WO2015029912A1 - 自然な視界を実現できる接眼型の映像表示装置 - Google Patents

自然な視界を実現できる接眼型の映像表示装置 Download PDF

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尊仁 井口
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株式会社テレパシーホールディングス
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Definitions

  • the present invention relates to an eyepiece-type image display device mounted on a head mounted display (HMD) or the like. More specifically, the image display device of the present invention is an optical device installed in front of the observer's eyes, and guides image light emitted from an LCD (Liquid Crystal Display) or the like to the observer's pupil. , To make the image visible to an observer.
  • the main object of the present invention is to realize a stylish design by providing a natural wearing feeling without obstructing the observer's field of view even in such an eyepiece type image display device, and reducing the size of the structure. It is said.
  • Patent Documents 1 to 3 disclose conventional HMDs.
  • the conventional HMDs disclosed in Patent Documents 1 to 3 are each configured to guide the image light emitted from the display element to the optical pupil by propagating in the prism's eye width direction (horizontal direction) within the prism. ing.
  • the eyeglass-type HMD is a type of device in which a lens and a frame that supports the lens are arranged in front of both eyes of an observer, and an image display device having a display element or the like is attached to the lens or the frame.
  • an image display device having a display element or the like is attached to the lens or the frame.
  • a video display device can be attached to the lens or frame of the spectacles, it has been said that a relatively large video display device can be stably attached.
  • the conventional glasses-type HDM has a relatively large image display device attached to a lens or a frame. That is, in a conventional image display device, generally, a display optical system for displaying an image and an eyepiece optical system for guiding image light from the display optical system to an observer's pupil are housed in one casing. ing. This casing is basically provided with only a window for transmitting the image light emitted from the eyepiece optical system, and the other portions are shielded so that the light does not enter. When such a case exists in front of the wearer's eyes, the wearer frequently captures the case of the video display device in the field of view. For this reason, in the structure of the conventional video display device, there is a problem that the wearer's field of view is limited, and the wearer is unnatural and uncomfortable. *
  • an eyepiece-type image display device mounted on an HMD or the like is a technology for miniaturizing the structure so that an image can be displayed naturally without obstructing the view of the observer. Is required. Furthermore, it can be said that there is a demand for a stylishly designed HMD equipped with a small-sized video display device that is not a conventional glasses type.
  • the inventors of the present invention have intensively studied the means for solving the problems of the conventional invention described above, and as a result, the eyepiece optical system is placed on the optical path of the image light emitted from the display optical system by the two support plates.
  • the structure of the video display device itself can be miniaturized and the observer's field of view can be reduced.
  • the knowledge that it was possible to avoid as much as possible was obtained.
  • the inventor has conceived that the problems of the prior art can be solved based on the above knowledge, and has completed the present invention. Specifically, the present invention has the following configuration. *
  • the present invention relates to a video display device.
  • the video display device of the present invention includes a display optical system 10, an eyepiece optical system 20, and a support 30.
  • the display optical system 10 includes a display element that displays an image.
  • the eyepiece optical system 20 guides the image light emitted from the display optical system 10 to the optical pupil of the observer.
  • the support 30 supports the eyepiece optical system 20 on the optical path of the image light emitted from the display optical system 10.
  • the support 30 has a first support plate 31 and a second support plate 32 facing each other.
  • the eyepiece optical system 20 is located between the first support plate 31 and the second support plate 32. Further, at least a part between the first support plate 31 and the second support plate 32 is formed with an opening 33 through which an observer's line of sight is transmitted. *
  • the observer can visually recognize the back side of the video display device through the opening 33. Is possible.
  • two support plates 31 and 32 exist in front of the observer's eyes, only the thickness portion of each support plate 31 and 32 is visually recognized by the observer. For this reason, according to the present invention, it is possible to visually recognize an image without blocking the observer's field of view as much as possible.
  • the eyepiece optical system 20 is basically supported only by the two support plates 31 and 32, so that the configuration of the entire video display device can be reduced in size.
  • the design freedom of the HMD is increased and the range of design variations is expanded. Therefore, it is possible to realize an HMD having a stylish design different from that of a conventional spectacle type.
  • the support 30 preferably has a first storage chamber 34 and a second storage chamber 35.
  • the first storage chamber 34 the display optical system 10 is stored, and an emission window through which image light from the display optical system 10 is transmitted is formed.
  • the second storage chamber 35 stores the eyepiece optical system 20, and is formed with an entrance window through which the image light from the display optical system 10 is transmitted and an eyepiece window through which the light guided by the eyepiece optical system 20 is transmitted.
  • the first storage chamber 34 and the second storage chamber 35 are preferably connected by the first support plate 31 and the second support plate 32. *
  • the display optical system 10 and the eyepiece optical system 20 are housed in the storage chambers 34 and 35, respectively, and external light is prevented from directly entering the display optical system 10 and the eyepiece optical system 20.
  • the display optical system 10 and the eyepiece optical system 20 are housed in the storage chambers 34 and 35, respectively, and external light is prevented from directly entering the display optical system 10 and the eyepiece optical system 20.
  • the design of the video display device can be reduced in size.
  • the opening 33 is preferably formed between the first storage chamber 34 and the second storage chamber 35.
  • the observer's line of sight can easily pass through the opening 33, thus ensuring a wide field of view for the observer. be able to.
  • the first support plate 31 and the second support plate 32 are inclined so that the distance between the first support plate 31 and the second support plate 32 gradually decreases from the first storage chamber 34 side toward the second storage chamber 35 side. It is preferable to have the inclined portions 31a and 32a.
  • the second storage chamber 35 disposed in front of the observer's eyes is smaller than the first storage chamber 34. It will be a thing. For this reason, it can avoid that the 2nd storage chamber 35 blocks
  • the two support plates 31 and 32 are slightly inclined and extended rather than the two support plates 31 and 32 extending in parallel with the lateral direction (eye width direction). It has been found that the two support plates 31 and 32 are less likely to be visually recognized. For this reason, by forming the inclined portions 31a and 32a on the two support plates 31 and 32, it becomes possible to provide a more natural field of view to the observer. *
  • Another aspect of the present invention is a head mounted display provided with the above-described video display device.
  • the structure is set so that an image can be displayed naturally without obstructing the view of the observer. It can be downsized.
  • the degree of freedom in designing the HMD can be increased and the range of design variations can be expanded.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of the appearance of a video display device according to the present invention.
  • 2A is a front view of the video display device
  • FIG. 2B is a plan view of the video display device.
  • FIG. 3 schematically shows a state in which the video display device is installed in front of the observer's optical pupil.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of an optical system provided in the video display device.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an example of the design of the HMD provided with the video display device.
  • FIG. 1 is an external perspective view showing an example of an embodiment of a video display device 100 according to the present invention.
  • FIG. 1 particularly shows the appearance of the support 30 constituting the video display apparatus 100.
  • the support tool 30 is an instrument for supporting the display optical system 10 that displays an image and the eyepiece optical system 20 that guides the image light emitted from the display optical system 10 to the optical pupil of the observer.
  • the support 30 supports the eyepiece optical system 20 on the optical path of the image light emitted from the display optical system 10.
  • 2A shows a front view of the video display device 100 viewed from the front (XY plane)
  • FIG. 2B shows a plan view of the video display device 100 viewed from the plane (XZ plane). Show. *
  • the support 30 has two support plates 31 and 32 that face each other in the vertical direction (Y-axis direction).
  • the two support plates are referred to as a first support plate 31 and a second support plate 32, respectively.
  • the first support plate 31 is located above, and the second support plate 32 is located below.
  • a first storage chamber 34 is formed on the base end side of the two support plates 31 and 32.
  • the first storage chamber 34 has an upper surface formed by a part of the first support plate 31 and a lower surface formed by a part of the second support plate 32 so as to connect the first support plate 31 and the second support plate 32. It is a small room in which a side wall 34a erected in the vertical direction (Y-axis direction) is formed.
  • the display optical system 10 having an image element for displaying an image is stored.
  • the side wall 34 a of the first storage chamber 34 has an emission window 34 b through which image light emitted from the display optical system 10 is transmitted and various cables connected to the display optical system 10.
  • the display optical system 10 includes a control cable (not shown) for controlling the operation of the display optical system 10 through the insertion window 34c, and the display optical system 1
  • a power cable (not shown) for supplying power to 0 can be connected.
  • a second storage chamber 35 is formed on the front end side of the two support plates 31 and 32.
  • the second storage chamber 35 has an upper surface formed by a part of the first support plate 31 and a lower surface formed by a part of the second support plate 32 so as to connect the first support plate 31 and the second support plate 32. It is a small room in which a side wall 35a erected in the vertical direction (Y-axis direction) is formed.
  • the second storage chamber 35 stores an eyepiece optical system 20 such as a prism that guides the image light emitted from the display optical system 10 to the optical pupil of the observer.
  • the side wall 35a of the second storage chamber 35 is formed with an incident window 35b through which image light emitted from the display optical system 10 is incident and an eyepiece window 35c through which image light emitted from the eyepiece optical system 20 is transmitted. . *
  • an opening 33 through which an observer's line of sight passes is formed at least partly between the first support plate 31 and the second support plate 32. More specifically, the opening 33 allows the observer's line of sight to pass when the observer's optical pupil is at a position facing the eyepiece window 35c. That is, as shown in FIG. 1, the opening 33 means a portion in which a side wall standing in the vertical direction (Y-axis direction) is not formed between the first support plate 31 and the second support plate 32. . As shown in FIG. 1, the opening 33 is preferably formed at a position corresponding to a space between the first storage chamber 34 and the second storage chamber 35 in the lateral direction (X-axis direction). . *
  • FIG. 3 schematically shows a state in which the video display device 100 having the opening 33 is arranged in front of the observer's optical pupil E.
  • the degree to which the video display device 100 blocks the observer's field of view can be reduced. That is, since the video display device 100 hardly enters the viewer's field of view, the naturalness of the viewer's field of view can be maintained even when the video is presented to the viewer.
  • the degree to which the image display device 100 covers the face of the observer can be reduced. Therefore, even when the observer is wearing an HMD equipped with the video display device 100, it is possible to reduce the unnatural appearance.
  • the first storage chamber 34 and the second storage chamber 35 have different heights in the vertical direction (Y-axis direction). That is, the height H 2 of the second storage chamber 35 is lower than the height H 1 of the first storage chamber 34 (H 2 ⁇ H 1 ).
  • the height H 2 of the first housing chamber 34 is 100%
  • the height H 2 of the second housing chamber 35 is 80% or less, it is preferable 60% or less, or 40% or less.
  • the height H 2 of the second storage chamber 35 is about 10% to 80%, 20% to 60%, or 30% to 50% with respect to the height H 1 of the first storage chamber 34.
  • the second storage chamber 35 exists in front of the eyes of the observer, it is preferable that the second storage chamber 35 be smaller than the first storage chamber 34.
  • the first support plate 31 and the second support plate 32 connect the first storage chamber 34 and the second storage chamber 35 having different heights. Therefore, the first support plate 31 and the second support plate 32 have inclined portions 31 a and 32 a in order to match the height of the first storage chamber 34 to the height of the second storage chamber 35. That is, the inclined portions 31a and 32a are arranged so that the distance between the first support plate 31 and the second support plate 32 gradually decreases as the first support plate 31 and the second support plate 32 move from the first storage chamber 34 side to the second storage chamber 35 side. It is an inclined part. In particular, as shown in FIGS. 1 and 2, the inclined portions 31 a and 32 a are preferably formed in the portion where the opening 33 is formed.
  • the first support plate 31 and the second support plate 32 are inclined at the portion (opening 33) through which the observer's line of sight passes, so that the viewer does not easily view the support plates 31 and 32.
  • the support plates 31 and 32 extending obliquely are more difficult to visually perceive than the support plates 31 and 32 extending linearly. Therefore, by forming the inclined portions 31a and 32a on the first support plate 31 and the second support plate 32, the visual field of the observer can be further improved.
  • the angle ⁇ at which the support plates 31 and 32 are inclined with respect to the optical axis of the image light extending in the lateral direction (X-axis direction) of the image display device 100 is, for example, 5 degrees to 60 degrees, 10 degrees to 45 degrees, Or it may be 15 to 30 degrees.
  • the angle at which the first support plate 31 tilts and the angle at which the second support plate 32 tilts are approximately the same.
  • the angle at which the first support plate 31 tilts and the angle at which the second support plate 32 tilts may be different.
  • both the 1st support plate 31 and the 2nd support plate 32 do not necessarily need to have an inclined part.
  • one of the first support plate 31 and the second support plate 32 may have an inclined portion. *
  • the length AL of the opening 33 is preferably 20% or more, 30% or more, or 40% or more when the total length EL of the support 30 is 100%.
  • the length AL of the opening 33 is preferably 20% to 90%, 30% to 80%, or 40% to 70% with respect to the full length EL of the support 30.
  • the thickness of the first support plate 31 and the second support plate 32 in the portion where the opening 33 is formed is indicated by the symbol T.
  • the thickness T of the support plates 31 and 32 is preferably 5 mm or less.
  • the thickness T of the support plates 31 and 32 is preferably 0.1 mm to 5 mm, particularly preferably 0.5 mm to 3 mm, or 1 mm to 2 mm.
  • the eyepiece optical system 20 is supported by the two support plates 31 and 32. For this reason, the eyepiece optical system 20 can be supported sufficiently firmly even if the thicknesses of the support plates 31 and 32 are relatively thin. Further, by reducing the thickness of each of the support plates 31 and 32, the support plates 31 and 32 are less likely to be visually recognized by an observer. As a result, a natural view of the observer can be realized. *
  • FIG. 4 shows the inside of the video display device 100 drawn from a plane (XZ plane).
  • the video display device 100 includes a display optical system 10 that displays video, and an eyepiece optical system 20 that guides video light emitted from the display optical system 10 to the optical pupil E of the observer.
  • the display optical system 10 is stored in the first storage chamber 34, and the eyepiece optical system 20 is stored in the second storage chamber 35.
  • the optical system shown in FIG. 4 is only one embodiment of the present invention. In addition to the optical system shown in FIG. 4, other known ones can be appropriately adopted for the present invention. *
  • the display optical system 10 includes a light source 11, a condenser lens 12, and a display element 13.
  • the light source 11 preferably emits light of each color of R (red), G (green), and B (blue).
  • the light source 11 is preferably composed of, for example, an RGB integrated LED panel.
  • the light source 11 may emit monochromatic light or white light.
  • the condensing lens 12 condenses the light from the light source 11 and supplies it to the display element 13.
  • the display element 13 displays an image by modulating incident light according to image data.
  • the display element 13 is preferably composed of, for example, a transmissive liquid crystal display element in which pixels serving as light transmitting regions are arranged in a matrix.
  • an example of the display optical system 10 is a liquid crystal display (LCD: Liquid Crystal Display). *
  • the eyepiece optical system 20 is an optical system that guides the image light from the display element 13 to the optical pupil E.
  • the eyepiece optical system 20 includes a prism 21, an eyepiece lens 22, and a correction lens 23.
  • the prism 21 is a light guide member that guides the image light from the display element 13 inside.
  • the prism 21 has a shape having an incident surface 21a for image light, a total reflection surface 21b, and an exit surface 21c.
  • the prism 21 may be constituted by a single prism or may be constituted by combining a plurality of prisms.
  • the eyepiece 22 has an axially asymmetric positive power and condenses the image light totally reflected by the total reflection surface 21b on the optical pupil plane E.
  • the eyepiece 22 is joined to the exit surface 21 c of the prism 21 and integrated with the prism 21.
  • the correction lens 23 is a lens for correcting aberration of the optical system generated by the eyepiece lens 22 and the like.
  • the eyepiece 22 is joined to the incident surface 21 a of the prism 21 and integrated with the prism 21. *
  • the incident surface 21a of the prism 21 is provided in the depth direction (Z direction) perpendicular to the optical axis of the image light traveling in the lateral direction (X axis direction).
  • the exit surface 21c is provided so as to face the optical pupil E of the observer.
  • the total reflection surface 21b has a rectangular shape (rectangular shape), for example, and functions as means for bending the optical path of the image light at a right angle. Specifically, the total reflection surface 21b totally reflects in the Z direction video light that enters the prism via the incident surface 21a and travels in the X direction. *
  • the light emitted from the light source 11 is collected by the condenser lens 12 and enters the display element 13.
  • the light is modulated by the display element 13 to become image light.
  • the image light emitted from the display element 13 enters the eyepiece optical system 20.
  • the image light enters the prism 21 via the correction lens 23 and the incident surface 21a.
  • the image light travels in the prism 21 along the horizontal direction (X-axis direction), and the optical path is bent at the total reflection surface 21b and travels in the depth direction (Y-axis direction).
  • the image light is guided to the observer's optical pupil E via the exit surface 21 c of the prism 21 and the eyepiece 22. In this way, the observer can observe an enlarged virtual image of the image displayed on the display element 13 at the position of the optical pupil E.
  • FIG. 5 shows an example of a design of a head mounted display (HMD) 200 including the video display device 100.
  • the video display device 100 can be extremely miniaturized and mounted on the eyepiece portion of the HMD 200.
  • the video display device 100 of the present invention it is possible to realize an HMD having a stylish design different from the conventional glasses-type HMD.
  • the present invention relates to an eyepiece-type image display device mounted on an HMD or the like. Therefore, the present invention can be suitably used in the wearable device manufacturing industry.

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Abstract

観察者の視界を遮らずに自然に映像を表示する。本発明の映像表示装置１００は，映像を表示する表示光学系１０と，表示光学系１０から射出された映像光を観察者の光学瞳に導く接眼光学系２０と，表示光学系１０から射出された映像光の光路上において接眼光学系２０を支持する支持具３０を備える。支持具３０は，互いに対面する第１支持板３１と第２支持板３２を有し，第１支持板３１と第２支持板３２の間に接眼光学系２０が位置する。そして，第１支持板３１と第２支持板３２の間の少なくとも一部には，観察者の視線が透過する開口３３が形成されている。

Description

自然な視界を実現できる接眼型の映像表示装置
本発明は，ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）などに搭載される接眼型の映像表示装置に関するものである。具体的に説明すると，本発明の映像表示装置は，観察者の眼前に設置される光学装置であり，ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などから射出された映像光を観察者の瞳へと導くことで，その映像を観察者に視認させるものである。本発明は，このような接眼型の映像表示装置であっても，観察者の視界を遮らずに自然な装着感を与えると共に，その構造を小型化してスタイリッシュなデザインを実現することを主たる目的としている。
近年，例えば頭部に装着して使用するＨＭＤのように，使用者の身体に取り付けて使用することのできるウェアラブルデバイスへの需要が高まりつつある。また，例えば，コンピュータや，各種センサ機器，ＬＣＤなどの映像表示装置も，ウェアラブルデバイスに搭載可能な程度に小型化されており，これらの機器を搭載したウェアラブルデバイスの開発が急速に進行している。　
例えば，特許文献１～３には，従来のＨＭＤが開示されている。特許文献１～３に開示された従来のＨＭＤは，いずれも，表示素子から射出された映像光をプリズム内で観察者の眼幅方向（水平方向）に伝播して光学瞳に導く構成とされている。
特開２００４－３１７７９８号公報 特開２００８－１６５０６３号公報 特開２０１０－１２２４７８号公報
とろこで，従来のＨＭＤは，そのほとんどが，いわゆる「眼鏡型」である。眼鏡型のＨＭＤとは，観察者の両眼の前にレンズとそれ支持するフレームが配置され，そのレンズ又はフレームに，表示素子等を搭載した映像表示装置が取り付けられるタイプの装置である。このような眼鏡型のＨＭＤには，眼鏡のレンズ又はフレームに映像表示装置を取り付けることが可能であるため，比較的大型の映像表示装置を安定的に取り付けることができるとされていた。　
しかしながら，従来の眼鏡型のＨＤＭを装着すると，観察者の眼前には常にレンズとフレームが存在することとなるため，この観察者に対し明らかな装着感を与えることとなる。すなわち，従来のＨＤＭでは，観察者の視界に必ずレンズやフレームが入り込むこととなるため，観察者は，常にＨＤＭの存在を意識しなければならないという不具合があった。また，視力の良い者であっても，眼鏡型の装置を装着しなければならず，その見た目が不自然になるといえる。　
さらに，従来の眼鏡型のＨＤＭは，レンズやフレームに取り付けられる映像表示装置が比較的大型なものであった。すなわち，従来の映像表示装置では，一般的に，映像を表示する表示光学系と，この表示光学系からの映像光を観察者の瞳に導く接眼光学系とが，一つの筐体内に収納されている。この筐体には，基本的に，接眼光学系から射出された映像光を透過するための窓しか設けられておらず，その他の部分は光が侵入しないように遮蔽されている。このような筐体が着用者の眼前に存在すると，着用者は，その視界内に頻繁に映像表示装置の筐体を捉えるようになる。このため，従来の映像表示装置の構造では，着用者の視界を制限してしまい，着用者に対して不自然さや違和感を与えてしまうという問題があった。　
このため，現在では，ＨＭＤなどに搭載される接眼型の映像表示装置であっても，観察者の視界を遮らずに自然に映像を表示することができるように，その構造を小型化する技術が求められている。さらに現在では，従来の眼鏡型ではない，小型の映像表示装置を搭載したスタイリッシュなデザインのＨＭＤが求められているといえる。
そこで，本発明の発明者は，上記の従来発明の問題点を解決する手段について鋭意検討した結果，２枚の支持板によって，表示光学系から射出された映像光の光路上に接眼光学系を支持すると共に，この２枚の支持板の間に，接眼光学系を覗きこむ観察者の視線が透過する開口を形成することで，映像表示装置の構造自体を小型化でき，かつ，観察者の視界を極力遮らないようにすることができるという知見を得た。そして，本発明者は，上記知見に基づけば，従来技術の課題を解決できることに想到し，本発明を完成させた。　具体的に説明すると，本発明は以下の構成を有する。　
本発明は，映像表示装置に関する。　本発明の映像表示装置は，表示光学系１０と，接眼光学系２０と，支持具３０を備えている。表示光学系１０は，映像を表示する表示素子を含む。接眼光学系２０は，表示光学系１０から射出された映像光を観察者の光学瞳に導く。支持具３０は，表示光学系１０から射出された映像光の光路上において，接眼光学系２０を支持する。　ここで，支持具３０は，互いに対面する第１支持板３１と第２支持板３２を有する。これらの第１支持板３１と第２支持板３２の間には，接眼光学系２０が位置する。　そして，第１支持板３１と第２支持板３２の間の少なくとも一部には，観察者の視線が透過する開口３３が形成されている。　
上記構成のように，接眼光学系２０を支持する２枚の支持板３１，３２の間に開口３３を形成することで，観察者は，その開口３３を通して映像表示装置の奥側を視認することが可能になる。また，観察者の眼前には２枚の支持板３１，３２が存在することとなるが，観察者には，各支持板３１，３２の厚み部分しか視認されない。このため，本発明によれば，観察者の視界を極力遮ることなく，映像を視認させることができる。さらに，本発明では，基本的に，２枚の支持板３１，３２のみによって接眼光学系２０を支持するため，映像表示装置全体の構成を小型化することができる。その結果，本発明に係る小型の映像表示装置を利用すれば，ＨＭＤの設計自由度が高まり，デザインのバリエーションの幅が拡がる。従って，従来の眼鏡型とは異なるスタイリッシュなデザインのＨＭＤを実現することも可能となる。　
本発明の映像表示装置において，支持具３０は，第１収納室３４と第２収納室３５を有することが好ましい。第１収納室３４は，表示光学系１０が収納され，その表示光学系１０からの映像光が透過する射出窓が形成されている。また，第２収納室３５は，接眼光学系２０が収納され，表示光学系１０からの映像光が透過する入射窓と，接眼光学系２０により導かれた光が透過する接眼窓とが形成されている。　そして，第１収納室３４と第２収納室３５は，第１支持板３１と第２支持板３２とによって連結されていることが好ましい。　
上記構成のように，表示光学系１０と接眼光学系２０とを，それぞれ収納室３４，３５に収納し，表示光学系１０や接眼光学系２０に対して外光が直接入射することを防ぐことで，表示される映像が不鮮明になることを防止することができる。また，第１収納室３４と第２収納室３５を，第１支持板３１と第２支持板３２によって連結することで，映像表示装置の設計を小型化できる。　
本発明の映像表示装置において，開口３３は，第１収納室３４と第２収納室３５の間に形成されていることが好ましい。　
上記構成のように，第１収納室３４と第２収納室３５の間に開口３３を形成することで，観察者の視線が開口３３を通過しやすくなるため，観察者の視界を広く確保することができる。　
本発明の映像表示装置において，第１支持板３１と第２支持板３２は，第１収納室３４側から第２収納室３５側に向かうにつれて，互いの間隔が徐々に近くなるように傾斜した傾斜部分３１ａ，３２ａを有することが好ましい。　
上記構成のように，第１支持板３１と第２支持板３２が傾斜している構造では，第１収納室３４よりも，観察者の眼前に配置されている第２収納室３５が小型のものとなる。このため，第２収納室３５が，観察者の視界を遮ることを回避することができる。また，観察者にとって，２枚の支持板３１，３２が横方向（眼幅方向）と平行に延設されているよりも，２枚の支持板３１，３２が多少傾斜して延設されているほうが，２枚の支持板３１，３２を視認しにくいとされることが判った。このため，２枚の支持板３１，３２に傾斜部分３１ａ，３２ａを形成することで，観察者に対してより自然な視界を提供することが可能となる。　
本発明の別の側面は，上記の映像表示装置を備えた，ヘッドマウントディスプレイである。
上述したとおり，本発明によれば，ＨＭＤなどに搭載される接眼型の映像表示装置であっても，観察者の視界を遮らずに自然に映像を表示することができるように，その構造を小型化することができる。また，本発明に係る小型の映像表示装置をＨＭＤに搭載することで，ＨＭＤの設計の自由度を高め，デザインのバリエーションの幅が拡げることができる。
図１は，本発明に係る映像表示装置の外観の一例を示す斜視図である。 図２（ａ）は，映像表示装置の正面図であり，図２（ｂ）は，映像表示装置の平面図である。 図３は，映像表示装置を観察者の光学瞳の前に設置した状態を模式的に示している。 図４は，映像表示装置に備えられた光学系の例を示したブロック図である。 図５は，映像表示装置を備えたＨＭＤのデザインの一例を示す斜視図である。
以下，図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は，以下に説明する形態に限定されるものではなく，以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜修正したものも含む。　なお，本願の図においては，装置の立体方向をわかりやすく示すために，Ｘ軸，Ｙ軸，及びＺ軸の直交座標系を設定した。本願明細書では，便宜的に，Ｘ軸方向を横方向とし，Ｙ軸を上下方向とし，Ｚ軸方向を奥行き方向としている。　また，本願明細書において，「Ａ～Ｂ」とは，基本的に「Ａ以上Ｂ以下」であることを意味する。　
図１は，本発明に係る映像表示装置１００の実施形態の一例を示す外観斜視図である。図１では，特に，映像表示装置１００を構成する支持具３０の外観を示している。支持具３０とは，映像を表示する表示光学系１０と，この表示光学系１０から射出された映像光を観察者の光学瞳に導く接眼光学系２０を，支持するための器具である。支持具３０は，表示光学系１０から射出された映像光の光路上において，接眼光学系２０を支持している。　また，図２（ａ）は，映像表示装置１００を正面（ＸＹ面）からみた正面図を示しており，図２（ｂ）は，映像表示装置１００を平面（ＸＺ面）からみた平面図を示している。　
図１及び図２に示されるように，支持具３０は，上下方向（Ｙ軸方向）に互いに対面する２枚の支持板３１，３２を有している。本願明細書において，２枚の支持板は，それぞれ第１支持板３１と，第２支持板３２と呼ばれる。本実施形態において，第１支持板３１は，上方に位置し，第２支持板３２が下方に位置している。　
また，図１に示されるように，２枚の支持板３１，３２の基端側には，第１収納室３４が形成されている。第１収納室３４は，上面が第１支持板３１の一部によって形成され，下面が第２支持板３２の一部によって形成され，第１支持板３１と第２支持板３２を繋ぐように上下方向（Ｙ軸方向）に立設した側壁３４ａが形成された小部屋である。第１収納室３４には，映像を表示するための映像素子などを有する表示光学系１０が収納されている。また，図１に示されるように，第１収納室３４の側壁３４ａには，表示光学系１０から射出される映像光が透過する射出窓３４ｂや，表示光学系１０に接続される各種ケーブルが差し込まれる差込窓３４ｃが形成されている。表示光学系１０には，差込窓３４ｃを介して，表示光学系１０の動作を制御するための制御ケーブル（図示省略）や，表示光学系１
０に電力を供給するための電力ケーブル（図示省略）を接続することができる。　
また，図１に示されるように，２枚の支持板３１，３２の先端側には，第２収納室３５が形成されている。第２収納室３５は，上面が第１支持板３１の一部によって形成され，下面が第２支持板３２の一部によって形成され，第１支持板３１と第２支持板３２を繋ぐように上下方向（Ｙ軸方向）に立設した側壁３５ａが形成された小部屋である。第２収納室３５には，表示光学系１０から射出された映像光を観察者の光学瞳に導くプリズムなどの接眼光学系２０が収納される。第２収納室３５の側壁３５ａには，表示光学系１０から射出される映像光が入射する入射窓３５ｂや，接眼光学系２０から射出された映像光が透過する接眼窓３５ｃが形成されている。　
図１に示されるように，第１収納室３４と第２収納室３５の間には，空間が存在する。このため，表示光学系１０から射出された映像光は，第１収納室３４の射出窓３４ｂを経て，この空間に至る。そして，射出窓３４ｂを通過した映像光は，この空間を経由して，第２収納室３５の入射窓３５ｂを通過して，接眼光学系２０に入力される。その後，映像光は，接眼光学系２０によって，観察者の光学瞳へと導かれる。　
さらに，図１に示されるように，第１支持板３１と第２支持板３２の間の少なくとも一部には，観察者の視線が透過する開口３３が形成されている。より詳しく説明すると，この開口３３は，観察者の光学瞳が接眼窓３５ｃと対面する位置にあるときに，その観察者の視線が通過するものである。つまり，開口３３は，図１に示されるように，第１支持板３１と第２支持板３２の間に，上下方向（Ｙ軸方向）に立設する側壁が形成されていない部分を意味する。図１に示されるように，この開口３３は，横方向（Ｘ軸方向）にみて，第１収納室３４と第２収納室３５の間の空間に相当する位置に形成されていることが好ましい。　
図３は，開口３３を有する映像表示装置１００を，観察者の光学瞳Ｅの眼前に配置した様子を模式的に示している。図３に示されるように，映像表示装置１００の支持具３０に開口３３を形成することで，映像表示装置１００が観察者の視界を遮る程度を減少させることができる。すなわち，観察者の視界に映像表示装置１００が殆ど入り込まなくなるため，観察者に対して映像を提示する場合であっても，その観察者の視界な自然を維持できる。また，映像表示装置１００に開口３３を設けることで，この映像表示装置１００が観察者の顔を覆う程度を減少させることができる。従って，観察者が，映像表示装置１００が搭載されたＨＭＤなどを装着している場合でも，見た目の不自然さを緩和することが可能となる。　
続いて，図２を参照して，映像表示装置１００の支持具３０のさらに具体的な構造を説明する。　
図２（ａ）に示されるように，第１収納室３４と第２収納室３５とでは，上下方向（Ｙ軸方向）の高さが異なっている。すなわち，第２収納室３５の高さＨ２は，第１収納室３４の高さＨ１よりも低い（Ｈ２＜Ｈ１）。例えば，第１収納室３４の高さＨ２を１００％としたときに，第２収納室３５の高さＨ２は，８０％以下，６０％以下，又は４０％以下であることが好ましい。具体的には，第２収納室３５の高さＨ２は，第１収納室３４の高さＨ１に対し，１０％～８０％，２０％～６０％，又は３０％～５０％程度であることが好ましい。第２収納室３５は，観察者の眼前に存在するものであるため，第１収納室３４と比較してより小型なものとすることが好ましい。　
また，第１支持板３１と第２支持板３２は，高さの異なる第１収納室３４と第２収納室３５とを連結している。このため，第１支持板３１と第２支持板３２は，第１収納室３４の高さから第２収納室３５の高さに合わせるために，傾斜部分３１ａ，３２ａが存在している。すなわち，この傾斜部分３１ａ，３２ａは，第１支持板３１と第２支持板３２が，第１収納室３４側から第２収納室３５側に向うにつれて，互いの間隔が徐々に近くなるように傾斜した部分である。特に，図１及び図２に示されるように，この傾斜部分３１ａ，３２ａは，開口３３が形成された部分に形成されたものであることが好ましい。このように，観察者の視線が通過する部分（開口３３）において，第１支持板３１と第２支持板３２を傾斜させることで，観察者が各支持版３１，３２を視認しにくくなることが判明している。つまり，観察者にとって，直線的に延びる支持板３１，３２よりも，斜めに傾斜して延びる支持板３１，３２の方が，感覚的に視認しにくいものとなる。従って，第１支持板３１と第２支持板３２に傾斜部分３１ａ，３２ａを形成することで，観察者の視界をさらに良好なものとすることができる。　
また，支持板３１，３２が，映像表示装置１００の横方向（Ｘ軸方向）に延びる映像光の光軸に対して傾く角度θは，例えば，５度～６０度，１０度～４５度，又は１５～３０度とすればよい。なお，図２（ａ）等に示した実施形態おいて，第１支持板３１が傾く角度と，第２支持板３２が傾く角度は同程度とされている。ただし，第１支持板３１が傾く角度と，第２支持板３２が傾く角度は，それぞれ異なっていてもよい。また，図示は省略するが，第１支持板３１と第２支持板３２は，必ずしも両方が傾斜部分を有している必要はない。例えば，第１支持板３１と第２支持板３２のいずれか一方が，傾斜部分を有することとしてもよい。　
また，図２（ａ）には，支持具３０の横方向（Ｘ軸方向）における全長が，符号ＥＬで示され，開口３３の横方向（Ｘ軸方向）における長さが，符号ＡＬで示されている。ここで，開口３３の長さＡＬは，支持具３０の全長ＥＬを１００％とした場合に，２０％以上，３０％以上，又は４０％以上であることが好ましい。具体的には，開口３３の長さＡＬは，支持具３０の全長ＥＬに対し，２０％～９０％，３０％～８０％，又は４０％～７０％であることが好ましい。このように，開口３３の面積を広くすることで，観察者の視界を広く確保することができる。　
また，図２（ａ）には，開口３３が形成された部分における第１支持板３１と第２支持板３２の厚さが，符号Ｔで示されている。例えば，支持板３１，３２の厚さＴは，５ｍｍ以下であることが好ましい。具体的には，支持板３１，３２の厚さＴは，０．１ｍｍ～５ｍｍであることが好ましく，特に０．５ｍｍ～３ｍｍ，又は１ｍｍ～２ｍｍであることが好ましい。本発明では，２つの支持板３１，３２によって接眼光学系２０を支持することとしている。このため，各支持版３１，３２の厚さを比較的薄くしても，接眼光学系２０を十分強固に支持することができる。また，各支持板３１，３２の厚さを薄くすることで，支持板３１，３２が観察者によって視認されにくくなる。これにより，観察者の自然な視界を実現することができる。　
続いて，図４を参照して，映像表示装置１００が備える光学系について詳しく説明する。図４は，映像表示装置１００の内部を平面（ＸＺ面）から描画したものである。図４に示されるとおり，映像表示装置１００は，映像を表示する表示光学系１０と，この表示光学系１０から射出された映像光を観察者の光学瞳Ｅに導く接眼光学系２０と，を備える。上述したとおり，表示光学系１０は，第１収納室３４内に収納され，接眼光学系２０は，第２収納室３５内に収納されている。　なお，図４に示した光学系は，本発明の一実施形態に過ぎない。本発明は，図４に示した光学系以外にも，その他公知のものを適宜採用することができる。　
図４に示されるように，まず，表示光学系１０は，光源１１と，集光レンズ１２と，表示素子１３を有する。光源１１は，Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色の光を出射するものであることが好ましい。光源１１は，例えば，ＲＧＢ一体型のＬＥＤパネルで構成されていることが好ましい。なお，光源１１は，単色光や白色光を出射するものであってもよい。また，集光レンズ１２は，光源１１からの光を集光して表示素子１３に供給する。また，表示素子１３は，入射光を画像データに応じて変調することにより，映像を表示するものである。表示素子１３は，例えば，光が透過する領域となる各画素がマトリクス状に配置された透過型の液晶表示素子で構成されていることが好ましい。このように，表示光学系１０の例は，液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）である。　
次に，接眼光学系２０は，上記表示素子１３からの映像光を光学瞳Ｅに導く光学系である。接眼光学系２０は，プリズム２１と，接眼レンズ２２と，補正レンズ２３とを有している。プリズム２１は，表示素子１３からの映像光を内部で導光する導光部材である。プリズム２１は，映像光の入射面２１ａと，全反射面２１ｂと，射出面２１ｃを有する形状となっている。なお，プリズム２１は，単一のプリズムで構成されてもよいし，複数プリズムを組み合わせて構成されてもよい。また，接眼レンズ２２は，軸非対称な正のパワーを持ち，全反射面２１ｂで全反射した映像光を光学瞳面Ｅに集光する。接眼レンズ２２は，プリズム２１の射出面２１ｃに接合されてプリズム２１と一体化されている。また，補正レンズ２３は，接眼レンズ２２等によって発生する光学系の収差を補正するためのレンズである。接眼レンズ２２は，プリズム２１の入射面２１ａに接合されてプリズム２１と一体化されている。　
ここで，プリズム２１の構成について，具体的に説明する。プリズム２１の入射面２１ａは，横方向（Ｘ軸方向）に進行する映像光の光軸と垂直に交差する奥行き方向（Ｚ方向）に設けられている。また，射出面２１ｃは，観察者の光学瞳Ｅと対向するように設けられている。全反射面２１ｂは，例えば矩形形状（長方形形状）であり，映像光の光路を直角に折り曲げる手段として機能している。具体的には，全反射面２１ｂは，入射面２１ａを介してプリズム内部に入射してＸ方向に進行する映像光を，Ｚ方向に全反射させる。　
上記の構成によれば，光源１１から射出された光は，集光レンズ１２で集光されて表示素子１３に入射する。光は表示素子１３によって変調されて映像光となる。その後，表示素子１３から射出された映像光は，接眼光学系２０に入射する。接眼光学系２０では，映像光が，補正レンズ２３及び入射面２１ａを介してプリズム２１の内部に入射する。その後，映像光は，プリズム２１の内部を横方向（Ｘ軸方向）に沿って進行し，全反射面２１ｂで光路が折り曲げられ奥行き方向（Ｙ軸方向）に向きを変えて進行する。これにより，映像光は，プリズム２１の射出面２１ｃ及び接眼レンズ２２を介して，観察者の光学瞳Ｅに導かれる。このようにして，観察者は，光学瞳Ｅの位置で，表示素子１３にて表示された映像の拡大虚像を観察することができる。　
図５は，映像表示装置１００を備えたヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）２００のデザインの一例を示している。図５に示されるように，映像表示装置１００は，極めて小型化して，ＨＭＤ２００の接眼部分に搭載することができる。このように，本発明の映像表示装置１００によれば，従来の眼鏡型のＨＭＤとは異なるスタイリッシュなデザインのＨＭＤを実現することが可能である。　
以上，本願明細書では，本発明の内容を表現するために，図面を参照しながら本発明の実施形態の説明を行った。ただし，本発明は，上記実施形態に限定されるものではなく，本願明細書に記載された事項に基づいて当業者が自明な変更形態や改良形態を包含するものである。
本発明は，ＨＭＤなどに搭載される接眼型の映像表示装置に関するものである。このため，本発明はウェアラブルデバイスの製造産業において好適に利用することができる。
１０…表示光学系　　　　１１…光源　　　　　１２…集光レンズ１３…表示素子　　　　　２０…接眼光学系　　２１…プリズム
２１ａ…入射面　　　　　２１ｂ…全反射面　　２１ｃ…射出面２２…接眼レンズ　　　　２３…補正レンズ　　３０…支持具３１…第１支持板　　　　３２…第２支持板　　３１ａ，３２ａ…傾斜部分３３…開口　　　　　　　３４…第１収納室　　３４ａ…側壁３４ｂ…射出窓　　　　　３４ｃ…差込窓　　　３５…第２収納室３５ａ…側壁　　　　　　３５ｂ…入射窓　　　３５ｃ…接眼窓１００…映像表示装置　　２００…ヘッドマウントディスプレイ

Claims (5)

  1. 映像を表示する表示光学系（１０）と，　前記表示光学系（１０）から射出された映像光を観察者の光学瞳に導く接眼光学系（２０）と，　前記表示光学系（１０）から射出された映像光の光路上において，前記接眼光学系（２０）を支持する支持具（３０）と，を備えた　映像表示装置であって，　前記支持具（３０）は，　　互いに対面する第１支持板（３１）と第２支持板（３２）を有し，　　前記第１支持板（３１）と前記第２支持板（３２）の間に前記接眼光学系（２０）が位置するものであり，　　前記第１支持板（３１）と前記第２支持板（３２）の間の少なくとも一部には，前記観察者の視線が透過する開口（３３）が形成されている　映像表示装置。
  2. 前記支持具（３０）は，　前記表示光学系（１０）が収納され，前記映像光が透過する射出窓が形成された第１収納室（３４）と，　前記接眼光学系（２０）が収納され，前記映像光が透過する入射窓と，前記接眼光学系（２０）により導かれた光が透過する接眼窓とが形成された第２収納室（３５）と，をさらに有し，　前記第１収納室（３４）と前記第２収納室（３５）は，前記第１支持板（３１）と前記第２支持板（３２）とによって連結されている　請求項１に記載の映像表示装置。
  3. 前記開口（３３）は，前記第１収納室（３４）と前記第２収納室（３５）の間に形成されている　請求項２に記載の映像表示装置。
  4. 前記第１支持板（３１）と前記第２支持板（３２）の両方又はいずれか一方は，前記第１収納室（３４）側から前記第２収納室（３５）側に向かって，互いの間隔が徐々に近くなるように傾斜した傾斜部分（３１ａ，３２ａ）を有する。　請求項３に記載の映像表示装置。
  5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の映像表示装置を備えた，ヘッドマウントディスプレイ。
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