JPH0836143A

JPH0836143A - ヘッドマウントディスプレイ装置

Info

Publication number: JPH0836143A
Application number: JP14571794A
Authority: JP
Inventors: Masahito Kikuchi; 雅仁菊地; Takeshi Matsuoka; 毅松岡
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1994-05-16
Filing date: 1994-06-06
Publication date: 1996-02-06

Abstract

(57)【要約】【目的】両眼全部を覆わないようにすることにより、
装置全体の小型化を図り、眼鏡に簡単に取り付けて手軽
に使用することのできるヘッドマウントディスプレイ装
置を提供する。【構成】画像を表示する液晶表示パネル１５と、この
液晶表示パネル１５に表示された画像を拡大する拡大レ
ンズ２０と、液晶表示パネル１５および拡大レンズ２０
が収容され、かつ眼鏡レンズ６の周縁部の右上に装着さ
れる本体ケース装着部１２を有する本体ケース１とを備
え、この本体ケース１を本体ケース装着部１２により眼
鏡３の所定個所に装着させ、この状態で液晶表示パネル
１５に表示された画像を拡大レンズ２０で拡大して観察
するようにした。したがって、従来のように両眼全部を
覆う必要がなく、装置全体を小型化することができると
ともに、眼鏡３に簡単に取り付けることができ、携帯性
が良く、手軽に使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ヘッドマウントディ
スプレイ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、頭部に装着して画像を観察するヘ
ッドマウントディスプレイ装置は、使用者の頭部に装着
するリング状のヘッドバンドと、このヘッドバンドに取
り付けられた機器ケースとを備えている。機器ケースは
使用者の両眼を覆って顔面に密着する箱形状のものであ
り、この機器ケースの前面にはファインダが設けられ、
内部にはテレビジョン映像などの画像を表示する表示
部、およびこの表示部に表示された画像を拡大する拡大
光学系が設けられている。このヘッドマウントディスプ
レイ装置では、表示部に表示された画像を拡大光学系で
拡大し、拡大された画像をファインダを通して観察でき
るようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなヘッドマウントディスプレイ装置では、機器ケース
が使用者の両眼を覆う必要があるため、両眼を含む幅よ
りも機器ケースを小さくすることができず、このため装
置全体が大型化し、しかも両眼を覆う構造であるから、
歩行中や運動中あるいは作業中などでは使用することが
できないという不都合がある。また、機器ケースを頭部
に装着するためには、ヘッドバンドが必要であり、この
ため携帯性が悪く、手軽に情報を得ることができないと
いう問題もある。この発明は、上記事情に鑑みてなされ
たもので、両眼全部を覆わないようにすることにより、
装置全体の小型化を図り、眼鏡に簡単に取り付けて手軽
に使用することのできるヘッドマウントディスプレイ装
置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するため、画像を表示する表示部と、この表示部に
表示された画像を拡大する拡大レンズと、内部に表示部
および拡大レンズが収容され、かつ眼鏡の所定個所に装
着される装着部を有する本体ケースとを備え、本体ケー
スを装着部により眼鏡の所定個所に装着させ、この状態
で表示部に表示された画像を拡大レンズで拡大して観察
することを特徴するものである。

【０００５】

【作用】この発明によれば、本体ケースを装着部により
眼鏡の所定個所に装着させる構造であるから、従来のよ
うに両眼全部を覆う必要がなく、このため従来のものに
比べて装置全体を小型化することができるとともに、本
体ケースを眼鏡の所定個所に簡単に取り付けることがで
き、したがって携帯性が良く、手軽に使用することがで
き、かつ表示部に表示された画像を拡大レンズで拡大し
て観察するので、良好に情報を見ることができる。この
場合、請求項２または請求項５に記載の如く、本体ケー
スを装着部により眼鏡レンズの周縁部の一部に対応させ
て配置させれば、眼鏡レンズの周縁部の一部を利用して
拡大された画像を観察することができ、それ以外の個所
で外界を見ることができるので、歩行中や運動中あるい
は作業中などでもさほど支障なく使用することができ、
手軽に情報を得ることができる。

【０００６】

【実施例】以下、図１〜図５を参照して、この発明のヘ
ッドマウントディスプレイ装置の第１実施例について説
明する。図１はヘッドマウントディスプレイ装置を眼鏡
に装着した外観斜視図、図２はその眼鏡を使用者が装着
した状態の外観斜視図である。このヘッドマウントディ
スプレイ装置は、上面から見てほぼ蒲鉾形状をなす本体
ケース１と、全体がほぼ円筒形状をなす部品ケース２と
を備え、各ケース１、２が眼鏡３に取り付けられる構造
となっている。眼鏡３は、つる部４を有する眼鏡フレー
ム５に左右の眼鏡レンズ６を取り付けた一般的なもので
あり、眼鏡３の右眼用の眼鏡レンズ６の周縁部における
右端上部に本体ケース１が取り付けられ、眼鏡３のつる
部４に部品ケース２が取り付けられるようになってい
る。

【０００７】図３は図１のＡ−Ａ拡大断面図、図４は図
３の要部拡大断面図である。これらの図において、本体
ケース１は、瞳１０に対向する一端部（同図では右端
部）に開口部１１が設けられ、この開口部１１の上部に
眼鏡レンズ６の上部を着脱可能に挾んで装着する本体ケ
ース装着部１２が設けられ、この本体ケース装着部１２
により瞳１０と反対側における眼鏡レンズ６の外側に突
出した状態で取り付けられる構造となっている。本体ケ
ース装着部１２は、開口部１１の上部から眼鏡フレーム
５の上方を越えて瞳１０側に突出し、この瞳１０側にお
ける眼鏡フレーム５および眼鏡レンズ６の内側上部に対
向する断面Ｌ字状の押え部１３を備えている。この押え
部１３の内面には、眼鏡フレーム５および眼鏡レンズ６
の上端内面に圧接するゴムやスポンジなどの弾性部材１
４ａが設けられている。また、本体ケース装着部１２の
開口部１１の外周縁部に対応する個所には、瞳１０と反
対側における眼鏡フレーム５や眼鏡レンズ６の外面に圧
接するゴムやスポンジなどからなるリング状の弾性部材
１４ｂが設けられている。

【０００８】一方、本体ケース１内の奥部（図３および
図４では左側）には、テレビジョン映像や文字情報など
の画像を表示する液晶表示パネル１５が眼鏡レンズ６の
光軸６ａに対し垂直に配置されているとともに、この液
晶表示パネル１５の背面を照明するバックライトパネル
１６が配置されている。液晶表示パネル１５は、例え
ば、１mm角程度の大きさで、100×100ドット程度の画素
を有するマトリクスタイプのものであり、前面にはカバ
ーガラス１５ａが配置されている。バックライトパネル
１６はエレクトロルミネセンスなどの平板状の光源であ
る。また、本体ケース１内の上部には、液晶表示パネル
１５を駆動する駆動回路などを搭載した回路基板１７が
設けられている。この回路基板１７と液晶表示パネル１
５およびバックライトパネル１６とは、フレキシブル配
線基板１８によって電気的に接続されている。

【０００９】また、本体ケース１の開口部１１には、液
晶表示パネル１５に表示された画像を拡大する拡大レン
ズ２０が眼鏡レンズ６の外面に接近して設けられてい
る。拡大レンズ２０は、顔前約５０cmの所に画面サイズ
が約６cm角程度のディスプレイを配置した状態と同程度
の大きさの画面サイズに画像を拡大するように設定され
ている。また、拡大レンズ２０は、１枚構成で、その表
裏両面が非球面に形成された非球面レンズであり、表裏
面の非球面係数がそれぞれ異なっている。また、拡大レ
ンズ２０の表裏面における光軸は眼鏡レンズ６の光軸６
ａに対し所定距離偏心した位置にあり、かつ表裏面の各
偏心量はそれぞれ異なっているとともに、拡大レンズ２
０の表裏面はそれぞれ眼鏡レンズ６の光軸６ａに対し所
定角度チルトしている。これは、液晶表示パネル１５が
眼鏡レンズ６の光軸６ａから離れた位置に配置され、か
つ液晶表示パネル１５に表示された画像の中心を瞳１０
の中心に一致させる必要があるからである。すなわち、
液晶表示パネル１５の中心と眼鏡レンズ６の光軸６ａと
が一致している場合には、拡大レンズ２０の表裏面の光
軸を偏心させたり、また拡大レンズ２０の表裏面をチル
トさせたりする必要はない。

【００１０】このため、例えば、液晶表示パネル１５が
眼鏡レンズ６の光軸６ａから垂直な状態で真上に所定距
離離れて配置されている場合には、拡大レンズ２０の表
裏面の光軸を眼鏡レンズ６の光軸６ａに対し上下方向の
みに所定距離（眼鏡レンズ６の光軸６ａから液晶表示パ
ネル１５の中心までの距離に応じた距離）だけ偏心さ
せ、また拡大レンズ２０の表裏面を眼鏡レンズ６の光軸
６ａに対し上下方向のみに所定角度（これも、眼鏡レン
ズ６の光軸６ａから液晶表示パネル１５の中心までの距
離に応じた角度）だけチルトさせればよい。また、液晶
表示パネル１５が眼鏡レンズ６の光軸６ａから垂直な状
態で斜め上方（図１に示すように眼鏡レンズ６の右上）
に所定距離離れて配置されている場合には、拡大レンズ
２０の表裏面の光軸を眼鏡レンズ６の光軸６ａに対し上
下および左右の両方向に所定距離だけ偏心させ、また拡
大レンズ２０の表裏面を眼鏡レンズ６の光軸６ａに対し
上下および左右の両方向に所定角度だけチルトさせれば
よい。

【００１１】なお、部品ケース２には、図１に示すよう
に、眼鏡３のつる部４に着脱可能に係合するフック形状
の部品ケース装着部７が設けられている。この部品ケー
ス２内には、電源用の電池、ＦＭ多重放送による文字情
報やテレビ放送のテレビジョン映像などを受信する受信
回路を構成する電子部品（いずれも図示せず）が設けら
れており、部品ケース２の後端部には図１に示すように
スピーカ８が設けられている。そして、部品ケース２内
の電子回路と本体ケース１内の電子回路とは、図１に示
すように、接続コード９によって電気的に接続されてい
る。また、部品ケース２の上部面には、電源スイッチ２
ａ、ボリューム（音量）を調節（アップ／ダウン）する
ための２つのスイッチ２ｂ、２ｃが設けられており、本
体ケース１の上部面には、選局（アップ／ダウン）をす
るための２つのチューニングスイッチ１ａ、１ｂが設け
られている。そして、これらの各スイッチ２ａ〜２ｃ、
１ａ、１ｂの表面には、それぞれ各スイッチの機能を表
すマークが刻印されている。

【００１２】このようなヘッドマウントディスプレイ装
置では、使用する場合には本体ケース１の本体ケース装
着部１２を眼鏡レンズ６の上端部に装着させることによ
り、本体ケース１を眼鏡３に簡単に取り付けることがで
きるとともに、部品ケース２の部品ケース装着部７を眼
鏡３のつる部４に装着することにより、部品ケース２を
眼鏡３に簡単に取り付けることができる。このときに
は、本体ケース装着部１２にゴムやスポンジなどの弾性
部材１４ａ、１４ｂが設けられているので、眼鏡レンズ
６を傷付けることがなく、良好に本体ケース１を眼鏡レ
ンズ６に取り付けることができる。また、この状態で
は、本体ケース１が眼鏡レンズ６の中心から離れ、眼鏡
レンズ６の周縁部における上端部に対応して配置されて
いるので、眼鏡レンズ６の中心付近で外界を見ることが
できる。

【００１３】この状態で、部品ケース２の電源スイッチ
２ａをオンさせ、本体ケース１のチューニングスイッチ
１ａ、１ｂを適宜操作することにより所望のチャンネル
を選局するとともに、部品ケース２のボリュームスイッ
チ２ｂ、２ｃを適宜操作することによりスピーカ８の音
量を調節する。すると、バックライトパネル１６が点灯
し、液晶表示パネル１５に所望のテレビジョン映像や文
字情報などの画像が表示され、この画像に応じた音声が
所望の音量で放音される。このように各スイッチ１ａ、
１ｂ、２ａ〜２ｃを操作する場合には、各スイッチ１
ａ、１ｂ、２ａ〜２ｃの表面に機能を表すマークが刻印
されているので、指先で触るだけで、各スイッチ１ａ、
１ｂ、２ａ〜２ｃの位置および機能を判別することがで
きる。また、各スイッチ１ａ、１ｂ、２ａ〜２ｃは、本
体ケース１または部品ケース２の各上面にそれぞれ設け
られているので、スイッチ操作をするときに各ケース
１、２の上部面と下部面を摘むようにして操作できるの
で、眼鏡３をかけたままでも負担無く容易に操作ができ
る。

【００１４】このようにして、バックライトパネル１６
が点灯して液晶表示パネル１５に文字情報などの画像が
表示されると、眼鏡レンズ６および拡大レンズ２０を通
して液晶表示パネル１５に表示された画像を拡大画像と
して観察することができる。すなわち、液晶表示パネル
１５に表示された画像の光は、拡大レンズ２０によって
ほぼ平行な光として眼鏡レンズ６に入射された上、この
眼鏡レンズ６を通して使用者の眼にとどくことになる。
このとき、眼鏡レンズ６の上端付近は、通常、使用者が
遠方を見るときに適するように調整されているので、拡
大レンズ２０のピント位置は液晶表示パネル１５の画像
光が平行光となるように調整しておけば良い。また、液
晶表示パネル１５が眼鏡レンズ６の光軸６ａに対し垂直
な状態で、眼鏡レンズ６の光軸６ａから右斜め上方に配
置されていても、拡大レンズ２０の表裏面がそれぞれ異
なる非球面に形成されていることにより、主に球面収差
を補正することができるとともに像面湾曲をもある程度
補正することができ、また拡大レンズ２０の表裏面の光
軸が眼鏡レンズ６の光軸６ａに対しそれぞれ所定距離偏
心し、かつ拡大レンズ２０の表裏面が眼鏡レンズ６の光
軸６ａに対し所定角度チルトしているので、像面湾曲を
確実に補正することができ、これにより像の平面性が良
くなり、画質の向上が図れる。

【００１５】このように、このヘッドマウントディスプ
レイ装置では、本体ケース１の本体ケース装着部１２に
より本体ケース１を眼鏡レンズ６に簡単に取り付けるこ
とができるとともに、本体ケース１を眼鏡レンズ６の右
上に対応させて配置させたので、従来のように両眼全部
を覆う必要がなく、従来のものに比べて装置全体を大幅
に小型化することができ、このため携帯性が良く、手軽
に使用することができ、また液晶表示パネル１５に表示
された画像を拡大レンズ２０で拡大して観察するので、
良好に情報を見ることができる。この場合、本体ケース
１は本体ケース装着部１２により眼鏡レンズ６の右上に
対応して配置されているので、目線を眼鏡レンズ６の右
上に向ければ拡大された画像を見ることができ、それ以
外の個所、例えば眼鏡レンズ６の中心付近に目線を向け
れば外界を見ることができる。したがって、歩行中や運
動中あるいは作業中などでもさほど支障なく使用するこ
とができ、手軽に情報を得ることができる。また、この
ように情報を見るときには、部品ケース２の後端部に設
けられたスピーカ８により音声を聞くことができ、より
一層良好に情報が得られる。

【００１６】次に、このような第１実施例のヘッドマウ
ントディスプレイ装置の具体例について、表１および表
２を参照して説明する。この具体例では、液晶表示パネ
ル１５が眼鏡レンズ６の光軸６ａに対し垂直な状態で真
上に所定距離離れて配置されているものとする。表１で
は、焦点距離ｆが８mmで、イメージサイズが約１mm角
で、拡大レンズの径が４mmである。

【表１】ただし、Ｒｉは曲率半径、Ｄｉはレンズおよび液晶表示
パネルの中心厚および空気空間、Ｎｉは屈折率、νｉは
アッベ数である。

【００１７】また、表２は拡大レンズの表裏面の非球面
データである。

【表２】ただし、非球面は以下の式１で表される。Ｚ＝Ｃρ²／［１＋√｛１−（ａ₁＋１）Ｃ²ρ²｝］＋ａ
₂ρ⁴＋ａ₃ρ⁶＋ａ₄ρ⁸＋ａ₅ρ₁₀………………式１ただし、Ｚは拡大レンズ面での光軸からの高さの変位
量、Ｃは近軸曲率半径、ρは光軸からの高さ、ａ_iは非
球面係数である。

【００１８】さらに、拡大レンズの表裏面の偏心量は、
Ｒ₃面が眼鏡レンズ６の光軸６ａから4.48mmで、Ｒ₄面が
6.35mmである。また、拡大レンズの表裏面のチルト角
は、Ｒ₃面が眼鏡レンズ６の光軸６ａに対し1.155°で、
Ｒ₄面が2.982°である。

【００１９】このような第１実施例のヘッドマウントデ
ィスプレイ装置の具体例では、メリジオナル・コマ収差
が図５（ａ）に示すような収差曲線で、サジタル・コマ
収差が図５（ｂ）に示すような収差曲線となり、これら
の図から、収差特性が良く、画質が良いことがわかる。

【００２０】なお、上記第１実施例の具体例では、拡大
レンズのＲ₃面の偏心量が眼鏡レンズ６の光軸６ａから
4.48mmで、Ｒ₄面が6.35mmであり、Ｒ₃面のチルト角が眼
鏡レンズ６の光軸６ａに対し1.155°で、Ｒ₄面が2.982
°であるが、これに限らず、眼鏡レンズ６の光軸６ａと
液晶表示パネル１５の中心が一致している場合を考慮す
れば、拡大レンズのＲ₃面の偏心量は眼鏡レンズ６の光
軸６ａから0〜±5.38mmの範囲で、Ｒ₄面の偏心量は0〜
±7.62mmの範囲であれば良く、また拡大レンズのＲ₃面
のチルト角は眼鏡レンズ６の光軸６ａに対し0〜1.386°
の範囲で、Ｒ₄面のチルト角は0〜3.578°の範囲であれ
ば良い。また、上記第１実施例では、眼鏡レンズ６の光
軸６ａから斜め上方に配置される液晶表示パネル１５が
眼鏡レンズ６の光軸６ａに対し垂直に配置されている
が、これに限らず、液晶表示パネル１５が瞳１０に対面
するように、液晶表示パネル１５を光軸６ａに対し上下
左右方向に所定角度傾けて配置しても良い。このように
すれば、拡大レンズ２０のチルト角および偏心量を小さ
く抑えることができ、レンズ設計が容易になる。さら
に、上記第１実施例の眼鏡フレーム５が金属製である場
合には、眼鏡フレーム５と部品ケース２内の受信回路と
をバネ接点で接続すれば、眼鏡フレーム５をアンテナと
して使用することができる。

【００２１】次に、図６および図７を参照して、この発
明のヘッドマウントディスプレイ装置の第２実施例につ
いて説明する。なお、図１〜図５に示された第１実施例
と同一部分には同一符号を付し、その説明は適宜省略す
る。図６は第２実施例のヘッドマウントディスプレイ装
置の要部の拡大断面図である。この図において、本体ケ
ース２５は、上面から見てほぼ蒲鉾形状に形成され、瞳
１０に対向する一端部（同図では右端部）に開口部２６
が設けられ、この開口部２６に拡大レンズ２７が設けら
れ、開口部２６と反対側の奥部に液晶表示パネル１５お
よびバックライトパネル１６が眼鏡レンズ６の光軸６ａ
に対し垂直に設けられ、拡大レンズ２７と液晶表示パネ
ル１５との間に本体ケース装着部２８が設けられた構造
となっている。

【００２２】したがって、この本体ケース２５は、本体
ケース装着部２８により眼鏡レンズ６の周縁部における
上部に取り付けられると、瞳１０と反対側における眼鏡
レンズ６の外側に液晶表示パネル１５が配置され、瞳１
０側における眼鏡レンズ６の内側に拡大レンズ２７が配
置される。このため、使用者の眼鏡レンズ６によってピ
ント位置が異なるが、このヘッドマウントディスプレイ
装置では、液晶表示パネル１５および拡大レンズ２７を
光軸に沿って前後に移動させることにより、ピント位置
を調整するようになっている。

【００２３】なお、拡大レンズ２７は、第１実施例と同
様、１枚構成で、主に球面収差を補正するために、表裏
両面が非球面に形成された非球面レンズであり、表裏面
の非球面係数がそれぞれ異なっている。また、拡大レン
ズ２７の表裏面における光軸は眼鏡レンズ６の光軸６ａ
に対して所定距離偏心した位置にあり、かつ表裏面の各
偏心量はそれぞれ異なっており、さらに拡大レンズ２７
の表裏面はそれぞれ眼鏡レンズ６の光軸６ａに対して所
定角度チルトしている。また、本体ケース装着部２８
は、第１実施例と同様、眼鏡レンズ６の周縁部における
上部に装着して本体ケース２５を眼鏡３に対して取り付
けるためのものであり、本体ケース２５の下側に開口さ
れた逆凹部形状の溝状に形成されている。この本体ケー
ス装着部２８の内面には、眼鏡フレーム５および眼鏡レ
ンズ６の内面および外面に圧接するゴムやスポンジなど
の弾性部材１４ａ、１４ｂが設けられている。

【００２４】このような第２実施例のヘッドマウントデ
ィスプレイ装置では、第１実施例と同様の効果があるほ
か、特に液晶表示パネル１５と拡大レンズ２７の間に眼
鏡レンズ６が配置されるので、本体ケース２５が眼鏡レ
ンズ６の外側に突出する長さを短くすることができ、外
観上の違和感を少なくすることができる。

【００２５】次に、このような第２実施例のヘッドマウ
ントディスプレイ装置の具体例について、表３および表
４を参照して説明する。この具体例でも、液晶表示パネ
ル１５は眼鏡レンズ６の光軸６ａに対し垂直な状態で真
上に所定距離離れて配置されているものとする。表３で
は、焦点距離ｆが８mmで、イメージサイズが約１mm角
で、拡大レンズの径が４mmである。

【表３】ただし、Ｒｉは曲率半径、Ｄｉはレンズおよび液晶表示
パネルの中心厚および空気空間、Ｎｉは屈折率、νｉは
アッベ数である。

【００２６】また、表４は拡大レンズの表裏面の非球面
データである。

【表４】ただし、非球面は第１実施例の式１で表される。さら
に、拡大レンズの表裏面の偏心量は、Ｒ₅面が眼鏡レン
ズ６の光軸６ａから3.9mmで、Ｒ₆面が5.81mmである。ま
た、拡大レンズの表裏面のチルト角は、Ｒ₅面が眼鏡レ
ンズ６の光軸６ａに対して−0.59°で、Ｒ₆面が−5.0°
である。

【００２７】このような第２実施例のヘッドマウントデ
ィスプレイ装置の具体例では、メリジオナル・コマ収差
が図７（ａ）に示すような収差曲線で、サジタル・コマ
収差が図７（ｂ）に示すような収差曲線となり、これら
の図から、収差特性が良く、画質が良いことがわかる。

【００２８】なお、上記第２実施例の具体例では、拡大
レンズのＲ₅面の偏心量が眼鏡レンズ６の光軸６ａから
3.9mmで、Ｒ₆面の偏心量が5.81mmであり、Ｒ₅面のチル
ト角が眼鏡レンズ６の光軸６ａに対し−0.59°で、Ｒ₆
面のチルト角が−5.0°であるが、これに限らず、眼鏡
レンズ６の光軸６ａと液晶表示パネル１５の中心が一致
している場合を考慮すれば、拡大レンズのＲ₅面の偏心
量は眼鏡レンズ６の光軸６ａから0〜±4.68mmの範囲
で、Ｒ₆面の偏心量は0〜±6.97mmの範囲であれば良く、
また、拡大レンズのＲ₅面のチルト角は眼鏡レンズ６の
光軸６ａに対し0〜−0.71°の範囲で、Ｒ₆面のチルト角
は0〜−6.0°の範囲であれば良い。また、上記第２実施
例でも、眼鏡レンズ６の光軸６ａから斜め上方に配置さ
れる液晶表示パネル１５が眼鏡レンズ６の光軸６ａに対
し垂直に配置されているが、これに限らず、液晶表示パ
ネル１５が瞳１０に対面するように、液晶表示パネル１
５を光軸６ａに対し所定角度傾けて配置しても良い。こ
のようにすれば、拡大レンズ２７のチルト角および偏心
量を小さく抑えることができ、レンズ設計が容易にな
る。

【００２９】次に、図８〜図１１を参照して、この発明
のヘッドマウントディスプレイ装置の第３実施例につい
て説明する。この場合にも、図１〜図５に示された第１
実施例と同一部分には同一符号を付し、その説明は適宜
省略する。このヘッドマウントディスプレイ装置は、図
８および図９に示すように、眼鏡３の右側のつる部４に
取り付けられる本体ケース３０を備えている。この本体
ケース３０は、光学ケース部３１と部品ケース部３２と
からなり、光学ケース部３１がつる部４の眼鏡レンズ６
側に配置され、部品ケース部３２がつる部４の後部側に
配置されるようになっている。

【００３０】光学ケース部３１は、つる部４の下側に配
置され、図１０に示すように中間部３３の先端部に右眼
用の眼鏡レンズ６の右端部に装着するレンズ装着部３４
が設けられ、中間部３３の後端側部に前方（眼鏡レンズ
６側）が開口された光学収納部３５が眼鏡レンズ６から
所定距離離れて設けられた構造となっている。レンズ装
着部３４は、右眼用の眼鏡レンズ６およびその眼鏡フレ
ーム５の各右端部を着脱可能に挾んで装着されるもので
あり、瞳１０と反対側における眼鏡レンズ６の外面に対
向する透明な２本のアーム３４ａと、瞳１０側における
眼鏡フレーム５の内面に対向する突出部３４ｂとからな
っている。そして、アーム３４ａと突出部３４ｂとの対
向面には、眼鏡レンズ６および眼鏡フレーム５の外面お
よび内面に圧接する滑り止めを兼ねたゴムなどの弾性部
材３６が設けられている。

【００３１】光学収納部３５内には、後述する液晶表示
パネル１５を駆動する駆動回路などを搭載した回路基板
３７が設けられている。光学収納部３５内の奥部（図１
０では左側）には、第１実施例と同じ液晶表示パネル１
５が眼鏡レンズ６の光軸６ａに対し垂直に配置されてい
るとともに、この液晶表示パネル１５の背面に光を照射
するバックライトパネル１６が配置されている。そし
て、液晶表示パネル１５およびバックライトパネル１６
と回路基板３７とは、フレキシブル配線基板３８によっ
て電気的に接続されている。また、光学収納部３５の後
端壁３５ａには、ピント調節つまみ３９が外部に突出し
た状態で、ピント調節つまみ３９に設けられたねじ軸３
９ａが内部に突出して螺入されている。このピント調節
つまみ３９は、ねじ軸３９ａの先端がバックライトパネ
ル１６の背面に図示しない金具を介して回転自在に取り
付けられ、ピント調節つまみ３９の回転操作に応じてバ
ックライトパネル１６および液晶表示パネル１５を光軸
６ａに沿って前後に移動させることにより、後述する光
学系のピントを調節するようになっている。

【００３２】また、光学収納部３５の開口された部分に
は、液晶表示パネル１５に表示された画像を拡大する拡
大レンズ４０が設けられている。拡大レンズ４０は、第
１実施例と同様、顔前約５０cmの所に画面サイズが約６
cm角程度のディスプレイを配置した状態と同程度の大き
さの画面サイズに画像を拡大するように設定されてい
る。また、拡大レンズ４０は、１枚構成で、その表裏両
面が非球面に形成された非球面レンズであり、表裏面の
非球面係数がそれぞれ異なっている。また、拡大レンズ
４０の表裏面における光軸は眼鏡レンズ６の光軸６ａに
対し所定距離偏心した位置にあり、かつ表裏面の各偏心
量はそれぞれ異なっているとともに、拡大レンズ４０の
表裏面はそれぞれ眼鏡レンズ６の光軸６ａに対し所定角
度チルトしている。これは、第１実施例と同様、液晶表
示パネル１５が眼鏡レンズ６の光軸６ａから離れた位置
に配置され、かつ眼鏡レンズ６で反射された液晶表示パ
ネル１５の拡大虚像の中心を瞳１０の中心に一致させる
必要があるからである。このため、例えば、液晶表示パ
ネル１５が眼鏡レンズ６の光軸６ａから垂直な状態で真
横に所定距離離れて配置されている場合には、拡大レン
ズ４０の表裏面の光軸を眼鏡レンズ６の光軸６ａに対し
左右方向に所定距離（眼鏡レンズ６の光軸６ａから液晶
表示パネル１５の中心までの距離に応じた距離）だけ偏
心させ、また拡大レンズ４０の表裏面を眼鏡レンズ６の
光軸６ａに対し左右方向に所定角度（これも、眼鏡レン
ズ６の光軸６ａから液晶表示パネル１５の中心までの距
離に応じた角度）だけチルトさせればよい。

【００３３】なお、部品ケース部３２には、図８に示す
ように、眼鏡３のつる部４に着脱可能に係合するフック
形状の部品装着部４１が設けられている。この部品ケー
ス部３２内には、第１実施例と同様、電源用の電池、Ｆ
Ｍ多重放送による文字情報やテレビ放送のテレビジョン
映像などを受信する受信回路を構成する電子部品（いず
れも図示せず）が設けられており、部品ケース部３２の
後端部にはスピーカ８が設けられている。そして、部品
ケース部３２内の電子回路と光学ケース部３１内の電子
回路とは、接続コード（図示せず）によって電気的に接
続されている。また、このヘッドマウントディスプレイ
装置では、光学ケース部３１内の回路基板３７がバネ接
点４２により金属製の眼鏡フレーム５と電気的に接続さ
れ、これにより眼鏡フレーム５をアンテナとして使用し
ている。また、第１実施例と同様、本体ケース３０の部
品ケース部３２の上部面には、電源スイッチ３２ａ、ボ
リューム（音量）を調節（アップ／ダウン）するための
２つのボリュームスイッチ３２ｂ、３２ｃが設けられて
おり、本体ケース３０の光学ケース部３１の上部面に
は、選局（アップ／ダウン）をするための２つのチュー
ニングスイッチ３１ａ、３１ｂが設けられている。そし
て、これらの各スイッチ３２ａ〜３２ｃ、３１ａ、３１
ｂの近傍における本体ケース３０の上部面には、それぞ
れ各スイッチの機能を表すマーク４３が刻印されてい
る。

【００３４】このようなヘッドマウントディスプレイ装
置では、使用する場合には本体ケース３０の部品ケース
部３２の部品装着部４１を眼鏡３のつる部４に係止させ
るとともに、光学ケース部３１のレンズ装着部３４を眼
鏡レンズ６の右端部に装着させることにより、本体ケー
ス３０を眼鏡３のつる部４に簡単に取り付けることがで
きる。このときには、本体ケース装着部１２にゴムなど
の弾性部材１３、１４が設けられているので、眼鏡レン
ズ６を傷付けたり、滑ったりすることがなく、良好に本
体ケース３０を眼鏡レンズ６に取り付けることができ
る。また、この状態では、本体ケース３０が眼鏡レンズ
６の中心から離れた眼鏡レンズ６の周縁部における右端
部に対応し、かつ瞳１０側における眼鏡レンズ６の内側
に配置されているので、本体ケース３０が取り付けられ
ても、ほとんど支障なく外界を見ることができる。

【００３５】この状態で、部品ケース部３２の電源スイ
ッチ３２ａをオンさせ、光学ケース部３１のチューニン
グスイッチ３１ａ、３１ｂを適宜操作することにより所
望のチャンネルを選局するとともに、部品ケース部３２
のボリュームスイッチ３２ｂ、３２ｃを適宜操作するこ
とによりスピーカ８の音量を調節する。すると、バック
ライトパネル１６が点灯し、液晶表示パネル１５に所望
のテレビジョン映像や文字情報などの画像が表示され、
この画像に応じた音声が所望の音量で放音される。この
ように各スイッチ３１ａ、３１ｂ、３２ａ〜３２ｃを操
作する場合には、各スイッチ３１ａ、３１ｂ、３２ａ〜
３２ｃの近傍における各ケース部３１、３２の上部面に
機能を表すマーク４３が刻印されているので、この刻印
されたマーク４３を指先で触るだけで、各スイッチ３１
ａ、３１ｂ、３２ａ〜３２ｃの位置および機能を判別す
ることができる。また、各スイッチ３１ａ、３１ｂ、３
２ａ〜３２ｃは、本体ケース３０または部品ケース３２
の各上面にそれぞれ設けられているので、スイッチ操作
をするときに、本体ケース３０の各ケース部３１、３２
の上部面と下部面を摘むようにして操作できるので、眼
鏡３をかけたままでも負担無く容易に操作ができる。

【００３６】このようにして、バックライトパネル１６
が点灯して液晶表示パネル１５に文字情報などの画像が
表示されると、その画像が拡大レンズ４０によって拡大
され、この拡大された画像光が眼鏡レンズ６の右端部付
近の内面で反射され、その拡大虚像を観察することがで
きる。すなわち、液晶表示パネル１５に表示された画像
の光は、拡大レンズ２０によってほぼ平行な光として眼
鏡レンズ６の内面で反射され、この反射光が使用者の瞳
１０にとどくことになる。なお、このときには、使用者
の眼鏡レンズ６によってピント位置が異なるが、ピント
調節つまみ３９を回転操作することにより、液晶表示パ
ネル１５を眼鏡レンズ６の光軸６ａに沿って前後に移動
させ、これにより液晶表示パネル１５と拡大レンズ４０
との距離を調節できるので、光学系のピントを簡単に調
節することができる。また、液晶表示パネル１５が眼鏡
レンズ６の光軸６ａに対し垂直な状態で、眼鏡レンズ６
の光軸６ａから真横つまり水平に右側にずれて配置され
ていても、拡大レンズ４０の表裏面がそれぞれ異なる非
球面に形成されていることにより、主に球面収差を補正
することができるとともに像面湾曲をある程度補正する
ことができ、また拡大レンズ４０の表裏面の光軸が眼鏡
レンズ６の光軸６ａに対しそれぞれ所定距離偏心し、か
つ拡大レンズ４０の表裏面が眼鏡レンズ６の光軸６ａに
対し所定角度チルトしているので、像面湾曲を確実に補
正することができ、これにより像の平面性が良くなり、
画質の向上が図れる。

【００３７】このように、この第３実施例のヘッドマウ
ントディスプレイ装置では、本体ケース３０のレンズ装
着部３４および部品装着部４１により本体ケース３０を
眼鏡３のつる部４および眼鏡レンズ６に簡単かつ確実に
取り付けることができるとともに、本体ケース３０を眼
鏡レンズ６の右端部付近に対応させて配置させたので、
第１実施例と同様、装置全体の大幅な小型化ができ、携
帯性が良く、手軽に使用することができ、かつ液晶表示
パネル１５に表示されて拡大レンズ２０で拡大された画
像光を眼鏡レンズ６の内面で反射させ、その拡大虚像を
観察するので、良好に情報を見ることができる。この場
合、特に本体ケース３０を眼鏡レンズ６の右端部付近に
対応させた状態で、瞳１０側における眼鏡レンズ６の内
面側に配置させたので、第１、第２実施例のものより
も、外観上の違和感がなく、本体ケース３０が邪魔にな
らず、しかも目線を変えるだけで、液晶表示パネル１５
の拡大虚像を見たり、外界を見たりすることができる。
したがって、歩行中や運動中あるいは作業中などでも、
ほとんど支障なく使用することができ、手軽に情報を得
ることができる。

【００３８】次に、このような第３実施例のヘッドマウ
ントディスプレイ装置の具体例について、表５および表
６を参照して説明する。この具体例では、液晶表示パネ
ル１５は眼鏡レンズ６の光軸６ａに対し垂直な状態で真
横（右側）に所定距離離れて配置されているものとす
る。表５では、焦点距離ｆが８mmで、イメージサイズが
約１mm角で、拡大レンズの径が４mmである。

【表５】ただし、Ｒｉは曲率半径、Ｄｉはレンズおよび液晶表示
パネルの中心厚および空気空間、Ｎｉは屈折率、νｉは
アッベ数である。

【００３９】また、表６は拡大レンズの表裏面の非球面
データである。

【表６】ただし、非球面は第１実施例の式１で表される。さら
に、拡大レンズの表裏面の偏心量は、Ｒ₃面が眼鏡レン
ズ６の光軸６ａから−10mmで、Ｒ₄面が−8.35mmであ
る。また、拡大レンズの表裏面のチルト角は、Ｒ₃面が
眼鏡レンズ６の光軸６ａに対して−10°で、Ｒ₄面が−1
0°である。

【００４０】このような第３実施例のヘッドマウントデ
ィスプレイ装置の具体例では、メリジオナル・コマ収差
が図１１（ａ）に示すような収差曲線で、サジタル・コ
マ収差が図１１（ｂ）に示すような収差曲線となり、こ
れらの図から、収差特性が良く、画質が良いことがわか
る。

【００４１】なお、上記第３実施例の具体例では、拡大
レンズのＲ₃面の偏心量が眼鏡レンズ６の光軸６ａから
−10mmで、Ｒ₄面が−8.35mmであり、Ｒ₃面のチルト角が
眼鏡レンズ６の光軸６ａに対し−10°で、Ｒ₄面が−10
°であるが、これに限らず、眼鏡レンズ６の光軸６ａと
液晶表示パネル１５の中心が一致している場合を考慮す
れば、拡大レンズのＲ₃面の偏心量は眼鏡レンズ６の光
軸６ａから0〜−12mmの範囲で、Ｒ₄面の偏心量は0〜−1
0.0mmの範囲であれば良く、また、拡大レンズのＲ₃面の
チルト角は眼鏡レンズ６の光軸６ａに対し0〜−12°の
範囲で、Ｒ₄面のチルト角は0〜−12°の範囲であれば良
い。

【００４２】また、上記第３実施例では、眼鏡レンズ６
の光軸６ａから真横に配置される液晶表示パネル１５が
眼鏡レンズ６の光軸６ａに対し垂直に配置されている
が、これに限らず、液晶表示パネル１５が瞳１０に対面
するように、液晶表示パネル１５を光軸６ａに対し左右
方向に所定角度傾けて配置しても良い。このようにすれ
ば、拡大レンズ４０のチルト角および偏心量を小さく抑
えることができ、レンズ設計が容易になる。

【００４３】さらに、上記第３実施例では、眼鏡レンズ
６の内面で画像光を反射させたが、これに限らず、例え
ば眼鏡レンズ６の外面で反射させても良く、また図１２
および図１３に示すように、本体ケース３０に全反射ミ
ラーやハーフミラーなどのミラー４５を設け、このミラ
ー４５を眼鏡レンズ６の内面または外面に配置させ、こ
のミラー４５で画像光を反射するようにしても良い。

【００４４】なおまた、上記第１、第３実施例では、本
体ケース３０および部品ケース３２の上面部に各種のス
イッチを設けたが、これに限らず、例えば図１２に示す
ように、本体ケース３０の光学ケース部３１および部品
ケース部３２の各上部面にスイッチ機能を表すマーク４
６を刻印し、かつ各ケース部３１、３２の下部面に２つ
のチューニングスイッチ、電源スイッチ、ボリュームス
イッチ（いずれも図示せず）をマーク４６に対応させて
設けても良い。このようにしても、第３実施例と同様、
刻印されたマーク４６を指先で触るだけで、各スイッチ
の位置および機能を判別することができ、また各スイッ
チを操作するときに、本体ケース３０の各ケース部３
１、３２の上部面と下部面を摘むようにして操作できる
ので、眼鏡３をかけたままでも負担無く容易に操作がで
きる。

【００４５】また、上記第１〜第３実施例では、バック
ライト装置としてエレクトロルミネセンスからなるバッ
クライトパネル１６を用いたが、これに限らず、発光ダ
イオードや小型の電球などを光源として用いても良い。
この場合には、液晶表示パネル１５の背面側に拡散板な
どを介在させると良い。

【００４６】また、上記第１〜第３実施例では、液晶表
示パネル１５の背面にバックライト装置を設けたが、必
ずしもバックライト装置を設ける必要はなく、液晶表示
パネル１５の背面に外部光を導入して照射させるように
しても良い。

【００４７】さらに、上記第１〜第３実施例では、本体
ケースおよび部品ケースを眼鏡３に着脱可能に装着する
ようにしたが、これに限らず、例えば図１４に示すよう
に、眼鏡レンズが取り付けられていない眼鏡フレーム５
に本体ケース４７を一体に形成するとともに、眼鏡フレ
ーム５のつる部４に部品ケース４８を一体に形成しても
良い。このようにすれば、眼鏡を使用しないものでも、
即座に使用することができる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、本体ケースを装着部により眼鏡の所定個所
に装着させる構造であるから、従来のように両眼全部を
覆う必要がなく、このため従来のものに比べて装置全体
を小型化することができるとともに、本体ケースを眼鏡
の所定個所に簡単に取り付けることができ、したがって
携帯性が良く、手軽に使用することができ、かつ表示部
に表示された画像を拡大レンズで拡大して観察するの
で、良好に情報を見ることができる。また、請求項２ま
たは請求項５に記載の発明によれば、本体ケースを装着
部により眼鏡レンズの周縁部の一部に対応させて配置さ
せることにより、眼鏡レンズの周縁部の一部を利用して
拡大された画像を観察することができ、それ以外の個所
で外界を見ることができるので、歩行中や運動中あるい
は作業中などでもさほど支障なく使用することができ、
手軽に情報を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のヘッドマウントディスプレイ装置の
第１実施例を示し、このヘッドマウントディスプレイ装
置を眼鏡に取り付けた状態の外観斜視図。

【図２】図１の眼鏡を頭部に装着した状態の外観斜視
図。

【図３】図１のＡ−Ａ拡大断面図。

【図４】図３のさらに要部の拡大断面図。

【図５】第１実施例の具体例のコマ収差を示し、（ａ）
はメリジオナル・コマ収差図、（ｂ）はサジタル・コマ
収差図。

【図６】この発明の第２実施例を示す要部の拡大断面
図。

【図７】第２実施例の具体例のコマ収差を示し、（ａ）
はメリジオナル・コマ収差図、（ｂ）はサジタル・コマ
収差図。

【図８】この発明の第３実施例を示し、そのヘッドマウ
ントディスプレイ装置を眼鏡に取り付けた状態の外観斜
視図。

【図９】図８の眼鏡を頭部に装着した状態の外観斜視
図。

【図１０】図８のＢ−Ｂ拡大断面図。

【図１１】第３実施例の具体例のコマ収差を示し、
（ａ）はメリジオナル・コマ収差図、（ｂ）はサジタル
・コマ収差図。

【図１２】第３実施例の変形例を示す外観斜視図。

【図１３】図１２の要部拡大断面図。

【図１４】この発明に係る本体ケースと部品ケースの取
付構造の変形例を示す外観斜視図。

【符号の説明】

１、２５、３０、４７本体ケース２、４８部品ケース３眼鏡４つる部５眼鏡フレーム６眼鏡レンズ６ａ光軸８スピーカ１２、２８本体ケース装着部１５液晶表示パネル１６バックライトパネル１７、３７回路基板２０、２７、４０拡大レンズ３４レンズ装着部４５ミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像を表示する表示部と、この表示部に
表示された画像を拡大する拡大レンズと、内部に前記表
示部および前記拡大レンズが収容され、かつ眼鏡の所定
個所に装着される装着部を有する本体ケースとを備え、前記本体ケースを前記装着部により前記眼鏡の所定個所
に装着させ、この状態で前記表示部に表示された画像を
前記拡大レンズで拡大して観察することを特徴するヘッ
ドマウントディスプレイ装置。
【請求項２】前記本体ケースは前記装着部により前記
眼鏡の眼鏡レンズの周縁部の一部に対応して配置され、
かつ前記表示部に表示された画像を前記拡大レンズで拡
大するとともに前記眼鏡レンズの周縁部の一部を通して
観察することを特徴する請求項１記載のヘッドマウント
ディスプレイ装置。
【請求項３】前記表示部および前記拡大レンズは、瞳
と反対側における前記眼鏡レンズの外側に配置されてい
ることを特徴とする請求項２記載のヘッドマウントディ
スプレイ装置。
【請求項４】前記表示部は前記瞳と反対側における前
記眼鏡レンズの外側に配置され、前記拡大レンズは瞳側
における前記眼鏡レンズの内側に配置されていることを
特徴とする請求項２記載のヘッドマウントディスプレイ
装置。
【請求項５】前記本体ケースは前記装着部により前記
眼鏡のつる部に装着されることにより前記瞳側における
前記眼鏡レンズの内側に前記眼鏡レンズの周縁部の一部
と対応して配置され、かつ前記表示部に表示されて前記
拡大レンズで拡大された画像光を前記眼鏡レンズの周縁
部の一部で反射し、その拡大虚像を観察することを特徴
する請求項１記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項６】前記眼鏡レンズの周縁部の一部には、前
記表示部に表示されて前記拡大レンズで拡大された画像
光を反射する全反射ミラーやハーフミラーなどのミラー
が配置されることを特徴とする請求項５記載のヘッドマ
ウントディスプレイ装置。
【請求項７】前記拡大レンズは、１枚構成で、表裏面
がそれぞれ非球面に形成されていることを特徴とする請
求１〜６記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項８】前記拡大レンズの表裏面の各光軸は、前
記眼鏡レンズの光軸に対しそれぞれ偏心していることを
特徴とする請求項７記載のヘッドマウントディスプレイ
装置。
【請求項９】前記拡大レンズの表裏面は、前記眼鏡レ
ンズの光軸に対しそれぞれチルトしていることを特徴と
する請求項７または８記載のヘッドマウントディスプレ
イ装置。
【請求項１０】前記本体ケースは前記眼鏡の眼鏡フレ
ームに一体に形成されていることを特徴とする請求項１
記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項１１】前記表示部は液晶表示パネルであり、
前記本体ケース内には前記液晶表示パネルの背面を照明
するバックライト装置が設けられていることを特徴とす
る請求項１〜１０記載のヘッドマウントディスプレイ装
置。
【請求項１２】前記本体ケース内には前記液晶表示パ
ネルを駆動する駆動回路を搭載した回路基板が設けられ
ていることを特徴とする請求項１〜１１記載のヘッドマ
ウントディスプレイ装置。
【請求項１３】前記眼鏡の前記つる部に装着または一
体に形成され、内部に受信回路、電池、スピーカなどの
電子部品が収納された部品ケースを備えていることを特
徴とする請求項１〜１２記載のヘッドマウントディスプ
レイ装置。