JP3551515B2 - 頭部装着型表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、画像表示素子で形成した画像を虚像拡大する頭部装着型の画像表示装置に関し、特にその虚像形成光学系の左右切り換え及び、装置本体の傾きを補正する構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、映像およびデータディスプレイの携帯性を高める要請に答えるため、頭部装着型の表示装置が提案されている。その代表的な一例として、ＵＳＰ Ｎｏ．５，１６２，８２８、および特開平６−１２１２５７に記載されている頭部装着型表示装置が知られている。前者はＶｉｒｔｕａｌ Ｖｉｓｉｏｎ ＳＰＯＲＴと銘打って、携帯型の頭部装着型表示装置が商品化されており、これは主に一般向け映像表示用のディスプレイとして、１枚の液晶表示素子で形成した画像をレンズで虚像拡大し、使用者の効き目で虚像を視認すべく構成されている。また、後者は２枚の液晶表示素子で形成した画像をレンズで拡大し、両眼で虚像を視認すべく構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前者の場合、一般的に使用者の効き目で虚像を視認することを推奨している。そのため、虚像を形成する光学系が左右いずれか片方に固定されており、右側もしくは左側専用となっている。従って、固定であるため眼幅調整ができず、虚像を視認する上で特に重要である眼についての影響も大きい。このため、不自然な視線を強いられたり、あるいは、眼球の回転を司る筋肉が緊張状態を持続することになり疲労しやすい。また、使用者の瞳の水平方向の正面に虚像を形成する光学系が配置されて、正確に表示されるように設計されているため、斜めから視認すると光学系の歪による影響を受け、虚像が歪んでしまう。
【０００４】
このように、虚像を形成する光学系が、左右いずれか片方に固定されている頭部装着型表示装置では、上記課題を解決することは不可能である。これでは汎用性、共用性に乏しく、また、一般向け映像表示用ディスプレイとしては、はなはだ不適切である。
【０００５】
また後者においては、両眼で視認するため眼幅調整機構を設けており、使用者の手動による調整機構が記載されている。しかし、この調整機構は使用者の主観によるものであり、それが適切な位置かどうかは判断がつきにくく、正確な調整も困難である。さらに、装着するたびに調整する必要があり、その都度、位置が変わることになる。従ってこれも前者同様、汎用性、共用性に乏しく、一般向け映像表示用ディスプレイとしては、はなはだ不適切である。
【０００６】
さらに、これらの頭部装着型表示装置は、一般的に使用者の主観により虚像形成光学系の位置を決めるため、誤使用や眼の疲労の誘発を招くものである。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、第一に使用者の瞳と虚像形成光学系の位置ずれを使用者に知らせ、誤った使用法による眼の疲労を防ぐことを実現することにある。
【０００８】
第二に使用者の瞳と虚像形成光学系の位置ずれを自動で補正し、誤った使用法による眼の疲労を防ぐことを実現することにある。
【０００９】
第三に頭部への装着の際に、使用者の瞳と虚像形成光学系の傾きによる位置ずれを使用者に知らせ、誤った使用法による眼の疲労を防ぐことを実現することにある。
【００１０】
【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、画像表示素子と該画像表示素子によって形成した画像を虚像拡大する拡大光学手段からなる虚像形成光学系を装置本体内に収納保持し、該装置本体を頭部に装着して画像を使用者の眼の左右いずれか一方で視認する頭部装着型表示装置において、前記装置本体が前記虚像形成光学系を、前記使用者の左右いずれか一方の眼前に切り換え保持する切り換え手段を有し、前記虚像形成光学系内に部分透過ミラーを備え、該部分透過ミラーを介して前記虚像形成光学系の光軸相当位置に設けた前記使用者の瞳の位置を検出するための瞳検出手段と、該瞳検出手段の出力に応じて、前記虚像形成光学系の略眼幅方向の位置ずれを使用者に知らせる手段を有することを特徴とする。
【００１１】
または、前記切り換え手段が、前記装置本体に空転保持され前記使用者の略眼幅方向に延伸しネジ形状を有する軸を備え、該軸の片端に該軸を回転するための駆動手段が係合されるとともに、前記虚像形成光学系が該軸に螺着嵌合し、前記瞳検出手段の出力に応じて前記駆動手段を駆動制御するための制御手段を有してもよい。
【００１２】
あるいは、画像表示素子と該画像表示素子によって形成した画像を虚像拡大する拡大光学手段からなる虚像形成光学系を装置本体内に収納保持し、該装置本体を頭部に装着して画像を視認する頭部装着型表示装置において、前記装置本体が前記虚像形成光学系を前記使用者の略眼幅方向に移動するための眼幅調整手段を有し、前記虚像形成光学系内に部分透過ミラーを備え、該部分透過ミラーを介して前記虚像形成光学系の光軸相当位置に設けた前記使用者の瞳の位置を検出するための瞳検出手段と、該瞳検出手段の出力に応じて、前記虚像形成光学系の略眼幅方向の位置ずれを使用者に知らせる手段を有することを特徴とする。
【００１３】
または、前記眼幅調整手段が、前記装置本体に空転保持され前記使用者の略眼幅方向に延伸しネジ形状を有する軸を備え、該軸の片端に該軸を回転するための駆動手段が係合されるとともに、前記虚像形成光学系が該軸に螺着嵌合し、前記瞳検出手段の出力に応じて前記駆動手段を駆動制御するための制御手段を有してもよい。
【００１４】
さらに、前記装置本体がヒンジ手段を介して前記使用者に装着され、前記虚像形成光学系が部分透過ミラーを備え、該部分透過ミラーを介して前記虚像形成光学系の光軸相当位置に設けた前記使用者の瞳の位置を検出するための瞳検出手段と、該瞳検出手段の出力に応じて、前記虚像形成光学系の傾きによる位置ずれを使用者に知らせる手段を有することを特徴とする。
【００１５】
その時、上記それぞれにおいて、前記部分透過ミラーが、前記画像表示素子からの画像光の偏向を兼用するとともに、前記部分透過ミラーの透過軸上であり、前記虚像形成光学系の光軸相当位置に前記瞳検出手段を有することがよい。
【００１６】
また、前記部分透過ミラーが、前記画像表示素子と前記使用者の瞳の間の光路上にあり、前記部分透過ミラーの反射軸上であり、前記虚像形成光学系の光軸相当位置に前記瞳検出手段を有することがよい。
【００１７】
さらに、上記それぞれにおいて、前記位置ずれを使用者に知らせる手段が、音または、画像表示素子の画像を消すこと、あるいは画像表示によることを特徴とする。
【００１８】
【作用】
請求項１の構成によれば、虚像形成光学系を使用者の左右いずれか一方に切り換えられる構造にしたため、使用者が虚像を視認する眼を任意に選択でき、汎用性、共用性に優れている。さらに、切り換え機構と眼幅調整機構を兼ね備えることが可能となり、位置調整が容易にでき、しかも機構を簡略化することができる。また、虚像形成光学系内に部分透過ミラーを設け、それを介して虚像形成光学系の光軸相当位置に瞳検出手段を設けたため、装置本体を特に大型化することなく使用者の瞳位置を検出できる。また、使用者の瞳の位置を検出し位置ずれを知らせることができるため、虚像形成光学系を容易にしかも正確に眼前に配置することが可能である。これにより誤った配置による眼の疲労を低減できる。
【００１９】
請求項２の構成によれば、請求項１の内容に加え、瞳検出手段の出力に応じて、駆動手段に係合された軸が回転し、虚像形成光学系を移動させる構成であり、位置調整が自動で行えるため、装着が容易になり、脱装着を繰り返し行った際にも再現性がよい。また、位置ずれによる眼の疲労の誘発を防止でき、不快感を低減できる。
【００２０】
請求項３の構成によれば、両眼で虚像を視認する頭部装着型表示装置においても、請求項１と同様に、装置本体を特に大型化することなしに使用者の瞳の位置を検出し位置ずれを知らせることができるため、眼幅調整を容易にしかも正確に行うことが可能である。これにより装着が容易になり、脱装着を繰り返し行った際にも再現性がよい。また、位置ずれによる眼の疲労の誘発を防止でき、不快感を低減できる。
【００２１】
請求項４の構成によれば、請求項３の内容に加え、請求項２と同様にして眼幅調整が自動で行えるため、装着が容易になり、脱装着を繰り返し行った際にも再現性がよい。また、位置ずれによる眼の疲労の誘発を防止でき、不快感を低減できる。
【００２２】
請求項５の構成によれば、請求項１から４の内容に加え、虚像形成光学系の傾きを使用者に知らせるとともに、それを補正するためのヒンジ手段を設けたため、容易にしかも正確に虚像形成光学系の傾きを修正でき、レンズの歪による虚像のケラレや虚像の歪みが防止できる。また、位置ずれによる眼の疲労や不快感を低減できる。
【００２３】
請求項６の構成によれば、画像表示素子の画像光の偏向を兼用した部分透過ミラーの透過軸上に瞳検出手段を設けたため、瞳検出手段の構成が簡略化でき、装置本体を特に大型化することなく使用者の瞳位置を検出できる。
【００２４】
また請求項７の構成によれば、画像表示素子と前記使用者の瞳の間の光路上に部分透過ミラーを設けその反射軸上に瞳検出手段を設けたため、虚像形成光学系の配置が直線的なものやシースルー型のものにも対応でき、装置本体を特に大型化することなく使用者の瞳位置を検出できる。
【００２５】
請求項８の構成によれば、請求項１から５の内容に加え、使用者の瞳と虚像形成光学系の位置ずれを知らせる手段が、音による簡易的なものであるため、装置構成を簡略化できるとともに、使用者にわかりやすい。
【００２６】
さらに請求項９の構成によれば、画像表示素子の画像を消すことにより、使用者の瞳と虚像形成光学系の位置ずれによる誤使用の防止に強制力があり、また使用者は周囲の人に影響を与えずに、誤使用を認識できる。その結果、眼の疲労の誘発、および不快感を低減できる上、装置本体の低パワー化にも寄与する。
【００２７】
また請求項１０の構成によれば、画像を重ねて表示することにより、使用者の瞳と虚像形成光学系の位置ずれによる誤使用の防止に強制力があり、また使用者は周囲の人に影響を与えず、さらに耳の不自由な人や喧騒の中であっても誤使用を認識できる。その結果、眼の疲労の誘発、および不快感を低減できる。
【００２８】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を図面を参照して詳述する。
（実施例１）
図１から図３は本発明の第一の実施例を表す模式図である。図１は上面図、図２は側面図、図３は内部光学系の拡大図である。
【００２９】
図１から図３において、装置本体１は、使用者２の左右いずれかの眼に対応する前方に虚像形成光学系３を有する。また、虚像形成光学系３は使用者２の略眼幅方向に延伸しネジ形状を有する軸Ａ４からなる切り換え手段に螺着し、保持部５に係合される。
【００３０】
虚像形成光学系３は、液晶パネル６とそれを後方から照射するためのバックライト７からなる画像表示素子８と、赤外光のみ透過する部分透過ミラーＡ９、拡大光学手段であるレンズ１０から構成される。画像表示素子８によって形成され出射した画像光は、部分透過ミラーＡ９によって光路を変換され、レンズ１０によって使用者の眼１１内に結像される。このとき、レンズ１０の物体側焦点よりレンズ１０側に画像表示素子８の像形成面を配置し、レンズ１０の像側焦点近傍に眼１１を配置すると、レンズ１０の結像作用により、虚像形成光学系３の光軸１２の延長線上に、画面情報の拡大虚像１３を視認することができる。さらに、部分透過ミラーＡ９の透過軸上であり虚像形成光学系３の光軸１２相当位置上に瞳検出センサ１４、および赤外ＬＥＤ１５からなる瞳検出手段を配置する。
【００３１】
赤外ＬＥＤ１５から出射した赤外光は、部分透過ミラーＡ９を透過し使用者の瞳で反射した後、再び部分透過ミラーＡ９を透過して瞳検出センサ１４で受光され、その光強度を検出することにより、瞳位置の検出が可能となる。
【００３２】
軸Ａ４は側方に突出したつまみ１６を回転することによりそれ自身が回転し、装置本体１に対して空転するため、それと螺着嵌合する虚像形成光学系３を使用者２の略眼幅方向に移動させることができる。その際に、虚像形成光学系３に軸Ａ４とは別の案内軸１７、もしくは、案内面を軸Ａ４と平行方向に設けることで、より安定に虚像形成光学系３を移動することができる。
【００３３】
虚像形成光学系３を左右いずれかに切り換え配置するときは、使用者２が軸Ａ４のつまみ１６を回転し、それと連動してバックライト７は消灯する。虚像１３全体が視認できるおおよその位置へ移動した後、部分透過ミラーＡ９の後方にある赤外ＬＥＤ１５を点灯し、瞳検出センサ１４により瞳から反射してくる赤外光を測光し、制御回路１８にフィードバックする。制御回路１８では、予め設定してある反射光量と瞳検出センサ１４からの反射光量データとを比較し、設定値からはずれている場合には、位置ずれを使用者に知らせる手段により使用者２に警告する。この位置ずれを使用者に知らせる手段は、ブザー１９等を鳴らす音、またはバックライト７の消灯状態を保持し画像表示素子の画像を消す、あるいは虚像１３の上に警告表示等の画像表示を重ねることにより使用者２に位置ずれを知らせる。
【００３４】
ブザー１９等の音による簡易的なものであれば、装置構成を簡略化できるとともに、使用者２にわかりやすい。また、画像表示素子８の画像を消すことにより、使用者２は位置ずれを直さない限り画像を見れない状態になるため、使用者２の瞳１１と虚像形成光学系３の位置ずれによる誤使用の防止に強制力があり、さらに、使用者は周囲の人に影響を与えずに、誤使用を認識できる。あるいは、画像を重ねて表示することにより、使用者は周囲の人に影響を与えず、さらに耳の不自由な人や喧騒の中であっても誤使用を認識できる。
【００３５】
このように、使用者２の略眼幅方向に虚像形成光学系３を移動し、瞳検出手段により瞳の位置に合わせて虚像形成光学系３の位置を正確で容易に調節でき、無理な眼球運動をとらないため、使用者２の瞳の位置との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造を簡略化できる。
【００３６】
また、画像表示素子８の画像光の偏向を兼用した部分透過ミラーＡ９の透過軸上であり、虚像形成光学系の光軸相当位置に瞳検出手段を設けたため、瞳検出手段の構成が簡略化でき、装置本体１を特に大型化することなく使用者２の瞳位置を検出できる。
【００３７】
（実施例２）
図４は本発明の第二の実施例を表す模式図である。図４は内部光学系の拡大図であり、虚像形成光学系以外の装置構成は実施例１と同様である。また、構成要素も同様のため同符号を用いて説明は省略する。
【００３８】
虚像形成光学系３は、液晶パネル６とそれを後方から照射するためのバックライト７からなる画像表示素子８と、赤外光のみ反射する部分透過ミラーＡ９、拡大光学手段であるレンズ１０から構成される。画像表示素子８によって形成され出射した画像光は、部分透過ミラーＡ９を透過し、レンズ１０によって使用者の眼１１内に結像される。このとき、レンズ１０の物体側焦点よりレンズ１０側に画像表示素子８の像形成面を配置し、レンズ１０の像側焦点近傍に眼１１を配置すると、レンズ１０の結像作用により、虚像形成光学系３の光軸１２の延長線上に、画面情報の拡大虚像１３を視認することができる。さらに、画像表示素子８と眼１１の間の光路上に部分透過ミラーＡ９を配置し、部分透過ミラーＡ９の反射光路上であり虚像形成光学系３の光軸１２相当位置上に瞳検出センサ１４、および赤外ＬＥＤ１５からなる瞳検出手段を配置する。
【００３９】
赤外ＬＥＤ１５から出射した赤外光は、部分透過ミラーＡ９により反射され、使用者の瞳で反射した後、再び部分透過ミラーＡ９で反射されて瞳検出センサ１４で受光される。その光強度を検出することにより、瞳位置の検出が可能となる。
【００４０】
虚像形成光学系３を左右いずれかに切り換え配置するときは、使用者２が軸Ａ４のつまみ１６を回転し、それと連動してバックライト７は消灯する。虚像１３全体が視認できるおおよその位置へ移動した後、部分透過ミラーＡ９の反射軸上にある赤外ＬＥＤ１５を点灯し、瞳検出センサ１４により瞳から反射してくる赤外光を測光し、制御回路１８にフィードバックする。制御回路１８では、予め設定してある反射光量と瞳検出センサ１４からの反射光量データとを比較し、設定値からはずれている場合には、実施例１と同様の、位置ずれを使用者に知らせる手段により使用者２に位置ずれを知らせる。
【００４１】
このように、使用者２の略眼幅方向に虚像形成光学系３を移動し、瞳検出センサ１４により瞳の位置に合わせて虚像形成光学系３の位置を正確で容易に調節でき、無理な眼球運動をとらないため、使用者２の瞳の位置との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造を簡略化できる。
【００４２】
また、画像表示素子８と使用者２の瞳の間の光路上の反射軸上に部分透過ミラーＡ９を設けたため、図４に示すような虚像形成光学系３の配置が直線的なものにも対応でき、装置本体１を特に大型化することなく使用者２の瞳位置を検出できる。
【００４３】
（実施例３）
図５は本発明の第三の実施例を表す模式図である。図５は内部光学系の拡大図であり、虚像形成光学系以外の装置構成は実施例１と同様である。また、構成要素も同様のため同符号を用いて説明は省略する。
【００４４】
虚像形成光学系３は、液晶パネル６とそれを後方から照射するためのバックライト７からなる画像表示素子８と、画像光と外光を適度に合成するための部分透過ミラーＡ９、および、赤外光のみ反射する部分透過ミラーＢ２３、拡大光学手段であるレンズ１０から構成される。画像表示素子８によって形成され出射した画像光は、部分透過ミラーＢ２３を透過した後、部分透過ミラーＡ９によって光路を変換され、レンズ１０によって使用者の眼１１内に結像される。このとき、レンズ１０の物体側焦点よりレンズ１０側に画像表示素子８の像形成面を配置し、レンズ１０の像側焦点近傍に眼１１を配置すると、レンズ１０の結像作用により、虚像形成光学系３の光軸１２の延長線上に、画面情報の拡大虚像１３を視認することができる。さらに、部分透過ミラーＢ２３の反射軸上であり虚像形成光学系３の光軸１２相当位置上に瞳検出センサ１４、および赤外ＬＥＤ１５からなる瞳検出手段を配置する。
【００４５】
赤外ＬＥＤ１５から出射した赤外光は、部分透過ミラーＢ２３で反射しさらに、部分透過ミラーＡ９で反射され、使用者の瞳で反射した後、再び部分透過ミラーＡ９で反射し、部分透過ミラーＢ２３で反射して瞳検出センサ１４で受光され、その光強度を検出することにより、瞳位置の検出が可能となる。
【００４６】
虚像形成光学系３を左右いずれかに切り換え配置するときは、使用者２が軸Ａ４のつまみ１６を回転し、それと連動してバックライト７は消灯する。虚像１３全体が視認できるおおよその位置へ移動した後、部分透過ミラーＡ９、および部分透過ミラーＢ２３の反射軸上にある赤外ＬＥＤ１５を点灯し、瞳検出センサ１４により瞳から反射してくる赤外光を測光し、制御回路１８にフィードバックする。制御回路１８では、予め設定してある反射光量と瞳検出センサ１４からの反射光量データとを比較し、設定値からはずれている場合には、実施例１と同様の、位置ずれを使用者に知らせる手段により使用者２に位置ずれを知らせる。
【００４７】
このように、使用者２の略眼幅方向に虚像形成光学系３を移動し、瞳検出手段により瞳の位置に合わせて虚像形成光学系３の位置を正確で容易に調節でき、無理な眼球運動をとらないため、使用者２の瞳の位置との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造を簡略化できる。
【００４８】
また、部分透過ミラーＡ９の反射軸上に部分透過ミラーＢ２３を設けたため、瞳検出手段が視界を妨げることなく、図５に示すようなシースルー型の虚像形成光学系３にも対応でき、また部分透過ミラーＢ２３への光線の入射角を小さくしたため、装置本体１を特に大型化することなく使用者２の瞳位置を検出できる。
【００４９】
なお、外光視認にあたりレンズ１０のパワーを打ち消す必要があれば、図５における部分透過ミラーＡ９の透過軸上に、レンズ１０のパワーを打ち消す別のレンズを配置すればよい。
【００５０】
（実施例４）
図６から図８は本発明の第四の実施例を表す模式図である。図６は上面図、図７は側面図、図８は内部光学系の拡大図である。尚、虚像形成光学形３の内部構造は実施例１と同様であるため同符号を用いて説明は省略する。
【００５１】
同図において、装置本体１は、使用者２の左右いずれかの眼に対応する前方に虚像形成光学系３を有する。また、虚像形成光学系３は、装置本体１に空転保持され使用者２の略眼幅方向に延伸しネジ形状を有する軸Ａ４に螺着し、保持部５に係合される。
【００５２】
軸Ａ４はその側方に駆動手段であるモータ２０を有し、モータ２０を駆動させることにより軸Ａ４は回転し、装置本体１に対して空転するため、それに螺着勘合する虚像形成光学系３を使用者２の略眼幅方向に移動させることができる。その際に、虚像形成光学系３に軸Ａ４とは別の案内軸１７、もしくは、案内面を軸Ａ４と平行方向に設けることで、より安定に虚像形成光学系３を移動することができる。
【００５３】
虚像形成光学系３を左右いずれかに移動し配置するときは、バックライト７を消灯し、瞳検出センサ１４により瞳の位置を検出し、制御手段である制御回路１８にフィードバックする。制御回路１８では、予め設定してある反射光量と瞳検出センサ１４からの反射光量データとを比較する。制御回路１８はデータを比較するとともに、モータ２０の駆動を制御し虚像形成光学系３を移動する。
【００５４】
このように、使用者２の略眼幅方向に虚像形成光学系３を移動し、瞳検出センサ１４により瞳の位置に合わせて虚像形成光学系３の位置を正確で容易に調節でき、無理な眼球運動をとらないため、使用者２の瞳の位置との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造を自動にし簡略化できる。
【００５５】
さらに、位置調整が自動で行えるため、装着が容易になり、脱装着を繰り返し行った際にも再現性がよい。
【００５６】
なお、瞳検出手段の位置は、本実施例に限らず、実施例２または実施例３の位置でも同様であることは自明である。
【００５７】
（実施例５）
図９、図１０は本発明の第五の実施例を表す模式図である。図９は上面図、図１０は側面図である。尚、虚像形成光学形３の内部構造は実施例１または、実施例２と同様であるため同符号を用いて説明は省略する。
【００５８】
図９、図１０において、装置本体１は、使用者２の両眼に対応する前方に一対の虚像形成光学系３を有する。また、虚像形成光学系３は、装置本体１に空転保持され使用者２の略眼幅方向に延伸し、略眼幅方向の中心から対称なネジ形状を有する軸Ｂ２１からなる切り換え手段に螺着して装置本体１に保持され保持部５に係合される。
【００５９】
軸Ｂ２１は側方に突出したつまみ１６を回転することによりそれ自身が回転し、装置本体１に対して空転するため、それと螺着嵌合する一対の虚像形成光学系３を使用者２の略眼幅方向に対称に移動、すなわち眼幅調整させることができる。その際に、虚像形成光学系３に軸Ｂ２１とは別の案内軸１７、もしくは、案内面を軸Ｂ２１と平行方向に設けることで、より安定に虚像形成光学系３を移動することができる。
【００６０】
虚像形成光学系３を使用者２の眼前に配置するよう眼幅調整をするときは、使用者２が軸Ｂ２１のつまみ１６を回転し、それと連動してバックライト７は消灯する。虚像１３全体が視認できるおおよその位置へ移動した後、部分透過ミラーＡ９の透過軸上にある赤外ＬＥＤ１５を点灯し、瞳検出センサ１４により瞳から反射してくる赤外光を測光し、制御回路１８にフィードバックする。制御回路１８では、予め設定してある反射光量と瞳検出センサ１４からの反射光量データとを比較し、設定値からはずれている場合には、実施例１と同様の位置ずれを使用者２に知らせる手段により使用者２に位置ずれを知らせる。
【００６１】
なお、瞳検出手段は一対の虚像形成光学系３の両方に設けても片方に設けてもよく、後者の場合は、装置本体１を鼻等により位置出しする構造を併用することにより、片方の瞳検出により両眼とも位置合わせが可能である。
【００６２】
このように、使用者２の略眼幅方向に虚像形成光学系３を移動し、瞳検出手段により瞳の位置に合わせて虚像形成光学系３の位置を正確で容易に調節でき、無理な眼球運動をとらないため、使用者２の瞳の位置との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造を簡略化できる。
【００６３】
なお、瞳検出手段の位置は、本実施例に限らず、実施例２または実施例３の位置でも同様であることは自明である。
【００６４】
（実施例６）
図１１、図１２は本発明の第六の実施例を表す模式図である。図１１は上面図、図１２は側面図である。尚、虚像形成光学形３の内部構造は実施例１または、実施例２と同様であるため同符号を用いて説明は省略する。
【００６５】
図１１、図１２において、装置本体１は、使用者２の両眼に対応する前方に一対の虚像形成光学系３を有する。また、虚像形成光学系３は、装置本体１に空転保持され使用者２の略眼幅方向に延伸し、略眼幅方向の中心から対称なネジ形状を有する軸Ｂ２１からなる切り換え手段に螺着して装置本体１に保持され保持部５に係合される。
【００６６】
軸Ｂ２１はその側方に駆動手段であるモータ２０を有し、モータ２０を駆動させることにより軸Ｂ２１は回転し、装置本体１に対して空転するため、それと螺着嵌合する一対の虚像形成光学系３を使用者２の略眼幅方向に対称に移動、すなわち眼幅調整させることができる。その際に、虚像形成光学系３に軸Ｂ２１とは別の案内軸１７、もしくは、案内面を軸Ｂ２１と平行方向に設けることで、より安定に虚像形成光学系３を移動することができる。
【００６７】
虚像形成光学系３を使用者２の眼前に配置するよう眼幅調整をするときは、バックライト７を消灯し、瞳検出センサ１４により瞳の位置を検出し、制御手段である制御回路１８にフィードバックする。制御回路１８では、予め設定してある反射光量と瞳検出センサ１４からの反射光量データとを比較する。制御回路１８はデータを比較するとともに、モータ２０の駆動を制御し虚像形成光学系３を移動する。
【００６８】
なお、瞳検出手段は一対の虚像形成光学系３の両方に設けても片方に設けてもよく、後者の場合は、装置本体１を鼻等により位置出しする構造を併用することにより、片方の瞳検出により両眼とも位置合わせが可能である。
【００６９】
このように、使用者２の略眼幅方向に虚像形成光学系３を移動し、瞳検出センサ１４により瞳の位置に合わせて虚像形成光学系３の位置を正確で容易に調節でき、無理な眼球運動をとらないため、使用者２の瞳の位置との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構を自動にし構造を簡略化できる。
【００７０】
さらに、位置調整が自動で行えるため、装着が容易になり、脱装着を繰り返し行った際にも再現性がよい。
【００７１】
なお、瞳検出手段の位置は、本実施例に限らず、実施例２または実施例３の位置でも同様であることは自明である。
【００７２】
（実施例７）
図１３、図１４は本発明の第七の実施例を表す模式図であり、図１３は上面図、図１４は側面図である。尚、虚像形成光学形３の内部構造、および装置本体１は上記実施例すべてに同様であるため同符号を用いて説明は省略する。
【００７３】
図１３、図１４において、装置本体１はヒンジ部２２によって保持部５に係合される。これにより、装置本体１はヒンジ部２２を介して、保持部５に対する角度を可変でき、すなわち虚像形成光学系３の眼１１に対する傾きを補正できる。
【００７４】
虚像形成光学系３の傾きを補正するときは、部分透過ミラーＡ９の透過軸上にある赤外ＬＥＤ１５を点灯し、瞳検出センサ１４により瞳から反射してくる赤外光を測光し、制御回路１８にフィードバックする。制御回路１８では、予め設定してある反射光量と瞳検出センサ１４からの反射光量データとを比較し、設定値からはずれている場合には、実施例１と同様の位置ずれを使用者に知らせる手段により使用者２に位置ずれを知らせる。
【００７５】
使用者２は、位置ずれを使用者に知らせる手段による警告が解除されるようにヒンジ部２２によって装置本体１、すなわち虚像形成光学系３の傾きを調整すればよい。
【００７６】
このように、瞳検出センサ１４により瞳の位置に合わせて虚像形成光学系３の傾きを正確で容易に補正でき、無理な眼球運動をとらないため、使用者２の瞳の位置との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造を簡略化できる。
【００７７】
さらに、ヒンジ部２２を中心に保持部５側に折り畳むことにより、コンパクトに収納することができる。
【００７８】
なお、上述した傾き補正のための構成は、単独で用いることも可能であるが、前述の実施例１から実施例６と併用することにより、水平方向、傾きの両者の正確で容易な位置出しが可能となり、最も疲労を軽減することができる。
【００７９】
また、その際、瞳検出手段は単一のものを使用すればよい。
【００８０】
さらに、瞳検出手段の位置は、本実施例に限らず、実施例２または実施例３の位置でも同様である。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の頭部装着型表示装置は、虚像形成光学系を使用者の左右いずれか一方に切り換えられる構造にしたため、使用者が虚像を視認する眼を任意に選択でき、汎用性、共用性に優れている。さらに、切り換え機構と眼幅調整機構を兼ね備えることが可能となり、位置調整が容易にでき、しかも機構を簡略化することができる。また、虚像形成光学系内に部分透過ミラーを設け、それを介して虚像形成光学系の光軸相当位置に瞳検出手段を設けたため、装置本体を特に大型化することなく使用者の瞳位置を検出できる。また、使用者の瞳の位置を検出し位置ずれを知らせることができるため、虚像形成光学系を容易にしかも正確に眼前に配置することが可能である。これにより誤った配置による眼の疲労を低減できる。
【００８２】
さらに、瞳検出手段の出力に応じて、駆動手段に係合された軸が回転し、虚像形成光学系を移動させる構成であり、位置調整が自動で行えるため、装着が容易になり、脱装着を繰り返し行った際にも再現性がよい。また、位置ずれによる眼の疲労の誘発を防止でき、不快感を低減できる。
【００８３】
また、両眼で虚像を視認する頭部装着型表示装置においても、装置本体を特に大型化することなしに使用者の瞳の位置を検出し位置ずれを知らせることができるため、眼幅調整を容易にしかも正確に行うことが可能である。これにより装着が容易になり、脱装着を繰り返し行った際にも再現性がよく、位置ずれによる眼の疲労の誘発を防止でき、不快感を低減できる。
【００８４】
この場合においても、駆動手段に係合された軸を回転制御する構成にすることにより、眼幅調整が自動で行えるため、装着が容易になり、脱装着を繰り返し行った際にも再現性がよい。また、位置ずれによる眼の疲労の誘発を防止でき、不快感を低減できる。
【００８５】
また、虚像形成光学系の傾きを使用者に知らせるとともに、それを補正するためのヒンジ手段を設けたため、容易にしかも正確に虚像形成光学系の傾きを修正でき、レンズの歪による虚像のケラレや虚像の歪みが防止できる上に、位置ずれによる眼の疲労や不快感を低減できる。
【００８６】
さらに、画像表示素子の画像光の偏向を兼用した部分透過ミラーの透過軸上に瞳検出手段を設けたため、瞳検出手段の構成が簡略化でき、装置本体を特に大型化することなく使用者の瞳位置を検出できる。
【００８７】
また、画像表示素子と前記使用者の瞳の間の光路上に部分透過ミラーを設けその反射軸上に瞳検出手段を設けたため、虚像形成光学系の配置が直線的なものやシースルー型のものにも対応でき、装置本体を特に大型化することなく使用者の瞳位置を検出できる。
【００８８】
さらに、使用者の瞳と虚像形成光学系の位置ずれを知らせる手段が、音による簡易的なものであるため、装置構成を簡略化できるとともに、使用者にわかりやすい。
【００８９】
あるいは、使用者の瞳と虚像形成光学系の位置ずれを知らせる手段を画像表示素子の画像を消すことにしたため、使用者の瞳と虚像形成光学系の位置ずれによる誤使用の防止に強制力があり、また使用者は周囲の人に影響を与えずに、誤使用を認識できる。その結果、眼の疲労の誘発、および不快感を低減できる上、装置本体の低パワー化にも寄与する。
【００９０】
また、同手段を画像を重ねて表示することにしたため、使用者の瞳と虚像形成光学系の位置ずれによる誤使用の防止に強制力があり、また使用者は周囲の人に影響を与えず、さらに耳の不自由な人や喧騒の中であっても誤使用を認識できる。その結果、眼の疲労の誘発、および不快感を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例を表す模式的上面図。
【図２】本発明の第一の実施例を表す模式的側面図。
【図３】本発明の第一の実施例を表す光学系の拡大図。
【図４】本発明の第二の実施例を表す光学系の拡大図。
【図５】本発明の第三の実施例を表す光学系の拡大図。
【図６】本発明の第四の実施例を表す模式的上面図。
【図７】本発明の第四の実施例を表す模式的側面図。
【図８】本発明の第四の実施例を表す光学系の拡大図。
【図９】本発明の第五の実施例を表す模式的上面図。
【図１０】本発明の第五の実施例を表す模式的側面図。
【図１１】本発明の第六の実施例を表す模式的上面図。
【図１２】本発明の第六の実施例を表す模式的側面図。
【図１３】本発明の第七の実施例を表す模式的上面図。
【図１４】本発明の第七の実施例を表す模式的側面図。
【符号の説明】
１ 装置本体
２ 使用者
３ 虚像形成光学系
４ 軸Ａ
５ 保持部
６ 液晶パネル
７ バックライト
８ 画像表示素子
９ 部分透過ミラーＡ
１０ レンズ
１１ 眼
１２ 光軸
１３ 虚像
１４ 瞳検出センサ
１５ 赤外ＬＥＤ
１６ つまみ
１７ 案内軸
１８ 制御回路
１９ ブザー
２０ モータ
２１ 軸Ｂ
２２ ヒンジ部
２３ 部分透過ミラーＢ
【産業上の利用分野】
本発明は、画像表示素子で形成した画像を虚像拡大する頭部装着型の画像表示装置に関し、特にその虚像形成光学系の左右切り換え及び、装置本体の傾きを補正する構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、映像およびデータディスプレイの携帯性を高める要請に答えるため、頭部装着型の表示装置が提案されている。その代表的な一例として、ＵＳＰ Ｎｏ．５，１６２，８２８、および特開平６−１２１２５７に記載されている頭部装着型表示装置が知られている。前者はＶｉｒｔｕａｌ Ｖｉｓｉｏｎ ＳＰＯＲＴと銘打って、携帯型の頭部装着型表示装置が商品化されており、これは主に一般向け映像表示用のディスプレイとして、１枚の液晶表示素子で形成した画像をレンズで虚像拡大し、使用者の効き目で虚像を視認すべく構成されている。また、後者は２枚の液晶表示素子で形成した画像をレンズで拡大し、両眼で虚像を視認すべく構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前者の場合、一般的に使用者の効き目で虚像を視認することを推奨している。そのため、虚像を形成する光学系が左右いずれか片方に固定されており、右側もしくは左側専用となっている。従って、固定であるため眼幅調整ができず、虚像を視認する上で特に重要である眼についての影響も大きい。このため、不自然な視線を強いられたり、あるいは、眼球の回転を司る筋肉が緊張状態を持続することになり疲労しやすい。また、使用者の瞳の水平方向の正面に虚像を形成する光学系が配置されて、正確に表示されるように設計されているため、斜めから視認すると光学系の歪による影響を受け、虚像が歪んでしまう。
【０００４】
このように、虚像を形成する光学系が、左右いずれか片方に固定されている頭部装着型表示装置では、上記課題を解決することは不可能である。これでは汎用性、共用性に乏しく、また、一般向け映像表示用ディスプレイとしては、はなはだ不適切である。
【０００５】
また後者においては、両眼で視認するため眼幅調整機構を設けており、使用者の手動による調整機構が記載されている。しかし、この調整機構は使用者の主観によるものであり、それが適切な位置かどうかは判断がつきにくく、正確な調整も困難である。さらに、装着するたびに調整する必要があり、その都度、位置が変わることになる。従ってこれも前者同様、汎用性、共用性に乏しく、一般向け映像表示用ディスプレイとしては、はなはだ不適切である。
【０００６】
さらに、これらの頭部装着型表示装置は、一般的に使用者の主観により虚像形成光学系の位置を決めるため、誤使用や眼の疲労の誘発を招くものである。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、第一に使用者の瞳と虚像形成光学系の位置ずれを使用者に知らせ、誤った使用法による眼の疲労を防ぐことを実現することにある。
【０００８】
第二に使用者の瞳と虚像形成光学系の位置ずれを自動で補正し、誤った使用法による眼の疲労を防ぐことを実現することにある。
【０００９】
第三に頭部への装着の際に、使用者の瞳と虚像形成光学系の傾きによる位置ずれを使用者に知らせ、誤った使用法による眼の疲労を防ぐことを実現することにある。
【００１０】
【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、画像表示素子と該画像表示素子によって形成した画像を虚像拡大する拡大光学手段からなる虚像形成光学系を装置本体内に収納保持し、該装置本体を頭部に装着して画像を使用者の眼の左右いずれか一方で視認する頭部装着型表示装置において、前記装置本体が前記虚像形成光学系を、前記使用者の左右いずれか一方の眼前に切り換え保持する切り換え手段を有し、前記虚像形成光学系内に部分透過ミラーを備え、該部分透過ミラーを介して前記虚像形成光学系の光軸相当位置に設けた前記使用者の瞳の位置を検出するための瞳検出手段と、該瞳検出手段の出力に応じて、前記虚像形成光学系の略眼幅方向の位置ずれを使用者に知らせる手段を有することを特徴とする。
【００１１】
または、前記切り換え手段が、前記装置本体に空転保持され前記使用者の略眼幅方向に延伸しネジ形状を有する軸を備え、該軸の片端に該軸を回転するための駆動手段が係合されるとともに、前記虚像形成光学系が該軸に螺着嵌合し、前記瞳検出手段の出力に応じて前記駆動手段を駆動制御するための制御手段を有してもよい。
【００１２】
あるいは、画像表示素子と該画像表示素子によって形成した画像を虚像拡大する拡大光学手段からなる虚像形成光学系を装置本体内に収納保持し、該装置本体を頭部に装着して画像を視認する頭部装着型表示装置において、前記装置本体が前記虚像形成光学系を前記使用者の略眼幅方向に移動するための眼幅調整手段を有し、前記虚像形成光学系内に部分透過ミラーを備え、該部分透過ミラーを介して前記虚像形成光学系の光軸相当位置に設けた前記使用者の瞳の位置を検出するための瞳検出手段と、該瞳検出手段の出力に応じて、前記虚像形成光学系の略眼幅方向の位置ずれを使用者に知らせる手段を有することを特徴とする。
【００１３】
または、前記眼幅調整手段が、前記装置本体に空転保持され前記使用者の略眼幅方向に延伸しネジ形状を有する軸を備え、該軸の片端に該軸を回転するための駆動手段が係合されるとともに、前記虚像形成光学系が該軸に螺着嵌合し、前記瞳検出手段の出力に応じて前記駆動手段を駆動制御するための制御手段を有してもよい。
【００１４】
さらに、前記装置本体がヒンジ手段を介して前記使用者に装着され、前記虚像形成光学系が部分透過ミラーを備え、該部分透過ミラーを介して前記虚像形成光学系の光軸相当位置に設けた前記使用者の瞳の位置を検出するための瞳検出手段と、該瞳検出手段の出力に応じて、前記虚像形成光学系の傾きによる位置ずれを使用者に知らせる手段を有することを特徴とする。
【００１５】
その時、上記それぞれにおいて、前記部分透過ミラーが、前記画像表示素子からの画像光の偏向を兼用するとともに、前記部分透過ミラーの透過軸上であり、前記虚像形成光学系の光軸相当位置に前記瞳検出手段を有することがよい。
【００１６】
また、前記部分透過ミラーが、前記画像表示素子と前記使用者の瞳の間の光路上にあり、前記部分透過ミラーの反射軸上であり、前記虚像形成光学系の光軸相当位置に前記瞳検出手段を有することがよい。
【００１７】
さらに、上記それぞれにおいて、前記位置ずれを使用者に知らせる手段が、音または、画像表示素子の画像を消すこと、あるいは画像表示によることを特徴とする。
【００１８】
【作用】
請求項１の構成によれば、虚像形成光学系を使用者の左右いずれか一方に切り換えられる構造にしたため、使用者が虚像を視認する眼を任意に選択でき、汎用性、共用性に優れている。さらに、切り換え機構と眼幅調整機構を兼ね備えることが可能となり、位置調整が容易にでき、しかも機構を簡略化することができる。また、虚像形成光学系内に部分透過ミラーを設け、それを介して虚像形成光学系の光軸相当位置に瞳検出手段を設けたため、装置本体を特に大型化することなく使用者の瞳位置を検出できる。また、使用者の瞳の位置を検出し位置ずれを知らせることができるため、虚像形成光学系を容易にしかも正確に眼前に配置することが可能である。これにより誤った配置による眼の疲労を低減できる。
【００１９】
請求項２の構成によれば、請求項１の内容に加え、瞳検出手段の出力に応じて、駆動手段に係合された軸が回転し、虚像形成光学系を移動させる構成であり、位置調整が自動で行えるため、装着が容易になり、脱装着を繰り返し行った際にも再現性がよい。また、位置ずれによる眼の疲労の誘発を防止でき、不快感を低減できる。
【００２０】
請求項３の構成によれば、両眼で虚像を視認する頭部装着型表示装置においても、請求項１と同様に、装置本体を特に大型化することなしに使用者の瞳の位置を検出し位置ずれを知らせることができるため、眼幅調整を容易にしかも正確に行うことが可能である。これにより装着が容易になり、脱装着を繰り返し行った際にも再現性がよい。また、位置ずれによる眼の疲労の誘発を防止でき、不快感を低減できる。
【００２１】
請求項４の構成によれば、請求項３の内容に加え、請求項２と同様にして眼幅調整が自動で行えるため、装着が容易になり、脱装着を繰り返し行った際にも再現性がよい。また、位置ずれによる眼の疲労の誘発を防止でき、不快感を低減できる。
【００２２】
請求項５の構成によれば、請求項１から４の内容に加え、虚像形成光学系の傾きを使用者に知らせるとともに、それを補正するためのヒンジ手段を設けたため、容易にしかも正確に虚像形成光学系の傾きを修正でき、レンズの歪による虚像のケラレや虚像の歪みが防止できる。また、位置ずれによる眼の疲労や不快感を低減できる。
【００２３】
請求項６の構成によれば、画像表示素子の画像光の偏向を兼用した部分透過ミラーの透過軸上に瞳検出手段を設けたため、瞳検出手段の構成が簡略化でき、装置本体を特に大型化することなく使用者の瞳位置を検出できる。
【００２４】
また請求項７の構成によれば、画像表示素子と前記使用者の瞳の間の光路上に部分透過ミラーを設けその反射軸上に瞳検出手段を設けたため、虚像形成光学系の配置が直線的なものやシースルー型のものにも対応でき、装置本体を特に大型化することなく使用者の瞳位置を検出できる。
【００２５】
請求項８の構成によれば、請求項１から５の内容に加え、使用者の瞳と虚像形成光学系の位置ずれを知らせる手段が、音による簡易的なものであるため、装置構成を簡略化できるとともに、使用者にわかりやすい。
【００２６】
さらに請求項９の構成によれば、画像表示素子の画像を消すことにより、使用者の瞳と虚像形成光学系の位置ずれによる誤使用の防止に強制力があり、また使用者は周囲の人に影響を与えずに、誤使用を認識できる。その結果、眼の疲労の誘発、および不快感を低減できる上、装置本体の低パワー化にも寄与する。
【００２７】
また請求項１０の構成によれば、画像を重ねて表示することにより、使用者の瞳と虚像形成光学系の位置ずれによる誤使用の防止に強制力があり、また使用者は周囲の人に影響を与えず、さらに耳の不自由な人や喧騒の中であっても誤使用を認識できる。その結果、眼の疲労の誘発、および不快感を低減できる。
【００２８】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を図面を参照して詳述する。
（実施例１）
図１から図３は本発明の第一の実施例を表す模式図である。図１は上面図、図２は側面図、図３は内部光学系の拡大図である。
【００２９】
図１から図３において、装置本体１は、使用者２の左右いずれかの眼に対応する前方に虚像形成光学系３を有する。また、虚像形成光学系３は使用者２の略眼幅方向に延伸しネジ形状を有する軸Ａ４からなる切り換え手段に螺着し、保持部５に係合される。
【００３０】
虚像形成光学系３は、液晶パネル６とそれを後方から照射するためのバックライト７からなる画像表示素子８と、赤外光のみ透過する部分透過ミラーＡ９、拡大光学手段であるレンズ１０から構成される。画像表示素子８によって形成され出射した画像光は、部分透過ミラーＡ９によって光路を変換され、レンズ１０によって使用者の眼１１内に結像される。このとき、レンズ１０の物体側焦点よりレンズ１０側に画像表示素子８の像形成面を配置し、レンズ１０の像側焦点近傍に眼１１を配置すると、レンズ１０の結像作用により、虚像形成光学系３の光軸１２の延長線上に、画面情報の拡大虚像１３を視認することができる。さらに、部分透過ミラーＡ９の透過軸上であり虚像形成光学系３の光軸１２相当位置上に瞳検出センサ１４、および赤外ＬＥＤ１５からなる瞳検出手段を配置する。
【００３１】
赤外ＬＥＤ１５から出射した赤外光は、部分透過ミラーＡ９を透過し使用者の瞳で反射した後、再び部分透過ミラーＡ９を透過して瞳検出センサ１４で受光され、その光強度を検出することにより、瞳位置の検出が可能となる。
【００３２】
軸Ａ４は側方に突出したつまみ１６を回転することによりそれ自身が回転し、装置本体１に対して空転するため、それと螺着嵌合する虚像形成光学系３を使用者２の略眼幅方向に移動させることができる。その際に、虚像形成光学系３に軸Ａ４とは別の案内軸１７、もしくは、案内面を軸Ａ４と平行方向に設けることで、より安定に虚像形成光学系３を移動することができる。
【００３３】
虚像形成光学系３を左右いずれかに切り換え配置するときは、使用者２が軸Ａ４のつまみ１６を回転し、それと連動してバックライト７は消灯する。虚像１３全体が視認できるおおよその位置へ移動した後、部分透過ミラーＡ９の後方にある赤外ＬＥＤ１５を点灯し、瞳検出センサ１４により瞳から反射してくる赤外光を測光し、制御回路１８にフィードバックする。制御回路１８では、予め設定してある反射光量と瞳検出センサ１４からの反射光量データとを比較し、設定値からはずれている場合には、位置ずれを使用者に知らせる手段により使用者２に警告する。この位置ずれを使用者に知らせる手段は、ブザー１９等を鳴らす音、またはバックライト７の消灯状態を保持し画像表示素子の画像を消す、あるいは虚像１３の上に警告表示等の画像表示を重ねることにより使用者２に位置ずれを知らせる。
【００３４】
ブザー１９等の音による簡易的なものであれば、装置構成を簡略化できるとともに、使用者２にわかりやすい。また、画像表示素子８の画像を消すことにより、使用者２は位置ずれを直さない限り画像を見れない状態になるため、使用者２の瞳１１と虚像形成光学系３の位置ずれによる誤使用の防止に強制力があり、さらに、使用者は周囲の人に影響を与えずに、誤使用を認識できる。あるいは、画像を重ねて表示することにより、使用者は周囲の人に影響を与えず、さらに耳の不自由な人や喧騒の中であっても誤使用を認識できる。
【００３５】
このように、使用者２の略眼幅方向に虚像形成光学系３を移動し、瞳検出手段により瞳の位置に合わせて虚像形成光学系３の位置を正確で容易に調節でき、無理な眼球運動をとらないため、使用者２の瞳の位置との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造を簡略化できる。
【００３６】
また、画像表示素子８の画像光の偏向を兼用した部分透過ミラーＡ９の透過軸上であり、虚像形成光学系の光軸相当位置に瞳検出手段を設けたため、瞳検出手段の構成が簡略化でき、装置本体１を特に大型化することなく使用者２の瞳位置を検出できる。
【００３７】
（実施例２）
図４は本発明の第二の実施例を表す模式図である。図４は内部光学系の拡大図であり、虚像形成光学系以外の装置構成は実施例１と同様である。また、構成要素も同様のため同符号を用いて説明は省略する。
【００３８】
虚像形成光学系３は、液晶パネル６とそれを後方から照射するためのバックライト７からなる画像表示素子８と、赤外光のみ反射する部分透過ミラーＡ９、拡大光学手段であるレンズ１０から構成される。画像表示素子８によって形成され出射した画像光は、部分透過ミラーＡ９を透過し、レンズ１０によって使用者の眼１１内に結像される。このとき、レンズ１０の物体側焦点よりレンズ１０側に画像表示素子８の像形成面を配置し、レンズ１０の像側焦点近傍に眼１１を配置すると、レンズ１０の結像作用により、虚像形成光学系３の光軸１２の延長線上に、画面情報の拡大虚像１３を視認することができる。さらに、画像表示素子８と眼１１の間の光路上に部分透過ミラーＡ９を配置し、部分透過ミラーＡ９の反射光路上であり虚像形成光学系３の光軸１２相当位置上に瞳検出センサ１４、および赤外ＬＥＤ１５からなる瞳検出手段を配置する。
【００３９】
赤外ＬＥＤ１５から出射した赤外光は、部分透過ミラーＡ９により反射され、使用者の瞳で反射した後、再び部分透過ミラーＡ９で反射されて瞳検出センサ１４で受光される。その光強度を検出することにより、瞳位置の検出が可能となる。
【００４０】
虚像形成光学系３を左右いずれかに切り換え配置するときは、使用者２が軸Ａ４のつまみ１６を回転し、それと連動してバックライト７は消灯する。虚像１３全体が視認できるおおよその位置へ移動した後、部分透過ミラーＡ９の反射軸上にある赤外ＬＥＤ１５を点灯し、瞳検出センサ１４により瞳から反射してくる赤外光を測光し、制御回路１８にフィードバックする。制御回路１８では、予め設定してある反射光量と瞳検出センサ１４からの反射光量データとを比較し、設定値からはずれている場合には、実施例１と同様の、位置ずれを使用者に知らせる手段により使用者２に位置ずれを知らせる。
【００４１】
このように、使用者２の略眼幅方向に虚像形成光学系３を移動し、瞳検出センサ１４により瞳の位置に合わせて虚像形成光学系３の位置を正確で容易に調節でき、無理な眼球運動をとらないため、使用者２の瞳の位置との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造を簡略化できる。
【００４２】
また、画像表示素子８と使用者２の瞳の間の光路上の反射軸上に部分透過ミラーＡ９を設けたため、図４に示すような虚像形成光学系３の配置が直線的なものにも対応でき、装置本体１を特に大型化することなく使用者２の瞳位置を検出できる。
【００４３】
（実施例３）
図５は本発明の第三の実施例を表す模式図である。図５は内部光学系の拡大図であり、虚像形成光学系以外の装置構成は実施例１と同様である。また、構成要素も同様のため同符号を用いて説明は省略する。
【００４４】
虚像形成光学系３は、液晶パネル６とそれを後方から照射するためのバックライト７からなる画像表示素子８と、画像光と外光を適度に合成するための部分透過ミラーＡ９、および、赤外光のみ反射する部分透過ミラーＢ２３、拡大光学手段であるレンズ１０から構成される。画像表示素子８によって形成され出射した画像光は、部分透過ミラーＢ２３を透過した後、部分透過ミラーＡ９によって光路を変換され、レンズ１０によって使用者の眼１１内に結像される。このとき、レンズ１０の物体側焦点よりレンズ１０側に画像表示素子８の像形成面を配置し、レンズ１０の像側焦点近傍に眼１１を配置すると、レンズ１０の結像作用により、虚像形成光学系３の光軸１２の延長線上に、画面情報の拡大虚像１３を視認することができる。さらに、部分透過ミラーＢ２３の反射軸上であり虚像形成光学系３の光軸１２相当位置上に瞳検出センサ１４、および赤外ＬＥＤ１５からなる瞳検出手段を配置する。
【００４５】
赤外ＬＥＤ１５から出射した赤外光は、部分透過ミラーＢ２３で反射しさらに、部分透過ミラーＡ９で反射され、使用者の瞳で反射した後、再び部分透過ミラーＡ９で反射し、部分透過ミラーＢ２３で反射して瞳検出センサ１４で受光され、その光強度を検出することにより、瞳位置の検出が可能となる。
【００４６】
虚像形成光学系３を左右いずれかに切り換え配置するときは、使用者２が軸Ａ４のつまみ１６を回転し、それと連動してバックライト７は消灯する。虚像１３全体が視認できるおおよその位置へ移動した後、部分透過ミラーＡ９、および部分透過ミラーＢ２３の反射軸上にある赤外ＬＥＤ１５を点灯し、瞳検出センサ１４により瞳から反射してくる赤外光を測光し、制御回路１８にフィードバックする。制御回路１８では、予め設定してある反射光量と瞳検出センサ１４からの反射光量データとを比較し、設定値からはずれている場合には、実施例１と同様の、位置ずれを使用者に知らせる手段により使用者２に位置ずれを知らせる。
【００４７】
このように、使用者２の略眼幅方向に虚像形成光学系３を移動し、瞳検出手段により瞳の位置に合わせて虚像形成光学系３の位置を正確で容易に調節でき、無理な眼球運動をとらないため、使用者２の瞳の位置との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造を簡略化できる。
【００４８】
また、部分透過ミラーＡ９の反射軸上に部分透過ミラーＢ２３を設けたため、瞳検出手段が視界を妨げることなく、図５に示すようなシースルー型の虚像形成光学系３にも対応でき、また部分透過ミラーＢ２３への光線の入射角を小さくしたため、装置本体１を特に大型化することなく使用者２の瞳位置を検出できる。
【００４９】
なお、外光視認にあたりレンズ１０のパワーを打ち消す必要があれば、図５における部分透過ミラーＡ９の透過軸上に、レンズ１０のパワーを打ち消す別のレンズを配置すればよい。
【００５０】
（実施例４）
図６から図８は本発明の第四の実施例を表す模式図である。図６は上面図、図７は側面図、図８は内部光学系の拡大図である。尚、虚像形成光学形３の内部構造は実施例１と同様であるため同符号を用いて説明は省略する。
【００５１】
同図において、装置本体１は、使用者２の左右いずれかの眼に対応する前方に虚像形成光学系３を有する。また、虚像形成光学系３は、装置本体１に空転保持され使用者２の略眼幅方向に延伸しネジ形状を有する軸Ａ４に螺着し、保持部５に係合される。
【００５２】
軸Ａ４はその側方に駆動手段であるモータ２０を有し、モータ２０を駆動させることにより軸Ａ４は回転し、装置本体１に対して空転するため、それに螺着勘合する虚像形成光学系３を使用者２の略眼幅方向に移動させることができる。その際に、虚像形成光学系３に軸Ａ４とは別の案内軸１７、もしくは、案内面を軸Ａ４と平行方向に設けることで、より安定に虚像形成光学系３を移動することができる。
【００５３】
虚像形成光学系３を左右いずれかに移動し配置するときは、バックライト７を消灯し、瞳検出センサ１４により瞳の位置を検出し、制御手段である制御回路１８にフィードバックする。制御回路１８では、予め設定してある反射光量と瞳検出センサ１４からの反射光量データとを比較する。制御回路１８はデータを比較するとともに、モータ２０の駆動を制御し虚像形成光学系３を移動する。
【００５４】
このように、使用者２の略眼幅方向に虚像形成光学系３を移動し、瞳検出センサ１４により瞳の位置に合わせて虚像形成光学系３の位置を正確で容易に調節でき、無理な眼球運動をとらないため、使用者２の瞳の位置との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造を自動にし簡略化できる。
【００５５】
さらに、位置調整が自動で行えるため、装着が容易になり、脱装着を繰り返し行った際にも再現性がよい。
【００５６】
なお、瞳検出手段の位置は、本実施例に限らず、実施例２または実施例３の位置でも同様であることは自明である。
【００５７】
（実施例５）
図９、図１０は本発明の第五の実施例を表す模式図である。図９は上面図、図１０は側面図である。尚、虚像形成光学形３の内部構造は実施例１または、実施例２と同様であるため同符号を用いて説明は省略する。
【００５８】
図９、図１０において、装置本体１は、使用者２の両眼に対応する前方に一対の虚像形成光学系３を有する。また、虚像形成光学系３は、装置本体１に空転保持され使用者２の略眼幅方向に延伸し、略眼幅方向の中心から対称なネジ形状を有する軸Ｂ２１からなる切り換え手段に螺着して装置本体１に保持され保持部５に係合される。
【００５９】
軸Ｂ２１は側方に突出したつまみ１６を回転することによりそれ自身が回転し、装置本体１に対して空転するため、それと螺着嵌合する一対の虚像形成光学系３を使用者２の略眼幅方向に対称に移動、すなわち眼幅調整させることができる。その際に、虚像形成光学系３に軸Ｂ２１とは別の案内軸１７、もしくは、案内面を軸Ｂ２１と平行方向に設けることで、より安定に虚像形成光学系３を移動することができる。
【００６０】
虚像形成光学系３を使用者２の眼前に配置するよう眼幅調整をするときは、使用者２が軸Ｂ２１のつまみ１６を回転し、それと連動してバックライト７は消灯する。虚像１３全体が視認できるおおよその位置へ移動した後、部分透過ミラーＡ９の透過軸上にある赤外ＬＥＤ１５を点灯し、瞳検出センサ１４により瞳から反射してくる赤外光を測光し、制御回路１８にフィードバックする。制御回路１８では、予め設定してある反射光量と瞳検出センサ１４からの反射光量データとを比較し、設定値からはずれている場合には、実施例１と同様の位置ずれを使用者２に知らせる手段により使用者２に位置ずれを知らせる。
【００６１】
なお、瞳検出手段は一対の虚像形成光学系３の両方に設けても片方に設けてもよく、後者の場合は、装置本体１を鼻等により位置出しする構造を併用することにより、片方の瞳検出により両眼とも位置合わせが可能である。
【００６２】
このように、使用者２の略眼幅方向に虚像形成光学系３を移動し、瞳検出手段により瞳の位置に合わせて虚像形成光学系３の位置を正確で容易に調節でき、無理な眼球運動をとらないため、使用者２の瞳の位置との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造を簡略化できる。
【００６３】
なお、瞳検出手段の位置は、本実施例に限らず、実施例２または実施例３の位置でも同様であることは自明である。
【００６４】
（実施例６）
図１１、図１２は本発明の第六の実施例を表す模式図である。図１１は上面図、図１２は側面図である。尚、虚像形成光学形３の内部構造は実施例１または、実施例２と同様であるため同符号を用いて説明は省略する。
【００６５】
図１１、図１２において、装置本体１は、使用者２の両眼に対応する前方に一対の虚像形成光学系３を有する。また、虚像形成光学系３は、装置本体１に空転保持され使用者２の略眼幅方向に延伸し、略眼幅方向の中心から対称なネジ形状を有する軸Ｂ２１からなる切り換え手段に螺着して装置本体１に保持され保持部５に係合される。
【００６６】
軸Ｂ２１はその側方に駆動手段であるモータ２０を有し、モータ２０を駆動させることにより軸Ｂ２１は回転し、装置本体１に対して空転するため、それと螺着嵌合する一対の虚像形成光学系３を使用者２の略眼幅方向に対称に移動、すなわち眼幅調整させることができる。その際に、虚像形成光学系３に軸Ｂ２１とは別の案内軸１７、もしくは、案内面を軸Ｂ２１と平行方向に設けることで、より安定に虚像形成光学系３を移動することができる。
【００６７】
虚像形成光学系３を使用者２の眼前に配置するよう眼幅調整をするときは、バックライト７を消灯し、瞳検出センサ１４により瞳の位置を検出し、制御手段である制御回路１８にフィードバックする。制御回路１８では、予め設定してある反射光量と瞳検出センサ１４からの反射光量データとを比較する。制御回路１８はデータを比較するとともに、モータ２０の駆動を制御し虚像形成光学系３を移動する。
【００６８】
なお、瞳検出手段は一対の虚像形成光学系３の両方に設けても片方に設けてもよく、後者の場合は、装置本体１を鼻等により位置出しする構造を併用することにより、片方の瞳検出により両眼とも位置合わせが可能である。
【００６９】
このように、使用者２の略眼幅方向に虚像形成光学系３を移動し、瞳検出センサ１４により瞳の位置に合わせて虚像形成光学系３の位置を正確で容易に調節でき、無理な眼球運動をとらないため、使用者２の瞳の位置との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構を自動にし構造を簡略化できる。
【００７０】
さらに、位置調整が自動で行えるため、装着が容易になり、脱装着を繰り返し行った際にも再現性がよい。
【００７１】
なお、瞳検出手段の位置は、本実施例に限らず、実施例２または実施例３の位置でも同様であることは自明である。
【００７２】
（実施例７）
図１３、図１４は本発明の第七の実施例を表す模式図であり、図１３は上面図、図１４は側面図である。尚、虚像形成光学形３の内部構造、および装置本体１は上記実施例すべてに同様であるため同符号を用いて説明は省略する。
【００７３】
図１３、図１４において、装置本体１はヒンジ部２２によって保持部５に係合される。これにより、装置本体１はヒンジ部２２を介して、保持部５に対する角度を可変でき、すなわち虚像形成光学系３の眼１１に対する傾きを補正できる。
【００７４】
虚像形成光学系３の傾きを補正するときは、部分透過ミラーＡ９の透過軸上にある赤外ＬＥＤ１５を点灯し、瞳検出センサ１４により瞳から反射してくる赤外光を測光し、制御回路１８にフィードバックする。制御回路１８では、予め設定してある反射光量と瞳検出センサ１４からの反射光量データとを比較し、設定値からはずれている場合には、実施例１と同様の位置ずれを使用者に知らせる手段により使用者２に位置ずれを知らせる。
【００７５】
使用者２は、位置ずれを使用者に知らせる手段による警告が解除されるようにヒンジ部２２によって装置本体１、すなわち虚像形成光学系３の傾きを調整すればよい。
【００７６】
このように、瞳検出センサ１４により瞳の位置に合わせて虚像形成光学系３の傾きを正確で容易に補正でき、無理な眼球運動をとらないため、使用者２の瞳の位置との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造を簡略化できる。
【００７７】
さらに、ヒンジ部２２を中心に保持部５側に折り畳むことにより、コンパクトに収納することができる。
【００７８】
なお、上述した傾き補正のための構成は、単独で用いることも可能であるが、前述の実施例１から実施例６と併用することにより、水平方向、傾きの両者の正確で容易な位置出しが可能となり、最も疲労を軽減することができる。
【００７９】
また、その際、瞳検出手段は単一のものを使用すればよい。
【００８０】
さらに、瞳検出手段の位置は、本実施例に限らず、実施例２または実施例３の位置でも同様である。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の頭部装着型表示装置は、虚像形成光学系を使用者の左右いずれか一方に切り換えられる構造にしたため、使用者が虚像を視認する眼を任意に選択でき、汎用性、共用性に優れている。さらに、切り換え機構と眼幅調整機構を兼ね備えることが可能となり、位置調整が容易にでき、しかも機構を簡略化することができる。また、虚像形成光学系内に部分透過ミラーを設け、それを介して虚像形成光学系の光軸相当位置に瞳検出手段を設けたため、装置本体を特に大型化することなく使用者の瞳位置を検出できる。また、使用者の瞳の位置を検出し位置ずれを知らせることができるため、虚像形成光学系を容易にしかも正確に眼前に配置することが可能である。これにより誤った配置による眼の疲労を低減できる。
【００８２】
さらに、瞳検出手段の出力に応じて、駆動手段に係合された軸が回転し、虚像形成光学系を移動させる構成であり、位置調整が自動で行えるため、装着が容易になり、脱装着を繰り返し行った際にも再現性がよい。また、位置ずれによる眼の疲労の誘発を防止でき、不快感を低減できる。
【００８３】
また、両眼で虚像を視認する頭部装着型表示装置においても、装置本体を特に大型化することなしに使用者の瞳の位置を検出し位置ずれを知らせることができるため、眼幅調整を容易にしかも正確に行うことが可能である。これにより装着が容易になり、脱装着を繰り返し行った際にも再現性がよく、位置ずれによる眼の疲労の誘発を防止でき、不快感を低減できる。
【００８４】
この場合においても、駆動手段に係合された軸を回転制御する構成にすることにより、眼幅調整が自動で行えるため、装着が容易になり、脱装着を繰り返し行った際にも再現性がよい。また、位置ずれによる眼の疲労の誘発を防止でき、不快感を低減できる。
【００８５】
また、虚像形成光学系の傾きを使用者に知らせるとともに、それを補正するためのヒンジ手段を設けたため、容易にしかも正確に虚像形成光学系の傾きを修正でき、レンズの歪による虚像のケラレや虚像の歪みが防止できる上に、位置ずれによる眼の疲労や不快感を低減できる。
【００８６】
さらに、画像表示素子の画像光の偏向を兼用した部分透過ミラーの透過軸上に瞳検出手段を設けたため、瞳検出手段の構成が簡略化でき、装置本体を特に大型化することなく使用者の瞳位置を検出できる。
【００８７】
また、画像表示素子と前記使用者の瞳の間の光路上に部分透過ミラーを設けその反射軸上に瞳検出手段を設けたため、虚像形成光学系の配置が直線的なものやシースルー型のものにも対応でき、装置本体を特に大型化することなく使用者の瞳位置を検出できる。
【００８８】
さらに、使用者の瞳と虚像形成光学系の位置ずれを知らせる手段が、音による簡易的なものであるため、装置構成を簡略化できるとともに、使用者にわかりやすい。
【００８９】
あるいは、使用者の瞳と虚像形成光学系の位置ずれを知らせる手段を画像表示素子の画像を消すことにしたため、使用者の瞳と虚像形成光学系の位置ずれによる誤使用の防止に強制力があり、また使用者は周囲の人に影響を与えずに、誤使用を認識できる。その結果、眼の疲労の誘発、および不快感を低減できる上、装置本体の低パワー化にも寄与する。
【００９０】
また、同手段を画像を重ねて表示することにしたため、使用者の瞳と虚像形成光学系の位置ずれによる誤使用の防止に強制力があり、また使用者は周囲の人に影響を与えず、さらに耳の不自由な人や喧騒の中であっても誤使用を認識できる。その結果、眼の疲労の誘発、および不快感を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例を表す模式的上面図。
【図２】本発明の第一の実施例を表す模式的側面図。
【図３】本発明の第一の実施例を表す光学系の拡大図。
【図４】本発明の第二の実施例を表す光学系の拡大図。
【図５】本発明の第三の実施例を表す光学系の拡大図。
【図６】本発明の第四の実施例を表す模式的上面図。
【図７】本発明の第四の実施例を表す模式的側面図。
【図８】本発明の第四の実施例を表す光学系の拡大図。
【図９】本発明の第五の実施例を表す模式的上面図。
【図１０】本発明の第五の実施例を表す模式的側面図。
【図１１】本発明の第六の実施例を表す模式的上面図。
【図１２】本発明の第六の実施例を表す模式的側面図。
【図１３】本発明の第七の実施例を表す模式的上面図。
【図１４】本発明の第七の実施例を表す模式的側面図。
【符号の説明】
１ 装置本体
２ 使用者
３ 虚像形成光学系
４ 軸Ａ
５ 保持部
６ 液晶パネル
７ バックライト
８ 画像表示素子
９ 部分透過ミラーＡ
１０ レンズ
１１ 眼
１２ 光軸
１３ 虚像
１４ 瞳検出センサ
１５ 赤外ＬＥＤ
１６ つまみ
１７ 案内軸
１８ 制御回路
１９ ブザー
２０ モータ
２１ 軸Ｂ
２２ ヒンジ部
２３ 部分透過ミラーＢ
Claims (10)
- 画像表示素子と該画像表示素子によって形成した画像を虚像拡大する拡大光学手段からなる虚像形成光学系を装置本体内に収納保持し、該装置本体を頭部に装着して画像を使用者の眼の左右いずれか一方で視認する頭部装着型表示装置において、前記装置本体が前記虚像形成光学系を、前記使用者の左右いずれか一方の眼前に切り換え保持する切り換え手段を有し、前記虚像形成光学系内に部分透過ミラーを備え、該部分透過ミラーを介して前記虚像形成光学系の光軸相当位置に設けた前記使用者の瞳の位置を検出するための瞳検出手段と、該瞳検出手段の出力に応じて、前記虚像形成光学系の略眼幅方向の位置ずれを使用者に知らせる手段を有することを特徴とする頭部装着型表示装置。
- 前記切り換え手段が、前記装置本体に空転保持され前記使用者の略眼幅方向に延伸しネジ形状を有する軸を備え、該軸の片端に該軸を回転するための駆動手段が係合されるとともに、前記虚像形成光学系が該軸に螺着嵌合し、前記瞳検出手段の出力に応じて前記駆動手段を駆動制御するための制御手段を有することを特徴とする、請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
- 画像表示素子と該画像表示素子によって形成した画像を虚像拡大する拡大光学手段からなる虚像形成光学系を装置本体内に収納保持し、該装置本体を頭部に装着して画像を視認する頭部装着型表示装置において、前記装置本体が前記虚像形成光学系を前記使用者の略眼幅方向に移動するための眼幅調整手段を有し、前記虚像形成光学系内に部分透過ミラーを備え、該部分透過ミラーを介して前記虚像形成光学系の光軸相当位置に設けた前記使用者の瞳の位置を検出するための瞳検出手段と、該瞳検出手段の出力に応じて、前記虚像形成光学系の略眼幅方向の位置ずれを使用者に知らせる手段を有することを特徴とする頭部装着型表示装置。
- 前記眼幅調整手段が、前記装置本体に空転保持され前記使用者の略眼幅方向に延伸しネジ形状を有する軸を備え、該軸の片端に該軸を回転するための駆動手段が係合されるとともに、前記虚像形成光学系が該軸に螺着嵌合し、前記瞳検出手段の出力に応じて前記駆動手段を駆動制御するための制御手段を有することを特徴とする、請求項３に記載の頭部装着型表示装置。
- 画像表示素子と該画像表示素子によって形成した画像を虚像拡大する拡大光学手段からなる虚像形成光学系を装置本体内に収納保持し、該装置本体を頭部に装着して画像を視認する頭部装着型表示装置において、前記装置本体がヒンジ手段を介して前記使用者に装着され、前記虚像形成光学系が部分透過ミラーを備え、該部分透過ミラーを介して前記虚像形成光学系の光軸相当位置に設けた前記使用者の瞳の位置を検出するための瞳検出手段と、該瞳検出手段の出力に応じて、前記虚像形成光学系の傾きによる位置ずれを使用者に知らせる手段を有することを特徴とする頭部装着型表示装置。
- 前記部分透過ミラーが、前記画像表示素子からの画像光の偏向を兼用するとともに、前記部分透過ミラーの透過軸上であり、前記虚像形成光学系の光軸相当位置に前記瞳検出手段を有することを特徴とする、請求項１または、３または５に記載の頭部装着型表示装置。
- 前記部分透過ミラーが、前記画像表示素子と前記使用者の瞳の間の光路上にあり、前記部分透過ミラーの反射軸上であり、前記虚像形成光学系の光軸相当位置に前記瞳検出手段を有することを特徴とする、請求項１または、３または５に記載の頭部装着型表示装置。
- 前記位置ずれを使用者に知らせる手段が、音であることを特徴とする、請求項１または、３または５に記載の頭部装着型表示装置。
- 前記位置ずれを使用者に知らせる手段が、画像表示素子の画像を消すことであることを特徴とする、請求項１または、３または５に記載の頭部装着型表示装置。
- 前記位置ずれを使用者に知らせる手段が、画像表示によることを特徴とする、請求項１または、３または５に記載の頭部装着型表示装置。
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