JP4269482B2 - 映像表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、顔前にて使用され、映像を外界の像に重ねて提供する映像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、顔前に装着され、表示した映像の光を外界からの光と共に眼に導いて、映像を外界の像に重ねて提供する映像表示装置が、個人用の情報供給手段として提案されている。使用者は、日常生活のあらゆる場面で装置を使用することができ、例えば、歩行中でも映像観察が可能である。
【0003】
このような装置は、フレームと、1対のレンズと、鼻当てと、1対のテンプルとを有する眼鏡のような形状とされるのが一般的である。映像を表示する表示器はフレームの周囲に取り付けられた筺体に収容される。映像を外界の像に重ねるためには、側方に位置する表示器からの光を眼前に導き、そこで光路を変えて前方から眼に入射させる必要がある。また、小さな表示器に表示した映像を拡大して観察できるようにするのが好ましい。これらのためにホログラム素子を用いることが行われている。
【0004】
例えば、特開平11−64781号公報には、レンズの前面(眼から遠い面)にホログラム素子を備える装置が開示されている。表示器からの光はレンズの端面よりレンズ内に導き入れられて、直接ホログラム素子に入射し、ホログラム素子で回折されて眼に導かれる。また、特開平11−64782号公報には、レンズの後面(眼に近い面)にホログラム素子を備える装置が開示されている。表示器からの光はレンズの後面側からホログラム素子に導かれ、レンズに入射することなく回折されて眼に導かれる。
【0005】
使用者は、映像の拡大虚像と共に外界の実像を観察することになる。ただし、外界からの光の一部は筺体によって遮られ、視野にけられが生じる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
外界からの光が筺体によって遮られることは、映像を提供するという目的に関しては問題とならない。しかしながら、日常の様々な場面で使用されることを考慮すると、筺体によって光が遮られる範囲をできるだけ小さくして広い視野を確保することが、安全のために必要である。
【0007】
ところが、従来の装置では、筺体は光学系の配置を容易にしたり装置の強度を高めたりすることを主眼に設計されており、それらの大きさや形状は広い視野を確保するのにあまり適するものではなかった。本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、表示器を収容する筺体によって遮られる視野範囲が小さい映像表示装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第1の発明の映像表示装置は、鼻に接する鼻当てと、耳、側頭部または後頭部に接する1対のテンプルを有し、顔前に装着されて、表示した映像の光を外界からの光と共に眼に導いて、映像を外界の像の中央部に重ねて提供する眼鏡型の映像表示装置において、映像を表示する表示器と、光源と、その光源が発した光を表示器の全面に導く照明光学系と、前記光源,照明光学系及び表示器を保持する筺体と、前記表示器からの光を眼に導いて映像の虚像を提供する接眼光学系と、を含む1または2の表示部と、眼前に位置して外界からの光を透過させて眼に導く板状の第1プリズムと、を備え、前記接眼光学系は、眼前に位置して外界からの光を透過させて眼に導く板状の第2プリズムで構成されており、前記第2プリズムは、前記表示器からの光を内部に導き入れる面と、導き入れた光を内部で1回以上反射して眼の直前まで導く面と、眼の直前まで導いた光を眼に向かわせる面と、を前記接眼光学系として有し、前記第1プリズムと前記第2プリズムとは、互いに相補的な形状を有し、隙間なく、かつ表面が連続するように接合されており、前記表示器と前記照明光学系とは、使用者が前記表示器の表示面の方向に前記筺体を見たときの視線方向に沿って配置されており、前記筺体は、使用者の視野の周辺部に配置され、前記視線方向に対して垂直な少なくとも1方向の長さが、前記視線方向の長さよりも小さい形状を有することを特徴とする。
【0009】
第1の発明における表示部は片眼に映像を提供するものであり、表示部を1または2備えることで、それぞれ片眼用または両眼用の映像表示装置となる。筺体は、使用者が筺体の方向( つまり、表示器の表示面の方向 )を見たときに、その視線に対して垂直な方向に薄い形状であり、したがって、筺体によって遮られる視野範囲は小さい。一方、視線に沿う方向については筺体は長いから、表示器を照明するための光源や光学系を筺体に備えるときでも、それらの配置は容易である。
【0010】
接眼光学系の少なくとも一部は視野内に位置し、透過する外界からの光に何らかの影響を及ぼして、使用者に提供される外界の像に歪みや不連続をもたらすことがある。接眼光学系を兼ねる第2プリズムを備えて、接眼光学系を透過しない外界からの光に第1プリズムが接眼光学系と同様の影響を及ぼすようにすることで、あるいは、接眼光学系の影響を第1プリズムで打ち消すようにすることで、外界の像に歪みや不連続が生じるのを避けることができる。また、第1プリズムに筺体、鼻当ておよびテンプルを取り付けることで、これらを一体化するためのフレーム等の連結部材を備える必要がなくなる。
【0011】
上記のように第1,第2プリズムを備える映像表示装置では、表示器からの光を第2プリズム内で反射して眼前に導くようにすることで、筺体を視野の周辺部に配置することが可能になり、視野が広くなる。また、第1,第2プリズムを薄くすることもできる。
【0012】
第2の発明の映像表示装置は、上記第1の発明において、前記筺体は表示器の表示面がその中心と眼を結ぶ方向に対して略垂直になるように前記表示器を保持することを特徴とする。このようにすると、表示器として照明光を透過させる透過型のものを用いるときに、眼と表示面の中心を結ぶ直線の延長上に照明用の光源や光学系を配置することが可能になり、筺体の薄さを損なうことなく、光源や光学系を簡素で軽量な構成とすることができる。
【0013】
第3の発明の映像表示装置は、上記第1または第2の発明において、前記筺体は、視野を遮る角度が前記視線方向の筺体の長さの中心よりも眼に近い部位のみで定まる形状を有することを特徴とする。
【0014】
筺体をこのような形状とすると、他の形状とするときよりも、視野を遮る範囲を小さくすることができる上、筺体そのものを小さくすることができて、装置が軽量になる。例えば、視野を遮る角度が、筺体の長さの中心よりも眼に近い部位と、筺体の長さの中心よりも眼から遠い部位と、の双方で定まるようにすると、視野を遮る範囲は広くなり、また、視野を遮る角度が筺体の長さの中心よりも眼から遠い部位のみで定まるようにすると、筺体が大型化してしまう。
【0015】
第4の発明の映像表示装置は、上記第1〜第3のいずれか1つの発明において、前記照明光学系はレンズであることを特徴とする。
【0016】
第5の発明の映像表示装置は、上記第1〜第4のいずれか1つの発明において、前記筐体は、前記表示部を含む断面において、前記視線方向に沿った形状を有していることを特徴とする。
【0017】
第6の発明の映像表示装置は、上記第1〜第5のいずれか1つの発明において、眼の直前まで導いた光を眼に向かわせる面はホログラム素子であることを特徴とする。簡素な構成でありながら、表示器からの光と外界からの光の双方を損失なく眼に導くことができて、映像や映像に重なる外界の像が暗くなることがない。
【0018】
第7の発明の映像表示装置は、上記第1〜第6のいずれか1つの発明において、前記第1プリズムと前記第2プリズムは視度を補正するパワーを有することを特徴とする。このようにすると、視力の低い使用者でも、他の矯正手段を用いることなく外界を明瞭に観察することができる。
【0019】
第8の発明の映像表示装置は、上記第1〜第7のいずれか1つの発明において、前記鼻当てと前記筺体は、前記第1プリズムに取り付けられていることを特徴とする。この装置では、鼻当ておよび筺体を一体化するためのフレーム等の連結部材は不要であり、連結部材によって視野が遮られることがない。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の映像表示装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1に第1の実施形態の映像表示装置1の外観を示す。映像表示装置1は、1つの表示部10、左右の1対のプリズム20L、20R、鼻当て31、左右1対のテンプル32L、32Rより成り、プリズム20L、20Rが左右の眼の前に位置するように使用者の顔前に装着される。
【0022】
鼻当て31は、プリズム20L、20Rに取り付けられており、これらを連結している。テンプル32L、32Rはそれぞれプリズム20L、20Rの端部に取り付けられている。装着時には、鼻当て31が鼻に当たり、テンプル32L、32Rが耳、側頭部または後頭部に当たって、映像表示装置1はこれら3部位で支持される。テンプル32L、32Rは、プリズム20L、20R近傍の部位に設けられた垂直方向の軸(不図示)を中心に回動可能であり、非使用時には内側に折り畳むことができる。
【0023】
表示部10は右のプリズム20Rに取り付けられている。表示部10を含む断面を図2に示す。表示部10は、透過型の液晶表示器(LCD)11、筺体12、プリズム13、発光ダイオード(LED)14、およびレンズ15より成る。LCD11は使用者に提供するための映像を表示し、表示した映像により照明光を変調する。筺体12は、LCD11、LED14およびレンズ15を収容してこれらを保持する。LED14はLCD11を照明するための光源であり、レンズ15はLED14が発した光をLCD11の全面に均一に導くための照明光学系である。
【0024】
LCD11の映像の表示やLED14の発光は、映像表示装置1の外部に設けられた制御装置(不図示)によって制御される。制御装置は、図1に示すようにケーブル40によって筺体12に接続されており、ケーブル40を介して、電力や映像信号を供給する。
【0025】
プリズム13は平板状であり、透明なガラスまたは樹脂で作製されている。プリズム13はLCD11からの光を使用者の眼Eに導いて、LCD11に表示された映像の虚像を提供する。プリズム13の上端部は、縁の方が内部側よりも厚いくさび状とされており、筺体12はこのくさび状の上端部を挟むようにして、プリズム13に取り付けられている。
【0026】
プリズム20Lは平板状であり、単一の部材で構成されている。プリズム20Rも平板状であるが、単一の部材ではなく、プリズム13とプリズム21で構成されている。プリズム20Lおよびプリズム21は、プリズム13と同じ材料で作製されており、これら3者に屈折率の差はない。プリズム20Rを成すプリズム13とプリズム21は相補的な形状を有し、隙間なく、かつ表面が連続するように接合されている。プリズム13がくさび状の上端部を有することを除いて、プリズム20L、20Rは対称形である。映像表示装置1を顔前に装着した使用者は、プリズム20L、20Rを通して外界を観察することになる。
【0027】
プリズム13の下端部は、縁に向かうほど前面(眼Eから遠い面)が後面(眼Eに近い面)に近づくように作製されており、くさび状である。このくさび状の部位の前面すなわちプリズム21との接合面は平面であり、この平面にはホログラム素子22が形成されている。ホログラム素子は22、装着時に眼Eの直前に位置する。プリズム13およびホログラム素子22が接眼光学系16を構成する。
【0028】
プリズム13は、LCD11からの光を、上端部の端面より内部に導き入れ、前面と後面で複数回全反射しながら、ホログラム素子22に導く。ホログラム素子22は、導かれた光を回折させて、平行光に近い光束としながら、眼Eに入射させる。これにより、使用者には、LCD11に表示された映像の虚像が提供される。ホログラム素子22は外界からの光にはほとんど作用せず、虚像は外界の像の中央部に重なって観察される。
【0029】
ホログラム素子22は、眼Eから虚像までの距離が1〜3m程度になるように、また、虚像の大きさがLCD11に表示された実像の数倍〜数十倍になるように設定されている。したがって、使用者に提供される映像は見やすいものとなる。また、使用者は、眼Eの焦点を僅かに調節するだけで、映像と外界の像を明瞭に観察することができる。
【0030】
映像表示装置1では、LCD11からの光をプリズム13の内部で反射しながらホログラム素子22に導くようにしているため、プリズム20Rを大きくすることが可能である。これにより、筺体12を眼Eの視野の周辺部あるいは視野外に位置させることができて、筺体によって遮られる視野範囲が小さくなる。また、外界からの光の大部分がプリズム20Rを透過して眼Eに入射する構成とすることができて、ごく周辺部を除き、外界の像に乱れが生じない。しかも、プリズム20Rを、例えば3mm程度と、薄くすることができるから、装置全体が軽量になる。
【0031】
プリズム13の下端部はくさび状であるが、同じ材質のプリズム21に接合されているため、プリズム13の下端部を透過する外界からの光に屈折は生じない。したがって、外界の像の中央部が歪んだり不連続になったりすることもなく、映像表示装置1は質の高い像を提供することができる。
【0032】
LCD11は左右方向に長い長方形状であり、十数文字が横方向に並ぶ文字列を1〜数行表示することができる。このため、使用者は、映像から多くの情報を一度に得ることが可能である。
【0033】
筺体12は、眼Eと筺体12を結ぶ方向の長さAが、その方向と左右方向の双方に垂直な方向の長さBの2倍程度になるように設定されている。したがって、筺体12は薄型であり、視野を遮る範囲は小さい。LCD11は、その表示面が眼Eと表示面の中心を結ぶ直線に対して垂直になるように配置されており、レンズ15およびLED14は、その直線の延長上に配置されている。この構成により、筺体12を薄型としながらも、LCD11、レンズ15およびLED14の配置を容易にし、照明光学系として簡素なレンズ15のみを備えることが可能になっている。
【0034】
眼Eの視野と筺体12が遮る視野の範囲の例を図3に示す。この例は、視野V0内に筺体12の全体が位置する場合を示したものであるが、筺体12によって遮られる視野の範囲V1は小さい。前述のように、筺体12の一部を視野V0の外に位置させることも可能であり、筺体12によって遮られる視野範囲をさらに小さくすることも可能である。
【0035】
筺体12は、視野を遮る角度αが、眼Eと筺体12を結ぶ方向の筺体の中心よりも眼Eに近い部位のみで定まる形状を有している。薄型であるため筺体12が視野を遮る範囲は小さいが、この形状により、視野を遮る範囲をさらに小さくし、また、筺体12を軽量化することができる。視野を遮る角度が中心よりも近い部位と遠い部位の双方で定まるようにすれば、類似の形状であっても遮られる視野範囲は大きくなり、視野を遮る角度が中心よりも遠い部位のみで定まるようにすれば、筺体12が大型化、重量化することになる。
【0036】
なお、本実施形態では、右眼に映像を提供するようにしているが、もちろん、左眼に映像を提供するようにしてもよい。
【0037】
第2の実施形態の映像表示装置2の外観を図4に示す。映像表示装置2は上記の映像表示装置1にフレーム50を加えて、筺体12、プリズム20L、20R、鼻当て31、およびテンプル32L、32Rをフレーム50に取り付けたものである。また、映像表示装置1では、プリズム13の幅(左右方向の長さ)をプリズム21の幅の1/3程度としていたが、映像表示装置2では、プリズム13の幅をプリズム21の幅と同じにしている。
【0038】
この構成では、フレーム50の存在により視野が遮られる範囲は大きくなるが、幅の広い映像を提供することができる。筺体12の形状、接眼光学系16を成すプリズム13およびホログラム素子22、ならびにプリズム21の構成や機能は、図5に断面を示すように、映像表示装置1と同様である。制御装置と接続するためのケーブル40はテンプル32Lの後端部に取り付けられており、テンプル32Lとフレーム50の内部を通って筺体32Rに接続されている。
【0039】
第3の実施形態の映像表示装置3の外観を図6に示す。映像表示装置3は、1対の表示部10L、10Rを備えて左右両眼に映像を提供するとともに、プリズム20L、20Rにパワーをもたせて、使用者の視力を矯正し得るようにしたものである。表示部10L、10Rの構成は、プリズム13L、13Rが曲率を有する点を除き、第1の実施形態の映像表示装置1の表示部10と同様の構成である。筺体12Rはケーブル40により制御装置に接続されており、筺体12Lは、ケーブル40a、筺体12R、およびケーブル40を介して制御装置に接続されている。
【0040】
プリズム20L、20Rのパワーは使用者の視力に応じて設定する。プリズム20L、20Rに負のパワーをもたせることで近視を、正のパワーをもたせることで遠視を矯正することができる。プリズム13L、13Rの下端部のプリズム21L、21Rとの接合面は平面とされており、ホログラム素子22L、22Rの形成は容易である。
【0041】
【発明の効果】
映像を表示する表示器と、光源と、その光源が発した光を表示器の全面に導く照明光学系と、前記光源,照明光学系及び表示器を保持する筺体と、前記表示器からの光を眼に導いて映像の虚像を提供する接眼光学系と、を含む1または2の表示部を備えて、表示器と照明光学系とを、使用者が表示器の表示面の方向に筺体を見たときの視線方向に沿って配置し、筺体を、使用者の視野の周辺部に配置し、前記視線方向に対して垂直な少なくとも1方向の長さが、視線方向の長さよりも小さい形状とした本発明の映像表示装置は、筺体が薄型となって、筺体により遮られる視野範囲は小さい。したがって、安全性の高い装置となる。また、表示器を照明するための光源や光学系を筺体に備えることも容易である。
【0042】
表示器の表示面がその中心と眼を結ぶ方向に対して略垂直になるように筺体が表示器を保持するようにすると、簡素で比較的安価な透過型の表示器を用いるときでも、照明用の光源や光学系の配置に制約が少なく、筺体を確実に薄くすることができる。しかも、照明用の光源や光学系が簡素で軽量な構成となるから、小型で軽量な快適に使用することができる装置となる。
【0043】
映像を表示する表示器と、光源と、その光源が発した光を表示器の全面に導く照明光学系と、前記光源,照明光学系及び表示器を保持する筺体と、前記表示器からの光を眼に導いて映像の虚像を提供する接眼光学系と、を含む1または2の表示部を備えて、筺体を、視野を遮る角度が前記視線方向の筺体の長さの中心よりも眼に近い部位のみで定まる形状とした本発明の映像表示装置も、筺体により遮られる視野範囲が小さく、安全性の高い装置となる。
【0044】
外界からの光を透過させて眼に導くとともに、第2プリズムが接眼光学系を兼ねて表示器からの光を眼に導く板状の第1,第2プリズムを備える構成とすると、接眼光学系の影響で外界の像に歪みや不連続が生じるのを避けることができて、使用者に違和感を与えることがない。しかも、第1プリズムに筺体、鼻当ておよびテンプルを取り付けることができるから、これらを一体化するためのフレーム等の連結部材を備える必要がなくなり、視野が遮られる範囲を一層小さくすることができる。
【0045】
鼻当てと筺体が第1プリズムに取り付けられた構成にすると、鼻当ておよび筺体を一体化するためのフレーム等の連結部材は不要である。したがって、連結部材によって視野が遮られることがなく、安全性の高い装置となる。また、軽量になって快適に使用することができる。
【0047】
第2プリズムが、表示器からの光を内部に導き入れる面と、導き入れた光を内部で1回以上反射して眼の直前まで導く面と、眼の直前まで導いた光を眼に向かわせる面を、接眼光学系として有する構成とすると、筺体を視野の周辺部に配置することが可能になって、視野が広くなり、安全性がさらに高くなる。しかも、第1,第2プリズムを薄くすることができて、軽量な装置となる。
【0048】
眼の直前まで導いた光を眼に向かわせる面をホログラム素子とすると、表示器からの光と外界からの光の双方を損失なく眼に導くことができて、映像や外界の像全体を明るく提供することができる。また、簡素な構成であり製造も容易である。
【0049】
第1,第2プリズムに視度を補正するパワーをもたせると、視力矯正用の眼鏡として機能し、視力の低い使用者でも外界を明瞭に観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施形態の映像表示装置の外観を示す斜視図。
【図2】 第1の実施形態の映像表示装置の表示部を含む断面図。
【図3】 第1の実施形態の映像表示装置における使用者の視野と筺体が遮る視野の範囲の例を示す図。
【図4】 第2の実施形態の映像表示装置の外観を示す斜視図。
【図5】 第2の実施形態の映像表示装置の表示部を含む断面図。
【図6】 第3の実施形態の映像表示装置の外観を示す斜視図。
【符号の説明】
1、2、3 映像表示装置
10、10L、10R 表示部
11 液晶表示装置
12、12L、12R 筺体
13、13L、13R プリズム
14 発光ダイオード
15 レンズ
20、20L、20R プリズム
21、21L、21R プリズム
22、22L、22R ホログラム素子
31 鼻当て
32L、32R テンプル
40、40a ケーブル
50 フレーム
Claims (8)
- 鼻に接する鼻当てと、耳、側頭部または後頭部に接する1対のテンプルを有し、顔前に装着されて、表示した映像の光を外界からの光と共に眼に導いて、映像を外界の像の中央部に重ねて提供する眼鏡型の映像表示装置において、
映像を表示する表示器と、光源と、その光源が発した光を表示器の全面に導く照明光学系と、前記光源,照明光学系及び表示器を保持する筺体と、前記表示器からの光を眼に導いて映像の虚像を提供する接眼光学系と、を含む1または2の表示部と、眼前に位置して外界からの光を透過させて眼に導く板状の第1プリズムと、を備え、
前記接眼光学系は、眼前に位置して外界からの光を透過させて眼に導く板状の第2プリズムで構成されており、
前記第2プリズムは、前記表示器からの光を内部に導き入れる面と、導き入れた光を内部で1回以上反射して眼の直前まで導く面と、眼の直前まで導いた光を眼に向かわせる面と、を前記接眼光学系として有し、
前記第1プリズムと前記第2プリズムとは、互いに相補的な形状を有し、隙間なく、かつ表面が連続するように接合されており、
前記表示器と前記照明光学系とは、使用者が前記表示器の表示面の方向に前記筺体を見たときの視線方向に沿って配置されており、
前記筺体は、使用者の視野の周辺部に配置され、前記視線方向に対して垂直な少なくとも1方向の長さが、前記視線方向の長さよりも小さい形状を有することを特徴とする映像表示装置。 - 前記筺体は表示器の表示面がその中心と眼を結ぶ方向に対して略垂直になるように前記表示器を保持することを特徴とする請求項1に記載の映像表示装置。
- 前記筺体は、視野を遮る角度が前記視線方向の筺体の長さの中心よりも眼に近い部位のみで定まる形状を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の映像表示装置。
- 前記照明光学系はレンズであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の映像表示装置。
- 前記筐体は、前記表示部を含む断面において、前記視線方向に沿った形状を有していることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の映像表示装置。
- 眼の直前まで導いた光を眼に向かわせる面はホログラム素子であることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の映像表示装置。
- 前記第1プリズムと前記第2プリズムは視度を補正するパワーを有することを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の映像表示装置。
- 前記鼻当てと前記筺体は、前記第1プリズムに取り付けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の映像表示装置。
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