JP4269482B2 - 映像表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顔前にて使用され、映像を外界の像に重ねて提供する映像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、顔前に装着され、表示した映像の光を外界からの光と共に眼に導いて、映像を外界の像に重ねて提供する映像表示装置が、個人用の情報供給手段として提案されている。使用者は、日常生活のあらゆる場面で装置を使用することができ、例えば、歩行中でも映像観察が可能である。
【０００３】
このような装置は、フレームと、１対のレンズと、鼻当てと、１対のテンプルとを有する眼鏡のような形状とされるのが一般的である。映像を表示する表示器はフレームの周囲に取り付けられた筺体に収容される。映像を外界の像に重ねるためには、側方に位置する表示器からの光を眼前に導き、そこで光路を変えて前方から眼に入射させる必要がある。また、小さな表示器に表示した映像を拡大して観察できるようにするのが好ましい。これらのためにホログラム素子を用いることが行われている。
【０００４】
例えば、特開平１１−６４７８１号公報には、レンズの前面（眼から遠い面）にホログラム素子を備える装置が開示されている。表示器からの光はレンズの端面よりレンズ内に導き入れられて、直接ホログラム素子に入射し、ホログラム素子で回折されて眼に導かれる。また、特開平１１−６４７８２号公報には、レンズの後面（眼に近い面）にホログラム素子を備える装置が開示されている。表示器からの光はレンズの後面側からホログラム素子に導かれ、レンズに入射することなく回折されて眼に導かれる。
【０００５】
使用者は、映像の拡大虚像と共に外界の実像を観察することになる。ただし、外界からの光の一部は筺体によって遮られ、視野にけられが生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
外界からの光が筺体によって遮られることは、映像を提供するという目的に関しては問題とならない。しかしながら、日常の様々な場面で使用されることを考慮すると、筺体によって光が遮られる範囲をできるだけ小さくして広い視野を確保することが、安全のために必要である。
【０００７】
ところが、従来の装置では、筺体は光学系の配置を容易にしたり装置の強度を高めたりすることを主眼に設計されており、それらの大きさや形状は広い視野を確保するのにあまり適するものではなかった。本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、表示器を収容する筺体によって遮られる視野範囲が小さい映像表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の映像表示装置は、鼻に接する鼻当てと、耳、側頭部または後頭部に接する１対のテンプルを有し、顔前に装着されて、表示した映像の光を外界からの光と共に眼に導いて、映像を外界の像の中央部に重ねて提供する眼鏡型の映像表示装置において、映像を表示する表示器と、光源と、その光源が発した光を表示器の全面に導く照明光学系と、前記光源，照明光学系及び表示器を保持する筺体と、前記表示器からの光を眼に導いて映像の虚像を提供する接眼光学系と、を含む１または２の表示部と、眼前に位置して外界からの光を透過させて眼に導く板状の第１プリズムと、を備え、前記接眼光学系は、眼前に位置して外界からの光を透過させて眼に導く板状の第２プリズムで構成されており、前記第２プリズムは、前記表示器からの光を内部に導き入れる面と、導き入れた光を内部で１回以上反射して眼の直前まで導く面と、眼の直前まで導いた光を眼に向かわせる面と、を前記接眼光学系として有し、前記第１プリズムと前記第２プリズムとは、互いに相補的な形状を有し、隙間なく、かつ表面が連続するように接合されており、前記表示器と前記照明光学系とは、使用者が前記表示器の表示面の方向に前記筺体を見たときの視線方向に沿って配置されており、前記筺体は、使用者の視野の周辺部に配置され、前記視線方向に対して垂直な少なくとも１方向の長さが、前記視線方向の長さよりも小さい形状を有することを特徴とする。
【０００９】
第１の発明における表示部は片眼に映像を提供するものであり、表示部を１または２備えることで、それぞれ片眼用または両眼用の映像表示装置となる。筺体は、使用者が筺体の方向( つまり、表示器の表示面の方向 )を見たときに、その視線に対して垂直な方向に薄い形状であり、したがって、筺体によって遮られる視野範囲は小さい。一方、視線に沿う方向については筺体は長いから、表示器を照明するための光源や光学系を筺体に備えるときでも、それらの配置は容易である。
【００１０】
接眼光学系の少なくとも一部は視野内に位置し、透過する外界からの光に何らかの影響を及ぼして、使用者に提供される外界の像に歪みや不連続をもたらすことがある。接眼光学系を兼ねる第２プリズムを備えて、接眼光学系を透過しない外界からの光に第１プリズムが接眼光学系と同様の影響を及ぼすようにすることで、あるいは、接眼光学系の影響を第１プリズムで打ち消すようにすることで、外界の像に歪みや不連続が生じるのを避けることができる。また、第１プリズムに筺体、鼻当ておよびテンプルを取り付けることで、これらを一体化するためのフレーム等の連結部材を備える必要がなくなる。
【００１１】
上記のように第１，第２プリズムを備える映像表示装置では、表示器からの光を第２プリズム内で反射して眼前に導くようにすることで、筺体を視野の周辺部に配置することが可能になり、視野が広くなる。また、第１，第２プリズムを薄くすることもできる。
【００１２】
第２の発明の映像表示装置は、上記第１の発明において、前記筺体は表示器の表示面がその中心と眼を結ぶ方向に対して略垂直になるように前記表示器を保持することを特徴とする。このようにすると、表示器として照明光を透過させる透過型のものを用いるときに、眼と表示面の中心を結ぶ直線の延長上に照明用の光源や光学系を配置することが可能になり、筺体の薄さを損なうことなく、光源や光学系を簡素で軽量な構成とすることができる。
【００１３】
第３の発明の映像表示装置は、上記第１または第２の発明において、前記筺体は、視野を遮る角度が前記視線方向の筺体の長さの中心よりも眼に近い部位のみで定まる形状を有することを特徴とする。
【００１４】
筺体をこのような形状とすると、他の形状とするときよりも、視野を遮る範囲を小さくすることができる上、筺体そのものを小さくすることができて、装置が軽量になる。例えば、視野を遮る角度が、筺体の長さの中心よりも眼に近い部位と、筺体の長さの中心よりも眼から遠い部位と、の双方で定まるようにすると、視野を遮る範囲は広くなり、また、視野を遮る角度が筺体の長さの中心よりも眼から遠い部位のみで定まるようにすると、筺体が大型化してしまう。
【００１５】
第４の発明の映像表示装置は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記照明光学系はレンズであることを特徴とする。
【００１６】
第５の発明の映像表示装置は、上記第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記筐体は、前記表示部を含む断面において、前記視線方向に沿った形状を有していることを特徴とする。
【００１７】
第６の発明の映像表示装置は、上記第１〜第５のいずれか１つの発明において、眼の直前まで導いた光を眼に向かわせる面はホログラム素子であることを特徴とする。簡素な構成でありながら、表示器からの光と外界からの光の双方を損失なく眼に導くことができて、映像や映像に重なる外界の像が暗くなることがない。
【００１８】
第７の発明の映像表示装置は、上記第１〜第６のいずれか１つの発明において、前記第１プリズムと前記第２プリズムは視度を補正するパワーを有することを特徴とする。このようにすると、視力の低い使用者でも、他の矯正手段を用いることなく外界を明瞭に観察することができる。
【００１９】
第８の発明の映像表示装置は、上記第１〜第７のいずれか１つの発明において、前記鼻当てと前記筺体は、前記第１プリズムに取り付けられていることを特徴とする。この装置では、鼻当ておよび筺体を一体化するためのフレーム等の連結部材は不要であり、連結部材によって視野が遮られることがない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の映像表示装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に第１の実施形態の映像表示装置１の外観を示す。映像表示装置１は、１つの表示部１０、左右の１対のプリズム２０Ｌ、２０Ｒ、鼻当て３１、左右１対のテンプル３２Ｌ、３２Ｒより成り、プリズム２０Ｌ、２０Ｒが左右の眼の前に位置するように使用者の顔前に装着される。
【００２２】
鼻当て３１は、プリズム２０Ｌ、２０Ｒに取り付けられており、これらを連結している。テンプル３２Ｌ、３２Ｒはそれぞれプリズム２０Ｌ、２０Ｒの端部に取り付けられている。装着時には、鼻当て３１が鼻に当たり、テンプル３２Ｌ、３２Ｒが耳、側頭部または後頭部に当たって、映像表示装置１はこれら３部位で支持される。テンプル３２Ｌ、３２Ｒは、プリズム２０Ｌ、２０Ｒ近傍の部位に設けられた垂直方向の軸（不図示）を中心に回動可能であり、非使用時には内側に折り畳むことができる。
【００２３】
表示部１０は右のプリズム２０Ｒに取り付けられている。表示部１０を含む断面を図２に示す。表示部１０は、透過型の液晶表示器（ＬＣＤ）１１、筺体１２、プリズム１３、発光ダイオード（ＬＥＤ）１４、およびレンズ１５より成る。ＬＣＤ１１は使用者に提供するための映像を表示し、表示した映像により照明光を変調する。筺体１２は、ＬＣＤ１１、ＬＥＤ１４およびレンズ１５を収容してこれらを保持する。ＬＥＤ１４はＬＣＤ１１を照明するための光源であり、レンズ１５はＬＥＤ１４が発した光をＬＣＤ１１の全面に均一に導くための照明光学系である。
【００２４】
ＬＣＤ１１の映像の表示やＬＥＤ１４の発光は、映像表示装置１の外部に設けられた制御装置（不図示）によって制御される。制御装置は、図１に示すようにケーブル４０によって筺体１２に接続されており、ケーブル４０を介して、電力や映像信号を供給する。
【００２５】
プリズム１３は平板状であり、透明なガラスまたは樹脂で作製されている。プリズム１３はＬＣＤ１１からの光を使用者の眼Ｅに導いて、ＬＣＤ１１に表示された映像の虚像を提供する。プリズム１３の上端部は、縁の方が内部側よりも厚いくさび状とされており、筺体１２はこのくさび状の上端部を挟むようにして、プリズム１３に取り付けられている。
【００２６】
プリズム２０Ｌは平板状であり、単一の部材で構成されている。プリズム２０Ｒも平板状であるが、単一の部材ではなく、プリズム１３とプリズム２１で構成されている。プリズム２０Ｌおよびプリズム２１は、プリズム１３と同じ材料で作製されており、これら３者に屈折率の差はない。プリズム２０Ｒを成すプリズム１３とプリズム２１は相補的な形状を有し、隙間なく、かつ表面が連続するように接合されている。プリズム１３がくさび状の上端部を有することを除いて、プリズム２０Ｌ、２０Ｒは対称形である。映像表示装置１を顔前に装着した使用者は、プリズム２０Ｌ、２０Ｒを通して外界を観察することになる。
【００２７】
プリズム１３の下端部は、縁に向かうほど前面（眼Ｅから遠い面）が後面（眼Ｅに近い面）に近づくように作製されており、くさび状である。このくさび状の部位の前面すなわちプリズム２１との接合面は平面であり、この平面にはホログラム素子２２が形成されている。ホログラム素子は２２、装着時に眼Ｅの直前に位置する。プリズム１３およびホログラム素子２２が接眼光学系１６を構成する。
【００２８】
プリズム１３は、ＬＣＤ１１からの光を、上端部の端面より内部に導き入れ、前面と後面で複数回全反射しながら、ホログラム素子２２に導く。ホログラム素子２２は、導かれた光を回折させて、平行光に近い光束としながら、眼Ｅに入射させる。これにより、使用者には、ＬＣＤ１１に表示された映像の虚像が提供される。ホログラム素子２２は外界からの光にはほとんど作用せず、虚像は外界の像の中央部に重なって観察される。
【００２９】
ホログラム素子２２は、眼Ｅから虚像までの距離が１〜３ｍ程度になるように、また、虚像の大きさがＬＣＤ１１に表示された実像の数倍〜数十倍になるように設定されている。したがって、使用者に提供される映像は見やすいものとなる。また、使用者は、眼Ｅの焦点を僅かに調節するだけで、映像と外界の像を明瞭に観察することができる。
【００３０】
映像表示装置１では、ＬＣＤ１１からの光をプリズム１３の内部で反射しながらホログラム素子２２に導くようにしているため、プリズム２０Ｒを大きくすることが可能である。これにより、筺体１２を眼Ｅの視野の周辺部あるいは視野外に位置させることができて、筺体によって遮られる視野範囲が小さくなる。また、外界からの光の大部分がプリズム２０Ｒを透過して眼Ｅに入射する構成とすることができて、ごく周辺部を除き、外界の像に乱れが生じない。しかも、プリズム２０Ｒを、例えば３ｍｍ程度と、薄くすることができるから、装置全体が軽量になる。
【００３１】
プリズム１３の下端部はくさび状であるが、同じ材質のプリズム２１に接合されているため、プリズム１３の下端部を透過する外界からの光に屈折は生じない。したがって、外界の像の中央部が歪んだり不連続になったりすることもなく、映像表示装置１は質の高い像を提供することができる。
【００３２】
ＬＣＤ１１は左右方向に長い長方形状であり、十数文字が横方向に並ぶ文字列を１〜数行表示することができる。このため、使用者は、映像から多くの情報を一度に得ることが可能である。
【００３３】
筺体１２は、眼Ｅと筺体１２を結ぶ方向の長さＡが、その方向と左右方向の双方に垂直な方向の長さＢの２倍程度になるように設定されている。したがって、筺体１２は薄型であり、視野を遮る範囲は小さい。ＬＣＤ１１は、その表示面が眼Ｅと表示面の中心を結ぶ直線に対して垂直になるように配置されており、レンズ１５およびＬＥＤ１４は、その直線の延長上に配置されている。この構成により、筺体１２を薄型としながらも、ＬＣＤ１１、レンズ１５およびＬＥＤ１４の配置を容易にし、照明光学系として簡素なレンズ１５のみを備えることが可能になっている。
【００３４】
眼Ｅの視野と筺体１２が遮る視野の範囲の例を図３に示す。この例は、視野Ｖ０内に筺体１２の全体が位置する場合を示したものであるが、筺体１２によって遮られる視野の範囲Ｖ１は小さい。前述のように、筺体１２の一部を視野Ｖ０の外に位置させることも可能であり、筺体１２によって遮られる視野範囲をさらに小さくすることも可能である。
【００３５】
筺体１２は、視野を遮る角度αが、眼Ｅと筺体１２を結ぶ方向の筺体の中心よりも眼Ｅに近い部位のみで定まる形状を有している。薄型であるため筺体１２が視野を遮る範囲は小さいが、この形状により、視野を遮る範囲をさらに小さくし、また、筺体１２を軽量化することができる。視野を遮る角度が中心よりも近い部位と遠い部位の双方で定まるようにすれば、類似の形状であっても遮られる視野範囲は大きくなり、視野を遮る角度が中心よりも遠い部位のみで定まるようにすれば、筺体１２が大型化、重量化することになる。
【００３６】
なお、本実施形態では、右眼に映像を提供するようにしているが、もちろん、左眼に映像を提供するようにしてもよい。
【００３７】
第２の実施形態の映像表示装置２の外観を図４に示す。映像表示装置２は上記の映像表示装置１にフレーム５０を加えて、筺体１２、プリズム２０Ｌ、２０Ｒ、鼻当て３１、およびテンプル３２Ｌ、３２Ｒをフレーム５０に取り付けたものである。また、映像表示装置１では、プリズム１３の幅（左右方向の長さ）をプリズム２１の幅の１／３程度としていたが、映像表示装置２では、プリズム１３の幅をプリズム２１の幅と同じにしている。
【００３８】
この構成では、フレーム５０の存在により視野が遮られる範囲は大きくなるが、幅の広い映像を提供することができる。筺体１２の形状、接眼光学系１６を成すプリズム１３およびホログラム素子２２、ならびにプリズム２１の構成や機能は、図５に断面を示すように、映像表示装置１と同様である。制御装置と接続するためのケーブル４０はテンプル３２Ｌの後端部に取り付けられており、テンプル３２Ｌとフレーム５０の内部を通って筺体３２Ｒに接続されている。
【００３９】
第３の実施形態の映像表示装置３の外観を図６に示す。映像表示装置３は、１対の表示部１０Ｌ、１０Ｒを備えて左右両眼に映像を提供するとともに、プリズム２０Ｌ、２０Ｒにパワーをもたせて、使用者の視力を矯正し得るようにしたものである。表示部１０Ｌ、１０Ｒの構成は、プリズム１３Ｌ、１３Ｒが曲率を有する点を除き、第１の実施形態の映像表示装置１の表示部１０と同様の構成である。筺体１２Ｒはケーブル４０により制御装置に接続されており、筺体１２Ｌは、ケーブル４０ａ、筺体１２Ｒ、およびケーブル４０を介して制御装置に接続されている。
【００４０】
プリズム２０Ｌ、２０Ｒのパワーは使用者の視力に応じて設定する。プリズム２０Ｌ、２０Ｒに負のパワーをもたせることで近視を、正のパワーをもたせることで遠視を矯正することができる。プリズム１３Ｌ、１３Ｒの下端部のプリズム２１Ｌ、２１Ｒとの接合面は平面とされており、ホログラム素子２２Ｌ、２２Ｒの形成は容易である。
【００４１】
【発明の効果】
映像を表示する表示器と、光源と、その光源が発した光を表示器の全面に導く照明光学系と、前記光源，照明光学系及び表示器を保持する筺体と、前記表示器からの光を眼に導いて映像の虚像を提供する接眼光学系と、を含む１または２の表示部を備えて、表示器と照明光学系とを、使用者が表示器の表示面の方向に筺体を見たときの視線方向に沿って配置し、筺体を、使用者の視野の周辺部に配置し、前記視線方向に対して垂直な少なくとも１方向の長さが、視線方向の長さよりも小さい形状とした本発明の映像表示装置は、筺体が薄型となって、筺体により遮られる視野範囲は小さい。したがって、安全性の高い装置となる。また、表示器を照明するための光源や光学系を筺体に備えることも容易である。
【００４２】
表示器の表示面がその中心と眼を結ぶ方向に対して略垂直になるように筺体が表示器を保持するようにすると、簡素で比較的安価な透過型の表示器を用いるときでも、照明用の光源や光学系の配置に制約が少なく、筺体を確実に薄くすることができる。しかも、照明用の光源や光学系が簡素で軽量な構成となるから、小型で軽量な快適に使用することができる装置となる。
【００４３】
映像を表示する表示器と、光源と、その光源が発した光を表示器の全面に導く照明光学系と、前記光源，照明光学系及び表示器を保持する筺体と、前記表示器からの光を眼に導いて映像の虚像を提供する接眼光学系と、を含む１または２の表示部を備えて、筺体を、視野を遮る角度が前記視線方向の筺体の長さの中心よりも眼に近い部位のみで定まる形状とした本発明の映像表示装置も、筺体により遮られる視野範囲が小さく、安全性の高い装置となる。
【００４４】
外界からの光を透過させて眼に導くとともに、第２プリズムが接眼光学系を兼ねて表示器からの光を眼に導く板状の第１，第２プリズムを備える構成とすると、接眼光学系の影響で外界の像に歪みや不連続が生じるのを避けることができて、使用者に違和感を与えることがない。しかも、第１プリズムに筺体、鼻当ておよびテンプルを取り付けることができるから、これらを一体化するためのフレーム等の連結部材を備える必要がなくなり、視野が遮られる範囲を一層小さくすることができる。
【００４５】
鼻当てと筺体が第１プリズムに取り付けられた構成にすると、鼻当ておよび筺体を一体化するためのフレーム等の連結部材は不要である。したがって、連結部材によって視野が遮られることがなく、安全性の高い装置となる。また、軽量になって快適に使用することができる。
【００４７】
第２プリズムが、表示器からの光を内部に導き入れる面と、導き入れた光を内部で１回以上反射して眼の直前まで導く面と、眼の直前まで導いた光を眼に向かわせる面を、接眼光学系として有する構成とすると、筺体を視野の周辺部に配置することが可能になって、視野が広くなり、安全性がさらに高くなる。しかも、第１，第２プリズムを薄くすることができて、軽量な装置となる。
【００４８】
眼の直前まで導いた光を眼に向かわせる面をホログラム素子とすると、表示器からの光と外界からの光の双方を損失なく眼に導くことができて、映像や外界の像全体を明るく提供することができる。また、簡素な構成であり製造も容易である。
【００４９】
第１，第２プリズムに視度を補正するパワーをもたせると、視力矯正用の眼鏡として機能し、視力の低い使用者でも外界を明瞭に観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態の映像表示装置の外観を示す斜視図。
【図２】 第１の実施形態の映像表示装置の表示部を含む断面図。
【図３】 第１の実施形態の映像表示装置における使用者の視野と筺体が遮る視野の範囲の例を示す図。
【図４】 第２の実施形態の映像表示装置の外観を示す斜視図。
【図５】 第２の実施形態の映像表示装置の表示部を含む断面図。
【図６】 第３の実施形態の映像表示装置の外観を示す斜視図。
【符号の説明】
１、２、３ 映像表示装置
１０、１０Ｌ、１０Ｒ 表示部
１１ 液晶表示装置
１２、１２Ｌ、１２Ｒ 筺体
１３、１３Ｌ、１３Ｒ プリズム
１４ 発光ダイオード
１５ レンズ
２０、２０Ｌ、２０Ｒ プリズム
２１、２１Ｌ、２１Ｒ プリズム
２２、２２Ｌ、２２Ｒ ホログラム素子
３１ 鼻当て
３２Ｌ、３２Ｒ テンプル
４０、４０ａ ケーブル
５０ フレーム
【発明の属する技術分野】
本発明は、顔前にて使用され、映像を外界の像に重ねて提供する映像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、顔前に装着され、表示した映像の光を外界からの光と共に眼に導いて、映像を外界の像に重ねて提供する映像表示装置が、個人用の情報供給手段として提案されている。使用者は、日常生活のあらゆる場面で装置を使用することができ、例えば、歩行中でも映像観察が可能である。
【０００３】
このような装置は、フレームと、１対のレンズと、鼻当てと、１対のテンプルとを有する眼鏡のような形状とされるのが一般的である。映像を表示する表示器はフレームの周囲に取り付けられた筺体に収容される。映像を外界の像に重ねるためには、側方に位置する表示器からの光を眼前に導き、そこで光路を変えて前方から眼に入射させる必要がある。また、小さな表示器に表示した映像を拡大して観察できるようにするのが好ましい。これらのためにホログラム素子を用いることが行われている。
【０００４】
例えば、特開平１１−６４７８１号公報には、レンズの前面（眼から遠い面）にホログラム素子を備える装置が開示されている。表示器からの光はレンズの端面よりレンズ内に導き入れられて、直接ホログラム素子に入射し、ホログラム素子で回折されて眼に導かれる。また、特開平１１−６４７８２号公報には、レンズの後面（眼に近い面）にホログラム素子を備える装置が開示されている。表示器からの光はレンズの後面側からホログラム素子に導かれ、レンズに入射することなく回折されて眼に導かれる。
【０００５】
使用者は、映像の拡大虚像と共に外界の実像を観察することになる。ただし、外界からの光の一部は筺体によって遮られ、視野にけられが生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
外界からの光が筺体によって遮られることは、映像を提供するという目的に関しては問題とならない。しかしながら、日常の様々な場面で使用されることを考慮すると、筺体によって光が遮られる範囲をできるだけ小さくして広い視野を確保することが、安全のために必要である。
【０００７】
ところが、従来の装置では、筺体は光学系の配置を容易にしたり装置の強度を高めたりすることを主眼に設計されており、それらの大きさや形状は広い視野を確保するのにあまり適するものではなかった。本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、表示器を収容する筺体によって遮られる視野範囲が小さい映像表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の映像表示装置は、鼻に接する鼻当てと、耳、側頭部または後頭部に接する１対のテンプルを有し、顔前に装着されて、表示した映像の光を外界からの光と共に眼に導いて、映像を外界の像の中央部に重ねて提供する眼鏡型の映像表示装置において、映像を表示する表示器と、光源と、その光源が発した光を表示器の全面に導く照明光学系と、前記光源，照明光学系及び表示器を保持する筺体と、前記表示器からの光を眼に導いて映像の虚像を提供する接眼光学系と、を含む１または２の表示部と、眼前に位置して外界からの光を透過させて眼に導く板状の第１プリズムと、を備え、前記接眼光学系は、眼前に位置して外界からの光を透過させて眼に導く板状の第２プリズムで構成されており、前記第２プリズムは、前記表示器からの光を内部に導き入れる面と、導き入れた光を内部で１回以上反射して眼の直前まで導く面と、眼の直前まで導いた光を眼に向かわせる面と、を前記接眼光学系として有し、前記第１プリズムと前記第２プリズムとは、互いに相補的な形状を有し、隙間なく、かつ表面が連続するように接合されており、前記表示器と前記照明光学系とは、使用者が前記表示器の表示面の方向に前記筺体を見たときの視線方向に沿って配置されており、前記筺体は、使用者の視野の周辺部に配置され、前記視線方向に対して垂直な少なくとも１方向の長さが、前記視線方向の長さよりも小さい形状を有することを特徴とする。
【０００９】
第１の発明における表示部は片眼に映像を提供するものであり、表示部を１または２備えることで、それぞれ片眼用または両眼用の映像表示装置となる。筺体は、使用者が筺体の方向( つまり、表示器の表示面の方向 )を見たときに、その視線に対して垂直な方向に薄い形状であり、したがって、筺体によって遮られる視野範囲は小さい。一方、視線に沿う方向については筺体は長いから、表示器を照明するための光源や光学系を筺体に備えるときでも、それらの配置は容易である。
【００１０】
接眼光学系の少なくとも一部は視野内に位置し、透過する外界からの光に何らかの影響を及ぼして、使用者に提供される外界の像に歪みや不連続をもたらすことがある。接眼光学系を兼ねる第２プリズムを備えて、接眼光学系を透過しない外界からの光に第１プリズムが接眼光学系と同様の影響を及ぼすようにすることで、あるいは、接眼光学系の影響を第１プリズムで打ち消すようにすることで、外界の像に歪みや不連続が生じるのを避けることができる。また、第１プリズムに筺体、鼻当ておよびテンプルを取り付けることで、これらを一体化するためのフレーム等の連結部材を備える必要がなくなる。
【００１１】
上記のように第１，第２プリズムを備える映像表示装置では、表示器からの光を第２プリズム内で反射して眼前に導くようにすることで、筺体を視野の周辺部に配置することが可能になり、視野が広くなる。また、第１，第２プリズムを薄くすることもできる。
【００１２】
第２の発明の映像表示装置は、上記第１の発明において、前記筺体は表示器の表示面がその中心と眼を結ぶ方向に対して略垂直になるように前記表示器を保持することを特徴とする。このようにすると、表示器として照明光を透過させる透過型のものを用いるときに、眼と表示面の中心を結ぶ直線の延長上に照明用の光源や光学系を配置することが可能になり、筺体の薄さを損なうことなく、光源や光学系を簡素で軽量な構成とすることができる。
【００１３】
第３の発明の映像表示装置は、上記第１または第２の発明において、前記筺体は、視野を遮る角度が前記視線方向の筺体の長さの中心よりも眼に近い部位のみで定まる形状を有することを特徴とする。
【００１４】
筺体をこのような形状とすると、他の形状とするときよりも、視野を遮る範囲を小さくすることができる上、筺体そのものを小さくすることができて、装置が軽量になる。例えば、視野を遮る角度が、筺体の長さの中心よりも眼に近い部位と、筺体の長さの中心よりも眼から遠い部位と、の双方で定まるようにすると、視野を遮る範囲は広くなり、また、視野を遮る角度が筺体の長さの中心よりも眼から遠い部位のみで定まるようにすると、筺体が大型化してしまう。
【００１５】
第４の発明の映像表示装置は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記照明光学系はレンズであることを特徴とする。
【００１６】
第５の発明の映像表示装置は、上記第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記筐体は、前記表示部を含む断面において、前記視線方向に沿った形状を有していることを特徴とする。
【００１７】
第６の発明の映像表示装置は、上記第１〜第５のいずれか１つの発明において、眼の直前まで導いた光を眼に向かわせる面はホログラム素子であることを特徴とする。簡素な構成でありながら、表示器からの光と外界からの光の双方を損失なく眼に導くことができて、映像や映像に重なる外界の像が暗くなることがない。
【００１８】
第７の発明の映像表示装置は、上記第１〜第６のいずれか１つの発明において、前記第１プリズムと前記第２プリズムは視度を補正するパワーを有することを特徴とする。このようにすると、視力の低い使用者でも、他の矯正手段を用いることなく外界を明瞭に観察することができる。
【００１９】
第８の発明の映像表示装置は、上記第１〜第７のいずれか１つの発明において、前記鼻当てと前記筺体は、前記第１プリズムに取り付けられていることを特徴とする。この装置では、鼻当ておよび筺体を一体化するためのフレーム等の連結部材は不要であり、連結部材によって視野が遮られることがない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の映像表示装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に第１の実施形態の映像表示装置１の外観を示す。映像表示装置１は、１つの表示部１０、左右の１対のプリズム２０Ｌ、２０Ｒ、鼻当て３１、左右１対のテンプル３２Ｌ、３２Ｒより成り、プリズム２０Ｌ、２０Ｒが左右の眼の前に位置するように使用者の顔前に装着される。
【００２２】
鼻当て３１は、プリズム２０Ｌ、２０Ｒに取り付けられており、これらを連結している。テンプル３２Ｌ、３２Ｒはそれぞれプリズム２０Ｌ、２０Ｒの端部に取り付けられている。装着時には、鼻当て３１が鼻に当たり、テンプル３２Ｌ、３２Ｒが耳、側頭部または後頭部に当たって、映像表示装置１はこれら３部位で支持される。テンプル３２Ｌ、３２Ｒは、プリズム２０Ｌ、２０Ｒ近傍の部位に設けられた垂直方向の軸（不図示）を中心に回動可能であり、非使用時には内側に折り畳むことができる。
【００２３】
表示部１０は右のプリズム２０Ｒに取り付けられている。表示部１０を含む断面を図２に示す。表示部１０は、透過型の液晶表示器（ＬＣＤ）１１、筺体１２、プリズム１３、発光ダイオード（ＬＥＤ）１４、およびレンズ１５より成る。ＬＣＤ１１は使用者に提供するための映像を表示し、表示した映像により照明光を変調する。筺体１２は、ＬＣＤ１１、ＬＥＤ１４およびレンズ１５を収容してこれらを保持する。ＬＥＤ１４はＬＣＤ１１を照明するための光源であり、レンズ１５はＬＥＤ１４が発した光をＬＣＤ１１の全面に均一に導くための照明光学系である。
【００２４】
ＬＣＤ１１の映像の表示やＬＥＤ１４の発光は、映像表示装置１の外部に設けられた制御装置（不図示）によって制御される。制御装置は、図１に示すようにケーブル４０によって筺体１２に接続されており、ケーブル４０を介して、電力や映像信号を供給する。
【００２５】
プリズム１３は平板状であり、透明なガラスまたは樹脂で作製されている。プリズム１３はＬＣＤ１１からの光を使用者の眼Ｅに導いて、ＬＣＤ１１に表示された映像の虚像を提供する。プリズム１３の上端部は、縁の方が内部側よりも厚いくさび状とされており、筺体１２はこのくさび状の上端部を挟むようにして、プリズム１３に取り付けられている。
【００２６】
プリズム２０Ｌは平板状であり、単一の部材で構成されている。プリズム２０Ｒも平板状であるが、単一の部材ではなく、プリズム１３とプリズム２１で構成されている。プリズム２０Ｌおよびプリズム２１は、プリズム１３と同じ材料で作製されており、これら３者に屈折率の差はない。プリズム２０Ｒを成すプリズム１３とプリズム２１は相補的な形状を有し、隙間なく、かつ表面が連続するように接合されている。プリズム１３がくさび状の上端部を有することを除いて、プリズム２０Ｌ、２０Ｒは対称形である。映像表示装置１を顔前に装着した使用者は、プリズム２０Ｌ、２０Ｒを通して外界を観察することになる。
【００２７】
プリズム１３の下端部は、縁に向かうほど前面（眼Ｅから遠い面）が後面（眼Ｅに近い面）に近づくように作製されており、くさび状である。このくさび状の部位の前面すなわちプリズム２１との接合面は平面であり、この平面にはホログラム素子２２が形成されている。ホログラム素子は２２、装着時に眼Ｅの直前に位置する。プリズム１３およびホログラム素子２２が接眼光学系１６を構成する。
【００２８】
プリズム１３は、ＬＣＤ１１からの光を、上端部の端面より内部に導き入れ、前面と後面で複数回全反射しながら、ホログラム素子２２に導く。ホログラム素子２２は、導かれた光を回折させて、平行光に近い光束としながら、眼Ｅに入射させる。これにより、使用者には、ＬＣＤ１１に表示された映像の虚像が提供される。ホログラム素子２２は外界からの光にはほとんど作用せず、虚像は外界の像の中央部に重なって観察される。
【００２９】
ホログラム素子２２は、眼Ｅから虚像までの距離が１〜３ｍ程度になるように、また、虚像の大きさがＬＣＤ１１に表示された実像の数倍〜数十倍になるように設定されている。したがって、使用者に提供される映像は見やすいものとなる。また、使用者は、眼Ｅの焦点を僅かに調節するだけで、映像と外界の像を明瞭に観察することができる。
【００３０】
映像表示装置１では、ＬＣＤ１１からの光をプリズム１３の内部で反射しながらホログラム素子２２に導くようにしているため、プリズム２０Ｒを大きくすることが可能である。これにより、筺体１２を眼Ｅの視野の周辺部あるいは視野外に位置させることができて、筺体によって遮られる視野範囲が小さくなる。また、外界からの光の大部分がプリズム２０Ｒを透過して眼Ｅに入射する構成とすることができて、ごく周辺部を除き、外界の像に乱れが生じない。しかも、プリズム２０Ｒを、例えば３ｍｍ程度と、薄くすることができるから、装置全体が軽量になる。
【００３１】
プリズム１３の下端部はくさび状であるが、同じ材質のプリズム２１に接合されているため、プリズム１３の下端部を透過する外界からの光に屈折は生じない。したがって、外界の像の中央部が歪んだり不連続になったりすることもなく、映像表示装置１は質の高い像を提供することができる。
【００３２】
ＬＣＤ１１は左右方向に長い長方形状であり、十数文字が横方向に並ぶ文字列を１〜数行表示することができる。このため、使用者は、映像から多くの情報を一度に得ることが可能である。
【００３３】
筺体１２は、眼Ｅと筺体１２を結ぶ方向の長さＡが、その方向と左右方向の双方に垂直な方向の長さＢの２倍程度になるように設定されている。したがって、筺体１２は薄型であり、視野を遮る範囲は小さい。ＬＣＤ１１は、その表示面が眼Ｅと表示面の中心を結ぶ直線に対して垂直になるように配置されており、レンズ１５およびＬＥＤ１４は、その直線の延長上に配置されている。この構成により、筺体１２を薄型としながらも、ＬＣＤ１１、レンズ１５およびＬＥＤ１４の配置を容易にし、照明光学系として簡素なレンズ１５のみを備えることが可能になっている。
【００３４】
眼Ｅの視野と筺体１２が遮る視野の範囲の例を図３に示す。この例は、視野Ｖ０内に筺体１２の全体が位置する場合を示したものであるが、筺体１２によって遮られる視野の範囲Ｖ１は小さい。前述のように、筺体１２の一部を視野Ｖ０の外に位置させることも可能であり、筺体１２によって遮られる視野範囲をさらに小さくすることも可能である。
【００３５】
筺体１２は、視野を遮る角度αが、眼Ｅと筺体１２を結ぶ方向の筺体の中心よりも眼Ｅに近い部位のみで定まる形状を有している。薄型であるため筺体１２が視野を遮る範囲は小さいが、この形状により、視野を遮る範囲をさらに小さくし、また、筺体１２を軽量化することができる。視野を遮る角度が中心よりも近い部位と遠い部位の双方で定まるようにすれば、類似の形状であっても遮られる視野範囲は大きくなり、視野を遮る角度が中心よりも遠い部位のみで定まるようにすれば、筺体１２が大型化、重量化することになる。
【００３６】
なお、本実施形態では、右眼に映像を提供するようにしているが、もちろん、左眼に映像を提供するようにしてもよい。
【００３７】
第２の実施形態の映像表示装置２の外観を図４に示す。映像表示装置２は上記の映像表示装置１にフレーム５０を加えて、筺体１２、プリズム２０Ｌ、２０Ｒ、鼻当て３１、およびテンプル３２Ｌ、３２Ｒをフレーム５０に取り付けたものである。また、映像表示装置１では、プリズム１３の幅（左右方向の長さ）をプリズム２１の幅の１／３程度としていたが、映像表示装置２では、プリズム１３の幅をプリズム２１の幅と同じにしている。
【００３８】
この構成では、フレーム５０の存在により視野が遮られる範囲は大きくなるが、幅の広い映像を提供することができる。筺体１２の形状、接眼光学系１６を成すプリズム１３およびホログラム素子２２、ならびにプリズム２１の構成や機能は、図５に断面を示すように、映像表示装置１と同様である。制御装置と接続するためのケーブル４０はテンプル３２Ｌの後端部に取り付けられており、テンプル３２Ｌとフレーム５０の内部を通って筺体３２Ｒに接続されている。
【００３９】
第３の実施形態の映像表示装置３の外観を図６に示す。映像表示装置３は、１対の表示部１０Ｌ、１０Ｒを備えて左右両眼に映像を提供するとともに、プリズム２０Ｌ、２０Ｒにパワーをもたせて、使用者の視力を矯正し得るようにしたものである。表示部１０Ｌ、１０Ｒの構成は、プリズム１３Ｌ、１３Ｒが曲率を有する点を除き、第１の実施形態の映像表示装置１の表示部１０と同様の構成である。筺体１２Ｒはケーブル４０により制御装置に接続されており、筺体１２Ｌは、ケーブル４０ａ、筺体１２Ｒ、およびケーブル４０を介して制御装置に接続されている。
【００４０】
プリズム２０Ｌ、２０Ｒのパワーは使用者の視力に応じて設定する。プリズム２０Ｌ、２０Ｒに負のパワーをもたせることで近視を、正のパワーをもたせることで遠視を矯正することができる。プリズム１３Ｌ、１３Ｒの下端部のプリズム２１Ｌ、２１Ｒとの接合面は平面とされており、ホログラム素子２２Ｌ、２２Ｒの形成は容易である。
【００４１】
【発明の効果】
映像を表示する表示器と、光源と、その光源が発した光を表示器の全面に導く照明光学系と、前記光源，照明光学系及び表示器を保持する筺体と、前記表示器からの光を眼に導いて映像の虚像を提供する接眼光学系と、を含む１または２の表示部を備えて、表示器と照明光学系とを、使用者が表示器の表示面の方向に筺体を見たときの視線方向に沿って配置し、筺体を、使用者の視野の周辺部に配置し、前記視線方向に対して垂直な少なくとも１方向の長さが、視線方向の長さよりも小さい形状とした本発明の映像表示装置は、筺体が薄型となって、筺体により遮られる視野範囲は小さい。したがって、安全性の高い装置となる。また、表示器を照明するための光源や光学系を筺体に備えることも容易である。
【００４２】
表示器の表示面がその中心と眼を結ぶ方向に対して略垂直になるように筺体が表示器を保持するようにすると、簡素で比較的安価な透過型の表示器を用いるときでも、照明用の光源や光学系の配置に制約が少なく、筺体を確実に薄くすることができる。しかも、照明用の光源や光学系が簡素で軽量な構成となるから、小型で軽量な快適に使用することができる装置となる。
【００４３】
映像を表示する表示器と、光源と、その光源が発した光を表示器の全面に導く照明光学系と、前記光源，照明光学系及び表示器を保持する筺体と、前記表示器からの光を眼に導いて映像の虚像を提供する接眼光学系と、を含む１または２の表示部を備えて、筺体を、視野を遮る角度が前記視線方向の筺体の長さの中心よりも眼に近い部位のみで定まる形状とした本発明の映像表示装置も、筺体により遮られる視野範囲が小さく、安全性の高い装置となる。
【００４４】
外界からの光を透過させて眼に導くとともに、第２プリズムが接眼光学系を兼ねて表示器からの光を眼に導く板状の第１，第２プリズムを備える構成とすると、接眼光学系の影響で外界の像に歪みや不連続が生じるのを避けることができて、使用者に違和感を与えることがない。しかも、第１プリズムに筺体、鼻当ておよびテンプルを取り付けることができるから、これらを一体化するためのフレーム等の連結部材を備える必要がなくなり、視野が遮られる範囲を一層小さくすることができる。
【００４５】
鼻当てと筺体が第１プリズムに取り付けられた構成にすると、鼻当ておよび筺体を一体化するためのフレーム等の連結部材は不要である。したがって、連結部材によって視野が遮られることがなく、安全性の高い装置となる。また、軽量になって快適に使用することができる。
【００４７】
第２プリズムが、表示器からの光を内部に導き入れる面と、導き入れた光を内部で１回以上反射して眼の直前まで導く面と、眼の直前まで導いた光を眼に向かわせる面を、接眼光学系として有する構成とすると、筺体を視野の周辺部に配置することが可能になって、視野が広くなり、安全性がさらに高くなる。しかも、第１，第２プリズムを薄くすることができて、軽量な装置となる。
【００４８】
眼の直前まで導いた光を眼に向かわせる面をホログラム素子とすると、表示器からの光と外界からの光の双方を損失なく眼に導くことができて、映像や外界の像全体を明るく提供することができる。また、簡素な構成であり製造も容易である。
【００４９】
第１，第２プリズムに視度を補正するパワーをもたせると、視力矯正用の眼鏡として機能し、視力の低い使用者でも外界を明瞭に観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態の映像表示装置の外観を示す斜視図。
【図２】 第１の実施形態の映像表示装置の表示部を含む断面図。
【図３】 第１の実施形態の映像表示装置における使用者の視野と筺体が遮る視野の範囲の例を示す図。
【図４】 第２の実施形態の映像表示装置の外観を示す斜視図。
【図５】 第２の実施形態の映像表示装置の表示部を含む断面図。
【図６】 第３の実施形態の映像表示装置の外観を示す斜視図。
【符号の説明】
１、２、３ 映像表示装置
１０、１０Ｌ、１０Ｒ 表示部
１１ 液晶表示装置
１２、１２Ｌ、１２Ｒ 筺体
１３、１３Ｌ、１３Ｒ プリズム
１４ 発光ダイオード
１５ レンズ
２０、２０Ｌ、２０Ｒ プリズム
２１、２１Ｌ、２１Ｒ プリズム
２２、２２Ｌ、２２Ｒ ホログラム素子
３１ 鼻当て
３２Ｌ、３２Ｒ テンプル
４０、４０ａ ケーブル
５０ フレーム
Claims (8)
- 鼻に接する鼻当てと、耳、側頭部または後頭部に接する１対のテンプルを有し、顔前に装着されて、表示した映像の光を外界からの光と共に眼に導いて、映像を外界の像の中央部に重ねて提供する眼鏡型の映像表示装置において、
映像を表示する表示器と、光源と、その光源が発した光を表示器の全面に導く照明光学系と、前記光源，照明光学系及び表示器を保持する筺体と、前記表示器からの光を眼に導いて映像の虚像を提供する接眼光学系と、を含む１または２の表示部と、眼前に位置して外界からの光を透過させて眼に導く板状の第１プリズムと、を備え、
前記接眼光学系は、眼前に位置して外界からの光を透過させて眼に導く板状の第２プリズムで構成されており、
前記第２プリズムは、前記表示器からの光を内部に導き入れる面と、導き入れた光を内部で１回以上反射して眼の直前まで導く面と、眼の直前まで導いた光を眼に向かわせる面と、を前記接眼光学系として有し、
前記第１プリズムと前記第２プリズムとは、互いに相補的な形状を有し、隙間なく、かつ表面が連続するように接合されており、
前記表示器と前記照明光学系とは、使用者が前記表示器の表示面の方向に前記筺体を見たときの視線方向に沿って配置されており、
前記筺体は、使用者の視野の周辺部に配置され、前記視線方向に対して垂直な少なくとも１方向の長さが、前記視線方向の長さよりも小さい形状を有することを特徴とする映像表示装置。 - 前記筺体は表示器の表示面がその中心と眼を結ぶ方向に対して略垂直になるように前記表示器を保持することを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
- 前記筺体は、視野を遮る角度が前記視線方向の筺体の長さの中心よりも眼に近い部位のみで定まる形状を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の映像表示装置。
- 前記照明光学系はレンズであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の映像表示装置。
- 前記筐体は、前記表示部を含む断面において、前記視線方向に沿った形状を有していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の映像表示装置。
- 眼の直前まで導いた光を眼に向かわせる面はホログラム素子であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の映像表示装置。
- 前記第１プリズムと前記第２プリズムは視度を補正するパワーを有することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の映像表示装置。
- 前記鼻当てと前記筺体は、前記第１プリズムに取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の映像表示装置。
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