JP5173869B2 - Head-mounted image display device - Google Patents
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Description
本発明は、頭部装着型画像表示装置、特に大画面の画像を表示可能にした新規な頭部装着型画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to a head-mounted image display device, and more particularly to a novel head-mounted image display device that can display a large-screen image.
従来の頭部装着型画像表示装置として、例えば、ヘッドセット型や眼鏡型のように、モバイルで使用可能なものが提案されている(例えば、特許文献1および2参照)。 As a conventional head-mounted image display device, for example, a device that can be used in a mobile manner such as a headset type or a spectacle type has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
図13は、従来提案されているヘッドセット型の頭部装着型画像表示装置の概略構成を示す図で、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は平面図である。この頭部装着型画像表示装置100は、左眼タイプのもので、観察者Mの左耳に保持されるヘッドセット型の頭部支持部101と、頭部支持部101に中継部102および保持部103を介して連結されて、観察者Mの左眼視野内に保持される棒状導光部104と、を有する。棒状導光部104は、保持部103側とは反対側の端部に結合された接眼光学部105を有する。また、頭部支持部101または中継部102、あるいは保持部103には、観察すべき画像を表示する液晶表示素子や有機EL素子等の表示素子(図示せず)が内蔵され、この表示素子に表示された画像の画像光が、棒状導光部104を経て接眼光学部105から出射されるようになっている。なお、本構成は左右逆に構成することで右眼タイプとしてもよい。
FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of a conventionally proposed headset-type head mounted image display device, where (a) is a front view, (b) is a side view, and (c) is a plan view. . This head-mounted
図13に示した頭部装着型画像表示装置100は、接眼光学部105から出射される画像光が観察者Mの左眼瞳孔に入射するように、頭部支持部101を観察者Mの左耳に保持し、その状態で接眼光学部105を覗くことにより、すなわち、左眼の視軸を接眼光学部105の出射光軸にほぼ一致させることにより、図示しない表示素子に表示された画像の拡大虚像を観察できるようになっている。
The head-mounted
図14は従来提案されている眼鏡型の頭部装着型画像表示装置の概略構成を示す斜視図である。この頭部装着型画像表示装置110は、眼鏡一体型の右眼タイプのもので、眼鏡フレーム111に支持部112および保持部113を介して、観察者の右眼視野内で、右眼の眼鏡レンズ114の前方に近接して保持される棒状導光部115を有する。棒状導光部115は、保持部113側とは反対側の端部に結合された接眼光学部116を有する。また、眼鏡フレーム111または支持部112、あるいは保持部113には、観察すべき画像を表示する液晶表示素子や有機EL素子等の表示素子(図示せず)が内蔵され、この表示素子に表示された画像の画像光が、棒状導光部115を経て接眼光学部116から出射されるようになっている。
FIG. 14 is a perspective view showing a schematic configuration of a conventionally proposed glasses-type head-mounted image display device. This head-mounted
図14に示した頭部装着型画像表示装置110は、観察者が眼鏡フレーム111を掛けることにより、接眼光学部116から出射される画像光が眼鏡レンズ114を通して右眼瞳孔に入射するようになっている。したがって、観察者は、眼鏡フレーム111を掛けて接眼光学部116を覗くことにより、すなわち、右眼の視軸を接眼光学部116の出射光軸にほぼ一致させることにより、図示しない表示素子に表示された画像の拡大虚像を観察することができる。
In the head-mounted
なお、眼鏡型の頭部装着型画像表示装置として、通常の眼鏡フレームに着脱可能で、図14と同様の態様で使用されるものも提案されている。 An eyeglass-type head-mounted image display device that can be attached to and detached from a normal eyeglass frame and is used in the same manner as in FIG. 14 has been proposed.
図15は、従来例の頭部装着型画像表示装置の光路概略図である。図15(a)は、表示素子117の上部、中央部、下部のそれぞれから、異なる角度で出射した画像光の光路を示している。この表示素子117からの画像光は、接眼光学部を構成する接眼レンズ118を通ることによって、あたかも遠方の表示画像からの光のように、観察者の眼球119の網膜上に像120を結像する。これにより、観察者は、設定された距離(例えば2m先など)に表示画像が表示されているかのように認識することができる。
FIG. 15 is a schematic diagram of an optical path of a conventional head-mounted image display device. FIG. 15A shows optical paths of image light emitted from the upper, central, and lower portions of the
なお、本願では以下において、光路図を見易く表示するために、図15(b)で示すように主光線のみを図示する。 In the present application, in order to display the optical path diagram in an easy-to-understand manner, only the chief rays are illustrated as shown in FIG.
ところで、例えば、インフォメーションディスプレイにおいては、多くの情報を一画面に同時に視たいというニーズがある。また、図形情報などを表示するために、より大きな表示画面が必要とされる場合もある。しかしながら、上述した従来の頭部装着型画像表示装置においては、画像光を出射する接眼光学部が一つしかなく、該一つの接眼光学部による一つの表示画面に情報を表示するようにしている。しかも、頭部装着型画像表示装置は、モバイルで使用可能であることから、その表示画面が比較的小さく、したがって表示される情報量も比較的少ない。このため、従来の頭部装着型画像表示装置は、インフォメーションディスプレイにおけるように、多くの情報を大画面で表示して同時に視たいというニーズには十分対応できない場合がある。 By the way, for example, in an information display, there is a need to view a lot of information on one screen at the same time. In addition, a larger display screen may be required to display graphic information and the like. However, in the conventional head-mounted image display device described above, there is only one eyepiece optical unit that emits image light, and information is displayed on one display screen by the one eyepiece optical unit. . Moreover, since the head-mounted image display device can be used on a mobile device, its display screen is relatively small, and therefore the amount of information displayed is relatively small. For this reason, the conventional head-mounted image display device may not sufficiently meet the need to display a large amount of information on a large screen and view it simultaneously, as in an information display.
特に、特許文献2に開示のように、観察者の視野内に位置する接眼光学部および棒状導光部の視軸方向における投影断面の幅を4mm以下として、接眼光学部および棒状導光部をシースルー可能とする場合は、より表示画面が小さくなり、一つの接眼光学部で多くの情報や図形情報を表示することが困難になる。 In particular, as disclosed in Patent Document 2, the width of the projection cross section in the visual axis direction of the eyepiece optical unit and the rod-shaped light guide unit positioned in the visual field of the observer is set to 4 mm or less, and the eyepiece optical unit and the rod-shaped light guide unit are arranged. When see-through is possible, the display screen becomes smaller, and it becomes difficult to display a lot of information and graphic information with one eyepiece optical unit.
この問題を解決するためには、複数の表示素子および接眼光学部を設けて、情報をマルチ画面で表示することが考えられる。しかしながら、単に、複数の接眼光学部を設けてマルチ画面で情報を表示するようにすると、観察者が観察する複数の表示画像間に好ましくない重複や隙間が発生し、表示画面が見づらくなることが懸念される。さらに、この方法では、マルチ画面を使用することで表示する情報量を増やすことはできても、例えば地図情報等の画像を、観察者の視野内で広い画角を有する単一の大画面画像として表示することは困難である。 In order to solve this problem, it is conceivable to provide a plurality of display elements and an eyepiece optical unit to display information on a multi-screen. However, if a plurality of eyepiece optical units are simply provided to display information on a multi-screen, undesirable overlap and gaps may occur between the plurality of display images observed by the observer, making it difficult to see the display screen. Concerned. Furthermore, in this method, although the amount of information to be displayed can be increased by using a multi-screen, for example, an image such as map information is displayed as a single large-screen image having a wide angle of view within the observer's field of view. Is difficult to display.
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、モバイル性を低下させることなく、大画面の画像を表示することができる頭部装着型画像表示装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention made in view of such a point is to provide a head-mounted image display device capable of displaying a large-screen image without deteriorating mobility.
上記目的を達成する請求項1に記載の頭部装着型画像表示装置の発明は、
表示すべき画像光を複数の部分画像光に分割する画像光分割部と、
それぞれ表示すべき画像光を対応する眼球に向けて出射する複数の接眼光学部と、
前記画像光分割部および前記複数の接眼光学部を保持し、観察者の頭部に着脱自在に装着可能な頭部装着部とを有し、
前記頭部装着部は、前記観察者の頭部に装着された状態で、前記複数の接眼光学部からの画像光による画像が、前記観察者の左右いずれかの眼球における視野内で隣接して大画面として表示されるように、前記画像光分割部および前記複数の接眼光学部を保持し、
前記複数の接眼光学部の各々は、離間して並列に配置され、前記観察者の視軸方向への投影断面の幅を、瞳孔径以下とし、かつ、前記複数の接眼光学部の各々は接眼レンズを備え、該接眼レンズの曲面は、同一のレンズ曲面の一部と一致することを特徴とするものである。
The invention of the head mounted image display device according to claim 1, which achieves the above object,
An image light dividing unit for dividing image light to be displayed into a plurality of partial image lights;
A plurality of eyepiece optical units that emit image light to be displayed toward the corresponding eyeballs;
A head mounting unit that holds the image light splitting unit and the plurality of eyepiece optical units, and is detachably mounted on the head of an observer;
In the state where the head mounting unit is mounted on the observer's head, the images by the image light from the plurality of eyepiece optical units are adjacent to each other in the visual field of the left or right eyeball of the observer. Holding the image light splitting unit and the plurality of eyepiece optical units to be displayed as a large screen;
Each of the plurality of eyepiece optical units is spaced apart and arranged in parallel, and the width of the projection cross section in the visual axis direction of the observer is equal to or less than the pupil diameter, and each of the plurality of eyepiece optical units is an eyepiece. The lens has a lens, and the curved surface of the eyepiece lens coincides with a part of the same lens curved surface .
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の頭部装着型画像表示装置において、前記複数の接眼光学部の各々は、前記観察者の視軸方向への投影断面の各々の間隔を、瞳孔径以下として配置されていることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the head-mounted image display device according to the first aspect, each of the plurality of eyepiece optical units has an interval between projection cross sections in the visual axis direction of the observer. It is characterized by being arranged below the pupil diameter .
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の頭部装着型画像表示装置において、前記接眼光学部は、前記観察者の視軸方向への投影断面において瞳孔径以下の幅を持つ棒状導光部により保持されることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the head-mounted image display device according to the first or second aspect , the eyepiece optical unit has a width equal to or smaller than a pupil diameter in a projection cross section in the visual axis direction of the observer. and it is characterized in Rukoto held by rod-shaped light transmission section having.
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の頭部装着型画像表示装置において、前記画像光分割部は、一端部が分割された棒状導光部からなり、前記分割された端部に前記接眼光学部を結合させたことを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the head-mounted image display device according to any one of the first to third aspects, the image light splitting unit includes a rod-shaped light guide unit in which one end is split. The eyepiece optical unit is coupled to the divided end portions .
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の頭部装着型画像表示装置において、前記複数の接眼光学部は、互いに等しい焦点距離を有し、前記棒状導光部の分割された部分の長さは、前記焦点距離の半分以下であることを特徴とするものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the head-mounted image display device according to the fourth aspect , the plurality of eyepiece optical units have equal focal lengths and are divided portions of the rod-shaped light guide unit. The length of is less than half of the focal length .
請求項6に記載の発明は、請求項3に記載の頭部装着型画像表示装置において、前記瞳孔径は、通常環境での平均的な瞳孔径サイズである略4mmであることを特徴とするものである。 The invention according to claim 6 is the head-mounted image display device according to claim 3, wherein the pupil diameter is approximately 4 mm, which is an average pupil diameter size in a normal environment. Is.
本発明は、頭部装着部が観察者の頭部に装着された状態で、複数の接眼光学部からの画像光による画像が、観察者の視野内で隣接して大画面として表示されるように、複数の接眼光学部を保持する。これにより、モバイル性を低下させることなく、複数の接眼光学部による表示画面を結合して、大画面の画像として観察者の視野内に表示することができる。 According to the present invention, images with image light from a plurality of eyepiece optical units are displayed as a large screen adjacent to each other in the field of view of the observer in a state where the head mounted part is mounted on the head of the observer. In addition, a plurality of eyepiece optical units are held. Thereby, it is possible to combine the display screens of the plurality of eyepiece optical units and display them as a large screen image in the observer's field of view without deteriorating the mobility.
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施の形態)
図1は、本発明の第1実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の概略構成を示す斜視図である。この頭部装着型画像表示装置10は、眼鏡一体型の右眼タイプのものである。眼鏡フレーム11のリム12は右側のヒンジ13付近に画像射出部14を保持している。画像射出部14は、上側棒状導光部21uと下側棒状導光部21dとを、上下に所定の間隔を空けて並列に保持する。これら上側棒状導光部21uと下側棒状導光部21dとは、頭部装着部である眼鏡フレーム11を装着した状態で、観察者の右眼視野内に延在するように構成される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a head-mounted image display device according to a first embodiment of the present invention. The head-mounted
上側棒状導光部21uは、図2に概略斜視図を示すように、例えば断面矩形に形成し、その一端部の入射端面を、画像射出部14内に保持された液晶表示素子や有機EL表示素子等からなる上側表示素子23uに対向させて保持される。そして、上側表示素子23uに表示された画像の画像光を、入射端面から他端部に導光し、該他端部において観察者の眼球側に反射させて側面から出射させる。この上側棒状導光部21uの画像光の出射部には、当該画像光による画像を表示する虚像位置に応じた曲率の接眼レンズからなる上側接眼光学部25uを保持する。
As shown in the schematic perspective view of FIG. 2, the upper
同様に、下側棒状導光部21dは、図2に概略斜視図を示すように、例えば断面矩形に形成し、その一端部の入射端面を、画像射出部14内に保持された液晶表示素子や有機EL表示素子等からなる下側表示素子23dに対向させて、上側棒状導光部の下側に保持される。そして、表示素子23dに表示された画像の画像光を、入射端面から他端部に導光し、該他端部において観察者の眼球側へ反射させて側面から出射させる。この下側棒状導光部21dの画像光の出射部には、当該画像光による画像を表示する虚像位置に応じた曲率の接眼レンズからなる下側接眼光学部25dを保持する。
Similarly, as shown in the schematic perspective view of FIG. 2, the lower bar-shaped
なお、本実施の形態では、上側接眼光学部25uおよび下側接眼光学部25dによるそれぞれの虚像の表示位置をほぼ等しくする。したがって、上側接眼光学部25uおよび下側接眼光学部25dをそれぞれ構成する接眼レンズの曲率は、ほぼ等しくなる。また、本実施の形態では、接眼光学部25uおよび25dのそれぞれから射出する画像光の出射方向は平行ではなく、上下方向に眼球の中心に向けた傾きを有する。このため、上側棒状導光部21uと下側棒状導光部21dとを相互に傾けて配置する。
In the present embodiment, the display positions of the virtual images by the upper eyepiece
図3は、図1の頭部装着型画像表示装置10の光学系の概略を示す図である。上側表示素子23uと上側接眼光学部25uは、上側接眼光学系31uを構成し、この光学系31uにおいて、上側表示素子23uを出射した画像光は、上側接眼光学部25uを経て眼球32内の網膜上に上側画像33uを結像する。また、下側表示素子23dと下側接眼光学部25dとは、下側接眼光学系31dを構成し、この光学系31dにおいて、表示素子23dを出射した画像光は、下側接眼光学部25dを経て眼球32内の網膜上に下側画像33dを結像する。
FIG. 3 is a diagram showing an outline of the optical system of the head-mounted
図3において、上側画像33uと下側画像33dとが、隙間なく隣接して表示される場合、その境界を図3上で隣接点34とする。この隣接点34は、図3に示すように、上側接眼光学部25uの下端から出射する光線35uと、下側接眼光学部25dの上端から出射する光線35dとが、瞳孔を通り網膜上に結像する点である。このような隣接点が存在するためには、光線35uおよび光線35dは、上側表示素子23uの虚像の最下点であり、かつ、下側表示素子23dの虚像の最上点でもある1点から射出される光線のように眼球に入射しなければならない。ここで、通常環境におけるヒトの眼球の瞳孔径が約4mmと小さく、虚像位置は数十cmから無限遠に設定されることから、光線35uと35dとは数十cm以上先で交わる光線または略平行光な光線となり、2つの光線の間隔は4mm以下である必要がある。
In FIG. 3, when the
図4は、図1における上側接眼光学部41u、下側接眼光学部41dおよび眼球32の位置および大きさの関係を説明する図である。この上側接眼光学部41uは、上述の上側接眼光学部25uや上側接眼光学系31uを含むものであり、下側接眼光学部41dも、同様に、下側接眼光学部25dや下側接眼光学系31dを含むものである。引用文献2に記載のように、それぞれの接眼光学部41u,41dの観察者の視軸方向への投影断面(視界を妨げる部分を含む)の幅42uおよび42dを、瞳孔径以下、すなわち通常環境で4mm以下とすることで、シースルー画像を観察とすることができる。さらに、図3で説明したように、2つの表示画面を隣接して表示するために、上側表示素子23uの最下部から出射する光線35uと、下側表示素子23dの最上部から出射する光線35dとが、略平行光として眼球32に入射する必要があるため、2つの接眼光学部41uおよび41dの観察者の視軸方向への投射断面の間隔43は瞳孔径、すなわち4mm以下となるように配置する。
FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the positions and sizes of the upper eyepiece optical unit 41u, the lower eyepiece
このようにして、図5に示すように、観察者の右眼の視野内に、上側棒状導光部21uにより導光されて上側接眼光学部25uから出射される画像光による上側表示画面44uと、下側棒状導光部21dにより導光されて下側接眼光学部25dから出射される画像光による下側表示画面44dとを、上下に隣接させて表示する。それぞれの表示画面44uおよび44dは、隣接して配置した状態で、見かけ上、あたかも、一体の大画面として画像を表示するように、図示しない表示画像制御部により表示素子23u,23dの表示内容を制御する。
In this way, as shown in FIG. 5, the
これにより、本実施の形態によれば、観察者の視野内に上側表示素子23uおよび下側表示素子23dの表示画像が垂直方向に隣接表示されるように、上側表示素子23uおよび下側表示素子23dからの画像光を、それぞれ、上側接眼光学部25uおよび下側接眼光学部25dから観察者の眼球に向けて出射するようにしたので、同じ幅を有する単一の接眼光学部を備えた頭部装着型画像表示装置を用いた場合よりも、見かけ上の大画面の画像を表示することができる。その結果、多くのまとまった情報や図形情報をこの単一の大画面上で表示することができる。
Thus, according to the present embodiment, the
さらに、接眼光学部25uおよび25dの各々における観察者の視軸方向への投影断面の幅を、瞳孔径以下としたことによって、大画面でありながら、シースルーで表示することができる。また、接眼光学部25uおよび25dの各々について観察者の視軸方向への投影断面の間隔を、瞳孔径以下としたことによって、視野内に隣接表示される複数画面を隙間なく配置することができる。
Furthermore, by setting the width of the projected cross section in the direction of the visual axis of the observer in each of the eyepiece
(第2実施の形態)
図6は、本発明における第2実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の光学系の概略を示す図である。本実施の形態は、第1実施の形態において、離間して配置されていた上側接眼光学部25uおよび下側接眼光学部25dに代えて、隣接配置させた上側接眼光学部51uおよび下側接眼光学部51dを用いて構成している。図6において上側および下側表示素子52uおよび52dは、便宜上接眼光学部51uおよび51dの背面に図示しているが、いずれも第1実施の形態の場合と同様に、フレームのリムにより保持される画像射出部により保持される。また、表示素子52uおよび52dからの画像光は、それぞれ、隙間無く配置された上側棒状導光部(図示せず)および下側棒状導光部(図視せず)により、上側接眼光学部51uおよび下側接眼光学部51dへ導光される。その他の構成は、第1実施の形態と同様である。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a diagram showing an outline of the optical system of the head-mounted image display device according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, in place of the upper eyepiece
本実施の形態では、第1実施の形態と同様に、2つの接眼光学部51uおよび51dを垂直方向に隣接して配置し、表示素子52uおよび52dからの画像光をそれぞれ観察者の眼球に出射させるようにしたので、観察者の視野内に2つの表示素子52uおよび52dの表示画像を垂直方向に隣接して大画面として表示させることができる。ただし、この場合は、上側接眼光学部51uと下側接眼光学部51dとの間に隙間が無く、それら接眼光学部51uおよび51dの観察者の視軸方向への投影断面の幅が瞳孔径よりも大きければ、表示画像をシースルー画像として観察することはできない。
In the present embodiment, similarly to the first embodiment, the two eyepiece
(第3実施の形態)
図7は、本発明の第3実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の概略構成を示す斜視図である。この頭部装着型画像表示装置60は、第1実施の形態において、画像射出部14で保持されていた上側棒状導光部21uおよび下側棒状導光部21dに代えて、画像射出部14には、先端部が2つに分割された画像光分割部61が保持されており、この分割部分が、頭部装着部である眼鏡フレーム11を装着した状態で、観察者の右眼視野内に延在するように構成される。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a perspective view showing a schematic configuration of a head-mounted image display device according to the third embodiment of the present invention. The head-mounted
画像光分割部61は、図8(a)に概略斜視図を示すように、例えば、直方体の先端部を、直方体の縦断面において横V字の切り込みが形成されるように、上側棒状導光部62uおよび下側棒状導光部62dに分割した形状とする。その分割されていない側の端部の入射面は、画像射出部14内に保持された液晶表示素子や有機EL表示素子等からなる一つの表示素子63に対向させて保持される。そして、表示素子63に表示された画像の上半分を含む部分から出射した部分画像光を、入射端面から上側棒状導光部62uに導光し、その端部において、観察者の眼球側に反射させて、側面に保持された上側接眼光学部64uから出射させる。また、表示素子63に表示された画像の下半分を含む部分から出射した部分画像光を、入射端面から下側棒状導光部62dに導光し、その端部において、観察者の眼球側に反射させて、側面に保持された下側接眼光学部64dから出射させる。
As shown in the schematic perspective view of FIG. 8A, the image
上側接眼光学部64uおよび下側接眼光学部64dは、当該画像光による画像を表示する虚像位置に応じた曲率の接眼レンズからなる。本実施の形態では、図8(b)にレンズ断面図を示すように、上側接眼光学部64uおよび下側接眼光学部64dをそれぞれ構成する接眼レンズの曲面は同一曲面上の一部分を切り取った形状であり、上側の部分画像光と下側の部分画像光とによる画像の表示位置までの距離をほぼ等しくする。なお、図8において、接眼光学部64uおよび64dの接眼レンズは、図9に示すように、それぞれから出射する画像光が眼球の中心に向かって傾けられるように、光軸から外れた部分のレンズ面を使用して画像光を屈折させる。例えば、接眼光学部64uおよび64dの接眼レンズをそれぞれ、光軸が眼球の中心および瞳孔の中心を結ぶ直線と一致する凸レンズの一部分として構成する。
The upper eyepiece
図9は、本実施の形態の光学系の概略を示す図である。表示素子63から接眼光学部64uおよび64dの接眼レンズの出射窓までの距離は、接眼レンズの焦点距離に略等しくなるようにする。これによって、表示素子63の各表示位置を出射した画像光は、画像光分割部61に入射し、上側または下側の棒状導光部62u、62dおよび接眼光学部64u、64dを経て、略平行光となり眼球32に入射し、網膜上に表示画像65を結像する。本実施の形態では、上側および下側の接眼光学部64uおよび64dの観察者の視軸方向への投影断面の幅を、通常環境における瞳孔径すなわち4mm以下とする。これによって、表示画像のシースルーによる表示が可能になる。さらに、それら接眼光学部64u、64d間の幅もまた瞳孔径以下とする。これによって、本実施の形態においても、第1実施の形態において図4を用いて説明したのと同様に、上側接眼光学部64uおよび下側接眼光学部64dからの部分画像光が、観察者の視野内で隣接して一体として表示される。この場合、横V字型の切り込みの深さによっては、上側接眼光学部64uからの部分画像光と下側接眼光学部64dからの部分画像光が一部重畳して表示される。これによって、表示素子63に表示される画像は、同じ幅を有する単一の接眼光学部を用いた場合に比べ、大画面の一つの画像として表示される。
FIG. 9 is a diagram showing an outline of the optical system of the present embodiment. The distance from the
図10は、本実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置を使用した場合の画像を観察できる範囲、すなわちアイポイントの広さを示す説明図であり、図10(a)は本実施の形態の光学系について示し、図10(b)は、比較例として、本実施の形態と同じ大きさ、形状を有する表示素子63、観察者の視軸方向への投影断面の幅が瞳孔径以下の単一の接眼光学部64、および、単一の棒状導光部62を用いた場合の光学系について示す図である。図10(a),(b)は、表示素子の上端および下端を出射した画像光の、観察者の瞳孔近傍での到達位置を示している。図10(a)において、分割された上側および下側棒状導光部62uおよび62dの長さが、接眼光学部64u,64dの接眼レンズの焦点距離の半分以下の場合は、表示素子63の下端部から上側接眼光学部64uへの画像光、および、表示素子63の上端部から下側接眼光学部64dへの画像光の光路を確保するように画像分割部61を構成することができる。したがって、図10(a)に示す本実施の形態では、上側接眼光学部64uおよび下側接眼光学部64dをそれぞれ経由した画像光が合わさり、図10(b)で示した接眼光学部64が一つの場合よりも、広いアイポイント66を形成することができる。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a range in which an image can be observed when the head-mounted image display device according to the present embodiment is used, that is, the size of the eye point. FIG. FIG. 10B shows, as a comparative example, a
以上説明したように、本実施の形態によれば、画像光分割部により一つの表示素子63からの画像光を部分画像光に分割し、分割された画像光が視野内で一体の画像として表示されるように、それぞれの部分画像光を接眼光学部62uおよび62dから観察者の眼球に向けて出射するようにしたので、観察者に対して、幅が本実施の形態と同じで、単一の接眼光学部を備えた頭部装着型画像表示装置を用いた場合よりも、大画面の画像を表示することができ、多くのまとまった情報や図形情報を見かけ上の単一の画面で、見易く表示することができる。また、アイポイントが広くなることにより、頭部装着型画像表示装置の位置ずれにより、眼球と接眼光学部との位置関係が上下方向に多少変動しても、画像を安定して観察し続けることが可能である。
As described above, according to the present embodiment, the image light dividing unit divides image light from one
さらに、接眼光学部62u、62dの各々における観察者の視軸方向への投影断面の幅を、瞳孔径以下としたことによって、大画面でありながら、シースルーで表示することができる。また、接眼光学部62u、62dの各々について観察者の視軸方向への投影断面の間隔を、瞳孔径以下としたことによって、視野内に複数画像を隙間なく配置することができる。
Furthermore, by setting the width of the projection cross section in the direction of the visual axis of the observer in each of the eyepiece
(第4実施の形態)
図11は、本発明の第4実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の概略構成を示す斜視図である。この頭部装着型画像表示装置70は、第1実施の形態において、画像射出部14に代えて、右眼用レンズの右端とフレーム11のヒンジ13との間に保持された右側画像射出部71r、および、右眼用レンズの左端とフレームのリム12との間に保持された左側画像射出部71lが設けられている。右側画像射出部71rには、右側棒状導光部73rの右端が結合され、保持されている。また、左側画像射出部71lには、左側棒状導光部73lの左端が結合され、保持されている。これら右側棒状導光部73rおよび左側棒状導光部73lは、頭部装着部である眼鏡フレーム11を装着した状態で、観察者の右眼視野内に延在するように構成される。
(Fourth embodiment)
FIG. 11 is a perspective view showing a schematic configuration of a head-mounted image display apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In the head-mounted
右側画像射出部71rおよび左側画像射出部71lは、それぞれ、内部に図示しない表示素子を保持し、右側棒状導光部73rおよび左側棒状導光部73lは、図2で説明した棒状導光部25uまたは25dと同様に、表示素子からの画像光を接眼光学部(図視せず)から射出するように構成されている。ただし、本実施の形態では、右側棒状導光部73rおよび左側棒状導光部73lは、視野の略中央部に水平に位置させても良く、この場合、第1実施の形態の棒状導光部25uおよび25dのように、画像光の出射方向を上下に傾けるように棒状導光部73rおよび73lを傾けて配置する必要はない。なお、厳密には左側棒状導光部73lは、図2における棒状導光部25uまたは25dとは、左右を反転した形状となっている。
The right
本実施の形態では、棒状導光部73r、73lの幅および接眼光学部の各々における観察者の視軸方向への投影断面の幅(図11における垂直方向の幅)を、瞳孔径以下とする。また、右側および左側の棒状導光部73r、73lに保持されたそれぞれの接眼光学部は、観察者の視軸方向への投影断面の間隔、すなわち、右側棒状導光部73rの左端と左側棒状導光部73lの右端との間隔を瞳孔径以下にして保持される。 In the present embodiment, the widths of the rod-shaped light guides 73r and 73l and the width of the projection cross section in the observer's visual axis direction in each of the eyepiece optical units (the width in the vertical direction in FIG. 11) are made equal to or smaller than the pupil diameter. . Further, the eyepiece optical units held by the right and left rod-shaped light guides 73r and 73l are spaced from each other in the projection cross section in the visual axis direction of the observer, that is, the left end and the left rod of the right rod-shaped light guide 73r. The distance from the right end of the light guide portion 73l is kept below the pupil diameter.
接眼光学部は、観察者の視軸方向への投影断面の水平方向の間隔を、瞳孔径以下としたことによって、図4において接眼光学部41uおよび41dが垂直に配列された場合について説明したのと同様の原理により、2つの表示画面を観察者の視野内で水平方向に接続して表示することができる。すなわち、図12に示すように、観察者の右眼の視野内の略中央部に、右側棒状導光部73rにより導光された右側表示画像74rと、左側棒状導光部73lにより導光された左側表示画像74lとが、左右に隣接して表示され、見かけ上の一つの大画面の画像を構成する。
The eyepiece optical unit has described the case where the eyepiece
本実施の形態によれば、2つの接眼光学部を水平方向に所定の間隔で離間させて設けたことにより、水平方向に見かけ上の一つの大画面の画像を観察者の視野内に表示することができる。さらに、棒状導光部73r、73lおよび接眼光学部の観察者の視軸方向への投影断面の幅を瞳孔径以下としたので、シースルーによる表示が可能になる。 According to the present embodiment, the two eyepiece optical units are provided in the horizontal direction so as to be spaced apart from each other by a predetermined interval, thereby displaying an apparent large screen image in the horizontal direction in the field of view of the observer. be able to. Furthermore, since the width of the projected cross section in the visual axis direction of the observer of the rod-shaped light guides 73r and 73l and the eyepiece optical unit is set to be equal to or smaller than the pupil diameter, display by see-through is possible.
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、画像射出部、棒状導光部および接眼光学部等を、左側あるいは両眼の双方に設けて頭部装着型画像表示装置を構成してもよい。 In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, Many deformation | transformation or a change is possible. For example, the head-mounted image display device may be configured by providing an image emitting unit, a rod-shaped light guide unit, an eyepiece optical unit, and the like on the left side or both eyes.
また、上記各実施の形態において、棒状導光部は水平方向を向いているが、これに限られない。例えば、眼鏡フレームの上部に画像射出部を設け、棒状導光部はそこから垂直下方向に視野内に延在させて保持しても良い。あるいは、棒状導光部を、斜め方向に延在するように眼鏡フレームに保持しても良い。また、各棒状導光部を省略し、各接眼光学部に対向して表示素子を頭部装着部に保持して、虚像を観察可能に構成することもできる。 Moreover, in each said embodiment, although the rod-shaped light guide part has faced the horizontal direction, it is not restricted to this. For example, an image emitting unit may be provided on the upper part of the spectacle frame, and the rod-shaped light guide unit may be extended and held in the field of view vertically downward therefrom. Or you may hold | maintain a rod-shaped light guide part to a spectacles frame so that it may extend in the diagonal direction. In addition, each rod-shaped light guide unit may be omitted, and the display element may be held on the head mounting unit so as to face each eyepiece optical unit, so that a virtual image can be observed.
さらに、接眼光学部は、3つ以上設けても良い。各接眼光学部の幅および接眼光学部間の間隔を、観察者の瞳孔径以下とすることによって、3つ以上の画像光により観察者の視野内により大画面の画像を表示させることが可能である。 Further, three or more eyepiece optical units may be provided. By setting the width of each eyepiece optical part and the interval between the eyepiece optical parts to be equal to or smaller than the pupil diameter of the observer, it is possible to display a large screen image in the observer's field of view with three or more image lights. is there.
また、本発明に係る頭部装着型画像表示装置は、眼鏡型に限られず、ヘッドセット型として構成することもできるし、眼鏡着脱型として構成することもできる。 Further, the head-mounted image display device according to the present invention is not limited to the glasses type, and can be configured as a headset type or as a glasses removable type.
10 頭部装着型画像表示装置
11 眼鏡フレーム
12 リム
13 ヒンジ
14 画像射出部
21u 上側棒状導光部
21d 下側棒状導光部
23u 上側表示素子
23d 下側表示素子
25u 上側接眼光学部
25d 下側接眼光学部
31u 上側接眼光学系
31d 下側接眼光学系
32 眼球
33u 上側画像
33d 下側画像
34 隣接点
35u 光線
35d 光線
41u 上側接眼光学部
41d 下側接眼光学部
42u 上側接眼光学部の観察者の視軸方向への投射断面の幅
42d 下側接眼光学部の観察者の視軸方向への投射断面の幅
43 接眼光学部の観察者の視軸方向への投射断面の間隔
44u 上側表示画面
44d 下側表示画面
51u 上側接眼光学部
51d 下側接眼光学部
52u 上側表示素子
52d 下側表示素子
53u 上側接眼光学系
53d 下側接眼光学系
60 頭部装着型画像表示装置
61 画像光分割部
62 棒状導光部
62u 上側棒状導光部
62d 下側棒状導光部
63 表示素子
64 接眼光学部
64u 上側接眼光学部
64d 下側接眼光学部
65 表示画像
66 アイポイント
70 頭部装着型画像表示装置
71r 右側画像射出部
71l 左側画像射出部
73r 右側棒状導光部
73l 左側棒状導光部
74r 右側表示画像
74l 左側表示画像
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Head-mounted image display apparatus 11 Eyeglass frame 12 Rim 13 Hinge 14 Image emission part 21u Upper rod-shaped light guide part 21d Lower rod-shaped light guide part 23u Upper display element 23d Lower display element 25u Upper eyepiece optical part 25d Lower eye contact Eye optical unit 31u Upper eyepiece optical system 31d Lower eyepiece optical system 32 Eyeball 33u Upper image 33d Lower image 34 Adjacent point 35u Light beam 35d Light beam 41u Upper eyepiece optical unit 41d Lower eyepiece optical unit 42u Upper eyepiece optical unit viewer's view Width of projection cross section in axial direction 42d Width of projection cross section in observer's visual axis direction of lower eyepiece optical unit 43 Distance of projection cross section in visual axis direction of observer of eyepiece optical unit 44u Upper display screen 44d Lower Side display screen 51u Upper eyepiece optical unit 51d Lower eyepiece optical unit 52u Upper display element 52d Lower display element 53u Upper eyepiece optical system 53d Lower eyepiece optical system 60 Head-mounted image display device 61 Image light dividing unit 62 Bar light guide unit 62u Upper bar light guide unit 62d Lower bar light guide unit 63 Display element 64 Eyepiece optical unit 64u Upper eyepiece optical unit 64d Lower eyepiece optical unit 65 Display image 66 Eye point 70 Head-mounted image display device 71r Right image emitting unit 71l Left image emitting unit 73r Right bar light guide unit 73l Left bar light guide unit 74r Right display image 74l Left display image
Claims (6)
それぞれ表示すべき画像光を対応する眼球に向けて出射する複数の接眼光学部と、
前記画像光分割部および前記複数の接眼光学部を保持し、観察者の頭部に着脱自在に装着可能な頭部装着部とを有し、
前記頭部装着部は、前記観察者の頭部に装着された状態で、前記複数の接眼光学部からの画像光による画像が、前記観察者の左右いずれかの眼球における視野内で隣接して大画面として表示されるように、前記画像光分割部および前記複数の接眼光学部を保持し、
前記複数の接眼光学部の各々は、離間して並列に配置され、前記観察者の視軸方向への投影断面の幅を、瞳孔径以下とし、かつ、前記複数の接眼光学部の各々は接眼レンズを備え、該接眼レンズの曲面は、同一のレンズ曲面の一部と一致することを特徴とする頭部装着型画像表示装置。 An image light dividing unit for dividing image light to be displayed into a plurality of partial image lights;
A plurality of eyepiece optical units that emit image light to be displayed toward the corresponding eyeballs;
A head mounting unit that holds the image light splitting unit and the plurality of eyepiece optical units, and is detachably mounted on the head of an observer;
In the state where the head mounting unit is mounted on the observer's head, the images by the image light from the plurality of eyepiece optical units are adjacent to each other in the visual field of the left or right eyeball of the observer. Holding the image light splitting unit and the plurality of eyepiece optical units to be displayed as a large screen;
Each of the plurality of eyepiece optical units is spaced apart and arranged in parallel, and the width of the projection cross section in the visual axis direction of the observer is equal to or less than the pupil diameter, and each of the plurality of eyepiece optical units is an eyepiece. A head-mounted image display device comprising a lens, wherein a curved surface of the eyepiece lens coincides with a part of the same lens curved surface .
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