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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