JP4022099B2 - 映像表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像表示装置に関するもので、特に人の頭部に装着し、拡大された虚像を見ることができる小型の映像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、人の頭部に装着するタイプの映像表示装置は、小型でありながら大画面映像を楽しめる装置として開発が盛んに行われている。また、携帯電話や携帯情報端末に表示する情報の増加に伴い、携帯型の大画面表示装置としてのニーズが高まっている。このような携帯型の場合、外界の視認性が要求される。
【０００３】
特表２０００−５１１３０６号公報には、表示素子からの光束を導光する平板を透して外界を観ることができる映像表示装置が提案されている。この従来例では外界視野を狭くしないために、導光部を含めた光学系が筐体に覆われることなく、観察者の眼球前の空間に垂下した状態、又は横から突出した状態で使用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような従来例のような構成では、何らかの外乱要因により、光学系が眼球に直接当たる可能性があるという問題があった。
【０００５】
本発明は前記のような従来の問題を解決するものであり、不慮の事態が発生し、光学系が眼球に直接当たっても眼球の損傷を防止できる映像表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の映像表示装置は、映像表示手段と、前記映像表示手段に表示された映像を虚像として拡大する光学系とを備え、前記光学系は、観察者の眼球に対向し屈折作用を有する曲面と、前記映像表示手段に表示された映像からの光束を前記曲面へ導き、かつ外界からの光束を観察者の瞳に到達するように透過する導光部とを備えた光学部材を含んでおり、前記曲面及び前記導光部は透光性シリコーンゴムで形成されていることを特徴とする。前記のような映像表示装置によれば、観察者の眼球に対向する部分の材質を軟質材としているので、不慮の事態が発生し、光学系が眼球に接触しても眼球を傷つける危険性が小さくなる。このため、レンズと観察者の瞳との間に、眼球の保護用の緩衝部を設ける必要がなくなり、視野を広げることもできる。
【０００７】
前記映像表示装置においては、前記光学部材は、観察者の眼球に対向し屈折作用を有する曲面を備えたレンズであることが好ましい。
【０００８】
また、前記光学部材は、観察者の眼球に対向し屈折作用を有する曲面と、前記映像表示手段に表示された映像からの光束を前記曲面へ導き、かつ外界からの光束を透過する導光部と、前記導光部からの光束を折り曲げる反射面とを備えており、前記曲面、前記導光部、及び前記反射面は、前記透光性シリコーンゴムで一体に形成されていることが好ましい。前記のような映像表示装置によれば、反射面用の専用の反射膜を形成する必要がなくなるので、製造容易で低コストにもなる。
【０００９】
また、前記反射面の配置は、前記導光部からの光束が全反射する配置であることが好ましい。
【００１０】
また、前記光学部材と別の素材で形成され、前記導光部からの光束を折り曲げる反射面をさらに備えており、
前記光学部材は、観察者の眼球に対向し屈折作用を有する曲面と、前記映像表示手段に表示された映像からの光束を前記曲面へ導き、かつ外界からの光束を透過する導光部とが透光性シリコーンゴムで一体に形成されており、
前記反射面は、前記光学部材と一体になっていることが好ましい。
【００１１】
前記のような映像表示装置によれば、反射面を別素材で形成するので加工が容易で、光路の折り曲げ角度の設計自由度が増え小型化に有利となる。
【００１２】
また、前記反射面は、前記光学部材にシリコーンゴム系の接着材を介して接合されていることが好ましい。
【００１３】
また、前記光学部材に、前記反射面を有する部材が一体成形されていることが好ましい。前記のような映像表示装置によれば、接合工程を省けるので製造が容易になる。
【００１４】
また、前記反射面は、樹脂基板上に形成された反射膜の面であることが好ましい。前記のような映像表示装置によれば、前記のような映像表示装置によれば、安価で軽量化を実現できる。
【００１５】
また、前記反射面は、金属箔の面であることが好ましい。前記のような映像表示装置によれば、安価で軽量化を実現できる。
【００１６】
また、前記曲面は、非球面であることが好ましい。前記のような映像表示装置によれば、収差を補正することができ、高画質化を実現できる。
【００１７】
また、前記透光性シリコーンゴムは、可視域波長帯における透過率が９０％以上であることことが好ましい。前記のような映像表示装置によれば、明るく良好な映像を表示することができる。
【００１８】
また、前記透光性シリコーンゴムは、ｄ線における屈折率をｎｄとすると
１．４０＜ｎｄ＜１．４２
の関係を満足することが好ましい。前記のような映像表示装置によれば、下限を１．４０としたことにより、曲面の曲率半径が小さくなり収差が大きくなることによる画質劣化を抑えることができ、上限１．４２としたことにより、ゴム材料のコスト高を抑えることができる。
【００１９】
また、前記透光性シリコーンゴムは、硬さをＨ度とすると、
３８＜Ｈ＜６５
の関係を満足することが好ましい。前記のような映像表示装置によれば、収差上限を６５としたことにより、眼球の損傷防止がより確実となり、下限を３８としたことにより、材料の生成が容易になり、低コストにもなる。
【００２０】
次に、本発明の携帯情報端末は、前記各映像表示装置を備えたことを特徴とする。前記のような携帯情報端末によれば、前記各映像表示装置を用いているので小型で大画面表示を実現するとともに、携帯性に優れており、眼球の損傷も防止できる。
【００２１】
また、本発明の撮像装置は、前記各映像表示装置を備えたことを特徴とする。前記のような撮像装置によれば、前記各映像表示装置を用いているので小型で大画面表示を実現するとともに、携帯性に優れており、眼球の損傷も防止できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の映像表示装置の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、実施形態１に係る映像表示装置の基本構成図を示している。映像が表示された表示素子１からの光は、反射面２によって拡大光学系を構成する光学部材であるレンズ３の方向へ反射され、レンズ３を経て観察者の瞳４に入射する。この構成により、観察者は拡大された映像（虚像）を観察することができる。反射面２を用いているのは、光路を折り曲げて小型化を図るためである。
【００２４】
本実施形態では、レンズ３の材質を透光性シリコーンゴムとしている。実使用時においては、レンズ３は眼球近傍に配置されることになるが、レンズ３の材質を軟質材としているので、不慮の事態が発生し、レンズ３が眼球に接触しても眼球を傷つける危険性が小さくなる。このため、レンズ３と観察者の瞳４との間に、眼球の保護用の緩衝部を設ける必要がなくなり、視野を広げることもできる。
【００２５】
透光性シリコーンゴムの屈折率は、レンズに通常用いられる樹脂に比べて低くく、レンズ材質に透光性シリコーンゴムを用いると、収差発生量が大きくなる。本実施形態では、レンズ曲面を非球面とすることにより、収差が良好に補正されている。
【００２６】
以下の数１に、非球面形状の一例を示している。数１に示した非球面形状は、軸対称非球面であり、頂点を原点とする座標ｐ（ｍｍ）における面の頂点からのサグ量ｚ（ｍｍ）で表している。サグ量ｚは、瞳４から遠ざかる方向を正とするとしている。また、Ｒ（ｍｍ）は中心曲率半径、ｋは円錐定数、Ｄ、Ｅ、Ｆ、及びＧは高次定数である。
【００２７】
【数１】

【００２８】
ここで、透光性シリコーンゴムの硬さをＨ度とすると、
３８＜Ｈ＜６５
の関係を満足することが好ましい。上限を６５としたことにより、眼球の損傷防止がより確実となり、下限を３８としたことにより、材料の生成が容易になり、低コストにもなる。なお、硬さＨは、ＪＩＳ Ｋ６２５３−５デュロメータ硬さ試験方法に基いたものであり、タイプＡデュロメータを使用した値である。
【００２９】
また、透光性シリコーンゴムは、可視域波長帯における透過率が９０％以上（厚さ２ｍｍの平板、表面反射含む)であることが好ましい。このような透光性シリコーンゴムを用いれば、明るく良好な映像を表示することができる。
【００３０】
また、透光性シリコーンゴムは、ｄ線すなわち波長５８７．５６ｎｍにおける屈折率をｎｄとすると、
１．４０＜ｎｄ＜１．４２
の関係を満足することが好ましい。
【００３１】
下限を１．４０としたことにより、曲面の曲率半径が小さくなり収差が大きくなることによる画質劣化を抑えることができ、上限を１．４２としたことにより、ゴム材料のコスト高を抑えることができる。
【００３２】
硬さＨ、透過率、及び屈折率ｎｄに関する説明は、以下の各実施形態でも同様であり、前記のような関係を満足していることが好ましい。
【００３３】
以下の表１に、実施例１の数値を示している。表１におけるｄ１〜ｄ４は、図１に図示している。ｄ１は瞳４からレンズ３の入射面までの距離、ｄ２はレンズ３の肉厚、ｄ３はレンズ３の射出面から反射面２までの距離、ｄ４は反射面２から表示素子１までの距離である。
【００３４】
実施例１では、視野は半画角で７度、レンズ３の材質である透光性シリコーンゴムのｎｄ＝１．４１、アッベ数νｄ＝５１、光軸と反射面２のなす角α＝４５度である。
【００３５】
【表１】

【００３６】
図２に実施例１において、瞳４に平行光束が入射したときの像面（表示素子１）上の横収差図を示している。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ相対像高が１（画角７度）、０．５（画角３．５度）、及び０（画角０度）におけるＹ方向、Ｘ方向の収差（ｍｍ）を示している。図２の各図において、破線は波長６５６．３ｎｍ、実線は波長５８７．６ｎｍ、一点鎖線は波長４８６．１ｎｍの場合の収差をそれぞれ示している（図５についも同じ）。また、図３は、図２の各図の相対像高に対応したスポットダイヤグラムを示している。これら各図より、収差性能は、良好であることが分る。
【００３７】
（実施の形態２）
図４は、実施形態２に係る映像表示装置の断面光路図を示している。本実施形態では、拡大光学系を構成する光学部材２５は透光性シリコーンゴムで形成されており、導光部２２、反射面２３、及び屈折作用をする曲面２４が同一素材すなわち透光性シリコーンゴムで一体に形成されている。
【００３８】
映像が表示された表示素子２１からの光は、光学部材２５の導光部２２を透過し、反射面２３で観察者の方向へ折り曲げられ、曲面２４を経て、観察者の瞳２６に入射する。この構成により、観察者は拡大された映像を観察することができる。反射面２３を用いているのは、光路を折り曲げて小型化を図るためである。
【００３９】
また、光学部材２５は、導光部２２、反射面２３、及び曲面２４が一体化されているので、表示素子２１からの光束の反射面２３への入射角が全反射条件を満足するように設定すれば、反射面としての特別な加工は不要となり、低価格化を実現できる。さらに、図４に示したように、導光部２２は外界からの光束２７を瞳２６に到達するよう透過するので、映像観察時にも広い視野を確保することができる。
【００４０】
そして、本実施形態においても、光学部材２５の材質を透光性シリコーンゴムとしているので、不慮の事態が発生し、光学部材２５が眼球に接触しても眼球を傷つける危険性が小さくなる。このため、光学部材２５と観察者の瞳２６との間に、眼球の保護用の緩衝部を設ける必要がなくなり視野を広げることもできる。
【００４１】
また、曲面２４の形状は、実施形態１と同様に前記数１を満足する非球面としている。以下の表２に、実施例２の数値を示している。表２におけるｄ１〜ｄ４は、図４に図示している。ｄ１は瞳２６から曲面２４までの距離1、ｄ２は曲面２４から反射面２３までの距離、ｄ３は反射面２３から射出面までの距離、ｄ４は射出面から表示素子２１までの距離である。
【００４２】
実施例２では、視野は半画角で７度、光学部材２５の透光性シリコーンゴムのｎｄ＝１．４１、アッベ数νｄ＝５１である。光軸と反射面２３とのなす角αはα＝４５度であり、全ての光線に関して全反射条件を満たしている。
【００４３】
【表２】

【００４４】
図５に、実施例２において、瞳２６に平行光束が入射したときの像面（表示素子２１）上の横収差図、図６にスポットダイヤグラムを示す。これら各図より、収差性能は、良好であることが分る。
【００４５】
（実施の形態３）
図７は、実施形態３に係る映像表示装置の基本構成図を示している。本実施形態では、拡大光学系である光学部材３５は、透光性シリコーンゴムで形成されており、導光部３２、及び屈折作用をする曲面３４が一体になっている。図４に示した実施形態では、反射面２３と光学部材２５とが同一素材で一体に形成されているのに対して、本実施形態では、反射面３３ａは光学部材３５とは別の素材で形成された反射部３３の反射面である。反射面３３ａは部材上に形成した反射膜の反射面でもよい。
【００４６】
反射部３３は、光学部材３５に密着して接合されている。この接合のための接着剤として光学部材３５と同じ透光性シリコーンゴム系の接着剤を用いれば、面荒さによる散乱光を少なくすることができ画質が向上する。
【００４７】
また、透光性シリコーンゴムである光学部材３５の表面に直接反射膜を形成するのは、加工が困難な場合が多いが、本実施形態では、光学部材３５とは別部材に反射膜を形成できるので、加工が容易になる。加えて、図４に示した実施形態のように、表示素子２１からの光束の反射面２３への入射角が全反射条件を満足するように設定する必要はなくなり、光路の折り曲げ角度の設計自由度が増え小型化に有利となる。
【００４８】
本実施形態の基本作用は、実施形態２と同様であり、表示素子３１からの光は、拡大光学系３５の導光部３２を透過し、反射面３３ａで観察者の方向へ折り曲げられ、曲面３４を経て、観察者の瞳３６に入射する。この構成により、観察者は拡大された映像を観察することができる。また、導光部３２は外界からの光束３７を瞳３６に到達するように透過するので、映像観察時にも広い視野を確保することができる。
【００４９】
本実施形態においても、光学系部材３５の材質が透光性シリコーンゴムであるので、眼球の損傷を防止できる点は、前記実施形態と同様である。また、実施形態２と同様な非球面形状、各面の距離関係を用いることができる。
【００５０】
（実施の形態４）
図８は、実施形態４に係る映像表示装置の基本構成図示している。本実施形態は、拡大光学系である光学部材４５の本体４５ａは、透光性シリコーンゴムで形成されており、導光部４２、及び屈折作用をする曲面４４が一体になっている。
【００５１】
反射部４３は、本体４５ａとは別の素材で形成されており、本体４５ａの内部に本体４５ａと一体になっている。このような構成は、例えば本体４５ａの外形形状と対応した型に、別途加工した反射部４３を所定位置に配置した後、透光性シリコーンゴムの原材料を型に入れて凝固させて形成できる。
【００５２】
また、反射部４３としては、樹脂基板上にアルミ等の反射膜を形成したものや、金属箔を用いることができる。このように、反射部４３を本体４５ａと一体成形する構成は、製造容易であり、安価で軽量化を実現できる。
【００５３】
本実施形態の基本作用は、実施形態２、３と同様であり、表示素子４１からの光は、光学部材４５の導光部４２を透過し、反射面４３ａで観察者の方向へ折り曲げられ、曲面４４を経て、観察者の瞳４６に入射する。この構成により、観察者は拡大された映像を観察することができる。また、導光部４２は外界からの光束４７を瞳に到達するように透過するので映像観察時にも広い視野を確保することができる。
【００５４】
本実施形態においても、光学部材４５の本体４５ａの材質が透光性シリコーンゴムであるので、眼球の損傷を防止できる点は、前記各実施形態と同様である。また、実施形態２と同様な非球面形状、各面の距離関係を用いることができる。
【００５５】
（実施の形態５）
図９（ａ）は、本発明の携帯情報端末に係る一実施形態の概略図を示している。情報端末本体１０１は、情報入力、情報記録、情報処理、無線通信、及び表示画像生成の機能を果たす。映像表示装置１０２は、前記実施形態１から４のいずれかの構成を用いたものである。
【００５６】
情報端末本体１０１で生成された画像は、有線又は無線で映像表示装置１０２の表示素子に伝送され表示される。映像表示装置１０２は、ハンズフリーで情報を観ることができることに加え、前記各実施形態のいずれかを用いているので、不慮の事態が発生しても眼球の損傷を防止できるので、多くの場面での使用が可能となる。
【００５７】
（実施の形態６）
図９（ｂ）は、本発明の撮像装置に係る一実施形態の概略図を示している。ビデオカメラ本体２０１は、撮像光学系、撮像素子、及び映像記録部等で構成されている。映像表示装置２０２は、前記実施形態１から４のいずれかの構成を用いたものである。
【００５８】
ビデオカメラ本体２０１で撮影中の映像又は記録された映像の再生映像が、有線又は無線で映像表示装置２０１の表示素子に伝送され表示される。映像表示装置２０２は、ハンズフリーで情報を観ることができることに加え、前記各実施形の映像表示装置を用いているので、不慮の事態が発生しても眼球の損傷を防止できるので、多くの場面で使用が可能となる。
【００５９】
なお、表示映像がビデオカメラの表示映像ので説明したが、静止画撮影専用のデジタルカメラの表示映像でもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、光学部材は透光性シリコーンゴムで形成されているので、不慮の事態が発生し、光学系が眼球に接触しても眼球を傷つける危険性が小さくなる。このため、レンズと観察者の瞳との間に、眼球の保護用の緩衝部を設ける必要がなくなり、視野を広げることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る映像表示装置の基本構成図
【図２】本発明の実施例１に係る横収差図
【図３】本発明の実施例１に係るスポットダイヤグラム
【図４】本発明の実施形態２に係る映像表示装置の基本構成図
【図５】本発明の実施例２に係る横収差図
【図６】本発明の実施例２に係るスポットダイヤグラム
【図７】本発明の実施形態３に係る映像表示装置の基本構成図
【図８】本発明の実施形態４に係る映像表示装置の基本構成図
【図９】（ａ）本発明の携帯情報端末に係る一実施形態の概略図
（ｂ）本発明の撮像装置に係る一実施形態の概略図
【符号の説明】
１，２１，３１，４１ 表示素子
２，２３，３３ａ，４３ａ 反射面
３ レンズ
２５，３５，４５ 光学部材
４５ａ 本体
４，２６，３６，４６ 瞳
２２，３２，４２ 導光部
２４，３４，４４ 曲面
１０２，２０２ 映像表示装置

Claims (15)

1. 映像表示手段と、前記映像表示手段に表示された映像を虚像として拡大する光学系とを備え、前記光学系は、観察者の眼球に対向し屈折作用を有する曲面と、前記映像表示手段に表示された映像からの光束を前記曲面へ導き、かつ外界からの光束を観察者の瞳に到達するように透過する導光部とを備えた光学部材を含んでおり、前記曲面及び前記導光部は透光性シリコーンゴムで一体に形成されていることを特徴とする映像表示装置。
2. 前記観察者の眼球に対向し屈折作用を有する曲面はレンズである請求項１に記載の映像表示装置。
3. 前記光学部材は、前記導光部からの光束を折り曲げる反射面をさらに備えており、前記曲面、前記導光部、及び前記反射面は、前記透光性シリコーンゴムで一体に形成されている請求項１に記載の映像表示装置。
4. 前記反射面の配置は、前記導光部からの光束が全反射する配置である請求項３に記載の映像表示装置。
5. 前記光学部材と別の素材で形成され、前記導光部からの光束を折り曲げる反射面をさらに備えており、前記反射面は、前記光学部材と一体になっている請求項１に記載の映像表示装置。
6. 前記反射面は、前記光学部材にシリコーンゴム系の接着材を介して接合されている請求項５に記載の映像表示装置。
7. 前記光学部材に、前記反射面を有する部材が一体成形されている請求項５に記載の映像表示装置。
8. 前記反射面は、樹脂基板上に形成された反射膜の面である請求項５から７のいずれかに記載の映像表示装置。
9. 前記反射面は、金属箔の面である請求項５から７のいずれかに記載の映像表示装置。
10. 前記曲面は、非球面である請求項１から９のいずれかに記載の映像表示装置。
11. 前記透光性シリコーンゴムは、可視域波長帯における透過率が９０％以上である請求項１から９のいずれかに記載の映像表示装置。
12. 前記透光性シリコーンゴムは、ｄ線における屈折率をｎｄとすると
    １．４０＜ｎｄ＜１．４２
    の関係を満足する請求項１から１１いずれかに記載の映像表示装置。
13. 前記透光性シリコーンゴムは、硬さをＨ度とすると、
    ３８＜Ｈ＜６５
    の関係を満足する請求項１から１１のいずれかに記載の映像表示装置。
14. 請求項１から１３のいずれかに記載の映像表示装置を備えた携帯情報端末。
15. 請求項１から１３のいずれかに記載の映像表示装置を備えた撮像装置。

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