JPH08166557A

JPH08166557A - 頭部装着型表示装置

Info

Publication number: JPH08166557A
Application number: JP15363595A
Authority: JP
Inventors: Jiyouji Karasawa; 穣児唐澤; Hiroshi Kamakura; 弘鎌倉; Shoichi Uchiyama; 正一内山; Masashi Sakaguchi; 昌史坂口; Hiroyuki Shindo; 裕幸新藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1994-06-23
Filing date: 1995-06-20
Publication date: 1996-06-25

Abstract

(57)【要約】【目的】視認性が高く疲労の少ない頭部装着型表示装
置であり、理想的なＰＣモニターを実現する。【構成】使用者２の左右の眼のいずれか一方に虚像形
成光学系を配置する。また、それとは他方の眼の前方に
透過率が１より小さい部分透過型遮光板４を配置する。
さらに、使用者２の眼と虚像１４とが形成する光軸１３
を、使用者２が水平方向を見るときの視線とほぼ一致さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像表示素子で形成し
た画像を虚像拡大する頭部装着型の画像表示装置であ
り、特にパーソナルコンピューターやワードプロセッサ
ー等のデータディスプレイのモニター（以下ＰＣモニタ
ーと称する）として好適な、頭部装着型表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、映像及びデータディスプレイの携
帯性を高める要請に答えるため、頭部装着型の表示装置
が提案されている。その代表的な一例として、ＵＳＰ
Ｎｏ．５，１６２，８２８に記載され、Ｖｉｒｔｕａｌ
ＶｉｓｉｏｎＳＰＯＲＴと銘打って、携帯型の頭部
装着型表示装置が商品化されている。これは、１枚の液
晶表示素子で形成した画像をレンズで虚像拡大し、使用
者の視野の周辺に虚像を視認すべく構成され、主に映像
表示用のディスプレイであるため、後述の種々の理由に
よりＰＣモニターとしては不適切である。

【０００３】一方、データディスプレイ用の頭部装着型
表示装置としては、特開平５−１００１９２公報に記載
のメガネ型ディスプレイが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらの頭部装着型表
示装置を用いたデータディスプレイの一般的な形態は、
使用者の手元にキーボード等の入力手段を配置し、頭部
装着型表示装置を装着して入力手段の上方に入力情報を
モニターするものである。また、情報入力のための資料
や原稿を、入力手段の周辺に置いて作業を行うこともあ
り、頭部装着型表示装置の下方にはそれら入力手段や資
料を視認するための視野が確保されていることが望まれ
る。しかし、前者の技術は前述のごとく使用者の視野の
周辺に虚像を形成するものであり、特に商品化されてい
るものは使用者の視野の下方に虚像を形成する構成であ
る。従って、虚像と入力手段、資料、原稿等の視野領域
が重なってしまい、こうしたＰＣモニターとしてははな
はだ不適切である。また、このように視野の周辺を見続
けることは、眼球の回転を司る筋肉が緊張状態を持続す
ることになるため疲労し易い。また、この商品化された
製品は効き眼で虚像を見ることを義務づけているが、後
述する本出願人の実験によればこれも疲労の一原因であ
る。さらに、部分透過型遮光板が外景視野を定義し全視
野を部分透過型遮光板を通して視認する構成であるた
め、これをＰＣモニターとして使用すると、たとえば入
力手段を見るときの外光の部分透過型遮光板における透
過率と、虚像を見るときに他眼（虚像を見ない方の眼）
側で見る外光の部分透過型遮光板における透過率が常に
一定であるため、これもやはり後述する本出願人の実験
によって疲労の原因であることが確認されている。

【０００５】上記課題の一部を解決する手段として提案
されたものが、後者に述べた従来技術であり、これは使
用者の前方にデータディスプレイの表示情報を虚像とし
て視認し、下方にキーボード等の入力手段を視認できる
ように部分透過型遮光板を構成したものである。しか
し、この技術は基本的に２枚の液晶表示素子の映像を２
眼で視認するいわゆる２眼式であるため、必然的に重量
増、コスト高、複雑な構造となり携帯性が悪い等の理由
により、ＰＣモニターとしての本質に反する。また、虚
像を見るときに融像作用が必要であるため、虚像と入力
手段との視認を繰り返し行うことにより疲労が生じる。
また、左右の液晶表示素子の輝度、色等の画質差は避け
がたく、これも疲労の原因となる。さらに、装着中の前
方視野はほとんど確保されず圧迫感を与えるとともに安
全性も低い。これは虚像以外の視野領域の狭さを意味す
るため、資料や原稿を見ながらの作業性が極めて悪い。
さらに、モニター輝度と入力手段上の輝度との明暗差に
ついてはまったく考慮されておらず、これは虚像と入力
手段を繰り返し視認するときの瞳孔の拡縮をもたらすた
めにやはり疲労の原因となる。

【０００６】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的とするところは、第一に視認性
が高く疲労の少ない頭部装着型表示装置を実現すること
にある。第二に、装着中の前方及び下方視野を最大限確
保し、作業性と安全性を追求するものである。第三に、
軽量、コンパクト、低コスト、簡単な構造であり、携帯
性に優れる理想的なＰＣモニターを実現することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の頭部装着型表示装置は、画像表示素子及び
該画像表示素子によって形成された画像を虚像拡大する
拡大光学手段を備えた虚像形成光学系と、該虚像形成光
学系を収納する装置本体と、該装置本体に取り付けら
れ、虚像形成光学系を使用者の略眼幅方向に移動自在に
保持し、虚像形成光学系を使用者の左右の眼のいずれか
一方に対応して配置するための切り換え手段を有し、虚
像と使用者の眼とが形成する光軸と、使用者が水平方向
を見たときの視線とがほぼ一致するように、画像表示素
子及び拡大光学手段が配置されたことを特徴とする。

【０００８】この切り換え手段は、装置本体に空転保持
され、使用者の略眼幅方向に延伸しネジ形状を有し、虚
像形成光学系が螺着嵌合する軸からなる。または、使用
者の略眼幅方向に延伸し略円筒形断面を有し、虚像形成
光学系が摩擦嵌合する軸からなる。または、使用者の略
眼幅方向に形成され、虚像形成光学系が摩擦嵌合する溝
からなる。

【０００９】そのとき、虚像を視認する眼の他方の眼の
前方に、透過率が１より小さい部分透過型遮光板を配置
してもよい。また、透過率が３％以下の部分透過型遮光
板を配置すればさらに望ましい。

【００１０】部分透過型遮光板は、虚像形成光学系を配
置した構造体の、使用者の顔面に対する前後方向の厚み
内に配置するのがよい。また、部分透過型遮光板の、虚
像と使用者の眼の形成する光軸に対する直交面への投影
面が、虚像形成光学系が形成する虚像視野領域の、前記
直交面による断面と略相似形状であり、その面積が少な
くとも同一であることが望ましい。

【００１１】さらに、部分透過型遮光板の透過率を、部
分透過型遮光板の外表面側での周辺照度に応じて可変制
御するための制御手段を設けてもよい。このとき、部分
透過型遮光板の透過率は３％以下に制御されることが望
ましく、特に、周辺照度が１００ｌｘ以下である時には
その透過率が増大するように制御されることが更に望ま
しい。そうするために、部分透過型遮光板は、偏光素
子、液晶表示素子あるいは変形自在な樹脂の間に液晶を
充填してなるフィルム型液晶表示素子からなることを特
徴とする。

【００１２】また、虚像形成光学系の輝度を、装着時に
おける装置本体の下方でかつ使用者の手元の周辺輝度に
応じて可変制御するための制御手段を設けてもよい。そ
のときの虚像形成光学系の輝度は、周辺輝度と略一致す
ること、あるいは、本頭部装着型表示装置と入力手段と
の併用に際しては、その輝度が入力手段上の輝度と略一
致すること、あるいは、その輝度と周辺輝度または入力
手段上の輝度との関係が、略比例関係にあることが望ま
しい。

【００１３】虚像形成光学系の輝度の制御手段は、画像
表示素子を形成する照明手段の輝度制御、偏光素子、液
晶表示素子あるいは変形自在な樹脂の間に液晶を充填し
てなるフィルム型液晶表示素子、エレクトロクロミック
素子からなることを特徴とする。

【００１４】また、虚像形成光学系を配置した構造体の
下方の視界の上端と、使用者が水平方向を見るときの視
線とのなす角度が、鉛直方向で６２゜以下であることを
特徴とする。

【００１５】また、本頭部装着型表示装置とキーボード
等の視覚を要する入力手段との併用に際しては、使用者
が虚像を知覚する距離と入力手段を視認する距離が略等
くなるように、画像表示素子及び拡大光学手段が配置さ
れたことを特徴とする。

【００１６】また、虚像と使用者の眼とが形成する光軸
と、使用者の顔面に対する垂直線とが水平方向において
なす角度が、輻輳方向をプラスとするときに−１゜〜＋
５゜、望ましくは０゜〜１゜となるように、画像表示素
子及び拡大光学手段が配置されたことを特徴とする。

【００１７】さらに、装置本体の下側に照度（輝度）検
出手段を、使用者の虚像視認時と入力手段視認時におけ
る使用者の頭部の動きに応じて、それぞれ部分透過型遮
光板の外表面側の周辺照度と、装置本体の下方でかつ使
用者の手元における周辺輝度を検出すべく配置し、部分
透過型遮光板の外表面側の周辺照度に応じて部分透過型
遮光板の透過率を、及び（あるいは）周辺輝度に応じて
虚像形成光学系の輝度を自動調整し、その調整は、請求
項１１及び請求項１７に記載の関係によることを特徴と
する。

【００１８】

【作用】請求項１の構成によれば、虚像形成光学系を使
用者の左右の眼のいずれにも配置可能とし、その虚像と
使用者の眼とが形成する光軸と使用者が水平方向を見る
ときの視線とをほぼ一致させることにより、虚像を一方
の眼の前方に視認することができる。このため、虚像を
視認する眼の他方の眼の視野及び、虚像を視認する眼の
虚像視野領域の下方の視野が最大限確保される。従っ
て、キーボード等の入力手段や資料、原稿を十分に視認
可能となり、ＰＣモニターとして好適であるとともに安
全性が高い。また、使用者が水平方向を見るという使用
者にとって最も自然な視線方向で虚像を見続けることが
できるため、疲労が少ない。また、虚像を視認する眼を
使用者が簡単に選択できるため、汎用性、共用性に優
れ、使用者が個人の判断で虚像を視認する眼を左右のど
ちらでも自由に切り換えることが可能である。さらに、
単眼視であるため、２眼視による融像作用や左右の液晶
表示素子の画質差を原因とする疲労は発生しない。ま
た、２眼式のものに比べて、軽量、コンパクト、低コス
ト、簡単な構造となり、携帯性にも優れる。

【００１９】請求項２の構成によれば、装置本体に空転
保持された切り換え手段を回転させることにより、その
ネジと螺着嵌合した虚像形成光学系が左または右に移動
し、極めて簡単に虚像形成光学系の位置を切り換えるこ
とができる。また、使用者の略眼幅方向に虚像形成光学
系を移動するため、眼幅の調整を兼用することができ
る。従って、無理な眼球運動をとらないようにすること
ができるため、使用者の眼幅との不適合による眼の疲労
を解消できる上に、これら調整機構の構造が簡略化され
る。

【００２０】請求項３の構成によれば、円筒形断面の切
り換え手段に虚像形成光学系を摩擦嵌合したため、その
摩擦力以上の力を虚像形成光学系に作用させることによ
り、簡単に虚像形成光学系の位置を切り換えることがで
きる。また、切り換え手段の断面が円筒形であるため、
その周りに虚像形成光学系を回転することにより俯角調
整をも兼用することができる。

【００２１】請求項４の構成によれば、切り換え手段で
ある溝に虚像形成光学系を摩擦嵌合したため、簡単で安
定的に虚像形成光学系の位置を切り換えることができ
る。

【００２２】請求項５〜１３の構成によれば、虚像を視
認する眼の他方の眼の前方に透過率が１より小さい部分
透過型遮光板を配置し、その部分透過型遮光板の大きさ
を虚像視野領域と同一以上で最適化するとともに、その
透過率を最適化したため、あらゆる照度条件下において
虚像の視認性を確保しながら、装着中の前方及び下方の
視野を最大限確保して作業性と安全性を高めている。ま
た、その透過率の最適化は、疲労を極少にする最適解を
後述の実験により確認している。

【００２３】請求項１４〜２１の構成によれば、虚像形
成光学系の輝度と使用者の手元の輝度との関係を最適化
することにより、使用者が虚像を視認するときと手元を
視認するときとの明暗差が軽減されて、疲労が極少化さ
れることをやはり後述の実験によって確認している。

【００２４】請求項２２の構成によれば、虚像形成光学
系を配置した構造体の下方に鉛直線から２８゜以上の視
野を確保できるため、人間工学的に最適な位置にキーボ
ード等の入力手段を配置することが可能となり、入力作
業を原因とする疲労を軽減できる。

【００２５】請求項２３の構成によれば、使用者が虚像
を知覚する距離と入力手段を視認する距離が概ね一致す
るため、虚像視認と入力手段視認の繰り返しにおいて水
晶体の調節作用が不要となり、調節のタイムラグを原因
とする疲労を軽減できる。

【００２６】請求項２４の構成によれば、単眼視におけ
る最も見やすい方向に虚像を視認できるため、長時間の
使用においても疲労の発生は少ない。これも本出願人の
実験により確認されている。

【００２７】請求項２５の構成によれば、上述した部分
透過型遮光板の透過率の最適化及び（あるいは）虚像形
成光学系の輝度の最適化を自動的に実現できるため、使
用者の使用状況に応じて常に最適状態に装置本体が調整
されて疲労が軽減される。使用者は虚像を視認するとき
と手元の入力手段を視認するときとに上下方向の頭の回
転を伴うが、頭部に保持された装置本体もそれに連動す
るため、装置本体の下側に照度（輝度）検出手段を配置
して、装置本体の前方の照度と使用者の手元の輝度を順
次検出できるようにした本構成によれば、その検出結果
をそれぞれ部分透過型遮光板の透過率と虚像形成光学系
の輝度の最適化にフィードバックできることになる。

【００２８】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を参照して詳
述する。（実施例１）図１、図２は本発明の動作原理を示す第一
の実施例を表す模式図であり、図１は斜視図、図２は側
面図であり、これらには同時に内部光学系の配置も図示
されている。

【００２９】図１、図２において、装置本体１は、使用
者２の左右の眼のいずれかに対応する前方に虚像形成光
学系３を有し、他方の眼の前方には部分透過型遮光板４
を有する。また、虚像形成光学系３及び部分透過型遮光
板４が使用者２の顔面中央付近で構造体によって連結さ
れるとともに、それぞれから左右に延出する構造体を介
して、ヒンジ６によって折り畳み自在に保持された左右
のテンプル５に連結される。装置本体１は略眼鏡形状を
形成し、従来の眼鏡と同様に、両耳及び鼻、または両側
頭部及び鼻に支持されて使用者２の頭部に保持される。

【００３０】虚像形成光学系３は、液晶パネル７とそれ
を後方から照射するためのバックライト８からなる画像
表示素子９と、反射ミラー１０と、拡大光学手段である
レンズ１１とから構成される。画像表示素子９によって
形成され出射した画像光は、反射ミラー１０によって光
路が変換され、レンズ１１によって使用者の眼１２内に
結像される。このとき、レンズ１１の物体側焦点よりレ
ンズ１１側に画像表示素子９の像形成面が配置され、レ
ンズ１１の像側焦点近傍に眼１２が配置されると、レン
ズ１１の結像作用により、虚像形成光学系３の光軸１３
の延長線上に、画面情報の拡大虚像１４を視認すること
ができる。

【００３１】同図において、虚像形成光学系３の光軸１
３とは、虚像１４と使用者２の眼１２とが形成する光軸
であるが、図２に示す側面図から明らかなように、これ
はすなわち使用者２が水平方向を見るときの視線と略一
致している。また、この形態をＰＣモニターとして使用
する場合には、本出願人の調査によると、虚像の水平画
角は３０゜から４０゜程度が望ましく、これは垂直画角
φが２３゜から３０゜に相当する。従って、垂直方向に
おいて画角φで規定される虚像視野領域の下方には、厳
密には虚像形成光学系３によって若干の減少はあるもの
の、外景を視認するための視野（図中のハッチング領
域）が図２に示すごとく十分に確保される。さらに、本
実施例によれば虚像形成光学系３が片方の眼にのみ配置
され、他方の眼の前方視野は元々確保されているため、
キーボード等の入力手段や資料、原稿等を十分に視認し
ながら操作することが可能となり、ＰＣモニターとして
好適であるばかりか安全性が高い。

【００３２】また、使用者が水平方向を見るという使用
者にとって最も自然な視線方向で虚像を見続けることが
できるため、疲労が少ない。さらに、単眼視であるた
め、２眼視による融像作用や左右の液晶表示素子の画質
差を原因とする疲労は発生しない。また、２眼式に比べ
て、軽量、コンパクト、低コスト、簡単な構造となり、
携帯性にも優れている。

【００３３】表１は、虚像を効き眼で視認する場合と効
き眼以外の眼（以下、他眼と称する）で視認する場合と
について、その疲労度を比較するために主観評価した結
果を示した表である。被験者５人に対して、上述した虚
像形成光学系３を効き眼あるいは他眼に配置し、一時間
の入力作業を課題文書を用いて行ってもらった。また、
効き眼及び他眼のそれぞれに対して、虚像を視認する眼
の他方の眼に部分透過型遮光板４を完全遮光及び部分透
過の状態で配置した結果を、比較のために併記した。疲
労度については、Ａ：全く感じない、Ｂ：多少感じる、
Ｃ：かなり感じる、Ｄ：つらいほど感じる、の４段階に
層別し、被験者数を○印の数で表すとともに、●印は作
業後も疲労感の残った被験者数を表している。

【００３４】表１によれば、他眼で虚像を視認する場合
には、効き眼で虚像を視認する場合に比べて、部分透過
型遮光板４をいかなる形態にしようとも疲労が軽減され
ていることがわかる。従って、他眼で虚像を視認するよ
うにすることにより、前述した疲労軽減効果に加え、疲
労が一層軽減されたＰＣモニターを実現することができ
る。

【００３５】

【表１】

【００３６】図３及び図４は、虚像形成光学系３を使用
者２の左右の眼のいずれか一方に対応して配置するため
の切り換え手段の一例を示す。図３は、説明のために装
置本体１の一部を破断して示した正面図であり、図４は
その側面図である。

【００３７】図３及び図４において、装置本体１は、使
用者２の左右いずれかの眼に対応する前方に虚像形成光
学系３を有する。この虚像形成光学系３は、装置本体１
に空転保持され使用者２の略眼幅方向に延伸し、ネジ形
状を有する軸１５に螺着して装置本体１に保持される。
軸１５は、使用者２の眼幅（大人の最大眼幅は７２ｍｍ
と言われている）を移動できる長さのネジ部１６と、そ
の両端に形成される円筒部１７からなり、円筒部１７が
装置本体１に形成された軸受け穴に嵌合して、装置本体
１に対して空転状態に保持される。また、装置本体１は
ヒンジ部１９を介して保持部２０に係合される。

【００３８】軸１５はその両端にノブ１８が係合され、
一方のノブ１８を回転させることにより装置本体１に対
して空転するため、それと螺着嵌合する虚像形成光学系
３が使用者２の左または右に移動し、使用者２は簡単に
虚像を視認する眼１２を切り換えることができる。その
際に、虚像形成光学系３に軸１５とは別の案内軸２１ま
たは案内面を軸１５と平行方向に設けることで、より安
定して虚像形成光学系３を移動することができるため、
使用者２は虚像を視認する眼１２を極めて簡単に選択で
きる。従って、効き眼の異なる複数人の使用者が前述の
実験結果に則って他眼で虚像を視認するとしても、汎用
性、共用性に優れている。また、使用者２が個人の判断
で虚像を視認する眼を左右のどちらでも自由に切り換え
ることができる。

【００３９】ところで、切り換え手段である軸１５は使
用者２の略眼幅方向に延伸しているため、虚像形成光学
系３は使用者２の略眼幅方向に移動する。従って、虚像
を視認する眼を切り換える際に、使用者固有の眼幅に虚
像形成光学系３を同時に合わせることができるため、使
用者２の眼幅との不適合による眼の疲労を解消できる上
に、これら調整機構の構造を簡略化できる。

【００４０】（実施例２）図５及び図６は、本発明にお
ける切り換え手段の別の実施例を表す模式図であり、図
５は正面図、図６は側面図である。

【００４１】図５及び図６において、装置本体１は、使
用者２の左右いずれかの眼に対応する前方に虚像形成光
学系３を有する。また、虚像形成光学系３は保持部２０
に固定された、断面が略円筒形の軸２２に嵌合し、固定
ネジ２３によって摩擦保持されている。さらに、軸２２
は使用者２の眼幅を移動できるだけの長さの略円筒形断
面の直線部を使用者２の略眼幅方向に有している。この
状態で、固定ネジ２３を緩めると、虚像形成光学系３の
摩擦嵌合状態が解除されるため、虚像形成光学系３は軸
２２上を使用者２の左または右に移動し、使用者２は簡
単に虚像を視認する眼１２を切り換えることができる。
虚像形成光学系３の移動後は固定ネジ２３を締めること
によって、再び虚像形成光学系３は軸２２に安定的に摩
擦保持される。従って、効き眼の異なる複数人の使用者
が前述の実験結果に則って他眼で虚像を視認するとして
も、汎用性、共用性に優れている。また、使用者２が個
人の判断で虚像を視認する眼を左右のどちらでも自由に
切り換えることができる。

【００４２】ところで、切り換え手段である軸２２は使
用者２の略眼幅方向に延伸しているため、虚像形成光学
系３は使用者２の略眼幅方向に移動する。従って、虚像
を視認する眼を切り換える際に、使用者固有の眼幅に虚
像形成光学系３を同時に合わせることができるため、使
用者２の眼幅との不適合による眼の疲労を解消できる上
に、これら調整機構の構造を簡略化できる。さらに、虚
像形成光学系３を略円筒形断面の軸２２上に摩擦嵌合し
ているため、該軸２２周りに虚像形成光学系３を回転す
ることも可能であり、これにより使用者２が水平方向を
見る視線に合わせて、俯角調整をも兼用することができ
る。

【００４３】なお、軸２２と保持部２０との結合部には
保持部２０の弾性変形の影響が軸２２に及ばない構造を
付加するのがよい。また、本実施例では固定ネジ２３に
よって虚像形成光学系３を摩擦嵌合する場合について述
べたが、虚像形成光学系３をバネを用いて軸２２に付勢
して摩擦嵌合してもよく、この場合はバネの付勢力以上
の力を虚像形成光学系３に作用させるだけで、虚像形成
光学系３を左右に移動できるため、固定ネジ２３を緩め
る等の動作は不要となり、より簡素化できる。

【００４４】（実施例３）図７及び図８は、本発明にお
ける切り換え手段のさらに別の実施例を表す模式図であ
り、図７は斜視図、図８は虚像形成光学系の固定方法の
説明図である。

【００４５】図７において、装置本体１は、保持部を兼
用する眼鏡型形状をなし、その一部に使用者の略眼幅方
向に形成された溝２４を有している。また、図８に示す
ように、虚像形成光学系３は、溝２４が形成された装置
本体を上下から挟み込む腕２５、２６を有し、腕２５と
溝２４と腕２６とを下方から固定ネジ２７で貫通してい
る。固定ネジ２７の上端には固定つまみ２８が螺着し、
固定ネジ２７と固定つまみ２８との間で虚像形成光学系
３を装置本体１に摩擦保持している。

【００４６】この状態で、固定つまみ２８を緩めると、
虚像形成光学系３の摩擦嵌合状態が解除されるため、虚
像形成光学系３は溝２４に沿って使用者の左または右に
移動し、使用者は簡単に虚像を視認する眼を切り換える
ことができる。虚像形成光学系３の移動後は固定つまみ
２８を締めることによって、再び虚像形成光学系３は装
置本体１に安定的に摩擦保持される。本実施例において
は、装置本体１と虚像形成光学系３の腕２５、２６との
面同士が接触するため、安定して虚像形成光学系３の移
動ができる。

【００４７】従って、実施例１及び２と同様に、効き眼
の異なる複数人の使用者が前述の実験結果に則って他眼
で虚像を視認するとしても、汎用性、共用性に優れてい
る。また、使用者２が個人の判断で虚像を視認する眼を
左右のどちらでも自由に切り換えることができる。さら
に、切り換え手段である溝２４は使用者２の略眼幅方向
に形成されており、虚像を視認する眼を切り換える際
に、使用者固有の眼幅に虚像形成光学系３を同時に合わ
せることができるため、使用者２の眼幅との不適合によ
る眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造を
簡略化できる。

【００４８】なお、溝２４は使用者の略眼幅方向に直線
的に形成されることが望ましいが、図７に示すように曲
線的であっても構わない。この場合は、虚像形成光学系
３と装置本体１との間に図８に示すような適度の隙間２
９を設けておけば、固定ネジ２７を中心として虚像形成
光学系３を回転することができるため、移動に伴う虚像
形成光学系３の回転を容易に補正することができる。

【００４９】（実施例４）前述したように、表１は、部
分透過型遮光板４の透過率の違いによる疲労度の比較表
でもある。表１によれば、効き眼で虚像を視認した場合
には明らかではないが、他眼で虚像を視認した場合に
は、完全透過＜遮光＜部分透過の順で、部分透過型遮光
板の透過率が疲労軽減に寄与することがわかる。特に、
他眼で虚像を視認し他方の眼に部分透過の部分透過型遮
光板を用いることによって、ほとんど疲労を感じないこ
とが判明した。この理由を本発明者は以下のように推測
する。

【００５０】第一に、人間の視覚作用において効き眼側
の情報が支配的であるが、これはすなわち効き眼側の脳
神経系を含めた眼神経系における感度が高いためであ
り、従って刺激の高い虚像情報を他眼に表示した方が疲
労が低減される。第二に、部分透過の部分透過型遮光板
は、虚像と外景との重なりを原因とする虚像のコントラ
スト低下を抑え、虚像の見やすさを向上させ疲労を低減
させる。第三に、虚像とキーボード等の入力手段とを繰
り返し視認する際に、部分透過の部分透過型遮光板が用
いられると、部分透過型遮光板を通して視認する眼にも
常時適度の光が入射されることによって、その瞳孔の拡
縮度合いが低減し疲労が軽減する。第四に、部分透過の
部分透過型遮光板によって、前方の外景視野が適度に確
保されるため、装着中の圧迫感が軽減されるとともに、
作業に必要な視野及び安全性が確保され、これも疲労軽
減に寄与する。

【００５１】従って、虚像形成光学系３を使用者２の左
右いずれか一方の眼に配置し、そして、他方の眼の前方
に透過率が１より小さい部分透過型遮光板を配置するこ
とにより、疲労の低減及び安全性の確保を達成すること
ができる。

【００５２】図９は、上記部分透過型遮光板４の配置位
置を説明するための平面模式図である。虚像形成光学系
３は、使用者２の左右いずれか一方の眼の前方に配置さ
れ（図においては左眼１２Ｌ）、使用者２が水平方向を
見る視線と、使用者２の一方の眼１２Ｌと虚像１４とが
形成する光軸１３は一致しており、水平画角Ψをもって
虚像１４が視認される。このとき、他方の眼１２Ｒが、
仮にこの虚像１４を実像として視認すればその水平視野
は図の破線で示される領域となる。これは垂直方向につ
いても同様に考えられ、実際には眼１２Ｌのみによって
虚像１４が視認されるが、使用者２の脳内ではまさにこ
れと同様の視覚作用がなされるものと考えられる。従っ
て、少なくともこの破線で示される領域以上の大きさを
持つ部分透過型遮光板４（または４’）を眼１２Ｒの前
方に配置することによって、使用者２は虚像１４とそれ
に相当する領域の外景像を重ねることなく虚像１４を視
認することができる。また、この部分透過型遮光板４
（または４’）の前後方向の配置位置は、虚像形成光学
系３の、使用者２の顔面に対する前後方向の厚みＤ内で
あれば、部分透過型遮光板４、４’またはその間の位置
のいずれでもよく、また、虚像形成光学系３の厚みＤ内
に部分透過型遮光板４を配置することによって、装置本
体の小型化を図ることができる。

【００５３】前述のように、部分透過型遮光板４（また
は４’）は前後方向の配置位置によってその大きさを変
える必要がある。図１０は部分透過型遮光板の大きさを
説明するための模式図である。部分透過型遮光板４（ま
たは４’）は、必ずしも平面である必要はなく曲面でも
いいが、使用者２の眼１２Ｌと虚像１４とが形成する光
軸１３における任意の直交面３０への投影面３１が、虚
像形成光学系３の形成する虚像視野領域の、直交面３０
における断面３２と、略相似形でありその面積が少なく
とも同一以上であるのが好ましい。この条件を満たせ
ば、図１０に示すように虚像１４を含む周辺に、投影面
３１（すなわち部分透過型遮光板）による眼１２Ｒの死
角領域３３を形成することができるため、使用者２は虚
像１４とそれに相当する領域の外景像を重ねることなく
虚像１４を視認することができる。

【００５４】以上のように、虚像を視認する眼の他方の
眼の前方に透過率が１より小さい部分透過型遮光板を配
置し、その部分透過型遮光板の大きさを虚像視野領域と
同一以上で最適化することによって、虚像の視認性を確
保しながら装着中の前方及び下方の視野を最大限確保し
て、作業性と安全性を高めることができる。

【００５５】（実施例５）図１１は、周辺照度と部分透
過型遮光板の透過率との関係の実験結果を表す図であ
る。この実験は、部分透過型遮光板の外表面における周
辺照度を変えながら、被験者５人に対して部分透過型遮
光板の透過率を主観的に最適化させたものである。ここ
で、最適化させた透過率とは前述の実施例４で述べた条
件をバランスさせる状態であり、すなわち、虚像のコン
トラスト低下が抑えられ、その瞳孔の拡縮度合いが低減
され、装着中の圧迫感が軽減されるとともに、作業に必
要な視野及び安全性が確保される透過率である。また、
横軸の周辺照度は、飛行機内での消灯状態の照度から室
内の窓際での照度までを想定した。

【００５６】実際には１０００ｌｘ以上の周辺照度も考
えられるが、同図より５００ｌｘ辺りから部分透過型遮
光板の透過率に飽和傾向が見られるため、周辺照度がい
かようであろうとも、部分透過型遮光板の透過率は３％
以下が好ましいことが予測できる。また、傾向的には周
辺照度が１００ｌｘ以下であるときは、それ以上である
ときに比べて部分透過型遮光板の透過率を増大させた方
がよく、その理由も上述の条件をバランスさせるためと
考えられる。

【００５７】部分透過型遮光板の透過率を制御する方法
としては、部分透過型遮光板を偏光素子で構成して制御
する方法、偏光素子を伴う液晶表示素子で構成して制御
する方法等が考えられる。前者の場合には、例えば２枚
の偏光シートを回動自在に重ね合わせ、各透過軸のなす
角度を回転調整することによってその透過率を制御すれ
ばよく、透過率可変の部分透過型遮光板を最も安価に構
成することができる。また後者の場合には、ガラス基板
の間に液晶を充填してなる液晶表示素子から構成され、
特に変形自在な樹脂の間に液晶を充填してなるフィルム
型液晶表示素子が好ましく、この場合には自由な曲率で
部分透過型遮光板を形成することができデザインの自由
度が増大する。いずれの場合においても、液晶表示素子
を用いることによって、安価にして電気制御が可能な透
過率可変の部分透過型遮光板を構成することができる。

【００５８】なお、部分透過型遮光板の透過率は、上記
のように制御する方法に限らず、３％以下で固定式とし
ても、もちろん同様の効果が得られる。

【００５９】（実施例６）図１２は、周辺輝度と虚像形
成光学系の輝度との関係の実験結果を表した図である。
この実験は、使用者の周辺における照度を変えながら、
すなわち、装着時における装置本体の下方でかつ使用者
の手元における周辺輝度を変えながら、被験者５人に対
して虚像形成光学系の輝度を主観的に最適化させたもの
である。この最適化された輝度とは、虚像と使用者の手
元とを繰り返し視認するときに最も見やすいと感じられ
る輝度である。このとき、部分透過型遮光板の透過率
は、実施例５に則り３％で固定とした。また、使用者の
周辺照度は、実施例５と同様に設定し、そのときの使用
者の手元における輝度を同時に測定した。

【００６０】図１２によれば、被験者により傾きと絶対
値に若干のばらつきはあるものの、周辺輝度と虚像形成
光学系の輝度とは明らかに比例関係にあることがわかっ
た。また、この輝度データから被験者の瞳孔径を算出し
たところ、被験者が虚像を見ているときとその手元を見
ているときとで、瞳孔径は概ね等しいことが判明した。
すなわち、これは虚像形成光学系の輝度と被験者の手元
の輝度とが概ね等しいことにほかならず、図１２のデー
タは理想的にはＹ＝Ｘの直線であることが予想される。
もちろん、キーボード等の視認しながら操作する入力手
段を使用者の手元において作業する際には、その手元の
輝度は入力手段上の輝度となるため、このときは虚像形
成光学系の輝度と入力手段上の輝度とが概ね等しいこと
が最適条件と考えられる。それは上述したように、虚像
と手元とを繰り返し視認するに際し、虚像形成光学系と
使用者の手元あるいはその手元に置かれた入力手段との
明暗差が極少化されるため、瞳孔の拡縮度合いが極少化
され、それを司る筋肉の疲労も最低限になるからであ
る。

【００６１】この虚像形成光学系の輝度を制御する手段
として、偏光素子を用いる方法、偏光素子を伴う液晶表
示素子を用いる方法、エレクトロクロミック素子を用い
る方法、画像表示素子を構成する照明手段の輝度制御に
よる方法等が考えられる。前２者の場合は、偏光に関与
する方法であるが、画像表示素子を出射する画像光が液
晶表示素子によるように直線偏光化されている場合は、
後段の拡大光学手段によって偏光が乱されるため、これ
らの手段を画像表示素子と拡大光学手段との間または液
晶パネルとバックライトとの間に設置するのが望まし
い。第一の偏光素子を用いる場合には、実施例５で述べ
たように２枚の偏光シートを回動自在に重ね合わせ、各
透過軸のなす角度を回転調整することによってその透過
率を制御してもよいが、前述のように直線偏光化される
画像表示素子の場合には１枚の偏光シートによる回転の
みでよい。いずれにしても最も安価に輝度調整を行い得
る方法である。第二の液晶表示素子を用いる場合も実施
例５と同様であり、ガラス基板の間に液晶を充填してな
る液晶表示素子を用い、特に変形自在な樹脂の間に液晶
を充填してなるフィルム型液晶表示素子を用いれば設計
の自由度が向上する。この場合のメリットは、電気制御
による輝度調整を安価に構成できることである。第三の
エレクトロクロミック素子を用いる場合は、特に設置位
置に制限はなく、また前２者のように偏光素子を用いる
必要がないので、設計の自由度が高く最も透過率の高い
明るい虚像形成光学系を実現できるとともに、その透過
率の可変幅が広い。第四の画像表示素子を構成する照明
手段の輝度制御を利用する場合は、具体的な制御回路を
後述の実施例１０で説明するが、それに限らず、その一
部である照明手段の駆動回路の電圧制御を手動で行って
もよい。

【００６２】（実施例７）図１３は、虚像形成光学系の
下方位置を説明するための図である。前述のように、虚
像形成光学系３は、使用者２の眼１２と虚像１４とが形
成する光軸１３が、使用者２が水平方向を見るときの視
線と略一致するように、使用者２の顔前に配置される。
また、キーボード等の入力手段３４が使用者の手元に配
置される。

【００６３】このときの使用者２及び入力手段３４は、
ＶＤＴ作業において人間工学的に同図に示すような位置
関係が推奨されている。すなわち眼１２から入力手段３
４の先端までの距離が約３２０ｍｍ、入力手段３４の表
面から眼１２までの距離が男性の最大値として約５９７
ｍｍである。このとき、眼１２が入力手段３４の先端を
見るときの俯角αは、最大値で約６２゜と計算できる。
一方、使用者の前方視界は虚像形成光学系３によって決
まり、そのうちの下方視界は虚像形成光学系３の構造体
の最下部によって制限される。換言すれば、虚像形成光
学系３の構造体の下方の視界の上端と、使用者２が水平
方向を見るときの視線とのなす角度βを、鉛直方向にお
いて６２゜以下にすることによって、使用者２は虚像形
成光学系３の構造体に妨害されることなく入力手段３４
を視認することが可能ということである。従って、上記
の構成によって人間工学的に最適な位置にキーボード等
の入力手段３４を配置することが可能となり、入力作業
を原因とする疲労が軽減される。

【００６４】（実施例８）図１４は、虚像と入力手段等
とを視認するときの距離の関係を示した図である。前述
のように、虚像形成光学系３は使用者２の顔前に配置さ
れ、使用者２は眼１２から距離Ａをおいて虚像１４を視
認する。このときの距離Ａを虚像知覚距離と称する。ま
た、使用者２の手元に配置したキーボード等の入力手段
３４を使用者２が視認するときは、厳密には頭部の傾斜
を伴って、同図に示すような状態で入力手段３４を視認
することになり、このときの距離Ｂを視認距離と称す
る。

【００６５】使用者２は虚像１４を視認するときは虚像
知覚距離Ａに眼１２を調節し、入力手段３４を視認する
ときは視認距離Ｂに眼１２を調節する。従って、虚像１
４と入力手段３４とを繰り返し視認する場合には、その
都度それぞれの距離への調節作用を行う必要があり、調
節頻度が高ければ高いほど疲労が増大すると考えられ
る。そこで、虚像知覚距離Ａと視認距離Ｂとを略等しく
すれば、この繰り返し視認における調節作用がほとんど
不要になるため、この調節作用の繰り返しによる疲労を
低減することができる。

【００６６】虚像知覚距離Ａは、使用者の視力や調節安
静位の位置等により変化し使用者によってまちまちだ
が、使用者がピントを合わせることのできる許容幅もあ
る程度広いため、虚像知覚距離Ａをその許容幅の中で適
宜調整することが可能である。このためには、画像表示
素子と拡大光学手段との相対距離を可変させればよく、
画像表示素子または拡大光学手段をそれぞれの光軸方向
に移動させる機構を具備すればよい。また、その調整は
虚像１４及び入力手段３４を繰り返し視認しながら、虚
像知覚距離Ａを視認距離Ｂに合わせ込むことにより容易
にできる。

【００６７】（実施例９）図１５は虚像の水平方向の形
成位置を説明するための図であり、表２にそれを決定す
るための実験結果をまとめて示す。

【００６８】

【表２】

【００６９】表２は、被験者５人に対して虚像形成光学
系を提示し、各被験者が負荷なく視認可能な水平方向の
角度を、許容範囲及び最適値の形で主観的に決定させた
ものである。各角度は、図１５における使用者２の顔面
に対する垂直線３８と、虚像と左眼１２Ｌの形成する光
軸とが、水平方向においてなす角であり、同図の光軸３
９のように輻輳方向をプラス、その逆方向をマイナスと
して表示した。表２の結果を図１５上で説明するなら
ば、同図における一重ハッチング４０が−１゜から＋５
゜の範囲を、二重ハッチング４１が０゜から＋１゜の範
囲を示しており、一重ハッチング４０が許容範囲で、そ
の中でも二重ハッチング４１の範囲が最も望ましいエリ
アと判断できる。

【００７０】これらのエリアに使用者の眼と虚像とが形
成する光軸を配置すると、使用者２は単眼視における最
も見やすい方向に負荷なく虚像を視認できるので、短時
間の使用はもとより長時間の使用においても疲労の発生
はきわめて少ないものとなる。

【００７１】（実施例１０）図１４を用いて、本発明の
第１０の実施例を説明する。本実施例においては、装置
本体の下側に照度（輝度）検出手段であるフォトセンサ
ー３５が配置されており、その検出結果は部分透過型遮
光板の透過率と虚像形成光学系の輝度の最適化のために
フィードバックされる。前述し図１４に示したように、
虚像１４の視認時と入力手段３４の視認時とには使用者
２に頭部の傾斜が伴う。ゆえに、装置本体の下側に配置
したフォトセンサー３５の検出方向も、頭部の動きに連
動した装置の動きとともに、同図の方向３６と方向３７
とに切り替わる。このとき、虚像１４を視認するときの
フォトセンサー３５における方向３６からの照度（部分
透過型遮光板の外表面側の周辺照度）の検出結果を部分
透過型遮光板の透過率制御に、また入力手段３４を視認
するときのフォトセンサー３５における方向３７からの
輝度（入力手段３４上の輝度）の検出結果を、虚像形成
光学系３の輝度制御に、それぞれ用いることにより前述
の実施例５及び実施例６に述べた関係に基づいて、それ
ぞれを自動制御することが可能となる。従って、部分透
過型遮光板の透過率の最適化及び虚像形成光学系の輝度
の最適化を自動的に実現できるため、使用者の使用状況
に応じて常に最適状態に装置本体が調整されて使用者の
疲労が軽減される。

【００７２】なお、フォトセンサー３５の配置位置は、
図２に示したような虚像形成光学系の光学配置において
は、図１４に示したような反射ミラーの裏面側が、スペ
ース効率の点でも検出方向の点でも望ましい。また、こ
れらの制御手段は同時に具備されることが疲労低減にお
いては望ましいが、どちらか一方の具備であっても疲労
低減効果は著しい。

【００７３】次に、部分透過型遮光板の透過率及び虚像
形成光学系の輝度を自動調整するための制御回路の一実
施例を、図１６及び図１７を用いて説明する。

【００７４】図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、部分透
過型遮光板の透過率制御のために液晶表示素子を用いた
例であり、図１６（ａ）は回路図、図１６（ｂ）はその
動作波形を示したタイミングチャートである。フォトセ
ンサー３５はフォトダイオード４２とレンズ４３とから
構成され、レンズ４３により入力光がフォトダイオード
４２上に結像されて検出信号が得られる。この検出信号
はアンプ４４で増幅されてオペアンプ４５のマイナス端
子に入力される。一方、オペアンプ４５のプラス端子に
は電圧制御用の抵抗４６が接続され、１００ｌｘに相当
する電圧が供給される。オペアンプ４５では両入力の大
小が判断され、フォトセンサー側入力照度が参照照度で
ある１００ｌｘより明るいと判断した場合は、Ｓ１信号
がスイッチ４７によりスイッチングされて、アンプ４９
で増幅された後液晶表示素子５０に入力される。逆にフ
ォトセンサー側入力照度が参照照度である１００ｌｘよ
り暗いと判断した場合は、Ｓ２信号がスイッチ４８によ
りスイッチングされて、アンプ４９で増幅された後液晶
表示素子５０に入力される。上記のＳ１、Ｓ２信号は、
これに用いる液晶表示素子の表示モードがノーマリーブ
ラックであり、図１６（ｂ）に示すような振幅関係があ
るとすると、Ｓ１信号が選択されたときは部分透過型遮
光板の透過率が減少し、Ｓ２信号が選択されたときは部
分透過型遮光板の透過率が増大して、所望の制御を行う
ことができる。なお、この信号の選択数を増加すること
によって、さらに細かい透過率制御ができる。

【００７５】図１７は、虚像形成光学系の輝度制御の一
実施例を示した回路図で、画像表示素子を構成する照明
手段の輝度制御によるものである。上記に説明したフォ
トセンサー３５からの検出信号は、アンプ５１で増幅さ
れてトランジスタ５２に入力され、その入力電圧に応じ
て照明手段である蛍光灯５３の駆動回路５４の電圧を制
御する。その結果、蛍光灯５３はフォトセンサー３５か
らの検出信号に応じてその輝度が制御され、すなわち、
虚像形成光学系の輝度が制御される。

【００７６】なお、上記の２つの制御を併用する場合に
は、フォトセンサー３５の検出信号の急激な変化を捕ら
えて、その検出方向が変化したと判断したり、あるいは
使用者の頭部の動きを機械的に検出して、部分透過型遮
光板の透過率または虚像形成光学系の輝度のいずれか一
方の制御にフォトセンサー３５の検出信号を用いるよう
にすればよい。

【００７７】上記の各実施例において各構成要件は上記
内容に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しな
い範囲で種々変更可能である。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の頭部装着
型表示装置は、虚像形成光学系を使用者の左右の眼のい
ずれにも配置可能とし、その虚像と使用者の眼とが形成
する光軸と使用者が水平方向を見るときの視線とをほぼ
一致させることにより、虚像を一方の眼の前方に視認す
ることができる。このため、虚像を視認する眼の他方の
眼の視野及び、虚像を視認する眼の虚像視野領域の下方
の視野が最大限確保される。従って、キーボード等の入
力手段や資料、原稿を十分に視認可能となり、ＰＣモニ
ターとして好適であるとともに安全性が高い。また、使
用者が水平方向を見るという使用者にとって最も自然な
視線方向で虚像を見続けることができるため、疲労が少
ない。また、虚像を視認する眼を使用者が簡単に選択で
きるため、汎用性、共用性に優れ、使用者が個人の判断
で虚像を視認する眼を左右のどちらでも自由に切り換え
ることが可能である。さらに、単眼視であるため、２眼
視による融像作用や左右の液晶表示素子の画質差を原因
とする疲労は発生しない。また、２眼式のものに比べ
て、軽量、コンパクト、低コスト、簡単な構造となり、
携帯性にも優れる。

【００７９】また、虚像を視認する眼の切り換え手段と
して、装置本体に空転保持され使用者の略眼幅方向に延
伸しネジ形状を有する軸に虚像形成光学系を螺着嵌合す
る構成にしたため、その軸を回転させるだけで、極めて
簡単に虚像形成光学系の位置を切り換えることができ
る。また、使用者の略眼幅方向に虚像形成光学系を移動
するため、眼幅の調整を兼用することができる。従っ
て、無理な眼球運動をとらないようにすることができる
ため、使用者の眼幅との不適合による眼の疲労を解消で
きる上に、これら調整機構の構造が簡略化される。

【００８０】また、別の切り換え手段として、円筒形断
面の切り換え手段に虚像形成光学系を摩擦嵌合する構成
としたことにより、やはり簡単に虚像形成光学系の位置
を切り換えることができる。また、切り換え手段の断面
が円筒形であるため、その周りに虚像形成光学系を回転
することにより俯角調整をも兼用することができる。

【００８１】また、さらに別の切り換え手段として、使
用者の略眼幅方向に形成された溝に虚像形成光学系を摩
擦嵌合する構成としたことにより、簡単かつ安定的に虚
像形成光学系の位置を切り換えることができる。

【００８２】また、虚像を視認する眼の他方の眼の前方
に透過率が１より小さい部分透過型遮光板を配置し、そ
の部分透過型遮光板の大きさを虚像視野領域と同一以上
で最適化するとともに、その透過率を最適化したため、
あらゆる照度条件下においても虚像の視認性を確保しな
がら、装着中の前方及び下方の視野を最大限確保して作
業性と安全性を高めることができる。

【００８３】また、虚像形成光学系の輝度と使用者の手
元の輝度との関係を最適化することにより、使用者が虚
像を視認するときと手元を視認するときとの明暗差が減
少されるため、疲労を極少化できる。

【００８４】また、虚像形成光学系を配置した構造体の
下方に鉛直線から２８゜以上の視野を確保できるため、
人間工学的に最適な位置にキーボード等の入力手段を配
置することが可能となり、入力作業を原因とする疲労を
軽減できる。

【００８５】また、使用者が虚像を知覚する距離と入力
手段を視認する距離が概ね一致するような構成にしたた
め、虚像視認と入力手段視認との繰り返しにおいて水晶
体の調節作用が不要となり、調節のタイムラグを原因と
する疲労を軽減できる。

【００８６】また、虚像と使用者の眼の形成する光軸と
使用者の顔面に対する垂直線とが水平方向においてなす
角度を、輻輳方向をプラスとするときに−１゜〜＋５
゜、望ましくは０゜〜１゜に設定したことにより、単眼
視における最も見やすい方向に虚像を視認できるため、
長時間の使用においても疲労の発生は少ない。

【００８７】さらに、装置本体の下側に照度（輝度）検
出手段を配置し、使用者の頭の動きに連動して装置本体
の前方の照度と使用者の手元の輝度とを順次検出できる
ようにしたことにより、その検出結果をそれぞれ部分透
過型遮光板の透過率と虚像形成光学系の輝度との最適化
にフィードバックすることが可能となり、部分透過型遮
光板の透過率の最適化及び（あるいは）虚像形成光学系
の輝度の最適化を自動的に実現できるため、使用者の使
用状況に応じて常に最適状態に装置本体が調整されて疲
労が軽減される。

【００８８】上記各構成において、部分透過型遮光板の
透過率や虚像形成光学系の輝度を制御する手段として偏
光素子を用いることにより、最も簡単で安価にその調整
手段を形成することができる。また、同手段として液晶
表示素子あるいはフィルム型液晶表示素子を用いること
により、その調整を電気的に容易で安価に行えるととも
に、特にフィルム型液晶表示素子を用いる場合は自由な
曲面により同手段を形成することができる。また、同手
段としてエレクトロクロミック素子を用いることによ
り、光量損失が少なく可変幅の広い同手段を形成するこ
とができる。さらに、同手段として画像表示素子を形成
する照明手段の輝度制御を用いることにより、簡単な回
路付加のみにより目的の手段を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の動作原理を示す斜視図。

【図２】図１における側面図。

【図３】本発明の切り換え手段を示す正面図。

【図４】図３における側面図。

【図５】本発明の別の切り換え手段を示す正面図。

【図６】図５における側面図。

【図７】本発明のさらに別の切り換え手段を示す斜視
図。

【図８】図７における虚像形成光学系の固定方法の説
明図。

【図９】本発明の部分透過型遮光板の配置位置を説明
するための平面図。

【図１０】本発明の部分透過型遮光板の大きさを説明
するための模式図。

【図１１】周辺照度と部分透過型遮光板の透過率との
関係の実験結果を表す図。

【図１２】周辺輝度と虚像形成光学系の輝度との関係
の実験結果を表す図。

【図１３】本発明の虚像形成光学系の下方位置を説明
するための図。

【図１４】虚像と入力手段等とを視認するときの距離
の関係を示した図。

【図１５】本発明における虚像の水平方向の形成位置
を説明するための図。

【図１６】本発明における部分透過型遮光板の透過率
制御の一実施例を表し、（ａ）は回路図、（ｂ）はその
動作波形を示したタイミングチャート。

【図１７】本発明における虚像形成光学系の輝度制御
の一実施例を表す回路図。

【符号の説明】

１装置本体２使用者３虚像形成光学系４部分透過型遮光板５テンプル６ヒンジ７液晶パネル８バックライト９画像表示素子１０反射ミラー１１レンズ１２眼１３光軸１４虚像１５軸１６ネジ部１７円筒部１８ノブ１９ヒンジ部２０保持部２１案内軸２２軸２３固定ネジ２４溝２５腕２６腕２７固定ネジ２８固定つまみ２９隙間３０直交面３１投影面３２断面３３死角領域３４入力手段３５フォトセンサー３６方向３７方向３８使用者の顔面に対する垂直線３９光軸４０一重ハッチング４１二重ハッチング４２フォトダイオード４３レンズ４４アンプ４５オペアンプ４６抵抗４７スイッチ４８スイッチ４９アンプ５０液晶表示素子５１アンプ５２トランジスタ５３蛍光灯５４駆動回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂口昌史長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (72)発明者新藤裕幸長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像表示素子及び該画像表示素子によっ
て形成された画像を虚像拡大する拡大光学手段を備えた
虚像形成光学系と、該虚像形成光学系を収納する装置本
体と、該装置本体に取り付けられ、前記虚像形成光学系
を使用者の略眼幅方向に移動自在に保持し、前記虚像形
成光学系を使用者の左右の眼のいずれか一方に対応して
配置するための切り換え手段を有し、前記虚像と使用者
の眼とが形成する光軸と、使用者が水平方向を見たとき
の視線とがほぼ一致するように、前記画像表示素子及び
前記拡大光学手段が配置された頭部装着型表示装置。
【請求項２】前記切り換え手段は、前記装置本体に空
転保持され、使用者の略眼幅方向に延伸しネジ形状を有
し、前記虚像形成光学系が螺着嵌合する軸からなる請求
項１に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項３】前記切り換え手段は、使用者の略眼幅方
向に延伸し略円筒形断面を有し、前記虚像形成光学系が
摩擦嵌合する軸からなる請求項１に記載の頭部装着型表
示装置。
【請求項４】前記切り換え手段は、使用者の略眼幅方
向に形成され、前記虚像形成光学系が摩擦嵌合する溝か
らなる請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項５】前記虚像を視認する眼の他方の眼の前方
に設けられ、透過率が１より小さい部分透過型遮光板を
更に有する請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項６】前記部分透過型遮光板の透過率が３％以
下である請求項５に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項７】前記部分透過型遮光板が、前記虚像形成
光学系が配置された構造体の、使用者の顔面に対する前
後方向の厚み内に配置される請求項５に記載の頭部装着
型表示装置。
【請求項８】前記部分透過型遮光板の、前記虚像と使
用者の眼の形成する光軸に対する直交面への投影面が、
前記虚像形成光学系が形成する虚像視野領域の、前記直
交面による断面と略相似形状であり、その面積が少なく
とも同一である請求項５に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項９】前記部分透過型遮光板の透過率を、前記
部分透過型遮光板の外表面側の周辺照度に応じて可変制
御するための制御手段を更に有する請求項５に記載の頭
部装着型表示装置。
【請求項１０】前記部分透過型遮光板の透過率は、３
％以下に制御される請求項９に記載の頭部装着型表示装
置。
【請求項１１】前記部分透過型遮光板の透過率は、周
辺照度が１００ｌｘ以下のときに増大するように制御さ
れる請求項１０に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項１２】前記部分透過型遮光板は偏光素子から
なる請求項９に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項１３】前記部分透過型遮光板は、液晶表示素
子あるいは、変形自在な樹脂の間に液晶を充填してなる
フィルム型液晶表示素子からなる請求項９に記載の頭部
装着型表示装置。
【請求項１４】前記虚像形成光学系の輝度を、装着時
における前記装置本体の下方でかつ使用者の手元の周辺
輝度に応じて可変制御するための制御手段を更に有する
請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項１５】前記虚像形成光学系の輝度が、前記周
辺輝度と略一致するように制御される請求項１４に記載
の頭部装着型表示装置。
【請求項１６】本頭部装着型表示装置とキーボード等
の視覚を要する入力手段との併用に際し、前記周辺輝度
が前記入力手段上の輝度であり、前記虚像形成光学系の
輝度が前記入力手段上の輝度と略一致するように制御さ
れる請求項１４に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項１７】前記虚像形成光学系の輝度と前記周辺
輝度とは、略比例関係になるように制御される請求項１
４に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項１８】前記虚像形成光学系の輝度を可変制御
するための制御手段は、画像表示素子を形成する照明手
段の輝度制御からなる請求項１４に記載の頭部装着型表
示装置。
【請求項１９】前記虚像形成光学系の輝度を可変制御
するための制御手段は、偏光素子からなる請求項１４に
記載の頭部装着型表示装置。
【請求項２０】前記虚像形成光学系の輝度を可変制御
するための制御手段は、液晶表示素子あるいは、変形自
在な樹脂の間に液晶を充填してなるフィルム型液晶表示
素子からなる請求項１４に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項２１】前記虚像形成光学系の輝度を可変制御
するための制御手段は、エレクトロクロミック素子から
なる請求項１４に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項２２】前記虚像形成光学系を配置した構造体
の下方の視界の上端と、使用者が水平方向を見るときの
視線とのなす角度が、鉛直方向において６２゜以下であ
る請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項２３】本頭部装着型表示装置とキーボード等
の視覚を要する入力手段との併用に際し、使用者が前記
虚像を知覚する距離と前記入力手段を視認する距離が略
等しくなるように、前記画像表示素子及び前記拡大光学
手段が配置された請求項１に記載の頭部装着型表示装
置。
【請求項２４】前記虚像と使用者の眼とが形成する光
軸と、使用者の顔面に対する垂直線とが水平方向におい
てなす角度が、輻輳方向をプラスとするときに−１゜〜
＋５゜、望ましくは０゜〜１゜となるように、前記画像
表示素子及び前記拡大光学手段が配置された請求項１に
記載の頭部装着型表示装置。
【請求項２５】前記装置本体の下側に照度（輝度）検
出手段を、使用者の虚像視認時と入力手段視認時とにお
ける該使用者の頭部の動きに応じて、それぞれ前記部分
透過型遮光板の外表面側の周辺照度と、前記装置本体の
下方でかつ使用者の手元の周辺輝度とを検出すべく配置
し、前記部分透過型遮光板の外表面側の周辺照度に応じ
て前記部分透過型遮光板の透過率を、及び（あるいは）
前記周辺輝度に応じて前記虚像形成光学系の輝度を、請
求項１１及び（あるいは）請求項１７に記載の関係で自
動調整することを特徴とする、請求項９または１４に記
載の頭部装着型表示装置。