JP3124882U - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】視線をずらしたり、表示装置の装着位置を多少ずらしても、虚像を視認すことが可能であり、かつ、観察者の眼の疲労を軽減する表示装置を実現する。
【解決手段】表示器１と、前記画像表示光を虚像として観察者の眼に導く光学系２と、アパーチャ付きコンタクトレンズ３によって表示装置を構成する。第１光路変更面２１ａに入射光を発散させる凸曲面形状をもたせ、第２光路変更面２２ａに入射光を収束させる凹曲面形状をもたせて光学系２の出射光束サイズを十分大きくするとともに、アパーチャ付きコンタクトレンズ３の光束透過部Ａの径を瞳孔の径より小さくする。光学系２の出射光束のサイズが大きいため、虚像の視認性は高く確保される。また、眼への入射光束が瞳孔径未満に制限されるため、観察者の眼の疲労が軽減される。
【選択図】 図１

Description

本考案は、腰のベルトや装身具等を介して身体に纏うウェアラブルコンピュータや、ナップサックやポケットに入れて携帯できる携帯電話器等の通信機器等、卓上以外の環境でも利用可能な情報機器のためのモニタに適した表示装置に関する。

身体に纏う形態の情報機器用の表示装置としては、頭部に装着する形態が主流である。図３に示す第１従来例の表示装置は、ケーシング（図示省略）により覆われる画像表示光出射機構１００と接眼光学系２００とを備え、観察者の頭部や腕等の身体や、身体に装着されるヘルメットや眼鏡等に、ヘッドセット、ベルト、バンド、クリップ等を介して装着されたり、携帯電話や腕時計等の各種携帯機器に装着されたり、手に持った状態で使用される。画像表示光出射機構１００は、光源１１０と、光源１１０の光Ｌ′によって照明される反射型液晶などの表示器１２０と、ビームスプリット機能を有する光学素子１３０によって構成され、画像表示光Ｌを出射する。接眼光学系２００は、観察者の眼Ｅの前方に配置される第１光学素子２１０と、この第１光学素子２１０の前方に空間を介して配置される第２光学素子２２０によって構成される。

画像表示光Ｌ、第１光学素子２１０における第２光学素子２２０との対向面である第１光路変更面２１０ａにおいて、第２光学素子２２０における第１光学素子２１０との対向面である第２光路変更面２２０ａに向かうように光路変更された後に、第２光路変更面２２０ａにおいて第１光路変更面２１０ａに向かうように光路変更される。しかる後に画像表示光Ｌが第１光学素子２１０を透過するように、その第１光学素子２１０は、入射光の一部を光路変更すると共に一部を透過させるビームスプリット機能を有する。これによって観測者は、観察対象の虚像を視認できると共に、第２光学素子２２０を透過する光により前方実在物も視認できる。この第１従来例の表示装置は、小型軽量、広視野、シースルー機能を持つ表示装置であり、接眼光学系２００からの出射光束のサイズが十分大きく、視線をずらせたり、表示装置の装着位置が多少ずれても、観測者は虚像を視認できる利点を有する（特許文献１参照）。

図４に示す第２従来例は光源１０と、映像板２０と、接眼レンズ３０とを含む。光源１０は、複数の点光源の集合からなり、図４では、例えば、縦方向に３つの点光源が並置されている。光源１０から出た光４０は、光軸９０の周囲に広がりながら映像板２０に入射する。映像板２０には、例えば液晶パネルやフィルム板が用いられる。映像板２０を透過した光４０は、接眼レンズ３０で集光されて観察者の眼球５０に入射する。眼球５０に入射した光４０は、瞳孔８０から水晶体６０を介して網膜７０上で結像する。これにより、観察者は、映像板２０の上に表示された映像を視覚を通して認識する。また、映像板２０の映像を見ている状態から、観察者が僅かに眼球５０を動かすだけで、光４０の一部又は全体が瞳孔８０を通過しなくなる。

このため、眼球５０の位置を動かすだけで、容易に外界の様子を観察することができる。接眼レンズ３０を通った光４０の光束が、瞳孔８０と略同一の大きさに収束されて瞳孔を通るように、光源１０の大きさ、接眼レンズ３０の焦点距離、光源１０と接眼レンズ３０との距離、および接眼レンズ３０と瞳孔８０との距離が調整されている。また、光４０は光軸９０の周囲に略均等に広がり、瞳孔８０を通過する際の光４０の光束は、光軸９０に略垂直な方向において、瞳孔８０と略同一の直径の略円形断面を有する。第２従来例に示す画像表示装置では、水晶体６０で光４０が一点に収束しないため、長時間使用における眼球５０の負担が軽減される（特許文献２参照）。
特開２００１−１８８１９４号公報 特開２００２−３６５５８６号公報

上述の第１実施例は、光学系からの出射光束サイズが十分大きく、観測者の視線の移動や表示装置の移動によって虚像が視界から消える危険は小さい利点を持っているが、光学系の出射光束のサイズが観測者の瞳孔のサイズより大きいため、観測者が眼の焦点調節を行って、光学系からの出射光を網膜上に結像させなくてはならない。このため長時間の使用によって眼が疲労する問題がある。

一方、第２従来例は、眼への入射光束のサイズを瞳孔のサイズと同等にして、眼への負担を軽減させているが、光学系の出射光束のサイズ自体が小さいため、視線のわずかな移動や、表示装置の装着位置のわずかな移動によって、光学系の出射光束が眼の瞳孔から外れて、虚像の視認が不可能となる問題がある。

本考案は、観測者の視線のずれや、表示装置の装着位置の多少のずれが生じた場合においても、虚像の視認性が確保され、かつ、観測者の眼の疲労を軽減すことが可能な表示装置を提供することを目的としており、画像表示光を出射する表示器と、前記画像表示光を虚像として観察者の眼に導く光学系と、前記眼への入射光束サイズを瞳孔の径より小さいサイズに制限する機能を有するアパーチャ付きコンタクトレンズにより構成されることを特徴としている。より具体的には、前記アパーチャ付きコンタクトレンズにおいて、光束を透過させるアパーチャの径を瞳孔の径より小さくすることによって、眼への入射光束サイズを瞳孔の径より小さいサイズに制限する機能を実現する。

また、本考案の目的は、前記アパーチャ付きコンタクトレンズのアパーチャを透明かつ光学的な度を持たない形状・材質の物質で充填し、その周辺を不透明物質で構成することによっても実現可能である。さらに、近視あるいは遠視等の観測者のために、アパーチャを光学的な度を有する材質・形状の物質で充填して視力補正効果を持たせることも可能である。

観測者が視線をずらしたり、表示装置の装着位置にずれが生じた場合でも、虚像は正しく認識される。また、表示装置を長時間使用しても、観測者の眼の疲労は最小限に抑えられる。

本考案の表示装置は、観察者のヘルメットや眼鏡等に装着される表示器と光学系と、観測者の一方の眼球に装着されるアパーチャ付きコンタクトレンズによって構成される。

図１および図２に本考案の１実施例を示す。表示器１としては液晶パネルやフィルム版などが利用される。表示器１と光学系２は、図１では省略されているケーシングに覆われて、ヘルメットあるいは眼鏡等に付属して観測者の頭部に装着される。一方アパーチャ付きコンタクトレンズ３は、観測者の一方の眼に、市販の一般的なコンタクトレンズと同様な方法で装着される。

光学系２は、観測者の眼の前方に配置される第１光学素子２１と、この第１光学素子２１の前方に空間を介して配置される第２光学素子２２とを有する。また、その第１光学素子２１と第２光学素子２２とは、それぞれハーフミラーやホログラム素子により構成されるコンバイナとされ、これにより、入射光の一部を光路変更すると共に一部を透過させるビームスプリット機能を有する。

その第１光学素子２１における第２光学素子２２との対向面は第１光路変更面２１ａとされ、その第２光学素子２２における第１光学素子２１との対向面は第２光路変更面２２ａとされている。両光路変更面２１ａ、２２ａの間が上記空間とされる。各光路変更面２１ａ、２２ａへの入射光は、各光学素子２１、２２がハーフミラーにより構成される時は反射により光路変更され、ホログラム素子により構成される時は回折により光路変更される。また、本実施例においては、第１光路変更面２１ａが入射光を発散させる凸曲面形状を有し、第２光路変更面２２ａが入射光を収束させる凹曲面形状を有する。

表示器１から出射された画像表示光は、第１光路変更面２１ａにおいて第２光路変更面２２ａに向かうように光路変更された後に第２光路変更面２２ａにおいて第１光路変更面２１ａに向かうように、両光路変更面２１ａ、２２ａの相対位置が定められている。その第１光学素子２１は上記のように入射光の一部を光路変更すると共に一部を透過させるビームスプリット機能を有することから、その第１、第２光路変更面２１ａ、２２ａにおいて光路変更された画像表示光は第１光学素子２１を透過する。

観察者の眼球上に配置されたアパーチャ付きコンタクトレンズ３の形状を図２に示す。図２（ａ）はアパーチャ付きコンタクトレンズ３の正面図であり、図２（ｂ）はその断面図である。図２に示すように、アパーチャ付きコンタクトレンズ３は、中心に光束通過部Ａと、その周囲に光束遮蔽部Ｂを有する。光束透過部Ａの径を瞳孔４の径より小さくすることが望ましいが、瞳孔４の径は入射する光の明るさによって、２ｍｍ〜７ｍｍの間で変化するため、光束透過部Ａの径は最小０．０１ｍｍから、最大７ｍｍ未満の間で選択される。なお光束遮蔽部の外径は瞳孔径以上とする。

第１光学素子２１を透過した画像表示光がアパーチャ付きコンタクトレンズ３に導かれ、画像表示光の一部が光束通過部Ａを通過し、瞳孔４を介して網膜５に達する。これによって観察対象の虚像が視認される。また、第２光学素子２２は、上記のように入射光の一部を光路変更すると共に一部を透過させるビームスプリット機能を有することから、光学系２の前方からの光が第１、第２光学素子２１、２２を透過することで観察者は前方実在物を視認できる。

上記の構成の表示装置は、光学系の出射光束のサイズが大きいため、視線のずれや表示装置の装着位置のずれがある場合でも、虚像の視認性は高く確保される。しかもアパーチャ付きコンタクトレンズ３の使用によって眼への入射光束が瞳孔径未満に制限されるため、眼の焦点距離調整の負荷が軽減されて、観察者の眼の疲労が軽減される。

本考案の第１の変形実施例として、アパーチャ付きコンタクトレンズ３の光束透過部Ａを開孔にするのではなく、光束透過部Ａを透明かつ光学的度を持たない形状・材質で形成する例が挙げられる。また、さらに第２の変形実施例として、光束透過部Ａを、観察者の視力に合わせて、光学的な度を持たせた視力矯正機能を持たせる例も挙げられる。

また、第３の変形実施例として、光束透過部Ａの形状は丸型に限らず、瞳孔径未満の大きさの４角形や８角形など、自由な形状にしてもよい。さらに第４の変形実施例として、ヘッドセット、ヘルメット、眼鏡などで直接頭部に装着する以外に、手で持って使用したり、携帯電話、腕時計等の各種携帯端末に組み込むことも可能である。

本考案は、腰のベルトや装身具等を介して身体に纏うウェアラブルコンピュータや、ナップサックやポケットに入れて携帯できる携帯電話器等の通信機器のような、卓上以外の環境でも利用可能な情報機器のためのモニタに適した表示装置に関する。

本考案に係る表示装置の構成図である。 アパーチャ付きコンタクトレンズの概観図である。 第１従来例の表示装置の構成図である。 第２従来例の表示装置の構成図である。

符号の説明

１、１２０ 表示器
２ 光学系
３ アパーチャ付きコンタクトレンズ
４、８０ 瞳孔
５ 網膜
１０、１１０ 光源
２０ 映像板
２１、２１０ 第１光学素子
２１ａ、２１０ａ 第１光路変更面
２２、２２０ 第２光学素子
２２ａ、２２０ａ 第２光路変更面
３０ 接眼レンズ
４０ 光
５０ 眼球
６０ 水晶体
７０ 網膜
９０ 光軸
１００ 画像表示光出射機構
１１０ 光源
１３０ 光学素子
２００ 接眼光学系

Claims (1)

1. 画像表示光を出射する表示器と、前記画像表示光を虚像として観察者の眼に導く光学系と、前記眼への入射光束サイズを瞳孔の径より小さいサイズに制限する機能を有するアパーチャ付きコンタクトレンズにより構成される表示装置。

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