JP2020195106A - 装着型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外界に応じたＡＲ（拡張現実）等の機能を高めることが可能な装着型表示装置を提供すること。【解決手段】画像光ＧＬを射出して画像を表示する表示装置１００Ｘと、外光を感知する外光センサーとしての照度センサーＬＳあるいはカメラＣＡとを備え、照度センサーＬＳあるいはカメラＣＡは、画像光ＧＬの射出方向について、表示装置の眼前部分を形成する透視型導光ユニット１００Ｃと重なる位置にある。これにより、照度センサーＬＳやカメラＣＡにおける外光の感知方向を、観察者の視線方向に対応させ、かつ、観察者の眼の位置に近い箇所にある状態に維持する。【選択図】図１

Description

本発明は、虚像等を観察者に提示する装着型表示装置に関する。

頭部装着型表示装置に設けた３つ以上のカメラを利用して、撮像した画像の位置合わせを行うものが知られている（特許文献１）。

特開２００１−２１１４０３号公報

特許文献１の装置のように、カメラを装置のサイド（脇）等に配置したものを利用する場合、観察者の視認方向とカメラ画像の位置ずれが避けられず、複数の画像から位置合わせを行う等が必要となる。この場合、例えば観察者の視認方向とカメラ画像との間での位置合わせ精度が低いと、外光に関する種々の検知において精度低下を招くことになったり、ＡＲ機能等で精度低下を招くことになったりするおそれがある。また、周囲の画像の検知や観察者の視線方向についての明るさの検知等も正確にできるとは限らない。例えば装着者の頭髪が長いと、サイドに配置されたカメラレンズの前に髪がかかってしまい、機能低下するおそれもある。

本発明の一側面における装着型表示装置は、画像光を射出して画像を表示する表示装置と、外光を感知する外光センサーとを備え、外光センサーは、画像光の射出方向について、表示装置の眼前部分と重なる位置にある。

実施形態の装着型表示装置の一例を説明するための正面図である。 装着型表示装置の回路構成を説明する概念的なブロック図である。 装着型表示装置の一構成例について外観を一部拡大して示す斜視図である。 外光センサーとしてのカメラについて内部構造を説明するための側断面図である。 外光センサーとしての照度センサーについて一例を説明するため装着型表示装置を一部拡大して示す正面図である。 装着型表示装置のうち照度センサーを含む部分について拡大した側断面図である。 画像光の光路について示す概念的な平面図である。 調光シェードを取り付けた装着型表示装置の一例を説明するための正面図である。 照度センサーについて一変形例を説明するための図である。 図９の照度センサーについて装着型表示装置を一部拡大して示す斜視図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る装着型表示装置について一例を説明する。

図１等に示すように、実施形態の装着型表示装置１００は、眼鏡のような外観を有するヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）である。図１等において、Ｘ、Ｙ、及びＺは、直交座標系であり、＋Ｘ方向は、装着型表示装置１００を装着した観察者の両眼の並ぶ横方向に対応し、＋Ｙ方向は、観察者にとっての両眼の並ぶ横方向に直交する下方向に相当し、＋Ｚ方向は、観察者にとっての前方向又は正面方向に相当する。なお、Ｘ、Ｙ、及びＺについて、ヘッドマウントディスプレイ１００における方向として言い換えると、まず、Ｘ軸は、第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂを構成する２つの導光部材１０が並ぶ方向に沿った軸に相当する。Ｚ軸は、導光部材１０からの画像光（映像光）の射出方向に沿った軸に相当する。Ｙ軸は、Ｘ軸とＺ軸との双方に直交する軸に相当する。

図１等に示すように、装着型表示装置１００は、この装着型表示装置１００を装着した観察者又は装着者に対して、虚像を視認させることができるだけでなく、外界像をシースルーで観察させることができる。なお、装着型表示装置１００は、図２に示すケーブル１０９を介して、図示を省略するスマートフォンその他の外部装置に対して通信可能に接続することができ、例えば外部装置から入力された映像信号に対応する虚像を形成することができる。装着型表示装置１００は、第１表示装置１００Ａと、第２表示装置１００Ｂとを備える。第１表示装置１００Ａと第２表示装置１００Ｂとは、左眼用の虚像と右眼用の虚像とをそれぞれ形成する部分である。左眼用の第１表示装置１００Ａは、観察者の眼前を透視可能に覆う第１虚像形成光学部１０１ａと、画像光を形成する第１像形成本体部１０５ａとを備える。右眼用の第２表示装置１００Ｂは、観察者の眼前を透視可能に覆う第２虚像形成光学部１０１ｂと、画像光を形成する第２像形成本体部１０５ｂとを備える。すなわち、第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂにより、左右の眼に対応した画像の表示がなされる。以上について言い換えると、装着型表示装置１００では、第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂにより、画像光を射出して画像を表示する表示装置１００Ｘが構成されている。

第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂの後部には、頭部の側面から後方に延びるつる部分であるテンプル１０４が取り付けられており、観察者の耳やこめかみ等に当接することで装着型表示装置１００の装着状態を確保する。また、第１及び第２虚像形成光学部１０１ａ，１０１ｂ間に形成された窪みには、テンプル１０４とともに支持部を構成するノーズパッドＮＰが設けられており、このノーズパッドＮＰは、観察者の眼に対する虚像形成光学部１０１ａ，１０１ｂ等の位置決めを可能にする。なお、ノーズパッドＮＰは、取付具ＴＰによって第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂを一体化する透視型導光ユニット１００Ｃの中央部材５０に組付けられている。透視型導光ユニット１００Ｃ及びこれを構成する中央部材５０については、後述する。

第１及び第２虚像形成光学部１０１ａ，１０１ｂは、別体ではなく中央で連結されて一体的な部材である透視型導光ユニット１００Ｃを形成している。透視型導光ユニット１００Ｃは、一対の導光部材１０ａ，１０ｂと中央部材５０とを備える。一対の導光部材１０ａ，１０ｂは、画像光を内部に伝搬させつつ虚像形成に寄与する一対の光学部材である。中央部材５０は、一対の光透過部５０ａ，５０ｂを有する。光透過部５０ａは、導光部材１０ａに接合され、光透過部５０ｂは、導光部材１０ｂに接合される。透視型導光ユニット１００Ｃは、導光によって観察者に両眼用の映像を提供する複合型の導光装置２０であり、両端部つまり導光部材１０ａ，１０ｂの先端側で外装ケース１０５ｄに支持されている。以上のようにして、透視型導光ユニット１００Ｃが、装着時において観察者の眼前を透視可能に覆う部分を形成している。本実施形態では、透視型導光ユニット１００Ｃを、表示装置１００Ｘの眼前部分ＦＰとする。すなわち、透視型導光ユニット１００Ｃは、表示装置１００Ｘの眼前部分ＦＰとして、装着時において観察者の眼前を透視可能に覆う部分を形成して、シースルーを実現している。なお、画像形成やシースルーについては、図７を参照して、後述する。

また、本実施形態では、透視型導光ユニット１００Ｃは、上面すなわち＋Ｙ側の面として、第１表示装置１００Ａから第２表示装置１００Ｂにかけて面一で延びる平面ＦＳを有するものとなっている。

透視型導光ユニット１００Ｃの上面には、カバー構造部として、カバー部材ＦＣが設けられている。詳しくは後述するが、本実施形態では、各部を接続するためのケーブルとして、フレキシブル基板すなわちＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）基板が採用されている。つまり、カバー部材ＦＣは、ＦＰＣカバーである。カバー部材ＦＣと透視型導光ユニット１００Ｃとの間には、薄く狭い空間が形成されている。ケーブルとしてフレキシブル基板を採用することで、当該空間において第１像形成本体部１０５ａと第２像形成本体部１０５ｂとを電気的に連結するケーブルを延ばす態様にできる。

特に、本実施形態では、上記のほか、外光を感知するものとして、照度センサーＬＳが設けられている。照度センサーＬＳは、ＡＬＳ（Ambient Light Sensor）であり、観察者の反応にあった環境光強度の測定を行う外光センサーである。このため、照度センサーＬＳは、観察者にとっての前方向又は正面方向に相当する＋Ｚ方向に向けて配置されており、観察者の眼に入る光量を検知可能としている。すなわち、照度センサーＬＳは、画像光の射出方向である−Ｚ方向について、表示装置１００Ｘの眼前部分ＦＰと重なる位置にある。なお、図示のように、照度センサーＬＳは、カバー部材ＦＣから延長して形成される照度センサーカバー部材ＳＣに取り付けられている。

さらに、本実施形態では、外光を感知するものとして、装置の中央部にカメラＣＡを設けた構成となっている。カメラＣＡは、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等の個体撮像素子で構成される撮像カメラであり、観察者の視線に応じた外界像を撮像する（捉える）外光センサーである。図示のように、カメラＣＡは、カバー部材ＦＣから延長して形成されるカメラカバー部材ＣＣに取り付けられている。なお、カメラＣＡも、照度センサーＬＳと同様、画像光の射出方向である−Ｚ方向について、表示装置１００Ｘの眼前部分ＦＰと重なる位置にある。

図１や図３に示すように、カメラＣＡは、ノーズパッドＮＰやその取付具ＴＰと同様に、中央の位置にすなわち観察者の眼と眼の間の位置に設置されている。これにより、観察者の視認方向とカメラ画像との間におけるずれの発生を抑えられる。したがって、例えばＡＲ（拡張現実）機能等で精度を高めることができる。仮に、カメラＣＡを例えば第２像形成本体部１０５ｂ側等のサイド方向に配置すると、ＡＲ機能等で精度低下を招くおそれがある。さらに、頭髪が長い観察者が使用する場合に、カメラＣＡのカメラレンズの前に髪がかかってしまい、機能低下するおそれもある。本構成では、カメラＣＡを中央に配置することで、かかる事態を回避あるは抑制できる。

以上のように、本実施形態では、外光センサーである照度センサーＬＳやカメラＣＡが、装着時において観察者の眼前を透視可能に覆う部分である表示装置１００Ｘの眼前部分ＦＰに対応させた位置に設けられていることで、これらから取得した照度や外界像に基づいて位置精度がより高い画像を付与したＡＲ（拡張現実）を実現できる。

以下、装着型表示装置１００の内部構造等について簡単に説明する。まず、第１像形成本体部１０５ａすなわち第１表示装置１００Ａは、カバー状の外装ケース１０５ｄ内に、図７に例示するように、画像を形成するための光学系として、表示素子８０や鏡筒３８等を有する。なお、表示素子８０は、例えば有機ＥＬの表示パネルやＬＣＤ用のパネルで構成される。

また、第１像形成本体部１０５ａは、図２に示すように、各部の動作を統括制御するメイン回路基板ＭＤのほか、表示素子８０等を駆動させるための左眼用回路基板ＤＬ等を有する。特に、本実施形態では、メイン回路基板ＭＤは、各部の動作制御の一環として、照度センサーＬＳやカメラＣＡの動作直接的又は間接的にを制御する。

一方、第２像形成本体部１０５ｂすなわち第２表示装置１００Ｂは、外装ケース１０５ｄ内に、表示素子８０等を駆動させるための右眼用回路基板ＤＲ等を有する。特に、本実施形態では、カメラＣＡを駆動する駆動回路基板であるカメラ用回路基板ＣＤが、第２像形成本体部１０５ｂすなわち第２表示装置１００Ｂに設けられている。

なお、第１像形成本体部１０５ａの外装ケース１０５ｄについては、区別のため、第１外装ケース１０５ｄと呼ぶこともある。同様に、第２像形成本体部１０５ｂの外装ケース１０５ｄについては、第２外装ケース１０５ｄと呼ぶこともある。また、外装ケース１０５ｄは、例えばマグネシウム合金等を材料としている。

例えば、第１像形成本体部１０５ａにおいて、第１外装ケース１０５ｄに収納される表示素子８０は、左眼用の虚像に対応する像を形成すべく画像光を射出する表示デバイスである。図７に例示する投射レンズ３０は、表示素子８０からの画像光を射出するものであり、第１虚像形成光学部１０１ａにおいて結像系の一部を構成する。鏡筒３８は、投射レンズ３０の一部として、投射レンズ３０を構成する像形成用の光学素子（不図示）を保持する。

なお、第２像形成本体部１０５ｂについても、第２外装ケース１０５ｄに収納される表示素子８０と、鏡筒３８を含む投射レンズ３０とは、右眼用の虚像に対応する像を形成すべく同様の機能を果たす。

メイン回路基板ＭＤは、外部からの情報を含む信号を処理する信号処理基板である。ここで、外部からの情報は、典型的には外部装置からの画像データである。メイン回路基板ＭＤは、外部とのインターフェース機能を有するとともに、左眼用回路基板ＤＬ及び右眼用回路基板ＤＲの表示動作を管理し制御している。このため、図２に示すように、メイン回路基板ＭＤは、ケーブルにより各部と接続されている。

左眼用回路基板ＤＬは、第１像形成本体部１０５ａ中の表示素子８０を駆動する駆動回路基板であり、メイン回路基板ＭＤの制御下で動作する。

同様に、右眼用回路基板ＤＲは、第２像形成本体部１０５ｂ中の表示素子８０を駆動する駆動回路基板であり、メイン回路基板ＭＤの制御下で動作する。

照度センサーＬＳは、既述のように、観察者の眼に入る光量を検知可能とすべく、メイン回路基板ＭＤの制御下で動作する。また、カメラＣＡは、既述のように、カメラ用回路基板ＣＤの制御下で動作する。なお、カメラ用回路基板ＣＤは、メイン回路基板ＭＤの制御下で動作して、カメラＣＡを駆動する。つまり、メイン回路基板ＭＤは、直接的又は間接的に照度センサーＬＳやカメラＣＡの駆動制御を行うとともに、これらから取得される外部の状況に関するデータを反映した画像形成を行うことができる。本実施形態の場合、外光センサーである照度センサーＬＳやカメラＣＡが観察者の眼の位置に近接している。これにより、視線や眼に入る光量等のこれらから取得される情報が、観察者による外部の認識状況を的確に反映したものとなる。したがって、これらの情報を利用することで、メイン回路基板ＭＤ、あるいは、これにつながる外部装置での各種画像処理に際する位置の精度や輝度等を、向上させることができる。

なお、メイン回路基板ＭＤ等の各種回路基板は、絶縁性の樹脂基板の表面や内部に配線を形成したものであり、表面にＩＣや電子素子をマウントした構造を有する。

上記のような各部での動作をすべく、図２に例示するように、カメラ用回路基板ＣＤ等の各回路基板は、メイン回路基板ＭＤや他の回路基板と接続されている。本実施形態では、既述のように、各部と接続するためのケーブルとして、フレキシブル基板を種々の箇所で採用しているが、特に、本実施形態では、上述した各回路基板と外光センサーとの間のケーブルとしてフレキシブル基板を採用している。具体的には、まず、メイン回路基板ＭＤと右眼用回路基板ＤＲとを接続する第１フレキシブル基板として、右眼用フレキシブル基板ＦＢ１が、第１表示装置１００Ａから第２表示装置１００Ｂにかけて延びている。すなわち、右眼用フレキシブル基板ＦＢ１は、第１表示装置１００Ａから第２表示装置１００Ｂにかけて面一で延びる上面である平面ＦＳに沿って延びている。また、メイン回路基板ＭＤと左眼用回路基板ＤＬとを接続する第２フレキシブル基板として、左眼用フレキシブル基板ＦＢ２が設けられている。このほか、メイン回路基板ＭＤと照度センサーＬＳとを接続する照度センサー用フレキシブル基板ＦＢ３が設けられている。なお、本実施形態では、例えば照度センサー用フレキシブル基板ＦＢ３についても第２フレキシブル基板とする。すなわち、以下では、第１表示装置１００Ａから第２表示装置１００Ｂにかけて延びて信号を伝送するフレキシブル基板（右眼用フレキシブル基板ＦＢ１）を第１フレキシブル基板とし、第１フレキシブル基板以外のフレキシブル基板であって、第１フレキシブル基板に重ねて配置されるフレキシブル基板（眼用フレキシブル基板ＦＢ２及び照度センサー用フレキシブル基板ＦＢ３）を第２フレキシブル基板とする。なお、以下では、上記各フレキシブル基板について、例えば右眼用フレキシブル基板ＦＢ１を、単に、フレキシブル基板ＦＢ１等と記載することもあるものとする。

さらに、カメラＣＡとカメラ用回路基板ＣＤとを設けていることに伴って、メイン回路基板ＭＤとカメラ用回路基板ＣＤとを接続するカメラ制御用フレキシブル基板ＦＢ４と、カメラ用回路基板ＣＤとカメラＣＡとを接続するカメラ駆動用フレキシブル基板ＦＢ５とを有している。なお、これらについても第２フレキシブル基板とし、また、単に、フレキシブル基板ＦＢ４等と記載することもあるものとする。

本実施形態では、これら複数のフレキシブル基板ＦＢ１〜ＦＢ５を一部重畳させている。なお、図２に概念的に示す一例では、フレキシブル基板ＦＢ２が、最も下方側（＋Ｙ側）に位置し、その上にフレキシブル基板ＦＢ１が重畳され、その上にフレキシブル基板ＦＢ４が重畳され、フレキシブル基板ＦＢ３及びフレキシブル基板ＦＢ５が、最も上方側（−Ｙ側）に位置している。

なお、フレキシブル基板ＦＢ１〜ＦＢ５の表面には、適宜シールドを施して形成されるシールド部で覆われることで、電磁的に遮蔽される。より具体的には、例えば各シールド部が、フレキシブル基板ＦＢ１〜ＦＢ５のマイナス電位（ＧＮＤ配線）とスルーホールで接続されていることで、ケーブル１０９を介して外部装置に接続され、グランドされる。以上のようにしてシールドされることで、フレキシブル基板内の信号線等は、フレキシブル基板の外部からのノイズによる影響を避けることができる。

フレキシブル基板ＦＢ１〜ＦＢ５のうち、第１フレキシブル基板である右眼用フレキシブル基板ＦＢ１と、第２フレキシブル基板である左眼用フレキシブル基板ＦＢ２とは、画像データの伝送を担う。このため、例えば高画質な動画画像のデータ送信を可能とすべく、右眼用フレキシブル基板ＦＢ１及び左眼用フレキシブル基板ＦＢ２は、高速信号線を含むものとなっている。ここで、上記のように、高速信号線を採用する場合、特に、外部から受けるノイズの対策が、重要となる。これに対して、本実施形態では、上記のように、必要に応じてシールドされた状態となるように構成している。

なお、照度センサー用フレキシブル基板ＦＢ３については、同様に、高速信号線とすることも考えられるが、必ずしも高速信号線を採用することを要せず、ここでは、高速信号線を含まないものとする。

右眼用フレキシブル基板ＦＢ１は、既述のように、第１表示装置１００Ａから第２表示装置１００Ｂにかけて延びて、第２表示装置１００Ｂに向けて各種信号等を伝送する。すなわち、右眼用フレキシブル基板ＦＢ１を介して、メイン回路基板ＭＤから右眼用回路基板ＤＲに向けて、右眼用の画像データが出力される。また、右眼用フレキシブル基板ＦＢ１は、第２表示装置１００Ｂの各部を駆動させるための電力供給用ケーブルとしても機能する。

左眼用フレキシブル基板ＦＢ２は、第１表示装置１００Ａに向けて各種信号等を伝送する。すなわち、左眼用フレキシブル基板ＦＢ２を介して、メイン回路基板ＭＤから左眼用回路基板ＤＬに向けて、左眼用の画像データが出力される。また、左眼用フレキシブル基板ＦＢ２は、第１表示装置１００Ａの各部を駆動させるための電力供給用ケーブルとしても機能する。

なお、カメラ制御用フレキシブル基板ＦＢ４及びカメラ駆動用フレキシブル基板ＦＢ５は、画像データの伝送ケーブルとして機能するほか、カメラＣＡやカメラ用回路基板ＣＤを駆動させるための電力供給用ケーブルとしても機能する。なお、フレキシブル基板ＦＢ４，ＦＢ５も、高速信号線を含むものとなっている。

以上のように、本実施形態では、ケーブルとして高速信号線を含む複数のフレキシブル基板を採用し、さらに、これらを重畳させることで、大容量のデータ送信を可能としつつ、薄型で省スペースな構成となる配線を可能にしている。

以下、図３及び図４を参照して、カメラＣＡの配置や組付けについて一例を説明する。図３は、装着型表示装置１００に設けたカメラＣＡについて一例を説明するための斜視図であり、図４は、図３に示すカメラＣＡについて内部構造を説明するための側断面図である。なお、図３のうち、上欄に示す状態ψ１と下欄に示す状態ψ２とは、図１に例示したカメラＣＡについて互いに異なる角度（視点）から一部拡大して示した斜視図であり、図４は、図１におけるＣＣ矢視断面図である。

既述のように、カメラＣＡは、観察者の視線に応じた外界像を撮像する（捉える）ための外光センサーであり、図示のように、装着型表示装置１００を構成する第１表示装置１００Ａと第２表示装置１００Ｂとの中央位置にあるカバー部材ＦＣから延長して形成されている。すなわち、カメラＣＡは、第１表示装置１００Ａと第２表示装置１００Ｂとを接合するブリッジ部である中央部材５０のある箇所に設けられている。これにより、カメラＣＡは、装着型表示装置１００のサイド（脇）に配置した場合に比べて、より正確に観察者の視線にあった外界像を捉えることができる。さらに、図示のように、また、既述のように、カメラＣＡは、カメラカバー部材ＣＣに取り付けられる構造となっている。

カメラＣＡは、気密あるいは液密な状態に維持すべく、図示のように、筐体状のカメラホルダーＣＡｈに収納されている。さらに、密閉用のシート部材ＣＡｓをカメラホルダーＣＡｈとカメラカバー部材ＣＣとの間に挟んだ状態で、カメラホルダーＣＡｈがカメラカバー部材ＣＣに対してネジ締め部ＮＣによりネジ締め固定されることで、カメラＣＡがカメラホルダーＣＡｈ内で密閉された状態となっている。以上のように、カメラＣＡは、カバー部材ＦＣを延長して設けた部材を含む各部で構成された防水構造部ＷＰＣによって収納されている。なお、カメラＣＡ及びフレキシブル基板ＦＢ５は、導光装置２０の表面との間にＺ方向に関してクリアランス（間隙）ＣＬ１を設けた状態を維持して、カメラカバー部材ＣＣ延いてはカバー部材ＦＣに取り付けられている。

また、以上の場合、外光センサーであるカメラＣＡは、カバー部材ＦＣに沿って延びて信号を伝送するフレキシブル基板ＦＢ５に取り付けられ、かつ、フレキシブル基板ＦＢ５により吊るされた状態となっている。これにより、カメラＣＡを、他の部材への影響を回避しつつ確実に所望の位置に取り付けた状態とすることができる。

以下、図５等を参照して、照度センサーＬＳの配置や組付けについて一例を説明する。図５は、図１の一部拡大図であり、装着型表示装置１００に設けた照度センサーＬＳについて一例を説明するための正面図である。また、図６は、図５のＢＢ矢視断面図であり、装着型表示装置１００のうち照度センサーＬＳを含む部分について拡大した側断面図である。

既述のように、照度センサーＬＳは、環境光強度の測定を行う外光センサーであり、図１に例示するように、装着型表示装置１００を構成する第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂのうち、第１表示装置１００Ａに設けられている。より具体的には、照度センサーＬＳは、第１表示装置１００Ａの導光部材１０ａにおける表面であって観察者の眼に対向する面のうち、前面側すなわち＋Ｚ側において、観察者の視界を妨げにくい隅の領域に設けられている。つまり、照度センサーＬＳは、導光部材１０ａを構成する表面のうち前面側にあり、＋Ｚ方向に関する配置が、装着時における観察者の眼の位置、導光部材１０ａ、照度センサーＬＳの順で並ぶ態様となっており、かつ、照度センサーＬＳは、導光部材１０ａにおける画像光の射出領域よりも画像光の光源側に離間した位置にある。さらに以上を言い換えると、装着時における観察者の眼の位置に対して、第１表示装置１００Ａを構成する導光部材１０ａよりも遠い位置であって、視界の邪魔にならない位置にある。また、上記のうち、導光部材１０ａの導光面に対する照度センサーＬＳの配置すなわちＸＹ面の面内での配置に関してさらに言及すると、照度センサーＬＳは、導光部材１０ａのうち外装ケース１０５ｄ（図１参照）に収納される部分と外装ケース１０５ｄから露出した部分との境界付近において、導光部材１０ａに重なる場所に配置されている。つまり、導光部材１０ａにおける外光の通過領域のうち外装ケース１０５ｄに近い光源側に位置しており、導光部材１０ａにおける画像光の射出領域からは離間している。図示の例では、照度センサーＬＳは、観察者にとっての左側（−Ｘ側）かつ上方側（−Ｙ側）に位置している。この領域は、図７を参照して後述するように、画像光の伝搬において光路上の領域となり得る領域である。このため、本実施形態では、画像光の伝搬を妨げないようにするため、照度センサーＬＳ及びこれに接続されるフレキシブル基板ＦＢ３を、図６に示すように、導光部材１０ａの表面に対して離間した状態に維持する構造としている。

具体的に説明すると、まず、既述のように、また、図５及び図６に示すように、照度センサーＬＳは、カバー部材ＦＣから延長して形成される照度センサーカバー部材ＳＣに取り付けられる構造となっている。さらに、図６に示すように、照度センサーＬＳは、照度センサーカバー部材ＳＣに設けた凹部ＲＥに埋め込まれている。また、照度センサーＬＳに接続するフレキシブル基板ＦＢ３は、例えばカバー部材ＦＣのうち凹部ＲＥ周辺の平面部と接着固定されている。以上により、照度センサーＬＳ及びフレキシブル基板ＦＢ３は、導光部材１０ａの表面との間にＺ方向に関してクリアランス（間隙）ＣＬ１を設けた状態を維持して、照度センサーカバー部材ＳＣ延いてはカバー部材ＦＣに取り付けられている。以上のように、本実施形態の装着型表示装置１００には、外光センサーである照度センサーＬＳと表示装置１００Ｘの眼前部分ＦＰとの間に間隙（クリアランス）ＣＬ１がある。これにより、画像光の導光を行う眼前部分ＦＰに照度センサーＬＳを設けても、照度センサーＬＳが画像光の導光に影響することの無いようにしている。

以上のように、照度センサーＬＳやカメラＣＡを、導光部材１０ａを含む導光装置２０の周辺に配置した場合において、仮に、照度センサーＬＳやカメラＣＡ、あるいはこれらを構成する部品等が、導光部材１０ａに接触してしまうと、導光部材１０ａでの全反射による画像光の導光を阻害してしまう、すなわち、画像品質を落とすことになってしまう。その一方で、特に導光部材１０ａを利用してシースルーを実現する場合においては、外光、外景の的確な検知のためには、画像光の導光面と同じ面に照度センサーＬＳやカメラＣＡを設置する必要がある。かかる事項を考慮して、本実施形態では、上記のように、照度センサーＬＳやカメラＣＡについて、導光装置２０の導光面に沿って配置させつつ、導光装置２０とのクリアランス（間隙）ＣＬ１を設けた状態を維持している。

また、以上の場合、照度センサーＬＳは、カバー部材ＦＣを延長して設けた部材を含む各部で構成された防水構造部ＷＰＡによって収納されている。

なお、上記のように、照度センサーＬＳを、観察者の眼の位置に対して導光部材１０ａよりも遠い位置に設置することで、例えば観察者が眼鏡の着用を要する等の場合にスペースを確保しやすくなる。また、以上のように、照度センサーＬＳが、第１表示装置１００Ａすなわち表示装置１００Ｘにおける外光の透過領域のうち画像光の射出領域よりも画像光の光源側に離間した位置にあることで、照度センサーＬＳによる観察者の視認性への影響を低減あるいは回避できる。

また、以上の場合、外光センサーである照度センサーＬＳは、カバー部材ＦＣに沿って延びて信号を伝送するフレキシブル基板ＦＢ３に取り付けられ、かつ、フレキシブル基板ＦＢ３により吊るされた状態となっている。これにより、照度センサーＬＳを、他の部材への影響を回避しつつ確実に所望の位置に取り付けた状態とすることができる。

以下、装着型表示装置１００による画像の表示すなわち虚像の形成に関して説明する。図７は、第１表示装置１００Ａの一部を示す図であり、特に第１虚像形成光学部１０１ａの光学的構造を説明するものとなっている。装着型表示装置１００は、図１等を参照して説明したように、第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂで構成されるが、第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂとは、左右対称で同等の構造を有するため、第１表示装置１００Ａについてのみ説明し、第１表示装置１００Ａについては説明を省略する。

以下、図７を参照して、画像光ＧＬの光路について概要を説明する。導光部材１０ａは、投射レンズ３０から射出された画像光ＧＬを、第１〜第５面Ｓ１１〜Ｓ１５での反射等により観察者の眼に向けて導光する。具体的には、投射レンズ３０からの画像光ＧＬは、まず光入射部２０ａに形成されている第４面Ｓ１４の部分に入射して反射膜ＲＭの内面である第５面Ｓ１５で反射され、第４面Ｓ１４に内側から再度入射して全反射され、第３面Ｓ１３に入射して全反射され、第１面Ｓ１１に入射して全反射される。第１面Ｓ１１で全反射された画像光ＧＬは、第２面Ｓ１２に入射し、第２面Ｓ１２に設けたハーフミラー１５を部分的に透過しつつも部分的に反射されて光射出部２０ｂに形成されている第１面Ｓ１１の部分に再度入射して通過する。第１面Ｓ１１を通過した画像光ＧＬは、観察者の眼が配置される射出瞳ＥＰに略平行光束として入射する。つまり、観察者は、虚像としての画像光により画像を観察することになる。

次に、外界像に関する事項の説明の前段として、光透過部５０ａについて説明する。光透過部５０ａは、既述のように導光部材１０と一体的に固定され、導光部材１０ａの透視機能を補助する部材である。光透過部５０ａは、光学的な機能を有する側面として、第１透過面Ｓ５１と、第２透過面Ｓ５２と、第３透過面Ｓ５３とを有する。第２透過面Ｓ５２は、第１透過面Ｓ５１と第３透過面Ｓ５３との間に配置されている。第１透過面Ｓ５１は、導光部材１０の第１面Ｓ１１を延長した面上にあり、第２透過面Ｓ５２は、第２面Ｓ１２に対して接合され一体化されている曲面であり、第３透過面Ｓ５３は、導光部材１０の第３面Ｓ１３を延長した面上にある。

第１虚像形成光学部１０１ａは、導光部材１０ａにより観察者に画像光を視認させるとともに、導光部材１０ａと光透過部５０ａとの組み合わせた状態で、観察者に歪みの少ない外界像を観察させるものとなっている。この際、第３面Ｓ１３と第１面Ｓ１１とが互いに略平行な平面（視度略０）となっていることで、外界光（外光）ＯＬについて、収差等をほとんど生じさせない。また、第３透過面Ｓ５３と第１透過面Ｓ５１とが互いに略平行な平面となっている。さらに、第３透過面Ｓ５３と第１面Ｓ１１とが互いに略平行な平面となっていることで、収差等をほとんど生じない。以上により、観察者は、光透過部５０ａ越しに歪みのない外界像を観察することになる。

以下、図８を参照して、装着型表示装置１００における調光シェードＳＨの取付について説明する。図８は、調光シェードＳＨを取り付けた装着型表示装置１００の一例を説明するための正面図である。見方を変えると、図１は、調光シェードＳＨを取り外した状態を示しており、この状態から調光シェードＳＨを取り付けると、装着型表示装置１００は、図８のようになる。すなわち、調光シェードＳＨは、装着型表示装置１００に対して着脱可能となっている。なお、図８に示すように、調光シェードＳＨは、表示装置１００Ｘの眼前部分ＦＰである透視型導光ユニット１００Ｃのうち、装着時における観察者の眼の位置に対して遠い側（＋Ｚ側）の位置において装着可能となっている。調光シェードＳＨは、透視型導光ユニット１００Ｃを透過する外光を調光する部材であり、例えば樹脂製のものや電子的に駆動して遮光率を調整するもの等、種々の態様のものが適用できる。

また、本実施形態の場合、調光シェードＳＨが、表示装置１００Ｘの眼前部分ＦＰを覆うため、外光センサーである照度センサーＬＳは、調光シェードＳＨの取付時において、調光シェードＳＨを通過した外光を受光する位置にあるものとなる。すなわち、照度センサーＬＳは、外光を受ける量が調光シェードＳＨの有無に伴って変化する態様となっている。あるいは、照度センサーＬＳは、調光シェードＳＨの存在を反映した受光をしているとも言える。

以下、図９及び図１０を参照して、照度センサーＬＳの配置や組付けについて、一変形例を説明する。図９のうち、状態ε１は、装着型表示装置１００のうち照度センサーＬＳを設けた部分について示す正面図であり、状態ε２は、平面図である。また、図１０は、図９の照度センサーＬＳについて、異なる視点あるいは角度から示した斜視図である。

図示の一変形例では、先の一例と異なり、第１表示装置１００Ａの導光部材１０ａにおける表面であって観察者の眼に対向する面のうち、後面側すなわち−Ｚ側において、観察者の視界を妨げにくい隅の領域に設けられている。つまり、照度センサーＬＳは、導光部材１０ａを構成する表面のうち後面側にあり、＋Ｚ方向に関する配置が、装着時における観察者の眼の位置、照度センサーＬＳ、導光部材１０ａ、の順で並ぶ態様となっており、かつ、照度センサーＬＳは、導光部材１０ａにおける画像光の射出領域よりも画像光の光源側に離間した位置にある。さらに以上を言い換えると、照度センサーＬＳは、装着時における観察者の眼の位置と導光部材１０ａとの間とする、すなわち第１表示装置１００Ａを構成する導光部材１０ａよりも近い位置であって、視界の邪魔にならない位置にある。図示の例では、照度センサーＬＳは、観察者にとっての左側（−Ｘ側）かつ上方側（−Ｙ側）に位置している。この領域も、図７を参照して示した画像光ＧＬの伝搬において光路上の領域となり得る領域である。したがって、この場合も、先の一例と同様に、照度センサーＬＳ及びフレキシブル基板ＦＢ３が、導光部材１０ａの表面との間にクリアランス（間隙）を設けた状態を維持するような構造としている。

なお、上記のように、照度センサーＬＳを、観察者の眼の位置に対して導光部材１０ａよりも近い位置に設置することで、例えば照度センサーＬＳの外側（＋Ｚ側）への出っ張りを抑えて、装置の大型化を抑制できる。

以上のように、本実施形態に係る装着型表示装置１００では、画像光ＧＬを射出して画像を表示する表示装置１００Ｘと、外光を感知する外光センサーである照度センサーＬＳあるいはカメラＣＡとを備え、例えば照度センサーＬＳは、画像光ＧＬの射出方向について、表示装置の眼前部分ＦＰを形成する透視型導光ユニット１００Ｃと重なる位置にある。

以上の場合、外光センサーである照度センサーＬＳやカメラＣＡを、表示装置１００Ｘからの画像光ＧＬの射出方向について、表示装置１００Ｘの眼前部分ＦＰと重なる位置に設けていることで、照度センサーＬＳやカメラＣＡにおける外光の感知方向を、観察者の視線方向に対応させ観察者の視認状態を反映したものとし、かつ、観察者の眼の位置に近い箇所にある状態に維持できる。したがって、例えば観察者の眼に入る外光の量や、観察者が視認する外界像等について、照度センサーＬＳやカメラＣＡを装置のサイド（脇）に配置した場合に比べて、より正確に捉えることができる。

〔変形例及びその他の事項〕
以上で説明した各実施形態では、表示素子８０が有機ＥＬの表示パネルやＬＣＤ用のパネルであるとしたが、表示素子８０は、ＬＥＤアレイ、レーザーアレイ、量子ドット発光型素子等に代表される自発光型の表示素子であってもよい。さらに、表示素子８０は、レーザー光源とスキャナーとを組みあわせたレーザスキャナーを用いたディスプレイであってもよい。なお、ＬＣＤパネルに代えてＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）技術を用いることもできる。

また、例えば図２のメイン回路基板ＭＤ、左眼用回路基板ＤＬ、右眼用回路基板ＤＲや、カメラ用回路基板ＣＤは、演算素子、変換素子等の半導体素子によって構成される。具体的には、メイン回路基板ＭＤは、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の回路をいずれか１つ以上含むものによって構成することができる。

また、外装ケース１０５ｄは、マグネシウム合金に限らず、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成することができる。

また、カメラＣＡについては、通常の撮影を行うためのカメラのほか、赤外光等を捉えるカメラや温度検知のためのカメラ等、目的に応じて、種々のものが適用できる。また、これらの目的に応じて、カメラＣＡさらにはカメラ用回路基板ＣＤが取り換え可能であってもよい。

以上では、装着型表示装置１００が、シースルー型のヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）あるとして説明したが、装着型表示装置１００は、外界像のシースルー視ができないものであってもよく、外界像を遮断して虚像のみを観察する光学系とすることができる。

以上のように、一態様における装着型表示装置は、画像光を射出して画像を表示する表示装置と、外光を感知する外光センサーとを備え、外光センサーは、画像光の射出方向について、表示装置の眼前部分と重なる位置にある。

上記装着型表示装置では、外光センサーを、表示装置からの画像光の射出方向について、表示装置の眼前部分と重なる位置に設けていることで、外光センサーにおける外光の感知方向を、観察者の視線方向に対応させ、かつ、観察者の眼の位置に近い箇所にある状態に維持できる。したがって、例えば観察者の眼に入る外光の量や、観察者が視認する外界像等について、外光センサーを装置のサイド（脇）に配置した場合に比べて、より正確に捉えることができる。

具体的な側面において、外光センサーと表示装置の眼前部分との間に間隙がある。この場合、画像光の導光を行う眼前部分に外光センサーを設けても、当該間隙があることで、外光センサーが表示装置による画像光の導光に影響することの無いようにしている。

別の側面において、表示装置の眼前部分は、装着時において観察者の眼前を透視可能に覆う部分である。この場合、シースルーを確保しつつ、例えば外光センサーに基づいて位置精度がより高い画像を付与したＡＲ（拡張現実）を実現できる。

さらに別の側面において、外光センサーは、外光の透過領域のうち画像光の射出領域よりも画像光の光源側に離間した位置にある。この場合、外光センサーによる観察者の視認性への影響を低減あるいは回避できる。

さらに別の側面において、表示装置の眼前部分において着脱可能であり、透過する外光を調光する調光シェードをさらに備え、外光センサーは、調光シェードの取付時において調光シェードを通過した外光を受光する位置にある。この場合、調光シェードにより外光を調光可能としつつ、外光センサーにおいて外光を受ける量を、調光シェードの有無に伴って変化する態様にできる。

さらに別の側面において、表示装置の眼前部分は、画像光を導光する導光部材で構成される。この場合、表示装置において、導光部材により画像光を導光させつつ、外光センサーにより外光の感知を行うことができる。

さらに別の側面において、外光センサーは、導光部材を構成する表面のうち前面側にある。この場合、例えば装置の内側において眼鏡用のスペースを確保しやすくなる。

さらに別の側面において、外光センサーは、導光部材を構成する表面のうち後面側にある。この場合、装置の大型化を抑制できる。

さらに別の側面において、外光センサーは、環境光強度の測定を行う照度センサー又は外界像を撮像する撮像カメラである。この場合、外部環境に応じた画像提供が可能になる。

さらに別の側面において、外光センサーは、信号を伝送するフレキシブル基板に取り付けられ、フレキシブル基板により吊るされている。この場合、他の部材への影響を回避しつつ確実に所望の位置に外光センサーを取り付けた状態にできる。

さらに別の側面において、フレキシブル基板を収納するカバー部材をさらに備え、外光センサーは、カバー部材を延長して設けた防水構造部に収納されている。この場合、外光センサーの確実な保護を図ることができる。

さらに別の側面において、表示装置は、左右の眼に対応して画像を表示する第１表示装置及び第２表示装置を有し、外光センサーは、第１表示装置と第２表示装置とを接合するブリッジ部に設けられている。この場合、外光センサーを装置のサイド（脇）に配置した場合に比べて、より正確に捉えることができる。

１０，１０ａ，１０ｂ…導光部材、１５…ハーフミラー、２０…導光装置、２０ａ…光入射部、２０ｂ…光射出部、３０…投射レンズ、３８…鏡筒、５０…中央部材（ブリッジ部）、５０ａ，５０ｂ…光透過部、８０…表示素子、１００…装着型表示装置、１００Ｃ…透視型導光ユニット、１００Ｘ…表示装置、１０１ａ，１０１ｂ…虚像形成光学部、１０４…テンプル、１０５ｄ…外装ケース、１０９…ケーブル、ＣＡ…カメラ、ＣＡｈ…カメラホルダー、ＣＡｓ…シート部材、ＣＣ…カメラカバー部材、ＣＤ…カメラ用回路基板、ＣＬ１…間隙（クリアランス）、ＤＬ…左眼用回路基板、ＤＲ…右眼用回路基板、ＥＰ…射出瞳、ＦＢ１〜ＦＢ５…フレキシブル基板、ＦＣ…カバー部材、ＦＰ…眼前部分、ＦＳ…平面、ＧＬ…画像光、ＬＳ…照度センサー、ＭＤ…メイン回路基板、ＮＣ…ネジ締め部、ＮＰ…ノーズパッド、ＯＬ…外界光、ＲＥ…凹部、ＲＭ…反射膜、ＳＣ…照度センサーカバー部材、ＳＨ…調光シェード、ＴＰ…取付具、ＷＰＡ，ＷＰＣ…防水構造部、ε１，ε２，ψ１，ψ２…状態

Claims (12)

1. 画像光を射出して画像を表示する表示装置と、
   外光を感知する外光センサーと
   を備え、
   前記外光センサーは、前記画像光の射出方向について、前記表示装置の眼前部分と重なる位置にある、装着型表示装置。
2. 前記外光センサーと前記表示装置の眼前部分との間に間隙がある、請求項１に記載の装着型表示装置。
3. 前記表示装置の眼前部分は、装着時において観察者の眼前を透視可能に覆う部分である、請求項１及び２のいずれか一項に記載の装着型表示装置。
4. 前記外光センサーは、前記外光の透過領域のうち前記画像光の射出領域よりも前記画像光の光源側に離間した位置にある、請求項３に記載の装着型表示装置。
5. 前記表示装置の眼前部分において着脱可能であり、透過する前記外光を調光する調光シェードをさらに備え、
   前記外光センサーは、前記調光シェードの取付時において前記調光シェードを通過した前記外光を受光する位置にある、請求項３及び４のいずれか一項に記載の装着型表示装置。
6. 前記表示装置の眼前部分は、前記画像光を導光する導光部材で構成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装着型表示装置。
7. 前記外光センサーは、前記導光部材を構成する表面のうち前面側にある、請求項６に記載の装着型表示装置。
8. 前記外光センサーは、前記導光部材を構成する表面のうち後面側にある、請求項６に記載の装着型表示装置。
9. 前記外光センサーは、環境光強度の測定を行う照度センサー又は外界像を撮像する撮像カメラである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装着型表示装置。
10. 前記外光センサーは、信号を伝送するフレキシブル基板に取り付けられ、前記フレキシブル基板により吊るされている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装着型表示装置。
11. 前記フレキシブル基板を収納するカバー部材をさらに備え、
    前記外光センサーは、前記カバー部材を延長して設けた防水構造部に収納されている、請求項１０に記載の装着型表示装置。
12. 前記表示装置は、左右の眼に対応して画像を表示する第１表示装置及び第２表示装置を有し、
    前記外光センサーは、前記第１表示装置と前記第２表示装置とを接合するブリッジ部に設けられている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装着型表示装置。

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