JP5363389B2 - 頭部装着型画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、頭部装着型画像表示装置に関するものである。

従来、頭部装着型画像表示装置は、映像鑑賞やモバイルでの使用等様々な用途に応じて最適な光学的仕様が異なり、用途に応じて、別個の装置を準備する必要があった。例えば、映像鑑賞用であれば、視野内の正面に大画面の映像を表示できる仕様が好ましく、モバイル用途であれば、外界視野を確保しつつ視野内の端などに映像を表示する仕様が好ましい。

しかし、必要な用途の数に応じて、異なる頭部装着型画像表示装置を揃えるのは、コストがかかりまた、持ち運ぶうえでも不便である。特に、今後重要になる日常生活やモバイル用途での使用を考えると、使用者の使い方はより多様になり、それら多様な用途に対応できる装置が必要である。

そこで、異なる用途に対応するために、接眼光学系をパッケージ状として複数用意し、使用者の眼の前に配置された頭部搭載用の筐体内に、パッケージ状になった接眼光学系を適宜選択して配置することで、用途に応じて視野角を変える技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第２９５７０７１号公報

しかしながら、特許文献１の装置は、使用者の視野内の表示映像の視野角を変えることはできるものの、表示映像をシースルー表示と非シースルー表示との間で切替えたり、視野内における位置を変えたり、回転させたりすることには対応できなかった。また、接眼光学系の特性に応じて表示映像を切替えることについても対応していない。

したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、様々な状況に応じて、映像表示態様を容易に切替え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。

上記目的を達成する請求項１に係る頭部装着型画像表示装置の発明は、
使用者の頭部に固定するための支持部と、
該支持部に固定され、映像を表示する表示素子を有する本体部と、
前記表示素子から出射された映像光を入射し、前記支持部を使用者の頭部に固定した状態で、入射した該映像光を使用者の対応する眼球へ導光し、使用者の視野内に前記映像の拡大像を虚像として表示する接眼光学部と、
前記本体部に光学特性の異なる複数の種類の前記接眼光学部から選択した一の接眼光学部を交換可能に取付ける取付手段と
を備え、
前記本体部は、前記取付手段により取付けられた前記接眼光学部の種類を識別する識別部と、前記識別部により識別された前記接眼光学部の種類に応じて、前記表示素子への前記映像を制御する制御部とを有することを特徴とするものである。

上記目的を達成する請求項２に係る頭部装着型画像表示装置の発明は、
使用者の頭部に固定するための支持部と、
該支持部に固定され、映像を表示する表示素子を有する本体部と、
前記表示素子から出射された映像光を入射し、前記支持部を使用者の頭部に固定した状態で、入射した該映像光を使用者の対応する眼球へ導光し、使用者の視野内に前記映像の拡大像を虚像として表示する接眼光学部と、
前記本体部に光学特性の異なる複数の種類の前記接眼光学部から選択した一の接眼光学部を交換可能に取付ける取付手段と、
前記本体部に前記映像の映像信号を出力する映像出力部と
を備え、
前記本体部は、前記取付手段により取付けられた前記接眼光学部の種類を識別して前記映像出力部に出力する識別部を有し、
前記映像出力部は、前記接眼光学部の前記種類に応じて、前記表示素子への前記映像を制御する制御部を有することを特徴とするものである。

上記目的を達成する請求項３に係る頭部装着型画像表示装置の発明は、
使用者の頭部に固定するための支持部と、
該支持部に固定され、映像を表示する表示素子を有する本体部と、
前記表示素子から出射された映像光を入射し、前記支持部を使用者の頭部に固定した状態で、入射した該映像光を使用者の対応する眼球へ導光し、使用者の視野内に前記映像の拡大像を虚像として表示する接眼光学部と、
前記本体部に光学特性の異なる複数の種類の前記接眼光学部から選択した一の接眼光学部を交換可能に取付ける取付手段と
を備え、
前記本体部は、前記取付手段により取付けられた前記接眼光学部の種類を識別する識別部と、
前記識別部により識別された前記接眼光学部の前記種類に応じて、前記映像の表示態様を切替えるための制御信号を発生する切替制御部と、前記制御信号をサーバへ送信し、該制御信号に基づき表示態様が切替えられた、前記映像の映像信号を前記サーバから受信する通信部とを有することを特徴とするものである。

上記目的を達成する請求項４に係る頭部装着型画像表示装置の発明は、
使用者の頭部に固定するための支持部と、
該支持部に固定され、映像を表示する表示素子を有する本体部と、
前記表示素子から出射された映像光を入射し、前記支持部を使用者の頭部に固定した状態で、入射した該映像光を使用者の対応する眼球へ導光し、使用者の視野内に前記映像の拡大像を虚像として表示する接眼光学部と、
前記本体部に光学特性の異なる複数の種類の前記接眼光学部から選択した一の接眼光学部を交換可能に取付ける取付手段と
を備え、
前記本体部は、前記取付手段により取付けられた前記接眼光学部の種類を識別する識別部と、前記識別部で識別された前記接眼光学部の種類の情報をサーバへ送信し、該種類に基づき表示態様が変換された、前記映像の映像信号を前記サーバから受信する通信部とを有することを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項１−４のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記接眼光学部は、前記識別部により読み取り可能な前記種類を特定する識別情報を有することを特徴とするものである。

請求項６に係る発明は、請求項１−５のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記表示素子は、前記識別部により識別された前記接眼光学部の種類に応じて、表示文字サイズの異なる映像を表示することを特徴とするものである。

請求項７に係る発明は、請求項１−６のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記表示素子は、前記識別部により識別された前記接眼光学部の種類に応じて、上下および／または左右を反転した映像を表示することを特徴とするものである。

請求項８に係る発明は、請求項１−７のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記表示素子は、前記識別部により識別された前記接眼光学部の種類に応じて、映像の表示輝度を切替えた映像を表示することを特徴とするものである。

請求項９に係る発明は、請求項１−８のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記複数の種類の接眼光学部は、映像光を９０度回転させる接眼光学部を含み、前記識別部により種類が識別された前記接眼光学部の種類が、前記映像を９０度回転させる接眼光学部の場合は、前記表示素子に表示する映像を、前記接眼光学部による映像光の回転方向とは逆方向に９０度回転させることを特徴とするものである。

請求項１０に係る発明は、請求項１−９のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記複数の種類の接眼光学部は、映像のアスペクト比を変える接眼光学部を含み、前記識別部により種類が識別された前記接眼光学部の種類が、前記映像のアスペクト比を変える接眼光学部の場合は、前記表示素子に表示する映像を、縦方向と横方向とで異なる比率に圧縮させることを特徴とするものである。

本発明によれば、接眼光学部を交換可能とし、識別部により識別された接眼光学部の種類に応じて、制御部が表示素子への映像を制御するようにしたので、様々な状況に応じて、映像表示態様を容易に切替えることができる。

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を眼鏡に装着した状態を示す図である。 図１に示した本体部と接眼光学部との取付けを説明する斜視図である。 図１に示した頭部装着型画像表示装置のブロック図である。 第１および第２の接眼光学部を使用した場合のそれぞれの光学系を説明する図である。 図４に示したそれぞれの接眼光学部の仕様を示す図である。 シースルー表示用および非シースルー表示用の接眼光学部と眼球との位置および大きさの関係を説明する図である。 シースルー表示用および非シースルー表示用の接眼光学部を用いた場合の眼球方向へ向かう外界光の光路を説明する図である 頭部装着型画像表示装置の映像表示位置を説明する図である。 図４に示した接眼光学部を使用したときの表示映像のイメージ図である。 第３の接眼光学部およびその光路を示す斜視図である。 横長画像と縦長画像との一例を示す図である。 第４の接眼光学部およびその光路と表示映像とを示す斜視図である。 図１２の接眼光学部を使用しないでアスペクト比の異なる画像を表示するための表示パネルの表示映像を説明する図である。 本発明の第２実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置のブロック図である。 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およびサーバのブロック図である。 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およびサーバのブロック図である。 本発明の第５実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置およびサーバのブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面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実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置を眼鏡に装着した状態を示す図である。

頭部装着型表示装置１は、本体部２および接眼光学部３を備える。本体部２は、画像を内蔵の表示パネル（表示素子）２ｂに表示し、映像光として射出させる機能を有し、接眼光学部３はこの映像光を、使用者の眼球１１へと導光する光学系を有する。本体部２は、使用者の頭部に装着される眼鏡１０の眼鏡フレーム１０ａの右側テンプル部分に眼鏡固定部２ａを介して固定支持される。したがって、支持部は眼鏡固定部２ａを含んで構成される。

本体部２は眼鏡フレーム１０ａに沿い使用者の前方へ延び、その先端は、右側眼鏡レンズの側方で後述する取付部４を介して接眼光学部３の鏡枠３ａに着脱可能に取付けられている。接眼光学部３は、さらに、本体部２から入射窓３ｄ（図２参照）を介して入射した映像光を使用者の眼球の視野内へ導光するための導光部３ｂを有する。導光部３ｂは、眼鏡１０の右側眼鏡レンズ１０ｂの前方を、取付部４から使用者の視野内まで略水平に延びている。さらに、導光部の先端には、眼球１１に向けて必要に応じて接眼レンズ３ｃを有する出射窓が形成されている。

図２は、図１に示した本体部と接眼光学部との取付けを説明する斜視図である。取付手段４は、複数の接眼光学部から選択した一の接眼光学部３を本体部２に取付け、取外しをするためのものである。例えば、図２に示すように、本体側取付部４ａと接眼光学部側取付部４ｂとは、相互に嵌合する溝が形成されており、この溝に沿って接眼光学部３を本体部２に対してスライドさせて、取り付けることができる。ここで、本体部側の取付部４ａには、本体部２に内蔵される表示パネル（図示せず）から映像光を出射させる出射窓（図示せず）が形成されている。取付部４により本体部２に接眼光学部３を取り付けることによって、本体部２の出射窓と接眼光学部３の入射窓３ｄとが対向して接する。

また、本体部２は、取り付けられた接眼光学部３の種類を識別するための識別手段５を備える。識別手段５は、例えば、本体部２の取付部４周辺に本体側接点５ａを設けるとともに、接眼光学部３の接続時に本体側接点５ａと接する位置に、接眼光学部側接点５ｂを設けることで実現する。この場合、本体部２は、本体側接点５ａ、接眼光学部側接点５ｂを介して、接眼光学部３の種類情報を電気信号として読み取り、あるいは、接眼光学部３内の接眼光学部３の種類を示す識別情報（ＩＤ情報）を格納したメモリから当該識別情報を読み出して、接眼光学部３の種類を識別する。

図３は、図１に示した頭部装着型画像表示装置のブロック図である。本体部２は、識別部５ｃ、切替制御部２１、記憶部２２、映像信号変換部２３、ドライブ回路２４および映像表示部２５を含んで構成される。また、接眼光学部３は、その識別情報（ＩＤ情報）を格納する識別情報記憶部５ｄを有する。ここで、切替制御部２１と映像信号変換部２３とは制御部を構成する。

識別部５ｃは、本体部２が接眼光学部３に接続されると、本体部側および接眼光学部側の接点５ａ，５ｂを介して、識別情報記憶部５ｄに格納された識別情報を読み出して、接続された接眼光学部の種類を識別して、切替制御部２１に出力する。切替制御部２１は、識別部５ｃが読み出した識別情報に基づいて、映像信号変換部２３に表示すべき映像について指示を出す。映像信号変換部２３は、記憶部２２に記憶されている映像コンテンツの中から選択したコンテンツを読み出し、切替制御部２１の指示に基づいて、接続されている接眼光学部３に適した表示態様に映像信号を変換して、ドライブ回路２４に出力する。ドライブ回路２４は、映像表示部２５を駆動し、これによって表示パネル２ｂから映像光を出射させる。

次に、交換可能な接眼光学部３として、４種類の接眼光学部を説明する。

まず、モバイル用の第１の接眼光学部と映像観賞用の第２の接眼光学部について図４−図９を用いて説明する。図４（ａ），（ｂ）は、それぞれ、第１の接眼光学部３−１および第２の接眼光学部３−２を眼鏡に装着した状態で、表示パネル２ｂおよび接眼光学部３−１，３−２を含む部分を上から見た図、並びに、それぞれの導光部３ｂ_１，３ｂ_２の形状を、眼球１１から見た図（図の上部に示されている）である。

第１の接眼光学部３−１は、図４（ａ）に示すように、導光部３ｂ_１、接眼レンズ３ｃ_１および入射窓３ｄ_１を有し、表示パネル２ｂから入射窓３ｄ_１に入射した映像光は、導光部３ｂ_１の内部を反射しつつ伝播して接眼レンズ３ｃ_１から、眼球に対して正面右側から斜め方向に入射する。

導光部３ｂ_１は、入射面および出射面を除き、映像光が内側面で反射するように構成され、入射した映像光は、この導光部３ｂ_１内で５回ジグザグに反射して、眼球１１に向けて出射する。また、導光部３ｂ_１を使用者から視軸方向に見た鉛直方向の幅は、映像光の入射側から出射側にかけて細くなっており、先端部では２．６ｍｍとなっている。

一方、第２の接眼光学部３−２は、図４（ｂ）に示すように、出射面に接眼レンズを設けずに、導光部３ｂ_２の中間部に正のパワーをもつレンズを配置している。正のパワーを持つレンズは、例えば２枚の凸レンズ３ｆ_２、３ｆ_２’を向かい合わせた構成となる。導光部３ｂ_２は使用者の眼球１１の正面まで延びている。

表示パネル２ｂから導光部３ｂ_２に入射した映像光は、導光部３ｂ_２の入射側の斜面で反射され、導光部３ｂ_２内を長手方向に進み、レンズ３ｆ_２、３ｆ_２’により屈折され、さらに導光部３ｂ_２を長手方向に進み、出射側の斜面で反射されて、眼球１１に向けて出射する。従って、映像光は、導光部３ｂ_２内で入射側と出射側との斜面で合計２回反射した後出射する。図４（ｂ）に示すように、導光部３ｂ_２の使用者から視軸方向に見た鉛直方向の幅は、入射側と出射側とで略等しく、約８ｍｍとなっている。

本実施の形態における、第１の接眼光学部および第２の接眼光学部の仕様の一例を、図５（ａ）、５（ｂ）にそれぞれ示している。

次に、接眼光学部の視軸方向への投影断面の幅に応じて、シースルー画像と非シースルー画像とが表示されることを図６および図７を用いて説明する。図６は、頭部装着型画像表示装置を使用者が装着した状態での、シースルー表示用および非シースルー表示用の接眼光学部と眼球との位置および大きさの関係を説明する図であり、正面から接眼光学部３１，３２と眼球を見た様子を示している。簡単のため、図６では、シースルー用接眼光学部３１および非シースルー用接眼光学部３２は、眼球に対する先端部の位置を等しいものとしている。図６（ａ）に示したシースルー表示用接眼光学部３１は、先端部の使用者の視軸方向への投影断面の幅（図において上下方向の幅）が、人間の瞳孔径よりも小さく、図６（ｂ）に示した非シースルー表示用接眼光学部３２は、先端部の使用者の視軸方向への投影断面の幅が、人間の瞳孔径よりも大きくなっている。

図７は、図６のそれぞれの接眼光学部を用いた場合の眼球へ向かう外界光の光路を説明する図である。シースルー表示用接眼光学部３１を使用した場合は、図７（ａ）に示すように、正面方向からの外界光のうち接眼光学部３１の上下を通過した光が瞳孔１１ａを通り網膜１１ｃに到達することが可能である。このため、使用者の視野内には、接眼光学部３１の射出窓から出射した表示映像に、接眼光学部３１の前方に位置する背景も重畳されたシースルー画像が表示される。一方、非シースルー表示用接眼光学部３２を使用した場合は、図７（ｂ）に示すように、接眼光学部３２の幅が、瞳孔１１ａよりも大きくなっているため、接眼光学部の前方位置からの外界光が眼球１１へ侵入できず、接眼光学部３１の射出窓から出射した表示映像に背景が重畳されない非シースルー画像として表示される。

人間の平均的な瞳孔径が４ｍｍ程度なので、シースルー用接眼光学部３１は先端部の使用者の視軸方向への投影断面の幅を４ｍｍ以下とし、非シースルー用の第２の接眼光学部３２は先端部の使用者の視軸方向への投影断面の幅を４ｍｍ以上とすることが好ましい。本実施の形態では、先端部の幅が２．６ｍｍの第１の接眼光学部３−１を用いるとシースルー表示となり、同じく８ｍｍの第２の接眼光学部３−２を用いると非シースルー表示となる。

次に、使用者の眼球の視野内に表示される映像の視度について説明する。図８は、頭部装着型画像表示装置の視度を説明する図である。表示パネル２ｂに表示される映像が、レンズ３ｃにより使用者の視野内に虚像として表示される。例えば、適切な条件下で表示映像６ａが近距離表示される光学系の構成と比較して、接眼レンズ３ｃの焦点距離を短くすると、使用者の眼球視野内にはより遠距離の表示位置の表示映像６ｂが表示される。

従って、接眼レンズの焦点距離を異ならせた２つの接眼光学部を用意すれば、視度の異なる接眼光学部の間で切換えが可能になる。

これによって、使用者の眼の視度や使用している眼鏡の視度に合わせて、接眼光学部の視度を選ぶことにより、無理なくボケの無い映像を表示させることができる。また、使用環境に応じて虚像が表示される距離を切替えることで、例えば、デスクワークをしながら時折映像を確認する際には、５０ｃｍ〜１ｍ程度前方に像を表示させることで、眼の焦点距離の移動が少なくなり、見やすい映像として表示できる。また、家庭でテレビ等を見ながら時折映像を確認する際には１ｍ〜３ｍ程度、屋外で風景を見ながら時折映像を確認する際には２ｍ〜無限遠方に像を表示させることが好ましい。

なお、接眼レンズ３ｃの焦点距離を変えるだけでなく、接眼レンズ３ｃと表示パネル２ｂとの位置関係を変えることによっても視度を変換することができる。本実施の形態に係る、第１の接眼光学部３−１と第２の接眼光学部３−２との場合、レンズ焦点距離としては、図５（ａ），（ｂ）に示したものを用い、第１の接眼光学部３−１は前述のジグザグに反射する光学系を用いて、実質的に光路長を長くし、第２の接眼光学部３−２は、レンズ３ｆ_２，３ｆ_２’を導光部３ｂ_２の途中に配置するなどして光学系を調整し、結果的に、第１の接眼光学部３−１の視度を２Ｄ（０．５ｍ）、第２の接眼光学部３−２の視度を１Ｄ（１ｍ）としている。

このように接眼光学部の種類により異なる視度に対応可能にすれば、複数の頭部装着型画像表示装置を準備することなく、接眼光学部を交換するだけで、各個人や各眼鏡の視度への対応や、使用状況に応じた像距離の切替えなどを、使用者が容易に行うことができる。視度の調整機構を内蔵する技術もあるが、調整範囲が制限されたり、設計基準から大きく外れると性能が落ちたりする等の問題がある場合がある。視度調整を接眼光学部の交換により行えば、調整範囲の制約が少なく、最適に設計されたものを交換して使用することができる点で優れている。

以上のような接眼光学部の構成によって、第１の接眼光学部３−１を用いた場合は、図９（ａ）にイメージ図で例示するように、視野の中心線を避けた視野内右側の観察者の眼球から０．５ｍ前方に、小さい画面で映像が表示される。また、先端部の幅が人間の通常環境における瞳孔径である４ｍｍよりも細い接眼光学部３−１を使用するため、映像は背景が透けて見えるシースルー映像として表示される。一方、第２の接眼光学部３−２を用いた場合は、図９（ｂ）に示すように、視野の中心線を含む位置の観察者の眼球から１ｍ前方に大きな画面で映像が表示される。また、先端部が瞳孔径の４ｍｍよりも太い接眼光学部３を使用するため、非シースルーで背景が遮られ背景に邪魔されない映像を観察することができる。

次に、第３の接眼光学部（縦横変換用）について説明する。図１０は、第３の接眼光学部およびその光路を示す斜視図である。図１０に示す第３の接眼光学部３−３は、導光部３ｂ_３と接眼レンズ３ｃ_３を有する。導光部３ｂ_３は、水平方向に配置され両端に斜面（反射面３ｊ_３，３ｋ_３）が形成された断面が矩形の棒状の導光部３ｂ_３の入射側端の上部に、本体２に取り付けた際に表示パネル２ｂと対向する入射面３ｈ_３と、この入射面３ｈ_３から入射した映像光を下方向に９０度反射させる反射面３ｉ_３を有する三角プリズム状の部分（プリズム状部分３ｇ_３）が付加された形状となっている。

この導光部３ｂ_３の入射側端部は、図示しない鏡枠に嵌め込まれており、この鏡枠に設けられた図示しない接眼光学部側取付部と、図２と同様の本体側取付部４ａと摺動嵌合させることによって本体部２に対して取付けることができる。

この第３の接眼光学部３−３によれば、表示パネル２ｂから水平に入射した映像光は、反射面３ｉ_３で下向きに反射された後、反射面３ｊ_３で反射され導光部３ｂ_３内を長手方向に進み、反射面３ｋ_３で再び反射され、接眼レンズ３ｃ_３から使用者の眼球１１に向けて出射される。ここで、使用者が正面を向いた状態で、眼球の視軸方向をｘ軸、導光部３ｂ_３の長手方向をｙ軸、鉛直方向をｚ軸とすると、反射面３ｉ_２はｙ軸に平行かつｘ軸およびｚ軸に対して４５度の角度を成し、反射面３ｊ_３はｘ軸に平行かつｙ軸およびｚ軸に対して約４５度の角度を成し、反射面３ｋ_３はｚ軸に平行かつｘ軸およびｙ軸に対して約４５度の角度をなす。これら３つの反射面３ｉ_３，３ｊ_３，３ｋ_３により順次反射されることにより、映像光は約９０度回転する。

そこで、図３の映像信号変換部２３により、横長の表示パネル２ｂに、縦長画像を上述の回転方向とは反対方向に９０度回転させて表示させれば、携帯電話やスマートフォン等の情報端末に用いられるものと同様な縦長画像の表示が可能になる。図１１（ａ），（ｂ）は、それぞれ、横長画像と縦長画像との表示の例を示している。

次に、第４の接眼光学部（アスペクト比変換用）について説明する。図１２は、第４の接眼光学部およびその光路と表示映像の例とを示す斜視図である。第４の接眼光学部３−４の導光部３ｂ_４は、出射側の先端部３ｍ_４と主要部３ｌ_４とが別体として分離され、主要部３ｌ_４の出射側先端には横方向のパワーを持つレンズ（例えばシリンドリカルレンズ）３ｎ_４が形成されている。また、先端部３ｍ_４は入射面と出射面とが９０度を成す三角プリズム状の形状を有し、出射面の出射側にはレンズ３ｎ_４と異なる焦点距離を有する縦方向のパワーを持つレンズ３ｐ_４が配置されている。これら主要部３ｌ_４と先端部３ｍ_４とは、図示しない同一の保持部材（ケースなど）で相互に位置固定され保持される。

第４の接眼光学部３−４を用いることにより、表示パネル２ｂから入射した映像光は、導光部３ｂ_４の主要部３ｌ_４の入射端に形成された斜面に反射して、導光部３ｂ_４の長手方向に伝播する。その後、映像光は、レンズ３ｎ_４で横方向にのみ屈折し、先端部３ｍ_４に入射し先端部３ｍ_４の斜面に形成された反射面で反射して、レンズ３ｐ_４により縦方向にのみ屈折され、使用者の眼球１１に向けて出射する。その際、横方向に正のパワーを持つレンズ３ｎ_４と縦方向に正のパワーを持つレンズ３ｐ_４とを焦点距離を異なるようにし、位置をずらして配置したことにより、表示パネル２ｂに表示される映像に対する虚像として表示される表示映像の拡大率を、縦方向よりも横方向を大きくすることが可能となる。

以上のような構成によって、頭部装着型画像表示装置１は、本体部２に第１−第４の接眼光学部から選択した接眼光学部３を取付部４により取りつけると、識別部５の本体側接点５ａと接眼光学部側接点５ｂとが接触し、識別部５ｃが識別情報記憶部５ｄから、接眼光学部３の識別情報（ＩＤ情報）を読み出し、接続された接眼光学部３がいずれの接眼光学部３かを識別して切替制御部２１に出力する。

切替制御部２１は、識別情報（ＩＤ情報）に基づき、表示すべき映像として適切な映像コンテンツを選択するとともに、接眼光学部に応じた映像信号の変換（制御）を映像信号変換部２３に指示する。例えば、第１の接眼光学部３−１では映像光が導光部３ｂ_１内で奇数回（５回）反射することから映像が左右反転する。このため、第１の接眼光学部３−１使用時には、切替制御部２１が、映像信号変換部２３に指示して、記憶部２２から読み出す映像コンテンツの左右を反転させた映像信号をドライブ回路２４に出力する。ドライブ回路２４は映像表示部２５を駆動して、表示パネル２ｂから映像光を出射させる。

映像光は、本体部２の出射窓を出射して、取り付けられた接眼光学部３の入射窓３ｄに入射し、導光部３ｂ内を導光され、出射窓から使用者の眼球に向けて出射される。その結果、使用者の映像光が入射した眼球視野内には、取り付けられた接眼光学部３−１，３−２，３−３および３−４に応じた、位置、大きさ、視度、シースルー表示／非シースルー表示、縦横比、および、アスペクト比等の特性を有する映像が表示される。

以下に、接眼光学部の種類に応じた、切替制御部２１による映像コンテンツの選択および映像信号変換部２３への指示内容について説明する。

第１の接眼光学部３−１は、モバイルで常時装着して簡単なメッセージを即座に確認したいという用途に用いられるので、比較的小さい映像を視野の中心を外れた位置にシースルー映像として表示する。また、この接眼光学部３−１では、外界視界を確保することが優先される。このため、細かいテキストによる詳細情報の映像と、見やすい文字やアイコンによるによる必要最小限の情報量の映像とが用意されていた場合、後者の方を選択して表示する（図９（ａ）参照）。この、表示方法の選択は、切替制御部２１が接眼光学部の種類に基づいて自動で行っても良いし、使用者の操作により選択できるようにしても良い。

また、第１の接眼光学部３−１を用いた場合、シースルー表示のため背景の明るさの影響を受けるので、表示映像の輝度は高くする必要があり、好ましくは、前方の明るさを測定する照度センサを本体部２または接眼光学部３に設け、これによって、測定した明るさに応じて映像の輝度を変化させることが好ましい。従って、切替制御部２１は、映像信号変換部２３に対して、上述の左右の反転に加え、輝度調整を行うように指示する。

第２の接眼光学部３−２は、比較的大画面の非シースルー画像を視野の正面に表示する。用途としては、映画等の動画像の鑑賞や、詳細な文字情報の表示が挙げられる。切替制御部２１は、表示映像が動画の場合は、動画に最適な輝度、コントラスト、色の調整を行うように映像信号変換部２３に指示する。また、表示映像がテキストの場合は、より多くの文字が見られるテキスト表示に適した文字の大きさ、レイアウトへの変換を指示する。なお、非シースルー表示のため、外界の明るさの影響を受けにくいので、第１の接眼光学部３−１が用いられる場合とは異なり、外部の明るさによる輝度調整を行う必要はない。

また、第３の接眼光学部３−３は、上述のように表示映像を９０度回転させ、横長映像を縦長映像とする。そこで、この接眼光学部３−３が接続された場合は、切替制御部２１は、映像信号変換部２３に指示して、横長の表示パネル２ｂに、縦長画像を上述の回転方向とは反対方向に９０度回転させて表示させる。この映像変換によって、携帯電話やスマートフォン等の情報端末に用いられるものと同様な縦長画像の表示が可能になる。また、記憶部２２が縦長表示用と横長表示用のコンテンツを有する場合は、切替制御部２１が接眼光学部の種類に基づいて、縦長画像を選択するようにすることもできる。

さらに、第４の接眼光学部３−４が取付けられた場合、切替制御部２１は記憶部２２から例えば、アスペクト比１６：９の映像コンテンツを選択し、表示パネル２ｂのアスペクト比が４：３の場合に、映像変換部２３に指示して、アスペクト比１６：９の映像を表示パネル２ｂに横方向に圧縮して４：３のアスペクト比の画像として表示させる。レンズ３ｎ_２および３ｐ_２の焦点距離を適切に選択することによって、表示映像は、使用者の視野内にアスペクト比１６：９の映像として表示させる。

仮に、このようなアスペクト比の変換を行わない場合は、アスペクト比１６：９の映像を表示するには、表示パネル２ｂには図１３（ａ）に示すような黒帯を上下に表示した映像か、図１３（ｂ）のように映像の左右をカットした映像を表示することになる。しかし、図１３（ａ）の場合は表示パネル２ｂの全画素を有効に利用できないため解像度が低下し、図１３（ｂ）の場合は映像が一部欠落するという問題がある。

なお、アスペクト比の変換は、４：３から１６：９への変換に限られず、１６：９から４：３へ変換する構成も可能である。さらに、レンズ３ｎ_２、レンズ３ｐ_２およびそれらの配置を調整することによって、種々の縦横倍率による変換が可能である。

なお、上述の接眼光学部３の種類に応じた映像信号の変換方法以外にも、接眼光学部の種類に応じた様々な映像の変換があり得る。例えば、個々の接眼光学部が有する収差（特にディストーションや色収差）に応じた補正を、切替制御部２１の指示により、映像信号変換部２３で映像信号を変換させることにより映像信号の変換により行うこともできる。あるいは、接眼光学部の種類だけではなく、使用者個人の視度情報を予め切替制御部２１に持たせ、接眼光学部の種類および個人の視度に応じた調整を、映像信号変換部２３で行わせることもできる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、接眼光学部を交換可能とし、さらに、識別部により識別された接眼光学部の種類に応じて、切替制御部が発生した制御信号により、映像信号変換部が、映像信号を変換して、表示パネルから射出される映像の表示態様を切替えるようにしたので、様々な状況に応じて、映像表示態様を容易に切替えることができる。

上述の切替え可能な表示態様の特性としては、表示映像の大きさ、視野内の位置、視度、シースルー表示／非シースルー表示、縦長映像／横長映像、アスペクト比が含まれる。したがって、所望の特性に応じた接眼光学部に切替えることによって、頭部装着型画像表示装置を別に用意することなく、１台の装置を用いて低コストで所望の表示映像を表示させることができる。

（第２実施の形態）
図１４は、本発明の第２実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置のブロック図である。本実施の形態は、第１実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置において、本体部２とは別体の映像出力部２６を備え、切替制御部２１、記憶部２２および映像信号変換部２３を、本体部２内ではなく、映像出力部２６内に設けたものである。映像出力部２６は、例えば、パソコンや携帯型の映像再生装置等であり、本体部２とは有線または無線通信手段により接続されている。その他の構成、作用は、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。

本実施の形態によれば、映像コンテンツの再生、映像信号の変換等の処理の重い機能を、映像出力部が行うようにしたので、ヒトの頭部に装着される頭部装着型画像表示装置の本体部を軽量化、小型化することができる。また、映像出力部として、既存のパソコンや映像再生装置を活用することによって、装置全体を安価に構成することができる。

なお、映像出力部は、映像情報を記憶部に内蔵する形態に限られず、外部から通信を介して映像情報を取得しても良い。その場合、記憶部２２は不要となる。例えば携帯電話端末を映像出力部として活用することができる。

（第３実施の形態）
図１５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ブロック図である。本実施の形態は、第１実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置において、本体部２が記憶部を持たず、通信部２７ａにより有線または無線で接続されたサーバ２８から映像コンテンツを取得するようにしたものである。このため、本体部２の切替制御部２１と映像信号変換部２３とは、通信部２７ａに接続されている。一方、サーバ２８は、通信部２７ａと通信する通信部２７ｂと、記憶部２２とコンテンツ選択部２９とを有する。本体部２の切替制御部２１は、通信部２７ａ，ｂを介して、接眼光学部３の識別情報（ＩＤ情報）とともにコンテンツ映像の送信指示をコンテンツ選択部２９に送信する。コンテンツ選択部２９は、接眼光学部３の識別情報（ＩＤ情報）に基づき、コンテンツを選択して、選択した映像コンテンツを通信部２７ａ，ｂを介して、映像信号変換部２３に送信する。その他の構成、作用は、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。

本実施の形態によれば、多量の映像コンテンツをサーバ側に蓄積して、通信を介して頭部装着型画像表示装置から読み出すことができるので、利用できるコンテンツが増え利便性が高まる。さらに、映像コンテンツの記憶と、映像信号の処理の一部とをサーバ側で行うので、頭部装着型画像表示装置をより軽量化、小型化することが可能になる。

（第４実施の形態）
図１６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ブロック図である。本実施の形態は、第３実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置において、映像信号処理部２３を本体部２ではなく、サーバ２８に設けたものである。このため、本体部２の切替制御部２１は、通信部２７ａ，ｂを介して、サーバ２８の映像信号変換部２３およびコンテンツ選択部２９に指示を送信し、映像信号変換部２３は、通信部２７ａ，ｂを介して、ドライブ回路２４に表示態様を変換した映像信号を送信する。その他の構成、作用は、第３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。

本実施の形態によれば、第３実施の形態の効果に加え、表示態様に応じた映像信号の変換処理もサーバ２８で行うようにしたので、さらに、本体部２の処理負荷を軽くすることができ、頭部装着型画像表示装置をより軽量化、小型化することが可能になる。

（第５実施の形態）
図１７は、本発明の第５実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置のブロック図である。本実施の形態は、第４実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置において、切替制御部２１を本体部２ではなく、サーバ２８に設けたものである。このため、本体部２の識別部５ｃは通信部２７ａ，ｂを介して、サーバ２８の切替制御部の２１に接眼光学部の種類（ＩＤ情報）を送信し、切替制御部２１はこれに基づいて、映像信号変換部２３とコンテンツ選択部２９とに指示を送信する。その他の構成、作用は、第４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。

本実施の形態によれば、第４実施の形態の効果に加え、切替制御部２１の処理もサーバ２８で行うようにしたので、さらに、本体部２の負荷を軽くすることができ、頭部装着型画像表示装置をより軽量化、小型化することが可能になる。

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。たとえば、接眼光学部は第１−４の接眼光学部に限られず、用途に応じた多様な接眼光学部を設けることが可能である。また、頭部装着型画像表示装置は、眼鏡装着型に限られず、ゴーグル型のもの、ヘルメットに装着するものや、レンズ無しの眼鏡フレームに装着されたものであっても良い。また、眼鏡装着型の場合は、眼鏡に固定された一体型であっても良く、眼鏡に着脱式のものであっても良い。また、映像を表示する眼は、右眼に限られず、左眼用や両眼に同一または異なる画像を表示するものであっても良い。本体部を固定するのは、眼鏡のテンプルに限られず、ヒンジ等他の部分でも良い。また、取付部の機構としては、それぞれ溝を有する本体と接眼光学部とを摺動嵌合させる方法に限られず、取付用の金具を設けたり、嵌め込み式にしたりするなど種々の方法が可能である。第１の接眼光学部では映像光が左右反転するとしたが、導光部の構成によっては、上下を反転する構成となることもある。その場合、表示パネルに表示される映像の上下を反転させれば良い。

１ 頭部装着型画像表示装置
２ 本体部
２ａ 眼鏡固定部
２ｂ 表示パネル
３ 接眼光学部
３−１ 第１の接眼光学部（モバイル用）
３−２ 第２の接眼光学部（映像観賞用）
３−３ 第３の接眼光学部（縦横変換用）
３−４ 第４の接眼光学部（アスペクト比変換用）
３ａ 鏡枠
３ｂ，３ｂ_１，３ｂ_２，３ｂ_３，３ｂ_４ 導光部
３ｃ，３ｃ_１，３ｃ_３ 接眼レンズ
３ｄ，３ｄ_１ 入射窓
３ｆ_２、３ｆ_２’ レンズ
３ｇ_３ プリズム状部分
３ｈ_３ 入射面
３ｉ_３，３ｊ_３，３ｋ_３ 反射面
３ｌ_４ 主要部
３ｍ_４ 先端部
３ｎ_４ レンズ
３ｐ_４ レンズ
４ 取付部
４ａ 本体側取付部
４ｂ 接眼光学部側取付部
５ 識別手段
５ａ 本体側接点
５ｂ 接眼光学部側接点
５ｃ 識別部
５ｄ 識別情報記憶部
６ 表示映像
６ａ 表示映像（モバイル用）
６ｂ 表示映像（映像観賞用）
７ 遮られた背景
１０ 眼鏡
１０ａ 眼鏡フレーム（テンプル）
１０ｂ 眼鏡レンズ
１１ 眼球
１１ａ 瞳孔
１１ｃ 網膜
２１ 切替制御部
２２ 記憶部
２３ 映像信号変換部
２４ ドライブ回路
２５ 映像表示部
２６ 映像出力部
２７ａ，２７ｂ 通信部
２８ サーバ
２９ コンテンツ選択部
３１ シースルー表示用接眼光学部
３２ 非シースルー表示用接眼光学部

Claims (10)

1. 使用者の頭部に固定するための支持部と、
   該支持部に固定され、映像を表示する表示素子を有する本体部と、
   前記表示素子から出射された映像光を入射し、前記支持部を使用者の頭部に固定した状態で、入射した該映像光を使用者の対応する眼球へ導光し、使用者の視野内に前記映像の拡大像を虚像として表示する接眼光学部と、
   前記本体部に光学特性の異なる複数の種類の前記接眼光学部から選択した一の接眼光学部を交換可能に取付ける取付手段と
   を備え、
   前記本体部は、前記取付手段により取付けられた前記接眼光学部の種類を識別する識別部と、前記識別部により識別された前記接眼光学部の種類に応じて、前記表示素子への前記映像を制御する制御部とを有することを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
2. 使用者の頭部に固定するための支持部と、
   該支持部に固定され、映像を表示する表示素子を有する本体部と、
   前記表示素子から出射された映像光を入射し、前記支持部を使用者の頭部に固定した状態で、入射した該映像光を使用者の対応する眼球へ導光し、使用者の視野内に前記映像の拡大像を虚像として表示する接眼光学部と、
   前記本体部に光学特性の異なる複数の種類の前記接眼光学部から選択した一の接眼光学部を交換可能に取付ける取付手段と、
   前記本体部に前記映像の映像信号を出力する映像出力部と
   を備え、
   前記本体部は、前記取付手段により取付けられた前記接眼光学部の種類を識別して前記映像出力部に出力する識別部を有し、
   前記映像出力部は、前記接眼光学部の前記種類に応じて、前記表示素子への前記映像を制御する制御部を有することを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
3. 使用者の頭部に固定するための支持部と、
   該支持部に固定され、映像を表示する表示素子を有する本体部と、
   前記表示素子から出射された映像光を入射し、前記支持部を使用者の頭部に固定した状態で、入射した該映像光を使用者の対応する眼球へ導光し、使用者の視野内に前記映像の拡大像を虚像として表示する接眼光学部と、
   前記本体部に光学特性の異なる複数の種類の前記接眼光学部から選択した一の接眼光学部を交換可能に取付ける取付手段と
   を備え、
   前記本体部は、前記取付手段により取付けられた前記接眼光学部の種類を識別する識別部と、前記識別部により識別された前記接眼光学部の前記種類に応じて、前記映像の表示態様を切替えるための制御信号を発生する切替制御部と、前記制御信号をサーバへ送信し、該制御信号に基づき表示態様が切替えられた、前記映像の映像信号を前記サーバから受信する通信部とを有することを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
4. 使用者の頭部に固定するための支持部と、
   該支持部に固定され、映像を表示する表示素子を有する本体部と、
   前記表示素子から出射された映像光を入射し、前記支持部を使用者の頭部に固定した状態で、入射した該映像光を使用者の対応する眼球へ導光し、使用者の視野内に前記映像の拡大像を虚像として表示する接眼光学部と、
   前記本体部に光学特性の異なる複数の種類の前記接眼光学部から選択した一の接眼光学部を交換可能に取付ける取付手段と
   を備え、
   前記本体部は、前記取付手段により取付けられた前記接眼光学部の種類を識別する識別部と、前記識別部で識別された前記接眼光学部の種類の情報をサーバへ送信し、該種類に基づき表示態様が変換された、前記映像の映像信号を前記サーバから受信する通信部とを有することを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
5. 前記接眼光学部は、前記識別部により読み取り可能な前記種類を特定する識別情報を有することを特徴とする請求項１−４のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置。
6. 前記表示素子は、前記識別部により識別された前記接眼光学部の種類に応じて、表示文字サイズの異なる映像を表示することを特徴とする請求項１−５のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置。
7. 前記表示素子は、前記識別部により識別された前記接眼光学部の種類に応じて、上下および／または左右を反転した映像を表示することを特徴とする請求項１−６のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置。
8. 前記表示素子は、前記識別部により識別された前記接眼光学部の種類に応じて、映像の表示輝度を切替えた映像を表示することを特徴とする請求項１−７のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置。
9. 前記複数の種類の接眼光学部は、映像光を９０度回転させる接眼光学部を含み、前記識別部により種類が識別された前記接眼光学部の種類が、前記映像を９０度回転させる接眼光学部の場合は、前記表示素子に表示する映像を、前記接眼光学部による映像光の回転方向とは逆方向に９０度回転させることを特徴とする請求項１−８のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置。
10. 前記複数の種類の接眼光学部は、映像のアスペクト比を変える接眼光学部を含み、前記識別部により種類が識別された前記接眼光学部の種類が、前記映像のアスペクト比を変える接眼光学部の場合は、前記表示素子に表示する映像を、縦方向と横方向とで異なる比率に圧縮または伸張させることを特徴とする請求項１−９のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置。

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