JP3334265B2 - 頭部装着型表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は頭部装着型の頭部装着型
表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】小型表示装置の実用化に伴い、小型表示
装置を用いた頭部装着型の映像表示装置が種々開発され
ている。中でも、１台の小型表示装置を用いた片眼タイ
プの映像表示装置は、小型表示装置からの映像と外界の
映像を同時に視認出来るという特徴から注目されてい
る。片眼タイプの映像表示装置の形態としては、例えば
特開昭６２−２１４７８２号公報に開示されている様
に、眼鏡型のフレームに１台の小型表示装置を取り付け
た形態のものと、例えば特開平３−１３２１８０号公報
や特開平４−２３５７９号公報に開示されている様に、
小型表示装置を頭部近傍に設置し、先端に反射ミラーを
取り付けたアーム状の支持体を頭部から顔面方向に配置
し、小型表示装置からの映像画面を反射ミラーにより反
射させて見る形態のものとに大別されるが、使い勝手と
視界の広さから後者のタイプが注目されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ア
ーム状の支持体を備えた従来例では、支持体が可動式で
なかったり（特開平４−２３５７９号公報の場合）、可
動式であっても反射ミラーが上下方向に動かなかったり
（特開平３−１３２１８０号公報の場合）したため、装
着者にとって最適な位置に（反射ミラーを通して）小型
表示装置の映像画面を設置することが出来なかった。ま
た、使用形態によっては小型表示装置の映像画面を目線
よりやや下方（或いはやや上方）に設置した方が使い勝
手がよい場合があるが、その様な使用形態に合わせた使
い方が従来の映像表示装置では出来なかった。勿論、単
に反射ミラーなどを上下方向に動かすことは従来の同種
の映像表示装置でも可能であったが、その場合には、装
着者の目と反射ミラーと及び小型表示装置との光学的な
対応関係が崩れ、小型表示装置からの映像画面を見るこ
とが出来なくなってしまうことは明白である。

【０００４】ところで、アーム状支持体の先端に反射ミ
ラーを、また、小型表示装置を頭部近傍に設置した映像
表示装置では、小型表示装置と装着者の目との距離が長
くなるため、表示される映像画面が暗くなってしまうと
いう問題点があった。

【０００５】そこで、本発明は以上のような問題点を解
決するもので、その目的とするところは、装着者の目と
反射ミラーと及び小型表示装置との光学的な対応関係を
崩さずに、装着者の特徴や使用形態に合わせて反射ミラ
ーの位置を上下方向に移動可能とした頭部装着型表示装
置を、更に、小型表示装置が装着者の目から離れて設置
されている場合でも明るい映像画面を表示できる頭部装
着型表示装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の頭部装着型表示装置は、前記装着用ベルトの
一端部に設けられたイヤーパッドと、可動アームと、前
記可動アームに設けられた表示装置と、前記可動アーム
の先端部に設けられた前記表示装置の映像画面を装着者
の目の方向に反射させる凹型反射ミラーと、前記表示装
置と前記凹型反射ミラーの間に配置され、前記表示装置
から出射された映像画面を前記凹型反射ミラー方向に折
り返し反射する折り返し反射ミラーと、を備え、前記可
動アームは、前記イヤーパッドと前記装着用ベルトとの
連結部を略回転中心として上下方向に移動可能、且つ、
前記折り返し反射ミラーの中心を軸として水平方向に回
転移動可能に構成され、前記凹型反射ミラーは、その焦
点位置が装着者の目の瞳近傍に来るように曲面特性を有
することを特徴とする頭部装着型表示装置。

【０００７】上記の頭部装着型表示装置において、映像
画面の明るさ低下を防止するために、前記小型表示装置
と前記凹型反射ミラーの間にリレー光学系を配置するこ
とが好ましい。

【０００８】請求項１に記載の頭部装着型表示装置にお
いて、前記表示装置と前記凹型反射ミラーとの間にリレ
ー光学系を配置してもよい。

【０００９】請求項１に記載の頭部装着型表示装置にお
いて、前記表示装置と前記凹型反射ミラーとの間にファ
イバアレイ光学系を配置してもよい。

【００１０】更に、本発明の映像画面の明るさ低下を防
止するための別の頭部装着型表示装置は、装着用ベルト
と、前記装着用ベルトの一端部に設けられたイヤーパッ
ドと、前記イヤーパッドと前記装着用ベルトとの連結部
を略回転中心として移動可能に設けられた可動アーム
と、前記イヤーパッドの近傍に設けられた表示装置と、
を有する頭部装着型表示装置であって、前記可動アーム
の先端部には、前記表示装置の画面を装着者に目の方向
に反射させる楕円反射ミラーが設けられ、前記表示装置
と前記楕円反射ミラーが設けられ、前記表示装置と前記
楕円反射ミラーの間には、２群のレンズ系を設けてもよ
い。

【００１１】なお、上記上記の頭部装着型表示装置にお
いて、表示装置としては液晶表示装置を採用することが
可能である。

【００１２】

【作用】上記の構成においては、反射ミラーにより形成
される焦点位置が装着者の目の瞳近傍に位置するため、
装着者は可動アームをイヤーパッドと装着用ベルトとの
連結部を略回転中心として上下方向に動かして、又は、
可動アームに設けた折り返し反射ミラーの中心を軸とし
て水平方向に動かして、装着者自身が見易い位置に表示
装置の反射像を形成し、映像画面を見ることが出来る。

【００１３】また、表示装置と反射ミラーの間にリレー
光学系や光ファイバーアレイを設置し、それらにより小
型表示装置の映像画面を反射ミラー上に導くことによ
り、明るい映像画面を実現することが出来る。

【００１４】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。但し、以下の実施例においては、小型表示装置とし
て液晶パネルを用いたものを例示したが、液晶パネル以
外にも、例えば、ＣＲＴディスプレー、ＥＬパネル、Ｌ
ＥＤパネル等、小型軽量な表示装置であれば同様に使用
できるものである。尚、以下の実施例において、同一或
いは同様な構成部品に対しては同一の記号番号を付すも
のとする。

【００１５】（実施例１）本発明の一実施例によるヘッ
ドフォン型映像表示装置の使用時における平面図を図１
に、同じく側面図を図２に示す。

【００１６】図１及び図２において、１０１は小型スピ
ーカーを内蔵したイヤーパッド、１０２は装着用バンド
であり、同バンドは上記２つのイヤーパッドの端部に連
結され、ヘッドフォン１０３を構成している。ここでい
うヘッドフォンの機能は、一般的な音を聴くヘッドフォ
ンと全く同一である。このヘッドフォンの片側のイヤー
パッドと装着用ベルトの連結部から可動式アーム１０５
が装着者１０４の顔面方向に配置されており、このアー
ムはイヤーパッドの略中心軸１０６を回転軸として、上
下方向に回転移動が出来る構造となっている。

【００１７】可動式アーム１０５のイヤーパッド寄りの
所には小型表示装置として液晶パネルユニット１０７及
びバックライトユニット１０８が、アームの中程には折
り返しミラー１０９が、更に、アームの先端部分には凹
型反射ミラー１１０が配置されている。この可動式アー
ムは折り返しミラー１０９の中心を軸１１１として水平
方向にも若干の回転移動が出来、先の上下方向の移動と
併せて、凹型反射ミラー１１０の位置を装着者に合わせ
て自由に調整できる構造となっている。

【００１８】液晶パネルユニット及び小型スピーカーは
伝送ケーブル１１２により外部の信号源（図示せず）と
接続される。液晶パネルで形成された映像画面は折り返
しミラーでその光路を曲げられ、凹型反射ミラーで集光
されつつ装着者の目１１３に導かれる。この液晶パネル
から装着者の目に至る光線の軌跡１１４を図１中に破線
にて示す。このとき、凹型反射ミラーの集光作用により
映像画面は拡大表示される。従って、装着者は目前に拡
大された大型の映像画面を見ることになる。

【００１９】次に、凹型反射ミラーの反射面の形状に付
いて説明する。凹面反射ミラーのメルジオナル方向の反
射面の曲率中心は装着者の目の瞳近傍に来るように設計
されている。このため、可動式アームを多少上下方向に
移動させても、凹面反射ミラーを通じて常に映像画面は
目の瞳近傍に入射するため、映像画面が見えなくなるこ
とはない。

【００２０】従って、装着者の好みに合わせて凹型反射
ミラーの位置（つまり、映像画面の位置）をある程度自
由に上下方向に移動できることになり、装着者にとって
は使い勝手がよいものとなる。同時に、使用形態によっ
ては、映像画面を水平視線方向１１５よりもやや下方
（或いはやや上方）に配置した方が都合がよい場合があ
るが、そのような使用形態に対しても可動式アームを下
方向（或いは上方向）に動かすことで対応できるため、
用途の多様化をより一層促進することが出来る。

【００２１】尚、凹型反射ミラーに代えて、焦点位置が
装着者の目の瞳近傍に来るような光学特性を有する放物
面ミラー（この場合、軸外し放物面ミラーとなる）を用
いても、凹型反射ミラーを使用した場合とほぼ同様な機
能を発揮するすることを付記しておく。

【００２２】（実施例２）実施例１で示したヘッドフォ
ン型映像表示装置では、小型表示装置から凹型反射ミラ
ーまでの距離が比較的長いため、映像画面が暗くなるこ
とが予想される。そこで、映像画面の明るさの低下を改
善したヘッドフォン型映像表示装置の一実施例を示す。
本実施例によるヘッドフォン型映像表示装置の使用時に
おける平面図を図３に、そこに使用される光学系の説明
図を図６に示す。尚、凹型反射ミラーによる集光作用
は、光線の出射方向は異なるものの、凸レンズによる集
光作用と等価と見なすことが出来るため、説明及び図示
の容易さから、図６〜図８においては、凹型反射ミラー
による光線の反射作用を無視して光路を示してある。

【００２３】本実施例によるヘッドフォン型映像表示装
置では、小型表示装置から凹型反射ミラーに至る途中に
３つのレンズからなるリレー光学系を配置し、小型表示
装置からの映像画面を高い効率で凹型反射ミラーに導
き、その結果として明るい映像画面を得るところに特徴
がある。従って、本実施例のヘッドフォン型映像表示装
置において、光学系を除くその他の機構は、実施例１の
ヘッドフォン型映像表示装置のものと同等である。

【００２４】図３に示す様に、小型表示装置である液晶
パネルユニット１０７と折り返しミラー１０９の間には
入射側レンズ３０１が、折り返しミラー１０９と凹型反
射ミラー１１０の間にはリレーレンズ３０２と出射側レ
ンズ３０３が配置されている。この時、入射側レンズと
出射側レンズの焦点距離はほぼ等しく、また、リレーレ
ンズの焦点距離は入射側及び出射側レンズの焦点距離の
概ね１/２である。更に、３つのレンズの位置関係に関
しては、図６に示す様に、リレーレンズ３０２は入射側
レンズ３０１と出射側レンズ３０３のほぼ中間に置か
れ、同時に、入射側レンズ及び出射側レンズはリレーレ
ンズの中心からほぼリレーレンズの焦点距離の２倍の距
離だけ離れた場所に置かれている。尚、図６において
は、折り返しミラー１０９は省略されている。

【００２５】液晶パネルユニット１０７から入射側レン
ズ３０１に入った光３０４はリレーレンズ３０２のほぼ
中央部を通り、出射側レンズ３０３を経て凹型反射ミラ
ー１１０に到達する。この時、液晶パネルから入射側レ
ンズに入る光は完全な平行光ではないため、リレーレン
ズの周辺寄りを通る光３０５も存在するが、その場合に
は、リレーレンズの屈折作用により、リレーレンズを対
称中心として入射側レンズの入射位置と対応する出射側
レンズの出射位置を通って、やはり凹型反射ミラーに到
達するため、光損失が生じることは殆どない。

【００２６】従って、リレー光学系を配置することによ
り、液晶パネルの映像画面は光損失を伴うことなく、ほ
ぼそのままの状態を保って凹型反射ミラーへと達し、凹
型反射ミラーにより集光されて装着者の目へと導かれる
ため、小型表示装置である液晶パネルと凹型反射ミラー
との距離が比較的長い場合においても、映像画面の明る
さ低下を招く割合が小さい。

【００２７】但し、リレー光学系を通過するに際して、
表示方向が１８０度回転するため、小型表示装置の画面
の表示方向はその点を考慮して設定しておく必要があ
る。

【００２８】尚、凹型反射ミラーに代えて、焦点位置が
装着者の目の瞳近傍に来るような光学特性を有する放物
面ミラー（この場合、軸外し放物面ミラーとなる）を用
いても、凹型反射ミラーを使用した場合とほぼ同様な機
能を発揮するすることを付記しておく。

【００２９】（実施例３）実施例２で示したリレー光学
系を配置したヘッドフォン型映像表示装置の別の一実施
例を示す。本実施例によるヘッドフォン型映像表示装置
の使用時における平面図を図４に、そこに使用される光
学系の説明図を図７に示す。

【００３０】本実施例によるヘッドフォン型映像表示装
置では、凹型反射ミラーを楕円反射ミラーとすることに
より、先の実施例２のリレー光学系で必要であった出射
側レンズを不要としたところに特徴がある。従って、本
実施例のヘッドフォン型映像表示装置において、光学系
を除くその他の機構は、実施例２のヘッドフォン型映像
表示装置のものと同等である。

【００３１】図４及び図７から判るように、折り返しミ
ラー１０９と凹型反射ミラー１１０の間にはリレーレン
ズ３０２のみが配置されている。この場合、凹型反射ミ
ラー１１０は楕円ミラーであり、２つの焦点の内、第１
焦点４０１はリレーレンズ３０２の略中心に、第２焦点
４０２は装着者の目１１３の瞳近傍に位置するように設
定されている。

【００３２】以上の構成により、楕円反射ミラーの第１
焦点であるリレーレンズの略中心を通過した光は、第２
焦点である装着者の目の瞳近傍に到達するため、入射側
レンズ、リレーレンズ及び楕円反射ミラーの３部品のみ
で、実施例２で示したリレー光学系と同等の機能を発揮
できる。

【００３３】従って、出射側レンズが不要となった分、
ヘッドフォン型映像表示装置の小型軽量化と低価格化に
寄与できる。

【００３４】（実施例４）実施例２及び３で示した小型
表示装置から凹型反射ミラーまでの距離が比較的長い場
合においても、映像画面の明るさの低下を招かないヘッ
ドフォン型映像表示装置の別の一実施例を示す。本実施
例によるヘッドフォン型映像表示装置の使用時における
平面図を図５に、そこに使用される光学系の説明図を図
８に示す。

【００３５】本実施例によるヘッドフォン型映像表示装
置では、小型表示装置と凹型反射ミラーの間に光ファイ
バーアレイ光学系を配置したところに特徴がある。従っ
て、本実施例のヘッドフォン型映像表示装置において、
光学系を除くその他の機構は、実施例１のヘッドフォン
型映像表示装置のものと同等である。

【００３６】図５及び図８から判るように、小型表示装
置である液晶パネルユニット１０７と凹型反射ミラー１
１０の間には、入射側結合レンズ５０１、光ファイバー
アレイ５０２、及び、出射側結合レンズ５０３が配置さ
れている。光ファイバーアレイは数μｍ径の光ファイバ
ーを多数アレイ状に配置したもので、２次元画像を伝送
できる光学素子である。光ファイバーアレイの画素密度
（つまり光ファイバーアレイを構成する光ファイバーの
数密度）が、液晶パネルの画素密度よりも十分に高いた
め、一般的には、光ファイバーアレイの径は液晶パネル
の対角長よりも小さくてもよい。従って、実際の光学系
では、光ファイバーアレイ５０２を挟んで両側に入射側
結合レンズ５０１と出射側結合レンズ５０３が配置さ
れ、同時に、光ファイバーアレイ自体の両端はレンズ形
状に加工され、２つの結合レンズとの結合効率を高めて
いる。

【００３７】上記の構成により、液晶パネルの映像画面
は入射側結合レンズにより縮小されて光ファイバーアレ
イに導かれ、光ファイバーアレイ中を伝送後は出射側結
合レンズを通して元の大きさに拡大され、凹型反射ミラ
ーへと達する。

【００３８】従って、光ファイバーアレイ光学系を配置
することにより、液晶パネルより入射した映像画面は、
光損失を伴うことなく、ほぼそのままの状態を保って凹
型反射ミラーへ達し、凹型反射ミラーにより集光されて
装着者の目へと導かれる。そのため、小型表示装置であ
る液晶パネルと凹型反射ミラーとの距離が比較的長い場
合においても、映像画面の明るさ低下を招く割合が小さ
い。加えて、光ファイバーアレイは可撓性を有するた
め、可動式アームに取り付けても問題なく使用できる。

【００３９】尚、凹型反射ミラーに代えて、焦点位置が
装着者の目の瞳近傍に来るような光学特性を有する放物
面ミラー（この場合、軸外し放物面ミラーとなる）を用
いても、凹型反射ミラーを使用した場合とほぼ同様な機
能を発揮するすることを付記しておく。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように本発明の頭部装着型表
示装置は、凹型反射ミラーにより形成される焦点位置が
装着者の目の瞳近傍に位置し、なおかつ、イヤーパッド
付近から延びたアームが可動式であるため、可動アーム
を前記イヤーパッドと装着用ベルトとの連結部を略回転
中心に上下方向に移動させ、または、前記可動アームに
設けた折り返し反射ミラーの中心を軸とした水平方向へ
回転移動させても、表示装置と反射ミラー及び装着者の
目の瞳の光学的な結像関係を崩さないままに、装着者は
可動アームを前記イヤーパッドと装着用ベルトとの連結
部を略回転中心に上下方向へ、または、前記可動アーム
折り返し反射ミラーの中心を軸として水平方向へ動か
し、自身が見やすい位置に表示装置の反射像（映像画
面）を形成し、映像画面を見ることが出来る。この様な
機構は、装着者の使用形態や装着者自身の好みに合わせ
て映像画面を見る位置に変えられるため、使い勝手が良
いばかりではなく、使用時の疲労度を低減させるという
優れた効果を有し、なおかつ、装着者の目と反射ミラー
と表示装置との光学的な対応関係を崩さないという効果
をも有する。

【００４１】また、表示装置と反射ミラーの間にリレー
光学系や光ファイバーアレイ光学系を設置し、それらを
通じて表示装置の画面を伝達表示することにより、表示
装置と装着者の目の距離が長くなっても、明るい画面を
実現することが出来るという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１に示した本発明の実施例にかかる頭
部装着型表示装置の使用時における平面図。

【図２】 実施例１に示した本発明の実施例にかかる頭
部装着型表示装置の使用時における側面図。

【図３】 実施例２に示した本発明の実施例にかかる頭
部装着型表示装置の使用時における平面図。

【図４】 実施例３に示した本発明の実施例にかかる頭
部装着型表示装置の使用時における平面図。

【図５】 実施例４に示した本発明の実施例にかかる頭
部装着型表示装置の使用時における平面図。

【図６】 実施例２に示した本発明の実施例にかかる頭
部装着型表示装置の光学系の説明図。

【図７】 実施例３に示した本発明の実施例にかかる頭
部装着型表示装置の光学系の説明図。

【図８】 実施例４に示した本発明の実施例にかかる頭
部装着型表示装置の光学系の説明図。

【符号の説明】

１０１ イヤーパッド １０２ 装着用ベルト １０３ ヘッドフォン １０４ 装着者 １０５ 可動式アーム １０６ 略中心軸 １０７ 液晶パネルユニット １０８ バックライトユニット １０９ 折り返しミラー １１０ 凹型反射ミラー １１１ 折り返しミラーの中心 １１２ 伝送ケーブル １１３ 目（或いは目の瞳） １１４ 光線の軌跡 １１５ 水平視線方向 ３０１ 入射側レンズ ３０２ リレーレンズ ３０３ 出射側レンズ ３０４ リレーレンズの中央部を通る光 ３０５ リレーレンズの周辺部を通る光 ４０１ 第１焦点 ４０２ 第２焦点 ５０１ 入射側結合レンズ ５０２ 光ファイバーアレイ ５０３ 出射側結合レンズ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/64 511 G02B 27/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 装着用ベルトと、 前記装着用ベルトの一端部に設けられたイヤーパッド
   と、 可動アームと、 前記可動アームに設けられた表示装置と、 前記可動アームの先端部に設けられた前記表示装置の映
   像画面を装着者の目の方向に反射させる凹型反射ミラー
   と、 前記表示装置と前記凹型反射ミラーの間に配置され、前
   記表示装置から出射された映像画面を前記凹型反射ミラ
   ー方向に折り返し反射する折り返し反射ミラーと、を備
   え、 前記可動アームは、前記イヤーパッドと前記装着用ベル
   トとの連結部を略回転中心として上下方向に移動可能、
   且つ、前記折り返し反射ミラーの中心を軸として水平方
   向に回転移動可能に構成され、 前記凹型反射ミラーは、その焦点位置が装着者の目の瞳
   近傍に来るように曲面特性を有することを特徴とする頭
   部装着型表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の頭部装着型表示装置にお
   いて、 前記表示装置と前記凹型反射ミラーとの間にリレー光学
   系を配置したことを特徴とする頭部装着型表示装置。