網膜投影表示装置
【課題】種々の表示映像を、現実世界の対象映像に重畳させて、この重畳映像を、眼のピント調整をすることなく、眼の網膜に鮮明に投影表示するようにした網膜投影表示装置を提供する。
【解決手段】液晶パネル５３、レンズ系７０、ピンホール素子８０、ハーフミラー９０及び凹面鏡１００が順次同軸的に配設されている。レンズ系７０の焦点ｆは、凹面鏡１００の球心と共に、ホール素子８０の中心に位置する。また、レンズ系７０の像点が凹面鏡１００の焦点に位置するように、液晶パネル５３とレンズ系７０との距離が調整されている。このため、凹面鏡１００の反射光は、平行光となってハーフミラー９０に入射する。従って、現実世界の対象像を表す外光及び液晶パネル５３の表示光は、凹面鏡１００からハーフミラー９０への反射平行光のもとに、当該ハーフミラー９０から重畳光となって、ドライバーの眼に向けて出射される。
【解決手段】液晶パネル５３、レンズ系７０、ピンホール素子８０、ハーフミラー９０及び凹面鏡１００が順次同軸的に配設されている。レンズ系７０の焦点ｆは、凹面鏡１００の球心と共に、ホール素子８０の中心に位置する。また、レンズ系７０の像点が凹面鏡１００の焦点に位置するように、液晶パネル５３とレンズ系７０との距離が調整されている。このため、凹面鏡１００の反射光は、平行光となってハーフミラー９０に入射する。従って、現実世界の対象像を表す外光及び液晶パネル５３の表示光は、凹面鏡１００からハーフミラー９０への反射平行光のもとに、当該ハーフミラー９０から重畳光となって、ドライバーの眼に向けて出射される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、拡張現実（Argument Reality）技術の分野において、現実世界の詳細な情報等の電子映像を現実世界の情景等の対象に重畳させた重畳映像を網膜に投影することで表示するようにした網膜投影表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の網膜投影表示装置としては、例えば、下記特許文献１に開示されている視線方向依存型の網膜ディスプレイ装置が提案されている。この網膜ディスプレイ装置においては、仮想映像光をピンホール及びハーフミラーを通して凹面鏡に入射させ、この凹面鏡により反射される反射仮想映像光をハーフミラーにより反射するとともに、対象光をハーフミラーに入射して、ハーフミラーによる反射仮想映像光を、ハーフミラーを透過する対象光とともに、人の眼の網膜に入射するようになっている。このことは、仮想映像及び対象が、仮想映像光及び対象光によって、重畳映像として網膜に投影されることを意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−９０６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記網膜ディスプレイ装置においては、ピンホールから出射する仮想映像光は、発散光として凹面鏡に入射して当該凹面鏡により反射されて、凹面鏡の焦点とは異なる位置に集光するようになっているため、上述した凹面鏡による反射仮想映像光は、発散仮想映像光となる。
【０００５】
従って、このような発散仮想映像光が、ハーフミラーにより反射された後、対象光とともに、人の網膜に入射しても、発散仮想映像光が、網膜上に結像することがない。その結果、網膜上には仮想映像、ひいては、重畳映像を鮮明に投影することができないという不具合が生ずる。
【０００６】
そこで、本発明は、以上のようなことに対処するため、種々の表示映像を現実世界の対象に重畳させた重畳映像を、眼の網膜に鮮明に投影表示するようにした網膜投影表示装置を提供することを眼的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題の解決にあたり、本発明に係る網膜投影表示装置は、請求項１の記載によれば、
映像を表す映像表示光を出射する映像表示装置（５０）と、
当該映像表示装置とその出射側にて同軸的に配置されるピンホール素子であってそのピンホール部（８１）により映像表示装置からの上記映像表示光を絞ってピンホール表示光として出射するピンホール素子（８０）と、
当該ピンホール素子及び現実世界の対象の双方を臨むようにピンホール素子とその出射側にて同軸的に配置されて当該ピンホール素子からの上記ピンホール表示光の部分を透過表示光として透光させる部分透光板（９０）と、
部分透光板とそのピンホール素子とは反対側にて同軸的に配置されて上記部分透光板からの上記透過表示光を反射してピンホール素子と同軸上に集光させる凹面鏡（１００）とを備えて、
部分透光板は、凹面鏡からの反射表示光の部分を部分反射表示光として反射するとともに、上記現実世界の対象からの当該対象を表す対象光の部分を、上記部分反射表示光との重畳により重畳光となって人の眼の網膜に投影するように、部分対象光として透光させる。
【０００８】
当該網膜投影表示装置において、映像表示装置とピンホール素子との間にて同軸的に配置されて凹面鏡から部分透光板への上記反射表示光を平行光にするように映像表示装置からの上記映像表示光をピンホール素子と同軸上にて上記ピンホール部を通して凹面鏡の焦点を含む所定の軸上範囲内に結像させる凸レンズ系（７１、７２）を具備することを特徴とする。
【０００９】
これによれば、凹面鏡からの反射表示光を平行光にするように映像表示装置からの上記映像表示光をピンホール素子と同軸上にて上記ピンホール部を通して凹面鏡の焦点上に結像させる凸レンズ系を、映像表示装置とピンホール素子との間に上述のごとく配設するのみで、上述の重畳光による映像を、鮮明に網膜に投影し得る。
【００１０】
なお、上述した所定の軸上範囲は、ピンホール素子にピンボケ及び回折を生じさせない焦点深度の範囲内において映像を実質的に明瞭に網膜に投影可能となるような凹面鏡の焦点と凸レンズ系の像点との間の凹面鏡の軸上ずれ範囲をいう。
【００１１】
また、本発明は、請求項２の記載によれば、請求項１に記載の網膜投影表示装置において、凸レンズ系の焦点（ｆ）は、凹面鏡の球心と共に、ピンホール素子と同軸上にて、上記ピンホール部と同一位置に設定されており、
凸レンズ系の像点が凹面鏡の焦点に位置するように、映像表示装置と凸レンズ系との距離が調整されていることを特徴とする。
【００１２】
これにより、請求項１に記載の発明の作用効果がより一層具体的に達成され得る。
【００１３】
また、本発明は、請求項３の記載によれば、請求項１または２に記載の網膜投影表示装置において、部分透光板が上記重畳光を投影する軸は、眼の瞳孔の中心を通ることを特徴とする。
【００１４】
これにより、重畳光により表される映像は、網膜上に鮮明に投影表示され得る。
【００１５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る網膜投影表示装置の一実施形態をゴーグルに適用した例を示す斜視図である。
【図２】図１の網膜投影表示装置を人の眼及び乗用車と共に示す縦断面である。
【図３】図２の網膜投影表示装置の光学系統を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を図面により説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る網膜投影表示装置ＤをゴーグルＧに適用してなる一実施形態を示している。
【００１９】
本実施形態では、ゴーグルＧは、オートバイのドライバー用に採用されるもので、当該ゴーグルＧは、フレーム１０、左右両側風防レンズ２０及びゴムベルト３０を備えている。フレーム１０は、左右両側レンズ枠部１１の左右両側端部から左右両側アーム部１２をＬ字状に延出して構成されている。左右両側風防レンズ２０は、フレーム１０の左右両側レンズ枠部１１に嵌め込まれている。ゴムベルト３０は、左右両側アーム部１２の各延出端部の間に連結されている。
【００２０】
しかして、当該ゴーグルＧは、左右両側風防レンズ２０をドライバーの左右両眼に対向させるように、当該ドライバーの頭部にフレーム１０及びゴムベルト３０を装着することで、使用される。
【００２１】
網膜投影表示装置Ｄは、図１にて示すごとく、ゴーグルＧの左右両側レンズ枠部１１のうちの左側レンズ枠部１１に支持されている。
【００２２】
当該網膜投影表示装置Ｄは、図１或いは図２にて示すごとく、Ｌ字状ケーシング４０を備えている。このＬ字状ケーシング４０は、扁平状矩形筒体４０ａと、Ｌ字状長手矩形筒体４０ｂとにより構成されており、扁平状矩形筒体４０ａは、その上壁４１にて、両ネジ４２ａ、４２ｂ及び支持板４３を介し、フレーム１０の左側レンズ枠部１１の上縁部１１ａに組み付けられて、左側風防レンズ２０の前側に支持されている。
【００２３】
ここで、扁平状矩形筒体４０ａは、その前側環状開口部４４にて、前方に向け開口しており、当該前側環状開口部４４には、前側透明板４４ａが嵌着されている。また、当該扁平状矩形筒体４０ａは、その後側環状開口部４５（図２参照）にて、左側風防レンズ２０に対向しており、この後側環状開口部４５には、後側透明板４５ａが嵌着されている（図２参照）。
【００２４】
また、Ｌ字状長手矩形筒体４０ｂは、基端側矩形筒部４７、先端側矩形筒部４８及び境界筒部４９を有しており、基端側筒部４７は、扁平状矩形筒体４０ａの左壁開口部４６（図２参照）から一体的に左方に向け同軸的に延出されている。先端側筒部４８は、基端側矩形筒部４７の延出端部から境界筒部４９を介して後方へＬ字状に折れ曲がって、フレーム１０の左側アーム部１２に沿い延出している。
【００２５】
境界筒部４９は、図１或いは図２にて示すごとく、基端側矩形筒部４７と先端側矩形筒部４８との間に形成されており、当該境界筒部４９は、その基端側矩形筒部４７の延出方向側内壁面４９ａ（図２参照）にて、平面状に形成されている。ここで、当該延出方向側内壁面４９ａは、液晶パネル５３の軸に対し４５°をなして、基端側矩形筒部４７及び先端側矩形筒部４８の各内部を傾斜状にかつ同軸的に臨むように形成されている。
【００２６】
上述した両ネジ４２ａ、４２ｂ及び支持板４３は、扁平状矩形筒体４０ａをフレーム１０の左側レンズ枠部１１に上下方向及び左右の位置調整可能に支持する位置調整支持機構としての役割を果たす。
【００２７】
この位置調整支持機構において、ネジ４２ａは、その首下雄ネジ部にて、支持板４３の前端中央部に形成した雌ネジ孔部４３ａに上下方向に相対尾移動可能に螺合されており、当該ネジ４２ａの首下雄ネジ部は、その先端部にて、扁平状矩形筒体４０ａの上壁４１の前側左右方向中央部に突設した支持壁４１ａの支持孔部内に上下方向に相対移動不能にかつ相対回動可能に支持されている。
【００２８】
これにより、扁平状矩形筒体４０ａが、その上壁４１にて、支持板４３の下側にて、この支持板４３に平行に位置するように、ネジ４２ａにより支持板４３に支持される。また、ネジ４３ａを支持板４３の雌ネジ孔部４３ａに対し上下方向に移動させることで、扁平状矩形筒体４０ａの左側風防レンズ２０に沿い上下方向へ位置調整可能となる。
【００２９】
また、ネジ４２ｂは、その首下雄ネジ部にて、支持板４３の後側左右方向中央部に形成した長孔部４３ｂを通して、扁平状矩形筒体４０ａの上壁４１の後側左右方向中央部に、上下方向に移動可能に螺合されており、当該ネジ４２ｂは、その頭部にて、支持板４３の長孔部４３ｂを扁平状矩形筒体４０ａの上壁４１の後側左右方向中央部上に挟持するようになっている。これにより、扁平状矩形筒体４０ａが、その後側開口部４５にて、左側風防レンズ２０に対向するように、ネジ４２ｂ及び支持板４３により支持される。
【００３０】
ここで、長孔部４３ｂは、支持板４３の後側左右方向中央部において左右方向に長孔状に形成されており、この長孔部４３ｂの前後方向幅は、ネジ４２ｂの首下部の外径よりも幾分大きい。これにより、ネジ４２ｂを上方へ移動させることにより緩めれば、支持板４３、換言すれば、扁平状矩形筒体４０ａを、フレーム１０の左側レンズ枠部１１の上縁部１１ａに沿い左右方向へ位置調整可能となる。
【００３１】
また、当該網膜投影表示装置Ｄは、図２にて示すごとく、液晶表示器５０と、反射ミラー６０と、レンズ系７０と、ピンホール素子８０と、ハーフミラー９０と、凹面鏡１００とを備えており、これら液晶表示器５０、反射ミラー６０、レンズ系７０、ピンホール素子８０、ハーフミラー９０及び凹面鏡１００は、Ｌ字状ケーシング４０内にＬ字状矩形筒体４０ｂから扁平状矩形筒体４０ａにかけて収容されている。
【００３２】
液晶表示器５０は、発光素子５１と、照明レンズ５２と、透過型液晶パネル５３とにより構成されており、これら発光素子５１、照明レンズ５２及び透過型液晶パネル５３は、図２にて示すごとく、Ｌ字状矩形筒体４０ｂ内にその延出端部から軸方向中間部位４７に向けて順次収容支持されている。
【００３３】
ここで、発光素子５１は、発光ダイオードからなるもので、当該発光素子５１は、その発光部にて、照明レンズ５２に対向するように、当該照明レンズ５２と同軸的にＬ字状矩形筒体４０ｂ内にその延出端部側にて支持されている。これにより、当該発光素子５１は、その駆動により発光して、照明レンズ５２に向けて白色光を出射する。
【００３４】
照明レンズ５２は、発光素子５１と液晶パネル５３との間において、発光素子５１及び液晶パネル５３と同軸的にＬ字状矩形筒体４０ｂ内に組み付けられており、当該照明レンズ５２は、発光素子５１からの白色光を平行光として、液晶パネル５３に向けて出射する。
【００３５】
また、液晶パネル５３は、照明レンズ５２の発光素子５１とは反対側にて、照明レンズ５２と同軸的にＬ字状矩形筒体４０ｂ内に組み付けられており、この液晶パネル５３は、照明レンズ５２からの平行光を受光することで、表示情報を表示する。このことは、当該液晶パネル５３は、照明レンズ５２からの平行光に基づき、上記表示情報を含む表示光を出射することを意味する。なお、発光素子５１、照明レンズ５２及び液晶パネル５３がともに同軸的に位置することは、これら発光素子５１、照明レンズ５２及び液晶パネル５３の各軸が同一の光軸であることを意味する。
【００３６】
反射ミラー６０は、Ｌ字状長手矩形筒体４０ｂの境界筒部４９内にて、延出方向側内壁面４９ａに沿い固着されており、当該反射ミラー６０は、その反射面にて、液晶パネル５３及びレンズ系７０を同軸的に臨むようになっている。
【００３７】
しかして、当該反射ミラー６０は、その反射面にて、液晶パネル５３からの表示光を入射されて反射し、反射表示光としてレンズ系７０に向けて出射する。
【００３８】
レンズ系７０は、Ｌ字状長手矩形筒体４０ｂの基端側矩形筒部４７内にその延出端部側にて同軸的に組み付けられており、このレンズ系７０は、厚い凸レンズ７１及び色消し用凹レンズ７２でもって構成されている。
【００３９】
凸レンズ７１は、反射ミラー６０に対向しており、この凸レンズ７１は、反射ミラー６０の反射面からの反射表示光を同軸的に入射されて集光して凹レンズ７２に向けて出射する。
【００４０】
凹レンズ７２は、複数波長の光に生ずる色収差を除去する役割を果たすもので、この凹レンズ７２は、凸レンズ７１に沿うようにその出射側にて同軸的に配設されている。しかして、当該凹レンズ７２は、凸レンズ７１から出射される反射ミラー６０の反射表示光の色収差を除去してピンホール素子８０に向けて出射する。
【００４１】
本実施形態においては、レンズ系７０の焦点ｆは、図３にて示すごとく、ピンホール素子８０のピンホール部８１（後述する）の中心と同一位置に設定されている。このことは、レンズ系７０は、反射ミラー６０からの反射表示光を、ピンホール素子８０のピンホール部８１の中心上に集光することを意味する。但し、本実施形態では、ピンホール部８１の中心上に集光した反射ミラー６０からの反射表示光は、後述のごとく、凹面鏡１００の焦点に結像するように、液晶パネル５３とレンズ系７０との間の光軸上の距離が調整されている。
【００４２】
ピンホール素子８０は、薄い平板状のもので、当該ピンホール素子８０は、ピンホールレンズとしての役割を果たす。当該ピンホール素子８０は、基端側矩形筒部４７内の凹レンズ７２の出射側部位にレンズ系７０と同軸的に組み付けられており、当該ピンホール素子８０には、ピンホール部８１が、レンズ系７０と同軸的に形成されている。
【００４３】
しかして、当該ピンホール素子８０は、凹レンズ７２からの出射光を入射されてピンホール部８１の中心にて受光し、上記表示情報の倒立像を表すピンホール光としてハーフミラー９０（後述する）に向けて出射する。
【００４４】
本実施形態において、ピンホール素子８０のピンホール部８１の内径は、次のように設定されている。即ち、ピンホール部８１の内径が小さい程、ピンホール素子８０による焦点深度が深くなるため、現実世界の情報、例えば、乗用車Ａ（図２参照）と網膜投影表示装置Ｄの扁平状矩形筒体４０ａの前側透明板４４ａとの間の距離が変化しても、当該現実世界の情報は、鮮明な像として、後述するドライバーの左眼Ｉの網膜Ｉｃに投影される。
【００４５】
しかしながら、ピンホール部８１の内径が小さすぎると、光の回折現象が発生し網膜Ｉｃへの投影像の鮮明度が低下する。一方、ピンホール部８１の内径が大きいほど、焦点深度が浅くなる。このことは、ピンホール部８１の内径が大きすぎると、焦点深度が浅くなりすぎることを意味する。従って、このような浅い焦点深度のもとで、乗用車Ａと左眼Ｉとの間の距離が変化すると、ピンぼけが網膜Ｉｃへの投影像に生じるおそれがある。このことは、網膜Ｉｃへの投影像が、ピンぼけにより、不鮮明になることを意味する。
【００４６】
このため、ピンホール部８１の内径は、光の回折現象を招かない範囲内であってピンホール素子８０による焦点深度をできる限り深くし、かつ、上記ピンぼけの発生を招かない範囲内の値に設定されている。このことは、ピンホール素子８０による焦点深度が、光の回折現象及び上記ピンぼけの各発生を招かない範囲内において、深く設定されていることを意味する。
【００４７】
ハーフミラー９０は、その中心にて、ピンホール素子８０と同軸上に位置するとともに、ピンホール素子８０及び前側透明板４４ａの双方を臨むように、ピンホール素子８０の軸に対し４５°の傾斜角にて、扁平状矩形筒体４０ａ内において傾斜状に組み付けられている。
【００４８】
しかして、当該ハーフミラー９０は、ピンホール素子８０からピンホール光を入射されてその部分を透過し部分透過光として凹面鏡１００に向けて出射する。また、当該ハーフミラー９０は、凹面鏡１００から後述のように出射される反射光の部分を部分反射光として反射するとともに、上述した現実世界の情報である乗用車Ａを表す外光の部分を部分外光として透過して、これら部分反射光及び部分外光を重ね合わせた重畳光として後側透明板４５ａを通してドライバーの左眼Ｉに向けて出射する。このことは、ハーフミラー９０が上記重畳光を左眼Ｉの角膜Ｉａ、瞳孔Ｉｂ及び水晶体Ｉｃを通して網膜Ｉｄに投影表示することを意味する。
【００４９】
本実施形態では、ハーフミラー９０が上記重畳光を出射する軸は、左眼Ｉの瞳孔Ｉｂの中心を通るように、網膜投影表示装置ＤがゴーグルＧによりドライバーの左眼に対向して支持される。これにより、ハーフミラー９０が上記重畳光をドライバーの左眼Ｉの瞳孔Ｉｂの中心を通り網膜Ｉｄに投影することで、上記重畳光により表される映像が、後述する凹面鏡１００の半径Ｒ（図３参照）及び上述したピンホール素子８０のピンホール部８１の内径のもと、網膜Ｉｄ上に鮮明な映像として表示される。
【００５０】
凹面鏡１００は、扁平状矩形筒体４０ａ内において、ハーフミラー９０の出射側にて、当該ハーフミラー９０と同軸的に組み付けられており、当該凹面鏡１００の凹状反射面１０１は、ハーフミラー９０に対向している。但し、凹面鏡１００の球心は、ピンホール部８１の中心、換言すれば、レンズ系７０の焦点ｆに位置する（図３参照）。また、当該凹面鏡１００の焦点は、この凹面鏡１００の光軸上にて半径１／２の位置にあるとともに、ハーフミラー９０の中心に位置する。また、本実施形態では、レンズ系７０の像点（液晶パネル５３の表示映像の結像点に対応）は、レンズ系７０の物点（液晶パネル５３の表示映像に対応）に対し、凹面鏡１００の光軸上において当該凹面鏡１００の焦点に位置する。なお、凹面鏡１００の半径は、当該凹面鏡１００の中心である球心と当該凹面鏡１００の凹状反射面１０１との間における凹面鏡１００の光軸上の長さに相当する。
【００５１】
従って、当該凹面鏡１００は、その凹状反射面１０１にて、ハーフミラー９０からの透過光を入射されて、反射光としてハーフミラー９０に向けて反射すると、この反射光は、平行光としてハーフミラー９０に入射する。
【００５２】
本実施形態において、ピンホール素子８０、ハーフミラー９０及び凹面鏡１００が同軸的に位置することは、これらピンホール素子８０、ハーフミラー９０及び凹面鏡１００がその各軸にて同一の光軸上に位置することを意味する。
【００５３】
以上のように構成した本実施形態において、オートバイのドライバーが、ゴーグルＧを装着すれば、網膜投影表示装置Ｄは、その扁平状矩形筒体４０ａにて、ゴーグルＧの左側風防レンズ２０を介してドライバーの左眼Ｉに対向する。なお、当該ドライバーの左右両眼は正常であるものとする。また、本実施形態において、風防レンズ２０は、レンズ機能を有さない。
【００５４】
しかして、当該網膜投影表示装置Ｄにおいて、液晶表示器５０が、液晶パネル５３から表示光を出射すると、レンズ系７０は、当該表示光を入射されてピンホール素子８０に向けて出射する。すると、ピンホール素子８０は、レンズ系７０からの表示光を、ピンホール部８１により絞り、ピンホール光として出射する（図３参照）。
【００５５】
ここで、レンズ系７０の焦点ｆが、上述したごとく、ピンホール素子８０のピンホール部８１の中心に位置することから、レンズ系７０から出射される表示光は、ピンホール部８１の中心に集光した後、ピンホール素子８０から上述のピンホール光としてハーフミラー９０に向けて出射される。
【００５６】
このようにハーフミラー９０に向けて出射されたピンホール光が、当該ハーフミラー９０に入射すると、当該ピンホール光は、その光量の半分の光量にて、部分透過光として当該ハーフミラー９０を透過して凹面鏡１００に入射する。このように入射した部分透過光は、凹面鏡１００によりその反射面１０１により反射されてハーフミラー９０に再び入射して部分反射光として反射される。
【００５７】
ここで、上述のごとく、レンズ系７０の焦点ｆ及び凹面鏡１００の球心が、ピンホール素子８０のピンホール部８１の中心に位置し、レンズ系７０の像点が凹面鏡１００の焦点に位置することから、凹面鏡１００からハーフミラー９０に向けて反射される部分反射光は平行光となる。
【００５８】
一方、乗用車Ａ（図２参照）を表す外光がハーフミラー９０入射すると、この外光は、その光量の半分の光量にて、ハーフミラー９０を通り、部分外光として当該ハーフミラー９０から出射する。
【００５９】
すると、上述した部分反射平行光及び部分外光がハーフミラー９０から重畳光となって理想レンズＩｅを通り網膜Ｉｄに向けて出射される。このため、液晶パネル５３の出射表示光により表される映像が、凹面鏡１００からの部分反射平行光のもと、乗用車Ａの像と共に、左目Ｉの網膜Ｉｄに投影表示される。なお、上述した理想レンズＩｅは、左目Ｉの角膜Ｉａ、瞳孔Ｉｂ及び水晶体Ｉｃでもって、等価的に構成される。
【００６０】
ここで、レンズ系７０の焦点ｆ及び凹面鏡１００の球心が、上述のごとく、ピンホール素子８０のピンホール部８１の中心に位置する。しかも、ピンホール素子８０による焦点深度が、上述したごとく、光の回折現象及び上記ピンぼけの各発生を招かない範囲にて、深く設定されている。
【００６１】
このため、眼Ｉの瞳孔Ｉｂに向けて出射される重畳光は、乗用車Ａと網膜投影表示装置Ｄの扁平状矩形筒体４０ａの前側透明板４４ａとの間の距離がどのように異なっていても、何らピント調整を必要とすることなく、鮮明に網膜Ｉｄに投影され得る。
【００６２】
また、上述のごとく、ハーフミラー９０による重畳光の投影軸が、瞳孔Ｉｂの中心を通るため、液晶パネル５３の出射表示光により表される映像が、鮮明に網膜Ｉｄに投影表示され得る。このことは、液晶パネル５３の出射表示光により表される映像が、乗用車Ａの像と共に、鮮明に網膜Ｉｄに投影表示され得ることを意味する。
【００６３】
なお、本発明の実施にあたり、上記実施形態に限ることなく、次のような種々の変形例が挙げられる。
（１）本発明の実施にあたり、上記実施形態にて述べたハーフミラー９０は、凹面鏡１００の焦点とはずれて位置していてもよい。
（２）本発明の実施にあたり、上記実施形態にて述べたハーフミラー９０は、これに限ることなく、その入射光の一部（５０％に限らない。）を透光させる部分透光板であってもよい。
（３）本発明は、上記実施形態にて述べたゴーグルＧに限ることなく、携帯電話や自動車のヘッドアップディスプレイに適用してもよい。
（４）また、本発明の適用にあたり、ピンホール素子８０のピンホール部８１は、上記実施形態とは異なり、ピンホール素子８０にその中心とする円周に沿い複数のピンホール部８１を間隔をおいて形成するようにしてもよい。これによれば、眼Ｉの移動等があっても、ハーフミラー９０から眼Ｉへの重畳光の入射が、瞳孔から外れることがないので、網膜Ｉｃへの投影映像を容易に見ることができる。
（５）また、本発明の実施にあたり、ゴーグルＧの左右両レンズは、風防レンズ２０に代えて、近視或いは遠視等に対応するレンズであってもよい。
（６）本発明の実施にあたっては、ピンホール素子８０に上述したピンボケ及び回折現象を生じさせない焦点深度の深い範囲内において映像表示装置５０の映像を、乗用車Ａの像と共に、鮮明に網膜に投影可能となるような所定の軸上ずれ範囲（凹面鏡の所定の軸上範囲）内に凹面鏡の焦点とレンズ系７０の像点との間のずれが収まっておれば、映像を明瞭に視認することができる。
【符号の説明】
【００６４】
５０…液晶表示器、７０…レンズ系、７１…凸レンズ、７２…凹レンズ、
８０…ピンホール素子、８１…ピンホール部、９０…ハーフミラー、
１００…凹面鏡、ｆ…焦点。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、拡張現実（Argument Reality）技術の分野において、現実世界の詳細な情報等の電子映像を現実世界の情景等の対象に重畳させた重畳映像を網膜に投影することで表示するようにした網膜投影表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の網膜投影表示装置としては、例えば、下記特許文献１に開示されている視線方向依存型の網膜ディスプレイ装置が提案されている。この網膜ディスプレイ装置においては、仮想映像光をピンホール及びハーフミラーを通して凹面鏡に入射させ、この凹面鏡により反射される反射仮想映像光をハーフミラーにより反射するとともに、対象光をハーフミラーに入射して、ハーフミラーによる反射仮想映像光を、ハーフミラーを透過する対象光とともに、人の眼の網膜に入射するようになっている。このことは、仮想映像及び対象が、仮想映像光及び対象光によって、重畳映像として網膜に投影されることを意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−９０６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記網膜ディスプレイ装置においては、ピンホールから出射する仮想映像光は、発散光として凹面鏡に入射して当該凹面鏡により反射されて、凹面鏡の焦点とは異なる位置に集光するようになっているため、上述した凹面鏡による反射仮想映像光は、発散仮想映像光となる。
【０００５】
従って、このような発散仮想映像光が、ハーフミラーにより反射された後、対象光とともに、人の網膜に入射しても、発散仮想映像光が、網膜上に結像することがない。その結果、網膜上には仮想映像、ひいては、重畳映像を鮮明に投影することができないという不具合が生ずる。
【０００６】
そこで、本発明は、以上のようなことに対処するため、種々の表示映像を現実世界の対象に重畳させた重畳映像を、眼の網膜に鮮明に投影表示するようにした網膜投影表示装置を提供することを眼的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題の解決にあたり、本発明に係る網膜投影表示装置は、請求項１の記載によれば、
映像を表す映像表示光を出射する映像表示装置（５０）と、
当該映像表示装置とその出射側にて同軸的に配置されるピンホール素子であってそのピンホール部（８１）により映像表示装置からの上記映像表示光を絞ってピンホール表示光として出射するピンホール素子（８０）と、
当該ピンホール素子及び現実世界の対象の双方を臨むようにピンホール素子とその出射側にて同軸的に配置されて当該ピンホール素子からの上記ピンホール表示光の部分を透過表示光として透光させる部分透光板（９０）と、
部分透光板とそのピンホール素子とは反対側にて同軸的に配置されて上記部分透光板からの上記透過表示光を反射してピンホール素子と同軸上に集光させる凹面鏡（１００）とを備えて、
部分透光板は、凹面鏡からの反射表示光の部分を部分反射表示光として反射するとともに、上記現実世界の対象からの当該対象を表す対象光の部分を、上記部分反射表示光との重畳により重畳光となって人の眼の網膜に投影するように、部分対象光として透光させる。
【０００８】
当該網膜投影表示装置において、映像表示装置とピンホール素子との間にて同軸的に配置されて凹面鏡から部分透光板への上記反射表示光を平行光にするように映像表示装置からの上記映像表示光をピンホール素子と同軸上にて上記ピンホール部を通して凹面鏡の焦点を含む所定の軸上範囲内に結像させる凸レンズ系（７１、７２）を具備することを特徴とする。
【０００９】
これによれば、凹面鏡からの反射表示光を平行光にするように映像表示装置からの上記映像表示光をピンホール素子と同軸上にて上記ピンホール部を通して凹面鏡の焦点上に結像させる凸レンズ系を、映像表示装置とピンホール素子との間に上述のごとく配設するのみで、上述の重畳光による映像を、鮮明に網膜に投影し得る。
【００１０】
なお、上述した所定の軸上範囲は、ピンホール素子にピンボケ及び回折を生じさせない焦点深度の範囲内において映像を実質的に明瞭に網膜に投影可能となるような凹面鏡の焦点と凸レンズ系の像点との間の凹面鏡の軸上ずれ範囲をいう。
【００１１】
また、本発明は、請求項２の記載によれば、請求項１に記載の網膜投影表示装置において、凸レンズ系の焦点（ｆ）は、凹面鏡の球心と共に、ピンホール素子と同軸上にて、上記ピンホール部と同一位置に設定されており、
凸レンズ系の像点が凹面鏡の焦点に位置するように、映像表示装置と凸レンズ系との距離が調整されていることを特徴とする。
【００１２】
これにより、請求項１に記載の発明の作用効果がより一層具体的に達成され得る。
【００１３】
また、本発明は、請求項３の記載によれば、請求項１または２に記載の網膜投影表示装置において、部分透光板が上記重畳光を投影する軸は、眼の瞳孔の中心を通ることを特徴とする。
【００１４】
これにより、重畳光により表される映像は、網膜上に鮮明に投影表示され得る。
【００１５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る網膜投影表示装置の一実施形態をゴーグルに適用した例を示す斜視図である。
【図２】図１の網膜投影表示装置を人の眼及び乗用車と共に示す縦断面である。
【図３】図２の網膜投影表示装置の光学系統を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を図面により説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る網膜投影表示装置ＤをゴーグルＧに適用してなる一実施形態を示している。
【００１９】
本実施形態では、ゴーグルＧは、オートバイのドライバー用に採用されるもので、当該ゴーグルＧは、フレーム１０、左右両側風防レンズ２０及びゴムベルト３０を備えている。フレーム１０は、左右両側レンズ枠部１１の左右両側端部から左右両側アーム部１２をＬ字状に延出して構成されている。左右両側風防レンズ２０は、フレーム１０の左右両側レンズ枠部１１に嵌め込まれている。ゴムベルト３０は、左右両側アーム部１２の各延出端部の間に連結されている。
【００２０】
しかして、当該ゴーグルＧは、左右両側風防レンズ２０をドライバーの左右両眼に対向させるように、当該ドライバーの頭部にフレーム１０及びゴムベルト３０を装着することで、使用される。
【００２１】
網膜投影表示装置Ｄは、図１にて示すごとく、ゴーグルＧの左右両側レンズ枠部１１のうちの左側レンズ枠部１１に支持されている。
【００２２】
当該網膜投影表示装置Ｄは、図１或いは図２にて示すごとく、Ｌ字状ケーシング４０を備えている。このＬ字状ケーシング４０は、扁平状矩形筒体４０ａと、Ｌ字状長手矩形筒体４０ｂとにより構成されており、扁平状矩形筒体４０ａは、その上壁４１にて、両ネジ４２ａ、４２ｂ及び支持板４３を介し、フレーム１０の左側レンズ枠部１１の上縁部１１ａに組み付けられて、左側風防レンズ２０の前側に支持されている。
【００２３】
ここで、扁平状矩形筒体４０ａは、その前側環状開口部４４にて、前方に向け開口しており、当該前側環状開口部４４には、前側透明板４４ａが嵌着されている。また、当該扁平状矩形筒体４０ａは、その後側環状開口部４５（図２参照）にて、左側風防レンズ２０に対向しており、この後側環状開口部４５には、後側透明板４５ａが嵌着されている（図２参照）。
【００２４】
また、Ｌ字状長手矩形筒体４０ｂは、基端側矩形筒部４７、先端側矩形筒部４８及び境界筒部４９を有しており、基端側筒部４７は、扁平状矩形筒体４０ａの左壁開口部４６（図２参照）から一体的に左方に向け同軸的に延出されている。先端側筒部４８は、基端側矩形筒部４７の延出端部から境界筒部４９を介して後方へＬ字状に折れ曲がって、フレーム１０の左側アーム部１２に沿い延出している。
【００２５】
境界筒部４９は、図１或いは図２にて示すごとく、基端側矩形筒部４７と先端側矩形筒部４８との間に形成されており、当該境界筒部４９は、その基端側矩形筒部４７の延出方向側内壁面４９ａ（図２参照）にて、平面状に形成されている。ここで、当該延出方向側内壁面４９ａは、液晶パネル５３の軸に対し４５°をなして、基端側矩形筒部４７及び先端側矩形筒部４８の各内部を傾斜状にかつ同軸的に臨むように形成されている。
【００２６】
上述した両ネジ４２ａ、４２ｂ及び支持板４３は、扁平状矩形筒体４０ａをフレーム１０の左側レンズ枠部１１に上下方向及び左右の位置調整可能に支持する位置調整支持機構としての役割を果たす。
【００２７】
この位置調整支持機構において、ネジ４２ａは、その首下雄ネジ部にて、支持板４３の前端中央部に形成した雌ネジ孔部４３ａに上下方向に相対尾移動可能に螺合されており、当該ネジ４２ａの首下雄ネジ部は、その先端部にて、扁平状矩形筒体４０ａの上壁４１の前側左右方向中央部に突設した支持壁４１ａの支持孔部内に上下方向に相対移動不能にかつ相対回動可能に支持されている。
【００２８】
これにより、扁平状矩形筒体４０ａが、その上壁４１にて、支持板４３の下側にて、この支持板４３に平行に位置するように、ネジ４２ａにより支持板４３に支持される。また、ネジ４３ａを支持板４３の雌ネジ孔部４３ａに対し上下方向に移動させることで、扁平状矩形筒体４０ａの左側風防レンズ２０に沿い上下方向へ位置調整可能となる。
【００２９】
また、ネジ４２ｂは、その首下雄ネジ部にて、支持板４３の後側左右方向中央部に形成した長孔部４３ｂを通して、扁平状矩形筒体４０ａの上壁４１の後側左右方向中央部に、上下方向に移動可能に螺合されており、当該ネジ４２ｂは、その頭部にて、支持板４３の長孔部４３ｂを扁平状矩形筒体４０ａの上壁４１の後側左右方向中央部上に挟持するようになっている。これにより、扁平状矩形筒体４０ａが、その後側開口部４５にて、左側風防レンズ２０に対向するように、ネジ４２ｂ及び支持板４３により支持される。
【００３０】
ここで、長孔部４３ｂは、支持板４３の後側左右方向中央部において左右方向に長孔状に形成されており、この長孔部４３ｂの前後方向幅は、ネジ４２ｂの首下部の外径よりも幾分大きい。これにより、ネジ４２ｂを上方へ移動させることにより緩めれば、支持板４３、換言すれば、扁平状矩形筒体４０ａを、フレーム１０の左側レンズ枠部１１の上縁部１１ａに沿い左右方向へ位置調整可能となる。
【００３１】
また、当該網膜投影表示装置Ｄは、図２にて示すごとく、液晶表示器５０と、反射ミラー６０と、レンズ系７０と、ピンホール素子８０と、ハーフミラー９０と、凹面鏡１００とを備えており、これら液晶表示器５０、反射ミラー６０、レンズ系７０、ピンホール素子８０、ハーフミラー９０及び凹面鏡１００は、Ｌ字状ケーシング４０内にＬ字状矩形筒体４０ｂから扁平状矩形筒体４０ａにかけて収容されている。
【００３２】
液晶表示器５０は、発光素子５１と、照明レンズ５２と、透過型液晶パネル５３とにより構成されており、これら発光素子５１、照明レンズ５２及び透過型液晶パネル５３は、図２にて示すごとく、Ｌ字状矩形筒体４０ｂ内にその延出端部から軸方向中間部位４７に向けて順次収容支持されている。
【００３３】
ここで、発光素子５１は、発光ダイオードからなるもので、当該発光素子５１は、その発光部にて、照明レンズ５２に対向するように、当該照明レンズ５２と同軸的にＬ字状矩形筒体４０ｂ内にその延出端部側にて支持されている。これにより、当該発光素子５１は、その駆動により発光して、照明レンズ５２に向けて白色光を出射する。
【００３４】
照明レンズ５２は、発光素子５１と液晶パネル５３との間において、発光素子５１及び液晶パネル５３と同軸的にＬ字状矩形筒体４０ｂ内に組み付けられており、当該照明レンズ５２は、発光素子５１からの白色光を平行光として、液晶パネル５３に向けて出射する。
【００３５】
また、液晶パネル５３は、照明レンズ５２の発光素子５１とは反対側にて、照明レンズ５２と同軸的にＬ字状矩形筒体４０ｂ内に組み付けられており、この液晶パネル５３は、照明レンズ５２からの平行光を受光することで、表示情報を表示する。このことは、当該液晶パネル５３は、照明レンズ５２からの平行光に基づき、上記表示情報を含む表示光を出射することを意味する。なお、発光素子５１、照明レンズ５２及び液晶パネル５３がともに同軸的に位置することは、これら発光素子５１、照明レンズ５２及び液晶パネル５３の各軸が同一の光軸であることを意味する。
【００３６】
反射ミラー６０は、Ｌ字状長手矩形筒体４０ｂの境界筒部４９内にて、延出方向側内壁面４９ａに沿い固着されており、当該反射ミラー６０は、その反射面にて、液晶パネル５３及びレンズ系７０を同軸的に臨むようになっている。
【００３７】
しかして、当該反射ミラー６０は、その反射面にて、液晶パネル５３からの表示光を入射されて反射し、反射表示光としてレンズ系７０に向けて出射する。
【００３８】
レンズ系７０は、Ｌ字状長手矩形筒体４０ｂの基端側矩形筒部４７内にその延出端部側にて同軸的に組み付けられており、このレンズ系７０は、厚い凸レンズ７１及び色消し用凹レンズ７２でもって構成されている。
【００３９】
凸レンズ７１は、反射ミラー６０に対向しており、この凸レンズ７１は、反射ミラー６０の反射面からの反射表示光を同軸的に入射されて集光して凹レンズ７２に向けて出射する。
【００４０】
凹レンズ７２は、複数波長の光に生ずる色収差を除去する役割を果たすもので、この凹レンズ７２は、凸レンズ７１に沿うようにその出射側にて同軸的に配設されている。しかして、当該凹レンズ７２は、凸レンズ７１から出射される反射ミラー６０の反射表示光の色収差を除去してピンホール素子８０に向けて出射する。
【００４１】
本実施形態においては、レンズ系７０の焦点ｆは、図３にて示すごとく、ピンホール素子８０のピンホール部８１（後述する）の中心と同一位置に設定されている。このことは、レンズ系７０は、反射ミラー６０からの反射表示光を、ピンホール素子８０のピンホール部８１の中心上に集光することを意味する。但し、本実施形態では、ピンホール部８１の中心上に集光した反射ミラー６０からの反射表示光は、後述のごとく、凹面鏡１００の焦点に結像するように、液晶パネル５３とレンズ系７０との間の光軸上の距離が調整されている。
【００４２】
ピンホール素子８０は、薄い平板状のもので、当該ピンホール素子８０は、ピンホールレンズとしての役割を果たす。当該ピンホール素子８０は、基端側矩形筒部４７内の凹レンズ７２の出射側部位にレンズ系７０と同軸的に組み付けられており、当該ピンホール素子８０には、ピンホール部８１が、レンズ系７０と同軸的に形成されている。
【００４３】
しかして、当該ピンホール素子８０は、凹レンズ７２からの出射光を入射されてピンホール部８１の中心にて受光し、上記表示情報の倒立像を表すピンホール光としてハーフミラー９０（後述する）に向けて出射する。
【００４４】
本実施形態において、ピンホール素子８０のピンホール部８１の内径は、次のように設定されている。即ち、ピンホール部８１の内径が小さい程、ピンホール素子８０による焦点深度が深くなるため、現実世界の情報、例えば、乗用車Ａ（図２参照）と網膜投影表示装置Ｄの扁平状矩形筒体４０ａの前側透明板４４ａとの間の距離が変化しても、当該現実世界の情報は、鮮明な像として、後述するドライバーの左眼Ｉの網膜Ｉｃに投影される。
【００４５】
しかしながら、ピンホール部８１の内径が小さすぎると、光の回折現象が発生し網膜Ｉｃへの投影像の鮮明度が低下する。一方、ピンホール部８１の内径が大きいほど、焦点深度が浅くなる。このことは、ピンホール部８１の内径が大きすぎると、焦点深度が浅くなりすぎることを意味する。従って、このような浅い焦点深度のもとで、乗用車Ａと左眼Ｉとの間の距離が変化すると、ピンぼけが網膜Ｉｃへの投影像に生じるおそれがある。このことは、網膜Ｉｃへの投影像が、ピンぼけにより、不鮮明になることを意味する。
【００４６】
このため、ピンホール部８１の内径は、光の回折現象を招かない範囲内であってピンホール素子８０による焦点深度をできる限り深くし、かつ、上記ピンぼけの発生を招かない範囲内の値に設定されている。このことは、ピンホール素子８０による焦点深度が、光の回折現象及び上記ピンぼけの各発生を招かない範囲内において、深く設定されていることを意味する。
【００４７】
ハーフミラー９０は、その中心にて、ピンホール素子８０と同軸上に位置するとともに、ピンホール素子８０及び前側透明板４４ａの双方を臨むように、ピンホール素子８０の軸に対し４５°の傾斜角にて、扁平状矩形筒体４０ａ内において傾斜状に組み付けられている。
【００４８】
しかして、当該ハーフミラー９０は、ピンホール素子８０からピンホール光を入射されてその部分を透過し部分透過光として凹面鏡１００に向けて出射する。また、当該ハーフミラー９０は、凹面鏡１００から後述のように出射される反射光の部分を部分反射光として反射するとともに、上述した現実世界の情報である乗用車Ａを表す外光の部分を部分外光として透過して、これら部分反射光及び部分外光を重ね合わせた重畳光として後側透明板４５ａを通してドライバーの左眼Ｉに向けて出射する。このことは、ハーフミラー９０が上記重畳光を左眼Ｉの角膜Ｉａ、瞳孔Ｉｂ及び水晶体Ｉｃを通して網膜Ｉｄに投影表示することを意味する。
【００４９】
本実施形態では、ハーフミラー９０が上記重畳光を出射する軸は、左眼Ｉの瞳孔Ｉｂの中心を通るように、網膜投影表示装置ＤがゴーグルＧによりドライバーの左眼に対向して支持される。これにより、ハーフミラー９０が上記重畳光をドライバーの左眼Ｉの瞳孔Ｉｂの中心を通り網膜Ｉｄに投影することで、上記重畳光により表される映像が、後述する凹面鏡１００の半径Ｒ（図３参照）及び上述したピンホール素子８０のピンホール部８１の内径のもと、網膜Ｉｄ上に鮮明な映像として表示される。
【００５０】
凹面鏡１００は、扁平状矩形筒体４０ａ内において、ハーフミラー９０の出射側にて、当該ハーフミラー９０と同軸的に組み付けられており、当該凹面鏡１００の凹状反射面１０１は、ハーフミラー９０に対向している。但し、凹面鏡１００の球心は、ピンホール部８１の中心、換言すれば、レンズ系７０の焦点ｆに位置する（図３参照）。また、当該凹面鏡１００の焦点は、この凹面鏡１００の光軸上にて半径１／２の位置にあるとともに、ハーフミラー９０の中心に位置する。また、本実施形態では、レンズ系７０の像点（液晶パネル５３の表示映像の結像点に対応）は、レンズ系７０の物点（液晶パネル５３の表示映像に対応）に対し、凹面鏡１００の光軸上において当該凹面鏡１００の焦点に位置する。なお、凹面鏡１００の半径は、当該凹面鏡１００の中心である球心と当該凹面鏡１００の凹状反射面１０１との間における凹面鏡１００の光軸上の長さに相当する。
【００５１】
従って、当該凹面鏡１００は、その凹状反射面１０１にて、ハーフミラー９０からの透過光を入射されて、反射光としてハーフミラー９０に向けて反射すると、この反射光は、平行光としてハーフミラー９０に入射する。
【００５２】
本実施形態において、ピンホール素子８０、ハーフミラー９０及び凹面鏡１００が同軸的に位置することは、これらピンホール素子８０、ハーフミラー９０及び凹面鏡１００がその各軸にて同一の光軸上に位置することを意味する。
【００５３】
以上のように構成した本実施形態において、オートバイのドライバーが、ゴーグルＧを装着すれば、網膜投影表示装置Ｄは、その扁平状矩形筒体４０ａにて、ゴーグルＧの左側風防レンズ２０を介してドライバーの左眼Ｉに対向する。なお、当該ドライバーの左右両眼は正常であるものとする。また、本実施形態において、風防レンズ２０は、レンズ機能を有さない。
【００５４】
しかして、当該網膜投影表示装置Ｄにおいて、液晶表示器５０が、液晶パネル５３から表示光を出射すると、レンズ系７０は、当該表示光を入射されてピンホール素子８０に向けて出射する。すると、ピンホール素子８０は、レンズ系７０からの表示光を、ピンホール部８１により絞り、ピンホール光として出射する（図３参照）。
【００５５】
ここで、レンズ系７０の焦点ｆが、上述したごとく、ピンホール素子８０のピンホール部８１の中心に位置することから、レンズ系７０から出射される表示光は、ピンホール部８１の中心に集光した後、ピンホール素子８０から上述のピンホール光としてハーフミラー９０に向けて出射される。
【００５６】
このようにハーフミラー９０に向けて出射されたピンホール光が、当該ハーフミラー９０に入射すると、当該ピンホール光は、その光量の半分の光量にて、部分透過光として当該ハーフミラー９０を透過して凹面鏡１００に入射する。このように入射した部分透過光は、凹面鏡１００によりその反射面１０１により反射されてハーフミラー９０に再び入射して部分反射光として反射される。
【００５７】
ここで、上述のごとく、レンズ系７０の焦点ｆ及び凹面鏡１００の球心が、ピンホール素子８０のピンホール部８１の中心に位置し、レンズ系７０の像点が凹面鏡１００の焦点に位置することから、凹面鏡１００からハーフミラー９０に向けて反射される部分反射光は平行光となる。
【００５８】
一方、乗用車Ａ（図２参照）を表す外光がハーフミラー９０入射すると、この外光は、その光量の半分の光量にて、ハーフミラー９０を通り、部分外光として当該ハーフミラー９０から出射する。
【００５９】
すると、上述した部分反射平行光及び部分外光がハーフミラー９０から重畳光となって理想レンズＩｅを通り網膜Ｉｄに向けて出射される。このため、液晶パネル５３の出射表示光により表される映像が、凹面鏡１００からの部分反射平行光のもと、乗用車Ａの像と共に、左目Ｉの網膜Ｉｄに投影表示される。なお、上述した理想レンズＩｅは、左目Ｉの角膜Ｉａ、瞳孔Ｉｂ及び水晶体Ｉｃでもって、等価的に構成される。
【００６０】
ここで、レンズ系７０の焦点ｆ及び凹面鏡１００の球心が、上述のごとく、ピンホール素子８０のピンホール部８１の中心に位置する。しかも、ピンホール素子８０による焦点深度が、上述したごとく、光の回折現象及び上記ピンぼけの各発生を招かない範囲にて、深く設定されている。
【００６１】
このため、眼Ｉの瞳孔Ｉｂに向けて出射される重畳光は、乗用車Ａと網膜投影表示装置Ｄの扁平状矩形筒体４０ａの前側透明板４４ａとの間の距離がどのように異なっていても、何らピント調整を必要とすることなく、鮮明に網膜Ｉｄに投影され得る。
【００６２】
また、上述のごとく、ハーフミラー９０による重畳光の投影軸が、瞳孔Ｉｂの中心を通るため、液晶パネル５３の出射表示光により表される映像が、鮮明に網膜Ｉｄに投影表示され得る。このことは、液晶パネル５３の出射表示光により表される映像が、乗用車Ａの像と共に、鮮明に網膜Ｉｄに投影表示され得ることを意味する。
【００６３】
なお、本発明の実施にあたり、上記実施形態に限ることなく、次のような種々の変形例が挙げられる。
（１）本発明の実施にあたり、上記実施形態にて述べたハーフミラー９０は、凹面鏡１００の焦点とはずれて位置していてもよい。
（２）本発明の実施にあたり、上記実施形態にて述べたハーフミラー９０は、これに限ることなく、その入射光の一部（５０％に限らない。）を透光させる部分透光板であってもよい。
（３）本発明は、上記実施形態にて述べたゴーグルＧに限ることなく、携帯電話や自動車のヘッドアップディスプレイに適用してもよい。
（４）また、本発明の適用にあたり、ピンホール素子８０のピンホール部８１は、上記実施形態とは異なり、ピンホール素子８０にその中心とする円周に沿い複数のピンホール部８１を間隔をおいて形成するようにしてもよい。これによれば、眼Ｉの移動等があっても、ハーフミラー９０から眼Ｉへの重畳光の入射が、瞳孔から外れることがないので、網膜Ｉｃへの投影映像を容易に見ることができる。
（５）また、本発明の実施にあたり、ゴーグルＧの左右両レンズは、風防レンズ２０に代えて、近視或いは遠視等に対応するレンズであってもよい。
（６）本発明の実施にあたっては、ピンホール素子８０に上述したピンボケ及び回折現象を生じさせない焦点深度の深い範囲内において映像表示装置５０の映像を、乗用車Ａの像と共に、鮮明に網膜に投影可能となるような所定の軸上ずれ範囲（凹面鏡の所定の軸上範囲）内に凹面鏡の焦点とレンズ系７０の像点との間のずれが収まっておれば、映像を明瞭に視認することができる。
【符号の説明】
【００６４】
５０…液晶表示器、７０…レンズ系、７１…凸レンズ、７２…凹レンズ、
８０…ピンホール素子、８１…ピンホール部、９０…ハーフミラー、
１００…凹面鏡、ｆ…焦点。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像を表す映像表示光を出射する映像表示装置と、
当該映像表示装置とその出射側にて同軸的に配置されるピンホール素子であってそのピンホール部により前記映像表示装置からの前記映像表示光を絞ってピンホール表示光として出射するピンホール素子と、
当該ピンホール素子及び現実世界の対象の双方を臨むように前記ピンホール素子とその出射側にて同軸的に配置されて当該ピンホール素子からの前記ピンホール表示光の部分を透過表示光として透光させる部分透光板と、
当該部分透光板とその前記ピンホール素子とは反対側にて同軸的に配置されて前記部分透光板からの前記透過表示光を反射して前記ピンホール素子と同軸上に集光させる凹面鏡とを備えて、
前記部分透光板は、前記凹面鏡からの反射表示光の部分を部分反射表示光として反射するとともに、前記現実世界の対象からの当該対象を表す対象光の部分を、前記部分反射表示光との重畳により重畳光となって人の眼の網膜に投影するように、部分対象光として透光させる網膜投影表示装置において、
前記映像表示装置と前記ピンホール素子との間にて同軸的に配置されて前記凹面鏡から前記部分透光板への前記反射表示光を平行光にするように前記映像表示装置からの前記映像表示光を前記ピンホール素子と同軸上にて前記ピンホール部を通して前記凹面鏡の焦点を含む所定の軸上範囲内に結像させる凸レンズ系を具備することを特徴とする網膜投影表示装置。
【請求項２】
前記凸レンズ系の焦点は、前記凹面鏡の球心と共に、前記ピンホール素子と同軸上にて、前記ピンホール部と同一位置に設定されており、
前記凸レンズ系の像点が前記凹面鏡の焦点に位置するように、前記映像表示装置と前記凸レンズ系との距離が調整されていることを特徴とする請求項１に記載の網膜投影表示装置。
【請求項３】
前記部分透光板が前記重畳光を投影する軸は、前記眼の瞳孔の中心を通ることを特徴とする請求項１または２に記載の網膜投影表示装置。
【請求項１】
映像を表す映像表示光を出射する映像表示装置と、
当該映像表示装置とその出射側にて同軸的に配置されるピンホール素子であってそのピンホール部により前記映像表示装置からの前記映像表示光を絞ってピンホール表示光として出射するピンホール素子と、
当該ピンホール素子及び現実世界の対象の双方を臨むように前記ピンホール素子とその出射側にて同軸的に配置されて当該ピンホール素子からの前記ピンホール表示光の部分を透過表示光として透光させる部分透光板と、
当該部分透光板とその前記ピンホール素子とは反対側にて同軸的に配置されて前記部分透光板からの前記透過表示光を反射して前記ピンホール素子と同軸上に集光させる凹面鏡とを備えて、
前記部分透光板は、前記凹面鏡からの反射表示光の部分を部分反射表示光として反射するとともに、前記現実世界の対象からの当該対象を表す対象光の部分を、前記部分反射表示光との重畳により重畳光となって人の眼の網膜に投影するように、部分対象光として透光させる網膜投影表示装置において、
前記映像表示装置と前記ピンホール素子との間にて同軸的に配置されて前記凹面鏡から前記部分透光板への前記反射表示光を平行光にするように前記映像表示装置からの前記映像表示光を前記ピンホール素子と同軸上にて前記ピンホール部を通して前記凹面鏡の焦点を含む所定の軸上範囲内に結像させる凸レンズ系を具備することを特徴とする網膜投影表示装置。
【請求項２】
前記凸レンズ系の焦点は、前記凹面鏡の球心と共に、前記ピンホール素子と同軸上にて、前記ピンホール部と同一位置に設定されており、
前記凸レンズ系の像点が前記凹面鏡の焦点に位置するように、前記映像表示装置と前記凸レンズ系との距離が調整されていることを特徴とする請求項１に記載の網膜投影表示装置。
【請求項３】
前記部分透光板が前記重畳光を投影する軸は、前記眼の瞳孔の中心を通ることを特徴とする請求項１または２に記載の網膜投影表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１９９７８（Ｐ２０１３−１９９７８Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５１５２３（Ｐ２０１１−１５１５２３）
【出願日】平成２３年７月８日（２０１１．７．８）
【出願人】（５０４３３１６８０）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月８日（２０１１．７．８）
【出願人】（５０４３３１６８０）
【Ｆターム（参考）】
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