JP4411547B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明はヘッドマウントディスプレイやヘッドアップディスプレイ等の画像表示装置に係り、特にリップマンブラッグ体積ホログラムシートを眼鏡レンズ内に設けることにより、眼鏡本来の機能を維持したまま拡大表示像と眼鏡レンズ越しの透過背景像とを融合してみることができるディスプレイ眼鏡に関する。

従来、携帯用ディスプレイ装置としては、個人用携帯端末ディスプレイ（ＰＤＡ）の直視型小型液晶表示器、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）や図２５に示すようなヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）等、様々な装置が提案されている。

図２５は、従来のヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）を眼鏡をかけた人が使用した場合の光学部品の構成の一例を示している。図２５において、１は電気的又は光学的な画像信号を実際の画像に変換して出力する画像出力装置である。２はハーフミラー、３は凹面ハーフミラー、４は眼鏡のレンズ、５は使用者の瞳（眼球）である。

前記各ハーフミラー２、３の反射率を５０％とすると、画像出力装置１からの出射光はハーフミラー２にて４５°反射され光量の５０％が凹面ハーフミラー３に入射する。この凹面ハーフミラー３の反射により使用者に対して拡大された虚像が無限遠または有限の距離に結像される。ここで再び光量の５０％が反射され、再度ハーフミラー２に入射し光量が５０％に減衰された後使用者のかけている眼鏡のレンズ４に入射する。つまり、画像出力装置１からの出射光は、ハーフミラーを３回透過あるいは反射するため、その光量の１２．５％が有効利用されることになる。背景からの光は、凹面ハーフミラー３とハーフミラー２を透過することにより２５％に減衰されて表示虚像とともに使用者のかけている眼鏡のレンズ４を透過後、瞳５に入射する。

現在、特定の光学的機能（例えば眼鏡としての機能）を有しながら画像表示装置の出力画像の虚像と背景透過像とを融合して見るためには、例えば図２５のように、画像表示装置以外にこの特定の光学的機能を提供する光学系に少なくとも１つ以上のハーフミラーおよび虚像を提供するためのレンズまたは凹面鏡（虚像光学系）を付加しなくてはならない。

また、ハーフミラーおよびレンズまたは凹面鏡を用いずにホログラフイックオプティカルエレメント（ＨＯＥ）を用いることにより画像表示装置の出力画像の虚像と背景透過像を融合してみることは可能であるが、この場合他の特定の光学的機能を有していない。

例えば、従来のヘッドマウントディスプレイやヘッドアップディスプレイ等の携帯用ディスプレイ装置は、大きさ、重量とも使用者の負担となっており長時間の使用には耐え難い。また公共の場で装着するにも一般的な眼鏡とは形状、大きさがかけ離れているため周囲の使用者に対する容認度が低いことや、あるいは使用者の周囲に対する違和感が大きいなどの理由から、必ずしもいついつでもどこでもといった十分な使い勝手が実現されているわけではない。

これは、一つには目の屈折異常（近視、遠視、老視、乱視など）をもった人は眼鏡をかけた状態でこれらヘッドマウントディスプレイ、ヘッドアップディスプレイを装着しなくてはならないため、このためのクリアランス確保により小型化が困難となっているためである。また、個人の両眼間隔のばらつきを配慮して必要以上の出射瞳径を確保していることも影響している。

それから、一般に画像出力装置の画素数を増していくと、それに伴ってこの装置の面積も大きくなり高精細化と小型化は相反する。また、光路中にハーフミラーを使うことによる弊害としては、枚数が増えるとそのぶん表示虚像、透過背景像とも暗くなって行くということ、および光線の入射角と出射角が等しいため二重像が発生する、光学系の配置の自由度が低下するといったことが挙げられる。

本発明は、特定の光学的機能を保持しながら画像表示装置の出力画像の虚像と背景透過像を融合してみる場合に、特別にハーフミラーとレンズまたは凹面鏡などを用いることなく、リップマンブラッグ体積ホログラムシートを光学部品（眼鏡のレンズ）に敷設することにより、コンパクトにまた安価にこの機能を実現することを目的とする。

（１）本発明は上記課題を解決するために、眼鏡の柄に、画像情報発信源より送信された画像信号を受信する受信部と、前記受信部で受信された画像信号を解読するドライブ部と、前記ドライブ部で解読された画像を表示する画像出力装置と、前記受信部、ドライブ部、画像出力装置に各々電源を供給する電源部とを設けたものである。また、眼鏡のレンズに、リップマンブラッグ体積ホログラム（リップマンブラッグ体積ホログラムシート）を設け、かつ、眼鏡のレンズに対向するように液晶シャッタと明るさセンサとを設け、さらに、眼鏡のレンズまたはフレームに、使用者の視線が特定の範囲内にあるか否かを検出する視線検出センサを設けたものである。
そして、視線検出センサによって使用者の視線が特定の範囲内にあることが検出された場合に、画像出力装置からの出力画像を直接的にリップマンブラッグ体積ホログラムに入射させることにより、画像出力装置の出力画像の虚像を眼から所定距離隔てた部位に表示し、虚像と眼鏡のレンズを透過した透過背景像との合成像を少なくとも一眼に導くように構成し、かつ、明るさセンサによって背景の明るさを検出すると共に、検出された明るさに基づいて、虚像と透過背景像との明るさの比率が所定の範囲内となるように、眼鏡のレンズに入射する背景からの光の量を液晶シャッタによって調節するようにしたものである。
また、視線検出センサによって使用者の視線が特定の範囲内にあることが検出されなかった場合には、画像出力装置からの画像出力をオフ状態にすると共に、液晶シャッタの透過率を最大にするようにしたものである。

以上の構成により、ハーフミラー、レンズ、凹面鏡等を用いることなく、コンパクトにまた安価に特定の光学的機能を有しながら画像出力装置の出力画像の虚像と背景透過像を融合して見ることができる。またより使い勝手、携帯性が向上する。
（２）また前記リップマンブラッグ体積ホログラムシートは、眼鏡のレンズ内に挟み込んで保持するように構成しても良い。これにより、薄型化と同時にホログラムの耐候性、特に耐湿性を向上させることができる。
（３）また前記リップマンブラッグ体積ホログラムシートは、眼鏡のレンズに対して着脱自在に設けても良い。これにより装置の使用目的に応じた選択自由度が増す。
（４）また前記画像出力装置からの出射光を、反射減衰膜を被覆した眼鏡のレンズに入射させるように構成しても良い。
（５）また前記画像出力装置は、画像再生光学系の収差を打ち消すように、予め歪んだ画像を出力するように構成しても良い。

以上の構成により、より視認性が向上し使い勝手が良くなる。
（６）さらに前記眼鏡には、リップマンブラッグ体積ホログラムシートで反射された光線の光軸中心距離を可変する両眼幅調整機構を設けても良い。これによって使用者の目の光軸とリップマンブラッグ体積ホログラムシートの光軸を一致させることができ、高倍率時にも良好な視認特性を得ることができる。

（１）本発明により、ハーフミラーとレンズまたは凹面鏡などを用いることなくリップマンブラッグ体積ホログラムシートを光学部品（眼鏡のレンズ）に付設することにより、コンパクトにまた安価に特定の光学的機能を有しながら画像出力装置の出力画像の虚像と背景透過像を融合してみることができる画像表示装置を実現できる。
（２）また、視野センサを用いることにより使い勝手が非常に良くなる。
（３）リップマンブラッグ体積ホログラムシートをレンズなどに挟み込むことにより、薄型化と同時にホログラムの耐候性（特に耐湿性）を向上させることができる。
（４）眼鏡の柄に、受信部、ドライブ部、画像出力装置、電源部を設け、眼鏡のレンズに、リップマンブラッグ体積ホログラムシートを設けて、ワイヤレス情報表示眼鏡を構成することにより、より使い勝手、携帯性を向上させることができる。
（５）本発明を駆使することにより、従来の眼鏡の機能を併せ持つディスプレイ端末をほとんど従来眼鏡と同一形状および重量で実現できる。
（６）また、従来眼鏡を装着して液晶表示器、ヘッドマウントディスプレイを見なければならなかった人も、屈折異常の矯正という眼鏡本来の機能を合わせ持っているためその必要はなくなり２役をこなす。
（７）両眼幅調整機構を設けることにより、高倍率時にも良好な視認特性が得られるとともに、光学系の出射瞳を小さくすることができ設計の自由度を増すことができる。
（８）また本発明の発展形としては、例えばリアルタイム音声認識装置と組み合わせた聴覚障害者のコミュニケーションツール（話し相手の顔を見ながら相手の言葉が空間に浮かんで表示される）、自動翻訳装置と組み合わせた実時間字幕作成装置（字幕のない外国語映画観賞用など）、カーナビと組み合わせた運転情報表示装置（目標物の表示など）、電子ブックプレーヤーと組み合わせた読書装置（満員電車内や寝転びながらの読書など手で本を持って読むのがつらいとき）等を作り出すことができる。
（９）本発明により、ＰＤＡ表示装置（個人用携帯端末ディスプレイ）として現在一般的に使用されている直視型小型液晶表示器の弱点（小型化と視認性の相反、ユーザーへの低追従性、情報のプライバシー性の低さ）、ならびに現行ＨＭＤの問題点（大きさ、重量、形状、背景の視認性）を一掃した新しい情報端末ディスプレイをほんど従来眼鏡と同一形状及び重量で、しかも低コストで提供することができる。
（１０）本発明を適用した情報表示眼鏡をかけていれば、常時ディスプレイをモニターできるので受信機能状態などのときに非常に便利である。また眼鏡フレームを複数揃えることで、個人個人の好みに応じたよりパーソナルな商品を得ることが可能になる。

以下図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図１は図２５の光学部品構成のうち、凹面ハーフミラー３の変わりにリップマンブラッグ体積ホログラムシート（ホログラフィックオプティカルエレメント、以下ＨＯＥシートと称する）６を用い、しかも使用者の眼鏡のレンズ４と一体化したものである。

このＨＯＥシート６は、シート内の屈折率の分布の仕方により、特定の角度で入射した光のうち特定の波長の光のみ反射（回折）しその他は透過するといういわゆる反射波長選択性と像拡大作用といったレンズ機能をもつ。この場合、図２５の凹面ハーフミラー３と機能的には似ているが以下の２点が異なる。

１．波長選択された反射光（回折光）の反射率（回折効率）は、スペクトルのバンド幅が十分小さく（たとえば、ＬＥＤのような光源を使用した場合）、且つ厚さ２０μｍ程度のＨＯＥフィルムを使った場合は９５％以上となる。尚ＨＯＥフィルムの厚さが７μｍ程度の場合は反射率（回折効率）８０％以上となる。

２．凹面ハーフミラーがその形状により光線の偏向（この場合は虚像結像）を実現しているのに対し、ホログラムシート（ＨＯＥシート）はシート内の屈折率の分布の仕方によりこれを実現しているためシート形状は比較的任意に選ぶことができる。

このように、ホログラムシートを使うことにより、１．光の利用効率を上げられる。出力画像＝５０％弱、背景からの透過光＝５０％弱。２．凹面ハーフミラーを使うよりもコストダウンできる。３．眼鏡レンズと一体化することによりヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤと称する）の小型化が可能になる、などの利点がある。

図２は図１の光学部品構成からハーフミラー２を除き、画像出力装置１からの出力画像を直接ＨＯＥシート６に入射させたものである。これは、ハーフミラーと異なりＨＯＥシートによる反射の場合、入射角度と反射角度が必ずしも等しい必要がなく、シート内の屈折率の分布の仕方によりある程度自由に設計できることにより実現できるものである。これにより、画像出力装置１の配置など、光学部品のレイアウトの自由度を増すことができるうえ、ハーフミラーを使ったときにしばしば問題になる裏面での反射による二重像を防止することができる。また、部品点数が一つ削減できるので、小型軽量、コストダウンに非常に有効である。

図３には、本発明を適用した別の光学機器の一例として、画像出力装置１からの出力画像を対物レンズ７を透して入射する背景と融合して見ることができる一眼レフカメラまたは光学部品構成を示す。図３において、ＨＯＥシート６は接眼レンズ１４に設けられている。まず対物レンズ７に入射した背景光ははね上げミラー８（双眼鏡の場合は固定ミラー）で反射され、ペンタプリズム９にて上下反転されたのち接眼レンズ１４に入り、ハーフミラー２を透してその光量の５０％が瞳５に入る。表示虚像は、図１のところで述べたようにこの背景像と合成され光量の５０％が瞳５に入射する。

このような構成により、カメラの場合、シャッタースピード、絞り、露出情報などをファインダー内に見ることができ、また双眼鏡の場合、たとえば観察している方位、仰度などの情報を観察物と一緒に見ることができる。もちろん、この場合図２の例のようにハーフミラー２をなくして構成してもよい。

図４に本発明の他の実施の形態として情報表示眼鏡の全体構成を示す。本システムは大きく３つの要部で構成されている。すなわち、Ａ：電気的もしくは光学的な画像信号を実際の画像に変換する信号／画像変換部（画像出力装置）、Ｂ：その画像出力を表示部まで画像そのものの形で伝送する像伝導管、Ｃ：像伝導管より伝送された画像を適宜画像処理して表示する表示部、である。

信号／画像変換部Ａは本例の場合、光源２１（バックライト）と、液晶表示板（透過型のカラー液晶表示板ＬＣＤ）２２と、拡散板（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）２３と、大小の凸レンズ等から成るファイバーカップリング用の縮小光学系２４とで構成されている。

像伝導管Ｂは本例の場合、断面が４：３の長方形をしたコア形状をもつプラスチックファイバ（光ファイバ）２５を使用している。外形寸法はΦ３．２ｍｍ、一本一本のファイバの径はΦ１２μｍｍ、解像度は６０ｌｐ／ｍｍとなっている。

表示部Ｃは本例の場合、眼鏡３０の柄３１のヒンジ３３側に取り付けられたプリズムレンズ２６と、眼鏡のフレーム３２内のレンズ３４に設けられたＨＯＥシート２７とで構成されている。このＨＯＥシート（ホログラフィックコンバイナ：本例では、厚さ２０μｍｍ前後のフォトポリマーを使用）２７は眼鏡のレンズ３４に沿って取り付けられており、その上からマイラーフィルム（ポリエチレンテレフタレートフィルム）をコートすることにより固定および耐湿性の向上がはかられている。ＨＯＥシート２７の材質としては、たとえば、フォトポリマー、ダイクロメートゼラチンなどがある。

前記像伝導管であるプラスチックファイバ２５は眼鏡の柄３１に沿って、その端部から前記プリズムレンズ２６に至るまで柄３１に設けられている。尚２８は画像情報に加えて音声情報を得るために柄３１に取り付けられたイヤホンであり、音声信号の伝送には導線（図示省略）を使用している。また３５は眼鏡のパッドを示している。

上記のように構成された装置において、ビデオ信号（画像信号）が液晶表示板２２によって画像変換され、光源２１により照らされる。拡散板２３は液晶表示板２２のマトリックス配線パターンを観察者が認識しずらくするものであり、これにより液晶のパターンノイズのない良好な画像が観察できる。拡散板２３を出射した光は、縮小光学系２４によりおおよそ像伝導管Ｂのプラスチックファイバ２５の径まで縮小され、ファイバにカップリングされる。

プラスチックファイバ２５により伝導された画像はプリズムレンズ２６により偏向および像拡大された後、ＨＯＥシート２７に入射する。このＨＯＥシートは前述したように反射波長選択性、像拡大作用（凹レンズ機能）を持ち合わす。すなわちある角度方向に特定の波長のみを反射し、他のスペクトルについては透過するという特徴を持つ。

このため観察者は、液晶表示板（ＬＣＤ）２２の画像を単色（例えば、緑）で見ながら、同時に周囲の視覚情報も見ることができる。（ただし、透過光のスペクトルには緑が欠落している。）もちろん、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色をホログラム作製時に用いることにより、観察者はフルカラーの画像を見ることも可能である。この場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの波長が透過光からは欠落するが、それぞれのバンド幅を小さくすることにより自然な色調で明るい背景を見ることができる。また、スペクトルの帯域幅を小さくすることは鮮明な像を得るためにも有利な条件となる。

加えて、ＨＯＥシート２７のもう１つの特徴である像拡大作用により、たかだかプラスチックファイバ２５のコアサイズしかない画像を、観察者に虚像を見せることで十分な視野まで拡大する。この様子を図５に示す。図５はＨＯＥシートの像拡大作用を示しており、プラスティックイメージファイバー上に像（像高３ｍｍ）をレンズ、ミラーなどにより２倍（像高６ｍｍ）に拡大しこれをＨＯＥシートに６０°の角度で入射させる。このＨＯＥシートにより、像は横倍率４０倍（像高２４０ｍｍ）に虚像として拡大され、その位置はＨＯＥから１０００ｍｍ隔てた位置となっている。焦点距離は２５ｍｍとなっているためルーペ倍率は１０倍である。出射瞳（ＥＰＤ）は直径８ｍｍ以上あり、ＨＯＥシートから１５〜２０ｍｍ隔てて位置している。

図６は、図４の情報表示眼鏡を実際に使用者がかけたところを上方より見た様子を示している。図６において図４と同一部分は同一符号をもって示している。図６において５は使用者の眼球、４０は虹彩、２９は高分子合成膜である。像を伝送するイメージファイバー（プラスチックファイバ２５）は眼鏡の柄３１の内部を通っており、ＨＯＥシート２７に入射する直前の像拡大（２倍）及び光の偏向はレンズ付プリズムミラー（プリズムレンズ２６）によって行われている。なお、このイメージファイバー（プラスチックファイバ２５）の出射ＮＡ（屈折率をｎとしたときの開口率、ＮＡ＝ｎｓｉｎθ）は０．５となっている。

前記ＨＯＥシート２７とレンズとの取り付けは、例えば図７に図示するように眼鏡のレンズ３４ａ，３４ｂを貼り合わせることにより行い、その間にホログラムシート２７ａ（厚さ数ミクロン〜数十ミクロン）を挟み込むという方法が考えられる。この場合、レンズ３４ａ，３４ｂどうしの接合にはＵＶ硬化接着剤４１などによる接着や、バイフォーカルレンズなどで使用されている融着などが考えられる。

またＨＯＥシート２７をレンズに沿う形に形成し、該ＨＯＥシートをレンズとマイラーフィルム（ポリエチレンテレフタレートフィルム）などの別部材との間に挟み込んで保持するようにしても良い。

図８には、画像出力装置としてレーザーダイオードアレイ４３とスキャナ光学系としてガルバノメータ（ガルバノミラー）４４を使用したディスプレイ眼鏡の一例を示す。この場合、左右独立して二組の画像出力装置、表示部およびＨＯＥシート２７を備えているため両眼視が可能であり、左右それぞれの画像出力装置に異なる画像を表示することにより立体視も可能となっている。

図８において眼鏡３０は図４と同様に構成されており、左右の柄３１，３１には導線２５ｂ，２５ｂ、ドライブ回路４２，４２、レーザーダイオードアレイ（ＬＥＤａｒｒａｙ）４３，４３、ガルバノメータ（ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｒｉｃ ｓｃａｎｎｅｒ）４４，４４が各々設けられている。また両眼のレンズ３４，３４にはＨＯＥシート２７，２７が設けられている。

まず、左右それぞれのレーザーダイオードアレイ４３，４３とガルバノメータ４４，４４のドライブ回路４２，４２に画像信号が入力される。この信号にもとづいてレーザーダイオードアレイ４３，４３の各光源のｏｎ，ｏｆｆが行われ、それに同期してガルバノメータ４４，４４が駆動される。その結果、眼鏡のレンズ３４，３４に沿って設けられたＨＯＥシート２７，２７上に走査された画像が投影されその反射光が瞳に入射することによって、使用者は背景と画像出力装置からの出力画像の拡大虚像を融合して見ることができる。音声信号は直接イヤホン２８に送られ音声に変換される。なお、この眼鏡ディスプレイには使用者が掛けはずししやすいように首掛け用のチェーン４５が設けられている。

図９は、図８のガルバノメータ４４の代わりに、スキャナ光学系として音響光学効果素子（ＡＯＭ：ａｃｏｕｓｔｏ ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）５４を使用したディスプレイ眼鏡の一例を示す。全体の動作原理は前記図８のスキャナ光学系としてガルバノメータ４４を使用した例と同じである。音響光学効果素子５４は、超音波５５を媒質中に流し込むと光弾性効果により屈折率の疎密波を生じ、これにより回折格子と同様の働きを示すもので、この超音波の周波数を変えることにより回折格子のピッチを可変できる。回折格子のピッチが変わると、回折光５６の偏向角も変わるので、これにより光線をスキャンすることができる。この音響光学効果素子５４はガルバノメータやポリゴンミラーに比べて可動部がないことが特長である。 また、図１０にはＨＯＥシート取り外し可能タイプの情報表示眼鏡の一例を示す。ＨＯＥシート２７にはクリップ６０が取り付けられており、眼鏡のレンズ３４またはフレーム３２にこのクリップ６０を挟むことにより脱着可能となっている。また、この例では画像を前記プラスチィックファイバ２５にて伝導することなく、直接表示装置６１を眼鏡の柄３１の部分に取り付けている。

またＨＯＥシートは図１１のように保持しても良い。図１１において円筒形（シリンドリカル）ポリカーボネート基板１０２に沿って接着、形成されたホログラムシート（ＨＯＥシート）２７ａは、該ポリカーボネート基板１０２とマイラーフィルム１０１（又は別部材）との間に挟まれて保持されている。

次にＨＯＥと画像出力装置とを、眼鏡フレームに対して脱着可能に構成した例を図１２に示す。図１２において眼鏡の構成は図４、図１０と同様である。１０２ａはＨＯＥと画像出力装置が取り付けられたポリカーボネート筐体であり、その一端は眼鏡のフレーム３２の上端部に脱着自在に係止され、折曲部を経た他端部に形成されたシリンドリカル曲面１０２ｂは、フレーム３２への装着時に該フレーム３２に対向する部位に配置されるように構成されている。前記シリンドリカル曲面１０２ｂのフレーム３２とは反対側の面にはＨＯＥ１２７がマイラーフィルム１０１に挟まれて保持されている。ポリカーボネート筐体１０２ａの前記折曲部内側には、ＨＯＥ１２７に画像を出力する液晶表示装置（ＬＣＤ）１０３が設けられている。図１２の構成によれば、ＨＯＥ１２７と液晶表示装置１０３がポリカーボネート筐体１０２ａに一体的に固定されているため、両者の位置決めを行う必要がなく使い勝手が良い。

図１３は、ＨＯＥと画像出力装置とを眼鏡フレームに対して脱着可能に構成した他の例を示している。図１３において眼鏡の構成は図４、図１０と同様である。ポリカーボネート筐体１０２ａの一端は眼鏡のフレーム３２の上端部に脱着自在に係止され、折曲部を経た他端部は平面状に形成されるとともに、フレーム３２への装着時に該フレーム３２に対向する部位に配置されるように構成されている。前記ポリカーボネート筐体１０２ａの他端部の、フレーム３２とは反対側の面にはＨＯＥ１２７がマイラーフィルム１０１に挟まれて保持されている。１０４は、ポリカーボネート筐体１０２ａの折曲部内側に設けられた液晶表示装置１０３からの出射光を、反射させてＨＯＥ１２７に導くミラーである。このように図１３では、ＨＯＥ１２７への入射光線の角度と、物側距離を変化させるためにミラー１０４を設け、一度ミラー１０４で反射した光をＨＯＥ１２７に入射している。図１３の構成によれば、ＨＯＥ１２７と液晶表示装置１０３とミラー１０４がポリカーボネート筐体１０２ａに一体的に固定されているため、それらの位置決めを行う必要がなく使い勝手が良い。

本発明を適用した他の光学機器の一例としてＨＯＥシートを使ったビデオカメラファインダーを図１４に示す。図１４において不透明なプラスチックから成るファインダー筐体１０５の内側には、液晶表示装置１０３、視度調整レンズ１０６およびＨＯＥ１２７が設けられている。液晶表示装置１０３から出射された光線はＨＯＥ１２７に入射しおおよそ平行光となって出射する。この出射光は視度調整レンズ１０６によって発散角が制御された後、瞳５に入射する。この図１４の構成において、ＨＯＥ１２７は不透明なプラスチックから成るファインダー筐体１０５に取り付けられており、透過背景像を見ることはできない。

また本発明を適用した他の例として、腕時計型の携帯端末装置を図１５に示す。本体１１０の表示面には液晶表示装置１０３が設けられ、その上面にはＨＯＥ１２７がヒンジ１１１を軸として開閉自在に設けられている。１１２は腕用のバンドである。前記液晶表示装置１０３は時刻表示のみならず他の様々な文字、画像情報を表示するものである。前記ＨＯＥ１２７を図１５（ａ）のように閉じると、透過背景像として液晶表示装置１０３に表示された時刻を見ることができる。またＨＯＥ１２７を、ヒンジ１１１を中心に回転して図１５（ｂ）のように開くと、ＨＯＥ１２７により反射拡大された像を見ることができる。このため液晶表示装置１０３により細かな像を表示しても、容易に見ることができる。

図１６には、別例として画像受信装置を備えたワイヤレス情報表示眼鏡を示す。図１６において眼鏡３０は図４、図８、図１０と同様に構成され、柄３１には、画像信号受信回路７１、ディスプレイドライブ回路７２、フィールドエミッション表示装置７３、バッテリ７４およびアンテナ（図示省略）が設けられている。

上記のように構成された装置において、画像信号発信源（図示省略）から送信された画像信号は、柄３１の部分に内臓されたアンテナおよび画像信号受信回路７１により受信される。その受信された画像信号はディスプレイドライブ回路７２によりデコードされ、フィールドエミッション表示装置７３に送られ画像が表示される。この表示像がレンズ３４の一部に設けられたＨＯＥシート２７により拡大反射され、使用者に視覚情報を提供する。なお、これら画像信号受信回路７１、ディスプレイドライブ回路７２、フィールドエミッション表示装置７３は柄３１に内臓されたバッテリ７４により駆動される。このようにワイヤレス情報表示眼鏡を構成することにより、より使い勝手、携帯性が向上する。

図１７には両眼幅調整機構付情報表示眼鏡の一例を示す。人間の両眼の光軸中心間の距離は個人差があり、少なくとも６０ｍｍ〜７０ｍｍ位のばらつきをもっている。このばらつきを吸収して良好な画像を見るためにはＨＯＥシートからの反射光が１５ｍｍ程度の出射瞳径をもつことが必要となるが、出射瞳の大きさと像倍率とは相反する関係にあり、高倍率（ＨＯＥの物側距離が短い）時には、通常出射瞳径は小さくなってしまう。そこで、高倍率時にも良好な視認特性を得るために、各人の目の光軸とＨＯＥの光軸とを一致させられるように、両眼幅調整機構を設けることが重要になる。図１７の情報表示眼鏡は以上の目的のために発明したものである。

図１７において、フレーム３２の上部にはねじ溝８１と回転防止穴８２ａが設けられており、これに回転防止軸８３ａおよび図示形状の調整ねじ８４が挿入されている。またこれとは別にパッド３５の上部に、回転防止穴８２ｂおよび回転防止軸８３ｂが設けられている。調整ねじ８４の中央部に設けられた回転調整つまみ８５を回すことにより、ＨＯＥシート２７の光軸中心距離を可変するように構成している。

また本発明のディスプレイ眼鏡には像表示の位置に次のような工夫がされている。まず図１８、１９に標準的な人間の視野特性を垂直、水平方向それぞれについて示す。図１８は標準的な人間の垂直方向の視野特性を示し、この図によれば通常の視野は水平方向より１０°〜１５°下方に向いている（図示、立っているときの通常の視線から座っているときの通常の視線までの範囲）ことがわかる。図１８において、Ａは２０才の焦点距離（最小）、Ｂは４０才の焦点距離（最小）、Ｃはディスプレイ用の容認される最小の読み取り距離、Ｄは通常の見る距離（ＣＲＴ）、Ｅはディスプレイ用の望ましい最小距離、Ｆは配置されるディスプレイの最大距離、Ｇは６０才の焦点距離（最小）、Ｈはもしディスプレイが適合して設計される場合無限遠となること、を各々示している。

また図１９は標準的な人間の水平方向の視野特性を示し、この図によれば、文字を認識できる視野は約２０°（図示、文字認識限界の範囲）であることがわかる。

そこで本発明では図２０に示すように、通常の視線（水平方向より１０°下方とする）を中心として立体角２０°以内には表示像を表示しないようにする。こうすることにより、図２１に示すように通常の視線方向では表示像に妨げられることなく背景を見ることができ、表示像を見たい場合には図２２に示すように視線を（この例では上方に）移動することにより、表示像（ＨＯＥシート２７からの反射光）と背景とを融合して見ることができる。尚図２１は背景像のみレンズを通して見る場合の説明図であり、図２２は背景像と表示像を見る場合の説明図である。

あるいは、図２３に示すように、ＨＯＥシートが取り付けられた眼鏡のフレームまたはレンズ９０に視線検出センサ９１を設け、使用者の視線が特定の範囲に入ったときのみ画像表示がなされるように構成することにより、より視認性を向上させ使い勝手が良いものとなる。また図２３では、ＨＯＥシートが取り付けられた前記レンズ９０に対向して設けた液晶シャッター９２と明るさセンサ（光センサ：フォトダイオード）９３を用い、背景の明るさを前記センサ９３で感知し液晶シャッター９２の透過率を自動的に調節することにより、使用者が容易に表示画像と背景を融合して見られるようにこれらの明るさの比率を適当な範囲に保つ機能も有している。前記液晶シャッター９２は、着脱可能な少なくとも可視光波長域に対する遮光部材であり、このシャッター使用時には背景からの光の透過量を１０％以下に減衰できる。

図２３において、９４はマイクロコンピュータ９５の指令により液晶シャッター９２の透過率を調節する液晶シャッタードライバ、９６は入力される画像信号とマイクロコンピュータ９５の指令によりディスプレイ９７を駆動するディスプレイドライバである。尚前記ディスプレイ９７は前記図８のレーザーダイオードアレイ４３、ガルバノメータ４４、図９の音響光学効果素子５４、図１６のフィールドエミッション表示装置７３等で構成されている。

図２３の装置の一連の動作フローチャートを図２４に示す。まず画像表示ＯＦＦ、液晶透過率最大である状態において、マイクロコンピュータ９５が視線検出センサ９１の出力を読み込む。そして検出された視線が特定の範囲以内であれば、明るさセンサ９３の出力を読み込み、その明るさに応じて液晶シャッター９２の透過率を液晶シャッタードライバ９４によって調整し、画像表示をＯＮとする。また前記検出された視線が特定の範囲以内でないときは、画像表示をＯＦＦとし、液晶シャッター９２の透過率は最大のままとする。

この場合、背景の明るさは変えずに表示画像の明るさを直接可変するか、もしくは表示装置の前に液晶シャッターを設けこの透過率を可変することにより行ってもよい。また、一時的に表示画像だけを見たいときには、眼鏡レンズ部にサングラス風のフィルタをして背景からの光を減らしたり、同じく眼鏡レンズ部に設けられた２枚の偏光板のそれぞれの光軸の交差角度を可変することにより背景からの光を調整してもよい。

なお、以上に挙げたディスプレイ眼鏡は正視の人用として眼鏡レンズの屈折力（度）を０としたものでも、レンズにカラーコーティング、ＵＶ反射コートなどの表面処理を施したものでももちろん良い。

（実施例）
前記表示部は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）に限らず、ＬＥＤディスプレイ（ＬＥＤＤ）、レーザーディスプレイ（ＬＤＤ）、デジタルマイクロミラーディスプレイ（ＤＭＤ）、エレクトロルミネッセンスディスプレイ（ＥＬＤ）を用いても良い。

また前記スキャナ光学系としては、ガルバノメータや音響光学効果素子に限らず、ポリゴンミラー又はリゾナントスキャナを用いても良い。

また前記光学部材はレンズに限らず、板ガラス、透明プラスチック板、不透明プラスチック板、反射減衰プレート、プリズム又はハーフミラー又は回折格子を用いても良い。

また本発明は眼鏡、カメラ、双眼鏡に適用するに限らず、前記光学部材を望遠鏡のレンズで構成し、前記表示部を望遠鏡の筐体またはレンズに設けても良く、また前記光学部材を顕微鏡のレンズで構成し、前記表示部を顕微鏡のフレームまたはレンズに設けても良い。この場合も前記同様の作用、効果が得られる。

本発明の一実施形態を示す構成図。 本発明の他の実施形態を示す構成図。 本発明を一眼レフカメラ又は双眼鏡に適用した実施形態を示す構成図。 本発明を適用し、情報表示眼鏡として構成した実施形態の一例を示す構成図。 ＨＯＥシートの像拡大作用を表す説明図。 本発明の情報表示眼鏡を使用者がかけたところを上方より見た様子を表す説明図。 本発明におけるＨＯＥシートの取り付け方法の一例を示す要部断面図。 本発明を適用し、情報表示眼鏡として構成した実施形態の他の例を示す構成図。 本発明のスキャナ光学系の他の実施形態を示す要部構成図。 本発明の情報表示眼鏡において、ＨＯＥシートを着脱可能とした実施形態を示す構成図。 本発明におけるＨＯＥシートの保持例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図。 本発明の情報表示眼鏡において、ＨＯＥシートを着脱可能とした実施形態の他の例を示す構成図。 本発明の情報表示眼鏡において、ＨＯＥシートを着脱可能とした実施形態の他の例を示す構成図。 本発明をビデオカメラファインダーに適用した実施形態の構成図。 本発明を適用した腕時計型携帯端末装置の実施形態を示し、（ａ）はＨＯＥを閉じたときの構成図、（ｂ）はＨＯＥを開いたときの構成図。 本発明の情報表示眼鏡をワイヤレス化した実施形態を示す構成図。 本発明の両眼幅調整機構付情報表示眼鏡の実施形態を示す要部構成図。 標準的な人間の垂直方向の視野特性を示す説明図。 標準的な人間の水平方向の視野特性を示す説明図。 表示像を認識できる人間の視野範囲を示す説明図。 通常の視線方向における背景と表示像の関係を表し、背景像のみレンズを通して見える場合の説明図。 視線を上方に移動したときの背景と表示像の関係を表し、背景像と表示像が見える場合の説明図。 本発明の視線検出センサおよび明るさセンサを設けた装置の一例を示す構成図。 図２３の装置によって画像表示および液晶シャッターの透過率を制御する場合のフローチャート。 従来の画像表示装置の一例を示す構成図。

符号の説明

１…画像出力装置
４，３４，３４ａ，３４ｂ…レンズ
５…眼球（瞳）
６，２７…ＨＯＥシート
２１…光源
２２…液晶表示板
２３…拡散板
２４…縮小光学系
２５…プラスチックファイバ
２６…プリズムレンズ
２８…イヤホン
２９…高分子合成膜
３０…眼鏡
３１…柄
４０…虹彩
４１…ＵＶ硬化接着剤
４２…ドライブ回路
４３…レーザーダイオードアレイ
４４…ガルバノメータ
５４…音響光学効果素子
６０…クリップ
６１…表示装置
７１…画像信号受信回路
７２…ディスプレイドライブ回路
７３…フィールドエミッション表示装置
７４…バッテリ
８１…ねじ溝
８２ａ，８２ｂ…回転防止穴
８３ａ，８３ｂ…回転防止軸
８４…調整ねじ
８５…回転調整つまみ
９１…視線検出センサ
９２…液晶シャッター
９３…明るさセンサ
９４…液晶シャッタードライバ
９５…マイクロコンピュータ
９６…ディスプレイドライバ
９７…ディスプレイ
１０１…マイラーフィルム
１０２…円筒形ポリカーボネート基板
１０３…液晶表示装置
１０４…ミラー
１０５…ファインダー筐体
１０６…視度調整レンズ
１２７…ＨＯＥ

Claims (4)

1. 柄と、前記柄に連結されたフレームと、前記フレームに設けられたレンズとを有する眼鏡を備え、
   前記眼鏡の柄に、画像情報発信源より送信された画像信号を受信する受信部と、前記受信部で受信された画像信号を解読するドライブ部と、前記ドライブ部で解読された画像を表示する画像出力装置と、前記受信部、ドライブ部、画像出力装置に各々電源を供給する電源部とを設けると共に、
   前記眼鏡のレンズに、リップマンブラッグ体積ホログラムを設け、かつ、前記眼鏡のレンズに対向するように液晶シャッタと明るさセンサとを設け、さらに、前記眼鏡のレンズまたはフレームに、使用者の視線が特定の範囲内にあるか否かを検出する視線検出センサを設け、
   前記視線検出センサによって使用者の視線が特定の範囲内にあることが検出された場合に、前記画像出力装置からの出力画像を直接的に前記リップマンブラッグ体積ホログラムに入射させることにより、前記画像出力装置の出力画像の虚像を眼から所定距離隔てた部位に表示し、前記虚像と前記眼鏡のレンズを透過した透過背景像との合成像を少なくとも一眼に導くようになされ、かつ、前記明るさセンサによって背景の明るさを検出すると共に、検出された明るさに基づいて、前記虚像と前記透過背景像との明るさの比率が所定の範囲内となるように、前記眼鏡のレンズに入射する背景からの光の量を前記液晶シャッタによって調節するようになされ、
   前記視線検出センサによって使用者の視線が特定の範囲内にあることが検出されなかった場合には、前記画像出力装置からの画像出力をオフ状態にすると共に、前記液晶シャッタの透過率を最大にするようになされている
   画像表示装置。
2. 前記リップマンブラッグ体積ホログラムは、前記眼鏡のレンズ内に挟み込まれ保持されている請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記リップマンブラッグ体積ホログラムは、前記眼鏡のレンズに対して着脱自在に設けられている請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記眼鏡には、リップマンブラッグ体積ホログラムで反射された光線の光軸中心距離を可変する両眼幅調整機構が設けられている請求項１に記載の画像表示装置
   。

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