JPH11142782A - 頭部装着型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用者が手を使わずに、装着状態に影響を与
えず、使用する状況に応じて表示画像と外界画像とを容
易に選択でき、必要なときだけ表示画像を表示すること
ができる頭部装着型表示装置を実現する。 【解決手段】 反射ミラー９端部には支持軸１７が摩擦
嵌合され、さらに反射ミラー９の支持軸１７近傍に、空
気圧で伸縮する空気圧シリンダ２０のピストン軸２１が
係合される。空気圧シリンダ２０本体は虚像形成光学系
３の側面近傍に係合される。また、空気圧シリンダ２０
には、伸縮動作速度を制御するための速度制御弁２２
が、空気圧の出入り口２３に備えられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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に
関し、特にその装置の虚像形成光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、映像およ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。また、これらのディスプレイを作
業を補助するためのツールとして使用する試みがある。

【０００３】例えば特開平８−２４８３４７号公報に記
載のディスプレイはその一例であり、単眼視認型の頭部
装着型表示装置である。これは、画像形成手段からの画
像光を、使用者の眼前の上方に配置したコンバイナによ
って反射し、使用者の一方の眼に導光する構成であり、
虚像と外景画像とをコンバイナで合成し視認するディス
プレイである。

【０００４】一般的に、こうしたコンバイナは、表示画
像を反射するため、特定の反射率と透過率を持つ。この
透過率と反射率はトレードオフの関係にあり、表示画像
を明るくするために反射率を上げると、逆に透過率は低
下してしまう。従って、コンバイナを透過して視認する
前方の物体像は、コンバイナの持つ透過率に応じて本来
の明るさより減衰することになる。そのため、表示画像
を表示させない状態においても、コンバイナを通して見
る前方の物体像は、コンバイナの持つ特定の透過率によ
ってコントラストが落ち、暗い像となる。また、単眼視
認型の場合は、コンバイナは片方にのみ存在し、そのコ
ンバイナの有無により、左右の眼に明るさの差が生じ
る。このことは視認性の低下や、眼精疲労を招く原因に
なる。そのための解決策として、この頭部装着型表示装
置の場合、コンバイナを手動で回転させ表示解除位置に
置く構成を備えている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、表示解
除位置へのコンバイナの移動は、使用者の手によるもの
であり、移動する際の装置の装着ずれや、誤って眼に指
を刺すといった懸念を生じる。また、コンバイナを移動
する際に、作業の中断を余儀なくされる。さらに、この
ような頭部装着型表示装置は、装置重量の軽減化などか
ら、光学系を小型化しており、そのため光学系の射出瞳
径の設定が小さい物が多い。従って、装置の装着時に、
視認位置に正確に合わせることは重要であるにもかかわ
らず、その視認可能な範囲は極めて狭いため位置ずれの
影響は大きい。

【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、使用者が手を
使わずに、装着状態に影響を与えず、使用する状況に応
じて表示画像と外界画像とを容易に選択でき、必要なと
きだけ表示画像を表示することができる頭部装着型表示
装置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、画像を形成するた
めの画像形成手段と、画像形成手段から出射した画像光
を虚像拡大するための拡大光学手段と、画像光を反射し
使用者の眼に導くための画像反射手段とを備えた虚像形
成光学系を有し、装置本体を頭部に装着して画像を使用
者の片方の眼にのみ視認させる頭部装着型表示装置にお
いて、画像反射手段に使用者が直接触れることなく画像
反射手段の位置を制御することにより、画像形成手段に
よって形成された画像を認識可能な第１の状態と、画像
形成手段によって形成された画像を認識不可能な第２の
状態とを切り替える切り替え手段を有することを特徴と
する。

【０００８】本発明の上記構成によれば、第一の状態と
第二の状態とを切り替える切り換え手段を有することに
より、表示画像と外界画像を選択することが可能であ
り、表示画像、外界画像ともに、明るく正確な画像を認
識することが可能である。また、画像反射手段に使用者
が直接触れることなく切り替えができるため、作業を中
断することなく、また装置の位置ずれも起こりにくい。
さらに第一の状態では、表示画像の輝度を優先するため
に、画像反射手段の反射率を上げることができ、鮮明な
表示画像を得ることができる。また第二の状態では、外
界画像を直接視認するため、外界画像の視認性が増す。

【０００９】本発明の頭部装着型表示装置において、切
り替え手段を、空気圧力を利用して作動するピストンか
らなるシリンダから構成し、シリンダにより画像反射手
段を揺動させることによって、第一の状態と第二の状態
とを切り替えるようにすれば、切り替えのための構造が
簡易なもので構成できる。また、切り替え時の動力源に
空気を使用しているため、切り替えが素早く、装置本体
の消費電力に及ぼす影響は小さい。

【００１０】また、本発明の頭部装着型表示装置におい
て、切り替え手段を、空気圧力を利用して作動する揺動
型自動帰還制御機構から構成し、揺動型自動帰還制御機
構により画像反射手段を揺動させることによって、第一
の状態と第二の状態とを切り替えるようにすれば、画像
反射手段の排除のみならず、制御された位置に微動させ
ることができ、視認位置の調整が容易である。また、排
除後、元の位置に戻す際にも、正確に調整した位置への
移動が可能である。さらに、動力源に空気を使用してい
るため、装置本体の消費電力に及ぼす影響は小さい。

【００１１】また、本発明の頭部装着型表示装置におい
て、切り替え手段を、モーターから構成し、モーターに
より画像反射手段を揺動させることによって、第一の状
態と第二の状態とを切り替えるようにすれば、電気信号
で切り替えを行うことができ、切り替えを電気的に制御
することが容易である。また、構造も簡易なもので構成
できる。

【００１２】さらに、上述した頭部装着型表示装置にお
いて、切り替え手段に音声認識手段を設け、音声認識手
段からの信号によって、切り替え手段を制御するように
すれば、画像反射手段の位置制御が手を使うことなくで
きるため、作業中においても瞬時に第一の状態と第二の
状態との切り換えが可能である。

【００１３】さらにまた、上述した頭部装着型表示装置
において、拡大光学手段と画像反射手段とを一体の拡大
反射鏡で構成すれば、画像形成手段から出射した画像光
を、拡大反射鏡のみにより虚像拡大して使用者の眼に入
射させることができるため、構成が簡略化されるととも
に、表示画像の輝度を高められる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照して詳述する。

【００１５】（第一の実施形態）図１から図５を用い
て、本発明の頭部装着型表示装置の第一の実施形態を説
明する。

【００１６】図１、図２は、本例の頭部装着型表示装置
の外観および使用状態を示す図である。

【００１７】図１に示すように、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は使用者２の略眼
幅方向に延伸し略円筒形断面の軸４を介して装置本体１
に摩擦嵌合される。これは虚像形成光学系３を使用者２
の眼幅方向に移動可能にするためである。

【００１８】図２に示すように、装置本体１はヒンジ部
１８を介して保持部１９により使用者２の頭部に装着さ
れる。保持部１９は、ＳＵＳ３０４等のバネ鋼板からな
るフレームが略全体に渡って内挿され、その頂部付近が
保護カバーで覆われた構成となっている。保持部１９を
上方から見ると、使用者２の頭部に沿う略Ｕ字型形状を
成し、長手方向に伸縮自在となっている。また保持部１
９は、使用者２の額に沿って側頭部付近まで延伸し、側
頭部付近、例えば両耳の上部位置から下方に屈曲し延伸
する。さらに、使用者２の額部に対応する頂部付近には
額パッド（不図示）が設けられており、両耳後方の頭部
に対応する端部には頭部パッド（不図示）が設けられて
おり、フレームによって頭部側へ弾性力が働くために、
額パッド及び頭部パッドが頭部に圧接されて保持され
る。

【００１９】また、保持部１９は少なくとも頭部への接
触部が略円筒形断面であるロッド１５を備える。ロッド
１５は使用者２の上頭部に沿った略Ｕ字型の弾性体であ
り、長手方向に伸縮自在となっている。また、ロッド１
５は、支点１６を中心として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に
回動可能となっている。

【００２０】さらに、保持部１９には音声入力のための
マイク２６が、 Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に回動可能であ
り、伸縮自在に摩擦嵌合される。

【００２１】図３に虚像形成光学系３の内部構成を示
す。虚像形成光学系３内には、液晶パネル５とそれを後
方から照射するためのバックライト６とからなる画像形
成手段７、および拡大光学手段であるレンズ８が収納さ
れている。さらに、虚像形成光学系３下部には、画像反
射手段である反射ミラー９が、その反射面における法線
が虚像形成光学系３の光軸１３に対して４５度の角度と
なるように、支持軸１７を中心に揺動可能に摩擦嵌合さ
れている。

【００２２】このとき、レンズ８の物体側焦点よりレン
ズ８側に画像形成手段７の像形成面を配置し、レンズ８
の像側焦点近傍に眼１２を配置すると、レンズ８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。

【００２３】本例の頭部装着型表示装置では、虚像形成
光学系３を第一の状態から第二の状態へ、また、第二の
状態から第一の状態へ切り替えることができる。この様
子を図４に示す。また、図５では、切り替え手段の制御
方法について説明する。ここで、第一の状態とは、図４
（ａ）に示したように、表示画像光１０のみが画像反射
手段である反射ミラー９によって反射される状態を指
す。また、第二の状態とは、図４（ｂ）に示したよう
に、反射ミラー９を虚像形成光学系３の光路から排除す
ることにより、画像形成手段７からの表示画像光１０を
使用者２に視認不能にさせる状態を指す。

【００２４】まず、第一の状態から第二の状態への切り
替えの過程を以下に説明する。

【００２５】例えば、図４（ａ）において、反射ミラー
９端部には支持軸１７が摩擦嵌合され、さらに反射ミラ
ー９の支持軸１７近傍に、空気圧で伸縮する空気圧シリ
ンダ２０のピストン軸２１が係合される。空気圧シリン
ダ２０本体は虚像形成光学系３の側面近傍に係合され
る。また、空気圧シリンダ２０には、伸縮動作速度を制
御するための速度制御弁２２が、空気圧の出入り口（以
下ポートと呼ぶ）２３に備えられている。空気圧シリン
ダ２０は、空気が送り込まれない状態では、空気圧シリ
ンダ２０内部のバネにより、ピストン軸２１を収縮する
方向に付勢している。空気圧シリンダ２０に送り込むた
めの空気は、空気ボンベ２４に予め貯えられている。こ
の空気ボンベ２４は、常に安定した圧力の空気圧を供給
するために、取出口に減圧弁２５が備えられている。空
気ボンベ２４から送り出される空気は、排気弁を備えた
電磁弁２９を経由し、さらに速度制御弁２２を経て、シ
リンダ２０のポート２３に供給される。このとき、ポー
ト２３に一定圧力の空気圧を送り込むことにより、空気
圧シリンダ２０のピストン軸２１が押し出され、反射ミ
ラー９を矢印ａの方向に回転させ、図４（ｂ）の状態、
すなわち第二の状態になる。

【００２６】このときの切り替えのトリガー手段として
は、音声認識が最適である。第一の状態から第二の状態
へ切り替える場合、使用者２は音声により、切り替えの
指示をマイク２６に向かって発する。使用者２の発した
音声は、図５に示すように音声認識回路２７により演算
され、電気信号２８に変換される。この電気信号２８
を、電磁弁２９に入力することにより、電磁弁２９の空
気ボンベ側弁が開放し、空気ボンベ２４から空気が送り
出される。このとき、電磁弁２９の排気弁は、空気ボン
ベ側弁の開放と同時に閉鎖状態になる。このようにして
送り出された空気は、速度制御弁２２によって、シリン
ダ２０のピストン軸２１の動作速度が制御されながら、
ピストン軸２１を伸長する。

【００２７】次に、第二の状態から第一の状態への切り
替えの過程を以下に説明する。ここでも前述の説明同
様、第二の状態が図４（ｂ）であり、第一の状態が図４
（ａ）である。また、ここでは既に第二の状態にあるも
のとする。

【００２８】第二の状態から第一の状態へ切り替える場
合、使用者２は再び音声により、切り替えの指示をマイ
ク２６に向かって発する。使用者２の発した音声は、図
５に示すように、音声認識回路２７により演算され、電
気信号３０に変換される。この電気信号３０を、電磁弁
２９に入力することにより、電磁弁２９の空気ボンベ側
弁は閉鎖状態になる。このとき、電磁弁２９の排気弁
は、空気ボンベ側弁の閉鎖と同時に開放状態になる。電
磁弁２９が閉鎖状態になると、シリンダ２０内に溜まっ
ている空気圧は、電磁弁２９の排気弁が開放することに
より排出され、シリンダ２０内部のバネ力によって、ピ
ストン軸２１を収縮する。ピストン軸２１が収縮する
と、ピストン軸２１に係合された反射ミラー９は、矢印
ｂの方向に回転し、図４（ａ）の状態、すなわち第一の
状態に戻る。

【００２９】以上のように、電磁弁２９の開閉により、
シリンダ２０のピストン軸２１を伸縮することで、第一
の状態と第二の状態とを切り替えることができる。

【００３０】このように構成された虚像形成光学系３に
おいて、図４（ａ）における第一の状態のとき、画像形
成手段７によって形成され出射した表示画像光１０は、
レンズ８によって拡大され、さらに反射ミラー９によっ
て光路を変換されて、使用者の眼１２内に結像される。

【００３１】また、図４（ｂ）における第二の状態のと
き、画像形成手段７によって形成され出射した画像光１
０は、反射ミラー９が虚像形成光学系３の光路から外れ
ることにより、使用者の眼１２には届かない。このとき
反射ミラー９は、使用者２の眼前から移動し、外界から
の画像光１１が直接使用者の眼１２に入射する。この結
果、使用者２は外界画像を直接視認することができる。

【００３２】以上のように、本例では、切り替え手段
が、空気圧力を利用して作動するピストンからなるシリ
ンダから構成され、シリンダにより画像反射手段を揺動
させることによって、第一の状態と第二の状態とを切り
替えることができる。そのため、切り替えのための構造
が簡易なもので構成でき、切り替え時の動力源に空気を
使用しているため、切り替えが素早く、装置本体の消費
電力に及ぼす影響は小さい。

【００３３】さらに、切り替え手段が、音声認識回路を
備え、音声認識回路からの電気信号によって、切り替え
手段を制御することにより、反射ミラーの排除が、手を
使うことなくできるため、作業中においても瞬時に排除
が可能である。また、元の位置に戻す際にも同様に、手
を使うことなくできるため、作業を中断する必要はな
い。さらに、反射ミラーに直接触れる必要がないため、
この切り替えに起因する装置本体の位置ずれ等の心配は
ない。

【００３４】また、第一の状態では、画像形成手段７か
ら出射された光の１００％が使用者の眼１２に到達し、
外界からの画像光１１は、表示画像の範囲のみ遮断され
る。一方、第二の状態では、画像形成手段７から出射さ
れた光は使用者の眼１２には到達せず、外界からの画像
光１１の１００％が使用者の眼１２に到達する。よっ
て、表示情報に集中したい場合は、第一の状態を選択す
ることにより明るい表示画像を得ることができ、また、
外界からの画像情報を得たい場合は、第二の状態を選択
することにより使用者前方の外界からの画像を明るくす
ることが可能である。すなわち、第一の状態と第二の状
態を切り替え可能とすることで、容易に表示画像と外界
画像を選択することができる。

【００３５】（第二の実施形態）図５、図６を用いて、
本発明の頭部装着型表示装置の第二の実施形態を説明す
る。本例では、切り換え手段が空気圧力を利用して作動
する揺動型自動帰還制御装置で構成されている点で前述
した第一の実施形態と相違している。それ以外は前述し
た第一の実施形態と同様である。

【００３６】なお前述した第一の実施形態と同様の構成
要素には同一符号を付し、その説明は省略する。

【００３７】図６において、虚像形成光学系３は、第一
の実施形態における虚像形成光学系３と同様に、画像形
成手段７、反射ミラー９を備えている。

【００３８】本例の頭部装着型表示装置は、虚像形成光
学系３を第一の状態から第二の状態へ、また、第二の状
態から第一の状態へ切り替えることができる。この様子
を図６に示す。また、図５では、切り替え手段の制御方
法について説明する。ここで、第一の状態とは、図６
（ａ）に示したように、表示画像光１０のみが画像反射
手段である反射ミラー９によって反射される状態を指
す。また、第二の状態とは、図６（ｂ）に示したよう
に、反射ミラー９を虚像形成光学系３の光路から排除す
ることにより、画像形成手段７からの表示画像光１０を
使用者２に視認不能にさせる状態を指す。

【００３９】まず、第一の状態から第二の状態への切り
替えの過程を以下に説明する。

【００４０】図６（ａ）において、反射ミラー９端部に
は支持軸１７が摩擦嵌合され、さらに反射ミラー９の支
持軸１７の片方の端部に、空気圧で揺動する揺動型アク
チュエータ３１の回転軸が係合される。揺動型アクチュ
エータ３１本体は、虚像形成光学系３の側面近傍に係合
される。また、揺動型アクチュエータ３１には、動作速
度を制御するための速度制御弁２２が、空気圧の出入り
口（以下ポートと呼ぶ）２３に備えられている。揺動型
アクチュエータ３１は、空気が送り込まれない状態で
は、揺動型アクチュエータ３１内部のバネにより、図６
（ａ）の状態に保持される。揺動型アクチュエータ３１
に送り込むための空気は、空気ボンベ２４に予め貯えら
れている。この空気ボンベ２４は、常に安定した圧力の
空気圧を供給するために、取出口に減圧弁２５が備えら
れている。空気ボンベ２４から送り出される空気は、排
気弁を備えた電磁弁２９を経由し、さらに速度制御弁２
２を経て、シリンダ２０のポート２３に供給される。揺
動型アクチュエータ３１は、ポート２３に一定圧力の空
気圧を送り込むことにより、揺動型アクチュエータ３１
内部の羽根が押され回転力を得る。この回転力により、
羽根に結合している回転軸が回転し、反射ミラー９を矢
印ａの方向に回転させ、図６（ｂ）の状態、すなわち第
二の状態になる。

【００４１】このように、第一の状態から第二の状態へ
切り替える場合、第一の実施形態の場合と同様に、使用
者２は音声により、切り替えの指示をマイク２６に向か
って発する。使用者２の発した音声は、図５に示すよう
に音声認識回路２７により演算され、電気信号２８に変
換される。この電気信号２８を、電磁弁２９に入力する
ことにより、電磁弁２９の空気ボンベ側弁が開放し、空
気ボンベ２４から空気が送り出される。このとき、電磁
弁２９の排気弁は、空気ボンベ側弁の開放と同時に閉鎖
状態になる。このようにして送り出された空気は、速度
制御弁２２によって、揺動型アクチュエータ３１の回転
軸の動作速度を制御されながら反射ミラー９を回転させ
る。

【００４２】次に、第二の状態から第一の状態への切り
替えの過程を以下に説明する。ここでも前述の説明同
様、第二の状態が図６（ｂ）であり、第一の状態が図６
（ａ）である。また、ここでは既に第二の状態にあるも
のとする。

【００４３】第二の状態から第一の状態へ切り替える場
合、使用者２は再び音声により、切り替えの指示をマイ
ク２６に向かって発する。使用者２の発した音声は、図
５に示すように、音声認識回路２７により演算され、電
気信号３０に変換される。この電気信号３０を、電磁弁
２９に入力することにより、電磁弁２９の空気ボンベ側
弁は閉鎖状態になる。このとき、電磁弁２９の排気弁
は、空気ボンベ側弁の閉鎖と同時に開放状態になる。電
磁弁２９が閉鎖状態になると、揺動型アクチュエータ３
１内に溜まっている空気圧は、電磁弁２９の排気弁が開
放することにより排出され、揺動型アクチュエータ３１
内部のバネ力によって、反射ミラー９は矢印ｂの方向に
回転し、図６（ａ）の状態、すなわち第一の状態に戻
る。

【００４４】本例の頭部装着型表示装置によっても、前
述した第一の実施形態と同様の効果を得ることができ
る。さらに本例では、揺動型自動帰還制御機構により画
像反射手段を揺動させることによって、第一の状態と第
二の状態とを切り替えることができる。そのため、画像
反射手段の排除のみならず、角度制御された回転軸によ
り、制御された位置に微動させることができ、視認位置
の調整が容易である。また、排除後、元の位置に戻す際
にも、正確に調整した位置への移動が可能である。

【００４５】（第三の実施形態）図５、図７を用いて、
本発明の頭部装着型表示装置の第三の実施形態を説明す
る。本例では、切り換え手段がモーターで構成されてい
る点で、前述した第一の実施形態と相違している。それ
以外は前述した第一の実施形態と同様である。

【００４６】なお前述した第一の実施形態と同様の構成
要素には同一符号を付し、その説明は省略する。

【００４７】図７において、虚像形成光学系３は、第一
の実施形態の虚像形成光学系３と同様に、画像形成手段
７、反射ミラー９を備えている。

【００４８】本例の頭部装着型表示装置は、虚像形成光
学系３を第一の状態から第二の状態へ、また、第二の状
態から第一の状態へ切り替えることができる。この様子
を図７に示す。また、図５では、切り替え手段の制御方
法について説明する。ここで、第一の状態とは、図７
（ａ）に示したように、表示画像光１０のみが画像反射
手段である反射ミラー９によって反射される状態を指
す。また、第二の状態とは、図７（ｂ）に示したよう
に、反射ミラー９を虚像形成光学系３の光路から排除す
ることにより、画像形成手段７からの表示画像光１０を
使用者２に視認不能にさせる状態を指す。

【００４９】まず、第一の状態から第二の状態への切り
替えの過程を以下に説明する。

【００５０】図７（ａ）において、反射ミラー９端部に
は支持軸１７が摩擦嵌合され、さらに反射ミラー９の支
持軸１７の片方の端部に、モーター３２の駆動軸が係合
される。モーター３２本体は、虚像形成光学系３の側面
近傍に係合される。モーター３２は、非通電状態では、
モーター３２の駆動軸に係合されたバネにより、図７
（ａ）の状態に保持される。モーター３２は、通電状態
において駆動軸が回転し、反射ミラー９を矢印ａの方向
に回転させ、図７（ｂ）の状態、すなわち第二の状態に
なる。

【００５１】このように、第一の状態から第二の状態へ
切り替える場合、第一の実施形態の場合と同様に、使用
者２は音声により、切り替えの指示をマイク２６に向か
って発する。使用者２の発した音声は、図５に示すよう
に音声認識回路２７により演算され、電気信号２８に変
換される。この電気信号２８を、モーター３２に入力す
ることにより、モーター３２は通電状態となり、駆動軸
に係合された反射ミラー９を回転させる。

【００５２】次に、第二の状態から第一の状態への切り
替えの過程を以下に説明する。ここでも前述の説明同
様、第二の状態が図７（ｂ）であり、第一の状態が図７
（ａ）である。また、ここでは既に第二の状態にあるも
のとする。

【００５３】第二の状態から第一の状態へ切り替える場
合、使用者２は再び音声により、切り替えの指示をマイ
ク２６に向かって発する。使用者２の発した音声は、図
５に示すように、音声認識回路２７により演算され、電
気信号３０に変換される。この電気信号３０を、モータ
ー３２に入力することにより、モーター３２は非通電状
態になる。モーター３２は、非通電状態になると、駆動
軸に係合されたバネによって、駆動軸は矢印ｂの方向に
回転し、反射ミラー９は図７（ａ）の状態、すなわち第
一の状態に戻る。

【００５４】以上のように、モーター３２への通電状態
により、駆動軸が回転し、第一の状態と第二の状態とを
切り替えることができる。

【００５５】本例の頭部装着型表示装置によっても前述
した第一の実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらに、本例では、モーターにより画像反射手段を揺動
させることによって、第一の状態と第二の状態とを切り
替えることができる。そのため、電気信号で切り替えを
行うことができ、切り替えを電気的に制御することが容
易である。また、構造も極めて簡易なもので構成でき
る。

【００５６】（第四の実施形態）図５、および図８から
図１１を用いて、本発明の頭部装着型表示装置の第四の
実施形態を説明する。本例では、虚像形成光学系の構成
が前述した第一の実施形態と相違している。その他の部
分については第一の実施形態と同様である。

【００５７】図８、図９は、本例の頭部装着型表示装置
の外観および使用状態を示す図である。

【００５８】図８に示すように、虚像形成光学系３８
は、光学系本体３３と、拡大光学手段と画像反射手段を
兼ねた凹面鏡３４とを有する。凹面鏡３４は使用者２の
左右いずれかの眼に対応する前方に配置されており、使
用者２の略視線方向に延伸するアーム３５に、支持軸１
７を介して揺動可能に摩擦嵌合されている。アーム３５
は、光学系本体３３と係合している。光学系本体３３
は、球状のジョイント部３６を介して保持部１９に固定
される。保持部１９は、第一の実施形態と同様に構成さ
れる。その他の構成要素も前述した第一の実施形態と同
様であるため、同一符号を付し、その説明は省略する。

【００５９】図１０に光学系本体３３の内部構成を示
す。光学系本体３３内には、液晶パネル５とそれを後方
から照射するためのバックライト６とからなる画像形成
手段７が収納されている。さらに、光学系本体３３の側
面にはアーム３５が係合され、その先端部分に拡大光学
手段と画像反射手段を兼ねた凹面鏡３４が、支持軸１７
を中心に揺動可能に摩擦嵌合されている。

【００６０】このとき、凹面鏡３４の物体側焦点より凹
面鏡３４側に画像形成手段７の像形成面を配置し、凹面
鏡３４の像側焦点近傍に眼１２を配置すると、凹面鏡３
４の結像作用により、使用者２の視線の延長線上に、画
面情報の拡大虚像１４を視認することができる。

【００６１】本例の頭部装着型表示装置では、凹面鏡３
４を第一の状態から第二の状態へ、また、第二の状態か
ら第一の状態へ切り替えることができる。この様子を図
１１に示す。また、図５では、切り替え手段の制御方法
について説明する。ここで、第一の状態とは、図１１
（ａ）に示したように、表示画像光１０のみが凹面鏡３
４によって拡大反射される状態を指す。また、第二の状
態とは、図１１（ｂ）に示したように、凹面鏡３４を光
学系本体３３の光路から排除することにより、画像形成
手段７からの表示画像光１０を使用者２に視認不能にさ
せる状態を指す。

【００６２】まず、第一の状態から第二の状態への切り
替えの過程を以下に説明する。

【００６３】例えば、図１１（ａ）において、凹面鏡３
４端部には支持軸１７が摩擦嵌合され、さらに凹面鏡３
４の支持軸１７近傍に、空気圧で伸縮する空気圧シリン
ダ２０のピストン軸２１が係合される。空気圧シリンダ
２０本体は、光学系本体３３側面より延伸するアーム３
５に係合される。また、空気圧シリンダ２０には、伸縮
動作速度を制御するための速度制御弁２２が、空気圧の
出入り口（以下ポートと呼ぶ）２３に備えられている。
空気圧シリンダ２０は、空気が送り込まれない状態で
は、空気圧シリンダ２０内部のバネにより、ピストン軸
２１を収縮する方向に付勢されている。空気圧シリンダ
２０に送り込むための空気は、空気ボンベ２４に予め貯
えられている。この空気ボンベ２４は、常に安定した圧
力の空気圧を供給するために、取出口に減圧弁２５が備
えられている。空気ボンベ２４から送り出される空気
は、排気弁を備えた電磁弁２９を経由し、さらに速度制
御弁２２を経て、シリンダ２０のポート２３に供給され
る。空気圧シリンダ２０は、ポート２３に一定圧力の空
気圧を送り込むことにより、空気圧シリンダ２０のピス
トン軸２１が押し出され、凹面鏡３４を矢印ａの方向に
回転させ、図１１（ｂ）の状態、すなわち第二の状態に
なる。

【００６４】このように、第一の状態から第二の状態へ
切り替える場合、第一の実施形態の場合と同様に、使用
者２は音声により、切り替えの指示をマイク２６に向か
って発する。使用者２の発した音声は、図５に示すよう
に音声認識回路２７により演算され、電気信号２８に変
換される。この電気信号２８を、電磁弁２９に入力する
ことにより、電磁弁２９の空気ボンベ側弁が開放し、空
気ボンベ２４から空気が送り出される。このとき、電磁
弁２９の排気弁は、空気ボンベ側弁の開放と同時に閉鎖
状態になる。このようにして送り出された空気は、速度
制御弁２２によって、シリンダ２０のピストン軸２１の
動作速度が制御されながら、ピストン軸２１を伸長す
る。

【００６５】次に、第二の状態から第一の状態への切り
替えの過程を以下に説明する。ここでも前述の説明同
様、第二の状態が図１１（ｂ）であり、第一の状態が図
１１（ａ）である。また、ここでは既に第二の状態にあ
るものとする。

【００６６】第二の状態から第一の状態へ切り替える場
合、使用者２は再び音声により、切り替えの指示をマイ
ク２６に向かって発する。使用者２の発した音声は、図
５に示すように、音声認識回路２７により演算され、電
気信号３０に変換される。この電気信号３０を、電磁弁
２９に入力することにより、電磁弁２９の空気ボンベ側
弁は閉鎖状態になる。このとき、電磁弁２９の排気弁
は、空気ボンベ側弁の閉鎖と同時に開放状態になる。電
磁弁２９が閉鎖状態になると、シリンダ２０内に溜まっ
ている空気圧は、電磁弁２９の排気弁が開放することに
より排出され、シリンダ２０内部のバネ力によって、ピ
ストン軸２１を収縮する。ピストン軸２１が収縮する
と、ピストン軸２１に係合された凹面鏡３４は、矢印ｂ
の方向に回転し、図１１（ａ）の状態、すなわち第一の
状態に戻る。

【００６７】以上のように、電磁弁２９の開閉により、
シリンダ２０のピストン軸２１を伸縮することで、第一
の状態と第二の状態とを切り替えることができる。

【００６８】このように構成された本例において、図１
１（ａ）における第一の状態のとき、画像形成手段７に
よって形成され出射した表示画像光１０は、凹面鏡３４
によって拡大され、さらに光路を変換されて、使用者の
眼１２内に結像される。

【００６９】また、図１１（ｂ）における第二の状態の
とき、画像形成手段７によって形成され出射した画像光
１０は、凹面鏡３４が画像形成手段７の光路から外れる
ことにより、使用者の眼１２には届かない。このとき凹
面鏡３４は、使用者２の眼前から移動し、外界からの画
像光１１が直接使用者の眼１２に入射する。この結果、
使用者２は外界画像を直接視認することができる。

【００７０】以上のように、本例では、前述までの他の
実施形態と同様の効果を達成しつつ、拡大光学手段と、
画像反射手段とが、一体の拡大反射鏡であるため、画像
形成手段から出射した画像光を、拡大反射鏡のみにより
虚像拡大して使用者の眼に入射させることができ、構成
が簡略化されるとともに、表示画像の輝度を高められ
る。

【００７１】また、本例では、切り替え手段が空気圧力
を利用して作動するピストンからなるシリンダから構成
される場合について説明したが、これに限定するもので
はなく、例えば、第二の実施形態、第三の実施形態で説
明しているような、他の切り替え手段によって構成して
も良い。

【００７２】（その他の実施形態）上述した実施形態に
おいて、反射ミラー９や凹面鏡３４を半透過型のものと
しても良い。このようにしても、本発明の本来の目的は
達成でき、第一の状態においても、表示画像に外界画像
を重畳することにより、外界画像を視認することが可能
となる。

【００７３】

【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、画像を形成するための画像形成手段と、
前記画像形成手段から出射した画像光を虚像拡大するた
めの拡大光学手段と、画像光を反射し使用者の眼に導く
ための画像反射手段とを備えた頭部装着型表示装置であ
って、前記画像反射手段が、画像光を反射し使用者の眼
に導く第一の状態と、前記虚像形成光学系の光路から、
前記画像反射手段に使用者が直接触れることなく前記画
像反射手段を排除することにより、前記画像形成手段か
らの画像光を使用者に視認不能にさせる第二の状態と
を、切り替え可能に構成されてなることにより、表示画
像と外界画像を選択することが可能であり、表示画像、
外界画像ともに、明るく正確な画像を認識することが可
能である。また、画像反射手段に使用者が直接触れるこ
となく切り替えができるため、作業を中断することな
く、また装置の位置ずれも起こりにくい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一の実施形態を表す模式的正面
図。

【図２】 本発明の第一の実施形態を表す模式的側面
図。

【図３】 本発明の第一の実施形態を表す光学系の側面
図。

【図４】 本発明の第一の実施形態を表す切り替え手段
の説明図。

【図５】 本発明の第一、第二、第三、および第四の実
施形態における切り替え手段の制御方法の説明図。

【図６】 本発明の第二の実施形態を表す切り替え手段
の説明図。

【図７】 本発明の第三の実施形態を表す切り替え手段
の説明図。

【図８】 本発明の第四の実施形態を表す模式的正面
図。

【図９】 本発明の第四の実施形態を表す模式的側面
図。

【図１０】 本発明の第四の実施形態を表す光学系の側
面図。

【図１１】 本発明の第四の実施形態を表す切り替え手
段の説明図。

【符号の説明】

１ 装置本体 ２ 使用者 ３ 虚像形成光学系 ４ 軸 ５ 液晶パネル ６ バックライト ７ 画像形成手段 ８ レンズ（拡大光学手段） ９ 反射ミラー（画像反射手段） １０ 画像光 １１ 外界からの画像光 １２ 眼 １３ 光軸 １４ 虚像 １５ ロッド １６ 支点 １７ 支持軸 １８ ヒンジ部 １９ 保持部 ２０ シリンダ ２１ ピストン軸 ２２ 速度制御弁 ２３ 空気圧の出入り口（ポート） ２４ 空気ボンベ ２５ 減圧弁 ２６ マイク ２７ 音声認識回路 ２８ 電気信号 ２９ 電磁弁 ３０ 電気信号 ３１ 揺動型アクチュエータ ３２ モーター ３３ 光学系本体 ３４ 凹面鏡（拡大光学手段、画像反射手段） ３５ アーム ３６ ジョイント部 ３７ 支持軸 ３８ 虚像形成光学系

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像を形成するための画像形成手段と、
   該画像形成手段から出射された画像光を虚像拡大するた
   めの拡大光学手段と、前記画像光を反射し前記使用者の
   眼に導くための画像反射手段とを備えた虚像形成光学系
   を有し、装置装置本体を頭部に装着して前記画像を使用
   者の片方の眼にのみ視認させる頭部装着型表示装置にお
   いて、 前記画像反射手段に前記使用者が直接触れることなく前
   記画像反射手段の位置を制御することにより、前記画像
   形成手段によって形成された画像を認識可能な第１の状
   態と前記画像形成手段からの画像光を前記使用者に視認
   不能にさせる第二の状態とを切り替える切り替え手段を
   有することを特徴とする頭部装着型表示装置。
2. 【請求項２】 前記切り替え手段が、空気圧力を利用し
   て作動するピストンからなるシリンダから構成され、前
   記シリンダにより前記画像反射手段を揺動させることに
   よって、前記第一の状態と前記第二の状態とを切り替え
   ることを特徴とする、請求項１に記載の頭部装着型表示
   装置。
3. 【請求項３】 前記切り替え手段が、空気圧力を利用し
   て作動する揺動型自動帰還制御機構から構成され、前記
   揺動型自動帰還制御機構により前記画像反射手段を揺動
   させることによって、前記第一の状態と前記第二の状態
   とを切り替えることを特徴とする、請求項１に記載の頭
   部装着型表示装置。
4. 【請求項４】 前記切り替え手段が、モーターから構成
   され、前記モーターにより前記画像反射手段を揺動させ
   ることによって、前記第一の状態と前記第二の状態とを
   切り替えることを特徴とする、請求項１に記載の頭部装
   着型表示装置。
5. 【請求項５】 前記切り替え手段が、音声認識手段を備
   え、該音声認識手段からの信号によって、前記切り替え
   手段を制御することを特徴とする、請求項１〜４のいず
   れかに記載の頭部装着型表示装置。
6. 【請求項６】 前記拡大光学手段と、前記画像反射手段
   とが、一体の拡大反射鏡で構成されることを特徴とす
   る、請求項１〜５のいずれかに記載の頭部装着型表示装
   置。