JP5242477B2 - 眼鏡装着型画像表示装置 - Google Patents

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本発明は、眼鏡装着型画像表示装置に関するものである。
従来、眼鏡装着型画像表示装置として、例えば、表示素子を含む映像射出部と接眼光学部とを別体とし、映像射出部は眼鏡のテンプル側に保持し、接眼光学部はレンズ側に保持して、表示素子に表示される映像の映像光を、前記接眼光学部を経て観察者の対応する眼球に入射させるようにした、いわゆる分離型のものが知られている(例えば、特許文献1,2参照)。
特開2001−66544号公報 特開2005−352024号公報
上述したような分離型の眼鏡装着型画像表示装置において、表示素子による映像を観察者が適切な位置で観察するには、表示素子と接眼光学部とが適切な相対位置関係で保持されていることが重要である。
しかしながら、長期間の使用等によりアライメントが許容範囲から外れる場合が想定される。また、観察者の頭部寸法は、頭幅、瞳孔距離(眼幅)、耳から眼球までの距離等に個人差がある。このため、アライメントは許容範囲を満たしていても、観察者によっては、装着状態において、表示素子と接眼光学部とのアライメントが許容範囲から外れる場合が想定される。
このように、表示素子と接眼光学部とのアライメントが許容範囲から外れると、対応する眼球の視軸と接眼光学部の光軸とのずれが大きくなって、接眼光学部による視野範囲に表示素子による表示画面が適切に配置されず、表示素子の全画面を観察できない場合が生じたり、観察される映像のフォーカスがずれたりする等、観察される映像の品質が低下することが懸念される。
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、観察される映像の状態を容易に調整でき、常に良好な品質で映像を観察できる眼鏡装着型画像表示装置を提供することにある。
上記目的を達成する第1の観点に係る眼鏡装着型画像表示装置の発明は、
接眼光学部と、表示素子を含む映像射出部とを眼鏡に分離して保持し、前記表示素子に表示される映像を、前記接眼光学部を経て観察者の対応する眼球で観察するようにした眼鏡装着型画像表示装置において、
前記接眼光学部に対する前記表示素子の相対位置を調整する調整手段を備え
前記調整手段は、前記接眼光学部に対する前記映像射出部の相対位置を調整する映像射出部調整機構を有し、
前記映像射出部調整機構は、前記眼鏡のヒンジ部を基準に前記映像射出部を位置調整するように構成されている、ことを特徴とするものである。
の観点に係る発明は、第の観点に係る眼鏡装着型画像表示装置において、
前記調整手段は、前記映像射出部の筐体に対する前記表示素子の相対位置を調整する表示素子調整機構を有する、ことを特徴とするものである。
の観点に係る発明は、第1または2の観点に係る眼鏡装着型画像表示装置において、
前記映像射出部は、前記眼鏡に着脱自在に保持されるように構成されている、ことを特徴とするものである。
の観点に係る発明は、第1乃至のいずれか一の観点に係る眼鏡装着型画像表示装置において、
前記表示素子からの映像光を前記接眼光学部に導光する導光部を有し、
前記接眼光学部および前記導光部は、一体的に前記眼鏡に着脱自在に保持されるように構成されている、ことを特徴とするものである。
の観点に係る発明は、第の観点に係る眼鏡装着型画像表示装置において、
前記接眼光学部を含む前記導光部の少なくとも導光先端部分における前記観察者の視軸方向への投影断面の幅が、前記眼球の瞳孔の直径よりも小さい4mm以下である、ことを特徴とするものである。
の観点に係る発明は、第4または5の観点に係る眼鏡装着型画像表示装置において、
前記導光部は、前記観察者の視軸方向への投影断面の幅が、前記表示素子から映像光が入射する入射端部側から、前記接眼光学部へ映像光を射出する射出端部側に向けて小さくなるテーパ形状を有することを特徴とするものである。
本発明によれば、接眼光学部に対する表示素子の相対位置を調整する調整手段を設けたので、観察される映像の状態を容易に調整でき、常に良好な品質で映像を観察することが可能となる。
本発明の第1実施の形態に係る眼鏡装着型画像表示装置の要部の構成を示す概略斜視図である。 図1に示した観察光学部の構成を示す図である。 図1に示した観察光学部の観察者の視軸方向への投影断面の幅と瞳孔径との関係を示す図である。 図1に示した眼鏡装着型画像表示装置による表示画面のX方向の調整法を説明するための模式図である。 図1に示した眼鏡装着型画像表示装置による表示画面のY方向の調整法を説明するための模式図である。 本発明の第2実施の形態に係る眼鏡装着型画像表示装置の要部の構成を示す概略斜視図である。 図6に示した映像射出部の要部斜視図である。 図6に示した映像射出部を上面および側面からみたそれぞれの概略断面図である。 本発明に係る眼鏡装着型画像表示装置の変形例を説明するための模式図である。
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。
(第1実施の形態)
図1は、本発明の第1実施の形態に係る眼鏡装着型画像表示装置の要部の構成を示す概略斜視図である。この眼鏡装着型画像表示装置20は、眼鏡10に着脱自在に装着可能な右眼タイプのもので、映像射出部21と、該映像射出部21から分離された観察光学部22とを有する。映像射出部21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23が搭載されている。この映像射出部21は、取り付け部材24を介して眼鏡10の右側のテンプル11側に保持されて、表示素子23に表示された映像の映像光を観察光学部22に入射させるようになっている。
本実施の形態では、取り付け部材24にアーム部24aを設け、このアーム部24aに映像光の射出方向(Z方向)に延在する長孔24bを形成する。そして、この長孔24bに、眼鏡10の右側の鎧(智)12とテンプル11とを回動可能に連結するヒンジ部(蝶番)13のビス14を通して、ビス14にナット15を螺合することにより、アーム部24aをヒンジ部13のテンプル11側に支持する。これにより、映像射出部21を、Z方向における位置を調整可能に支持するとともに、Z方向の各位置において、ビス14の軸方向(Y方向)を中心とする両矢印Cで示す方向に回動可能として、映像光の射出方向を調整可能とする。
また、取り付け部材24は、映像射出部21の取り付け部24cを、映像射出部21の上面および内側面と対向する少なくとも2面を有する形状として、その内側面に、Y方向に延在する長孔24dを形成するとともに、上面には、Z方向およびY方向に直交する方向(X方向)に延在する長孔24eを形成する。そして、これら長孔24d,24eを通して、映像射出部21にそれぞれ調整用送りねじ25x,25yを係合させる。
これにより、調整用送りねじ25xを回すことにより映像射出部21をX方向に移動可能とし、調整用送りねじ25yを回すことにより映像射出部21をY方向に移動可能として、映像射出部21を取り付け部材24に対してX方向およびY方向に位置調整可能に保持する。なお、映像射出部21には、必要に応じて、調整用送りねじ25x,25yのそれぞれの回転により、映像射出部21をX方向およびY方向に平行に移動させる公知のガイド機構を設ける。
観察光学部22は、プラスチック等からなる筐体22aを有し、筐体22aに設けられたクリップ式のホルダ26により、観察者の右眼球の視野内に延在するように、右眼側のレンズ16に着脱自在に保持される。筐体22aには、観察者に面する側の一端部側に入射窓22bが形成され、他端部側に射出窓22cが形成されており、内部には、図2に示すように、プラスチックやガラス等のプリズムからなる導光部27と接眼光学部28とが収納されて、観察者が接眼光学部28に右眼球の視軸を向けられるようにレンズ16に保持される。なお、必要に応じて、筐体22aにアームの一端部を取り付け、このアームの他端部をヒンジ部13にビス14で固定するようにしてもよい。
観察光学部22は、映像射出部21の表示素子23から射出された映像光を、入射窓22bを通して導光部27の一端部側から入射し、該導光部27内で複数回反射させて他端部側から射出し、この導光部27から射出された映像光を、エアギャップを介して接眼光学部28に入射させることにより、射出窓22cを通して観察者の眼球(この場合、右眼球)30に向けて射出するようになっている。これにより、観察者は、視線を接眼光学部28が位置する射出窓22cに向けることで、映像射出部21の表示素子23に表示された映像の拡大虚像が観察可能となる。
なお、図2では、プリズムからなる導光部27において、映像光を入射側および射出側の斜面の他に、平行な光学面でも反射させるようにしているが、導光部27は、平行な光学面では映像光を反射させることなく導光するように構成することも可能である。この場合は、接眼光学部28を、エアギャップを介することなく導光部27に接合することが可能である。したがって、この場合は、筐体22aを要することなく、導光部27にクリップ式のホルダを保持し、このホルダを介してレンズ16に保持することも可能である。
また、本実施の形態では、観察光学部22がシースルーとなって外界が見えるようにするため、観察光学部22の観察者の視軸方向への投影断面の幅を、図3に示す上下方向において、ヒトの通常照明環境での瞳孔30aの直径よりも小さい4mm以下としている。さらに、十分な明るさの映像を観察可能とするため、導光部27を、観察者の視軸方向への投影断面の幅が、映像光の入射端部側から射出端部側に向けて小さくなるテーパ形状としている。このようにテーパ形状とすることで、接眼光学部28をより細くすることができ、シースルー効果を高めることができる。また、眼球30と接眼光学部28の光軸とがズレた場合でも、導光部27の入射端部が太いことで入射部開口によるケラレが発生しにくくできる利点がある。さらには、導光部27の入射部開口に合わせた、より広い範囲で映像射出部21または表示素子23の位置調整が可能となる。
上述したように、本実施の形態に係る眼鏡装着型画像表示装置20は、映像射出部21が、映像光の射出方向であるZ方向、ヒンジ部13のビス14の軸方向であるY方向(上下方向)、Z方向およびY方向に直交するX方向(左右方向)、並びに、Y方向と平行な軸を回動中心とC方向に、それぞれヒンジ部13を基準として位置調整可能にテンプル11側に保持されている。
したがって、例えば、接眼光学部28による視野範囲で観察される表示画面が前後に傾いている場合は、映像射出部21を、ヒンジ部13のビス14を中心に、すなわちヒンジ部13を基準にC方向に回動させて、導光部27の入射面に対する映像光の入射角度を調整することにより、傾きを補正することができる。また、観察される映像がデフォーカスの場合は、取り付け部材24のアーム部24aに形成された長孔24bに沿って映像射出部21を、ヒンジ部13を基準にZ方向に移動させることにより、観察される映像のフォーカスを調整することができる。
また、観察される表示画面が視野範囲でX方向にずれている場合は、取り付け部材24のアーム部24aがヒンジ部13に固定された状態で、調整用送りねじ25xを回して映像射出部21をヒンジ部13を基準にX方向に移動させることにより、表示画面をX方向の中央部に調整することができる。同様に、観察される表示画面が視野範囲でY方向にずれている場合は、アーム部24aがヒンジ部13に固定された状態で、調整用送りねじ25yを回して映像射出部21をヒンジ部13を基準にY方向に移動させることにより、表示画面をY方向の中央部に調整することができる。
図4(a)〜(c)は、図1に示した眼鏡装着型画像表示装置20による表示画面のX方向(水平方向)の調整法を説明するための模式図である。図4(a)〜(c)では、表示素子23に表示される映像の映像光を光線逆追跡法により示している。また、図4(a)〜(c)には、接眼光学部28による視野範囲28aでの表示素子23の表示画面23aも同時に示している。ただし、図4(a)〜(c)において、Y方向(上下方向)における眼球30の視軸と接眼光学部28の光軸とは一致しているものとする。なお、接眼光学部28による視野範囲28aは、瞳孔形状によって円形となっている。また、表示素子23は、接眼光学部28による視野範囲28aで観察可能な画面サイズの表示画面23aを有している。
図4(a)に示すように、X方向において、眼球30の視軸と接眼光学部28の光軸とが一致した適正状態の場合は、映像光にケラレが生じないので、接眼光学部28による視野範囲28aに、表示素子23の表示画面23aの全てが表示される。
これに対し、接眼光学部28の光軸が眼球30の視軸に対して、図4(b)に示すように外側にずれた場合は、接眼光学部28による視野範囲28aに表示される表示素子23の表示画面23aも外側にずれるため、表示画面23aの外側部分の映像光にケラレが生じて、その部分の画像が観察できなくなる。このような場合は、調整用送りねじ25xを回して映像射出部21をX方向内側に移動させることにより、図4(b)に破線で示すように、表示画面23aを視野範囲28aの中央部に調整することができる。
同様に、接眼光学部28の光軸が眼球30の視軸に対して、図4(c)に示すように内側にずれた場合は、接眼光学部28による視野範囲28aに表示される表示素子23の表示画面23aも内側にずれるため、表示画面23aの内側部分の映像光にケラレが生じて、その部分の画像が観察できなくなる。このような場合は、調整用送りねじ25xを回して映像射出部21をX方向外側に移動させることにより、図4(c)に破線で示すように、表示画面23aを視野範囲28aの中央部に調整することができる。
図5(a)〜(c)は、図1に示した眼鏡装着型画像表示装置20による表示画面のY方向(上下方向)の調整法を説明するための模式図で、図4(a)〜(c)と同様に、表示素子23に表示される映像の映像光を光線逆追跡法により示している。ただし、図5(a)〜(c)において、X方向(左右方向)における眼球30の視軸と接眼光学部28の光軸とは一致しているものとする。
図5(a)に示すように、Y方向において、眼球30の視軸と接眼光学部28の光軸とが一致した適正状態の場合は、映像光にケラレが生じないので、接眼光学部28による視野範囲28aに、表示素子23の表示画面23aの全てが表示される。
これに対し、接眼光学部28の光軸が眼球30の視軸に対して、図5(b)に示すように下側にずれた場合は、接眼光学部28による視野範囲28aに表示される表示素子23の表示画面23aも下側にずれるため、表示画面23aの下側部分の映像光にケラレが生じて、その部分の画像が観察できなくなる。このような場合は、調整用送りねじ25yを回して映像射出部21をY方向上側に移動させることにより、図5(b)に破線で示すように、表示画面23aを視野範囲28aの中央部に調整することができる。
同様に、接眼光学部28の光軸が眼球30の視軸に対して、図5(c)に示すように上側にずれた場合は、接眼光学部28による視野範囲28aに表示される表示素子23の表示画面23aも上側にずれるため、表示画面23aの上側部分の映像光にケラレが生じて、その部分の画像が観察できなくなる。このような場合は、調整用送りねじ25yを回して映像射出部21をY方向下側に移動させることにより、図5(c)に破線で示すように、表示画面23aを視野範囲28aの中央部に調整することができる。
したがって、本実施の形態においては、取り付け部材24、ビス14、ナット15、調整用送りねじ25x,25yを含んで、接眼光学部28に対する映像射出部21の相対位置を調整する映像射出部調整機構を構成し、この映像射出部調整機構により、接眼光学部28に対する表示素子23の相対位置を調整する調整手段を構成している。
ここで、X方向やY方向における表示素子23の移動量S、すなわち映像射出部21の移動量Sは、接眼光学部28の光軸と眼球30の視軸とのすれ角をθ、接眼光学部28の焦点距離をfとすると、S=f×tanθ、により概算される。したがって、例えば、f=30mm、θ=2°とすると、S≒1.05mmとなるので、映像射出部21をX方向やY方向に1mm程度シフトさせることにより、表示画面23aを視野範囲28aの適正位置に合わせることができる。
以上のように、本実施の形態に係る眼鏡装着型画像表示装置20は、映像射出部21を、映像光の射出方向であるZ方向、ヒンジ部13のビス14の軸方向であるY方向(上下方向)、Z方向およびY方向に直交するX方向(左右方向)、並びに、Y方向と平行な軸を回動中心とするC方向に、それぞれヒンジ部13を基準に位置調整可能にテンプル11側に保持している。したがって、映像射出部21と観察光学部22とのレイアウト状態や、観察者の眼幅や頭幅の差異等により、表示素子23の全画面を観察できなかったり、観察される映像がデフォーカスであったり、傾斜していたりした場合は、映像射出部21をヒンジ部13を基準に位置調整することにより、観察される映像の状態を容易かつ精度良く位置調整でき、常に良好な品質で映像を観察することができる。
しかも、ヒンジ部13は、殆どの眼鏡に設けられており、その場所も眼鏡レンズの外側後方で大きく異なることはない。また、ヒンジ部13は、もともとビスで固定される部分であるので、このヒンジ部13を利用することにより、映像射出部21を位置調整可能に簡単に取り付けることができ、これにより、ヒンジ部13を基準に容易かつ精度良く位置合わせすることが可能となる。なお、X方向の調整を行う取り付け部24cの長孔24dおよび調整用送りねじ25xは、映像射出部21の外側面側に設けてもよい。この場合は、調整操作がより容易になる利点がある。
(第2実施の形態)
図6は、本発明の第2実施の形態に係る眼鏡装着型画像表示装置の要部の構成を示す概略斜視図である。この眼鏡装着型画像表示装置40は、図1に示した構成において、映像射出部21を取り付け部材24の取り付け部24cに固定し、表示素子23を映像射出部21の筐体21aに対して、X方向およびY方向にそれぞれ位置調整可能に保持したものである。
このため、映像射出部21には、図7に要部斜視図を示すように、筐体21aの内側面に、Y方向に延在する長孔21bを形成するとともに、底面には、X方向に延在する長孔21cを形成する。また、図8(a)および(b)に、映像射出部21を上面および側面からみた概略断面図をそれぞれ示すように、表示素子23は、支持部材41を介して移動ステージ42に支持し、この移動ステージ42に、筐体21aに形成した長孔21b,21cを通して、調整用送りねじ43x,43yを係合させる。
これにより、調整用送りねじ43xを回すことにより表示素子23をX方向に移動可能とし、調整用送りねじ43yを回すことにより表示素子23をY方向に移動可能として、表示素子23を映像射出部21の筐体21aに対してX方向およびY方向に位置調整可能に保持する。なお、移動ステージ42には、必要に応じて、調整用送りねじ43x,43yのそれぞれの回転により、表示素子23をX方向およびY方向に平行に移動させる公知のガイド機構を設ける。その他の構成は、第1実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
したがって、本実施の形態においては、取り付け部材24、ビス14、ナット15を含んで、ヒンジ部13を基準に接眼光学部28に対する映像射出部21の相対位置を調整する映像射出部調整機構を構成し、支持部材41、移動ステージ42、調整用送りねじ43x,43yを含んで、映像射出部21の筐体21aに対する表示素子23の相対位置を調整する表示素子調整機構を構成し、これら映像射出部調整機構および表示素子調整機構により、接眼光学部28に対する表示素子23の相対位置を調整する調整手段を構成している。
本実施の形態に係る眼鏡装着型画像表示装置40によれば、調整用送りねじ43x,43yを回すことにより、図4および図5において説明したように、表示素子23の表示画面23aの全体が、接眼光学部28による視野範囲28aに位置するように、表示素子23のX方向およびY方向の位置を容易に調整することができる。したがって、第1実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。
特に、本実施の形態の場合は、映像射出部21の筐体21aに対して、表示素子23をX方向およびY方向に移動可能に構成するので、映像射出部21を移動可能に構成する第1実施の形態の場合と比較して、可動部が軽量となり、移動機構を簡単にできる利点がある。なお、本実施の形態においても、X方向の調整を行う長孔21bおよび調整用送りねじ43xは、映像射出部21の外側面側に設けて、調整操作をより容易に行い得るようにすることもできる。
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、映像射出部および接眼光学部は、眼鏡に対して着脱自在に構成する場合に限らず、例えば、特許文献1,2に開示されているように、眼鏡レンズ側にミラーやホログラムからなる接眼光学部を固定的に設け、テンプル側に表示素子を含む映像射出部を固定的に設けた分離型からなる眼鏡一体型の表示装置にも、本発明を有効に適用することができる。
また、本発明は、映像射出部と接眼光学部とが眼鏡に分離して保持される眼鏡装着型画像表示装置に広く適用できるものである。したがって、接眼光学部は、観察者が視軸を向けられるレンズ側に位置して保持される形態であればよく、また、映像射出部は、接眼光学部から分離して保持される形態であれば、眼鏡の任意の位置、例えば、接眼光学部が位置するレンズや、該レンズを固定するリム、あるいは鎧やテンプル等に保持されていてもよい。
さらに、第1実施の形態では、映像射出部調整機構を、X方向、Y方向、Z方向、およびC方向に調整可能に構成したが、いずれか一つの方向または任意の組み合わせからなる複数の方向に調整可能に構成することもできる。また、第2実施の形態において、表示素子調整機構は、X方向およびY方向の少なくとも一方とし、映像射出部調整機構については省略するか、あるいはZ方向またはC方向のいずれか一方として、調整手段を構成することもできる。また、本発明は、右眼タイプに限らず、左眼タイプとして構成することもできる。
また、上記実施の形態では、観察光学部22の観察者の視軸方向への投影断面の幅を、全体に亘って4mm以下としたが、接眼光学部28を含む導光部27の導光先端部分のみを4mm以下として、シースルー機能を持たせることもできる。また、導光部27は、映像光の入射端部側から射出端部側に向けて先細りとなるテーパ形状に限らず、図9に模式図を示すように、表示素子23の表示可能画面サイズからの映像光を入射可能に、入射端部側から射出端部側に向けて一様な大きさとすることもできる。勿論、この場合も、観察者の視軸方向への投影断面の幅を、4mm以下として、シースルー機能を持たせることもできる。さらに、シースルー機能を持たせることなく、観察光学部22を形成することもできる。
10 眼鏡
11 テンプル
13 ヒンジ部
14 ビス
15 ナット
16 レンズ
20 眼鏡装着型画像表示装置
21 映像射出部
21a 筐体
21b,21c 長孔
22 観察光学部
23 表示素子
24 取り付け部材
24a アーム部
24b,24d,24e 長孔
24c 取り付け部
25 調整用送りねじ
26 ホルダ
27 導光部
28 接眼光学部
30 眼球
30a 瞳孔
28a 視野範囲
23a 表示画面
40 眼鏡装着型画像表示装置
42 移動ステージ
43x,43y 調整用送りねじ

Claims (6)

  1. 接眼光学部と、表示素子を含む映像射出部とを眼鏡に分離して保持し、前記表示素子に表示される映像を、前記接眼光学部を経て観察者の対応する眼球で観察するようにした眼鏡装着型画像表示装置において、
    前記接眼光学部に対する前記表示素子の相対位置を調整する調整手段を備え
    前記調整手段は、前記接眼光学部に対する前記映像射出部の相対位置を調整する映像射出部調整機構を有し、
    前記映像射出部調整機構は、前記眼鏡のヒンジ部を基準に前記映像射出部を位置調整するように構成されている、ことを特徴とする眼鏡装着型画像表示装置。
  2. 前記調整手段は、前記映像射出部の筐体に対する前記表示素子の相対位置を調整する表示素子調整機構を有する、ことを特徴とする請求項に記載の眼鏡装着型画像表示装置。
  3. 前記映像射出部は、前記眼鏡に着脱自在に保持されるように構成されている、ことを特徴とする請求項1または2に記載の眼鏡装着型画像表示装置。
  4. 前記表示素子からの映像光を前記接眼光学部に導光する導光部を有し、
    前記接眼光学部および前記導光部は、一体的に前記眼鏡に着脱自在に保持されるように構成されている、ことを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の眼鏡装着型画像表示装置。
  5. 前記接眼光学部を含む前記導光部の少なくとも導光先端部分における前記観察者の視軸方向への投影断面の幅が、前記眼球の瞳孔の直径よりも小さい4mm以下である、ことを特徴とする請求項に記載の眼鏡装着型画像表示装置。
  6. 前記導光部は、前記観察者の視軸方向への投影断面の幅が、前記表示素子から映像光が入射する入射端部側から、前記接眼光学部へ映像光を射出する射出端部側に向けて小さくなるテーパ形状を有することを特徴とする請求項4または5に記載の眼鏡装着型画像表示装置。
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