JP4883271B2

JP4883271B2 - 頭部装着型表示装置および頭部装着型表示システム

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Publication number: JP4883271B2
Application number: JP2005350965A
Authority: JP
Inventors: 要長谷部
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2025-12-05
Also published as: JP2007156096A

Description

本発明は、装着者に画像と外界の双方を視認させ、且つ、装着者が視認する画像と外界とをモニタするために用いられる頭部装着型表示装置および頭部装着型表示システムに関する。

図６に示す従来例の頭部装着型表示システムは、頭部装着型表示装置５００とモニタ装置５０６とを備えている。頭部装着型表示装置５００は、装着者の頭部に装着される保持部５０１と、保持部５０１により保持される画像表示光出射用表示器５０２と、表示器５０２から出射される画像表示光Ｌ１を装着者の目Ｅに導くように保持部５０１により保持される光学系５０４と、前記保持部５０１により保持される外界撮影用カメラ５０５とを有する。モニタ装置５０６は、カメラ５０５による撮影画像と表示器５０２による表示画像とを合成した画像を表示する。光学系５０４は、装着者の目Ｅの前方に配置される表示用光学素子５０７を有する。表示用光学素子５０７は、例えばハーフミラーやホログラム素子により構成され、画像表示光Ｌ１の光路を変更すると共に、装着者の視軸に一致する光路を有する外界光Ｌ２を透過する。これにより、画像表示光Ｌ１と外界光Ｌ２とが装着者の目Ｅに導かれるので、装着者は表示器５０２による表示画像と外界とを重畳して視認することができる。

モニタ装置５０６は、映像信号合成装置５０６ａとモニタ本体５０６ｂとを有する。表示器５０２は、画像生成装置５０８から送信される映像信号に対応する画像を表示することで画像表示光Ｌ１を出射する。その映像信号は表示器５０２に送信されると同時に映像信号合成装置５０６ａに送信される。映像信号合成装置５０６ａは、その映像信号とカメラ５０５による外界の撮像信号との合成信号をモニタ本体５０６ｂに送信する。これにより、モニタ本体５０６ｂによって外界撮影画像と表示器５０２による表示画像とを合成したモニタ画像を表示できる。そのモニタ画像をモニタ本体５０６ｂを介して装着者以外の者に提供することで、装着者の視認状態に応じた行動を確認したり、装着者に視認状態に応じた情報を提供できる。例えば、外界の目標物と表示画像であるシンボルとが重なった時に、装着者の視認状態と行動との関係を確認したり、装着者に視認方向や目標物の情報を提供したり、何らかの操作を行うよう指示できる。

従来例においては、図７に示すように、装着者の視軸Ｅ１の方向とカメラ５０５の視軸Ｃ１の方向とは一致するが、装着者の視軸Ｅ１の位置とカメラ５０５の視軸Ｃ１の位置との間には一定距離差Ｓがある。装着者から外界の目標物Ｔまでの距離をＬ、正面を向く装着者が目標物Ｔを見込む角度をθ_Eとした時、カメラ５０５が目標物Ｔを見込む角度θ_Mはθ_M＝ｔａｎ^-1（ｔａｎθ_E−Ｓ／Ｌ）により求められる。そのため、距離差Ｓが大きい場合や、目標物Ｔまでの距離Ｌが小さい場合、目標物Ｔを装着者が見込む角度θ_Eとカメラ５０５が見込む角度θ_Mとの差が大きくなる。すなわち、カメラ５０５は、装着者の頭部や表示器５０２や光学系５０４と干渉しないように配置する必要があることから、距離差Ｓは例えば１０ｃｍ以上になる。そのため、目標物Ｔが例えば１ｋｍ以上先に存在する場合、装着者が目標物Ｔを視る方向とカメラ５０５が目標物Ｔを捕らえる方向は殆ど一致するが、目標物Ｔが例えば数ｍ先に存在する場合、装着者とカメラ５０５との間に視差が生じる。その視差の影響により、モニタ本体５０６ｂにより表示されるモニタ画像が、装着者による実際の視認状態に対応しないという問題がある。

例えば、図８に示すように、一定位置における装着者Ｕが遠方（装着者Ｕからの距離Ｌ１）の第１目標物Ｔ１と、近く（装着者Ｕからの距離Ｌ２）の第２目標物Ｔ２とを視認する場合を想定する。また、図９に示すように、表示画像として第１〜第３シンボルα、β、γが表示され、第１シンボルαは画面の中心位置に配置され、第２シンボルβは装着者Ｕが一定方向を向く時に第１目標物Ｔ１と重畳して視認する位置に配置され、第３シンボルγは装着者Ｕが一定方向を向く時に第２目標物Ｔ２と重畳して視認する位置に配置されるものとする。この場合、図１０に示すように、装着者Ｕにより視認される外界と表示画像においては、第２シンボルβと第１目標物Ｔ１とが重畳され、第３シンボルγと第２目標物Ｔ２とが重畳される。しかし、モニタ本体５０６ｂにより表示される画像においては、図１１に示すように、第２シンボルβと第１目標物Ｔ１とは重畳されるが、視差の影響により第３シンボルγと第２目標物Ｔ２とにずれが生じる。

目標物までの距離が一定であれば、撮影画像と表示画像とを合成する際に予め視差の影響分だけずらすことで対処できる。しかし、目標物までの距離が一定でない場合、目標物までの距離が測定できない場合、装着者からの距離が異なる複数の目標物が存在する場合等においては、そのような視差を影響をなくすことができない。本発明は、そのような問題を解決することのできる頭部装着型表示装置および頭部装着型表示システムを提供することを目的とする。

本発明は、装着者の頭部に装着される保持部と、前記保持部により保持される画像表示光出射用表示器と、前記表示器から出射される画像表示光を前記装着者の目に導くように前記保持部により保持される光学系と、前記保持部により保持される外界撮影用カメラとを備え、前記光学系は、前記装着者の目の前方に配置される表示用光学素子を有し、前記表示用光学素子により、前記画像表示光の光路が変更され、前記装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部が透過される頭部装着型表示装置において、前記装着者の目の前方において、前記外界光の一部を透過し、前記外界光の一部の光路を変更するモニタ用光学素子が前記保持部により保持され、前記モニタ用光学素子により光路変更された前記外界光の一部が前記カメラに導かれることを特徴とする。
本発明の頭部装着型表示システムは、本発明の頭部装着型表示装置と、前記カメラによる撮影画像と前記表示器による表示画像とを合成した画像を表示するモニタ装置とを備える。
本発明の頭部装着型表示装置によれば、装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部が、モニタ用光学素子により光路変更された後にカメラに導かれる。すなわち、装着者の視軸とカメラの視軸とを一致させることができる。これにより、装着者とカメラとの間に視差を生じないので、本発明の頭部装着型表示システムによれば撮影画像と表示画像とを合成したモニタ画像を、装着者による実際の視認状態に対応させることができる。

また本発明においては、前記表示用光学素子は前記モニタ用光学素子を兼用する。これにより部品点数を削減できる。

さらに本発明においては、前記表示用光学素子は、特定方向の偏光を反射し、別の特定方向の偏光を透過する第１偏光ビームスプリッタにより構成され、前記光学系は、前記第１偏光ビームスプリッタと前記表示器との間において、特定方向の偏光を反射し、別の特定方向の偏光を透過する第２偏光ビームスプリッタを有し、第１偏光ビームスプリッタにより反射される直線偏光を円偏光にする１／４波長板と、前記１／４波長板を通過した偏光を再び前記１／４波長板に導くように反射する反射素子とが前記保持部により保持され、前記画像表示光を構成する特定方向の偏光は、前記第２偏光ビームスプリッタにより反射された後に前記第１偏光ビームスプリッタに導かれ、前記第１偏光ビームスプリッタにより反射されることで前記装着者の目に導かれ、前記外界光を構成する特定方向の偏光は、前記第１偏光ビームスプリッタにより反射された後に前記１／４波長板を通過して前記反射素子に導かれ、前記反射素子により反射された後に再び前記１／４波長板に導かれることで別の特定方向の偏光とされ、前記１／４波長板を再び通過した別の特定方向の偏光は、前記第１偏光ビームスプリッタと前記第２偏光ビームスプリッタとを透過した後に前記カメラに導かれる。これにより、画像表示光とカメラに入射する外界光の光量を大きく減衰させることなく、画像表示光がカメラに迷光として入射することを防止し、明瞭な撮影画像を形成でき、モニタ装置に不要な映り込みが生じるのを防止でき、装着者に表示画像と外界を明瞭に視認させることができる。あるいは本発明においては、前記表示用光学素子は、光の一部を透過すると共に一部を反射する第１光路変更素子により構成され、前記光学系は、前記第１光路変更素子と前記表示器との間において、光の一部を透過すると共に一部を反射する第２光路変更素子を有し、前記第１光路変更素子により反射される光を再び前記第１光路変更素子に導くように反射する反射素子が前記保持部により保持され、前記画像表示光を構成する光は、前記第２光路変更素子により反射された後に前記第１光路変更素子に導かれ、前記第１光路変更素子により反射されることで前記装着者の目に導かれ、前記外界光を構成する光は、前記第１光路変更素子により反射された後に前記反射素子に導かれ、前記反射素子により反射された後に、前記第１光路変更素子と前記第２光路変更素子とを透過した後に前記カメラに導かれる。

前記第１偏光ビームスプリッタと前記第２偏光ビームスプリッタとの間に、前記画像表示光と前記カメラに導かれる偏光とが通過するレンズ系が配置されているのが好ましい。画像表示光により画像を形成するためのレンズ系は、外界光により画像を形成するためのレンズ系として機能させることができる。よって、画像表示光により画像を形成するためのレンズ系により、外界撮影用カメラのレンズ系を構成できる。

本発明によれば、撮影画像と表示画像とを合成したモニタ画像を、外界と表示画像の装着者による実際の視認状態に対応させることができ、さらに、そのモニタ画像と表示画像の明瞭化と構成の簡単化を図ることができる頭部装着型表示装置を用いた頭部装着型表示システムを提供できる。

図１に示す第１実施形態の頭部装着型表示システムは、頭部装着型表示装置１とモニタ装置３１とを備える。頭部装着型表示装置１は、装着者の頭部に装着される保持部２を備える。保持部２は例えばヘルメット、バンド、ゴーグル等により構成できる。保持部２により画像表示光出射用表示器３、光学系４、外界撮影用カメラ５が保持される。

表示器３は、例えば液晶表示装置や有機ELディスプレイ装置等により構成され、画像生成装置８から送信される映像信号に対応する画像を表示することで画像表示光を前方に向かい出射する。画像生成装置８は特に限定されず、例えばコンピュータやビデオ装置等により構成される。なお、本明細書において前後左右上下の方向は装着者を基準とする。

光学系４は、表示器３から出射される画像表示光を装着者の目Ｅに導くように保持部２により保持される。本実施形態の光学系４は、表示器３の前方に配置される偏光板１１及びレンズ系１２と、第１偏光ビームスプリッタ１３と、第２偏光ビームスプリッタ１４を有する。

偏光板１１は、画像表示光を図中破線で示すＳ偏光（特定方向の偏光）としてレンズ系１２に導く。なお、表示器３が画像表示光としてＳ偏光を出射するものである時は偏光板１１は不要である。

第１偏光ビームスプリッタ１３は、装着者の目Ｅの前方に配置され、Ｓ偏光を反射し、図中２点鎖線で示すＰ偏光（別の特定方向の偏光）を透過する。第２偏光ビームスプリッタ１４は、レンズ系１２の前方であって第１偏光ビームスプリッタ１３の上方に配置され、第１偏光ビームスプリッタ１３と表示器３との間において、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する。レンズ系１２を通過した画像表示光を構成するＳ偏光は、第２偏光ビームスプリッタ１４により反射された後に第１偏光ビームスプリッタ１３に導かれ、第１偏光ビームスプリッタ１３により反射されることで装着者の目Ｅに導かれる。第１偏光ビームスプリッタ１３は、装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部であるＰ偏光を透過させ、装着者の目Ｅに導く。

本実施形態の第１偏光ビームスプリッタ１３は、装着者の目Ｅの前方において、Ｓ偏光とされた画像表示光の光路を変更し、装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部であるＰ偏光を透過し、装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部であるＳ偏光を反射することで、表示用光学素子とモニタ用光学素子とを兼用する。

第１偏光ビームスプリッタ１３により光路変更された装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部であるＳ偏光は、Ｐ偏光とされた後にカメラ５に導かれる。すなわち、第１偏光ビームスプリッタ１３により反射されるＳ偏光を円偏光にする１／４波長板２１と、１／４波長板２１を通過した偏光を再び１／４波長板２１に導くように反射する反射素子であるミラー２２とが保持部２により保持される。外界光を構成するＳ偏光は、第１偏光ビームスプリッタ１３により反射された後に１／４波長板２１を通過して円偏光としてミラー２２に導かれ、ミラー２２により反射された後に再び１／４波長板２１に導かれる。反射後の円偏光は１／４波長板２１を再び通過することによりＰ偏光となり、第１偏光ビームスプリッタ１３と第２偏光ビームスプリッタ１４とを透過した後に、第２偏光ビームスプリッタ１４の上方に配置されるカメラ５に導かれる。カメラ５は、撮像素子と、入射した外界光により画像を形成するための専用のレンズ系とを内蔵し、外界の撮影を行う。

モニタ装置３１は、カメラ５による撮影画像と表示器３による表示画像とを合成した画像を表示する。モニタ装置３１は従来と同様の構成でよく、映像信号合成装置３１ａとモニタ本体３１ｂとを有する。画像生成装置８から送信される映像信号は表示器３に送信されると同時に映像信号合成装置３１ａに送信される。映像信号合成装置３１ａは、その映像信号とカメラ５による外界の撮像信号との合成信号をモニタ本体３１ｂに送信する。これにより、モニタ本体３１ｂによって外界撮影画像と表示器３による表示画像とを合成したモニタ画像を表示する。

上記第１実施形態によれば、装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部が、第１偏光ビームスプリッタ１３により光路変更された後にカメラ５に導かれる。すなわち、装着者の視軸とカメラ５の視軸とを一致させることができる。これにより、装着者とカメラ５との間に視差を生じないので、撮影画像と表示画像とを合成したモニタ画像を、装着者による実際の視認状態に対応させることができる。例えば、図８に示すように、装着者Ｕが第１目標物Ｔ１と第２目標物Ｔ２とを視認し、図９に示すように、表示器３により第１〜第３シンボルα、β、γを表示し、図１０に示すように、装着者Ｕにより視認される外界と表示画像において、第２シンボルβと第１目標物Ｔ１とが重畳され、第３シンボルγと第２目標物Ｔ２とが重畳される場合、モニタ本体３１ｂにより表示される画像を図１０による装着者の視認状態に一致させることができる。また、第１偏光ビームスプリッタ１３は表示用光学素子とモニタ用光学素子とを兼用するので部品点数を削減できる。さらに、第１偏光ビームスプリッタ１３と第２偏光ビームスプリッタ１４により画像表示光と外界光をＳ偏光とＰ偏光に分岐し、カメラ５にはＰ偏光とされた外界光のみが入射され、Ｓ偏光とされた画像表示光はカメラ５に入射されないように光学系４を構成している。よって、ハーフミラーやホログラム素子等により光を分岐するのに比べて画像表示光とカメラ５に入射する外界光の光量を大きく減衰させることなく、画像表示光がカメラ５に迷光として入射することを防止し、明瞭な撮影画像を形成でき、モニタ装置３１に不要な映り込みが生じるのを防止でき、装着者に表示画像と外界を明瞭に視認させることができる。なお、装着者の目Ｅに導かれるのは外界光のＰ偏光成分であり、カメラ５に導かれるのは外界光のＳ偏光成分であるが、外界光は通常は無偏光であるため、装着者が視認する外界とモニタ装置３１によりモニタされる外界とに差異を生じることはない。また、各偏光ビームスプリッタ１３、１４、１／４波長板２１、ミラー２２における光の入出射面を平面で構成し、厚い平面ガラスを介して外界を見た場合と同等の光がカメラ５に入射するようにすることで、歪みのない撮影画像を形成できる。

図２は第２実施形態の頭部装着型表示システムを示す。以下、第１実施形態との相違を説明し、第１実施形態と同様部分は同一符号で示す。
本実施形態の頭部装着型表示装置１′においては、表示器３は第２偏光ビームスプリッタ１４の前方に配置され、偏光板１１は設けられておらず、画像表示光は第２偏光ビームスプリッタ１４によりＳ偏光とＰ偏光とに分岐される。

レンズ系１２は第１偏光ビームスプリッタ１３と第２偏光ビームスプリッタ１４との間に配置される。カメラ５は専用のレンズ系を備えておらず、カメラ５を構成する撮像素子５ａは第２偏光ビームスプリッタ１４の上方に配置され、レンズ系１２がカメラ５のレンズ系を兼用する。

画像表示光を構成するＰ偏光は、第２偏光ビームスプリッタ１４を透過後に装着者の目Ｅに入らない方向（本実施形態では後方）に導かれる。画像表示光を構成するＳ偏光は、第２偏光ビームスプリッタ１４により反射された後にレンズ系１２を通過し、しかる後に第１偏光ビームスプリッタ１３に導かれ、第１偏光ビームスプリッタ１３により反射されることで装着者の目Ｅに導かれる。第１偏光ビームスプリッタ１３により光路変更された外界光の一部であるＳ偏光は、１／４波長板２１とミラー２２によりＰ偏光とされた後に、第１偏光ビームスプリッタ１３を透過し、レンズ系１２を通過し、第２偏光ビームスプリッタ１４を透過してカメラ５に導かれる。他は第１実施形態と同様の構成とされている。

上記第２実施形態によれば、画像表示光により画像を形成するためのレンズ系１２を、外界光により画像を形成するためのレンズ系として機能させることができる。よって、画像表示光により画像を形成するためのレンズ系１２により、カメラ５のレンズ系を構成でき、構成の簡単化を図ることができる。また、偏光板１１を不要にすることでも構成の簡単化を図ることができる。他は第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

図３は第３実施形態の頭部装着型表示システムを示す。以下、第２実施形態との相違を説明し、第２実施形態と同様部分は同一符号で示す。本実施形態の頭部装着型表示装置１″においては、第１偏光ビームスプリッタ１３とレンズ系１２との間に外界光と画像表示光を反射するミラー４０が配置され、外界光と画像表示光の光路がミラー２２と第２偏光ビームスプリッタ１４との間において前後方向に沿うものとされている。なお、外界光はカメラ５に入射するまでに奇数回反射されるため、カメラ５において形成される画像は鏡像となるが、これはモニタ装置３１において撮影画像を反転処理すれば解決できる。また、カメラ画角の調整については、撮像素子５ａとして適切な大きさのものを選択したり、モニタ装置３１において必要画角のキャプチャ処理を行うことで解決できる。他の構成、作用効果は第２実施形態と同様である。

図４は第４実施形態の頭部装着型表示システムを示す。以下、第１実施形態との相違を説明し、第１実施形態と同様部分は同一符号で示す。
本実施形態の頭部装着型表示装置１００においては、偏光板１１および１／４波長板２１は設けられておらず、第１偏光ビームスプリッタ１３に代えて第１光路変更素子１３′が用いられ、第２偏光ビームスプリッタ１４に代えて第２光路変更素子１４′が用いられている。第１、第２光路変更素子１３′、１４′は、光の一部を透過すると共に一部を反射する偏光機能のない単純なビームスプリッタ、ハーフミラー等により構成される。

第１光路変更素子１３′は、装着者の目Ｅの前方に配置される。第２光路変更素子１４′は、表示器３の前方であって第１光路変更素子１３′の上方に配置される。表示器３から出射された図中一点鎖線で示す画像表示光の一部は、第２光路変更素子１４′により反射された後に第１光路変更素子１３′に導かれ、第１光路変更素子１３′により反射されることで装着者の目Ｅに導かれる。第１光路変更素子１３′は、装着者の視軸に一致する光路を有する図中一点鎖線で示す外界光の一部を透過させ、装着者の目Ｅに導く。

第１光路変更素子１３′は、装着者の目Ｅの前方において、画像表示光の一部の光路を変更し、装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部を透過し、装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部を反射してカメラ５に導くことで、表示用光学素子とモニタ用光学素子とを兼用する。

第１光路変更素子１３′により光路変更された外界光の一部はミラー２２に導かれ、ミラー２２により反射された後に第１光路変更素子１３′、第２光路変更素子１４′を透過し、カメラ５に導かれる。他は第１実施形態と同様の構成とされている。

上記第４実施形態によれば、１／４波長板２１を必要としないので第１実施形態よりも構成を簡単化できる。なお、第４実施形態においては、画像表示光の一部が第１光路変更素子１３′を透過してミラー２２に導かれ、ミラー２２での反射後に第１光路変更素子１３′、第２光路変更素子１４′を透過し、迷光としてカメラ５に入射する。また、外界光や画像表示光を偏光機能のないビームスプリッタやハーフミラー等の光路変更素子１３′、１４′による分岐するため、偏光ビームスプリッタにより分岐するのに比べて光量の減衰量が大きくなる。そのため、装着者により視認される表示画像や外界やモニタ装置３１により表示されるモニタ画像の明瞭性は第１実施形態よりも低下するが、他は第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

図５は比較例の頭部装着型表示システムを示す。以下、第４実施形態との相違を説明し、第４実施形態と同様部分は同一符号で示す。
本比較例の頭部装着型表示装置２００においては、第２光路変更素子１４′に代えてミラー１４″が用いられる。表示器３から出射された画像表示光は、ミラー１４″により反射された後に第１光路変更素子１３′に導かれ、その一部が第１光路変更素子１３′により反射されることで装着者の目Ｅに導かれる。第１光路変更素子１３′の前方にモニタ用第２光路変更素子５０が配置される。ミラー２２に代えて第２光路変更素子５０の下方にミラー５１が配置される。第２光路変更素子５０としては、光の一部を透過すると共に一部を反射する素子であればよく、偏光ビームスプリッタでもよいし、偏光機能のない単純なビームスプリッタやハーフミラーでもよい。第２光路変更素子５０と第１光路変更素子１３′は、装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部を透過させ、装着者の目Ｅに導く。第２光路変更素子５０により光路変更された装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部は、ミラー５１に導かれ、ミラー５１により反射された後に第２光路変更素子５０を透過し、カメラ５に導かれる。これにより、第１光路変更素子１３′は表示用光学素子としてのみ機能し、第２光路変更素子５０がモニタ用光学素子として機能する。なお、第１光路変更素子１３′として偏光ビームスプリッタを用いてもよい。他は第４実施形態と同様の構成とされている。

上記比較例においては、表示用光学素子とモニタ用光学素子とを個別に設ける必要があり、そのため、第１実施形態よりも装置が大型化する。又、外界光が光路変更素子を２回通過して目Ｅに導かれる為、光量減衰が大きくなり装着者による外界視認性が低下する。他は第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、表示器や光学系やカメラの配置は特に限定されるものではなく、また、第３実施形態以外の実施形態において外界光の反射回数が奇数回になるように光学系を構成してもよい。

本発明の第１実施形態の頭部装着型表示システムの構成説明図本発明の第２実施形態の頭部装着型表示システムの構成説明図本発明の第３実施形態の頭部装着型表示システムの構成説明図本発明の第４実施形態の頭部装着型表示システムの構成説明図本発明の比較例の頭部装着型表示システムの構成説明図従来の頭部装着型表示システムの構成説明図従来の頭部装着型表示システムにおける問題の説明図装着者による外界視認状態の一例を示す図表示画像の一例を示す図装着者による表示画像と外界の視認状態の一例を示す図従来の頭部装着型表示システムにおけるモニタ画像の一例を示す図

符号の説明

２保持部
３表示器
４光学系
５カメラ
１２レンズ系
１３第１偏光ビームスプリッタ
１３′ 第１光路変更素子
１４第２偏光ビームスプリッタ
１４′ 第２光路変更素子
２１１／４波長板
２２ミラー
３１モニタ装置
５０第２光路変更素子

Claims

装着者の頭部に装着される保持部と、
前記保持部により保持される画像表示光出射用表示器と、
前記表示器から出射される画像表示光を前記装着者の目に導くように前記保持部により保持される光学系と、
前記保持部により保持される外界撮影用カメラとを備え、
前記光学系は、前記装着者の目の前方に配置される表示用光学素子を有し、
前記表示用光学素子により、前記画像表示光の光路が変更され、前記装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部が透過される頭部装着型表示装置において、
前記装着者の目の前方において、前記外界光の一部を透過し、前記外界光の一部の光路を変更するモニタ用光学素子が前記保持部により保持され、
前記モニタ用光学素子により光路変更された前記外界光の一部が前記カメラに導かれ、
前記表示用光学素子は前記モニタ用光学素子を兼用し、
前記表示用光学素子は、特定方向の偏光を反射し、別の特定方向の偏光を透過する第１偏光ビームスプリッタにより構成され、
前記光学系は、前記第１偏光ビームスプリッタと前記表示器との間において、特定方向の偏光を反射し、別の特定方向の偏光を透過する第２偏光ビームスプリッタを有し、
第１偏光ビームスプリッタにより反射される直線偏光を円偏光にする１／４波長板と、前記１／４波長板を通過した偏光を再び前記１／４波長板に導くように反射する反射素子とが前記保持部により保持され、
前記画像表示光を構成する特定方向の偏光は、前記第２偏光ビームスプリッタにより反射された後に前記第１偏光ビームスプリッタに導かれ、前記第１偏光ビームスプリッタにより反射されることで前記装着者の目に導かれ、
前記外界光を構成する特定方向の偏光は、前記第１偏光ビームスプリッタにより反射された後に前記１／４波長板を通過して前記反射素子に導かれ、前記反射素子により反射された後に再び前記１／４波長板に導かれ再び通過することで別の特定方向の偏光とされ、前記第１偏光ビームスプリッタと前記第２偏光ビームスプリッタとを透過した後に前記カメラに導かれることを特徴とする頭部装着型表示装置。
前記第１偏光ビームスプリッタと前記第２偏光ビームスプリッタとの間に、前記画像表示光と前記カメラに導かれる偏光とが通過するレンズ系が配置されている請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
装着者の頭部に装着される保持部と、
前記保持部により保持される画像表示光出射用表示器と、
前記表示器から出射される画像表示光を前記装着者の目に導くように前記保持部により保持される光学系と、
前記保持部により保持される外界撮影用カメラとを備え、
前記光学系は、前記装着者の目の前方に配置される表示用光学素子を有し、
前記表示用光学素子により、前記画像表示光の光路が変更され、前記装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部が透過される頭部装着型表示装置において、
前記装着者の目の前方において、前記外界光の一部を透過し、前記外界光の一部の光路を変更するモニタ用光学素子が前記保持部により保持され、
前記モニタ用光学素子により光路変更された前記外界光の一部が前記カメラに導かれ、
前記表示用光学素子は前記モニタ用光学素子を兼用し、
前記表示用光学素子は、光の一部を透過すると共に一部を反射する第１光路変更素子により構成され、
前記光学系は、前記第１光路変更素子と前記表示器との間において、光の一部を透過すると共に一部を反射する第２光路変更素子を有し、
前記第１光路変更素子により反射される光を再び前記第１光路変更素子に導くように反射する反射素子が前記保持部により保持され、
前記画像表示光を構成する光は、前記第２光路変更素子により反射された後に前記第１光路変更素子に導かれ、前記第１光路変更素子により反射されることで前記装着者の目に導かれ、
前記外界光を構成する光は、前記第１光路変更素子により反射された後に前記反射素子に導かれ、前記反射素子により反射された後に、前記第１光路変更素子と前記第２光路変更素子とを透過した後に前記カメラに導かれることを特徴とする頭部装着型表示装置。
請求項１〜３の中の何れか１項に記載の頭部装着型表示装置と、
前記カメラによる撮影画像と前記表示器による表示画像とを合成した画像を表示するモニタ装置とを備える頭部装着型表示システム。