ｄを小さくすることができ、画像源側部分６を介してウエアラブル画像表示装置１全体を小型化することができる。

また、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、中継光学体３３と導光板３４とを同じ屈折率ｎ２、ｎ３とし、しかも、使用する中継光学体３３および導光板３４としては屈折率ｎ２、ｎ３に対してこだわりが無い。この結果、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、中継光学体３３および導光板３４として、屈折率ｎ２、ｎ３が小さくてコストが安価な材料を使用することができるので、製造コストを安価にすることができる。

この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、複数枚のハーフミラー４が面に入射する入射角に依存せず、同じ反射率である。この結果、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、ハーフミラー４の面（一面４００および他面４０１）に対して、画像光Ｌ２の入射角に関係なく反射光Ｌ４、Ｌ５の反射率（透過光Ｌ６、Ｌ７の透過率）が同じである。これにより、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、複数枚のハーフミラー４で表示された画像であって、導光板３４の裏面３４１から出射した画像の明るさがほぼ均一となり、使用者がほぼ均一の明るさの画像すなわち高画質の画像を見て楽しむことができる。

また、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、背景光Ｌ３が導光板３４中のハーフミラー４を透過する際に、背景光Ｌ３のハーフミラー４に対する入射角に関係なく反射光Ｌ８の反射率（透過光Ｌ９の透過率）が同じである。この結果、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１は、背景光Ｌ３の導光板３４中の複数枚のハーフミラー４を透過した透過光Ｌ９の明るさが均一化されるので、使用者が導光板３４および複数枚のハーフミラー４を通してほぼ均一の明るさの風景をも見て楽しむことができる。

（変形例の説明）
図１０は、導光板中の複数枚のハーフミラーの配置の変形例を示す説明図である。以下、導光板中の複数枚のハーフミラーの配置の変形例について説明する。

複数枚のハーフミラー４のうち、少なくとも隣り合う２枚のハーフミラー４の端は、導光板３４の面（表面３４０、裏面３４１の少なくともいずれか一方）に垂直な線である法線Ｚに対して、一致もしくは重なっている。図１０において、５枚のハーフミラー４１、４２、４３、４４、４５を右側から左側にかけて１番のハーフミラー４１、２番のハーフミラー４２、３番のハーフミラー４３、４番のハーフミラー４４、５番のハーフミラー４５と、称する。なお、図１０において、右側から左側への矢印は、画像光が導光板３４中を導かれて進む方向を示す。

図１０において、１番のハーフミラー４１の左端と２番のハーフミラー４２の右端とは、法線Ｚに対して重なっている。この１番のハーフミラー４１の左端と２番のハーフミラー４２の右端とを結ぶ線分Ｌ１２の延長線上は、使用者の目Ｅに達する。

また、２番のハーフミラー４２の左端と３番のハーフミラー４３の右端とは、法線Ｚに対して一致している。この２番のハーフミラー４２の左端と３番のハーフミラー４３の右端とを結ぶ線分Ｌ２３の延長線上は、使用者の目Ｅに達していない。この線分Ｌ２３と法線Ｚとは、平行である。

さらに、３番のハーフミラー４３の左端と４番のハーフミラー４４の右端とは、法線Ｚに対して一致している。この３番のハーフミラー４３の左端と４番のハーフミラー４４の右端とを結ぶ線分Ｌ３４の延長線上は、使用者の目Ｅに達する。この線分Ｌ３４と法線Ｚとは、平行である。

さらにまた、４番のハーフミラー４４の左端と５番のハーフミラー４５の右端とを結ぶ線分Ｌ４５の延長線上は、使用者の目Ｅに達する。この４番のハーフミラー４４の左端と５番のハーフミラー４５の右端とは、法線Ｚに対して左右にずれている。

このように、複数枚のハーフミラー４のうち、少なくとも隣り合う２枚のハーフミラー４の端が導光板３４の表面３４０、裏面３４１の法線Ｚに対して、一致もしくは重なると、隣り合う２枚のハーフミラー４の端を結ぶ線分Ｌ１２、Ｌ３４の延長線上が使用者の目Ｅに達する。この結果、使用者の目Ｅから５枚のハーフミラー４１、４２、４３、４４、４５を見た時、隣り合うハーフミラー４１と４２、４３と４４、４４と４５の間の隙間が無い、もしくは、隣り合うハーフミラー４２と４３の間の隙間が小さい。これにより、画像が隙間が無いもしくは小さい複数枚のハーフミラー４において表示されるので、使用者が高画質の画像を見て楽しむことができる。

なお、隣り合う４番のハーフミラー４４と５番のハーフミラー４５のように、４番のハーフミラー４４の左端と５番のハーフミラー４５の右端とが法線Ｚに対して左右にずれていても、４番のハーフミラー４４の左端と５番のハーフミラー４５の右端とを結ぶ線分Ｌ４５の延長線上が使用者の目Ｅに達する場合がある。

また、隣り合う２番のハーフミラー４２と３番のハーフミラー４３のように、２番のハーフミラー４２の左端と３番のハーフミラー４３の右端とが法線Ｚに対して一致していても、２番のハーフミラー４２の左端と３番のハーフミラー４３の右端とを結ぶ線分Ｌ２３の延長線上が使用者の目Ｅに達していない場合がある。この場合においても、２番のハーフミラー４２と３番のハーフミラー４３との間を詰めて、２番のハーフミラー４２の左端と３番のハーフミラー４３の右端とを結ぶ線分Ｌ２３の延長線上が使用者の目Ｅに達するようにしても良い。

（実施形態以外の例の説明）
なお、前記の実施形態においては、使用者の顔面に着脱可能に装着するメガネ型の装着部５を使用する。しかしながら、この発明においては、装着部として、メガネ型以外の装着部であっても良い。例えば、使用者の両側の目に対応するのではなく片側の目に対応する装着部、また、ゴーグルのような装着部であっても良い。

なお、この発明は、前記の実施形態および変形例により限定されるものではない。

１ ウエアラブル画像表示装置
２ 画像光出力部
２０ 光源
２００ 基板
２０１ ＬＥＤ
２１ 光制御部品
２１０ 反射シート筒
２１１ 第１拡散シート
２１２ 第２拡散シート
２１３ プリズムシート
２１４ ワイヤグリッドフィルム
２１５ 偏光板
２２ 反射型画像変調デバイス
３ 画像光伝達部
３０ 偏光ビームスプリッタ
３００ 直角プリズム
３０１ ワイヤグリッドフィルム
３１ 光反射部品
３１０ 反射面
３１１ レンズ
３２ １／４λ波長板
３３ 中継光学体
３４ 導光板
３４０ 表面
３４１ 裏面
４、４１、４２、４３、４４、４５ 画像光出射部、ハーフミラー
４００ 一面
４０１ 他面
５ 装着部
５０ フロント部分
５１、５１ テンプル部分
５２、５２ ヒンジ
５３ ノーズパッド
６ 画像源側部分
６０ 取付部材
６１ 空間
６２ 開口部
７ 画像表示側部分
ｄ 距離
Ｄ 光路長
Ｅ 目
Ｌ１ 制御光
Ｌ２ 画像光
Ｌ３ 背景光
Ｌ４、Ｌ５、Ｌ８ 反射光
Ｌ６、Ｌ７、Ｌ９ 透過光
Ｌ１２、Ｌ２３、Ｌ３４、Ｌ４５ 線分
ｎ１、ｎ２、ｎ３ 屈折率
Ｔ１、Ｔ３ 距離
Ｔ２ 幅
Ｚ 法線

この発明のウエアラブル画像表示装置は、画像を画像光として出力する画像光出力部と、画像光出力部から出力された画像光を伝達する画像光伝達部と、画像光伝達部から伝達された画像光を外に出射させる画像光出射部と、を備え、画像光出力部および画像光伝達部の一部が、画像源側部分を構成し、画像光伝達部の残りおよび画像光出射部が、画像表示側部分を構成し、画像源側部分と画像表示側部分とが、それぞれ別個にユニット構造に分かれていて、画像光出力部が、光源と、光源からの光を制御して制御光とする光制御部品と、制御光を反射させて画像光を出力する反射型画像変調デバイスと、を有し、画像光伝達部が、光制御部品からの制御光を反射型画像変調デバイス側に反射させる偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタを透過した反射型画像変調デバイスからの画像光を偏光ビームスプリッタ側に反射させる光反射部品と、偏光ビームスプリッタと光反射部品との間に配置された１／４λ波長板と、偏光ビームスプリッタを透過し、１／４λ波長板を透過し、光反射部品で反射され、１／４λ波長板を再度透過し、かつ、偏光ビームスプリッタで反射された反射型画像変調デバイスからの画像光を中継する中継光学体と、中継光学体から中継された画像光を画像光出射部に導く導光板と、を有し、画像光出射部が、導光板中に配置されていて、導光板中を導かれた画像光を外に出射させる複数枚のハーフミラーを有し、画像源側部分が、光源、光制御部品、反射型画像変調デバイス、光反射部品および１／４λ波長板からユニット構造に構成されていて、画像表示側部分が、偏光ビームスプリッタ、中継光学体、導光板および複数枚のハーフミラーからユニット構造に構成されている、ことを特徴とする。

Claims (7)

1. 画像を画像光として出力する画像光出力部と、
   前記画像光出力部から出力された前記画像光を伝達する画像光伝達部と、
   前記画像光伝達部から伝達された前記画像光を外に出射させる画像光出射部と、
   を備え、
   前記画像光出力部および前記画像光伝達部の一部は、画像源側部分を構成し、
   前記画像光伝達部の残りおよび前記画像光出射部は、画像表示側部分を構成し、
   前記画像源側部分と前記画像表示側部分とは、それぞれ別個にユニット構造に分かれている、
   ことを特徴とするウエアラブル画像表示装置。
2. 使用者の顔面に装着する装着部を備え、
   前記画像表示側部分は、前記装着部に取り付けられている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のウエアラブル画像表示装置。
3. 前記画像光出力部は、
   光源と、
   前記光源からの光を制御して制御光とする光制御部品と、
   前記制御光を反射させて前記画像光を出力する反射型画像変調デバイスと、
   を有し、
   前記画像光伝達部は、
   前記光制御部品からの前記制御光を前記反射型画像変調デバイス側に反射させる偏光ビームスプリッタと、
   前記偏光ビームスプリッタを透過した前記反射型画像変調デバイスからの前記画像光を前記偏光ビームスプリッタ側に反射させる光反射部品と、
   前記偏光ビームスプリッタと前記光反射部品との間に配置された１／４λ波長板と、
   前記偏光ビームスプリッタを透過し、前記１／４λ波長板を透過し、前記光反射部品で反射され、前記１／４λ波長板を再度透過し、かつ、前記偏光ビームスプリッタで反射された前記反射型画像変調デバイスからの前記画像光を中継する中継光学体と、
   前記中継光学体から中継された前記画像光を前記画像光出射部に導く導光板と、
   を有し、
   前記画像光出射部は、
   前記導光板中に配置されていて、前記導光板中を導かれた前記画像光を外に出射させる複数枚のハーフミラーを有し、
   前記画像源側部分は、前記光源、前記光制御部品、前記反射型画像変調デバイス、前記光反射部品および前記１／４λ波長板からユニット構造に構成されていて、
   前記画像表示側部分は、前記偏光ビームスプリッタ、前記中継光学体、前記導光板および複数枚の前記ハーフミラーからユニット構造に構成されている、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のウエアラブル画像表示装置。
4. 前記画像源側部分は、取付部材を有し、
   前記取付部材には、前記反射型画像変調デバイスと前記光反射部品および前記１／４λ波長板とが、空間を挟んで相互に対向してそれぞれ取り付けられていて、
   前記取付部材には、前記光源および前記光制御部品が、前記反射型画像変調デバイスと前記光反射部品および前記１／４λ波長板との対向方向に対して交差する方向においてそれぞれ取り付けられていて、
   前記取付部材のうち、前記光源および前記光制御部品に前記空間を挟んで対向する部分には、開口部が設けられていて、
   前記開口部は、前記偏光ビームスプリッタが前記空間中に出し入れ可能に収納されるように、前記空間に連通している、
   ことを特徴とする請求項３に記載のウエアラブル画像表示装置。
5. 前記画像表示側部分は、前記偏光ビームスプリッタと前記中継光学体とが相互に固定されていて、前記中継光学体と前記導光板とが相互に固定されていて、
   前記偏光ビームスプリッタの屈折率は、前記中継光学体の屈折率および前記導光板の屈折率よりも大である、
   ことを特徴とする請求項３に記載のウエアラブル画像表示装置。
6. 複数枚の前記ハーフミラーは、面に入射する入射角に依存せず、同じ反射率である、
   ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のウエアラブル画像表示装置。
7. 複数枚のハーフミラーが配置されている導光板を備えるウエアラブル画像表示装置において、
   複数枚の前記ハーフミラーは、面に入射する入射角に依存せず、同じ反射率である、
   ことを特徴とするウエアラブル画像表示装置。

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