JP4985248B2 - 映像表示ユニットおよび面体ユニット - Google Patents

Description

本発明は、支持手段によって映像表示装置が観察者の眼前で支持された映像表示ユニットと、その映像表示ユニットと観察者の顔面に装着される面体とからなる面体ユニットとに関するものである。

観察者の頭部に装着され、表示素子で生成された映像を接眼光学系によって観察者の瞳に虚像投影する頭部装着型映像表示装置は、いわゆるＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）と呼ばれ、一般に知られている。中でも、特許文献１に開示されたＨＭＤでは、表示素子としてのＬＣＤを保持するホルダーと、接眼光学系を構成するプリズムにおけるＬＣＤからの映像光の入射面との間に防塵部材を配置し、ＬＣＤの光射出面上およびプリズムの上記入射面上への塵埃等の汚れの付着を防止している。

特開平１１−２９６０９５号公報

ところで、ＨＭＤは、一般民生品としての用途以外にも、様々な情報をユーザーに提供することにより業務を円滑に行うことを支援する用途にも適用可能と思われる。このような用途では、ＨＭＤは、その用途に応じて使用される部材（例えば災害時の救助活動業務の支援用途では、顔面に装着される面体の一種である防塵・防水マスク）と併用できるように構成されていることが必要である。

しかし、特許文献１のＨＭＤも含めて、従来のＨＭＤは、面体との併用を想定した構成とはなっていない。このため、ＨＭＤと面体とを併用して（映像表示装置を観察者の眼前に配置した状態で面体をその上から装着して）、様々な活動を行っている最中に、支持手段とともに映像表示装置が斜めにずれてその使用に支障が生じる場合がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、面体の内部で映像表示装置を支持する支持手段の形状や構成を工夫することにより、面体を装着しての活動時に映像表示装置が斜めにずれるのを回避することができる映像表示ユニットと、その映像表示ユニットの映像表示装置および支持手段が面体の内部に収容された面体ユニットとを提供することにある。

本発明の映像表示ユニットは、映像を表示する映像表示装置と、観察者の顔前に位置して上記映像表示装置を支持する支持手段とを有する映像表示ユニットであって、上記支持手段は、観察者の顔面に装着される面体の内部に嵌まる形状で形成されており、さらに、面体の内部に嵌まった状態で観察者の顔面に当接する顔面当接部を、観察者の左右方向に対称に有していることを特徴としている。

上記の構成によれば、映像表示装置は、観察者の顔前に位置する支持手段によって支持される。この支持手段は、面体（例えば防塵・防水マスク、空気呼吸器、送気マスク、ゴーグル）の内部に嵌まる形状で形成されているので、観察者は、面体を装着した状態でも、映像表示装置に表示された支援用の映像を観察することが可能となり、映像を観察しながら様々な活動（例えば災害時の救助活動業務）を行うことが可能となる。

ここで、支持手段が面体の内部に嵌まった状態では、支持手段の顔面当接部が観察者の顔面に当接するが、この顔面当接部が左右対称に形成されているので、顔面に対して支持手段が斜め方向にずれるのを容易に回避することができる。したがって、支持手段によって支持された映像表示装置が、面体を装着しての活動時に斜めにずれるのを回避することができ、面体を装着した状態での映像表示ユニットの使用や業務支援活動に支障が生じるのを回避することができる。

本発明の映像表示ユニットにおいて、上記顔面当接部は、観察者の額に当接する額当接部と、観察者の頬に当接する頬当接部とを有している構成であってもよい。額当接部および頬当接部は、観察者の上下方向に位置するので、これらの当接部により、面体を装着しての活動時に支持手段とともに映像表示装置が上下方向および斜め方向にずれるのを回避することができる。

本発明の映像表示ユニットにおいて、上記支持手段は、上記映像表示装置を密閉して収容する筐体を有している構成であってもよい。この場合、映像表示装置が筐体にて密閉収容されるので、映像表示装置の防塵性・防水性を確保することができ、筐体の表面が汚れた場合でも、その汚れを洗浄で容易に取り除くことができる。

本発明の映像表示ユニットにおいて、上記筐体は、上記映像表示装置を挟むように配置される一対の透明部材と、上記一対の透明部材の間に配置されるパッキンとを有している構成であってもよい。映像表示装置を内部に収容した状態で一対の透明部材をパッキンを介して挟むことで、映像表示装置を確実に密閉して収容することができる。

本発明の映像表示ユニットは、観察者の頭部に装着して上記支持手段を支持する頭部装着部材をさらに有していてもよい。この構成では、支持手段を面体と固定していなくても、頭部装着部材によって支持手段を観察者の頭部に固定することができる。

本発明の映像表示ユニットにおいて、上記頭部装着部材は、上記支持手段の左右端に連結されるベルトであってもよい。本発明では、支持手段の顔面当接部が左右対称に形成されているので、支持手段の左右端にベルトを連結して観察者の頭部に装着することにより、頭部の形状や大きさに関係なく、支持手段および映像表示装置を左右に傾けることなく保持することができる。なお、ベルトは、伸縮せずにその長さを調節できるものであってもよいし、弾性を有して伸縮するもの（例えばゴム製）であってもよい。

本発明の映像表示ユニットにおいて、上記ベルトは、弾性を有していることが望ましい。この場合、ベルトの伸縮によって支持手段を頭部に容易に装着することができ、また、支持手段をしっかりと頭部に保持させることができる。

本発明の映像表示ユニットにおいて、上記ベルトは、断面瞳形であることが望ましい。この構成では、ベルトはその断面における端部よりも中央部のほうが厚みのある形状で形成されるので、面体の装着時には、ベルトの内側に位置する観察者の頭部およびベルトの外側に位置する面体との両者に向かってベルトの中央部が張り出す。これにより、観察者の頭部とベルトと面体との相互間の隙間を無くし、これらを互いに密着させることが可能となり、面体内部の気密性を確保することが可能となる。また、ベルトが断面瞳形であることにより、例えば、映像表示装置と接続されるケーブルをベルトの内部に通す構成とすることも可能となる。

本発明の映像表示ユニットは、上記映像表示装置に少なくとも駆動電力および映像信号を供給するためのケーブルをさらに有しており、上記ケーブルは、上記ベルトのうち、少なくとも観察者の頭部と面体とで挟まれた部分において、その内部を貫通して設けられていることが望ましい。

面体装着時には、観察者の頭部および面体と密着しているベルトの内部をケーブルが通るので、ケーブルの存在によって頭部と面体との間に隙間ができることはない。したがって、映像表示装置にケーブルを接続する場合でも、面体内部の気密性を確保することが可能となる。

本発明の映像表示ユニットにおいて、上記支持手段は、面体に対して取り付けおよび取り外しが可能な面体取付部を有している構成であってもよい。

この構成では、面体に対して支持手段が着脱可能となるので、面体と併用して映像表示装置を使用したいときのみ、支持手段を面体に取り付けて映像表示装置を使用することができ、利便性に優れたものとなる。また、例えば、面体取付部を複数種類の面体に対応できるように形成すれば、１つの支持手段で複数種類の面体を使用することも可能となり、個々の面体ごとに支持手段を用意する必要がなくなる。

本発明の映像表示ユニットは、外部から送信される映像信号を受信する受信部と、上記映像表示装置を駆動するための駆動電力を供給する電源部とを有している構成であってもよい。この構成では、映像表示装置に駆動電力や映像信号を供給するためのケーブルが不要となるため、面体ユニットを装着しやすくでき、故障も発生しにくくなる。

本発明の映像表示ユニットにおいて、上記受信部および上記電源部は、密閉された筐体内にそれぞれ配置されていることが望ましい。この場合、受信部および電源部の防塵性・防水性を確保することができる。

本発明の映像表示ユニットにおいて、上記映像表示装置は、光源と、光源からの光を変調して映像を表示する表示素子と、表示素子に表示された映像の光を光学瞳に導く接眼光学系とを有しており、上記接眼光学系は、体積位相型で反射型のホログラム光学素子を含み、上記ホログラム光学素子は、表示素子からの映像光を回折反射させて光学瞳に導く構成であってもよい。

上記構成においては、光源からの光は表示素子にて変調され、映像光として接眼光学系を介して光学瞳に導かれる。したがって、光学瞳の位置では、観察者は表示素子にて表示された映像の虚像を観察することが可能となる。

ここで、接眼光学系に用いられる体積位相型で反射型のホログラム光学素子は、回折効率が高く、しかも、回折効率ピークの半値波長幅が狭い。したがって、このようなホログラム光学素子を用い、表示素子からの映像光をホログラム光学素子にて回折反射させて光学瞳に導く構成とすることにより、明るく、色純度の高い映像を観察者に提供することができる。また、ホログラム光学素子を用いて接眼光学系を構成することにより、接眼光学系ひいては映像表示装置を小型軽量にすることができる。

本発明の映像表示ユニットにおいて、上記ホログラム光学素子は、表示素子からの映像光と外光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナであってもよい。この場合、観察者は、ホログラム光学素子を介して、表示素子から提供される映像と外界像とを同時に観察することができる。

本発明の映像表示ユニットにおいて、上記ホログラム光学素子は、軸非対称な正の光学パワーを有していることが望ましい。この構成では、映像表示装置を構成する各光学部材の配置の自由度を高めることができ、映像表示装置を小型化することが容易となる。

本発明の映像表示ユニットにおいて、上記接眼光学系は、表示素子からの映像光を内部で全反射させて観察者の瞳に導く一方、外光を透過させて観察者の瞳に導く第１の透明基板を有している構成であってもよい。この構成では、表示素子からの映像を観察可能としながらも、外光の透過率が高くなるので、明るい外界像を観察することができる。

本発明の映像表示ユニットにおいて、上記接眼光学系は、第１の透明基板での外光の屈折をキャンセルするための第２の透明基板を有していることが望ましい。この構成では、観察者が接眼光学系を介して観察する外界像に歪みが生じるのを防止することができる。

本発明の映像表示ユニットにおいて、第１の透明基板および第２の透明基板は、上記ホログラム光学素子を挟んで接合されていてもよい。ホログラム光学素子は露出せず、外気に触れることがないので、取り扱いが容易となり、また、その光学性能を安定に保つことも可能となる。

本発明の面体ユニットは、上述した本発明の映像表示ユニットと、上記映像表示ユニットの映像表示装置および支持手段を内部に収容した状態で観察者の顔面に装着される面体とを有していることを特徴としている。

この構成によれば、面体が例えば防塵・防水マスクであれば、災害時に指揮官からの情報を表示して活動したり、赤外線カメラなどで撮影された映像を表示しながら活動することが可能となる。また、面体が例えばゴーグルであれば、スキーをしながら現在位置を表示して滑路を案内したり、天候に関する情報を表示してスキーヤーにリアルタイムで警告を与えることも可能となる。

本発明の面体ユニットにおいて、上記面体は、防塵・防水マスクであってもよい。この場合、災害時の救助活動を円滑に支援することが可能となる。

本発明によれば、支持手段が面体の内部に嵌まった状態において、支持手段の顔面当接部が左右対称に形成されているので、面体を装着しての活動時に支持手段とともに映像表示装置が斜めにずれるのを回避することができ、面体を装着した状態での映像表示ユニットの使用や業務支援活動に支障が生じるのを回避することができる。

本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
（１．面体ユニットについて）
図２は、本実施形態に係る面体ユニットの概略の構成を示す斜視図である。この面体ユニットは、映像表示ユニット１と、面体２とで構成されている。

映像表示ユニット１は、映像を表示して観察者に虚像として提供するとともに、外界像をシースルーで観察者に観察させるものであるが、その詳細については後述する。

面体２は、観察者の顔面に装着されるものである。本実施形態では、映像表示ユニット１を観察者の頭部に装着した後、その映像表示ユニット１を上から覆うように、面体２が装着される。したがって、面体２は、映像表示ユニット１の後述する映像表示装置１１および支持手段１２（ともに図５参照）を内部に収容した状態で観察者の顔面に装着されるものであるとも言える。この面体２は、例えば防塵性および防水性を有する防塵・防水マスクで構成されており、図示しないボンベからの空気が、ホース３を介して面体２の内部に取り込まれる。

このように映像表示ユニット１と面体２とで面体ユニットを構成し、これらを併用して使用することにより、災害時には、指揮官からの指示情報や赤外線カメラで撮影された外部映像を映像表示ユニット１に表示させれば、観察者はそれを見ながら活動することが可能となり、災害時の救助活動を円滑に行うことが可能となる。なお、防塵・防水マスクは、空気呼吸器や送気マスクとも呼ばれる。

また、上記の映像表示ユニット１は、図３に示す面体２’と併用して使用することも可能である。図３は、面体２’の構成を模式的に示す斜視図である。面体２’は、ゴーグルで構成されている。ここで、図４（ａ）は、面体２’を使用した面体ユニットの正面図を、図４（ｂ）は、上記面体ユニットの背面図を示している。なお、これらの図面では、面体２’を頭部に装着するためのベルトの図示を省略している。このような面体ユニットを使用することにより、例えばスキー場においては、現在位置や滑路、天候情報などを映像表示ユニット１に表示させて、観察者であるスキーヤーに認識させることが可能となる。

（２．映像表示ユニットについて）
次に、映像表示ユニット１の詳細について説明する。
図５は、映像表示ユニット１の概略の構成を示す斜視図である。この映像表示ユニット１は、映像表示装置１１と、支持手段１２と、ベルト１３と、ケーブル１４とを有している。以下、順に説明する。

（２−１．映像表示装置について）
図６は、映像表示装置１１の概略の構成を示す断面図である。映像表示装置１１は、映像を表示するものであり、光源２１と、一方向拡散板２２と、集光レンズ２３と、表示素子２４と、接眼光学系２６とを有している。光源２１、一方向拡散板２２、集光レンズ２３および表示素子２４は、筐体２５内に収容されており、接眼光学系２６の一部（後述する接眼プリズム２７の一部）も筐体２５内に位置している。上記のケーブル１４は、筐体２５および支持手段１２の後述する筐体３５を貫通して設けられ、光源２１や表示素子２４に駆動電力や映像信号が供給される。

本実施形態では、上述した面体２（図２参照）の内部に映像表示装置１１を配置可能にするため、映像表示装置１１は面体２の形状にほぼ沿うような形状となっており、そのような形状を実現できるように各光学部材が配置されている。例えば、光源２１は観察者の瞳位置よりも下方に配置され、光源２１からの光が上方に進行して観察者の瞳に導かれるように、各光学部材が配置されている。

なお、以下での説明の便宜上、方向を以下のように定義しておく。まず、表示素子２４の表示領域の中心と、接眼光学系２６によって形成される光学瞳Ｅの中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とする。そして、光源２１から光学瞳Ｅまでの光路を展開したときの光軸方向をＺ方向とする。また、接眼光学系２６の後述するホログラム光学素子２９への光軸の入射面に垂直な方向をＸ方向とし、ＺＸ平面に垂直な方向をＹ方向とする。なお、ホログラム光学素子２９への光軸の入射面とは、ホログラム光学素子２９における入射光の光軸と反射光の光軸とを含む平面、すなわち、ＹＺ平面を指す。以下、上記入射面を単に入射面または光軸入射面と称する。なお、本実施形態では、ＸＹＺの各方向において正負は問わないものとする。

光源２１は、表示素子２４を照明するものであり、例えば、光強度のピーク波長および光強度半値の波長幅で４６２±１２ｎｍ（Ｂ光）、５２５±１７ｎｍ（Ｇ光）、６３５±１１ｎｍ（Ｒ光）となる３つの波長帯域の光を発するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されている。このように、光源２１が所定の波長幅の光を出射することにより、表示素子２４を照明して得られる映像光に所定の波長幅を持たせることができ、後述するホログラム光学素子２９にて映像光を回折させたときに、光学瞳Ｅの位置にて観察画角全域にわたって観察者に映像を観察させることができる。また、光源２１の各色についてのピーク波長は、ホログラム光学素子２９の後述する回折効率のピーク波長の近傍に設定されており、光利用効率の向上が図られている。

また、光源２１は、ＲＧＢの光を出射するＬＥＤで構成されているので、光源２１を安価に実現することができるとともに、表示素子２４を照明したときに、表示素子２４にてカラー映像を表示することが可能となり、そのカラー映像を観察者に提供することが可能となる。また、各ＬＥＤは、発光波長幅が狭いので、そのようなＬＥＤを複数用いることにより、色再現性が高く、明るい映像表示が可能となる。

一方向拡散板２２は、光源２１からの出射光を拡散させるものであるが、その拡散度は方向によって異なっている。より詳細には、一方向拡散板２２は、Ｘ方向には入射光を約４０゜拡散させ、Ｙ方向には入射光を約０．５゜拡散させる。なお、一方向拡散板２２の配置を省略することも可能である。

集光レンズ２３は、一方向拡散板２２にて拡散された光をＹ方向に集光するシリンダレンズで構成されており、その拡散光が効率よく光学瞳Ｅを形成するように配置されている。

表示素子２４は、光源２１からの出射光を画像データに応じて変調して映像を表示するものであり、光が透過する領域となる各画素をマトリクス状に有する透過型の液晶表示素子で構成されている。表示素子２４は、矩形の表示領域の長辺方向がＸ方向となり、短辺方向がＹ方向となるように配置されている。なお、表示素子２４は、反射型であってもよい。反射型の表示素子２４としては、例えば反射型の液晶表示素子や、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device；米国テキサスインスツルメント社製）を用いることができる。

接眼光学系２６は、表示素子２４に表示された映像の光を光学瞳Ｅに導き、表示素子２４の表示映像の拡大虚像を観察者に提供する拡大光学系であり、接眼プリズム２７（第１の透明基板）と、偏向プリズム２８（第２の透明基板）と、ホログラム光学素子２９とを有して構成されている。

接眼プリズム２７は、面２７ａを介して入射する表示素子２４からの映像光を、対向する２つの面２７ｂ・２７ｃで全反射させ、ホログラム光学素子２９を介して観察者の瞳に導く一方、外光を透過させて観察者の瞳に導くものであり、偏向プリズム２８とともに、例えばアクリル系樹脂で構成されている。この接眼プリズム２７は、平行平板の上端部を上端に近くなるほど薄くして楔状にし、その下端部を下端に近くなるほど厚くした形状で構成されている。また、接眼プリズム２７は、その上端部に配置されるホログラム光学素子２９を挟むように、偏向プリズム２８と接着剤で接合されている。

偏向プリズム２８は、平面視で略逆Ｕ字型の平行平板で構成されており、接眼プリズム２７の上端部および両側面部（左右の各端面）と貼り合わされたときに、接眼プリズム２７と一体となって略平行平板となるものである。この偏向プリズム２８を接眼プリズム２７に接合することにより、観察者が接眼光学系２６を介して観察する外界像に歪みが生じるのを防止することができる。

つまり、例えば、接眼プリズム２７に偏向プリズム２８を接合させない場合、外光は接眼プリズム２７の楔状の上端部を透過するときに屈折するので、接眼プリズム２７を介して観察される外界像に歪みが生じる。しかし、接眼プリズム２７に偏向プリズム２８を接合させて一体的な略平行平板を形成することで、外光が接眼プリズム２７の楔状の上端部を透過するときの屈折を偏向プリズム２８でキャンセルすることができる。その結果、シースルーで観察される外界像に歪みが生じるのを防止することができる。

なお、接眼プリズム２７および偏向プリズム２８の互いに対向する２面は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。後者の場合、接眼光学系２６に矯正眼鏡レンズとしての機能を持たせることができる。

ホログラム光学素子２９は、表示素子２４から出射される映像光（３原色に対応した波長の光）を回折反射して光学瞳Ｅに導き、表示素子２４に表示される映像を拡大して観察者の瞳に虚像として導く体積位相型の反射型ホログラムである。このホログラム光学素子２９は、例えば、回折効率のピーク波長および回折効率半値の波長幅で４６５±５ｎｍ（Ｂ光）、５２１±５ｎｍ（Ｇ光）、６３４±５ｎｍ（Ｒ光）の３つの波長域の光を回折（反射）させるように作製されている。ここで、回折効率のピーク波長とは、回折効率がピークとなるときの波長のことであり、回折効率半値の波長幅とは、回折効率が回折効率ピークの半値となるときの波長幅のことである。

反射型のホログラム光学素子２９は、高い波長選択性を有しており、上記波長域（露光波長近辺）の波長の光しか回折反射しないので、回折反射される波長以外の波長を含む外光はホログラム光学素子２９を透過することになり、高い外光透過率を実現することができる。

また、ホログラム光学素子２９は、軸非対称な正の光学パワーを有している。つまり、ホログラム光学素子２９は、正のパワーを持つ非球面凹面ミラーと同様の機能を持っている。これにより、装置を構成する各光学部材の配置の自由度を高めて装置を容易に小型化することができるとともに、良好に収差補正された映像を観察者に提供することができる。

次に、上記構成の映像表示装置１１の動作について説明する。光源２１から出射された光は、一方向拡散板２２にて拡散され、集光レンズ２３にて集光されて表示素子２４に入射する。表示素子２４に入射した光は、画像データに基づいて各画素ごとに変調され、映像光として出射される。つまり、表示素子２４には、カラー映像が表示される。

表示素子２４からの映像光は、接眼光学系２６の接眼プリズム２７の内部にその下端面（面２７ａ）から入射し、対向する２つの面２７ｂ・２７ｃで複数回全反射されて、ホログラム光学素子２９に入射する。ホログラム光学素子２９に入射した光は、そこで反射され、面２７ｂを透過して光学瞳Ｅに達する。光学瞳Ｅの位置では、観察者は、表示素子２４に表示された映像の拡大虚像を観察することができる。

一方、接眼プリズム２７、偏向プリズム２８およびホログラム光学素子２９は、外光をほとんど全て透過させるので、観察者はこれらを介して外界像を観察することができる。したがって、表示素子２４に表示された映像の虚像は、外界像の一部に重なって観察されることになる。

このように、映像表示装置１１では、表示素子２４から出射される映像光を接眼プリズム２７内での全反射によって導光し、ホログラム光学素子２９を介して観察者の瞳に導くので、通常の眼鏡レンズと同様に、接眼プリズム２７および偏向プリズム２８の厚さを３ｍｍ程度にすることができ、映像表示装置１１を小型化、軽量化することができる。また、表示素子２４からの映像光を内部で全反射させる接眼プリズム２７を用いることにより、高い外光の透過率を確保して、明るい外界像を観察者に提供することができる。

また、体積位相型の反射型のホログラム光学素子２９は、回折効率半値の波長幅が狭く、回折効率が高いので、このようなホログラム光学素子２９を用いることにより、色純度が高く、明るい映像を提供することができるとともに、外光の透過率が高くなるので、観察者は明るい外界像を観察することができる。

また、上記の説明からもわかるように、ホログラム光学素子２９は、表示素子２４からの映像光と外光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナとして機能している。これにより、観察者は、ホログラム光学素子２９を介して、表示素子２４から提供される映像と外界像とを同時に観察することができる。

また、接眼プリズム２７および偏向プリズム２８は、ホログラム光学素子２９を挟んで接合されているので、ホログラム光学素子２９は外部に露出せず、外気に触れることもない。したがって、ホログラム光学素子２９の取り扱いが容易となり、また、その光学性能を安定に保つことも可能となる。

（２−２．支持手段について）
次に、支持手段１２について説明する。図１は、映像表示ユニット１の内側からの斜視図である。支持手段１２は、観察者の顔前に位置して映像表示装置１１を支持するものである。本実施形態では、支持手段１２は、１個の映像表示装置１１を観察者の右眼の前に位置するように支持しているが、観察者の左目の前の穴部１２ａに別の映像表示装置１１を配置して支持手段１２に固定し、支持手段１２が２個の映像表示装置１１を支持する構成とすることも勿論可能である。

支持手段１２は、上述した面体２（図２参照）の内部に嵌まる形状で形成されており、さらに、面体２の内部に嵌まった状態で観察者の顔面に当接する顔面当接部３１を有している。この顔面当接部３１は、観察者の額に当接する額当接部３２と、観察者の頬に当接する頬当接部３３とで構成されている。額当接部３２は、観察者の額と対応する位置に左右方向に一続きに形成されている。また、頬当接部３３は、観察者の両頬に対応して２つ設けられている。この結果、顔面当接部３１は、全体として、観察者の左右方向に対称に形成されている。

また、支持手段１２は、鼻当て３４を有している。この鼻当て３４は、額当接部３２と頬当接部３３との間に配置され、観察者の鼻にほぼ沿う形状で左右方向に対称に形成されている。鼻当て３４は、映像表示装置１１を支持手段１２にて観察者の眼前で支持したときに、観察者の鼻と当接してもよいし、当接しなくてもよい。鼻当て３４が観察者の鼻と当接する場合、鼻当て３４も上記の顔面当接部３１を構成する。

支持手段１２は、面体２の内部に嵌まる形状で形成されており、この支持手段１２によって、映像表示装置１１は観察者の眼前に位置するように支持される。これにより、観察者は、面体２を装着した状態でも、支持手段１２で支持された映像表示装置１１の表示映像を観察することが可能となり、映像を観察しながら様々な活動を行うことが可能となる。

また、支持手段１２が面体２の内部に嵌まった状態では、支持手段１２の顔面当接部３１が観察者の顔面に当接する。つまり、少なくとも、額当接部３２が観察者の額に当接し、各頬当接部３３が観察者の両頬に当接する。このとき、顔面当接部３１は、左右方向に対称に形成されているので、面体２を装着した状態で支持手段１２が顔面に対して斜め方向にずれるのを容易に回避することができる。つまり、面体２を装着した状態で、支持手段１２の右肩が上がったり下がったりするのを容易に回避できる。したがって、支持手段１２によって支持された映像表示装置１１が、面体２を装着しての活動時に斜めにずれるのを回避することができ、面体２を装着した状態での映像表示ユニット１の使用や業務支援活動に支障が生じるのを回避することができる。

また、額当接部３２および頬当接部３３は、観察者の上下方向に位置するので、面体２を装着しての活動時に、支持手段１２とともに映像表示装置１１が上下方向にずれるのを回避することができ、また、斜め方向にもさらにずれにくくなる。

また、図６に示すように、支持手段１２は、映像表示装置１１を密閉して収容する筐体３５を有している。この筐体３５は、一対の透明部材３６・３７と、パッキン３８とで構成されている。透明部材３６・３７は、映像表示装置１１の外表面にほぼ沿った形状で形成されており、映像表示装置１１を前後方向から挟むようにそれぞれ配置されている。パッキン３８は、透明部材３６・３７の間に密着配置されている。

このように、映像表示装置１１は、筐体３５内に密閉して収容されるので、映像表示装置１１の防塵性および防水性を確保することができ、表面が汚れた場合でも、その汚れを洗浄等で容易に取り除くことが可能となる。特に、筐体３５が一対の透明部材３６・３７と、その間に配置されるパッキン３８とで構成されているので、パッキン３８にて外部からの液体や粉塵の進入を確実に防ぎ、映像表示装置１１を筐体３５内に確実に密閉して収容することができる。

（２−３．ベルトおよびケーブルについて）
次に、ベルト１３およびケーブル１４について説明する。
図１および図５に示すように、ベルト１３は、観察者の頭部に装着して支持手段１２を支持する頭部装着部材であり、例えば弾性を有するゴムで構成されている。このベルト１３の両端は、支持手段１２の左右端にある固定ピン１２ｂ・１２ｂ（図１参照）にそれぞれ連結、固定されている。なお、ベルト１３は、伸縮せずにその長さを調節できるものであってもよい。

映像表示ユニット１が上記のベルト１３を有していることにより、支持手段１２を面体２と固定していなくても、ベルト１３によって支持手段１２を観察者の頭部に固定することができる。また、支持手段１２の左右端にベルト１３を連結して観察者の頭部に装着することにより、観察者の頭部の形状や大きさに関係なく、支持手段１２および映像表示装置１１を左右に傾けることなく保持することができる。さらに、ベルト１３が弾性を有していることにより、ベルト１３の伸縮によって支持手段１２を頭部に容易に装着することができ、また、支持手段１２をしっかりと頭部に固定することができる。

また、図７は、ベルト１３の断面図を示している。同図に示すように、ベルト１３は、断面瞳形となっている。つまり、ベルト１３は、その断面における端部よりも中央部のほうが厚みのある形状で形成されている。このようなベルト１３を使用することにより、面体２の装着時には、ベルト１３よりも内側（観察者側）に位置する観察者の頭部、ベルト１３よりも外側（観察者とは反対側）に位置する面体２の両者に向かって、ベルト１３の中央部が張り出す。これにより、観察者の頭部、ベルト１３、面体２の相互間の隙間を無くし、これらを互いに密着させることが可能となり、面体２内部の気密性を確保することが可能となる。したがって、面体２が防塵・防水マスクで構成される場合には、ボンベから供給される空気が隙間から外部に漏れて空気供給時間が短くなることが無くなる。

ケーブル１４は、外部の制御手段から少なくとも駆動電力および映像信号を映像表示装置１１に供給するためのものである。このケーブル１４は、図５および図７に示すように、ベルト１３のうち、面体２の装着時において少なくとも観察者の頭部と面体２とで挟まれる部分１３ａ（図５参照）において、その内部を貫通して設けられている。なお、ケーブル１４をこのように配線できるのは、上記したようにベルト１３を断面瞳形で構成し、その中央部を端部よりも厚めに構成したことによる。

ケーブル１４の上記配線により、面体２の装着時には、観察者の頭部および面体２と密着しているベルト１３の内部をケーブル１４が通るので、ケーブル１４の存在によって観察者の頭部と面体２との間に隙間ができることはない。したがって、ケーブル１４を用いて映像表示装置１１に駆動電力や映像信号を供給する構成であっても、面体２内部の気密性を確保することが可能となる。

（３．映像表示ユニットの他の構成について）
ところで、映像表示ユニット１は、以下のように構成されてもよい。図８は、映像表示ユニット１の他の構成を模式的に示す斜視図であり、図９は、上記映像表示ユニット１が適用される面体ユニットの分解斜視図である。この映像表示ユニット１は、ベルト１３の代わりに面体取付部４１を支持手段１２に設け、ケーブル１４の代わりに受信部４２および電源部４３を設けるようにした以外は、前述の映像表示ユニット１と同様の構成である。

面体取付部４１は、面体２に対する取り付けおよび取り外しが可能となる部位であり、支持手段１２の左右端に２個設けられている。これらの面体取付部４１・４１は、上下方向に貫通する穴を有し、面体２の取付軸２ａ・２ａに対して抜き差しが可能となる筒状部４１ａ・４１ａを有している。

受信部４２は、外部（例えば制御手段、映像生成部）から送信される映像信号を受信する部位である。受信部４２は、ここでは、映像表示装置１１の筐体２５（図６参照）内に設けられているが、密閉された筐体内であればどこに設けられてもよく、例えば支持手段１２の筐体３５内であってもよいし、電源部４３が設けられる後述の筐体内であってもよい。

電源部４３は、映像表示装置１１を駆動するための駆動電力を供給するものであり、例えば電池で構成されている。電源部４３は、開閉可能な蓋体４４の内部に配置されている。蓋体４４の閉状態では、蓋体４４と支持手段１２とで密閉された空間が形成される。したがって、電源部４３は、蓋体４４と支持手段１２とで構成される密閉された筐体内に配置されているとも言える。

上記構成の映像表示ユニット１はベルト１３を有していないので、映像表示ユニット１の使用時には、映像表示ユニット１を面体２に取り付けて面体ユニットとした後、その面体ユニットを観察者の頭部（顔面）に装着することになる。

このとき、支持手段１２が面体取付部４１を有しているので、面体２と併用して映像表示装置１１を使用したいときのみ、面体取付部４１を面体２に取り付けて映像表示装置１１を使用することができ、利便性に優れたものとなる。また、面体取付部４１を例えば左右方向にスライド可能に構成するなどして、複数種類の面体２に対応できるように形成すれば、１つの支持手段１２で複数種類の面体２を使用することも可能となり、個々の面体２ごとに支持手段１２を用意する必要がなくなる。

また、映像表示ユニット１が受信部４２と電源部４３とを有しているので、映像表示装置１１に駆動電力や映像信号を供給するためのケーブル１４を不要にできる。これにより、面体２を取り付けての活動範囲を広げることが容易となり、迅速な活動も可能になる。さらに、ケーブル１４が無いので、面体ユニットを装着しやすくでき、故障も発生しにくくなる。また、受信部４２および電源部４３は、密閉された筐体内にそれぞれ配置されているので、受信部４２および電源部４３の防塵性・防水性を確保することができる。

なお、上述した各構成を適宜組み合わせて映像表示ユニット１や面体ユニットを構成することも勿論可能である。例えば、図８の映像表示ユニット１を図３に示した面体２’に適用して面体ユニットを構成してもよい。また、本実施形態の映像表示ユニット１は、防塵・防水マスクやゴーグル以外の面体にも勿論適用することが可能である。

本発明は、例えば災害時の救助活動業務の支援用途に利用することが可能である。

本発明の実施の一形態に係る面体ユニットを構成する映像表示ユニットの内側からの斜視図である。 上記映像表示ユニットと面体とを有する上記面体ユニットの概略の構成を示す斜視図である。 別の面体の構成を模式的に示す斜視図である。 （ａ）は、上記面体を使用した面体ユニットの正面図であり、図４（ｂ）は、上記面体ユニットの背面図である。 上記映像表示ユニットの概略の構成を示す斜視図である。 上記映像表示ユニットが有する映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。 上記映像表示ユニットが有するベルトの断面図である。 他の映像表示ユニットの構成を模式的に示す斜視図である。 上記他の映像表示ユニットが適用される面体ユニットの分解斜視図である。

符号の説明

１ 映像表示ユニット
２ 面体
２’ 面体
１１ 映像表示装置
１２ 支持手段
１３ ベルト（頭部装着部材）
１４ ケーブル
２１ 光源
２４ 表示素子
２５ 筐体
２６ 接眼光学系
２７ 接眼プリズム（第１の透明基板）
２８ 偏向プリズム（第２の透明基板）
２９ ホログラム光学素子
３１ 顔面当接部
３２ 額当接部
３３ 頬当接部
３５ 筐体
３６ 透明部材
３７ 透明部材
３８ パッキン
４１ 面体取付部
４２ 受信部
４３ 電源部
４４ 蓋体

Claims (20)

1. 映像を表示する映像表示装置と、
   観察者の顔前に位置して上記映像表示装置を支持する支持手段とを有する映像表示ユニットであって、
   上記支持手段は、観察者の顔面に装着される面体の内部に嵌まる形状で形成されており、さらに、面体の内部に嵌まった状態で観察者の顔面に当接する顔面当接部を、観察者の左右方向に対称に有していることを特徴とする映像表示ユニット。
2. 上記顔面当接部は、
   観察者の額に当接する額当接部と、
   観察者の頬に当接する頬当接部とを有していることを特徴とする請求項１に記載の映像表示ユニット。
3. 上記支持手段は、上記映像表示装置を密閉して収容する筐体を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の映像表示ユニット。
4. 上記筐体は、
   上記映像表示装置を挟むように配置される一対の透明部材と、
   上記一対の透明部材の間に配置されるパッキンとを有していることを特徴とする請求項３に記載の映像表示ユニット。
5. 観察者の頭部に装着して上記支持手段を支持する頭部装着部材をさらに有していることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の映像表示ユニット。
6. 上記頭部装着部材は、上記支持手段の左右端に連結されるベルトであることを特徴とする請求項５に記載の映像表示ユニット。
7. 上記ベルトは、弾性を有していることを特徴とする請求項６に記載の映像表示ユニット。
8. 上記ベルトは、断面瞳形であることを特徴とする請求項７に記載の映像表示ユニット。
9. 上記映像表示装置に少なくとも駆動電力および映像信号を供給するためのケーブルをさらに有しており、
   上記ケーブルは、上記ベルトのうち、少なくとも観察者の頭部と面体とで挟まれた部分において、その内部を貫通して設けられていることを特徴とする請求項８に記載の映像表示ユニット。
10. 上記支持手段は、面体に対して取り付けおよび取り外しが可能な面体取付部を有していることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の映像表示ユニット。
11. 外部から送信される映像信号を受信する受信部と、
    上記映像表示装置を駆動するための駆動電力を供給する電源部とを有していることを特徴とする請求項１０に記載の映像表示ユニット。
12. 上記受信部および上記電源部は、密閉された筐体内にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の映像表示ユニット。
13. 上記映像表示装置は、
    光源と、
    光源からの光を変調して映像を表示する表示素子と、
    表示素子に表示された映像の光を光学瞳に導く接眼光学系とを有しており、
    上記接眼光学系は、体積位相型で反射型のホログラム光学素子を含み、
    上記ホログラム光学素子は、表示素子からの映像光を回折反射させて光学瞳に導くことを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の映像表示ユニット。
14. 上記ホログラム光学素子は、表示素子からの映像光と外光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナであることを特徴とする請求項１３に記載の映像表示ユニット。
15. 上記ホログラム光学素子は、軸非対称な正の光学パワーを有していることを特徴とする請求項１３または１４に記載の映像表示ユニット。
16. 上記接眼光学系は、表示素子からの映像光を内部で全反射させて観察者の瞳に導く一方、外光を透過させて観察者の瞳に導く第１の透明基板を有していることを特徴とする請求項１３から１５のいずれかに記載の映像表示ユニット。
17. 上記接眼光学系は、第１の透明基板での外光の屈折をキャンセルするための第２の透明基板を有していることを特徴とする請求項１６に記載の映像表示ユニット。
18. 第１の透明基板および第２の透明基板は、上記ホログラム光学素子を挟んで接合されていることを特徴とする請求項１７に記載の映像表示ユニット。
19. 請求項１から１８のいずれかに記載の映像表示ユニットと、
    上記映像表示ユニットの映像表示装置および支持手段を内部に収容した状態で観察者の顔面に装着される面体とを有していることを特徴とする面体ユニット。
20. 上記面体は、防塵・防水マスクであることを特徴とする請求項１９に記載の面体ユニット。

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