JP2011053367A - 眼鏡型画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】2次元画像を表示する表示素子を含み眼鏡のフレーム部3に配置される画像射出部と、少なくとも一方の眼鏡レンズ6近傍に配置され、前記眼鏡を観察者の頭部に装着した状態で、前記画像射出部4から射出した画像光を、該観察者の眼球2へ向けて反射させ、前記2次元画像の虚像を該観察者が観察できるように構成した反射部5とを備え、前記反射部5は正の屈折力を持つ反射部材であり、前記画像射出部4から射出して前記観察者の眼球2へ至る有効光束は、前記反射部5に対する光軸の入射面と平行な光軸断面で、該有効光束の光軸垂直方向の幅が前記反射部5にて最小になるように構成する。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の第1実施形態に係る眼鏡型画像表示装置の主要部分の概略を示す部分構成図である。この図では、眼鏡型画像表示装置1を頭部に装着した際の、観察者の右眼の眼球2を併せて表示している。同図に示されるように、本実施形態の眼鏡型画像表示装置1は、眼鏡のフレーム部3に配置される画像射出部4と、画像射出部4から射出した画像光を、観察者の眼球2へ向けて反射する反射部5とを備える。
図7は、本発明の第2実施形態に係る眼鏡型画像表示装置の概略を示す構成図である。この図では、眼鏡型画像表示装置1を頭部に装着した際の、観察者の眼球2を併せて表示している。同図に示されるように、本実施形態の眼鏡型画像表示装置1は、眼鏡のテンプル部9に配置される画像射出部4と、画像射出部4から射出した画像光を偏角する偏角プリズム15と、眼鏡レンズ6近傍に配置され、偏角プリズム15から射出した画像光を観察者の眼球2へ向けて反射する反射部5とを備える。
図11は、反射部5の反射部材としてトロイダルミラーを用いた、第3実施形態の光学系を説明するために、本実施形態の光学要素を抜き出した基本構成図である。本実施形態の光学系を用いる眼鏡型画像表示装置の構成は、例えば第2実施形態と同様の構成をとることができる。すなわち、第3実施形態の眼鏡型画像表示装置1は、眼鏡のテンプル部9に配置されて内部に表示素子13を有する画像射出部4と、画像射出部4から射出した画像光を偏角する偏角プリズム15と、眼鏡レンズ6近傍に配置され、偏角プリズム15から射出した画像光を観察者の眼球2へ向けて反射する反射部5とを備えるものとすることができる。
図12は、本発明の第4実施形態に係る眼鏡型画像表示装置の概略を示す構成図である。この図では、眼鏡型画像表示装置1を頭部に装着した際の、観察者の眼球2を併せて表示している。同図に示されるように、本実施形態の眼鏡型画像表示装置1は、眼鏡のテンプル部9に配置される表示素子13と、眼鏡レンズ6近傍に配置され、表示素子13から射出した画像光を観察者の眼球2へ向けて反射する反射部5とを備える。
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
S0(物体面) ∞ -1000.00
S1 ∞ 12.00
S2 FFS[1] -34.23 偏心[1]
S3 ∞ -1.00 偏心[2] 1.4917 55.3
S4 ∞ -2.30
S5 ∞ -0.70 1.5168 64.1
S6(像面) ∞ 0.00
・FFS[1]:
C4 -7.7508e-003 C6 -5.2233e-003 C8 -4.0470e-005
C10 -3.8198e-005 C11 -4.6443e-007 C13 2.4738e-006
C15 2.0797e-006 C17 -1.4429e-006 C19 -1.5141e-006
C21 -1.5459e-007
・偏心[1]:
X 0.00 Y 0.00 Z 0.00
α -35.00 β 0.00 γ 0.00
・偏心[2]:
X 0.00 Y -1.70 Z -1.30
α -35.00 β 0.00 γ 0.00
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
S0(物体面) ∞ -1000.00
S1 ∞ 12.00
S2 FFS[1] -34.23 偏心[1]
S3 ∞ -1.00 1.4917 55.3
S4 ∞ -2.30
S5 ∞ -0.70 1.5168 64.1
S6(像面) ∞ 0.00
・FFS[1]:
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・偏心[1]:
X 0.00 Y 0.00 Z 0.00
α -35.00 β 0.00 γ 0.00
S0(物体面) ∞ -1000.00
S1 ∞ 12.00
S2 FFS[1] -31.02 偏心[1]
S3 ∞ -0.70 偏心[2] 1.5168 64.1
S4(像面) ∞ 0.00
・FFS[1]
C4 -1.1279e-002 C6 -7.6893e-003 C8 -1.2511e-004
C10 -8.5881e-005 C11 -3.1333e-005 C13 -6.5199e-006
C15 -3.7601e-006 C17 -2.1593e-006 C19 -1.6531e-006
C21 -9.6704e-007
・偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.00
α -35.00 β 0.00 γ 0.00
・偏心[2]
X 0.00 Y -1.56 Z 5.21
α -24.30 β 0.00 γ 0.00
図19は、本発明の第5実施形態に係る眼鏡型画像表示装置の概略を示す構成図である。この図では、眼鏡型画像表示装置1を頭部に装着した際の、観察者の眼球2を併せて表示している。同図に示されるように、本実施形態の眼鏡型画像表示装置1は、眼鏡のテンプル部9に配置される表示素子13と、眼鏡レンズ6近傍に配置され、表示素子13から射出した画像光を観察者の眼球2へ向けて反射する反射部5とを備える。
図20は、本発明の第6実施形態に係る眼鏡型画像表示装置の概略を示す構成図である。この図では、眼鏡型画像表示装置1を頭部に装着した際の、観察者の眼球2を併せて表示している。同図に示されるように、本実施形態の眼鏡型画像表示装置1は、眼鏡のテンプル部9に配置される表示素子13と、眼鏡レンズ6近傍に配置され、表示素子13から射出した画像光を観察者の眼球2へ向けて反射する反射部5とを備える。
図21は、本発明の第7実施形態に係る眼鏡型画像表示装置の概略を示す構成図である。本実施形態は、図7を用いて説明した第2実施形態の眼鏡型画像表示装置を両眼用に拡張したものである。すなわち、本実施形態の眼鏡型画像表示装置1は、眼鏡のテンプル部9に配置される画像射出部4と、画像射出部4から射出した画像光を偏角する偏角プリズム15と、画像光の縦収差を補正するための縦収差補正レンズ14と、縦収差補正レンズ14からの画像光を観察者の眼球2へ向けて反射する反射部5とを右目用と左目用とにそれぞれ備える。ここでは、本実施形態の各部の機能は、第2実施形態の眼鏡型画像表示装置と同様であるので、図中に同一符号を割り当てることにより省略する。すなわち、本実施形態の眼鏡型画像表示装置は、第2実施形態の眼鏡型画像表示装置が有する作用および効果を有する。
図22は、本発明の第8実施形態に係る眼鏡型画像表示装置の概略を示す構成図である。本実施形態は、図7を用いて説明した第2実施形態の眼鏡型画像表示装置を両眼用に拡張したものである。すなわち、本実施形態の眼鏡型画像表示装置1は、眼鏡のテンプル部9に配置される画像射出部4と、画像射出部4から射出した画像光を偏角する偏角プリズム15と、画像光の縦収差を補正する縦収差補正レンズ14と、縦収差補正レンズ14からの画像光を観察者の眼球2へ向けて反射する反射部5とを右目用と左目用とにそれぞれ備える。ここでは、本実施形態の各部の機能は、第2実施形態の眼鏡型画像表示装置と同様であるので、図中に同一符号を割り当てることにより省略する。すなわち、本実施形態の眼鏡型画像表示装置は、第2実施形態の眼鏡型画像表示装置が有する作用および効果を有する。
本発明の説明に用いた実施例は、このY−Z平面内で各面の偏心を行っており、また、各回転非対称自由曲面の唯一の対称面をY−Z面としている。
Z=(r2 /R)/[1+√{1−(1+k)(r/R)2 }]
66
+Σ Cj Xm Yn
j=1
・・・(a)
ここで、(a)式の第1項は球面項、第2項は自由曲面項である。
R:頂点の曲率半径
k:コーニック定数(円錐定数)
r=√(X2 +Y2 )
である。
66
Σ Cj Xm Yn
j=1
=C1
+C2 X+C3 Y
+C4 X2 +C5 XY+C6 Y2
+C7 X3 +C8 X2 Y+C9 XY2 +C10Y3
+C11X4 +C12X3 Y+C13X2 Y2 +C14XY3 +C15Y4
+C16X5 +C17X4 Y+C18X3 Y2 +C19X2 Y3 +C20XY4
+C21Y5
+C22X6 +C23X5 Y+C24X4 Y2 +C25X3 Y3 +C26X2 Y4
+C27XY5 +C28Y6
+C29X7 +C30X6 Y+C31X5 Y2 +C32X4 Y3 +C33X3 Y4
+C34X2 Y5 +C35XY6 +C36Y7
・・・・・・
ただし、Cj (jは1以上の整数)は係数である。
発明ではXの奇数次項を全て0にすることによって、Y−Z面と平行な対称面が1つだけ
存在する自由曲面となる。例えば、上記定義式(a)においては、C2 、C5 、C7 、C9 、C12、C14、C16、C18、C20、C23、C25、C27、C29、C31、C33、C35・・・
の各項の係数を0にすることによって可能である。
存在する自由曲面となる。例えば、上記定義式においては、C3 、C5 、C8 、C10、C
12、C14、C17、C19、C21、C23、C25、C27、C30、C32、C34、C36・・・の各項
の係数を0にすることによって可能である。
2 眼球
3 眼鏡フレーム
4 画像射出部
5 反射部
6 眼鏡レンズ
7 ヨロイ部
8 ヒンジ
9 テンプル部
10 瞳孔
11 光源
12 照明レンズ
13 表示素子
14 縦収差補正レンズ
15 偏角プリズム
16 凹面
17 貫通穴
18 反射面
19 凸面
20 ツマミ部
21 ガイド
22 カバーガラス
Claims (19)
- 2次元画像を表示する表示素子を含み眼鏡のフレーム部に配置される画像射出部と、
少なくとも一方の眼鏡レンズ近傍に配置され、前記眼鏡を観察者の頭部に装着した状態で、前記画像射出部から射出した画像光を、該観察者の眼球へ向けて反射させ、前記2次元画像の虚像を該観察者が観察できるように構成した反射部とを備え、
前記反射部は正の屈折力を持つ反射部材であり、
前記画像射出部から射出して前記観察者の眼球へ至る有効光束は、前記反射部に対する光軸の入射面と平行な光軸断面で、該有効光束の光軸垂直方向の幅が前記反射部にて最小になるように構成したことを特徴とする眼鏡型画像表示装置。 - 前記最小の光軸垂直方向断面の幅は、人間の平均的な瞳孔径である4mmよりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の眼鏡型画像表示装置。
- 前記反射部材の反射面は、入射面と平行な方向の幅が入射面と垂直な方向の幅よりも小さい形状であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の眼鏡型画像表示装置。
- 前記表示素子は、縦横の長さが異なる矩形形状であり、該矩形形状の長手方向が前記反射部材の反射面の最小幅方向に対応するよう配置されていることを特徴とする請求項3に記載の眼鏡型画像表示装置。
- 前記反射部材の反射面は、入射面と垂直な方向の曲率半径をRy、入射面と平行な方向の曲率半径をRxとすると、Rx>Ryとなることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1項に記載の眼鏡型画像表示装置。
- 前記反射部材の反射面は、自由曲面であることを特徴とする請求項1から請求項5の何れか1項に記載の眼鏡型画像表示装置。
- 前記画像射出部から射出して前記観察者の眼球へ至る有効光束は、
前記反射部材の入射面と平行な光軸断面における射出瞳位置である横方向瞳位置が該反射部材近傍であり、
前記反射部材の入射面と垂直な光軸断面における射出瞳位置である縦方向瞳位置が前記横方向瞳位置よりも前記観察者の眼球の瞳孔よりに位置する、ことを特徴とする請求項1から請求項6の何れか1項に記載の眼鏡型画像表示装置。 - 前記反射部材は、前記眼鏡レンズに埋め込まれていることを特徴とする請求項1から請求項7の何れか1項に記載の眼鏡型画像表示装置。
- 前記画像射出部は、前記反射部の反射面を中心として回動可能に保持されていることを特徴とする請求項1から請求項8の何れか1項に記載の眼鏡型画像表示装置。
- 前記反射部は、前記反射部材の反射面を通る回転軸で回動可能に保持されていることを特徴とする請求項1から請求項6の何れか1項に記載の眼鏡型画像表示装置。
- 前記表示素子と前記反射部との間に偏角プリズムを有していることを特徴とする請求項1から請求項10の何れか1項に記載の眼鏡型画像表示装置。
- 前記表示素子は、前記観察者からみて前方に向けて配置され、
前記表示素子から射出された光線は、前記偏角プリズムに入射され、50°〜70°偏角されて前記反射部方向に射出されることを特徴とする請求項11に記載の眼鏡型画像表示装置。 - 前記偏角プリズムは、前記眼鏡のヨロイ部に保持され、
前記表示素子は、前記眼鏡のテンプル部に保持され、
前記表示素子を表示面に垂直な方向に移動調節可能としたことを特徴とする請求項11または請求項12に記載の眼鏡型画像表示装置。 - 前記偏角プリズムは、前記眼鏡のヨロイ部に保持され、
前記表示素子は、前記眼鏡のテンプル部に保持され、
前記表示素子を表示面に平行な方向に移動調節可能としたことを特徴とする請求項11または請求項12に記載の眼鏡型画像表示装置。 - 前記表示素子と前記反射部との間に、前記反射部の偏心により発生する縦収差を補正する縦収差補正レンズを配置することを特徴とする請求項11から請求項14の何れか1項に記載の眼鏡型画像表示装置。
- 前記縦収差補正レンズの面形状は、自由曲面形状であることを特徴とする請求項15に記載の眼鏡型画像表示装置。
- 前記縦収差補正レンズは、前記偏角プリズムと一体形成されていることを特徴とする請求項15または請求項16に記載の眼鏡型画像表示装置。
- 前記表示素子は有機ELであることを特徴とする請求項1から請求項17の何れか1項に記載の眼鏡型画像表示装置。
- 前記反射部は、前記観察者の正面に関する投影断面が、該観察者の瞳孔を覆わない位置に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項18の何れか1項に記載の眼鏡型画像表示装置。
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