JP5133925B2 - Head-mounted image display device - Google Patents
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Description
本発明は、頭部装着型画像表示装置、特に複数画像を並列表示可能にした新規な頭部装着型画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to a head-mounted image display device, and more particularly to a novel head-mounted image display device that can display a plurality of images in parallel.
従来の頭部装着型画像表示装置として、例えば、ヘッドセット型や眼鏡型のように、モバイルで使用可能なものが提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。 As a conventional head-mounted image display device, for example, a device that can be used in a mobile manner such as a headset type or a spectacle type has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
図１５は、従来提案されているヘッドセット型の頭部装着型画像表示装置の概略構成を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。この頭部装着型画像表示装置１００は、左眼タイプのもので、観察者Ｍの左耳に保持されるヘッドセット型の頭部支持部１０１と、頭部支持部１０１に中継部１０２および保持部１０３を介して連結されて、観察者Ｍの左眼視野内に保持される棒状導光部１０４と、を有する。棒状導光部１０４は、保持部１０３側とは反対側の端部に結合された接眼光学部１０５を有する。また、頭部支持部１０１または中継部１０２、あるいは保持部１０３には、観察すべき画像を表示する液晶表示素子や有機ＥＬ素子等の表示素子（図示せず）が内蔵され、この表示素子に表示された画像の画像光が、棒状導光部１０４を経て接眼光学部１０５から出射されるようになっている。なお、本構成は左右逆に構成することで右眼タイプとしてもよい。
FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of a conventionally proposed headset-type head mounted image display device, where (a) is a front view, (b) is a side view, and (c) is a plan view. . This head-mounted
図１５に示した頭部装着型画像表示装置１００は、接眼光学部１０５から出射される画像光が観察者Ｍの左眼瞳孔に入射するように、頭部支持部１０１を観察者Ｍの左耳に保持し、その状態で接眼光学部１０５を覗くことにより、すなわち、左眼の視軸を接眼光学部１０５の出射光軸にほぼ一致させることにより、図示しない表示素子に表示された画像の拡大虚像を観察できるようになっている。
The head-mounted
図１６は従来提案されている眼鏡型の頭部装着型画像表示装置の概略構成を示す斜視図である。この頭部装着型画像表示装置１１０は、眼鏡一体型の右眼タイプのもので、眼鏡フレーム１１１に支持部１１２および保持部１１３を介して、観察者の右眼視野内で、右眼の眼鏡レンズ１１４の前方に近接して保持される棒状導光部１１５を有する。棒状導光部１１５は、保持部１１３側とは反対側の端部に結合された接眼光学部１１６を有する。また、眼鏡フレーム１１１または支持部１１２、あるいは保持部１１３には、観察すべき画像を表示する液晶表示素子や有機ＥＬ素子等の表示素子（図示せず）が内蔵され、この表示素子に表示された画像の画像光が、棒状導光部１１５を経て接眼光学部１１６から出射されるようになっている。
FIG. 16 is a perspective view showing a schematic configuration of a conventionally proposed glasses-type head-mounted image display apparatus. This head-mounted
図１６に示した頭部装着型画像表示装置１１０は、観察者が眼鏡フレーム１１１を掛けることにより、接眼光学部１１６から出射される画像光が眼鏡レンズ１１４を通して右眼瞳孔に入射するようになっている。したがって、観察者は、眼鏡フレーム１１１を掛けて接眼光学部１１６を覗くことにより、すなわち、右眼の視軸を接眼光学部１１６の出射光軸にほぼ一致させることにより、図示しない表示素子に表示された画像の拡大虚像を観察することができる。
In the head-mounted
なお、眼鏡型の頭部装着型画像表示装置として、通常の眼鏡フレームに着脱可能で、図１６と同様の態様で使用されるものも提案されている。 An eyeglass-type head-mounted image display device that can be attached to and detached from a normal eyeglass frame and is used in the same manner as in FIG. 16 has been proposed.
図１７は、従来例の頭部装着型画像表示装置の光路概略図である。図１７（ａ）は、表示素子１１７の上部、中央部、下部のそれぞれから、異なる角度で出射した画像光の光路を示している。この表示素子１１７からの画像光は、接眼光学部を構成する接眼レンズ１１８を通ることによって、あたかも遠方の表示画像からの光のように、観察者の眼球１１９の網膜上に像１２０を結像する。これにより、観察者は、設定された距離（例えば２ｍ先など）に表示画像が表示されているかのように認識することができる。
FIG. 17 is a schematic diagram of an optical path of a conventional head-mounted image display device. FIG. 17A shows optical paths of image light emitted from the upper, central, and lower portions of the
なお、本願では以下において、光路図を見易く表示するために、図１７（ｂ）で示すように主光線のみを図示し、さらに、図６〜図１２では、光軸上の光路のみを示している。 In the present application, in order to display the optical path diagram in an easy-to-understand manner, only the principal ray is illustrated as shown in FIG. 17B, and only the optical path on the optical axis is illustrated in FIGS. Yes.
ところで、例えば、インフォメーションディスプレイにおいては、多くの情報を一画面に同時に視たいというニーズがある。また、図形情報などを表示するために、より大きな表示画面が必要とされる場合もある。しかしながら、上述した従来の頭部装着型画像表示装置においては、画像光を出射する接眼光学部が一つしかなく、該一つの接眼光学部による一つの表示画面に情報を表示するようにしている。しかも、頭部装着型画像表示装置は、モバイルで使用可能であることから、その表示画面が比較的小さく、したがって表示される情報量も比較的少ない。このため、従来の頭部装着型画像表示装置は、インフォメーションディスプレイにおけるように、多くの情報を大画面で表示して同時に視たいというニーズには十分対応できない場合がある。 By the way, for example, in an information display, there is a need to view a lot of information on one screen at the same time. In addition, a larger display screen may be required to display graphic information and the like. However, in the conventional head-mounted image display device described above, there is only one eyepiece optical unit that emits image light, and information is displayed on one display screen by the one eyepiece optical unit. . Moreover, since the head-mounted image display device can be used on a mobile device, its display screen is relatively small, and therefore the amount of information displayed is relatively small. For this reason, the conventional head-mounted image display device may not sufficiently meet the need to display a large amount of information on a large screen and view it simultaneously, as in an information display.
特に、特許文献２に開示のように、観察者の視野内に位置する接眼光学部および棒状導光部の視軸方向における投影断面の幅を４ｍｍ以下として、接眼光学部および棒状導光部をシースルー可能とする場合は、より表示画面が小さくなり、一つの接眼光学部で多くの情報や図形情報を表示することが困難になる。
In particular, as disclosed in
この問題を解決するためには、複数の接眼光学部を設けて、情報をマルチ画面で表示することが考えられる。しかしながら、１つの接眼光学部に対して１つの棒状導光部が必要になると、接眼光学部を複数配置した場合には、これに対応した複数の棒状導光部が視野内に存在することになり、仮にシースルー可能な条件を満たしていても、瞳に入射できる光量が減ったり、視野内にムラを生じたりして観察者の使い心地が低下する虞がある。また、不使用時に棒状導光部を視野外に移動させる設計にする場合、棒状導光部どうしが干渉しないように配置しなければならないという設計上の制約が発生する。 In order to solve this problem, it is conceivable to provide a plurality of eyepiece optical units and display information on a multi-screen. However, when one rod-shaped light guide unit is required for one eyepiece optical unit, when a plurality of eyepiece optical units are arranged, a plurality of rod-shaped light guide units corresponding to the rod-shaped light guide unit exist in the field of view. Thus, even if the conditions for see-through are satisfied, the amount of light that can enter the pupil may be reduced, or unevenness may occur in the field of view, which may reduce the user's comfort. Further, when the design is such that the rod-shaped light guides are moved out of the field of view when not in use, there is a design restriction that the rod-shaped light guides must be arranged so as not to interfere with each other.
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、モバイル性を低下させることなく、複数画面を表示しながら使用感に優れ、設計上の制約も少ない頭部装着型画像表示装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention made in view of such a point is to provide a head-mounted image display device that has excellent usability while displaying a plurality of screens and has few design restrictions without deteriorating mobility. There is.
上記目的を達成する請求項１に記載の頭部装着型画像表示装置の発明は、
それぞれ表示すべき画像光を対応する眼球に向けて出射する複数の接眼光学部と、
前記複数の接眼光学部を保持するとともに、それぞれの前記画像光を対応する前記接眼光学部に導く棒状導光部と、
前記棒状導光部を保持し、観察者の頭部に着脱自在に装着可能な頭部装着部とを有し、
前記頭部装着部は、前記観察者の頭部に装着された状態で、前記複数の接眼光学部からの画像光による画像が、前記観察者の左右いずれかの眼球における視野内で表示されるように、前記棒状導光部を保持することを特徴とするものである。
The invention of the head mounted image display device according to claim 1, which achieves the above object,
A plurality of eyepiece optical units that emit image light to be displayed toward the corresponding eyeballs;
A rod-shaped light guide unit that holds the plurality of eyepiece optical units and guides the image light to the corresponding eyepiece optical unit;
Holding the rod-shaped light guide unit, and having a head mounting part that can be detachably mounted on the observer's head,
In the state where the head mounting unit is mounted on the observer's head, an image of the image light from the plurality of eyepiece optical units is displayed within the visual field of the left or right eyeball of the observer. As described above, the rod-shaped light guide is held.
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記棒状導光部は、観察者の視軸方向への投影断面の幅を瞳孔径以下としたことを特徴とするものである。
The invention according to
The rod-shaped light guide unit is characterized in that the width of the projected cross section in the direction of the visual axis of the observer is equal to or smaller than the pupil diameter.
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記棒状導光部内で前記それぞれの画像光の光路の一部が重複するように構成したことを特徴とするものである。
The invention according to claim 3 is the head-mounted image display device according to
A part of the optical path of each image light overlaps in the rod-shaped light guide.
請求項４に記載の発明は、請求項1〜３のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記棒状導光部は、前記それぞれの画像光のいずれか１つが、前記棒状導光部の長手方向に略平行に光軸を有するように構成されたことを特徴とするものである。
The invention according to claim 4 is the head-mounted image display device according to any one of claims 1 to 3,
The rod-shaped light guide unit is configured such that any one of the image lights has an optical axis substantially parallel to a longitudinal direction of the rod-shaped light guide unit.
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記棒状導光部は、前記それぞれの画像光のいずれか１つが、前記棒状導光部の長手方向に延在する内側面で反射されるように構成されたことを特徴とするものである。
The invention according to claim 5 is the head-mounted image display device according to any one of claims 1 to 4,
The rod-shaped light guide unit is configured such that any one of the image lights is reflected by an inner surface extending in the longitudinal direction of the rod-shaped light guide unit.
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記棒状導光部は、前記それぞれの画像光のいずれか１つを反射させ、他の画像光を透過させる画像光分離手段を有することを特徴とするものである。
The invention according to claim 6 is the head-mounted image display device according to any one of claims 1 to 5,
The rod-shaped light guide unit includes an image light separating unit that reflects any one of the image lights and transmits the other image light.
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の頭部装着型画像装表示装置において、
前記画像光分離手段は、ハーフミラーであることを特徴とするものである。
The invention according to claim 7 is the head-mounted image display device according to claim 6,
The image light separating means is a half mirror.
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記画像光分離手段は、エアーギャップを有し、前記それぞれの画像光のいずれか１つを、前記画像光分離手段により全反射される角度で前記画像光分離手段に入射させて反射させ、他の画像光は前記全反射される角度より小さい角度で前記画像光分離手段に入射させて透過させることを特徴とするものである。
The invention according to claim 8 is the head-mounted image display device according to claim 6,
The image light separation means has an air gap, and any one of the respective image lights is incident on the image light separation means at an angle that is totally reflected by the image light separation means, and is reflected. The image light is incident on and transmitted through the image light separating means at an angle smaller than the totally reflected angle.
請求項９に記載の発明は、請求項６に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記それぞれの画像光は、互いに異なる波長を有し、前記画像光分離手段は、前記それぞれの画像光を分離するダイクロイックミラーを有することを特徴とするものである。
The invention according to claim 9 is the head-mounted image display device according to claim 6,
The respective image lights have different wavelengths, and the image light separation means includes a dichroic mirror for separating the respective image lights.
請求項１０に記載の発明は、請求項６に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記それぞれの画像光は、互いに異なる偏光方向を有し、前記画像光分離手段は、前記それぞれの画像光を分離する偏光分離素子を有することを特徴とするものである。
The invention according to
The respective image lights have polarization directions different from each other, and the image light separation means includes a polarization separation element for separating the respective image lights.
請求項１１に記載の発明は、請求項６〜１０のいずれか１項に頭部装着型画像表示装置において、
前記棒状導光部は、導光方向先端部に長手方向に対して傾斜した第１の反射面を有し、
前記画像光分離手段で反射された前記それぞれの画像光のいずれか１つを、前記複数の接眼光学部のいずれか１つに入射させ、前記前記分離手段を透過した他の画像光のいずれか１つを、前記第１の反射面で反射させ、他の接眼光学部に入射させるように構成したことを特徴とするものである。
The invention according to
The rod-shaped light guide part has a first reflecting surface inclined with respect to the longitudinal direction at the light guide direction front end part,
Any one of the respective image lights reflected by the image light separating means is incident on any one of the plurality of eyepiece optical units, and any of the other image lights transmitted through the separating means One is configured to be reflected by the first reflecting surface and incident on another eyepiece optical unit.
請求項１２に記載の発明は、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記棒状導光部は、前記それぞれの画像光の入射部に前記それぞれの画像光のいずれかを反射させ、他の画像光を透過させる画像光結合手段を有することを特徴とするものである。
The invention according to
The rod-shaped light guide unit includes image light coupling means for reflecting any one of the respective image lights to the respective incident portions of the image light and transmitting other image light.
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の頭部装着型画像表示装置において、
前記棒状導光部は、導光方向後端部に前記棒状導光部の長手方向に対して傾斜した第２の反射面を有し、前記いずれかの画像光と略同一方向から入射する前記他の画像光を前記反射面で反射させて、前記結合手段に入射させるようにしたことを特徴とするものである。
The invention according to
The rod-shaped light guide has a second reflecting surface inclined at the rear end portion in the light guide direction with respect to the longitudinal direction of the rod-shaped light guide, and is incident from substantially the same direction as any one of the image lights. The other image light is reflected by the reflecting surface and is incident on the coupling means.
本発明によれば、頭部装着部が観察者の頭部に装着された状態で、棒状導光部が複数の接眼光学部を保持し、この棒状導光部がそれぞれの画像光を対応する接眼光学部に導くようにしたので、一つの棒状導光部を用いて複数の画像を観察者の視野内に表示させることができる。これにより、複数画面を表示しながら使用感に優れ、設計上の制約の少ない頭部装着型画像表示装置を提供することができる。 According to the present invention, the rod-shaped light guide unit holds a plurality of eyepiece optical units in a state where the head-mounted unit is mounted on the head of the observer, and the rod-shaped light guide unit corresponds to each image light. Since the light is guided to the eyepiece optical unit, a plurality of images can be displayed in the field of view of the observer using a single rod-shaped light guide unit. As a result, it is possible to provide a head-mounted image display device that has excellent usability while displaying a plurality of screens and has few design restrictions.
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の概略構成を示す斜視図である。この頭部装着型画像表示装置１０は、眼鏡一体型の右眼タイプのもので、眼鏡フレーム１１、画像射出部１２、棒状導光部２０および棒状導光部２０に保持される接眼光学部１３ａ，１３ｂを含んで構成される。眼鏡フレーム１１は頭部装着部を構成し、その右側テンプル１４部分に画像射出部１２を保持している。また、画像射出部１２は、棒状導光部２０と結合しており、眼鏡フレーム１１を装着した状態で、眼球１５の正面から見たとき、棒状導光部２０が図２に示すように観察者の右眼視野内に延在するように、棒状導光部２０を水平に保持する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a head-mounted image display device according to a first embodiment of the present invention. This head-mounted
図３は、棒状導光部２０を含む光学系の概略を示す水平断面図である。以下の説明において、棒状導光部２０の画像光の導光方向、すなわち、図３において左側を前側、これと反対側、すなわち、図３において右側を後側とし、最も前側の部分を先端部、最も後側の部分を後端部と呼ぶ。また、観察者から見て手前、すなわち、図３において下側を眼球側、これと反対側、すなわち、図３において上側を像側と呼ぶ。
FIG. 3 is a horizontal sectional view schematically showing an optical system including the rod-shaped
まず、棒状導光部２０の具体的構成を説明する。棒状導光部２０は、先端導光部材２３、六面体プリズムからなる主導光部材２４、後端導光部材２５の３つの部材で構成される。この棒状導光部２０は、全体として略四角柱の形状を有し、先端部には、ミラー面として構成される第１の反射面である先端傾斜面２１を有し、後端部には、後端傾斜面２２を有している。先端導光部材２３と主導光部材２４との間、及び、主導光部材２４と後端導光部材２５との間は、それぞれ対向する傾斜した境界面を挟んでエアーギャップ２６および２７が形成されている。また、先端導光部材２３、主導光部材２４、後端導光部材２５は、光透過性の高い樹脂材料またはガラス材料により構成されており、図視しない例えば樹脂製のケース内に相互に位置関係が変位しないように固定して格納される。さらに、このケースを含めた棒状導光部２０の、観察者の視軸方向への投影断面の幅は、瞳孔径、すなわち４ｍｍ以下として、シースルー表示を可能にする。
First, a specific configuration of the rod-shaped
ここで、シースルー表示について簡単に説明する。図４は、頭部装着型画像表示装置１０の光学系を模式的に示した垂直断面図である。簡単のため、接眼光学部１３および表示素子１６を1つずつ示している。表示素子１６を出射した画像光５１は、接眼光学部１３から眼球１５へ向けて出射され、観察者の視野内に表示画像５０を結像する。一方、棒状導光部２０の観察者の視軸方向への投影断面の幅を、眼球１５の瞳孔径よりも狭くしたので、観察者の視野内の遠方の物体、例えば、２ｍ以上離れた前方の物体からの光５２は、棒状導光部２０の周囲を通過して眼球に入射し、網膜上の表示画像５１と重複する領域に結像する。したがって、観察者の視野内で表示画像５１は背景と重ね合わされたシースルー画像として表示される。
Here, the see-through display will be briefly described. FIG. 4 is a vertical sectional view schematically showing the optical system of the head-mounted
次に、第１の画像光５１ａおよび第２の画像光５１ｂをそれぞれ表示する第１の表示素子１６ａおよび第２の表示素子１６ｂ、並びに、それぞれの画像光５１ａおよび５１ｂを眼球１５に向けて出射させる第１の接眼光学部１３ａおよび第２の接眼光学１３ｂの構成、配置について説明する。表示素子１６ａおよび１６ｂは、例えば、有機ＥＬ素子やＬＣＤ素子を含んで構成され、第１表示素子１６ａは、後端導光部材２５の後端傾斜面２２の後方に、これに対向して配置し、第２表示素子１６ｂは主導光部材２４の後端部眼球側に、これに対向して配置する。また、接眼光学部１３ａ，１３ｂは、例えば接眼レンズを含んで構成され、第１接眼光学部１３ａは、先端導光部材２３の眼球側に結合され、第２接眼光学部１３ｂは、主導光部材２４の先端部眼球側に、エアーギャップ２８を挟んで配置する。
Next, the
次に、第１の画像光５１ａおよび第２の画像光５１ｂの伝播する光路について説明する。なお、各導光部材２３，２４，２５の寸法、先端傾斜面２１、後端傾斜面２２、エアーギャップ２６，２７を挟む各導光部材の境界面の傾斜角、表示素子１６ａ，１６ｂおよび接眼光学部１３ａ，１３ｂの傾斜角等は、以下に説明する光路によって、表示素子１６ａ，１６ｂを出射した画像光５１ａ，５１ｂが、頭部装着型画像表示装置１０の観察者の眼球１５に向けて出射されるように規定される。
Next, an optical path through which the
第１表示素子１６ａを出射した第１の画像光５１ａは、後端傾斜面２２から後端導光部材２５に入射した後、エアーギャップ２７との境界面に入射する。このエアーギャップ２７に対する第１の画像光５１ａの入射角は、後端導光部材２５とエアーギャップ２７との界面における臨界角よりも小さく、したがって、第１の画像光はエアーギャップ２７を透過して主導光部２４へ入射する。その後、第１の画像光５１ａは、主導光部材２４内を長手方向に傾きを有して伝播し、主導光部材２４の眼球側の内側面３０で全反射され、エアーギャップ２６との境界面に入射する。エアーギャップ２６に対する第１の画像光５１ａの入射角は、臨界角より小さく、したがって、第１の画像光５１ａは、エアーギャップ２６を透過して、先端導光部材２３に入射する。さらに、第１の画像光５１ａは、先端傾斜面２１で反射され、第１接眼光学部１３ａへ導かれ、観察者の眼球に向けて出射される。
The first image light 51 a emitted from the
一方、第２表示素子１６ｂを出射した第２の画像光５１ｂは、主導光部材２４の後端部眼球側より主導光部材２４に入射し、エアーギャップ２７との境界面に入射する。このエアーギャップ２７に対する第２の画像光５１ｂの入射角は、臨界角よりも大きく、したがって、第２の画像光はエアーギャップ２７との境界面で反射され、主導光部材２４内を棒状導光部２０の長手方向に平行に伝播する。その後、第２の画像光５１ｂは、エアーギャップ２６との境界面に入射する。このエアーギャップ２６に対する第２の画像光５１ｂの入射角は、臨界角よりも大きく、したがって、第２の画像光５１ｂはエアーギャップ２７との境界面で反射され、主導光部材２４の先端部の眼球側側面を透過して、第２接眼光学部１３ｂに導かれ、観察者の眼球に向けて出射される。なお、主導光部材２４と第２接眼光学部１３ｂとの間のエアーギャップ２８は、内側面３０で反射されるべき第１の画像光５１ａの一部が、主導光部材２４と第２接眼光学部１３ｂとの接触部から、主導光部材２４の外部に透過することを防ぐためのものである。
On the other hand, the
なお、エアーギャップ２７、および、このエアーギャップ２７を挟んで対向する主導光部材２４と後端導光部材２５の境界面は、画像光結合手段を構成し、エアーギャップ２６、および、このエアーギャップ２７を挟んで対向する先端導光部材２３と主導光部材２４の境界面は、画像光分離手段を構成する。
The
以上のような構成によって、例えば、図５に示すように、頭部装着型画像表示装置１０は、観察者の視界内に第１表示素子１６ａおよび第２表示素子１６ｂのそれぞれから出射された第１の画像光５１ａと第２の画像光５１ｂとを、観察者の眼球１５の網膜上に水平方向に並べて結像させ左側画像（第１の画像）５０ａと右側画像（第２の画像）５０ｂとの２画面として表示させる。また、棒状導光部２０の観察者の視軸方向への投影断面（ケース等の視界を妨げる部分を含む）の幅を瞳孔径以下、すなわち４ｍｍ以下としたので、表示画像をシースルー画像とすることができる。
With the above configuration, for example, as shown in FIG. 5, the head-mounted
以上説明したように、本実施の形態によれば、一つの棒状導光部２０に２つの接眼光学部１３ａ，１３ｂを設け、棒状導光部２０を共用して画像光５１ａ、５１ｂをそれぞれ対応する接眼光学部に導光するようにしたので、２つの表示画像を観察者の視野内に水平配置して表示することができる。また、棒状導光部２０の観察者の視軸方向への投影断面の幅を瞳孔径以下としたので、表示画像をシースルー画像とすることができる。これによって、複数画面を使用しながら使用感に優れ、設計上の制約も少ないという利点が得られる。
As described above, according to the present embodiment, two eyepiece
（第２実施の形態）
図６は、本発明の第２実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の棒状導光部を含む光学系の概略を示す水平断面図である。この頭部装着型画像表示装置は、棒状導光部２０の構成が第１実施の形態と異なるものである。本実施の形態の棒状導光部２０は、先端導光部材２３および主導光部材２４により構成され、それらの間にはエアーギャップ２６が形成されている。先端導光部材２３は、図３で示した先端導光部材と同様の先端傾斜面２１を有する。また、主導光部材２４は、後側が前側に比べ眼球側に広がった構造となっており、主導光部材２４の広がった後端部には、眼球側から順に、第１の表示素子１６ａおよび第２の表示素子１６ｂが、水平方向に離間して配置されている。さらに、第１接眼光学部１３ａが、先端導光部材２３の眼球側に設けられ、第２接眼光学部１３ｂが、主導光部材２４の先端部眼球側に設けられる。また、先端導光部材２３および主導光部材２４の材質、格納方法、観察者の視軸方向への投影断面の幅等は、第１実施の形態の導光部材と同様である。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a horizontal sectional view showing an outline of an optical system including a rod-shaped light guide portion of the head-mounted image display device according to the second embodiment of the present invention. This head-mounted image display device is different from the first embodiment in the configuration of the rod-shaped
次に、第１の画像光５１ａおよび第２の画像光５１ｂの伝播する光路について説明する。第１の表示素子１６ａおよび第２の表示素子１６ｂを出射した第１の画像光５１ａおよび第２の画像光５１ｂは、それぞれ主導光部材２４に入射して、この主導光部材２４内を内側面で反射されることなく伝播して、エアーギャップ２６との境界面に入射する。第１の画像光５１ａは、エアーギャップ２６との境界面に対して、臨界角より小さい入射角で入射し、これを透過して、先端傾斜面２１で反射され、第１接眼光学部１３ａに導かれ、観察者の眼球１５に向けて出射される。一方、第２の画像光５１ｂは、エアーギャップとの境界面に対して、臨界角より大きい入射角で入射し、全反射される。エアーギャップ２６との境界面で全反射された第２の画像光は、第２接眼光学部１３ｂに導かれ、観察者の眼球１５に向けて出射される。これによって、２つの表示画像を観察者の視野内に水平配置されたシースルー画像として表示する。
Next, an optical path through which the
以上説明したように、本実施の形態によれば、画像光結合部を設けず、第１表示素子１６ａおよび第２表示素子１６ｂを略隣接させて配置させることができるので、頭部装着型画像表示装置の全体の構成を簡単にすることができる。
As described above, according to the present embodiment, the
（第３実施の形態）
図７は、本発明の第３実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の棒状導光部を含む光学系の概略を示す水平断面図である。この頭部装着型画像表示装置は、棒状導光部２０の構成が第２実施の形態と異なるものである。本実施の形態における棒状導光部２０は、先端導光部材２３と主導光部材２４とから構成されている。主導光部材２４は、導光方向の前側は棒状（角柱状）であり、後側のみが観察者の眼球側に広がった構造となっている。また、先端導光部材２３と主導光部材２４との間には、エアーギャップ２６を設けている。さらに、第１表示素子１６ａと第２表示素子１６ｂとの位置を入れ替え、第２表示素子１６ｂを第１表示素子１６ａの眼球側に配置している。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a horizontal sectional view showing an outline of an optical system including a rod-shaped light guide portion of a head-mounted image display device according to the third embodiment of the present invention. In this head-mounted image display device, the configuration of the rod-shaped
次に、第１の画像光５１ａおよび第２の画像光５１ｂの伝播する光路について説明する。第１表示素子１６ａを出射した第１の画像光５１ａは、主導光部材２４内を長手方向に平行に伝播し、エアーギャップ２６との境界面に対し臨界角よりも小さい入射角で入射してこれを透過し、先端導光部材２３に入射し、先端傾斜面２１で反射されて、第１接眼光学部１３ａより観察者の眼球１５に向けて出射される。一方、第２表示素子１６ｂを出射した第２の画像光５１ｂは、主導光部材２４の像側の内側面３１で反射された後、エアーギャップ２６との境界面に臨界角よりも大きい入射角で入射して反射され、第２接眼光学部１３ｂから観察者の眼球１５に向けて出射される。これによって、２つの表示画像を観察者の視野内に水平配置されたシースルー画像として表示する。なお、第２の画像光５１ｂのエアーギャップ２６の境界面への入射角は、第２実施の形態よりも大きくなるため、第２接眼光学部１３ｂへ導光できる光路幅が狭くなる。このため、第２実施の形態と比較して、本実施の形態では幅の狭い第２表示素子を用いるとともに、第２接眼光学部の幅も小さくする。その他の構成および作用は、第２実施の形態と略同様なので、同一の構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
Next, an optical path through which the
以上説明したように、本実施の形態によれば、棒状導光部２０の広がりが後側のみとなるため、第２実施の形態における棒状導光部と比べ、観察者の視野内での棒状導光部２０の像側方向への幅をより薄型化できるとともに、棒状導光部２０全体をより軽量化することができる。
As described above, according to the present embodiment, since the bar-shaped
（第４実施の形態）
図８は、本発明の第４実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の棒状導光部を含む光学系の概略を示す水平断面図である。この頭部装着型画像表示装置は、棒状導光部２０の構成が第３実施の形態と異なるものである。本実施の形態の棒状導光部２０は、先端導光部材２３と主導光部材２４とから構成されている。主導光部材２４は、第３実施の形態とは異なり、導光方向後側が像側に広がりを有している。また、第２表示素子１６ｂを、第１表示素子１６ａの像側に配置する。さらに、先端導光部材２３と主導光部材２４との間は、画像光分離手段としてハーフミラー２９を形成する。また、第２接眼光学部１３ｂと主導光部材２４との間にはエアーギャップ２８を設ける。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 is a horizontal sectional view showing an outline of an optical system including a rod-shaped light guide unit of a head-mounted image display device according to the fourth embodiment of the present invention. This head-mounted image display device is different from the third embodiment in the configuration of the rod-shaped
次に、第１の画像光５１ａおよび第２の画像光５１ｂの伝播する光路について説明する。第１表示素子１６ａを出射した第１の画像光５１ａは、主導光部材２４内を伝播してハーフミラー２９に入射し、一部が反射され一部が透過される。ハーフミラー２９を透過した第１の画像光５１ａは、先端傾斜面２１によって反射され、第１接眼光学部１３ａより観察者の眼球１５に向けて出射される。一方、ハーフミラー２９で反射された第１の画像光５１ａは、光路が逸れるので眼球方向へ出射されない。
Next, an optical path through which the
また、第２表示素子１６ｂを出射した第２の画像光５１ｂは、主導光部材２４内を伝播して、眼球側の内側面３０で反射され、その後、ハーフミラー２９に入射し、一部が反射され一部が透過される。ハーフミラー２９で反射された光は、エアーギャップ２８を介して第２接眼光学部１３ｂに入射し、観察者の眼球１５方向へ出射される。なお、エアーギャップ２８は、第２の画像光５１ｂの一部が、表示素子１６ｂから内側面３０に入射した際に、第２の接眼光学部１３ｂへ透過しないように設けられている。一方、ハーフミラー２９を透過した第２の画像光５１ｂは、光路が逸れるので眼球方向に出射されない。
Further, the
これによって、２つの表示画像を観察者の視野内に水平配置されたシースルー画像として表示する。その他の構成および作用は、第３実施の形態と略同様なので、同一の構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。 As a result, the two display images are displayed as see-through images arranged horizontally in the viewer's field of view. Since other configurations and operations are substantially the same as those of the third embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
本実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置によれば、ハーフミラー２９に対する第２の画像光５１ｂの入射角が、図７における第２の画像光のエアーギャップ２６との境界面への入射角よりも小さく、図８に示すように、第２の画像光５１ｂの光路の幅を確保できるので、第２接眼光学部１３ｂへ導光できる第２の画像光５１ｂの光路幅を広くすることができる。したがって、第３実施の形態と比較して、観察者の視野内により大きな第２の画像を表示することが可能になる。
According to the head-mounted image display device according to the present embodiment, the incident angle of the
なお、本実施の形態では、画像光分離手段としてハーフミラー２９を使用したが、これに限られない。例えば、先端導光部材２３と主導光部材２４との間の傾斜面にハーフミラー２９に代えて偏光分離膜を形成するとともに、例えば、表示素子１６ａおよび１６ｂのそれぞれの出射側に偏光状態を変化させる偏光子を配置し、第１の画像光５１ａと第２の画像光５２ｂとの偏光方向を９０°異ならせることにより、第１の画像光５１ａと第２の画像光５１ｂとを、偏光分離膜で分離するようにしても良い。
In the present embodiment, the
（第５実施の形態）
図９は、本発明の第５実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の棒状導光部を含む光学系の概略を示す水平断面図である。この頭部装着型画像表示装置は、棒状導光部２０の構成が第４実施の形態と異なるものである。本実施の形態の棒状導光部２０は、図８の棒状導光部とは異なり、主導光部材２４の後側が観察者の眼球側に向けて広がりを有している。また、主導光部材２４の後端部には、観察者の眼球側から順に第１の表示素子１６ａおよび第２の表示素子１６ｂを配置する。
(Fifth embodiment)
FIG. 9 is a horizontal sectional view showing an outline of an optical system including a rod-shaped light guide portion of a head-mounted image display device according to a fifth embodiment of the present invention. In this head-mounted image display device, the configuration of the rod-shaped
次に、第１の画像光５１ａおよび第２の画像光５１ｂの伝播する光路について説明する。第１表示素子１６ａを出射した第１の画像光５１ａは、棒状導光部２０内を後側眼球の広がった部分から前側かつ像側へ向けて伝播し、像側の内側面３１および眼球側の内側面３０で反射され、さらに、先端傾斜面２１で反射されて第１接眼光学部１３ａより観察者の眼球１５に向けて出射される。この光路上において内側面３０による反射の前後で、第１の画像光はハーフミラー２９を主導光部材２４から先端導光部材２３へ透過し、その際一部の光は反射される。ハーフミラー２９で反射された第２の画像光は、光路が逸れるので眼球１５方向に出射されない。
Next, an optical path through which the
また、第２表示素子１６ｂを出射した第２の画像光５１ｂは、主導光部材内を長手方向に前方へ伝播し、ハーフミラー２９で反射され、エアーギャップ２８を介して第２接眼光学部１３ｂに入射し、眼球１５に向けて出射される。なお、ハーフミラー２９で画像光５１ｂの一部が透過するが、この画像光は、光路が逸れるので眼球方向に出射されない。エアーギャップ２８は、第１の画像光５１ａの一部が、内側面３０に入射した際に、第２の接眼光学部１３ｂへ透過しないように設けられている。
Further, the
これによって、２つの表示画像を観察者の視野内に水平配置されたシースルー画像として表示する。その他の構成および作用は、第４実施の形態と略同様なので、略同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。 As a result, the two display images are displayed as see-through images arranged horizontally in the viewer's field of view. Since other configurations and operations are substantially the same as those of the fourth embodiment, the same reference numerals are assigned to substantially the same components, and the description thereof is omitted.
本実施の形態によれば、第４実施の形態と比較して、眼鏡フレームに適用した状態で、棒状導光部２０の後側の広がり部分が、観察者の眼球側に向けて広がっており、像側への広がり部分がないので、画像射出部１２をより目立ちにくくすることができ、携帯性と美観に優れた頭部装着型画像表示装置を構成することができる。
According to the present embodiment, compared with the fourth embodiment, the spreading portion on the rear side of the rod-shaped
なお、本実施の形態では、画像光分離手段としてハーフミラー２９を使用したが、これに限られない。例えば、先端導光部材２３と主導光部材２４との間の傾斜面にハーフミラー２９に代えて偏光分離膜を形成するとともに、例えば、表示素子１６ａおよび１６ｂのそれぞれの出射側に偏光状態を変化させる偏光子を配置し、第１の画像光５１ａと第２の画像光５２ｂとの偏光方向を９０°異ならせることにより、第１の画像光５１ａと第２の画像光５１ｂとを、偏光分離膜で分離するようにしても良い。
In the present embodiment, the
（第６実施の形態）
図１０は、本発明の第６実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の棒状導光部を含む光学系の概略を示す水平断面図である。この頭部装着型画像表示装置は、棒状導光部２０を含む光学系の構成が第１実施の形態と異なるものである。本実施の形態の棒状導光部２０は、先端導光部材２３および主導光部材２４を含んで構成される。先端導光部材２３と主導光部材２４とは、傾斜面により接触しており、その境界面にはダイクロイックミラー３３を形成する。このダイクロイックミラー３３は赤色光を透過させ、青色光を反射させる分光特性を有する。また、先端導光部材２３は、先端部に先端傾斜面２１を有する。先端傾斜面２１は、先端導光部材２３内部を伝播してきた画像光を全反射させるミラー面である。これにより、棒状導光部２０全体では、先端に先端傾斜面２１を有する略四角柱の形状となっている。また、先端導光部材２３および主導光部材２４の材質、格納方法、観察者の視軸方向への投影断面の幅等は、第１実施の形態の導光部材と同様である。
(Sixth embodiment)
FIG. 10 is a horizontal sectional view showing an outline of an optical system including a rod-shaped light guide unit of a head-mounted image display device according to a sixth embodiment of the present invention. This head-mounted image display apparatus is different from the first embodiment in the configuration of the optical system including the rod-shaped
また、本実施の形態では、単一の表示素子１６を、主導光部材２４の後端部近傍に、出射面を後端面３２に対抗させて配置する。表示素子１６は、赤色のみの第１の画像光と、これとは表示内容の異なる青色のみの第２の画像光とを面順次方式で出射させる。さらに、先端導光部材２３の眼球側には第１接眼光学部１３ａを配置し、主導光部材２４の先端部の眼球側には第２接眼光学部１３ｂを配置する。
Further, in the present embodiment, the
次に、第１の画像光５１ａおよび第２の画像光５１ｂの伝播する光路について説明する。表示素子１６を出射した赤色の第１の画像光５１ａと青色の第２の画像光５１ｂとは、主導光部材２４を長手方向に前方へ伝播し、ダイクロイックミラー３３に入射する。ここで、第１の画像光５１ａはダイクロイックミラー３３を透過して、先端導光部材２３に入射し、先端傾斜面２１で反射され、第１接眼光学部１３ａへ入射し、観察者の眼球１５に向けて出射される。一方、第２の画像光５１ｂは、ダイクロイックミラー３３で反射され、第２接眼光学部１３ｂに入射して、観察者の眼球１５に向けて出射される。
Next, an optical path through which the
これによって、２つの表示画像を観察者の視野内に水平配置されたシースルー画像として表示する。この場合、視野内に表示される２つの表示画像のうち、左側が赤色のみの画像となり、右側が青色のみの画像となる。 As a result, the two display images are displayed as see-through images arranged horizontally in the viewer's field of view. In this case, of the two display images displayed in the field of view, the left side is an image of only red and the right side is an image of only blue.
以上説明したように、本実施の形態によれば、第１の画像光５１ａと第２の画像光５１ｂとして同一の表示素子１６から出射される周波数の異なる光を用い、これを、ダイクロイックミラー３３により分離して、それぞれ第１接眼光学部１３ａおよび第２接眼光学部１３ｂから出射させるようにしたので、表示素子が一つとなり、画像射出部を単純な構成とすることができる。また、第１の画像光５１ａと第２の画像光５１ｂとの光路の傾きを異ならせる必要もないので、棒状導光部２０を像側または眼球側に広がり部分のない角柱状とすることができるので、棒状導光部２０を小型かつ軽量にすることができる。
As described above, according to the present embodiment, light having different frequencies emitted from the
なお、本実施の形態において、第１の画像光５１ａを赤色とし、第２の画像光５１ｂを青色としたが、これに限られない。第１の画像光５２ａを青色とし、第２の画像光５１ｂを赤色としても良く、また、これらとは別の色の光を第１の画像光５１ａおよび第２の画像光５１ｂの双方またはいずれか一方に用いても良い。この場合も、ダイクロイックミラー３３は第１の光を透過させ、第２の光を反射させる分光特性を有するものを用いる。
In the present embodiment, the
（第７実施の形態）
図１１は、本発明の第７実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の棒状導光部を含む光学系の概略を示す水平断面図である。この頭部装着型画像表示装置は、棒状導光部２０を含む光学系の構成が第６実施の形態と異なるものである。本実施の形態の棒状導光部２０は、先端導光部材２３、主導光部材２４および後端導光部材２５を含んで構成される。主導光部材２３と後端導光部材２５との間、および、先端導光部材２３と主導光部材２４との間は、傾斜面により接触しておりそれらの境界面にはｐ偏光を透過させｓ偏光を反射させる偏光分離膜３４および３５を形成する。
(Seventh embodiment)
FIG. 11 is a horizontal sectional view showing an outline of an optical system including a rod-shaped light guide unit of a head-mounted image display device according to a seventh embodiment of the present invention. This head-mounted image display device is different from the sixth embodiment in the configuration of the optical system including the rod-shaped
一方、この棒状導光部２０の後端部後ろ側には、後端導光部材２５に対向して、第１の画像光を射出する有機ＥＬ素子より構成される表示素子１６ａと、この表示素子１６ａを出射した画像光を鉛直方向の偏光（ｐ偏光）にする偏光子４１ａとを設ける。また、棒状導光部２０の後端部像側には主導光部材２４の側面に対向して、第２の画像光５１ｂを射出する表示素子１６ｂと、この表示素子１６ｂを出射した第２の画像光５１ｂを水平方向の偏光（ｓ偏光）にする偏光子４１ｂとを設ける。その他の構成は、第６実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
On the other hand, on the rear side of the rear end portion of the rod-shaped
以上のような構成によって、本実施の形態によれば、表示素子１６ａを出射した第１の画像光５１ａは、偏光子４１ａによって偏光状態が変化し、ｐ偏光として後端導光部材２５に入射する。その後、第１の画像光５１ａは、偏光分離膜３４を透過して主導光部材２４に入射し、これを、長手方向に伝播する。さらに、第１の画像光５１ａは偏光分離膜３５を透過して、先端導光部材２３に入射し、先端傾斜面２１で反射され、第１接眼光学部１３ａへ入射し、観察者の眼球１５に向けて出射される。
With the configuration as described above, according to the present embodiment, the polarization state of the
一方、表示素子１６ｂを出射した第２の画像光５１ｂは、偏光子４１ｂによって偏光状態が変化し、ｓ偏光として主導光部材２４の後端側面に入射する。その後、第２の画像光５１ｂは、偏光分離膜３４で反射され、主導光部材２４を第１の画像光と同様に長手方向に伝播する。その後、第２の画像光５１ｂは偏光分離膜３５で反射され、第２接眼光学部１３ｂへ入射し、観察者の眼球１５に向けて出射される。
On the other hand, the polarization state of the
これによって、２つの表示画像を観察者の視野内に水平配置されたシースルー画像として表示する。 As a result, the two display images are displayed as see-through images arranged horizontally in the viewer's field of view.
以上説明したように、本実施の形態によれば、偏光状態の異なる２つの画像光の光路を、偏光分離膜３４を用いて重ね合わせ、同一の主導光部材２４を伝播させて、他の偏光分離膜３５により分離してそれぞれ第１接眼光学部および第２接眼光学部から出射させるようにしたので、第６実施の形態と同様に、画像射出部を単純な構成とすることができ、かつ、棒状導光部２０を小型、軽量にすることができる。さらに、波長成分により画像を分離する第６実施の形態と異なり、２つの表示画像を共にカラー画像とすることができる。
As described above, according to the present embodiment, the optical paths of two image lights having different polarization states are overlapped using the
また、第１の画像光５１ａをｐ偏光とし、第２の画像光５１ｂをｓ偏光としたが、第１の画像光５１ａをｓ偏光とし、第２の画像光５１ｂをｐ偏光としても良い。その場合、偏光分離膜３４および３５には、ｐ偏光を透過させｓ偏光を反射させるものを用いる。
In addition, although the
さらに、本実施の形態の変形例として、表示素子１６ａおよび１６ｂとして、それぞれ有機ＥＬ素子に代えて、ＬＣＤ素子を使用することもできる。例えば、それぞれのＬＣＤ素子が水平方向に偏光（ｓ偏光）した画像光を出射する場合、偏光子４１ａに代えて１／２波長板を設けるとともに、偏光子４１ｂを設けない構成とする。これによって、表示素子１６ａを出射した画像光５１ａは、１／２波長板を透過する際にｐ偏光となり後端導光部材２５に入射する。一方、表示素子１６ｂを出射した画像光５１ｂは、ｓ偏光として主導光部材２４に入射する。以下の作用および効果は、本実施の形態と同様である。また、この変形例において、１／２波長板を用いずに、表示素子１６ａとして配置したＬＣＤ素子を、後端面３２に対向したまま９０度回転して配置し、鉛直方向に偏光した画像光を出射させるようにしても良い。
Further, as a modification of the present embodiment, LCD elements can be used as the
（第８実施の形態）
図１２は、本発明の第８実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の棒状導光部を含む光学系の概略を示す水平断面図である。この頭部装着型画像表示装置は、棒状導光部２０を含む光学系の構成が第７実施の形態と異なるものである。本実施の形態の棒状導光部２０は、先端導光部材２３および主導光部材２４により構成し、すなわち、図１１の棒状導光部と異なり偏光分離膜３４を設けない。また、主導光部材２４の後端面３２に対向して、有機ＥＬ素子により構成される表示素子１６ａと、この表示素子１６ａを出射した画像光を鉛直方向の偏光（ｐ偏光）にする偏光子４１と、偏光された画像光の偏光方向を切り替える光変調素子４２、例えば液晶（例えば、ＴＮ液晶）を用いた偏光回転素子を設ける。その他の構成は、第７実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
(Eighth embodiment)
FIG. 12 is a horizontal sectional view showing an outline of an optical system including a rod-shaped light guide unit of a head-mounted image display device according to an eighth embodiment of the present invention. This head-mounted image display device is different from the seventh embodiment in the configuration of the optical system including the rod-shaped
以上のような構成によって、本実施の形態によれば、表示素子１６に第１の画像および第２の画像を面順次で切り替えながら表示させて第１の画像光および第２の画像光を出射させ、これらを、偏光子４１により、鉛直方向に偏光させ、さらに、表示素子１６による画像の切り替えと同期して光変調素子４２により画像光の偏光方向を切り替える。これによって、第１の画像光をｐ偏光とし、第２の画像光をｓ偏光として、順次時分割で主導光部材２４内に入射させる。主導光部材２４に入射した第１の画像光および第２の画像光５１ｂは、第７実施の形態と同様に、それぞれ、第１接眼光学部１３ａおよび第２接眼光学部１３ｂへ導光され、観察者の眼球１５に向けて出射される。これによって、２つの表示画像を観察者の視野内に水平配置されたシースルー画像として表示する。
With the configuration as described above, according to the present embodiment, the first image light and the second image light are emitted by causing the
以上説明したように、本実施の形態によれば、棒状導光部２０の後端部に設けた１つの表示素子１６から第１の画像光５１ａと第２の画像光５１ｂとを面順次で出射させ、偏光子４１と光変調素子４２とを用いることにより、画像光の出射に同期して偏光状態を変化させるようにしたので、第７実施の形態の効果に加え、棒状導光部２０の側面に表示素子および偏光子を設ける必要がなく、棒状導光部２０および表示素子１６を格納する画像射出部を小型化、軽量化することができる。従って、頭部装着型画像表示装置全体を小型かつ軽量の構成とすることができる。
As described above, according to the present embodiment, the
なお、偏光子４１ａは、表示素子１６ａを出射した画像光を鉛直方向の偏光（ｐ偏光）にするとしたが、表示素子１６ａを出射した画像光を水平方向の偏光（ｓ偏光）にするものを用いても良い。その場合、偏光分離膜３５には、ｓ偏光を透過させｐ偏光を反射させるものを用いる。
Note that the
また、本実施の形態の変形例として、表示素子１６として、有機ＥＬ素子に代えて、ＬＣＤ素子を使用することもできる。その場合、ＬＣＤ素子を出射する画像光は、一方向に直線偏光しているので、偏光子４１は設けず、表示素子１６を出射した画像光を直接光変調素子４２に入射させるようにする。これによって、表示素子１６に第１の画像および第２の画像を面順次で切り替えながら表示させて第１の画像光および第２の画像光を出射させ、この画像の切り替えと同期して光変調素子４２により画像光の偏光方向を切り替えることができる。
As a modification of the present embodiment, an LCD element can be used as the
（第９実施の形態）
図１３は、本発明の第９実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置の概略構成を示す斜視図である。この頭部装着型画像表示装置１０は、眼鏡一体型の右眼タイプのものである。この頭部装着型画像表示装置１０では、接眼光学部１３ａ，１３ｂが接合された棒状導光部２０と、画像表示素子１６を含む画像射出部１２とを、２つの分割された部分として構成する。棒状導光部２０は棒状導光部支持部１８を介して、眼鏡フレーム１１のヨロイ１７に結合され保持され、眼鏡フレーム１１を装着した状態で、第１実施の形態と同様に棒状導光部２０が観察者の右眼視野内に水平に延在するように構成される。一方、画像射出部１２は、眼鏡フレーム１１のテンプル１４によって保持される。この画像射出部１２は表示素子１６を有し、眼鏡フレーム１１を装着した状態において、棒状導光部２０の後端部眼球側側面に向けて画像光を出射させるように構成されている。
(Ninth embodiment)
FIG. 13 is a perspective view showing a schematic configuration of a head-mounted image display device according to the ninth embodiment of the present invention. The head-mounted
図１４は、棒状導光部２０を含む光学系の概略を示す水平断面図である。この棒状導光部２０は、図３に示した第１実施の形態に係る棒状導光部において、後端導光部材２５の後端傾斜面２２の内側面をミラー面とするとともに、棒状導光部２０の長手方向に対する傾斜角をより小さくし、この後端導光部材２５の眼球側に第１の画像光を入射させる入射面を設けたものである。なお、後端傾斜面２２は、第２の反射面を構成する。
FIG. 14 is a horizontal sectional view schematically showing an optical system including the rod-shaped
また、第１実施の形態の表示素子１６ａおよび１６ｂに代えて、棒状導光部２０の後端部の眼球側には、それら表示素子の略２倍の横幅を有する１つの表示素子１６を設ける。この表示素子１６は、液晶素子（ＬＣＤ）であり、その背面には、２つの照明用の白色発光ダイオード（ＬＥＤ）４３ａ，４３ｂと、これらのＬＥＤ４３ａ，４３ｂからの白色光を表示素子１６に照射する２枚の照明レンズ４４ａ，４４ｂとが、ＬＣＤのバックライトとして設けられている。表示素子１６は、それぞれ第１の画像光５１ａおよび第２の画像光５１ｂに対応する２つの画面を同一のＬＣＤ上に並べて表示する。その他の構成は、第１実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
Further, instead of the
以上のような構成によって、本実施の形態によれば、表示素子１６を出射した第１の画像光５１ａは、後端導光部材２５の眼球側側面から入射し、後端傾斜面２２により反射され、エアーギャップ２７との境界面に臨界角よりも小さい入射角で入射してこれを透過し、主導光部材２４に入射する。一方、第２の画像光は表示素子１６を出射して、主導光部材２４の後端眼球側側面より主導光部材２４に入射する。主導光部材２４に入射した後の第１の画像光５１ａの光路、および、第２の画像光５１ｂの光路は、第１実施の形態と同様なので、説明を省略する。
With the configuration as described above, according to the present embodiment, the first image light 51 a emitted from the
これによって、本実施の形態に係る頭部装着型画像表示装置１０では、第１実施の形態と同様に、水平配置された２つの表示画像を観察者の視野内に表示させることができるとともに、表示画像をシースルー画像とすることができる。さらに、本実施の形態によれば、後端導光部材２５の後端傾斜面２２をミラー面とし、第１の画像光５１ａと第２の画像光５１ｂとを略同一方向から入射させるようにしたので、表示素子１６を一つにして、装置構成を単純にすることができる。また、棒状導光部２０と画像射出部１２とを分離し、それぞれ、ヨロイ１３とテンプル１４とで別々に保持したので、眼鏡フレーム１１を折りたたんだ場合でも、棒状導光部２０が突出せず、携帯性や収納性、美観に優れている。
As a result, in the head-mounted
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、画像射出部、棒状導光部および接眼光学部等を、左側あるいは両眼の双方に設けて頭部装着型画像表示装置を構成してもよい。また、一つの棒状導光部に接眼光学部を、３つ以上設けても良い。この場合、３つの表示画像が観察者の視野内に水平配置される。 In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, Many deformation | transformation or a change is possible. For example, the head-mounted image display device may be configured by providing an image emitting unit, a rod-shaped light guide unit, an eyepiece optical unit, and the like on the left side or both eyes. Moreover, you may provide three or more eyepiece optical parts in one rod-shaped light guide part. In this case, three display images are horizontally arranged in the observer's field of view.
また、上記各実施の形態において、棒状導光部は水平方向を向いているが、これに限られない。例えば、眼鏡フレームの上部に画像射出部を設け、棒状導光部はそこから垂直下方向に視野内に延在させて保持しても良い。あるいは、棒状導光部を、斜め方向に延在するように眼鏡フレームに保持しても良い。 Moreover, in each said embodiment, although the rod-shaped light guide part has faced the horizontal direction, it is not restricted to this. For example, an image emitting unit may be provided on the upper part of the spectacle frame, and the rod-shaped light guide unit may be extended and held in the field of view vertically downward therefrom. Or you may hold | maintain a rod-shaped light guide part to a spectacles frame so that it may extend in the diagonal direction.
さらに、図５において表示画面を左右に近接して表示させたが、これに限られない。２つの接眼光学部の間の距離を調整して、２つの表示画像の間隔をより広げ、あるいは、狭めることも可能である。また、左側画像の右端と右側画像の左端とを接するようして、２つの画像を結合して大画面として表示させても良い。 Further, although the display screen is displayed close to the left and right in FIG. 5, the present invention is not limited to this. It is also possible to further increase or decrease the interval between the two display images by adjusting the distance between the two eyepiece optical units. Further, the two images may be combined and displayed as a large screen so that the right end of the left image is in contact with the left end of the right image.
各実施の形態における先端傾斜面および第９実施の形態における後端傾斜面をミラー面であるとしたが、これらの端面にミラーを形成せず、これらの端面に画像光が臨界角より大きい入射角度で入射するようにしても良い。 Although the tip inclined surface in each embodiment and the rear end inclined surface in the ninth embodiment are mirror surfaces, mirrors are not formed on these end surfaces, and image light is incident on these end surfaces with a larger angle than the critical angle. It may be incident at an angle.
また、本発明に係る頭部装着型画像表示装置は、眼鏡型に限られず、ヘッドセット型として構成することもできるし、眼鏡着脱型として構成することもできる。 Further, the head-mounted image display device according to the present invention is not limited to the glasses type, and can be configured as a headset type or as a glasses removable type.
１０ 頭部装着型画像表示装置
１１ 眼鏡フレーム
１２ 画像射出部
１３ 接眼光学部
１３ａ 第１接眼光学部
１３ｂ 第２接眼光学部
１４ テンプル
１５ 眼球
１６ 表示素子
１６ａ 第１表示素子
１６ｂ 第２表示素子
１７ ヨロイ
１８ 棒状導光部支持部
２０ 棒状導光部
２１ 先端傾斜面
２２ 後端傾斜面
２３ 先端導光部材
２４ 主導光部材
２５ 後端導光部材
２６ エアーギャップ
２７ エアーギャップ
２８ エアーギャップ
２９ ハーフミラー
３０ 内側面
３１ 内側面
３２ 後端面
３３ ダイクロイックミラー
３４ 偏光分離膜
３５ 偏光分離膜
４１，４１ａ，４１ｂ 偏光子
４２ 光変調素子
４３ａ，４３ｂ ＬＥＤ
４４ａ，４４ｂ 照明レンズ
５０ 画像
５０ａ 左側画像
５０ｂ 右側画像
５１ａ 第１の画像光
５１ｂ 第２の画像光
５２ 物体からの光
DESCRIPTION OF
44a,
Claims (14)
前記複数の接眼光学部を保持するとともに、それぞれの前記画像光を対応する前記接眼光学部に導く棒状導光部と、
前記棒状導光部を保持し、観察者の頭部に着脱自在に装着可能な頭部装着部とを有し、
前記頭部装着部は、前記観察者の頭部に装着された状態で、前記複数の接眼光学部からの画像光による画像が、前記観察者の左右いずれかの眼球における視野内で表示されるように、前記棒状導光部を保持し、
前記棒状導光部は、前記それぞれの画像光の導光方向の先端側から順に配置される先端導光部材及び主導光部材、並びに、前記先端導光部材と前記主導光部材との間に配置され、前記それぞれの画像光のいずれか１つを反射させ、他の画像光を透過させる画像光分離手段を有する、
ことを特徴とする頭部装着型画像表示装置。 A plurality of eyepiece optical units that emit image light to be displayed toward the corresponding eyeballs;
A rod-shaped light guide unit that holds the plurality of eyepiece optical units and guides the image light to the corresponding eyepiece optical unit;
Holding the rod-shaped light guide unit, and having a head mounting part that can be detachably mounted on the observer's head,
In the state where the head mounting unit is mounted on the observer's head, an image of the image light from the plurality of eyepiece optical units is displayed within the visual field of the left or right eyeball of the observer. So as to hold the rod-shaped light guide ,
The rod-shaped light guide unit is disposed in order from the front end side in the light guide direction of each image light, and is disposed between the front light guide member and the main light member. Image light separating means for reflecting any one of the respective image lights and transmitting the other image light,
A head-mounted image display device characterized by that.
前記画像光分離手段で反射された前記それぞれの画像光のいずれか１つを、前記複数の接眼光学部のいずれか１つに入射させ、前記前記分離手段を透過した他の画像光のいずれか１つを、前記第１の反射面で反射させ、他の接眼光学部に入射させるように構成したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に頭部装着型画像表示装置。 The rod-shaped light guide part has a first reflecting surface inclined with respect to the longitudinal direction at the light guide direction front end part,
Any one of the respective image lights reflected by the image light separating means is incident on any one of the plurality of eyepiece optical units, and any of the other image lights transmitted through the separating means one, the first is reflected by the reflecting surface, the other of the head-mounted image display device in any one of claims 1-9, characterized by being configured so as to be incident on the eyepiece optical unit.
前記画像射出部は観察者の視野外に配置されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置。The head-mounted image display device according to any one of claims 1 to 12, wherein the image emitting unit is disposed outside a visual field of an observer.
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