JP2008061052A

JP2008061052A - 眼鏡型ディスプレイ装置

Info

Publication number: JP2008061052A
Application number: JP2006237107A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Otaki; 達朗大瀧
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2008-03-13

Abstract

【課題】簡単な構成でアイポイント位置を調整することができる眼鏡型ディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】外界光束と映像投影装置から投影される映像光束とを重ねて表示するコンバイナ光学系３０のアイポイントＥＰの位置を観察者の視線と直交する仮想平面内で相対的に移動させることで、人間の瞳にアイポイントＥＰを合致させるようにした。
【選択図】図３

Description

この発明は眼鏡型ディスプレイ装置に関する。

従来の眼鏡型ディスプレイ装置として特開２００５−８４５２２号公報に記載されたものが知られている。

この眼鏡型ディスプレイ装置では、観察者の眼の前に配置されるレンズ（透明基板）に画像表示面から表示光束を導くプリズム（光路）が形成されている。観察者の瞳位置に入射する外界光束と表示光束とが観察者の眼に導かれ、観察者は外界を見ながら表示映像を見ることができる。

この眼鏡型ディスプレイ装置には重い、見栄えが悪いという問題があった。従来、これらの問題を解消するため、レンズやプリズムを薄くすることが行われていた。

レンズやプリズムを薄くした場合、画角やアイポイント（光学系の射出瞳）の径が小さくなる。画角やアイポイントの径が小さくなると、観察者が表示映像を適切に観察できる範囲が狭くなり、眼鏡型ディスプレイ装置を装着したとき、アイポイントから観察者の瞳がずれて何も見えなかったり、光束の一部が観察者の瞳に入らずケラレがおきたりする。観察者が表示映像の全視野を適切に観察できるようにするためにはレンズやプリズムを動かすことでアイポイントに観察者の瞳位置を合致させる必要がある。

これに対し、眼鏡型ディスプレイ装置のレンズを保持する左右のリムにそれぞれ螺合するガイドシャフトを設け、ガイドシャフトを回転させて左右のリムの間隔を変えることによってアイポイントの位置を調整する方法が知られている。
特開２００５−８４５２２号公報

しかし、ガイドシャフトを用いてアイポイントの位置を調整する機構は複雑であり、この機構を上記眼鏡型ディスプレイ装置に適用したとき、眼鏡型ディスプレイ装置が大型化するという問題がある。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は簡単な構成でアイポイント位置を調整することができる眼鏡型ディスプレイ装置を提供することである。

上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、外界光束と映像投影装置から投影される映像とを重ねて表示するコンバイナ光学系と、前記コンバイナ光学系の射出瞳の位置を観察者の視線と直交する仮想平面内で相対的に移動可能にする移動手段とを備えていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の眼鏡型ディスプレイ装置において、前記コンバイナ光学系は、前記映像投影装置からの映像光束を入射し伝播する光伝播部材を具備し、
前記移動手段は、前記光伝播部材に対して前記映像投影装置の集光レンズ及び表示手段を相対的に移動可能であることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の眼鏡型ディスプレイ装置において、透明基板を保持し、ブリッジ部を介して接続された一対のリムと、前記一対のリムの両端に設けられた一対のテンプル部とで構成されるフレームを備え、前記フレームは、少なくとも前記一対のリムのうちの一方のリムと前記一対のテンプル部のうちの一方のテンプル部との間隔、前記一方のリムと前記ブリッジ部との間隔を調整する調節手段を有していることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の眼鏡型ディスプレイ装置において、前記光伝播部材は、前記一対のリムのうちの一方のリムに保持された前記透明基板に設けられ、前記移動手段は、前記一対のリムの一方のリムに設けられた複数のねじ穴と、この複数のねじ穴にねじ込まれる複数のねじとを有することを特徴とする。

この発明によれば、簡単な構成でアイポイント位置を調整することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１はこの発明の第１実施形態に係る眼鏡型ディスプレイ装置の斜視図である。

眼鏡型ディスプレイ装置１はフレーム１０とレンズ（透明基板）２０ａ，２０ｂとコンバイナ光学系３０と映像投影装置４０とを備えている。

フレーム１０は、一対のテンプル部１１ａ，１１ｂと、一対のテンプル部１１ａ，１１ｂ間に配置された一対のリム１２ａ，１２ｂと、一対のリム１２ａ，１２ｂ間を結ぶブリッジ部１３とで構成されている。

レンズ２０ａはリム１２ａに保持され、レンズ２０ｂはリム１２ｂに保持されている。レンズ２０ａにはコンバイナ光学系３０を構成するプリズム（光伝播部材）３１が埋め込まれている。

コンバイナ光学系３０は外界光束と映像投影装置４０から投影される映像とを重ねて表示する。

映像投影装置４０は後述するように集光レンズ４１とＬＣＤ（液晶表示）パネル（表示手段）４２等（図２参照）を備えている。映像投影装置４０はテンプル部１１ａに取り付けられている。

眼鏡型ディスプレイ装置１は眼鏡と同様にテンプル部１１ａ，１１ｂを耳にかけ、ブリッジ部１３を鼻に載せることで観察者の顔に装着される。

図２は映像投影装置の断面を示す概念図である。

映像投影装置４０は集光レンズ４１とＬＣＤパネル４２と拡散板４３とＬＥＤ４４とを備える。集光レンズ４１とＬＣＤパネル４２とはプリズム３１（図１参照）に対して相対的に移動可能である。集光レンズ４１、ＬＣＤパネル４２、拡散板４３及びＬＥＤ４４を保持する保持枠４５はゼリー状の充填剤４６を介して筐体４７内に収容されている。

拡散板４３はＬＥＤ４４から発せられた光を散乱・拡散させる半透明のシート（フィルム又は板）である。拡散板４３はＬＣＤパネル４２の全面に均一な明るさの光を入射させる。

ＬＣＤパネル４２に印加する電圧値を制御してバックライトとしてのＬＥＤ４４から発せられた光を遮ったり透過させたりすることによってＬＣＤパネル４２に映像が表示される。図示しないが、液晶だけでは光を遮ることができないため、ＬＣＤパネル４２の液晶の前後にそれぞれ偏光フィルタ（図示せず）が配置される。

なお、ＬＣＤパネル４２に代えてＥＬ（有機エレクトロルミネセンス）ディスプレイを用いてもよい。ＥＬディスプレイを用いた場合にはバックライトが不要になる。

また、筐体４７には保持枠４５を移動させるため、押棒４９等を挿入可能な複数の孔４８が周方向に形成されている。押棒４９と孔４８とで移動手段が構成される。

図３（ａ）はこの発明の第１実施形態に係る眼鏡型ディスプレイ装置のコンバイナ光学系の断面を示す概念図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ矢視図、図３（ｃ）は眼球とアイポイントとの関係を説明する図である。

コンバイナ光学系３０はプリズム（光伝播部材）３１で構成される。プリズム３１の一方の傾斜面Ｐ２には例えばアルミミラー等の反射光学素子が配置され、他方の傾斜面Ｐ４には例えばホログラフィック光学素子が配置される。なお、ホログラフィック光学素子に代えてハーフミラーや偏光ビームスプリッタ等を用いてもよい。

ＬＥＤ４４から出射されてＬＣＤパネル４２の中心部を透過した光束はＬＣＤパネル４２によって変調されて映像光束Ｌ１（図３（ａ）では一点鎖線で示している）となり、集光レンズ４１で集光されて面Ｐ１からプリズム３１内に入射する。プリズム３１の一端に入射した映像光束Ｌ１は傾斜面Ｐ２で反射された後、プリズム３１の面Ｐ１と面Ｐ３とで３回反射される。映像光束Ｌ１はプリズム３１の他端の傾斜面Ｐ４に導かれ、傾斜面Ｐ４で回折反射される。ホログラフィック光学素子はコンバイナ機能を有しており、映像光束Ｌ１は面Ｐ３に対して略垂直に入射する外界光束と重畳され、アイポイントＥＰ（光学系の射出瞳）に導かれる。

また、ＬＣＤパネル４２の周辺部を透過した光束はＬＣＤパネル４２によって変調されて映像光束Ｌ２（図３（ａ）では点線で示している）となり、集光レンズ４１で集光されて面Ｐ１からプリズム３１内に入射する。プリズム３１の一端に入射した映像光束Ｌ２は傾斜面Ｐ２で反射された後、プリズム３１の面Ｐ１と面Ｐ３とで３回反射される。映像光束Ｌ２はプリズム３１の他端の傾斜面Ｐ４に導かれ、傾斜面Ｐ４で回折反射される。映像光束Ｌ２は面Ｐ３に対して略垂直に入射する外界光束と重畳され、アイポイントＥＰに導かれる。

なお、ホログラフィック光学素子は回折波長と一致した波長の映像光束に対して接眼レンズとして作用し、拡大された像がアイポイントＥＰに導かれる。

ところで、人間の眼球は、図３（ｃ）に示すように、凸レンズの働きをする水晶体Ｌと、その焦点位置にある網膜Ｒと、水晶体Ｌの前面に設けられ、絞りの役目をして入射光量を調節する虹彩Ｉと、角膜Ｃと水晶体Ｌとの間に満たされた房水Ａと、水晶体Ｌと網膜Ｒとの間の硝子体Ｖとを備えている。人間の瞳（虹彩Ｉに取り囲まれた部分）にアイポイントＥＰの位置を合致させれば、全視野（ＬＣＤパネル４２全体）を見ることができるので、全視野を見るためには観察者の瞳にアイポイントＥＰを合致させる必要がある。

押棒４９（図２参照）を用いてＬＣＤパネル４２及び集光レンズ４１を、集光レンズ４１の光軸と直交する仮想平面内でＡ，Ｂ方向へ移動させて（図３（ｂ）参照）、コンバイナ光学系３０の射出瞳の位置を観察者の視線と直交する仮想平面内でＡ´，Ｂ´方向へ移動させて観察者の瞳にアイポイントＥＰを合致させる。

この実施形態によれば、ＬＣＤパネル４２及び集光レンズ４１を相対位置を変えることなく保持する保持枠４５を備えているので、押棒４９により前記保持枠４５を移動させるという簡単な構成でアイポイントＥＰの位置を調整することができる。

図４（ａ）はこの発明の第２実施形態に係る眼鏡型ディスプレイ装置の概念図、図４（ｂ）は調節機構の一例の断面を示す概念図である。

眼鏡型ディスプレイ装置１０１はフレーム１１０とレンズ（透明基板）１２０ａ，１２０ｂとコンバイナ光学系１３０と映像投影装置（図示せず）とを備えている。

フレーム１１０は、一対のテンプル部１１１ａ，１１１ｂと、一対のテンプル部１１１ａ，１１１ｂ間に配置された一対のリム１１２ａ，１１２ｂと、一対のリム１１２ａ，１１２ｂ間を結ぶブリッジ部１１３とで構成されている。

レンズ１２０ａはリム１１２ａに保持され、レンズ１２０ｂはリム１１２ｂに保持されている。レンズ１２０ａにはコンバイナ光学系１３０の一部を構成するプリズム（光伝播部材）１３１が組み込まれている。

コンバイナ光学系１３０は外界光束と映像投影装置（図示せず）から投影される映像とを重ねて表示する。

リム１１２ａは四角枠状であって、各辺には２つの位置調整用のめねじ部（ねじ穴）１１５ａがそれぞれ２つずつ形成されている。めねじ部１１５ａにはおねじ（ねじ）１１６ａが螺合しており、おねじ１１６ａを締め込んだり緩めたりすることによってレンズ１２０ａをリム１１２ａの面内でＡ，Ｂ方向へ移動させることができる。めねじ部１１５ａとおねじ１１６ａとで移動手段が構成される。
レンズ１２０ａをリム１１２ａ内でＡ，Ｂ方向へ移動させて、コンバイナ光学系１３０の射出瞳の位置を観察者の視線と直交する仮想平面内で移動させて観察者の瞳にアイポイントＥＰを合致させる。

なお、リム１１２ａそれ自身の各辺の幅ｗは５ｍｍ程度であり、コンバイナ光学系１３０をＡ，Ｂ方向へ２．５ｍｍ程度移動させることができる。

変形例として、映像投影装置とプリズム１３１とを別体とし、第１実施形態と同様に集光レンズ４１、ＬＣＤパネル４２をプリズム１３１に対して移動可能な構成としてもよいし、ＬＣＤパネル４２、レンズ４１及びプリズム１３１を一体化し、レンズ１２０ａ（コンバイナ光学系１３０）の移動にともなってＬＣＤパネル４２、レンズ４１をプリズム１３１と一体的に移動させる構成としてもよい。

また、テンプル部１１１ａとリム１１２ａ、テンプル部１１１ｂとリム１１２ｂ、リム１１２ａとブリッジ部１１３、及びリム１１２ｂとブリッジ部１１３は、それぞれ調節機構（調整手段）１５０を介して接続されている。

テンプル部１１１ａとリム１１２ａとの間に設けられた調節機構１５０を一例として図４（ｂ）を用いて説明する。

リム１１２ａから突出するおねじ部１１２ｃに螺合するめねじ部１１１ｃがテンプル部１１１ａに摺動可能に支持されている。めねじ部１１１ｃの一部はテンプル部１１１ａの表面から露出している。

めねじ部１１１ｃを回転させることによっておねじ部１１２ｃとめねじ部１１１ｃとが螺合する長さが変化し、リム１１２ａに対するテンプル部１１１ａの相対位置が変わる。そのため、めねじ部１１１ｃを回転させることによって観察者の顔の幅に合わせてテンプル部１１１ａ，１１１ｂ間の間隔を調整することができる。

この実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、観察者の顔の幅に合わせてテンプル部１１１ａ，１１１ｂ間の間隔を調整することができるため、よりよい装着感を観察者に与えることができる。

なお、上記各実施形態では、眼鏡型ディスプレイ装置として、左右いずれか一方の眼の前にコンバイナ光学系を組み込むレンズを配置したが、左右両方の眼の前にコンバイナ光学系を組み込むレンズを配置するようにしてもよい。

図１はこの発明の第１実施形態に係る眼鏡型ディスプレイ装置の斜視図である。図２は映像投影装置の断面を示す概念図である。図３（ａ）はこの発明の第１実施形態に係る眼鏡型ディスプレイ装置のコンバイナ光学系の断面を示す概念図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ矢視図、図３（ｃ）は眼球とアイポイントとの関係を説明する図である。図４（ａ）はこの発明の第２実施形態に係る眼鏡型ディスプレイ装置の概念図、図４（ｂ）は調節機構の一例の断面を示す概念図である。

符号の説明

１０，１１０：フレーム、１１ａ，１１ｂ，１１１ａ，１１１ｂ：テンプル部、１２ａ，１２ｂ，１１２ａ，１１２ｂ：リム、１３，１１３：ブリッジ部、２０ａ，２０ｂ，１２０ａ，１２０ｂ：レンズ（透明基板）、３０，１３０：コンバイナ光学系、３１，１３１：プリズム（光伝播部材）、４０：映像投影装置、４１：集光レンズ、４２：ＬＣＤ（液晶表示）パネル（表示手段）、４９：押棒、１１５ａ：めねじ部（ねじ穴）、１１６ａ：おねじ（ねじ）、１５０：調節機構（調整手段）。

Claims

外界光束と映像投影装置から投影される映像とを重ねて表示するコンバイナ光学系と、
前記コンバイナ光学系の射出瞳の位置を観察者の視線と直交する仮想平面内で相対的に移動可能にする移動手段と
を備えていることを特徴とする眼鏡型ディスプレイ装置。
前記コンバイナ光学系は、前記映像投影装置からの映像光束を入射し伝播する光伝播部材を具備し、
前記移動手段は、前記光伝播部材に対して前記映像投影装置の集光レンズ及び表示手段を相対的に移動可能であることを特徴とする請求項１記載の眼鏡型ディスプレイ装置。
透明基板を保持し、ブリッジ部を介して接続された一対のリムと、前記一対のリムの両端に設けられた一対のテンプル部とで構成されるフレームを備え、
前記フレームは、少なくとも前記一対のリムのうちの一方のリムと前記一対のテンプル部のうちの一方のテンプル部との間隔、前記一方のリムと前記ブリッジ部との間隔を調整する調節手段を有していることを特徴とする請求項１又は２記載の眼鏡型ディスプレイ装置。
前記光伝播部材は、前記一対のリムのうちの一方のリムに保持された前記透明基板に設けられ、
前記移動手段は、前記一対のリムの一方のリムに設けられた複数のねじ穴と、この複数のねじ穴にねじ込まれる複数のねじとを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の眼鏡型ディスプレイ装置。