JP6330258B2 - 虚像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、映像表示素子によって形成された映像を観察者に提示する虚像表示装置及びプロジェクターに関し、特に観察者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイに好適な虚像表示装置に関する。

観察者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤとも言う）等の虚像表示装置として様々なものが提案されている（例えば特許文献１参照）。

ＨＭＤ等の虚像表示装置については、小型化及び軽量化を進展させつつ、画質を低下させないで広画角化を達成することが望まれている。

ところで、テレビ等からの映像を見る場合に、真っ直ぐ前を向いた状態で長時間眺めると、人間の眼の構造上、眼を大きく見開いた状態で観察を行うことになるため、観察者のまぶた等に大きな負担が掛かる。従って、観察者は、ダークフォーカスと呼ばれる観察者が目を閉じている際のリラックス状態にある視線角度にすることで、テレビ等に対して観察者の目線の方向（視線）が観察者にとって自然に下方側となった状態で観察するように姿勢を調整することが重要である。上記のような観察時の眼への負担については、ＨＭＤ等の虚像表示装置による映像の観察の場合でも同様であり、真っ直ぐ前を向いて負担が掛かった状態が長く続くと、観察者は眼の疲労によるストレスを感じることになる。

しかしながら、ＨＭＤ等の虚像表示装置の場合、観察者は、装置を装着した状態で映像を観察するため、テレビ等の場合と異なり、自己の体勢を映像の位置に合せて変えるといったことが困難である。さらに、観察者の眼や耳、鼻等の大きさや位置関係といった固体差によっても、映像の見える位置が変わってしまい、たとえ標準的な装着状態において観察者の視線が下方側を向くように考慮して設計を行っても、狙った設計通りに映像の観察がなされるとは限らない。

特開２０１２−１６３６４０号公報

本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、観察者の使用中の眼への負担を軽減して、長時間の使用であっても観察者のストレスを抑えることができる虚像表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る虚像表示装置は、映像素子と、観察者の眼前に配置されるとともに、映像素子からの光を観察者の眼に向けて画像を視認させる導光部材と、少なくとも標準的な眼の位置を想定して定まる支持位置基準面に基づいて、導光部材を眼前の所定の位置に配置させて支持するフレームと、観察者の眼に対する導光部材からの光の射出状態を調整する調整部とを備え、導光部材は、観察者に視認させるべき光を、支持位置基準面に対して角度をもった方向から射出して、観察者の眼を下方側に俯瞰させる俯瞰方向から画像を視認させ、調整部は、導光部材からの光の射出状態の調整により、観察者の眼の位置に対する俯瞰方向の角度を変化させる。ここで、支持位置基準面とは、人間の眼、鼻、耳について標準的な大きさや位置関係等を想定して虚像表示装置の支持位置を設計をする場合の基準として用いる指標として少なくとも人間の眼の標準的な位置を含む面である。この支持位置基準面を基準とすることで、標準的な目鼻立ちを有する観察者に対して、理想とする狙い通りの俯角（例えば正面方向に対して俯角１０°）となるような俯瞰方向からの視線で画像を視認させる状態となるように定めることが可能になる。

上記虚像表示装置では、標準的な人間の眼等の位置を想定して定められた支持位置基準面に基づく設計において、観察者の視線を下方側に俯瞰させた状態で映像を観察することが可能になるため、観察者の使用中の眼への負担を軽減して、長時間の使用であっても観察者のストレスを抑えることができる。特に、上記虚像表示装置では、観察者の眼、鼻、耳の位置が標準的な位置から外れていて、標準的な設定での装着状態では狙いとする俯瞰方向での観察ができていないような場合であっても、上記調整部によって観察者の個体差に応じて導光部材からの光の射出状態を調整することで、俯瞰方向の角度を変化させ、適した視線での観察を行わせることが可能になる。

本発明の具体的な側面では、支持位置基準面は、標準的な位置として想定された眼球の中心位置と標準的な位置として想定された耳の付け根の上端位置とを含む平面である。この場合、映像の観察位置である眼の位置と装置の支持位置である耳の付け根の上端位置とを考慮して装置が構成されるものとなる。

本発明の別の側面では、上記調整部は、装着時において観察者の鼻に接触して装置を支持する鼻受部を含み、鼻受部の姿勢を変化させる。この場合、鼻受部の姿勢を変えることによって、俯瞰方向の角度を変化させることができる。

本発明のさらに別の側面では、上記調整部は、鼻受部として、装置本体部の複数の位置においてパッド部を取付け可能にする取付構造部を含む。この場合、取付構造部によってパッド部を取り付ける位置の選択が可能となることによって、鼻受部の姿勢を変化させることができる。

本発明のさらに別の側面では、上記調整部は、鼻受部の一部として装置本体部に取り付けられた突起部を有し、鼻に接触させるパッド部を、鼻受部の一部として突起部に取付け可能としている。この場合、例えば突起部に対してパッド部を着脱可能なものとし、互いに異なる形状を有する複数のパッド部のうち一のパッド部を選択することによって、鼻受部の姿勢を変化させることができる。

本発明のさらに別の側面では、上記調整部は、装着時において観察者の耳に接触して装置を支持するテンプル部を含み、テンプル部の姿勢を変化させる。この場合、テンプル部姿勢を変えることによって、俯瞰方向の角度を変化させることができる。

本発明のさらに別の側面では、上記調整部は、テンプル部を、支持位置基準面に対して角度をつけた方向に延びるように変化させるラチェット機構をさらに有する。この場合、ラチェット機構によって、テンプル部の姿勢を変化させ、結果として俯瞰方向の角度を変化させることができる。

本発明のさらに別の側面では、上記調整部は、装置を支持する支持部の一部に組み込まれた可変性の芯金部を含む。この場合、芯金部によって、例えば鼻受部やテンプル部等の装置を支持する支持部の姿勢を変化させ、俯瞰方向の角度を変化させることができる。

本発明のさらに別の側面では、上記調整部は、映像素子による画像形成の範囲を調整する画像補正部を含む。この場合、画像補正部での画像補正により、導光部材からの光の射出される範囲を変えることで、俯瞰方向の角度を変化させることができる。

本発明のさらに別の側面では、上記調整部は、観察者の眼の正面方向に対する俯瞰方向の角度を、０°よりも大きく１５°以下の角度の範囲となるように調整する。これにより、違和感を生じさせない範囲で適度に俯瞰方向の角度を変化させることができる。

本発明のさらに別の側面では、導光部材は、映像素子からの光を導光するとともに外界の光の透視を可能にし、導光部材に連結され外界の光の透視機能を補う光透過部材をさらに有する。この場合、一体化された導光部材と光透過部材とによって、外界光と映像光とを重畳させたシースルーの状態とすることが可能になる。

本発明のさらに別の側面では、上記調整部は、外界の光の観察における観察者の眼の正面方向に対して俯瞰方向の角度を調整する。この場合、外界を認識するシースルーの状態において、映像光の俯瞰方向の角度を最適とするように調整できる。

第１実施形態に係る虚像表示装置の外観を簡単に説明する斜視図である。 （Ａ）は、虚像表示装置の外観斜視図であり、（Ｂ）は、虚像表示装置からフレームや外装部材を取り除いた内部構造を示す斜視図である。 虚像表示装置の表側についての部分分解正面図である。 虚像表示装置を構成する第１表示装置の上下に関する対称面における断面図である。 （Ａ）は、虚像表示装置を左側から見た側面図であり、（Ｂ）は、虚像表示装置を左側から見た断面図であり、（Ｃ）は、虚像表示装置の設計において規定される各方向の関係について説明するための図である。 虚像表示装置の一部を拡大し装着状態を説明する拡大断面図である。 （Ａ）は、装着した状態での映像光の射出方向と、各方向との関係との関係を示す図であり、（Ｂ）は、装着した状態における各方向の関係について説明するための図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、鼻受部の一例として、鼻受部を構成するパッド部の着脱について模式的に示す図であり、（Ｃ）は、他のパッド部を取り換えた状態について模式的に示す図であり、（Ｄ）は、別のパッド部の一例について模式的に示す図である。 （Ａ）は、第２実施形態に係る虚像表示装置における鼻受部の一例について模式的に示す図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、鼻受部を構成するパッド部の着脱について模式的に示す図である。 （Ａ）は、第３実施形態に係る虚像表示装置におけるテンプル部の一例について示す図であり、（Ｂ）は、テンプル部の一変形例について示す図である。 （Ａ）は、第４実施形態に係る虚像表示装置における画像補正について説明するための図であり、（Ｂ）は、画像補正の一変形例について説明するための図である。

〔第１実施形態〕
以下、図１等を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る虚像表示装置について詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態の虚像表示装置１００は、眼鏡のような外観を有するヘッドマウントディスプレイであり、この虚像表示装置１００を装着した観察者又は使用者に対して虚像による画像光を視認させることができるとともに、観察者に外界像をシースルーで視認又は観察させることができる。虚像表示装置１００は、観察者の眼前を透視可能に覆う第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂと、両光学部材１０１ａ，１０１ｂを支持する枠部１０２と、枠部１０２の左右両端から後方のつる部分（テンプル）１０４にかけての部分に付加された第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂとを備える。ここで、図面上で左側の第１光学部材１０１ａと第１像形成本体部１０５ａとを組み合わせた第１表示装置１００Ａは、右眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。また、図面上で右側の第２光学部材１０１ｂと第２像形成本体部１０５ｂとを組み合わせた第２表示装置１００Ｂは、左眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。なお、虚像表示装置１００は、撮像動作可能な小型のカメラＣＡを第１表示装置１００Ａの側方部分に有している。

図２（Ａ）は、虚像表示装置１００の表側の外観を説明する斜視図であり、図２（Ｂ）は、虚像表示装置１００を部分的に分解した表側の斜視図である。

図示のように、虚像表示装置１００に設けた枠部１０２は、上側に配置されるフレーム１０７と下側に配置されるプロテクター１０８とを備える。枠部１０２のうち、図２（Ａ）に示す上側のフレーム１０７は、ＸＺ面内でＵ字状に折れ曲がった細長い板状の部材であり、左右の横方向（Ｘ方向）に延びる正面部１０７ａと、前後の奥行き方向（Ｚ方向）に延びる一対の側面部１０７ｂ，１０７ｃとを備える。フレーム１０７、すなわち正面部１０７ａと側面部１０７ｂ，１０７ｃとは、アルミダイカストその他の各種金属材料で形成された金属製の部分（アルミフレーム部）を主体として含んで構成されている。フレーム１０７がアルミフレーム部を含むことで、フレーム１０７を小型かつ軽量としつつ、十分な剛性を維持して装置全体としての耐久性を確保できる。正面部１０７ａの奥行き方向（Ｚ方向）の幅は、第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂに対応する導光装置２０の厚み又は幅よりも十分に厚いものとなっている。フレーム１０７の左側方、具体的には正面部１０７ａにおける向かって左端部から側面部１０７ｂにかけての部分である側方端部６５ａには、第１光学部材１０１ａと第１像形成本体部１０５ａとがアライメントされネジ止めによって直接固定されることにより、支持されている。また、フレーム１０７の右側方、具体的には正面部１０７ａにおける向かって右端部から側面部１０７ｃにかけての部分である側方端部６５ｂには、第２光学部材１０１ｂと第２像形成本体部１０５ｂとがアライメントされネジ止めにより直接固定されることによって、支持されている。なお、第１光学部材１０１ａと第１像形成本体部１０５ａとは、嵌合によって互いにアライメントされ、第２光学部材１０１ｂと第２像形成本体部１０５ｂとは、嵌合によって互いにアライメントされる。また、光学系ユニットを構成する第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂは、カバー状の外装部材１０５ｄによってそれぞれ覆われている。

図２（Ａ）及び２（Ｂ）に示すプロテクター１０８は、アンダーリム状の部材であり、図２（Ａ）に示すフレーム１０７の下方に配置されて固定されている。プロテクター１０８の中央部１０８ｇは、フレーム１０７の中央部１０７ｇに嵌合及びネジ止めによって固定される。プロテクター１０８は、２段のクランク状に折れ曲がった細長い板状の部材であり、金属材料又は樹脂材料から一体的に形成されている。プロテクター１０８の第１先端部１０８ｉは、第１像形成本体部１０５ａを覆う外装部材１０５ｄのうち外部材１０５ｅに設けた凹部１０５ｉに嵌合した状態で固定される。また、プロテクター１０８の第２先端部１０８ｊは、第２像形成本体部１０５ｂを覆うカバー状の外装部材１０５ｄのうち外部材１０５ｅに設けた凹部１０５ｊに嵌合した状態で固定される。

フレーム１０７は、第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂを支持する。また、フレーム１０７は、外装部材１０５ｄと協働して第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂの内部を保護する役割も有している。なお、フレーム１０７及びプロテクター１０８は、第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂに連結される根元側を除いた導光装置２０の長円状の周囲部分と離間するか又は緩く接している。このため、中央の導光装置２０と、フレーム１０７及びプロテクター１０８を含む枠部１０２との間に熱膨張率の差があっても、枠部１０２内での導光装置２０の膨張が許容され、導光装置２０に歪み、変形、破損が生じることを防止できる。

フレーム１０７に付随して、鼻受部４０が設けられている。鼻受部４０は、観察者の鼻に当接する（接触する）ことによって枠部１０２を支持する役割を有する。鼻受部４０は、枠部１０２を構成する一方のフレーム１０７の正面部１０７ａの中央部１０７ｇにおいて、枠部１０２を構成する他方のプロテクター１０８の中央部１０８ｇに挟まれるようにして、ねじ止めによって固定されている。また、図３に示すように、鼻受部４０は、中央上部の被固定部４３と、上下に延びる一対の長さ調整部材４１と、調整部材４１の先端に形成されたパッド部４２とを有する。被固定部４３は、鼻受部４０をフレーム１０７に安定して固定するための部分となっている。長さ調整部材４１は、パッド部４２の間隔、高さ位置等を調整する役割を有する。つまり、図示のように、鼻受部４０を含む中央部ＣＲ１は、観察者の眼に対する導光装置２０の位置を調整することにより、導光装置２０から射出される映像光の射出状態を調整する調整部として機能している。

テンプル部１０４は、フレーム１０７に設けた一対の側面部１０７ｂ，１０７ｃの先端に固定されている。テンプル部１０４は、観察者の耳に当接する（接触する）ことによって枠部１０２を支持する役割を有する。なお、テンプル部１０４と側面部１０７ｂ，１０７ｃとの連結部ＣＮ（図５参照）は、ヒンジ構造を有し、テンプル部１０４の折畳みが可能になっている。

以上のように、枠部１０２及びこれに支持される導光装置２０は、鼻に支持される鼻受部４０と耳に支持される一対のテンプル部１０４とによって、観察者の顔前に配置されることになる。言い換えると、観察者の眼に対する映像光の射出状態は、虚像表示装置１００における光学設計を前提として、鼻受部４０やテンプル部１０４の形状等と観察者の眼や鼻の位置といった身体的特徴によって定まることになる。これに対して、本実施形態では、上述のように、鼻受部４０を含む部分が、導光装置２０から射出される映像光の射出状態を調整する調整部として機能することで、観察者の個体差に応じて観察時の負担を軽減させた状態にできるものとなっている。

以下、虚像表示装置１００の光学系の構成について説明する。まず、第１表示装置１００Ａは、投影用の光学系である投射透視装置７０と、映像光を形成する画像表示装置８０とを備えると見ることができる。投射透視装置７０は、第１像形成本体部１０５ａによって形成された画像を虚像として観察者の眼に投射する役割を有する。投射透視装置７０は、導光及び透視用の導光部材１０と、透視用の光透過部材５０と、結像用の投射レンズ３０とを備える。つまり、第１光学部材１０１ａ又は導光装置２０は、導光部材１０と光透過部材５０とで構成され、第１像形成本体部１０５ａは、画像表示装置８０と投射レンズ３０とで構成される。

図２や図３に示すように、導光部材１０と光透過部材５０とは、互いに固定されて一体的な導光装置２０を構成している。導光装置２０は、映像の光を内部で反射させつつ観察者の眼に導く光透過性の光学ブロック状又はプリズム状の部材である。導光装置２０のうち周囲部分に囲まれた本体部分は、長円状の輪郭を有する。ここで、光透過部材５０は、導光部材１０の先端側、すなわち射出側又は光射出側の第１導光部分１１に連結するようにその延長方向に配置され、接着剤を利用した接合によって第１導光部分１１に固定されている。導光部材１０及び光透過部材５０を組み合わせた導光装置２０は、図１における第１光学部材１０１ａに相当し、投射透視装置７０の投射レンズ（投射光学系）３０と表示用の画像パターンを形成する画像表示装置８０とは、図１における第１像形成本体部１０５ａに相当する。

以下、図４等を参照して、第１像形成本体部１０５ａを構成する画像表示装置８０と投射レンズ３０とについて説明する。

画像表示装置８０は、照明光を射出する照明装置８１と、透過型の空間光変調装置である映像表示素子８２と、照明装置８１及び映像表示素子８２の動作を制御する駆動制御部８４とを有する。

画像表示装置８０の照明装置８１は、赤、緑、青の３色を含む光を発生する光源８１ａと、この光源からの光を拡散させて矩形断面の光束にするバックライト導光部８１ｂとを有する。映像表示素子８２は、例えば液晶表示デバイスで形成され、照明装置８１からの照明光を空間的に変調して動画像等の表示対象となるべき画像光を形成する。駆動制御部８４は、光源駆動回路８４ａと、液晶駆動回路８４ｂとを備える。光源駆動回路８４ａは、照明装置８１に電力を供給して安定した輝度の照明光を射出させる。液晶駆動回路８４ｂは、映像表示素子８２に対して画像信号又は駆動信号を出力することにより、透過率パターンとして動画や静止画の元になるカラーの映像光又は画像光を形成する。なお、液晶駆動回路８４ｂに画像処理機能を持たせることができるが、外付けの制御回路に画像処理機能を持たせることもできる。

投射レンズ３０は、構成要素として３つの光学素子３１〜３３を備える投射光学系であり、これらの光学素子３１〜３３を収納して支持する鏡筒３９を含む。光学素子３１〜３３は、例えば非球面レンズであり、導光部材１０の一部と協働して導光部材１０の内部に映像表示素子８２の表示像に対応する中間像を形成する。鏡筒３９は、前端側に矩形枠状の係合部材３９ａを有する。係合部材３９ａは、導光部材１０の第２導光部分１２側の先端部と嵌合することで、鏡筒３９に対する導光部材１０の位置決めを可能にしている。

以下、図５等を参照して、虚像表示装置１００による画像の投射方向と、画像の観察における観察者の目線の方向（視線）との関係等について説明する。このため、まず、虚像表示装置１００における設計上の構成について説明する。

図５（Ａ）は、虚像表示装置１００を左側から見た側面図であり、図５（Ｂ）は、虚像表示装置１００を左側から見た断面図である。なお、図５（Ｂ）は、導光装置２０を垂直方向に切断した断面であって、射出側光軸ＡＸＯ（図４参照）を含むように切断したものとなっている。また、図５（Ｃ）は、導光装置２０を垂直方向に切断した断面（図５（Ｂ）に示す断面）に平行な面に対して各部で規定される方向を射影して、角度の関係を示した図である。

虚像表示装置１００は、眼、鼻、耳について標準的な大きさや位置を想定して各部の構成がなされている。ここでは、図５（Ｂ）に示すように、標準的な位置にあるものとして想定される仮想の眼ＥＹｉ及び仮想の耳ＥＡｉに基づいて装置の姿勢を定める部分すなわち装着時に人体に接して支持される部分が構成されている。より具体的に説明すると、眼ＥＹｉの眼球の中心位置ＹＰと、耳ＥＡｉの付け根の上端位置ＡＰとを含む平面を各部の配置を定める基準である支持位置基準面ＳＳと呼ぶものとし、虚像表示装置１００のうち装置を支持する部分やこれに連関する部分は、この支持位置基準面ＳＳに基づいて形状や配置等が定められて構成されている。なお、仮想の眼ＥＹｉ及び仮想の耳ＥＡｉの位置については、例えば人体の眼と耳との位置関係についての平均値等から適宜決定されるものであり、図示を省略しているが、ここでは眼や耳は左右対称に位置にあるものとし、支持位置基準面ＳＳは、想定された標準的な位置にある左右の眼に関する中心位置ＹＰと左右の耳に関する上端位置ＡＰとの合計４つの点を含む平面となっているものとする。このように、人体の平均値等から決定される支持位置基準面ＳＳは、図示のように、やや前傾した面となる。このため、人体に接して支持される部分に連関する部分の一例であるフレーム１０７において、例えば側頭部側に配置される部分である側面部１０７ｂ，１０７ｃの上端部分１０７ｔは、支持位置基準面ＳＳに対応して略平行な方向にやや前傾した状態で延びている。フレーム１０７がこのように支持位置基準面ＳＳに合せた形状を有して配置されていることで、標準的な位置に眼や耳がある者が虚像表示装置１００を装着した場合には、すなわち仮想の眼ＥＹｉ及び仮想の耳ＥＡｉの位置に眼や耳がある者が虚像表示装置１００を装着した場合には、フレーム１０７に組み付けられた導光装置２０が、眼前の適切な位置及び角度で配置されるものとなる。さらに、導光装置２０を含む映像光を形成する各光学系は、上記のような姿勢で装置が支持されることを前提として、理想的な角度から映像光を射出するように設計されている。以上のように、虚像表示装置１００は、支持位置基準面ＳＳを基準として構成されることで、標準的な目鼻立ちを有する観察者に対しては、理想的な視線で画像を視認させられるように設計されている。

以下、虚像表示装置１００のうち映像光を形成する光学系の設計について説明するため、まず、虚像表示装置１００において光学系に関与する各方向について説明する。なお、図５（Ｃ）は、以下に規定する各方向の関係を抽象的に示している。虚像表示装置１００において、支持位置基準面ＳＳに平行な方向であって、かつ、図５（Ｂ）の断面において示される方向を基準方向と呼ぶものとし、符号ＦＤで示すものとする。また、虚像表示装置１００を装着した観察者にとっての正面方向を符号ＳＤで示すものとする。図５に示す場合では、設計上の正面方向として、標準的な骨格を有する観察者が真っ直ぐ座って或いは立った状態で正面を向いて装着している場合の水平方向を正面方向ＳＤと規定している。さらに、観察者が視線を正面方向ＳＤに比べて下方側に向けて俯瞰した状態で画像を眺める方向である俯瞰方向を符号ＢＤで示すものとする。俯瞰方向ＢＤは、映像光を形成する光学系から射出される画像光の中心軸の向きを示すものである。すなわち、図５（Ｂ）に示すように、俯瞰方向ＢＤは、導光装置２０から射出される映像光の中心を示す射出側光軸ＡＸＯの延びる方向に平行である。観察者は、正面方向ＳＤに対して俯瞰方向ＢＤがある程度の下方の角度となっていることによって観察時の負担を軽減される。

虚像表示装置１００のうち、映像光を形成する光学系は、上述したように支持位置基準面ＳＳに基づいてすなわち基準方向ＦＤに基づいて人体に接して支持される部分が構成されることを踏まえた上で、最適な角度で俯瞰方向ＢＤが射出されるように画像表示装置８０や導光装置２０等の映像光を形成する光学系の配置や形状等が規定されて、俯瞰方向ＢＤから光が射出されるような構成となっている。

この俯瞰方向ＢＤを観察者にとって最適化されるように、ここでは、虚像表示装置１００の設計において、基準方向ＦＤから規定の角度θをなすような方向から映像光を射出させるように構成されているものとする。また、図５（Ｂ）に示す標準的な（理想的な）位置関係で装着される場合において、正面方向ＳＤと基準方向ＦＤとは、角度α_ｉをなしているものとする。以上の場合、正面方向ＳＤと俯瞰方向ＢＤとのなす角の角度をη_ｉとすると、角度η_ｉは、観察者の眼を下方側に向ける度合いを示す俯角の値であり、
η_ｉ＝θ＋α_ｉ…（１）
と表されることになる。この角度η_ｉがダークフォーカスと呼ばれる観察者が目を閉じている際のリラックス状態にある視線角度（１０°前後）となるように設計されている。つまり、虚像表示装置１００の設計において、まず、人体に接して支持される部分の設計において定まる基準方向ＦＤと図５に示すように想定される理想的な状態での正面方向ＳＤとの角度α_ｉを規定し、次に、映像光を形成する光学系の設計において角度α_ｉとの関係で俯瞰方向ＢＤが最適な角度で射出されるように角度θを規定している、すなわち角度α_ｉと角度θとの和である角度η_ｉが最適な状態となるように規定している。これにより、標準的な状態で装着される場合、すなわち観察者が標準的な目鼻立ちを有する者であれば、調整等を要することなく理想的な状態でストレスフリーに画像を観察することができるような設計となっている。

しかしながら、人間には性別や人種等に伴う個体差があり、一般的には、多かれ少なかれ眼や耳等の実際の位置は、図５（Ｂ）に示すような標準的に設定した仮想の眼ＥＹｉ及び仮想の耳ＥＡｉの位置からずれていると考えられる。これに対して、標準的な状態に基づいて設計された虚像表示装置１００について見た場合、数値的には、上式（１）の各値において、右辺の角度θは、虚像表示装置１００の設計段階で定まる固定的な値であり不変である。一方、角度α_ｉは、図５に示す理想的な状態での正面方向ＳＤに基づいた角度であり、理想的な状態で装着された時のみに想定できる値である。つまり、実際の装着時では、観察者の個体差によって異なる角度となる。結果として、角度η_ｉについては、必ずしも実際の装着時において想定通りの状態すなわちダークフォーカスの状態になるとは限らない。以上に対して、本実施形態では、位置調整をする調整部として機能する鼻受部４０（図３等参照）を有することで、上記のような角度関係を変更可能とすることで、俯瞰方向ＢＤを変化させて、観察の状態を調整することで、観察者によって異なる個人間の感覚の差に応じて最適な状態を選択可能とし、観察時の負担軽減を可能にしている。また、正面方向ＳＤについて、例えば図５のような理想的な状態では標準的な装着状態において正面を向いている場合の水平方向と規定できるが、観察者がどの方向を正面として認識するかについては、例えば骨格の違いや眼の付き方の違い等があることから、一般には個人差がある。本実施形態では、結果的にこのような個人間の差も踏まえた調整が可能となっている。

図６は、上記のように標準的な目及び耳の位置を基準として設計された虚像表示装置１００を、実際に装着した様子について一例を示す図である。また、図７（Ａ）及び７（Ｂ）は、実際の装着における観察者の眼ＥＹと各方向ＦＤ等との関係について説明するための図である。

図６に示すように、実際の装着においては、観察者の眼ＥＹや鼻ＮＯの大きさや形状、位置関係等に個人差があることよって、虚像表示装置１００と観察者の眼ＥＹとの配置は、図５を参照して説明したような理想的な状態になっているとは限らない。ここで、映像と観察者の眼ＥＹとの位置関係を、図７（Ａ）に示す正面方向ＳＤ、基準方向ＦＤ及び俯瞰方向ＢＤについて抽象化して示すと、これらの方向の関係は、図５（Ｃ）に示した場合と同様にして、図７（Ｂ）のように示されることになる。具体的に説明すると、まず、図７（Ａ）において、導光装置２０から射出される映像光によって認識される虚像についての仮想的な映像の範囲を示す面を仮想面ＩＭとし、その中心を中心ＣＴとする。この場合、射出側光軸ＡＸＯは、中心ＣＴから仮想面ＩＭに対して垂直な方向に延び、射出側光軸ＡＸＯが延びる方向は、俯瞰方向ＢＤ（視線軸の方向）に一致することになる。また、この場合、基準方向ＦＤに対して正面方向ＳＤのなす角の角度をαとし、正面方向ＳＤと俯瞰方向ＢＤとのなす角の角度をηとすると、虚像表示装置１００の設計段階で既に確定している角度θを用いて、
η＝θ＋α…（２）
と表されることになる。ここで、上式（２）の角度αは、既述のように、個体差によって異なる値であり、理想的に規定された上式（１）の角度α_ｉとは必ずしも一致しない。言い換えると、ここでの正面方向ＳＤは、個々の観察者が正面と感じる方向であり、個体差があるので、正面方向ＳＤと基準方向ＦＤとのなす角である上式（２）の角度αは、一概に決定されない値である。一方、角度θの値は、既述のように虚像表示装置１００の設計時に定まった規定値であり、装着時においては、不変の値であり、上式（１）の場合と一致するものとなっている。従って、この場合、角度ηを一般的に理想的な値であるとされる１０°前後に保つように調整するためには、角度αを調整して理想的な角度α_ｉに一致させる或いはこれに略等しい値にすることが望ましいことになる。これは、見方を変えて言えば、正面方向ＳＤに対して基準方向ＦＤを変更する、すなわち観察者に対する虚像表示装置１００の姿勢を変化させることを意味し、さらに、この結果として俯瞰方向ＢＤも変更されることを意味する。なお、角度ηは、理想的な値としては１０°前後であるが、個人差や虚像表示装置としての外観的な違和感のなさ等の観点から、調整部である鼻受部４０によって、観察者の眼ＥＹの正面方向ＳＤに対する俯瞰方向ＢＤの角度は、０°よりも大きく１５°以下の角度の範囲となるように調整されていることが望ましい。

以下、図８を参照して、鼻受部４０のより具体的な構成の一例等について説明する。図８（Ａ）及び８（Ｂ）は、一例の鼻受部４０において、鼻受部４０を構成するパッド部４２の着脱について模式的に示す図である。ここで、パッド部４２は、左右一対の構成であるが（図３等参照）、左右対称な構造であるため、パッド部４２のうち一方についてのみ示すものとし、他方については、図示及び説明を省略する。

図示のように、鼻受部４０は、プロテクター１０８等（図３等参照）の装置本体部１００ｓ（例えば図３に示すプロテクター１０８や鼻受部４０の被固定部４３に相当する部分）側に取り付けられた突起部ＴＰを有している。一方、鼻受部４０のパッド部４２は、突起部ＴＰに対応して設けられた差込部４２ｐを有している。差込部４２ｐは、凹部ＲＰを形成している。突起部ＴＰは、球状に膨らんだ先端部ＢＰを有している。これに対して、差込部４２ｐは、例えば弾性のある樹脂やゴム材料で作製され、凹部ＲＰを突起部ＴＰの先端部ＢＰに合わせた形状としている。これにより、パッド部４２は、差込部４２ｐの凹部ＲＰを突起部ＴＰに対して嵌め込んで取り付けることにより、装置本体部１００ｓに対して着脱可能に固定できるものとなっている。さらに、図８（Ｂ）及び８（Ｃ）に例示するように、パッド部４２は、サイズや大きさの異なるものが複数用意されており、観察者の眼や鼻等の大きさや位置に応じて適切なものを選択可能となっている。

また、図８（Ｄ）は、別のパッド部４２の一例について模式的に示す図である。図示のように、パッド部４２の内部に可変性の芯金部４２ａが組み込まれていてもよい。つまり、芯金部４２ａを変形させることで、位置調整を行うものとしてもよい。

以上により、本実施形態の虚像表示装置１００では、調整部として機能する鼻受部４０によって、観察者の個体差に応じて正面方向ＳＤに対する俯瞰方向ＢＤの角度ηを変化させ、適した視線での観察を行わせることが可能になる。

以下、図４を参照して、投射透視装置７０等の機能、動作等の詳細について説明する。投射透視装置７０のうち、導光装置２０の一部である導光部材１０は、平面視において顔面に沿うように湾曲した円弧状の部材である。導光部材１０のうち、第１導光部分１１は、鼻に近い中央側つまり光射出側に配置され、光学的な機能を有する側面として、第１面Ｓ１１と、第２面Ｓ１２と、第３面Ｓ１３とを有し、第２導光部分１２は、鼻から離れた周辺側つまり光入射側に配置され、光学的な機能を有する側面として、第４面Ｓ１４と、第５面Ｓ１５とを有する。このうち、第１面Ｓ１１と第４面Ｓ１４とが連続的に隣接し、第３面Ｓ１３と第５面Ｓ１５とが連続的に隣接する。また、第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３との間に第２面Ｓ１２が配置され、第４面Ｓ１４と第５面Ｓ１５とは大きな角度を成して隣接している。

導光部材１０において、第１面Ｓ１１は、Ｚ軸に平行な射出側光軸ＡＸＯを中心軸とする自由曲面であり、第２面Ｓ１２は、ＸＺ面に平行な基準面（図示の断面）に含まれＺ軸に対して傾斜した光軸ＡＸ１を中心軸とする自由曲面であり、第３面Ｓ１３は、射出側光軸ＡＸＯを中心軸とする自由曲面である。第４面Ｓ１４は、ＸＺ面に平行な上記基準面に含まれＺ軸に対して傾斜した一対の光軸ＡＸ３，ＡＸ４の２等分線に平行な光軸ＡＸ５を中心軸とする自由曲面であり、第５面Ｓ１５は、ＸＺ面に平行な上記基準面に含まれるとともにＺ軸に対して傾斜した一対の光軸ＡＸ４，ＡＸ５の２等分線又はこれに対して小角度をなす線を中心軸とする自由曲面である。なお、以上の第１〜第５面Ｓ１１〜Ｓ１５は、水平（又は横）に延びＸＺ面に平行で光軸ＡＸ１〜ＡＸ５等が通る基準面（図示の断面）を挟んで、鉛直（又は縦）のＹ軸方向に関して対称な形状を有している。

導光部材１０のうち本体１０ｓは、可視域で高い光透過性を示す樹脂材料で形成されており、例えば金型内に熱可塑性樹脂を注入・固化させることにより成形する。なお、本体１０ｓの材料としては、例えばシクロオレフィンポリマー等を用いることができる。本体１０ｓは、一体形成品とされているが、導光部材１０は、既に説明したように機能的に第１導光部分１１と第２導光部分１２とに分けて考えることができる。第１導光部分１１は、映像光ＧＬの導波及び射出を可能にするとともに、外界光ＨＬの透視を可能にする。第２導光部分１２は、映像光ＧＬの入射及び導波を可能にする。

第１導光部分１１において、第１面Ｓ１１は、映像光ＧＬを第１導光部分１１外に射出させる屈折面として機能するとともに、映像光ＧＬを内面側で全反射させる全反射面として機能する。第１面Ｓ１１は、眼ＥＹの正面に配されるものであり、観察者に対し凹面形状を成している。なお、第１面Ｓ１１は、本体１０ｓの表面に施されたハードコート層２７によって形成される面である。

第２面Ｓ１２は、本体１０ｓの表面であり、当該表面にハーフミラー層１５が付随している。このハーフミラー層１５は、光透過性を有する反射膜（すなわち半透過反射膜）である。ハーフミラー層（半透過反射膜）１５は、第２面Ｓ１２の全体ではなく、第２面Ｓ１２を主にＹ軸に沿った鉛直方向に関して狭めた部分領域ＰＡ上に形成されている（図７（Ａ）参照）。ハーフミラー層１５は、本体１０ｓの下地面のうち部分領域ＰＡ上に、金属反射膜や誘電体多層膜を成膜することにより形成される。ハーフミラー層１５の映像光ＧＬに対する反射率は、シースルーによる外界光ＨＬの観察を容易にする観点で、想定される映像光ＧＬの入射角範囲において１０％以上５０％以下とする。具体的な実施例のハーフミラー層１５の映像光ＧＬに対する反射率は、例えば２０％に設定され、映像光ＧＬに対する透過率は、例えば８０％に設定される。

第３面Ｓ１３は、映像光ＧＬを内面側で全反射させる全反射面として機能する。第３面Ｓ１３は、眼ＥＹの正面に配されるものであり、第１面Ｓ１１と同様に観察者に対し凹面形状を成しており、第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３とを通過させて外界光ＨＬを見たときに、視度が略０になっている。なお、第３面Ｓ１３は、本体１０ｓの表面に施されたハードコート層２７によって形成される面である。

第２導光部分１２において、第４面Ｓ１４は、映像光ＧＬを内面側で全反射させる全反射面として機能する。第４面Ｓ１４は、映像光ＧＬを第２導光部分１２内に入射させる屈折面としても機能する。なお、第４面Ｓ１４は、本体１０ｓの表面に施されたハードコート層２７によって形成される面である。

第２導光部分１２において、第５面Ｓ１５は、既述のように、本体１０ｓの表面上に無機材料で形成される光反射膜ＲＭを成膜することで形成され、反射面として機能する。

光透過部材５０は、既述のように導光部材１０と一体的に固定され１つの導光装置２０となっている。光透過部材５０は、導光部材１０の透視機能を補助する部材（補助光学ブロック）であり、光学的な機能を有する側面として、第１透過面Ｓ５１と、第２透過面Ｓ５２と、第３透過面Ｓ５３とを有する。ここで、第１透過面Ｓ５１と第３透過面Ｓ５３との間に第２透過面Ｓ５２が配置されている。第１透過面Ｓ５１は、導光部材１０の第１面Ｓ１１を延長した曲面上にあり、第２透過面Ｓ５２は、当該第２面Ｓ１２に対して接着層ＣＣによって接合され一体化されている曲面であり、第３透過面Ｓ５３は、導光部材１０の第３面Ｓ１３を延長した曲面上にある。このうち第２透過面Ｓ５２と導光部材１０の第２面Ｓ１２とは、薄い接着層ＣＣを介しての接合によって一体化されるため、略同じ曲率の形状を有する。

光透過部材（補助光学ブロック）５０は、可視域で高い光透過性を示し、光透過部材５０の本体部分は、導光部材１０の本体１０ｓと略同一の屈折率を有する熱可塑性樹脂材料で形成されている。なお、光透過部材５０は、本体部分を導光部材１０の本体１０ｓに接合した後、接合された状態で本体１０ｓとともにハードコートによる成膜がなされて形成されるものである。つまり、光透過部材５０は、導光部材１０と同様、本体部分の表面にハードコート層２７が施されたものとなっている。第１透過面Ｓ５１と第３透過面Ｓ５３とは、本体部分の表面に施されたハードコート層２７によって形成される面である。

以下、虚像表示装置１００における映像光ＧＬ等の光路について説明する。映像表示素子（映像素子）８２から射出された映像光ＧＬは、投射レンズ３０によって収束されつつ、導光部材１０に設けた正の屈折力を有する第４面Ｓ１４に入射する。

導光部材１０の第４面Ｓ１４を通過した映像光ＧＬは、収束しつつ進み、第２導光部分１２を経由する際に、比較的弱い正の屈折力を有する第５面Ｓ１５で反射され、第４面Ｓ１４に内側から再度入射して反射される。

第２導光部分１２の第４面Ｓ１４で反射された映像光ＧＬは、第１導光部分１１において、比較的弱い正の屈折力を有する第３面Ｓ１３に入射して全反射され、比較的弱い負の屈折力を有する第１面Ｓ１１に入射して全反射される。なお、映像光ＧＬは、第３面Ｓ１３を通過する前後において、導光部材１０中に中間像を形成する。この中間像の像面ＩＩは、映像表示素子８２の像面ＯＩに対応するものである。

第１面Ｓ１１で全反射された映像光ＧＬは、第２面Ｓ１２に入射するが、特にハーフミラー層１５に入射した映像光ＧＬは、このハーフミラー層１５を部分的に透過しつつも部分的に反射されて第１面Ｓ１１に再度入射して通過する。なお、ハーフミラー層１５は、ここで反射される映像光ＧＬに対して比較的強い正の屈折力を有するものとして作用する。また、第１面Ｓ１１は、これを通過する映像光ＧＬに対して負の屈折力を有するものとして作用する。

第１面Ｓ１１を通過した映像光ＧＬは、観察者の眼ＥＹの瞳又はその等価位置に略平行光束として入射する。つまり、観察者は、虚像としての映像光ＧＬにより、映像表示素子（映像素子）８２上に形成された画像を観察することになる。

一方、外界光ＨＬのうち、導光部材１０の第２面Ｓ１２よりも−Ｘ側に入射するものは、第１導光部分１１の第３面Ｓ１３と第１面Ｓ１１とを通過するが、この際、正負の屈折力が相殺されるとともに収差が補正される。つまり、観察者は、導光部材１０越しに歪みの少ない外界像を観察することになる。同様に、外界光ＨＬのうち、導光部材１０の第２面Ｓ１２よりも＋Ｘ側に入射するもの、つまり、光透過部材５０に入射したものは、これに設けた第３透過面Ｓ５３と第１透過面Ｓ５１とを通過する際に、正負の屈折力が相殺されるとともに収差が補正される。つまり、観察者は、光透過部材５０越しに歪みの少ない外界像を観察することになる。さらに、外界光ＨＬのうち、導光部材１０の第２面Ｓ１２に対応する光透過部材５０に入射するものは、第３透過面Ｓ５３と第１面Ｓ１１とを通過する際に、正負の屈折力が相殺されるとともに収差が補正される。つまり、観察者は、光透過部材５０越しに歪みの少ない外界像を観察することになる。なお、導光部材１０の第２面Ｓ１２と光透過部材５０の第２透過面Ｓ５２とは、略同一の曲面形状をともに有し、略同一の屈折率をともに有し、両者の隙間が略同一の屈折率の接着層ＣＣで充填されている。つまり、導光部材１０の第２面Ｓ１２や光透過部材５０の第２透過面Ｓ５２は、外界光ＨＬに対して屈折面として作用しない。

ただし、ハーフミラー層１５に入射した外界光ＨＬは、このハーフミラー層１５を部分的に透過しつつも部分的に反射されるので、ハーフミラー層１５に対応する方向からの外界光ＨＬは、ハーフミラー層１５の透過率に弱められる。その一方で、ハーフミラー層１５に対応する方向からは、映像光ＧＬが入射するので、観察者は、ハーフミラー層１５の方向に映像表示素子（映像素子）８２上に形成された画像とともに外界像を観察することになる。

導光部材１０内で伝搬されて第２面Ｓ１２に入射した映像光ＧＬのうち、ハーフミラー層１５で反射されなかったものは、光透過部材５０内に入射するが、光透過部材５０に設けた不図示の反射防止部によって導光部材１０に戻ることが防止される。つまり、第２面Ｓ１２を通過した映像光ＧＬが光路上に戻されて迷光となることが防止される。また、光透過部材５０側から入射してハーフミラー層１５で反射された外界光ＨＬは、光透過部材５０に戻されるが、光透過部材５０に設けた上述の不図示の反射防止部によって導光部材１０に射出されることが防止される。つまり、ハーフミラー層１５で反射された外界光ＨＬが光路上に戻されて迷光となることが防止される。

以上の説明から明らかなように、本実施形態の虚像表示装置１００によれば、観察者の視線を下方側に俯瞰させた状態で映像を観察することが可能になるため、観察者の使用中の眼ＥＹへの負担を軽減して、長時間の使用であっても観察者のストレスを抑えることができる。特に、虚像表示装置１００では、観察者の眼、鼻、耳の位置が標準的な位置から外れていて、標準的な装着状態では狙いとする俯瞰方向での観察ができていないような場合であっても、調整部として機能する鼻受部４０によって、標準的な位置を規定する支持位置基準面ＳＳに基づいて設計された虚像表示装置１００の姿勢（装着状態）を調整して、観察者の個体差に応じて導光部材１０からの映像光ＧＬの射出状態を調整することで、正面方向ＳＤに対する俯瞰方向ＢＤの角度ηを変化させ、観察者の固体差に応じて適した視線での観察を行わせることが可能になる。また、この場合、観察者は、外界を認識できるシースルーの状態において、外界像から正面方向を認識し、認識された正面方向に合せて俯瞰方向の角度を調整することで、外界像に対する映像光の俯瞰方向の角度を最適とするように調整できる。

〔第２実施形態〕
以下、図９（Ａ）〜９（Ｃ）により、第２実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態の虚像表示装置は、第１実施形態の虚像表示装置１００の変形例であり、鼻受部を含む調整部の構造以外については、第１実施形態の場合と同様であるので、鼻受部及びその周辺の箇所のみを示し、全体の構成等については、図示及び説明を省略する。

図９（Ａ）は、本実施形態に係る虚像表示装置における鼻受部１４０を含む調整部の一例について模式的に示す図であり、図９（Ｂ）及び９（Ｃ）は、図９（Ａ）に示す鼻受部１４０における左右一対のパッド部１４２の着脱について模式的に示す図である。図示のように、鼻受部１４０は、左右一対のパッド部１４２のほか、各パッド部１４２に対応して設けられる取付構造部ＡＳを有している。図示のように、取付構造部ＡＳは、装置本体部１００ｓ（例えば図３に示すプロテクター１０８や鼻受部４０の被固定部４３に相当する部分）において一列に一定間隔で並んで複数設けられた同一形状の凸部ＰＰ（図示の例では３個）で構成されている。これに対して、パッド部１４２は、取付構造部ＡＳの凸部ＰＰに対応して一列に並んで複数設けられた同一形状の凹部ＲＲ（図示の例では３個）を有している。鼻受部１４０は、図９（Ｂ）及び９（Ｃ）に示すように、パッド部１４２の凹部ＲＲを、取付構造部ＡＳの凸部ＰＰに嵌めこむことによって位置決め固定される。この際、例えば図９（Ｂ）に示す場合と図９（Ｃ）に示す場合とのように、複数並ぶ凹部ＲＲと凸部ＰＰとを組み合わせる位置を変えることで、破線Ｐ１，Ｐ２に示すように、鼻受部１４０の高さを変えることができる。

〔第３実施形態〕
以下、図１０（Ａ）〜１０（Ｃ）により、第３実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態の虚像表示装置は、第１実施形態等の虚像表示装置１００の変形例であり、テンプル部の構造以外については、第１実施形態の場合と同様であるので、テンプル部及びその周辺の箇所のみを示し、全体の構成等については、図示及び説明を省略する。また、一対のテンプル部は、左右対称な構造であるため、テンプル部のうち一方についてのみ示すものとし、他方については、図示及び説明を省略する。

図１０（Ａ）は、本実施形態に係る虚像表示装置１００におけるテンプル部１０４の一例について示す図である。既述のように、一対のテンプル部１０４は、装着時において、耳に支持されることで、虚像表示装置１００を支持している。また、図示のように、テンプル部１０４とフレーム１０７の側面部１０７ｂとの連結部ＣＮは、ヒンジ構造を有しており、これにより、テンプル部１０４は、折畳み可能になっている。さらに、本実施形態では、図１０（Ａ）において模式的に示すように、連結部ＣＮからテンプル部１０４にかけて内部に可変性の芯金部１０４ａが組み込まれている。つまり、芯金部１０４ａを変形させることで、例えば矢印Ａ１に示す方向についてテンプル部１０４の姿勢を変え、映像の位置に関する位置調整が可能となっている。より詳しく説明すると、テンプル部１０４の延びる方向をテンプル部１０４の上端部１０４ｔが延びる方向を示す基準軸ＴＸとし、基準軸ＴＸの延びる方向をテンプル軸方向ＴＤとした場合、基準方向ＦＤに対して、テンプル部１０４が延びるテンプル軸方向ＴＤの角度を調整することで、結果として正面方向ＳＤに対する基準方向ＦＤの方向（角度）を変化させることができ、すなわち観察者の眼ＥＹに対する虚像表示装置１００の姿勢を変化させることができる。つまり、テンプル部１０４を含む部分が調整部として機能していることになる。

図１０（Ｂ）は、テンプル部１０４の一変形例について示す図である。本変形例では、ラチェット機構ＲＴを有することで、テンプル部１０４を含む部分が調整部として機能するものとなっている。具体的には、テンプル部１０４は、連結部ＣＮに固定的に取り付けられる取付部分１０４ｆと、取付部分１０４ｆに対して矢印Ａ２に示す方向に可動な状態で取り付けられる本体部分１０４ｓと、ラチェット機構ＲＴとを有している。ラチェット機構ＲＴは、テンプル部１０４のうち、取付部分１０４ｆに付随するギヤ部ＧＥと、テンプル部１０４の本体部分１０４ｓに付随する楔状の突起部ＧＦとで構成されている。ギヤ部ＧＥは、円盤状であり、その外周に一方向に偏った形状を有する複数のラチェット歯を有している。取付部分１０４ｆは、円盤状のギヤ部ＧＥの中心軸として回転可能となっている。テンプル部１０４の突起部ＧＦは、先端側においてギヤ部ＧＥのラチェット歯と噛み合わさり、逆転を阻止する回転規制がかかりつつ、矢印Ａ２に示す方向について多段階でテンプル部１０４の姿勢を変化可能としている。なお、この場合、逆転を阻止する回転規制があるため、姿勢の調整は、例えば矢印Ａ２に示すように一方向のみとなるが、例えば突起部ＧＦとラチェット歯との噛み合わせを解いて、ラチェット機構ＲＴによる回転規制を解除可能な機構を有するものとすることで、テンプル部１０４の姿勢を初期の状態に戻すことができる。

また、上記のほか、例えばテンプル部１０４全体又は一部を着脱可能とし、大きさや形状の異なるものから選択する態様とすることもできる。さらに、側頭部に接触する部分（内側部分）に取り付けるテンプル用パッドを着脱可能とし、当該テンプル用パッドの形状によって観察者の眼に対して姿勢を変化させるものとしてもよい。

〔第４実施形態〕
以下、図１１（Ａ）等により、第４実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態の虚像表示装置は、第１実施形態の虚像表示装置１００の変形例であり、画像補正の処理以外については、第１実施形態等の場合と同様であるので、全体の構成等については、図示及び説明を省略する。

図１１（Ａ）は、本実施形態に係る虚像表示装置における画像補正について説明するための図であり、表示される映像の範囲を示すものである。つまり、観察者の眼に画像として認識されるべき虚像が映し出される範囲に関して仮想的に示すものである。図示において、表示可能領域ＤＰは、画像表示装置８０（図４等参照）によって映像を表示させることが可能な範囲を示している。一方、映像領域ＤＤは、表示可能領域ＤＰに示す範囲のうち実際に映像を表示する範囲を示している。この場合、映像領域ＤＤとして表示可能領域ＤＰの全体を使わず、マージンＭＧを設け、マージンＭＧの範囲内で表示可能領域ＤＰ面内について例えば矢印ＡＡ１，ＡＡ２の方向（上下方向）に映像領域ＤＤを適宜シフトさせる画像補正の処理を可能としている。つまり、映像領域ＤＤとして映し出される位置を調整することで、結果的に観察者の視線を変化させることができる。なお、映像領域ＤＤの位置調整の処理については、例えば画像表示装置８０の液晶駆動回路８４ｂ（図４参照）に画像処理機能を持たせること等により可能となる。すなわち、本実施形態の場合、液晶駆動回路８４ｂが映像表示素子８２による画像形成の範囲を調整する画像補正部となることで、調整部として機能している。

なお、以上のように画像補正部を調整部とする調整の場合、画像の中心位置を変化させることに相当する。従って、第１実施形態に示す式（２）で言えば、角度θの値を調整することによって角度ηを理想的な状態に変更することになる。

また、上記において、表示可能領域ＤＰの範囲をさらに広げるものとしてもよい。例えば、図１１（Ｂ）に示すように、より広い範囲で画像情報を持つ仮想的な映像領域ＤＩを設定し、表示可能領域ＤＰが映像領域ＤＩの中で指定可能であるものとすれば、映像領域ＤＩの範囲内で表示可能領域ＤＰを変化させることができる。この場合、例えば虚像表示装置にジャイロセンサーを搭載しておくことで、観察者の体の動きに表示可能領域ＤＰの範囲の変化をシンクロさせて、矢印ＡＢ１〜ＡＢ４に示す方向について、表示可能領域ＤＰにおいて映し出すべき画像の範囲を変化させることができる。

また、映像領域ＤＩの範囲については、矢印ＡＣ１〜ＡＣ４に示すように、さらに仮想的な範囲を広げることができ、例えば３６０°回転して矢印ＡＣ１に示す方向の先端と矢印ＡＣ２に示す方向の先端とが繋がり、また、矢印ＡＣ３に示す方向の先端と矢印ＡＣ４に示す方向の先端とが繋がって、全体が繋がるような範囲を、仮想的な映像領域ＤＩとしてもよい。

以上、各実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の各実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

まず、上記の説明では、虚像表示装置１００を構成するための基準である支持位置基準面ＳＳを、標準的な位置にある眼球の中心位置ＹＰと耳の付け根の上端位置ＡＰとによって規定しているが、支持位置基準面ＳＳは、これに限らず様々な位置を基準なるべき、面として設定することができる。例えば、フレームが耳の付け根の上端以外の箇所として耳全体で支持される場合には、標準的な眼球の中心位置とフレームを支持する耳全体のうちの中心位置とを含む面を支持位置基準面としてもよい。

また、上記の説明では、フレーム１０７は、虚像表示装置１００のうち映像光を形成する光学系である画像表示装置８０や導光装置２０を直接的に支持しているが、フレームがこれら全てを直接的に支持する場合に限らず、例えば画像表示装置８０や導光装置２０を一体のケース等に納め、当該ケース等を介して間接して支持しているものとしてもよい。

上記の説明では、第１実施形態では鼻受部が調整部として機能し、第２実施形態ではテンプル部が調整部として機能し、第３実施形態では画像補正部が調整部として機能しているが、鼻受部やテンプル部、画像補正部を組み合わせて調整を行い、これら全体をもって調整部としてもよい。この場合、例えば装着時においては、鼻受部やテンプル部によって調整を行い、例えば観察中に調整しきれていないと分かれば、画像観察時に画像補正部によって再調整を行う、といったことも可能となる。また、複数の調整機能を有することで、調整可能な範囲をより広くして、眼や鼻、耳の位置が標準的な位置から大きく外れているような観察者が使用する場合であっても、長時間の観察に適した状態とすることができる。また、例えば先に鼻受部やテンプル部等の外部機構的な手法による調整がなされていれば、画像補正部による画像処理的（内部機構的）な処理での補正量が少なくて済むとも考えられる。つまり、図１１（Ａ）に示す映像領域ＤＤを大きくする（マージンＭＧを減らす）ことができる。また、個体差に関しては、鼻の形状や位置による影響が最も大きいのが一般的である。従って、例えば各調整部を組み合わせる場合、鼻受部による調整を他の調整部による調整よりも優先することとしてもよい。

また、上記以外の調整部として、例えば弾性を有しており、観察者の側頭部から後頭部にかけて一周するように巻き付けるヘッドバンドを用い、当該ヘッドバンドによって、虚像表示装置を観察者の眼に対して所望の位置及び角度に調整された状態を維持して固定するものとしてもよい。

上記実施形態では、画像表示装置８０において、透過型の液晶表示デバイス等からなる映像表示素子８２を用いているが、画像表示装置８０としては、透過型の液晶表示デバイス等からなる映像表示素子８２に限らず種々のものを利用可能である。例えば、反射型の液晶表示デバイスを用いた構成も可能であり、液晶表示デバイス等からなる映像表示素子８２に代えてデジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。また、画像表示装置８０として、ＬＥＤアレイやＯＬＥＤ（有機ＥＬ）などに代表される自発光型素子を用いることができる。

映像表示素子８２と投射レンズ３０との固定方法は、映像表示素子８２を鏡筒３９に直接固定する様々な手法を用いることができる。

枠部１０２については、実施形態に例示した形状又は眼鏡のフレームに似た外観に限らず、投射レンズ３０と導光装置２０とを橋渡しすることができる様々な形状とできる。また、鼻受部４０，１４０の形状についても種々のものが適用できる。

上記実施形態では、フレーム１０７と投射レンズ３０とが別体でネジ止めによって投射レンズ３０をフレーム１０７に固定しているが、投射レンズ３０の鏡筒３９をフレーム１０７と一体成形することもできる。鏡筒３９をフレーム１０７と一体成形する方法として、アウトサート成形、ダイカスト一体成形後の鏡筒部削り出し等の手法がある。

導光装置２０又は投射レンズ３０については、ネジ止めによる締結に限らず、様々な手法でフレーム１０７に固定することができる。

上記実施形態では、投射レンズ３０の鏡筒３９に導光装置２０との係合部材３９ａを設けているが、導光装置２０側に例えば鏡筒３９を挟むように鏡筒３９と嵌合する係合部材を設けることができる。

上記実施形態では、ハーフミラー層（半透過反射膜）１５が横長の矩形領域に形成されるとしたが、ハーフミラー層１５の輪郭は用途その他の使用に応じて適宜変更することができる。また、ハーフミラー層１５の透過率や反射率も用途その他に応じて変更することができる。

上記実施形態では、ハーフミラー層１５が単なる半透過性の膜（例えば金属反射膜や誘電体多層膜）であるとしたが、ハーフミラー層１５は、平面又は曲面のホログラム素子に置き換えることができる。

上記実施形態では、映像表示素子８２における表示輝度の分布を特に調整していないが、位置によって輝度差が生じる場合等においては、表示輝度の分布を不均等に調整することができる。

上記の説明では、一対の表示装置１００Ａ，１００Ｂを備える虚像表示装置１００について説明しているが、単一の表示装置とできる。つまり、右眼及び左眼の双方に対応して、一組ずつ投射透視装置７０及び画像表示装置８０を設けるのではなく、右眼又は左眼のいずれか一方に対してのみ投射透視装置７０及び画像表示装置８０を設け、画像を片眼視する構成にしてもよい。この場合、フレーム１０７やテンプル部１０４は、例えば図１等に示すままで左右対称に配置する形状とする。

上記実施形態では、導光部材１０の第１面Ｓ１１及び第３面Ｓ１３において、表面上にミラーやハーフミラー等を施すことなく空気との界面により映像光を全反射させて導くものとしているが、本願発明の虚像表示装置１００における全反射については、第１面Ｓ１１又は第３面Ｓ１３上の全体又は一部にミラーコートや、ハーフミラー膜が形成されてなされる反射も含むものとする。例えば、映像光の入射角度が全反射条件を満たした上で、上記第１面Ｓ１１又は第３面Ｓ１３の全体又は一部にミラーコート等が施され、実質的に全ての映像光を反射する場合も含まれる。また、十分な明るさの映像光を得られるのであれば、多少透過性のあるミラーによって第１面Ｓ１１又は第３面Ｓ１３の全体又は一部がコートされていてもよい。

上記の説明では、導光部材１０等が眼ＥＹの並ぶ横方向に延びているが、導光部材１０を縦方向に延びるように配置することもできる。この場合、導光部材１０は、例えば上部での片持ち状態によって支持される。

また、対向して配置される第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３は、観察者に対し凹面形状を成しているものとしているが、第１面Ｓ１１及び第３面Ｓ１３が平行な平面形状であるものとしてもよい。この場合、観察者が第１面Ｓ１１及び第３面Ｓ１３を透過して外界を見た場合に視度を０とすることができる。また、第１面Ｓ１１及び第３面Ｓ１３が平行な平面形状である場合において、例えば第１面Ｓ１１及び第３面Ｓ１３以外の他の面については曲面を持たせることで、中間像を形成させるものとしてもよく、中間像を形成しない構成の画像形成であるものとすることも可能である。

ＡＸ４〜ＡＸ５…光軸、 ＧＬ…映像光、 ＨＬ…外界光、 ＯＩ…像面、 ＰＡ…部分領域、 ＲＭ…光反射膜、 Ｓ１１〜Ｓ１５…第１〜第５面、 Ｓ５１〜Ｓ５３…透過面、 ３１〜３３…光学素子、 １０…導光部材、 １０ｇ…取付部、 １０ｓ…本体、 １１，１２…導光部分、 １５…ハーフミラー層、 ２０…導光装置、 ３０…投射レンズ、 ３９…鏡筒、 ３９ａ…係合部材、 ３９ｇ…取付部、 ３９ｈ…後端部、 ４０、１４０…鼻受部（調整部）、 ４２、１４２…パッド部、 ＴＰ…突起部、 ＲＰ…凹部、 ＡＳ…取付構造部、 ４２ａ…芯金部、 ５０…光透過部材、 ６１ｅ，６１ｆ…固定部、 ６５ａ，６５ｂ…側方端部、 ７０…投射透視装置、 ８０…画像表示装置、 ８１…照明装置、 ８１ａ…光源、 ８１ｂ…バックライト導光部、 ８２…映像表示素子、 ８４…駆動制御部、 ８４ａ…光源駆動回路、 ８４ｂ…液晶駆動回路（画像補正部、調整部）、 ８８…素子用ケース、 １００…虚像表示装置、 １００ｓ…装置本体部、 １００Ａ，１００Ｂ…表示装置、 １０１ａ，１０１ｂ…光学部材、 １０２…枠部、 １０４…テンプル部（調整部）、 ＲＴ…ラチェット機構、 １０４ａ…芯金部、 １０５ａ，１０５ｂ…像形成本体部（光学ユニット）、 １０５ｄ…外装部材、 １０７…フレーム、 １０７ａ…正面部、 １０７ｂ，１０７ｃ…側面部、 １０８…プロテクター、 ＳＳ…支持位置基準面、 ＦＤ…基準方向、 ＳＤ…正面方向、 ＢＤ…俯瞰方向

Claims (11)

1. 映像素子と、
   観察者の眼前に配置されるとともに、前記映像素子からの光を観察者の眼に向けて画像を視認させる導光部材と、
   少なくとも標準的な眼の位置を想定して定まる支持位置基準面に基づいて、前記導光部材を眼前の所定の位置に配置させて支持するフレームと、
   観察者の眼に対する前記導光部材からの光の射出状態を調整する調整部と、
   装着時において観察者の耳に接触して装置を支持するテンプル部と
   を備え、
   前記導光部材は、観察者に視認させるべき光を、前記支持位置基準面に対して角度をもった方向から射出して、観察者の眼を下方側に俯瞰させる俯瞰方向から画像を視認させ、
   前記調整部は、前記導光部材からの光の射出状態の調整により、観察者の眼の位置に対する前記俯瞰方向の角度を変化させ、
   前記支持位置基準面は、標準的な位置として想定された眼球の中心位置と、標準的な位置として想定された耳の付け根の上端位置と、を含む平面であり、
   前記調整部は、装着時において観察者の鼻に接触して装置を支持する鼻受部を含み、
   前記鼻受部は、装着時において観察者の鼻に接触するパッド部を有し、
   前記パッド部は、装置本体部に着脱可能に固定され、
   前記フレームは、前記フレームから観察者の後頭部に向かって延びる一対の側面部を有し、前記一対の側面部において少なくとも前記映像素子を含む画像形成本体部をそれぞれ支持し、
   前記テンプル部は、前記側面部にそれぞれ連結され、前記支持位置基準面に平行な基準方向に対して交差する方向に傾き、観察者の耳の付け根を通り、観察者の後頭部に向かって延び、
   前記調整部は、前記側面部に対して前記テンプル部の延びる方向の角度を変化させることにより、前記テンプル部の姿勢を変化させる、
   虚像表示装置。
2. 前記鼻受部は、前記パッド部を嵌め込むことにより前記装置本体部に前記パッド部を着脱可能に固定する取付構造部を有する、請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記取付構造部は、前記パッド部を嵌め込むことにより着脱可能に固定する突起部を有し、
   前記パッド部は、前記突起部に対応する凹部を有する差込部を有する、請求項２に記載の虚像表示装置。
4. 前記突起部は、前記装置本体部に対して下側に延び、
   前記パッド部は、装着時において観察者の鼻から上側に沿って延び、先端部に前記差込部を有する、請求項３に記載の虚像表示装置。
5. 前記取付構造部は、前記装置本体部の複数の位置において前記パッド部を着脱可能に取り付ける複数の凸部を有し、
   前記パッド部は、前記複数の凸部に対応する凹部を有する、請求項２に記載の虚像表示装置。
6. 前記調整部は、前記側面部に対して前記テンプル部の延びる方向の角度を変化させるラチェット機構をさらに有する、請求項１から５までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
7. 前記調整部は、装置を支持する支持部の一部に組み込まれた可変性の芯金部を含む、請求項１から６までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
8. 前記調整部は、前記映像素子による画像形成の範囲を調整する画像補正部を含む、請求項１から７までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
9. 前記調整部は、観察者の眼の正面方向に対する前記俯瞰方向の角度を、０°よりも大きく１５°以下の角度の範囲となるように調整する、請求項１から８までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
10. 前記導光部材は、前記映像素子からの光を導光するとともに外界の光の透視を可能にし、
    前記導光部材に連結され外界の光の透視機能を補う光透過部材をさらに有する、請求項１から９までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
11. 前記調整部は、外界の光の観察における観察者の眼の正面方向に対して前記俯瞰方向の角度を調整する、請求項１０に記載の虚像表示装置。
    

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