JP3300057B2 - 眼幅調節可能な両眼観察用ディスプレイ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、眼幅調節可能な両眼観
察用のディスプレイ装置に関し、特に、眼幅調節可能な
頭部装着式ディスプレイ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、観察者が両眼観察を行うディスプ
レイ装置として、例えばヘッドアップディスプレイやヘ
ッドマウントディスプレイ等が知られている。特に、バ
ーチュアルリアリティ用、あるいは、一人で大画面の映
像を楽しむことができるようにすることを目的として、
ヘルメット型、ゴーグル型の頭部装着式ディスプレイ装
置の開発が進められている。

【０００３】この中、ヘッドアップディスプレイとして
は、例えば特開平３−２１７３３９号のものが知られて
いる。しかし、ここに開示された技術思想は、画像表示
素子や投射光学ユニット等の投射装置が車に固定されて
いることから、観察者の身長（座高の高さ）の相違によ
り、観察者の眼の高さ位置が変化してしまい、観察画像
を投射する光が観察者の眼にうまく導けなくなる点を課
題として抽出し、その高さ調節機構としてミラーやレン
ズからなる投射光学ユニットを傾斜駆動させて、投射方
向を調節し、眼の高さ調節をすることが記載されてい
る。しかし、両眼観察に関する着目はなく、ましてや、
両眼観察特有の眼幅調節についての課題抽出も解決手段
もなんら開示されてはいなかった。また、ヘッドマウン
トディスプレイの公知例を下記に示す。頭部装着式ディ
スプレイ装置は、基本的には、液晶表示素子のような２
次元表示素子に表示された映像を左右一対の凹面鏡等の
接眼光学系を介して左右の眼に導いて表示することによ
り、小型の表示装置で大画面の迫力が得られると共に、
両眼視差による像の違いを考慮した映像を左右の２次元
表示素子各々に表示することにより、立体感を持った映
像を見ることができるものである。

【０００４】ところで、眼幅には個人差があるので、頭
部装着式ディスプレイ装置の左右の接眼部の間隔も調節
できるように構成することが望ましい。従来、眼幅調節
可能な頭部装着式ディスプレイ装置として、図１１に概
略の構成を示したような眼幅調節機構を持ったものが提
案されている（特開平４−２６２８８号）。

【０００５】図１１（ａ）はこの頭部装着式ディスプレ
イ装置を下から見上げた図、同（ｂ）は正面図であり、
レンズ、反射鏡等からなる左右の接眼部１Ｌ、１Ｒは、
一端に相互に平行なラック３Ｌ、３Ｒが設けられたアー
ム２Ｌ、２Ｒの他端に取り付けられており、レンズ４Ｒ
等を経て表示像が導かれる。ところで、ラック３Ｌと３
Ｒの間にはピニオン５が配置され、ピニオン５はギア列
６を介してダイアル７に連結している。したがって、ダ
イアル７を調節することにより、両接眼部１Ｌ、１Ｒを
左右方向に等量移動させ、眼幅調節を行うことができ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
式では、眼幅調節に伴う両接眼部の移動量が大きくなり
すぎる。また、装置の見栄えを良くするためにカバーケ
ースでギア部とアームを覆うと、装置全体が大きくな
り、装着性が悪くなる。さらに、調節状態を保つには、
ギア部の摺動性を落とすか、ギア部にロック機構を設け
る必要がある。摺動性を落とすと、調節が行い難くな
り、ロック機構を設けると装置が大型化する。

【０００７】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、装置を大型化することなく
簡単な操作で眼幅調節可能な頭部装着式ディスプレイ装
置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の眼幅調節可能な両眼観察用ディスプレイ装置は、少
なくとも、観察者が観察する観察画像を表示する画像表
示素子と、前記画像表示素子に表示された画像を照明し
画像光束を発生させる照明装置と、前記画像光束を観察
者の左右両方の眼球に向けて拡大投射する投射光学系と
を有し、前記投射光学系は、反射光学素子又は屈折光学
素子を少なくとも有し、観察者の左右両方の眼球に前記
画像光束を導くために、前記画像表示素子に対して入射
する照明光束の入射方向が変化するように前記照明装置
を移動させることによって、前記画像光束の投射方向を
観察者の眼幅に合わせて調節できるように構成したこと
を特徴とするものである。この場合に、画像表示素子
が、眼幅調節のために照明装置の移動によって発生する
画像の横ずれを修正する方向に移動するように構成する
ことが望ましい。

【０００９】

【作用】本発明においては、画像表示素子に対して入射
する照明光束の入射方向が変化するように照明装置を移
動させることによって、表示系の光軸を傾けて射出瞳の
位置を横ずれさせ、装着者の眼幅に合うよう眼幅調節す
ることができる。しかも、画像表示素子へ入射する照明
光束の入射方向を変化させることにより射出瞳位置を横
ずれさせているので、わずかなティルト量で通常の範囲
の眼幅調節ができ、装置を小型に構成することができ、
また、調整状態の保持も安定化させることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の眼幅調節可能な頭部装着式デ
ィスプレイ装置を実施例に基づいて説明する。本発明に
おいて、眼幅調節の基本原理は、ディスプレイ装置を構
成する左右対称の照明系、表示素子、反射鏡あるいは屈
折力を有する光学素子の中の、少なくとも１つに偏心機
構を設けて、射出瞳の位置を横ずれさせて眼幅調節を行
うものである。

【００１１】図１、図２を参照にしてに本発明の第１実
施例の頭部装着式ディスプレイ装置を説明する。頭部装
着式ディスプレイ装置は、基本的に、図１の平面図に構
成を示すように、バックライト１１を有する液晶表示素
子１２と凹面鏡１３から構成され、これらの系が左右一
対設けられており、各系の光軸Ａは図示のようになって
いる。左右の映像は、各液晶表示素子１２に表示され、
バックライト１１で照明されて、凹面鏡１３で反射され
て眼球Ｅに達する。図２に右側の系のみの平面図を示す
が、凹面鏡１３は、光軸Ａが反射する近傍に垂直方向に
伸びる回転中心軸Ｏを有し、ティルト可能になってい
る。凹面鏡１３に図示のようなティルトεを与えると、
光軸はＡからＡ′に移動する。凹面鏡１３から眼球Ｅま
での距離をＬとすると、眼球Ｅ位置での表示系の射出瞳
位置の横ずれδは、δ＝Ｌｔａｎ２εとなる。例えば、
Ｌ＝５０ｍｍ、ε＝３°とすると、δ≒５．３ｍｍとな
り、凹面鏡１３を３°ティルトさせると、片側のみで眼
幅を５ｍｍ分調節できる。このように、眼幅の調節量に
対して凹面鏡１３のティルト量は少なくて済むので、光
学系の収差変動は少なく抑えられる。なお、左右の凹面
鏡１３のティルトを同時に同じ量反対側に行うには、両
凹面鏡１３の端部を連結部材で連結しておき、その連結
部材をレバー等で前後に移動させれば可能となる（図示
してない）。

【００１２】以上のように、本発明による眼幅調節方式
によると、通常の眼幅調節範囲をわずかなティルト量で
調節でき、装置の小型化が図れる。また、調整状態の保
持も安定化する。

【００１３】図３と図４は上記第１実施例の変形例を示
すもので、図３は左右何れか片側の系の側面図、図４は
その正面図であり、この場合は、バックライト１１で照
明されてた液晶表示素子１２からの表示光は、視線方向
に対して斜めに配置されたハーフミラー１４を透過し、
視野の下側に配置された凹面鏡１３で反射され、再びハ
ーフミラー１４に入射し、今度はここで反射されて眼球
Ｅに達する。この場合、凹面鏡１３の回転中心軸Ｏは水
平に視線方向に伸びている。この場合も、凹面鏡１３の
ティルトεによる作用は図１〜図２の場合と同様であ
る。

【００１４】さらに、図５と図６は上記第１実施例のも
う１つの変形例を示すもので、図５は左右何れか片側の
系の側面図、図６はその平面図であり、この場合は、バ
ックライト１１で照明されてた液晶表示素子１２からの
表示光は、視線方向に対して斜めに配置されたハーフミ
ラー１４で反射され、視野前方に配置された凹面鏡１３
で反射し、再びハーフミラー１４に入射し、今度はここ
を透過して眼球Ｅに達する。この場合、凹面鏡１３の回
転中心軸Ｏは垂直方向に伸びている。この場合も、凹面
鏡１３のティルトεによる作用は図１〜図２の場合と同
様である。

【００１５】次に、図７を参照にして本発明の第２実施
例について説明する。図７は右側の系のみの平面図を示
しており、基本的な構成は第１実施例と同じであるが、
液晶表示素子１２と凹面鏡１３の間にパワーを有するレ
ンズ１５を配置し、このレンズ１５を光軸Ａに垂直な方
向にシフト可能にするシフト機構を設けておく。レンズ
１５を光軸Ａに垂直にシフトさせるとにより、画像の光
軸がＡからＡ′に傾き、射出瞳位置が横ずれする。ま
た、図８は、図７のレンズ１５のシフト機構に加えて、
凹面鏡１３のティルト機構を加えたもので、レンズ１５
のシフトで画像の光軸を傾けると同時に、凹面鏡１３の
ティルトで眼球Ｅへの光線の入射角を瞳に垂直になるよ
う調整している。なお、レンズ１５のシフト機構と凹面
鏡のティルト機構は連結部材等により連動可能に構成す
ることもできる。また、レンズ１５は、径が液晶表示素
子１２の外形より充分大きなものを使う。

【００１６】この実施例の効果は、第１実施例の場合と
同様であるが、図８の構成を用いる場合、輻輳角を一定
に保つことができ、画像の視距離を一定にすることがで
きる。

【００１７】また、図９を参照にして本発明の第３実施
例について説明する。図９は右側の系のみの平面図を示
しており、基本的な構成と作用は第２実施例と同じであ
るが、レンズのシフトにより射出瞳位置を横ずれさせる
代わりに、液晶表示素子１２の照明装置１６のティルト
機構を用いる。照明装置１６の向きを実線の光軸Ａ方向
から点線のＡ′方向にティルトさせることにより、射出
瞳位置を横ずれさせることができる。図１０は、図９の
照明装置１６のティルト機構に加えて、凹面鏡１３のテ
ィルト機構を加えたもので、照明装置１６のシフトで画
像の光軸を傾けると同時に、凹面鏡１３のティルトで眼
球Ｅへの光線の入射角を瞳に垂直になるよう調整してい
る。この実施例の効果は、第２実施例と同じである。

【００１８】なお、以上の第１〜３実施例において、液
晶表示素子１２に表示された映像が横ずれして見えるの
を防止するため、液晶表示素子１２自体を横方向にシフ
トさせる機構を設けてもよい。

【００１９】以上、本発明の頭部装着式ディスプレイ装
置をいくつかの実施例に基づいて説明してきたが、本発
明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能であ
る。

【００２０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の頭部装着式ディスプレイ装置によると、反射光学素
子、屈折光学素子、あるいは、表示素子の照明系の少な
くとも１つに偏心機構を設け、前記表示系の射出瞳の位
置を左右方向へ調節可能にしたので、偏心機構を操作し
て表示系の光軸を傾けて射出瞳の位置を横ずれさせ、装
着者の眼幅に合うよう眼幅調節することができる。しか
も、光学素子の偏心により射出瞳位置を横ずれさせるの
で、わずかなティルト量で通常の範囲の眼幅調節がで
き、装置を小型に構成することができ、また、調整状態
の保持も安定化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の頭部装着式ディスプレイ
装置の平面図である。

【図２】図１の右側の系のみの平面図である。

【図３】第１実施例の変形例の左右何れか片側の系の側
面図である。

【図４】図３の系の正面図である。

【図５】第１実施例の別の変形例の左右何れか片側の系
の側面図である。

【図６】図５の系の正面図である。

【図７】第２実施例の右側の系のみの平面図である。

【図８】図７の変形例を示す平面図である。

【図９】第３実施例の右側の系のみの平面図である。

【図１０】図９の変形例を示す平面図である。

【図１１】従来の頭部装着式ディスプレイ装置の眼幅調
節機構を説明するための図である。

【符号の説明】

Ｅ …眼球 Ａ …眼幅調節前の光軸 Ａ′…眼幅調節後の光軸 Ｏ …回転中心軸 １１…バックライト １２…液晶表示素子 １３…凹面鏡 １４…ハーフミラー １５…レンズ １６…照明装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−117876（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−217339（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−182710（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−265813（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/64 - 5/655

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも、観察者が観察する観察画像
   を表示する画像表示素子と、前記画像表示素子に表示さ
   れた画像を照明し画像光束を発生させる照明装置と、前
   記画像光束を観察者の左右両方の眼球に向けて拡大投射
   する投射光学系とを有し、 前記投射光学系は、反射光学素子又は屈折光学素子を少
   なくとも有し、 観察者の左右両方の眼球に前記画像光束を導くために、
   前記画像表示素子に対して入射する照明光束の入射方向
   が変化するように前記照明装置を移動させることによっ
   て、前記画像光束の投射方向を観察者の眼幅に合わせて
   調節できるように構成したことを特徴とする眼幅調節可
   能な両眼観察用ディスプレイ装置。
2. 【請求項２】 前記画像表示素子が、眼幅調節のために
   前記照明装置の移動によって発生する画像の横ずれを修
   正する方向に移動するように構成されたことを特徴とす
   る請求項１記載の眼幅調節可能な両眼観察用ディスプレ
   イ装置。