JPH06326945A

JPH06326945A - 頭部装着式映像表示装置

Info

Publication number: JPH06326945A
Application number: JP5114692A
Authority: JP
Inventors: Hisami Kikuchi; 久美菊池
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-05-17
Filing date: 1993-05-17
Publication date: 1994-11-25

Abstract

(57)【要約】【目的】メカ機構なしで簡単かつ適切に視度補正がで
き、コンパクトな頭部装着式映像表示装置を提供する。【構成】２次元表示素子１１、プリズム１２、ハーフ
ミラー１３、凹面鏡１４、接眼レンズ、液晶シャッター
を持つシースルー機能を有する装置で、接眼レンズ、液
晶シャッターを、電圧制御により屈折率が変化する液晶
レンズ１９，液晶レンズ２０にする。液晶レンズを電圧
制御するためのコントローラ５１を設ける。液晶レンズ
に電圧を印加することで電圧変化に応じて連続的にレン
ズの屈折率を変えることができる。電圧の調整だけで光
学系のパワーを変えて視度補正が行え、液晶シャッター
の代行もできる。シースルー機能を保持しつつ、視度補
正のために２次元表示素子やレンズ本体を動かす必要は
なく、そのためのメカ機構や動作空間が不要で、装置構
成は簡易で極めてコンパクトである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、頭部装着式映像表示装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】観察者の眼前部に装着される本体ケース
に液晶パネル及びレンズを組み込んだ画像表示装置とし
て、図７に示すような構成の技術は、特開平３−２５７
４８８号公報に開示されている。これは、本体ケース１
０１の一辺に取り付けた凸レンズ１０２の光軸上に４５
度傾けて配置されたハーフミラー１０３を有し、上記光
軸上に凹レンズ１０４と液晶シャッター１０５を凸レン
ズ１０２と平行になるように設け、上記光軸に垂直でハ
ーフミラー１０５の面との交点を通る軸上に液晶パネル
１０６を設けた装置構成のものである。

【０００３】装着時、液晶パネル１０６の画像をレンズ
１０２を通して装着者の眼に与えて、使用者はその表示
画像を見ることができる。外の景色を見るときには、使
用者は装置を眼球の前から取り除くことなく、液晶シャ
ッターをＯＮ、ＯＦＦしてこれを行える（シースルー観
察）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この装置にお
いて視度調整機構はなく、近視や遠視の人には焦点が合
わず像が見えにくくなるという問題がある。この種の装
置は、使用者がかかる表示装置を装着し、小型画像表示
手段によってでも、大きなサイズの画面映像を楽しめる
ようにしたり、あるいは左眼用及び右眼用に対応した映
像を利用し立体感を得ることができるようにして、装着
者にあたかもその画像による空間、場所等に現に居るが
如き疑似体験をさせるようにするなど、種々の用途への
利用が期待されているものであるところ、利用者によっ
ては、近視者、遠視者、あるいはそうでない者もいる。
このような場合の対応性を上記装置はもたない。

【０００５】ここで、眼前部分のレンズや液晶パネル等
を動かして視度補正を行う方法が考えられるが、しか
し、この方法では、その移動の対象となる部品を動かす
ための空間、スぺースを本体に確保し、かつそのための
移動用メカ機構をも本体に組み込む構成が必要となり、
装置本体が大きくなってしまうという問題が生ずる。こ
のため、その分、機構的な構造が複雑になり、かつコン
パクト化もそれだけ制約を伴い、困難なものとなる。

【０００６】本発明は、上記のような不利、不便を解消
し、たとえ近視者等視度補正が必要な者が使用する場合
でも、これに適切に対応でき、しかも装置の複雑化、大
型化を避けつつこれを実現できる頭部装着式映像表示装
置を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の頭部装着式映像
表示装置は、画像表示手段と部分透過反射面と拡大鏡と
シャッター部とを有して、前記シャッター部が外界光を
遮断するとき前記画像表示手段からの画像が前記部分透
過反射面を透過し前記拡大鏡で反射し、更に前記部分透
過反射面で反射されて観察者に観察可能であり、前記シ
ャッター部が外界光を遮断しないとき外界光が前記部分
透過反射面を透過して観察者に観察可能な頭部装着式映
像表示装置であって、電圧制御により屈折率が変化す
る、視度調整用の液晶レンズを有することを特徴とする
ものである。

【０００８】

【作用】本発明においては、視度調整用の液晶レンズに
よって視度補正が可能で、たとえ使用者が近視や遠視の
人であっても、焦点が合わず像が見えにくくなるという
不便はない。かつまた、液晶レンズに電圧を印加するこ
とで電圧変化に応じて連続的にレンズの屈折率を変える
ことができる。故に、電圧の調整だけで簡単に視度補正
が行え、２次元表示素子やレンズ本体を動かす必要もな
く、そのためメカ機構や動作空間が不要で、装置構成が
簡易で極めてコンパクトとなる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１は、本発明の一実施例を示す。本実施例では、
２次元表示素子からの電子像を拡大鏡で拡大して装着者
の眼に結像させ、また一方、外界の様子も見えるように
するシースルー機能を備える頭部装着式映像表示装置で
あって、その投影光学系は、図１のように、観察像を表
示する画像表示手段としての２次元表示素子１１、プリ
ズム１２及びハーフミラー１３、拡大反射させる凹面鏡
１４、プリズム１２の一端側において装着者の眼１８と
対向させる液晶凸レンズ１９、プリズム１２の他端側に
おいて装置前面側に臨ませる液晶凹レンズ２０及び偏光
板２１を有する。本例においては、液晶凸レンズ１９は
接眼レンズに相当し、また、外界光の透過、遮断を切り
換えるシャッター部は、液晶凹レンズ２０及び偏光板２
１をもって構成させる。

【００１０】これら投影光学系の構成部分については、
液晶凸レンズ１９及び液晶凹レンズ２０を含んで、それ
ぞれ観察者の左眼用、右眼用のものとして、眼前部に装
着されるゴーグル型等の装置本体（図示せず）左右の各
位置において取り付け固定してなる構成のものであって
よい。２次元表示素子１１も、視度補正のためにこれを
動かすことはなく、従ってその移動のためのメカ機構も
本装置はもたないでよい。

【００１１】２次元表示素子１１は例えばＬＣＤによる
ものである。外界光を遮断し電子像を観察するとき（電
子像観察時）にあっては、その２次元表示素子１１から
の光は、これをプリズム１２、ハーフミラー１３を透過
させて凹面鏡１４により拡大反射させ、更に、部分透過
反射面を構成する上記ハーフミラー１３で反射させ液晶
凸レンズ１９を通して観察者の眼１８に導くように、ま
た外界光を遮断しないとき（外界像観察時）は、液晶凹
レンズ２０及び偏光板２１を通し外界光がハーフミラー
１３、液晶凸レンズ１９を透過して観察者の眼１８に達
するように、それら２次元表示素子１１、プリズム１
２、ハーフミラー１３、凹面鏡１４、液晶凸レンズ１
９、液晶凹レンズ２０及び偏光板２１が図示の位置関係
で配置されている。

【００１２】上記のような光学系の配置構成において、
液晶凸レンズ１９及び液晶凹レンズ２０は、液晶レンズ
への電圧制御のための制御機構部を含むコントローラ５
１を接続してある。これにより、電圧制御で屈折率を変
化させるべく印加電圧の調整をする。

【００１３】図２，図３に示す原理説明図において、図
２に示す液晶レンズの場合は、２枚の透明光学部材であ
る平板レンズ３１及び凸面レンズ３２をあわせて形成す
るレンズ状の空間に液晶材３３を封入してなる張り合わ
せレンズである。図中、３４はスペーサ、３５は透明電
極である。透明電極３５を電源３６（可変電源）に接続
し、このレンズに電圧を印加すると、液晶分子が傾いて
いき、複屈折性により液晶レンズの屈折率が異常光に対
するｎ_eから常光に対するｎ_oへと連続的に変化する。
従って、電圧による屈折率の調節が可能である。また、
図３において、ｆ_oを常光に対する焦点距離、ｆ_eを異
常光に対する焦点距離とすると、一般に、上記のような
液晶レンズ３７と偏光板３８偏光板を組み合わせて同図
（ａ），（ｂ）のように焦点距離ｆ_o，ｆ_eが変えられ
る。

【００１４】本装置においては、このような液晶による
レンズを、光学レンズに代えてまたはこれととともに用
いるようにするものであり、図１に示したコントローラ
５１内には、利用者が近視者、遠視者であっても、視度
調整のため使用者が必要に応じその出力印加電圧を所要
のものとする調整操作が可能な電源３６が設けられてい
るのである。

【００１５】図８に示す比較例との対比していえば、次
の通りである。即ち、これは、２次元表示素子１１、プ
リズム１２、ハーフミラー１３、凹面鏡１４、接眼レン
ズ５、液晶シャッター部を備えるシースルー機能を有す
る頭部装着式映像表示装置であって、シースルー機能の
ために、凹レンズ６の前面に２枚の偏光板８の間に液晶
を封入してある液晶シャッター７を備えている。ここ
で、このものにおいて、視度調整を行うためには、図８
の矢印のように凸レンズの接眼レンズ５及び凹レンズ６
を移動してレンズ間距離を変化させて光学系のパワーを
変えるか、もしくは２次元表示素子１１を図８のように
動かす。

【００１６】これに対して、本発明に従う装置は、この
ような装置において、光学レンズ及び液晶シャッター部
を液晶レンズに置き換え、かつ液晶レンズを電圧制御す
るコントローラを備えるように構成するものである。即
ち、２次元表示素子１１と、プリズム１２及びハーフミ
ラー１３による部分透過反射面と、凹面鏡１４と、接眼
レンズ５と、液晶シャッター７等を有し、液晶シャッタ
ー７が外界光を遮断するとき２次元表示素子１１からの
画像が部分透過反射面を透過し凹面鏡１４で反射し、部
分透過反射面で反射され接眼レンズ５を透過して観察者
に観察でき、液晶シャッター７が外界光を遮断しないと
き外界光が部分透過反射面、接眼レンズ５を透過して観
察者に観察できるように配置された頭部装着式映像表示
装置において、その接眼レンズ、液晶シャッターその他
のレンズの一部もしくは全部を電圧制御により屈折率が
変化する液晶レンズにしようというものであり、光学レ
ンズ及び液晶シャッター部を液晶レンズに置き換えるこ
とにより、液晶レンズに電圧を印加することで電圧変化
に応じて連続的にレンズの屈折率を変えることができ、
故に、電圧の調整だけで光学系のパワーを変えて視度補
正が行え、また、液晶シャッターの代行もできる。

【００１７】具体的には、図１に示した本実施例では、
図８と比較すると、その接眼レンズ５即ち凸レンズと凹
レンズ６を液晶レンズ（Ｎｐ液晶）にし、更には、図１
の如くに液晶凹レンズ２０を偏光方向が互いに平行な２
枚の偏光板２１で挟んで液晶シャッターの役割をさせる
ようにしたものに相当する。上記構成において、コント
ローラ５１から、電圧を印加していない時は、液晶凹レ
ンズ２０の結晶軸方向は偏光板２１と垂直であり、外界
光を遮断している。従って、このようにして外界光を遮
断するとき２次元表示素子１１からの電子像がプリズム
１２及びハーフミラー１３を透過し凹面鏡１４で反射
し、ハーフミラー１３で反射されて液晶凸レンズ１９を
透過し、これにより観察者は電子像を観察できる。一
方、外の景色を見るときには、液晶凹レンズ２０に電圧
を印加して液晶分子の結晶方向を偏光板２１と平行にす
る。即ち、この場合は、外界光を遮断せず、外界の光線
は透過することができ、外界光がハーフミラー１３、液
晶凸レンズ１９を透過し、従って観察者は外界の様子が
観察できる。このように、本例においては、外界に臨ん
で装置前面側に配した液晶凹レンズ２０は、液晶シャッ
ターの機能も代行させられる。

【００１８】更に、視度調整については、コントローラ
５１により液晶凸レンズ１９に電圧を印加することでレ
ンズの屈折率を変化させて焦点距離を調節する。即ち、
近視者等視度調整が必要な者が本装置を使用して電子像
を見る場合、使用者は液晶凸レンズ１９への印加電圧の
調整で容易に視度補正ができる。このため、レンズや２
次元表示素子１１を動かすこともないので、移動のため
のメカ機構、移動のための空間がいらない。

【００１９】以上のようにして、本実施例によると、メ
カ機構なしで視度補正ができ、シースルーもできて、コ
ンパクトに構成できるのであり、シースルー機能を保持
しつつ、視度補正のために図８の比較例のようには２次
元表示素子１１やレンズ本体を動かす必要がなく、その
ためメカ機構や動作空間が不要となり、装置構成が簡易
で極めてコンパクトとなものとなる。図８と図１の装置
の構成、大きさを比較しても分かるように、本構成のよ
うに、本来の屈折作用を兼ね備えている液晶レンズを用
いて、液晶シャッターの代わりにし、更に視度補正機能
を持たせることで、シースルー機能及び視度調整が液晶
レンズに電圧を印加するだけで容易に調節でき、なおか
つ、メカ的機構が簡単になり、装置がコンパクトになる
という利点がある。

【００２０】次に、本発明の他の実施例（第２実施例）
を図４及び図５により説明する。本実施例も、基本的な
構成は前記実施例（第１実施例）と同様であってよく、
同様の構成部分については同一の符号を付してその説明
は省略する（この点は、他の実施例でも同様である）。
本実施例の要部を説明すると、本例では、図１の凹面鏡
部分に代えて図４に示すように接合レンズ２２を用い、
また、図５のような構成の液晶凹レンズ部２３を使用す
るようにしたものである。

【００２１】上記接合レンズ２２については、凹面ミラ
ー１４ａがコーティングされている。また、図１の液晶
凹レンズ部分に代えて設けられた液晶凹レンズ部２３
は、図５の断面図に示すように、凹レンズ４０、偏光板
４１、平板４２及びフレネルレンズ４３を用いる構成の
もので、平板４２及びフレネルレンズ４３の間に液晶材
３３を封入してある。平板４２及びフレネルレンズ４３
側のそれぞれの透明電極４７には、コントローラ５１か
ら前記実施例と同様に電圧が印加されるようになってい
る。なお、図５中、４４は封止材、４５はシール材、４
６は絶縁層である。

【００２２】本実施例においては、図４に示すように、
２次元表示素子１１からの電子像は、プリズム１２、ハ
ーフミラー１３を透過し接合レンズ２２に至る。ここ
で、更に、接合レンズ１２にコーティングされた凹面ミ
ラー１４ａにより拡大反射されて、ハーフミラー１３で
今度は反射されて、液晶凸レンズ１９を介して装着者の
眼１８に到達する。近視者（もしくは遠視者）が本装置
を使用して電子像を見る場合、前記実施例と同様にして
コントローラ５１により、液晶凸レンズ９に電圧を印加
することで、±２Ｄｉｏｐｏｔｏｒ程度の補正が可能で
ある。この場合において、接合レンズ２２は、色消しレ
ンズを兼ねている。

【００２３】また、外の景色を見る場合は、コントロー
ラ５１から液晶凹レンズ部２３の液晶材３３に電圧を印
加して、液晶分子の結晶軸方向を偏光板４１のそれと平
行に変えることで外界の光線を透過させることができ
る。ここで、そのようなシースルーＯＮの時、液晶分子
の電圧に対する応答速度を速くするためには、液晶厚が
均一に薄く分布している方がよい。そこで、本実施例で
は、このような観点からの対策をも加味してあり、既述
の如く液晶部分をフレネルレンズとしているである。こ
れにより、本実施例では、前記実施例と同様の効果に加
え、一層、装置の機構を簡単にしコンパクトな形状にし
つつ、応答速度を短縮することができる。

【００２４】なお、本実施例においては、上記のように
接眼レンズである液晶凸レンズ１９によって、視度補正
を行えるが、それだけに止まらず、接合レンズ２２を液
晶レンズにすることによって、その屈折率を変化させ、
視度補正することも可能となる。この際には、液晶凸レ
ンズ１９、従って接眼レンズのみで視度補正するよりも
その補正をすることのできる範囲が更に拡がる利点があ
る。

【００２５】次に、本発明の更に他の実施例（第３実施
例）を図６により説明する。図６は、その上部に本例に
よる場合の投影光学系の構成を示すとともに、下部の
（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれ、偏光方向について
の基本配置例、及び電子像観察時と外界光観察時の透
過、遮断の様子が示されている。即ち、本実施例は、図
６上部に示すように、プリズム１２の一端側において装
着者の眼１８との間に液晶凹レンズ２０、液晶凸レンズ
１９を配し、プリズム１２の他端側において装置前面側
に臨ませる液晶凸レンズ２４を配し、それぞれコントロ
ーラ５１により印加電圧を制御するようにしたものであ
る。

【００２６】前記第１実施例及び第２実施例では、偏光
板を複数枚用いているため光透過率がそれだけ低下する
こととなる。そこで、この点から偏光板をすべて液晶レ
ンズに置き換えようというものであり、本実施例では、
そのため上記のような液晶凸レンズ１９、液晶凹レンズ
２０、液晶凸レンズ２４を用いる構成とする。これら液
晶レンズ１９，２０，２４については、その偏光方向が
図下部の（ａ）のように互いに直交するように設定す
る。

【００２７】電子像観察時（図（ｂ））は、外界光は液
晶凸レンズ２４を透過するも、液晶凹レンズ２０でカッ
トされ、液晶凸レンズ１９を通し眼１８に達し、使用者
は電子像を観察できる。外界像観察時は、外界光は図
（ｃ）のようにして透過し、従って使用者は外界の様子
を観察できる。このようにして観察が行え、液晶レンズ
１９，２０，２４は、上記のように互いに直交してお
り、偏光板の役割を兼ねている。これにより、光透過率
は格段に上がり、偏光板を用いている場合の光透過率の
低下を抑えられる。また、本実施例構成によると、視度
補正時には、液晶凸レンズ１９，液晶凹レンズ２０につ
き、それらの印加電圧変化により調節できるためより補
正の幅も拡がる。

【００２８】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。例えば、実施例では、図８の比較例のよう
な２次元表示素子、プリズム、ハーフミラー、凹面鏡、
接眼レンズ、液晶シャッターを備えるシースルー機能を
有する頭部装着式映像表示装置のその光学レンズ及び液
晶シャッター部を液晶レンズに置き換えるようにした
が、視度調整用の液晶レンズを別途専ら補正用として、
適用するこの種の頭部装着式映像表示装置に導入する態
様で実施してもよい。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、使用者が近視者等視度
補正が必要な者でも対応できる頭部装着式映像表示装置
を提供でき、近視や遠視の人の場合に焦点が合わず像が
見えにくくなるという不便がないとともに、電圧の調整
だけで簡単に視度補正が行えるので、２次元表示素子や
レンズ本体を動かすためのメカ機構や動作空間が不要で
あり、装置構成が簡易で極めてコンパクトなものにする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る頭部装着式映像表示装
置の構成を示す図である。

【図２】液晶レンズの原理説明に供する図である。

【図３】液晶レンズと偏光板の組み合わせの説明図であ
る。

【図４】本発明の他の実施例を示す図である。

【図５】同例の液晶凹レンズ部の拡大説明図である。

【図６】本発明の更に他の実施例を示す図である。

【図７】従来例を示す図である。

【図８】比較例として示す図である。

【符号の説明】

１１２次元表示素子１２プリズム１３ハーフミラー１４凹面鏡１８装着者の眼１９液晶凸レンズ２０液晶凹レンズ２１偏光板２２接合レンズ２３液晶凹レンズ部２４液晶凸レンズ３１平板レンズ３２凹面レンズ３３液晶材３４スペーサ３５透明電極３６電源３７液晶レンズ３８偏光板４０凹レンズ４１偏光板４２平板４３フレネルレンズ４４封止材４５シール材４６絶縁層４７透明電極５１コントローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像表示手段と部分透過反射面と拡大鏡
とシャッター部とを有して、前記シャッター部が外界光
を遮断するとき前記画像表示手段からの画像が前記部分
透過反射面を透過し前記拡大鏡で反射し、更に前記部分
透過反射面で反射されて観察者に観察可能であり、前記
シャッター部が外界光を遮断しないとき外界光が前記部
分透過反射面を透過して観察者に観察可能な頭部装着式
映像表示装置であって、電圧制御により屈折率が変化する、視度調整用の液晶レ
ンズを有することを特徴とする頭部装着式映像表示装
置。