頭部装着型表示装置
【課題】広い入射部を確保しつつ、射出部の空気層を必要とせず接眼レンズの保持が容易に行える頭部装着型表示装置を提供する。
【解決手段】頭部装着型表示装置１０は、装着状態において第１光学面３１は装着者側に面し、第３光学面３３および第４光学面３４は第１光学面３１と鋭角の内角を形成する６面体形状の導光プリズム３０と、映像光を導光プリズム３０の第１光学面３１の入射部３１ａに向けて出射する映像表示素子２１と、導光プリズム３０の第１光学面３１の射出部３１ｃに接合されまたは一体に形成された接眼レンズ４０とを有する。入射部３１ａに入射した映像光が、第３光学３３で反射され、第１光学面３１の反射部３１ｂで反射された後、第４光学面３４で反射され、該接眼レンズ４０の光軸上にある装着者の瞳孔方向へ射出される。入射部３１ａと反射部３１ｂとはその一部が重なっており、かつ、射出部３１ｃは反射部３１ｂと重ならない。
【解決手段】頭部装着型表示装置１０は、装着状態において第１光学面３１は装着者側に面し、第３光学面３３および第４光学面３４は第１光学面３１と鋭角の内角を形成する６面体形状の導光プリズム３０と、映像光を導光プリズム３０の第１光学面３１の入射部３１ａに向けて出射する映像表示素子２１と、導光プリズム３０の第１光学面３１の射出部３１ｃに接合されまたは一体に形成された接眼レンズ４０とを有する。入射部３１ａに入射した映像光が、第３光学３３で反射され、第１光学面３１の反射部３１ｂで反射された後、第４光学面３４で反射され、該接眼レンズ４０の光軸上にある装着者の瞳孔方向へ射出される。入射部３１ａと反射部３１ｂとはその一部が重なっており、かつ、射出部３１ｃは反射部３１ｂと重ならない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、頭部装着型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
映像表示素子から射出した映像光を導光するための導光プリズムと、映像表示素子の映像を虚像として観察するための接眼レンズとを組み合わせることで、視野の目の前に空中像として表示映像を観察する頭部装着型表示装置が知られている。
【０００３】
特に、屋外でも使用する頭部装着型表示装置では、装置の小型化が重要であり、例えば、映像表示素子と導光プリズムとを分離して、眼鏡の異なる部分（フレームやレンズ等）により保持する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この場合、映像表示素子による映像を観察者が適切な位置で観察するには、映像表示素子、導光プリズム、および、接眼レンズを適切な相対位置関係で保持することが重要となる。また、装着者の頭部寸法は、頭幅、瞳孔距離（眼幅）、耳から眼球までの距離等に個人差があるので、個人に応じた調整も必要とされる。そこで、特許文献１では、導光プリズムと映像表示素子との相対位置関係を調整する調整機構を設けている。
【０００４】
また、導光プリズムを用いた特許文献１の頭部装着型表示装置では、映像表示素子から出射された映像光を、導光プリズムの一端側から入射させ、導光プリズム内で奇数回ジグザグに反射させて、他端部からエアギャップを介して接眼レンズに入射させることにより、眼球に向けて射出している。映像光を導光プリズム内にジグザグに通すことによって、導光プリズムに映像光を入射させる入射部の幅を広く取りながら、導光プリズムの視線方向の厚さを狭くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２２６６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のように、導光プリズム内での反射の回数を奇数回とすると、偶数回反射の場合と比較して導光プリズムと映像表示素子との相対移動によって、より大きな瞳位置の調整効果が得られる。図７は、映像表示素子１０１および映像光を射出する射出部に接眼レンズ１０３が固定された導光プリズム１０２を含む頭部装着型表示装置において、映像表示素子１０１と導光プリズムとを相対変位させて瞳位置の調整を行う場合の光路の変化を示している。図７（ａ）では、導光プリズム１０２内を映像光が偶数回（２回）反射し、図７（ｂ）では奇数回（５回）反射している。図中、実線および鎖線はそれぞれ移動前および移動後の構成および光軸経路を表し、導光プリズム１０２を、固定された映像表示素子１０１に対して略平行に移動させている。図７から明らかなように、導光プリズム１０２内で２回反射の場合は、導光プリズム１０２の移動幅Ｌ１に対して眼幅調整幅Ｌ２が小さく、導光プリズム１０２内で５回反射の場合は、導光プリズム１０２の移動幅Ｌ１に対して眼幅調整幅Ｌ３が大きくなる。すなわち、導光プリズム内で奇数回反射する場合は、僅かな機械的調整量で大きな眼幅調整効果を得ることができる。
【０００７】
図８は、図７（ｂ）で示した光学系を通る光の光路を説明する図である。この図から分かるように、導光プリズムの１０２の映像光の入射部１０２ａ（図の両矢印により、導光プリズムの面の対応する一部分を示すものとする）と射出部１０２ｃとは、略垂直に入射する光を透過させ、また、プリズム内を導光される光を全反射する透過反射面となっている。このため、入射部では透過面１０２ａと反射面１０２ｂ１とが１つの連続面となっているため、映像表示素子１０１と導光プリズム１０２とを相対的に変位させても、互いの有効領域によりケラレが発生することなく光線を通すことができる。一方、接眼レンズが配置された射出部１０２ｃにおいては、導光プリズム１０２での全反射をする面１０２ｂ２と、接眼レンズへ映像光を射出する透過面１０２ｃとが重複するため、導光プリズム１０２と接眼レンズ１０３との間に空気層（エアギャップ）を設けることが必要となる。
【０００８】
しかし、このような頭部装着型表示装置では、エアギャップを設けたことにより、導光プリズムに対して接眼レンズを保持するために外装筐体や複雑な保持機構が必要となる。エアギャップを設けずに、瞳孔プリズム内を映像光を入射側と出射側の斜面で２回反射させて接眼レンズから出射させる構成もあるが、その場合は広い瞳位置調整幅を得ることができない。
【０００９】
したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、広い入射部を確保しつつ、射出部の空気層を必要とせず接眼レンズの保持が容易に行える頭部装着型表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する請求項１に係る頭部装着型表示装置の発明は、
それぞれ対向する第１光学面および第２光学面と、第３光学面および第４光学面と、第５光学面および第６光学面とを有し、装着状態において前記第１光学面は装着者側に面し、前記第３光学面および前記第４光学面は前記第１光学面と鋭角の内角を形成し、前記第５および第６光学面は、それぞれ第１、第２、第３および第４光学面と接する、多面体形状の導光プリズムと、
映像光を前記導光プリズムの前記第１光学面の入射部に向けて出射する映像表示部と、
前記導光プリズムの前記第１光学面の射出部に接合されまたは一体に形成された接眼レンズとを備え、
前記導光プリズムは、前記第１光学面の前記入射部に入射した前記映像光が、前記第３光学面で反射され、前記第１光学面と前記第２光学面との間で合わせて奇数回反射された後、前記第４光学面で反射され、前記接眼レンズを透過して、該接眼レンズの光軸上にある装着者の瞳孔方向へ射出されるように構成され、
前記第１光学面の前記入射部と前記反射部とはその一部が重なっており、かつ、前記射出部は前記反射部と重ならないことを特徴とするものである。
ここで、「対向する」とは、向かい合って配置することを意味し、２面が平行である場合と、傾きを有して配置されている場合との双方を含む。
【００１１】
前記導光プリズムは、前記第３光学面で反射された前記映像光が、前記第１光学面の反射部で１回反射された後、前記第４光学面で反射されるように構成されることが好ましく、前記映像光の光軸が前記第１光学面の前記反射部で反射される位置は、前記第１光学面の前記第３光学面および前記第４光学面と接する２つの辺の間の中心よりも前記入射部側に位置することが好ましい。さらに好適には、前記第２光学面は光吸収面とすることができる。
【００１２】
あるいは、前記導光プリズム内の前記装着者の前記瞳孔方向へ出射される前記映像光が透過しない、前記第２光学面を含む部分を切り欠いて、該切り欠かれた部分の表面を光吸収面としても良い。
【００１３】
また、前記接眼レンズの位置を、前記映像表示部を出射して前記装着者の前記瞳孔方向へ射出される前記映像光の光束の開口絞りとすることが好ましい。
【００１４】
さらに、前記導光プリズムの前記第１光学面が、前記映像光の前記射出部からの出射面の法線方向を前記装着者の瞳孔に向けるように、前記射出部と前記反射部との間で屈曲していても良い。
【００１５】
また、好ましくは、前記映像表示部に対して前記導光プリズムを、前記映像表示部から出射される前記映像光の出射方向を横切る方向に移動させるスライド機構を備えることができる。
【００１６】
さらに、前記第１光学面の前記射出部の少なくとも一方の幅は、人間の平均的な瞳孔径である４ｍｍよりも小さいことが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、導光プリズムを、第１光学面の入射部と反射部とはその一部が重なっており、かつ、射出部は反射部と重ならないように構成し、接眼レンズを導光プリズムの第１光学面の射出部に接合されまたは一体に形成したので、広い入射部を確保しつつ、射出部の空気層を必要とせず接眼レンズの保持が容易に行える頭部装着型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る頭部装着型表示装置を眼鏡に装着した状態を模式的に示す平面図である。
【図２】図１の頭部装着型表示装置の光学系の構成を光束とともに模式的に示す図である。
【図３】図１の頭部装着型表示装置のスライド機構を示す模式図である。
【図４】映像表示素子と導光プリズムとの相対位置をシフトさせたときの光路を説明する図である。
【図５】本発明の第２実施の形態に係る頭部装着型表示装置の光学系の構成と導光される光束を模式的に示す図である。
【図６】本発明の第３実施の形態に係る頭部装着型表示装置の光学系の構成を模式的に示す図である。
【図７】映像表示素子と導光プリズムとの相対移動による瞳位置の調整を説明する図である。
【図８】図７（ｂ）で示した光学系を通る光の光路を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
（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表示装置１０を眼鏡６０に装着した状態を模式的に示す平面図である。頭部装着型表示装置１０は、主として本体部２０および導光プリズム３０と接眼レンズ４０とから構成される接眼光学部を備える。頭部装着型表示装置１０を眼鏡６０に取り付ける場合、本体部２０は、装着者の頭部に装着される眼鏡６０のフレーム６１の右側テンプルに、支持部２０ａ等により取り付けられる。
【００２１】
本体部２０は、眼鏡６０のフレーム６１に沿い装着者の前方へ延び、その先端は
、右側眼鏡レンズ６２の側方で、後述する取付部５０を介して導光プリズム３０と連結されている。導光プリズム３０は、眼鏡６０の右側眼鏡レンズ６２の前方を、取付部５０から装着者の視野内まで略水平に延びている。後述するように、導光プリズム３０は、本体部２０から射出される映像光を導光し、先端に固定された接眼レンズ４０から眼球７０に向けて射出する。
【００２２】
図２は、図１の頭部装着型表示装置の光学系の構成を導光される光束とともに模式的に示す図である。図２(ａ)は、図１において装着者の頭部側から見た上面図であり、図２（ｂ）は図１において装着者と対面する側から見た正面図である。この光学系は、映像表示部である映像表示素子２１、導光プリズム３０および接眼レンズ４０を含んで構成される。
【００２３】
映像表示素子２１は、観察すべき画像を表示する液晶表示素子や有機ＥＬ素子等の素子であり、本体部２０の筐体内に搭載されている。この映像表示素子２１に表示された映像の映像光は、導光プリズム３０に入射させるようになっている。なお、映像表示素子２１を保護するための保護窓を映像表示素子２１の素子面近傍に設けることが好ましい。
【００２４】
導光プリズム３０は、プラスチックやガラス等からなるプリズムであり、本体部２０に固定された図１の取付部５０によりスライド可能に支持されている。なお、取付部５０に対してスライドする導光プリズム３０の端部は、外周を覆う筐体に収納されていても良い。
【００２５】
導光プリズム３０は、第１光学面３１、第２光学面３２、第３光学面３３、第４光学面３４、第５光学面３５および第６光学面３６を有する６面体プリズムである。第１光学面３１と第２光学面３２とは、６面体における対向面であり、互いに略平行な面を構成している。第３光学面３３と第４光学面３４とは、６面体における対向面であり、第１光学面３１に関して互いに向かい合う方向に傾斜が付けられている。すなわち、第３光学面３３と第４光学面３４とは、第１光学面３１と鋭角の内角を形成している。また、第３光学面３３及び第４光学面３４にはミラーコーティングを施している。
【００２６】
すなわち、図２に示されるように、導光プリズム３０では、第１光学面３１と第２光学面３２と第３光学面３３と第４光学面３４とが略台形の形状を有する断面を構成している。さらに、この台形の断面図において、第１光学面３１は第２光学面３２よりも長く、第２光学面３２は第３光学面３３及び第４光学面３４よりも長いという形状を有する。
【００２７】
一方、第５光学面３５と第６光学面３６とは、第１〜第４光学面３１〜３４にそれぞれ接する６面体における対向面であり、互いに向かい合う方向に緩い傾斜が付けられている。この傾斜は、図２（ｂ）からも読み取れるように、第５光学面３５と第６光学面３６との間隔が、第３光学面３３から第４光学面３４にかけて狭くなるような傾斜となっており、第４光学面３４側では、人間の平均的な瞳孔径である４ｍｍより狭くなっている。第５光学面３５と第６光学面３６は装着者が映像を観察するために要する光学面ではないため、不要光の発生を防止するため光吸収面とするのが好ましい。
【００２８】
第１光学面３１は、装着者が頭部装着型表示装置１０を装着した状態で、装着者に面するように位置づけられる。映像表示素子２１は、第１光学面３１の第３光学面３３側の入射部３１ａに向けて映像光を射出するように配置される。また、第１光学面３１の第４光学面３４側には、接眼レンズ４０が接合されまたは一体に形成された射出部３１ｃとなっている。ここで、第５光学面３５と第６光学面３６との間に位置する射出部３１ｃの鉛直方向の幅は、４ｍｍより狭くなっている。
【００２９】
図２では、映像表示素子２１を出射して導光プリズム３０内を導光され、接眼レンズ４０から接眼レンズ４０の光軸上にある装着者の瞳孔方向へ射出される映像光の光束をも示している。この光学系において、接眼レンズ４０の位置は、映像光の光束を制限する開口絞りとして機能している。映像表示素子２１から出射された映像光は、導光プリズム３０の第１光学面３１の入射部３１ａ（図の両矢印により、導光プリズムの面の対応する一部分を示すものとする、以下の図において同様）に入射してこれを透過する。その後、映像光は、ミラー面である第３光学面３３で反射され、第１光学面３１の反射部３１ｂに臨界角よりも大きい角度で入射して反射される。さらに、第１光学面３１の反射部３１ｂで反射された映像光は、ミラー面である第４光学面３４で反射され、第１光学面３１の射出部３１ｃから接眼レンズ４０に入射する。接眼レンズ４０に入射した映像光は、接眼レンズ４０の正のパワーによって装着者の瞳孔７１に向けて射出される。これにより、装着者の視野内に空中像として映像が表示される。
【００３０】
導光プリズム３０は、第１光学面３１と第３光学面３３とが形成する内角が、第１光学面３１と第４光学面３４とが形成する内角よりも小さく、このため、映像光の光軸Ｏが第１光学面３１の反射部３１ｂで反射される位置ＲＯは、第１光学面３１の第３光学面３３および第４光学面３４と接する２つの辺の間の中心（図において導光プリズム３０の台形の断面の底辺の中央）よりも入射部側（第３光学面３３側）に位置する。これにより、第１光学面３１の入射部３１ａから入射して第３光学面３３で反射された映像光の光束の一部は、第１光学面の入射部３１ａと同じ領域で反射される。さらに、映像光の光束は、第１光学面３３の射出部３１ｃとは異なる第１光学面３３上の反射部３１ｂで反射される。すなわち、第１光学面３１の入射部３１ａと反射部３１ｂとは一部重なり、反射部３１ｂと射出部３３ｃとは重ならない分離された構成となっている。反射部３１ｂと射出部３３ｃとが重ならないことにより、導光プリズム３０と接眼レンズ４０との間にエアギャップを設ける必要が無くなる。
【００３１】
また、第２光学面３２は、図２から明らかなように映像光の反射面となっていない。このため、第２光学面は、迷光などのノイズ光を吸収する光吸収面として形成される。具体的には、第２光学面は、例えば、砂面処理を行った面を黒色に塗って形成する。
【００３２】
次に、本体部２０の映像表示素子２１に対して導光プリズム３０を移動させるスライド機構について説明する。図３は、図１の取付部５０のスライド機構を示す模式図であり、図３(ａ)は、図１において装着者と対面する側から見た正面図で、それぞれ移動前後の機構を示し、図３(ｂ)は、図１において装着者の頭部側から見た上面図であり、それぞれ移動前後の機構を示している。図３（ａ），（ｂ）に示すように、導光プリズム３０は映像光の入射側（第３光学面３３側）が取付部５０内にスライド可能に嵌入している。移動機構は、例えば取付部５０に凹状のスライドガイド５１を設け、そこへ、導光プリズム３０（またはその筐体）の光学面として作用しない面に設けられた凸状のスライドガイド５２を係合させて移動させる構成とすることができる。このとき、映像表示素子２１は移動しない。したがって、スライド機構は、映像表示素子２１に対して導光プリズム３０を、映像表示素子２１から出射される映像光の出射方向を横切る方向に移動させる。このようにスライド機構を設けたので、瞳位置の調整を容易に行うことができる。
【００３３】
図４は、映像表示素子と導光プリズムとの相対位置をシフトさせたときの光路を説明する上面図であり、図４（ａ）は、映像表示素子２１と接眼レンズ４０とを近づける方向（眼幅を広げる方向）にシフトさせた場合を示し、図４（ｂ）は、映像表示素子２１と接眼レンズ４０とを遠ざける方向（眼幅を狭める方向）にシフトさせた場合を示す。これらの図４（ａ）および図４（ｂ）において、映像表示素子２１の異なる３点から出射した光を、それぞれ実線、破線および一点鎖線で示している（後述する図６および図８についても同様）。映像表示素子２１を左方向に相対的にシフトすることにより、瞳位置が右方向にシフトし、映像表示素子２１を右方向に相対的にシフトすることにより、瞳位置が左方向にシフトする。したがって、僅かな調整幅でより大きな瞳位置の調整効果が得られる。
【００３４】
ここで、映像表示素子２１側の入射部３１ａと導光プリズム３０内部の反射部３１ｂとが重なっても良い構成であるため、表示素子２１と導光プリズム３０とを大きく相対シフトさせても、導光プリズムに映像光を入射させることが可能である。また、映像光が導光プリズム３０から出射する射出部３１ｃと、導光プリズム内で反射する反射部３１ｂとは、上記相対シフト範囲において常に重ならない。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、第１光学面３１の入射部３１ａと反射部３１ｂとはその一部が重なり合うように構成したので、映像表示素子２１と導光プリズム３０との相対位置調整幅を大きくとることができる。また、射出部３１ｃは反射部３１ｂと重ならないようにし、第１光学面３１の射出部３１ｃに接眼レンズ４０を接合または一体に形成したので、導光プリズム３０に対して接眼レンズ４０を保持するための外装筐体や複雑な保持機構が必要とされず、これらの保持機構を簡素化することができる。
【００３６】
また、導光プリズムを保持するための外装や筐体が不要となるため、より細い接眼光学系が容易に実現可能であり、人間の平均的な瞳孔径である４ｍｍよりも細くしたことで、外界と電子映像がシースルーで重畳して観察することができる。
【００３７】
さらに、第２光学面３２を光吸収面としたので、外光の入射による視認性の低下を防ぎ、導光プリズム３０内の不所望な反射によるゴースト光を吸収し、見やすい表示映像を提供することができる。
【００３８】
また、接眼レンズ４０の位置を、映像光の光束を制限する開口絞りとしたので、第１光学面３１の反射部３１ｂと射出部３１ｃとを厳密に分離した光学系を設計することが容易となる。つまり、射出部３１ｂを適切な開口サイズに絞ることで第1光学面３１の反射部３１ｂと射出部３１ｃを分離することができ、また、接眼レンズ４０の位置が映像光の光束を制限する開口絞りであるために、開口サイズを絞った際に映像がケラレることがない。
【００３９】
なお、本実施の形態では第１光学面３１の射出部３１ｃの少なくとも一方向の幅は人間の平均的な瞳孔径である４ｍｍよりも小さいとしたが、外装や筐体が不要であることからより大きな接眼レンズを用いることもできる。その場合、より見やすい映像観察を提供することができる。
【００４０】
また、本実施の形態では、導光プリズム３０内の反射回数が３回、すなわち、第３光学面３３で反射された前記映像光が、第１光学面３１の反射部３１ｂで１回反射された後、第４光学面３４で反射されるように導光プリズム３０を構成しているが、この反射回数は、第１光学面３１の入射部３１ａと反射部３１ｂとがその一部で重なっており、かつ、射出部３１ｃは反射部３１ｂと重ならない限り、５回以上の奇数とすることもできる。その場合も、映像表示素子２１と導光プリズム３０との相対位置調整幅を大きくとることができ、且つ、導光プリズム３０に対して接眼レンズ４０を保持するための保持機構を簡素化することができるという効果が得られる。特に、本実施の形態のように、反射回数が合計３回（第３光学面３３、第１光学面３１、第４光学面３４で各１回反射）の場合には、接眼レンズを通る光束を大きくすることができ、より大きな画像を表示できる。また、導光プリズムの長さを比較的短く設計することもできる。
【００４１】
（第２実施の形態）
図５は、本発明の第２実施の形態に係る頭部装着型表示装置の光学系の構成を模式的に示す図であり、装着者の頭部側から見た上面図を示している。本実施の形態は、図２の第１実施の形態に係る導光プリズム３０において、導光プリズム３０と映像表示素子２１とがいずれの相対位置となる場合でも光束が透過しない部分３７を切り欠いたものである。映像光の反射面となっていない図２の第２光学面３２は、全体に渡って切り欠いている。また、導光プリズムの切り欠かれた部分の面３８ａ,３８ｂは、図１の第２光学面３２と同様に光吸収面として形成されている。その他の構成、作用は、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。
【００４２】
以上のように、本実施の形態では、第１実施の形態に係る頭部装着型表示装置の効果に加え、導光プリズム３０の第２光学面３２側の部分を大きく切り欠いて、その切り欠かれた面に光吸収面を設けたので、より高いゴースト光の除去効果が得られる。また、導光プリズム３０を大きく切り欠くことによって、導光プリズム３０を小型化および軽量化することができる。
【００４３】
（第３実施の形態）
図６は、本発明の第３実施の形態に係る頭部装着型表示装置の光学系の構成を模式的に示す図であり、装着者の頭部側から見た上面図を示している。図６の導光プリズム３０の第１光学面３１は、入射部３１ａおよび反射部３１ｂと射出部３１ｃとの間で屈曲しており、映像光の射出部３１ｃからの出射面の法線方向が、装着者の瞳孔方向に向いて傾いている。第１光学面３１の射出部３１の射出面は、反射部３１ｂで反射された映像光の光束の下端に沿うように傾けられる。すなわち、導光プリズム３０は、射出部３１ｃの近傍において、第１光学面３１の射出部３１ｃから出射する光束が通り、第１光学面３１の反射部３１ｂで反射された光が通らない領域を、取り除いた形状となっている。第１光学面３１の射出部３１ｃの入射部３１ａおよび反射部３１ｂに対する傾きは、５度〜１５度とすることが好ましく、この範囲の角度にすることによって、導光プリズム３０内部の反射光の光線角度に近づく。その他の構成、作用は、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。
【００４４】
以上のように、本実施の形態では、第１実施の形態に係る頭部装着型表示装置１０の効果に加え、導光プリズム３０の第１光学面３１側の射出部３１ｃを入射部３１ａおよび反射部３１ｂに対して傾けたので、導光プリズム３０をより小型化することができる。また、装着者の眼球に対して斜めから映像光が入射するので、特に視野の端の方に映像を表示したい場合に好適である。
【００４５】
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。たとえば、頭部装着型表示装置は右眼用のものに限られず、実施の形態の装置と左右反転した設計により左眼用の装置を構成することもできる。また、頭部装着型表示装置は、眼鏡に装着するものに限られず、例えばヘルメットのようなものに固定されていても良い。さらに、上記各実施の形態では、本体部と導光プリズムとの間に取付部を設け、取付部と導光プリズムとを互いにスライドさせるスライド機構を設けたが、導光プリズムと映像表示素子との相対位置の調整手段はこれに限られない。例えば、特許文献１のように、導光プリズムは眼鏡のレンズに固定して、表示素子の相対位置を調整することもできる。また、映像表示素子からの映像光の光軸は、第１光学面の入射部に垂直に入射する必要は無く、本発明の効果が得られる範囲で傾きを有していても良い。さらに、導光プリズムは、６面体プリズムに限られず、少なくとも６面を有して形成される多面体プリズムであれば良い。また、多面体プリズムには、隣接する面の間の稜線部分に丸みをつけた形状も含む。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 頭部装着型表示装置
２０ 本体部
２０ａ 支持部
２１ 映像表示素子
３０ 導光プリズム
３１ 第１光学面
３１ａ 入射部
３１ｂ 反射部
３１ｃ 射出部
３２ 第２光学面
３３ 第３光学面
３４ 第４光学面
３５ 第５光学面
３６ 第６光学面
３７ 切り欠き部
３８ａ，３８ｂ 切り欠き面
４０ 接眼レンズ
５０ 取付部
５１ スライドガイド（凹）
５２ スライドガイド（凸）
６０ 眼鏡
７０ 眼球
７１ 瞳孔
Ｏ 光軸
ＲＯ 光軸反射位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、頭部装着型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
映像表示素子から射出した映像光を導光するための導光プリズムと、映像表示素子の映像を虚像として観察するための接眼レンズとを組み合わせることで、視野の目の前に空中像として表示映像を観察する頭部装着型表示装置が知られている。
【０００３】
特に、屋外でも使用する頭部装着型表示装置では、装置の小型化が重要であり、例えば、映像表示素子と導光プリズムとを分離して、眼鏡の異なる部分（フレームやレンズ等）により保持する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この場合、映像表示素子による映像を観察者が適切な位置で観察するには、映像表示素子、導光プリズム、および、接眼レンズを適切な相対位置関係で保持することが重要となる。また、装着者の頭部寸法は、頭幅、瞳孔距離（眼幅）、耳から眼球までの距離等に個人差があるので、個人に応じた調整も必要とされる。そこで、特許文献１では、導光プリズムと映像表示素子との相対位置関係を調整する調整機構を設けている。
【０００４】
また、導光プリズムを用いた特許文献１の頭部装着型表示装置では、映像表示素子から出射された映像光を、導光プリズムの一端側から入射させ、導光プリズム内で奇数回ジグザグに反射させて、他端部からエアギャップを介して接眼レンズに入射させることにより、眼球に向けて射出している。映像光を導光プリズム内にジグザグに通すことによって、導光プリズムに映像光を入射させる入射部の幅を広く取りながら、導光プリズムの視線方向の厚さを狭くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２２６６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のように、導光プリズム内での反射の回数を奇数回とすると、偶数回反射の場合と比較して導光プリズムと映像表示素子との相対移動によって、より大きな瞳位置の調整効果が得られる。図７は、映像表示素子１０１および映像光を射出する射出部に接眼レンズ１０３が固定された導光プリズム１０２を含む頭部装着型表示装置において、映像表示素子１０１と導光プリズムとを相対変位させて瞳位置の調整を行う場合の光路の変化を示している。図７（ａ）では、導光プリズム１０２内を映像光が偶数回（２回）反射し、図７（ｂ）では奇数回（５回）反射している。図中、実線および鎖線はそれぞれ移動前および移動後の構成および光軸経路を表し、導光プリズム１０２を、固定された映像表示素子１０１に対して略平行に移動させている。図７から明らかなように、導光プリズム１０２内で２回反射の場合は、導光プリズム１０２の移動幅Ｌ１に対して眼幅調整幅Ｌ２が小さく、導光プリズム１０２内で５回反射の場合は、導光プリズム１０２の移動幅Ｌ１に対して眼幅調整幅Ｌ３が大きくなる。すなわち、導光プリズム内で奇数回反射する場合は、僅かな機械的調整量で大きな眼幅調整効果を得ることができる。
【０００７】
図８は、図７（ｂ）で示した光学系を通る光の光路を説明する図である。この図から分かるように、導光プリズムの１０２の映像光の入射部１０２ａ（図の両矢印により、導光プリズムの面の対応する一部分を示すものとする）と射出部１０２ｃとは、略垂直に入射する光を透過させ、また、プリズム内を導光される光を全反射する透過反射面となっている。このため、入射部では透過面１０２ａと反射面１０２ｂ１とが１つの連続面となっているため、映像表示素子１０１と導光プリズム１０２とを相対的に変位させても、互いの有効領域によりケラレが発生することなく光線を通すことができる。一方、接眼レンズが配置された射出部１０２ｃにおいては、導光プリズム１０２での全反射をする面１０２ｂ２と、接眼レンズへ映像光を射出する透過面１０２ｃとが重複するため、導光プリズム１０２と接眼レンズ１０３との間に空気層（エアギャップ）を設けることが必要となる。
【０００８】
しかし、このような頭部装着型表示装置では、エアギャップを設けたことにより、導光プリズムに対して接眼レンズを保持するために外装筐体や複雑な保持機構が必要となる。エアギャップを設けずに、瞳孔プリズム内を映像光を入射側と出射側の斜面で２回反射させて接眼レンズから出射させる構成もあるが、その場合は広い瞳位置調整幅を得ることができない。
【０００９】
したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、広い入射部を確保しつつ、射出部の空気層を必要とせず接眼レンズの保持が容易に行える頭部装着型表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する請求項１に係る頭部装着型表示装置の発明は、
それぞれ対向する第１光学面および第２光学面と、第３光学面および第４光学面と、第５光学面および第６光学面とを有し、装着状態において前記第１光学面は装着者側に面し、前記第３光学面および前記第４光学面は前記第１光学面と鋭角の内角を形成し、前記第５および第６光学面は、それぞれ第１、第２、第３および第４光学面と接する、多面体形状の導光プリズムと、
映像光を前記導光プリズムの前記第１光学面の入射部に向けて出射する映像表示部と、
前記導光プリズムの前記第１光学面の射出部に接合されまたは一体に形成された接眼レンズとを備え、
前記導光プリズムは、前記第１光学面の前記入射部に入射した前記映像光が、前記第３光学面で反射され、前記第１光学面と前記第２光学面との間で合わせて奇数回反射された後、前記第４光学面で反射され、前記接眼レンズを透過して、該接眼レンズの光軸上にある装着者の瞳孔方向へ射出されるように構成され、
前記第１光学面の前記入射部と前記反射部とはその一部が重なっており、かつ、前記射出部は前記反射部と重ならないことを特徴とするものである。
ここで、「対向する」とは、向かい合って配置することを意味し、２面が平行である場合と、傾きを有して配置されている場合との双方を含む。
【００１１】
前記導光プリズムは、前記第３光学面で反射された前記映像光が、前記第１光学面の反射部で１回反射された後、前記第４光学面で反射されるように構成されることが好ましく、前記映像光の光軸が前記第１光学面の前記反射部で反射される位置は、前記第１光学面の前記第３光学面および前記第４光学面と接する２つの辺の間の中心よりも前記入射部側に位置することが好ましい。さらに好適には、前記第２光学面は光吸収面とすることができる。
【００１２】
あるいは、前記導光プリズム内の前記装着者の前記瞳孔方向へ出射される前記映像光が透過しない、前記第２光学面を含む部分を切り欠いて、該切り欠かれた部分の表面を光吸収面としても良い。
【００１３】
また、前記接眼レンズの位置を、前記映像表示部を出射して前記装着者の前記瞳孔方向へ射出される前記映像光の光束の開口絞りとすることが好ましい。
【００１４】
さらに、前記導光プリズムの前記第１光学面が、前記映像光の前記射出部からの出射面の法線方向を前記装着者の瞳孔に向けるように、前記射出部と前記反射部との間で屈曲していても良い。
【００１５】
また、好ましくは、前記映像表示部に対して前記導光プリズムを、前記映像表示部から出射される前記映像光の出射方向を横切る方向に移動させるスライド機構を備えることができる。
【００１６】
さらに、前記第１光学面の前記射出部の少なくとも一方の幅は、人間の平均的な瞳孔径である４ｍｍよりも小さいことが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、導光プリズムを、第１光学面の入射部と反射部とはその一部が重なっており、かつ、射出部は反射部と重ならないように構成し、接眼レンズを導光プリズムの第１光学面の射出部に接合されまたは一体に形成したので、広い入射部を確保しつつ、射出部の空気層を必要とせず接眼レンズの保持が容易に行える頭部装着型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る頭部装着型表示装置を眼鏡に装着した状態を模式的に示す平面図である。
【図２】図１の頭部装着型表示装置の光学系の構成を光束とともに模式的に示す図である。
【図３】図１の頭部装着型表示装置のスライド機構を示す模式図である。
【図４】映像表示素子と導光プリズムとの相対位置をシフトさせたときの光路を説明する図である。
【図５】本発明の第２実施の形態に係る頭部装着型表示装置の光学系の構成と導光される光束を模式的に示す図である。
【図６】本発明の第３実施の形態に係る頭部装着型表示装置の光学系の構成を模式的に示す図である。
【図７】映像表示素子と導光プリズムとの相対移動による瞳位置の調整を説明する図である。
【図８】図７（ｂ）で示した光学系を通る光の光路を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
（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表示装置１０を眼鏡６０に装着した状態を模式的に示す平面図である。頭部装着型表示装置１０は、主として本体部２０および導光プリズム３０と接眼レンズ４０とから構成される接眼光学部を備える。頭部装着型表示装置１０を眼鏡６０に取り付ける場合、本体部２０は、装着者の頭部に装着される眼鏡６０のフレーム６１の右側テンプルに、支持部２０ａ等により取り付けられる。
【００２１】
本体部２０は、眼鏡６０のフレーム６１に沿い装着者の前方へ延び、その先端は
、右側眼鏡レンズ６２の側方で、後述する取付部５０を介して導光プリズム３０と連結されている。導光プリズム３０は、眼鏡６０の右側眼鏡レンズ６２の前方を、取付部５０から装着者の視野内まで略水平に延びている。後述するように、導光プリズム３０は、本体部２０から射出される映像光を導光し、先端に固定された接眼レンズ４０から眼球７０に向けて射出する。
【００２２】
図２は、図１の頭部装着型表示装置の光学系の構成を導光される光束とともに模式的に示す図である。図２(ａ)は、図１において装着者の頭部側から見た上面図であり、図２（ｂ）は図１において装着者と対面する側から見た正面図である。この光学系は、映像表示部である映像表示素子２１、導光プリズム３０および接眼レンズ４０を含んで構成される。
【００２３】
映像表示素子２１は、観察すべき画像を表示する液晶表示素子や有機ＥＬ素子等の素子であり、本体部２０の筐体内に搭載されている。この映像表示素子２１に表示された映像の映像光は、導光プリズム３０に入射させるようになっている。なお、映像表示素子２１を保護するための保護窓を映像表示素子２１の素子面近傍に設けることが好ましい。
【００２４】
導光プリズム３０は、プラスチックやガラス等からなるプリズムであり、本体部２０に固定された図１の取付部５０によりスライド可能に支持されている。なお、取付部５０に対してスライドする導光プリズム３０の端部は、外周を覆う筐体に収納されていても良い。
【００２５】
導光プリズム３０は、第１光学面３１、第２光学面３２、第３光学面３３、第４光学面３４、第５光学面３５および第６光学面３６を有する６面体プリズムである。第１光学面３１と第２光学面３２とは、６面体における対向面であり、互いに略平行な面を構成している。第３光学面３３と第４光学面３４とは、６面体における対向面であり、第１光学面３１に関して互いに向かい合う方向に傾斜が付けられている。すなわち、第３光学面３３と第４光学面３４とは、第１光学面３１と鋭角の内角を形成している。また、第３光学面３３及び第４光学面３４にはミラーコーティングを施している。
【００２６】
すなわち、図２に示されるように、導光プリズム３０では、第１光学面３１と第２光学面３２と第３光学面３３と第４光学面３４とが略台形の形状を有する断面を構成している。さらに、この台形の断面図において、第１光学面３１は第２光学面３２よりも長く、第２光学面３２は第３光学面３３及び第４光学面３４よりも長いという形状を有する。
【００２７】
一方、第５光学面３５と第６光学面３６とは、第１〜第４光学面３１〜３４にそれぞれ接する６面体における対向面であり、互いに向かい合う方向に緩い傾斜が付けられている。この傾斜は、図２（ｂ）からも読み取れるように、第５光学面３５と第６光学面３６との間隔が、第３光学面３３から第４光学面３４にかけて狭くなるような傾斜となっており、第４光学面３４側では、人間の平均的な瞳孔径である４ｍｍより狭くなっている。第５光学面３５と第６光学面３６は装着者が映像を観察するために要する光学面ではないため、不要光の発生を防止するため光吸収面とするのが好ましい。
【００２８】
第１光学面３１は、装着者が頭部装着型表示装置１０を装着した状態で、装着者に面するように位置づけられる。映像表示素子２１は、第１光学面３１の第３光学面３３側の入射部３１ａに向けて映像光を射出するように配置される。また、第１光学面３１の第４光学面３４側には、接眼レンズ４０が接合されまたは一体に形成された射出部３１ｃとなっている。ここで、第５光学面３５と第６光学面３６との間に位置する射出部３１ｃの鉛直方向の幅は、４ｍｍより狭くなっている。
【００２９】
図２では、映像表示素子２１を出射して導光プリズム３０内を導光され、接眼レンズ４０から接眼レンズ４０の光軸上にある装着者の瞳孔方向へ射出される映像光の光束をも示している。この光学系において、接眼レンズ４０の位置は、映像光の光束を制限する開口絞りとして機能している。映像表示素子２１から出射された映像光は、導光プリズム３０の第１光学面３１の入射部３１ａ（図の両矢印により、導光プリズムの面の対応する一部分を示すものとする、以下の図において同様）に入射してこれを透過する。その後、映像光は、ミラー面である第３光学面３３で反射され、第１光学面３１の反射部３１ｂに臨界角よりも大きい角度で入射して反射される。さらに、第１光学面３１の反射部３１ｂで反射された映像光は、ミラー面である第４光学面３４で反射され、第１光学面３１の射出部３１ｃから接眼レンズ４０に入射する。接眼レンズ４０に入射した映像光は、接眼レンズ４０の正のパワーによって装着者の瞳孔７１に向けて射出される。これにより、装着者の視野内に空中像として映像が表示される。
【００３０】
導光プリズム３０は、第１光学面３１と第３光学面３３とが形成する内角が、第１光学面３１と第４光学面３４とが形成する内角よりも小さく、このため、映像光の光軸Ｏが第１光学面３１の反射部３１ｂで反射される位置ＲＯは、第１光学面３１の第３光学面３３および第４光学面３４と接する２つの辺の間の中心（図において導光プリズム３０の台形の断面の底辺の中央）よりも入射部側（第３光学面３３側）に位置する。これにより、第１光学面３１の入射部３１ａから入射して第３光学面３３で反射された映像光の光束の一部は、第１光学面の入射部３１ａと同じ領域で反射される。さらに、映像光の光束は、第１光学面３３の射出部３１ｃとは異なる第１光学面３３上の反射部３１ｂで反射される。すなわち、第１光学面３１の入射部３１ａと反射部３１ｂとは一部重なり、反射部３１ｂと射出部３３ｃとは重ならない分離された構成となっている。反射部３１ｂと射出部３３ｃとが重ならないことにより、導光プリズム３０と接眼レンズ４０との間にエアギャップを設ける必要が無くなる。
【００３１】
また、第２光学面３２は、図２から明らかなように映像光の反射面となっていない。このため、第２光学面は、迷光などのノイズ光を吸収する光吸収面として形成される。具体的には、第２光学面は、例えば、砂面処理を行った面を黒色に塗って形成する。
【００３２】
次に、本体部２０の映像表示素子２１に対して導光プリズム３０を移動させるスライド機構について説明する。図３は、図１の取付部５０のスライド機構を示す模式図であり、図３(ａ)は、図１において装着者と対面する側から見た正面図で、それぞれ移動前後の機構を示し、図３(ｂ)は、図１において装着者の頭部側から見た上面図であり、それぞれ移動前後の機構を示している。図３（ａ），（ｂ）に示すように、導光プリズム３０は映像光の入射側（第３光学面３３側）が取付部５０内にスライド可能に嵌入している。移動機構は、例えば取付部５０に凹状のスライドガイド５１を設け、そこへ、導光プリズム３０（またはその筐体）の光学面として作用しない面に設けられた凸状のスライドガイド５２を係合させて移動させる構成とすることができる。このとき、映像表示素子２１は移動しない。したがって、スライド機構は、映像表示素子２１に対して導光プリズム３０を、映像表示素子２１から出射される映像光の出射方向を横切る方向に移動させる。このようにスライド機構を設けたので、瞳位置の調整を容易に行うことができる。
【００３３】
図４は、映像表示素子と導光プリズムとの相対位置をシフトさせたときの光路を説明する上面図であり、図４（ａ）は、映像表示素子２１と接眼レンズ４０とを近づける方向（眼幅を広げる方向）にシフトさせた場合を示し、図４（ｂ）は、映像表示素子２１と接眼レンズ４０とを遠ざける方向（眼幅を狭める方向）にシフトさせた場合を示す。これらの図４（ａ）および図４（ｂ）において、映像表示素子２１の異なる３点から出射した光を、それぞれ実線、破線および一点鎖線で示している（後述する図６および図８についても同様）。映像表示素子２１を左方向に相対的にシフトすることにより、瞳位置が右方向にシフトし、映像表示素子２１を右方向に相対的にシフトすることにより、瞳位置が左方向にシフトする。したがって、僅かな調整幅でより大きな瞳位置の調整効果が得られる。
【００３４】
ここで、映像表示素子２１側の入射部３１ａと導光プリズム３０内部の反射部３１ｂとが重なっても良い構成であるため、表示素子２１と導光プリズム３０とを大きく相対シフトさせても、導光プリズムに映像光を入射させることが可能である。また、映像光が導光プリズム３０から出射する射出部３１ｃと、導光プリズム内で反射する反射部３１ｂとは、上記相対シフト範囲において常に重ならない。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、第１光学面３１の入射部３１ａと反射部３１ｂとはその一部が重なり合うように構成したので、映像表示素子２１と導光プリズム３０との相対位置調整幅を大きくとることができる。また、射出部３１ｃは反射部３１ｂと重ならないようにし、第１光学面３１の射出部３１ｃに接眼レンズ４０を接合または一体に形成したので、導光プリズム３０に対して接眼レンズ４０を保持するための外装筐体や複雑な保持機構が必要とされず、これらの保持機構を簡素化することができる。
【００３６】
また、導光プリズムを保持するための外装や筐体が不要となるため、より細い接眼光学系が容易に実現可能であり、人間の平均的な瞳孔径である４ｍｍよりも細くしたことで、外界と電子映像がシースルーで重畳して観察することができる。
【００３７】
さらに、第２光学面３２を光吸収面としたので、外光の入射による視認性の低下を防ぎ、導光プリズム３０内の不所望な反射によるゴースト光を吸収し、見やすい表示映像を提供することができる。
【００３８】
また、接眼レンズ４０の位置を、映像光の光束を制限する開口絞りとしたので、第１光学面３１の反射部３１ｂと射出部３１ｃとを厳密に分離した光学系を設計することが容易となる。つまり、射出部３１ｂを適切な開口サイズに絞ることで第1光学面３１の反射部３１ｂと射出部３１ｃを分離することができ、また、接眼レンズ４０の位置が映像光の光束を制限する開口絞りであるために、開口サイズを絞った際に映像がケラレることがない。
【００３９】
なお、本実施の形態では第１光学面３１の射出部３１ｃの少なくとも一方向の幅は人間の平均的な瞳孔径である４ｍｍよりも小さいとしたが、外装や筐体が不要であることからより大きな接眼レンズを用いることもできる。その場合、より見やすい映像観察を提供することができる。
【００４０】
また、本実施の形態では、導光プリズム３０内の反射回数が３回、すなわち、第３光学面３３で反射された前記映像光が、第１光学面３１の反射部３１ｂで１回反射された後、第４光学面３４で反射されるように導光プリズム３０を構成しているが、この反射回数は、第１光学面３１の入射部３１ａと反射部３１ｂとがその一部で重なっており、かつ、射出部３１ｃは反射部３１ｂと重ならない限り、５回以上の奇数とすることもできる。その場合も、映像表示素子２１と導光プリズム３０との相対位置調整幅を大きくとることができ、且つ、導光プリズム３０に対して接眼レンズ４０を保持するための保持機構を簡素化することができるという効果が得られる。特に、本実施の形態のように、反射回数が合計３回（第３光学面３３、第１光学面３１、第４光学面３４で各１回反射）の場合には、接眼レンズを通る光束を大きくすることができ、より大きな画像を表示できる。また、導光プリズムの長さを比較的短く設計することもできる。
【００４１】
（第２実施の形態）
図５は、本発明の第２実施の形態に係る頭部装着型表示装置の光学系の構成を模式的に示す図であり、装着者の頭部側から見た上面図を示している。本実施の形態は、図２の第１実施の形態に係る導光プリズム３０において、導光プリズム３０と映像表示素子２１とがいずれの相対位置となる場合でも光束が透過しない部分３７を切り欠いたものである。映像光の反射面となっていない図２の第２光学面３２は、全体に渡って切り欠いている。また、導光プリズムの切り欠かれた部分の面３８ａ,３８ｂは、図１の第２光学面３２と同様に光吸収面として形成されている。その他の構成、作用は、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。
【００４２】
以上のように、本実施の形態では、第１実施の形態に係る頭部装着型表示装置の効果に加え、導光プリズム３０の第２光学面３２側の部分を大きく切り欠いて、その切り欠かれた面に光吸収面を設けたので、より高いゴースト光の除去効果が得られる。また、導光プリズム３０を大きく切り欠くことによって、導光プリズム３０を小型化および軽量化することができる。
【００４３】
（第３実施の形態）
図６は、本発明の第３実施の形態に係る頭部装着型表示装置の光学系の構成を模式的に示す図であり、装着者の頭部側から見た上面図を示している。図６の導光プリズム３０の第１光学面３１は、入射部３１ａおよび反射部３１ｂと射出部３１ｃとの間で屈曲しており、映像光の射出部３１ｃからの出射面の法線方向が、装着者の瞳孔方向に向いて傾いている。第１光学面３１の射出部３１の射出面は、反射部３１ｂで反射された映像光の光束の下端に沿うように傾けられる。すなわち、導光プリズム３０は、射出部３１ｃの近傍において、第１光学面３１の射出部３１ｃから出射する光束が通り、第１光学面３１の反射部３１ｂで反射された光が通らない領域を、取り除いた形状となっている。第１光学面３１の射出部３１ｃの入射部３１ａおよび反射部３１ｂに対する傾きは、５度〜１５度とすることが好ましく、この範囲の角度にすることによって、導光プリズム３０内部の反射光の光線角度に近づく。その他の構成、作用は、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。
【００４４】
以上のように、本実施の形態では、第１実施の形態に係る頭部装着型表示装置１０の効果に加え、導光プリズム３０の第１光学面３１側の射出部３１ｃを入射部３１ａおよび反射部３１ｂに対して傾けたので、導光プリズム３０をより小型化することができる。また、装着者の眼球に対して斜めから映像光が入射するので、特に視野の端の方に映像を表示したい場合に好適である。
【００４５】
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。たとえば、頭部装着型表示装置は右眼用のものに限られず、実施の形態の装置と左右反転した設計により左眼用の装置を構成することもできる。また、頭部装着型表示装置は、眼鏡に装着するものに限られず、例えばヘルメットのようなものに固定されていても良い。さらに、上記各実施の形態では、本体部と導光プリズムとの間に取付部を設け、取付部と導光プリズムとを互いにスライドさせるスライド機構を設けたが、導光プリズムと映像表示素子との相対位置の調整手段はこれに限られない。例えば、特許文献１のように、導光プリズムは眼鏡のレンズに固定して、表示素子の相対位置を調整することもできる。また、映像表示素子からの映像光の光軸は、第１光学面の入射部に垂直に入射する必要は無く、本発明の効果が得られる範囲で傾きを有していても良い。さらに、導光プリズムは、６面体プリズムに限られず、少なくとも６面を有して形成される多面体プリズムであれば良い。また、多面体プリズムには、隣接する面の間の稜線部分に丸みをつけた形状も含む。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 頭部装着型表示装置
２０ 本体部
２０ａ 支持部
２１ 映像表示素子
３０ 導光プリズム
３１ 第１光学面
３１ａ 入射部
３１ｂ 反射部
３１ｃ 射出部
３２ 第２光学面
３３ 第３光学面
３４ 第４光学面
３５ 第５光学面
３６ 第６光学面
３７ 切り欠き部
３８ａ，３８ｂ 切り欠き面
４０ 接眼レンズ
５０ 取付部
５１ スライドガイド（凹）
５２ スライドガイド（凸）
６０ 眼鏡
７０ 眼球
７１ 瞳孔
Ｏ 光軸
ＲＯ 光軸反射位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ対向する第１光学面および第２光学面と、第３光学面および第４光学面と、第５光学面および第６光学面とを有し、装着状態において前記第１光学面は装着者側に面し、前記第３光学面および前記第４光学面は前記第１光学面と鋭角の内角を形成し、前記第５および第６光学面は、それぞれ第１、第２、第３および第４光学面と接する、多面体形状の導光プリズムと、
映像光を前記導光プリズムの前記第１光学面の入射部に向けて出射する映像表示部と、
前記導光プリズムの前記第１光学面の射出部に接合されまたは一体に形成された接眼レンズと
を備え、
前記導光プリズムは、前記第１光学面の前記入射部に入射した前記映像光が、前記第３光学面で反射され、前記第１光学面と前記第２光学面との間で合わせて奇数回反射された後、前記第４光学面で反射され、前記接眼レンズを透過して、該接眼レンズの光軸上にある装着者の瞳孔方向へ射出されるように構成され、
前記第１光学面の前記入射部と前記反射部とはその一部が重なっており、かつ、前記射出部は前記反射部と重ならないことを特徴とする頭部装着型表示装置。
【請求項２】
前記導光プリズムは、前記第３光学面で反射された前記映像光が、前記第１光学面の反射部で１回反射された後、前記第４光学面で反射されるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項３】
前記映像光の光軸が前記第１光学面の前記反射部で反射される位置は、前記第１光学面の前記第３光学面および前記第４光学面と接する２つの辺の間の中心よりも前記入射部側に位置することを特徴とする請求項２に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項４】
前記第２光学面は光吸収面であることを特徴とする請求項２または３に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項５】
前記導光プリズム内の前記装着者の前記瞳孔方向へ出射される前記映像光が透過しない、前記第２光学面を含む部分を切り欠いて、該切り欠かれた部分の表面を光吸収面とすることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項６】
前記接眼レンズの位置が、前記映像表示部を出射して前記装着者の前記瞳孔方向へ射出される前記映像光の光束の開口絞りであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項７】
前記導光プリズムの前記第１光学面が、前記映像光の前記射出部からの出射面の法線方向を前記装着者の瞳孔に向けるように、前記射出部と前記反射部との間で屈曲していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項８】
前記映像表示部に対して前記導光プリズムを、前記映像表示部から出射される前記映像光の出射方向を横切る方向に移動させるスライド機構を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項９】
前記第１光学面の前記射出部の少なくとも一方向の幅は、人間の平均的な瞳孔径である４ｍｍよりも小さいことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項１】
それぞれ対向する第１光学面および第２光学面と、第３光学面および第４光学面と、第５光学面および第６光学面とを有し、装着状態において前記第１光学面は装着者側に面し、前記第３光学面および前記第４光学面は前記第１光学面と鋭角の内角を形成し、前記第５および第６光学面は、それぞれ第１、第２、第３および第４光学面と接する、多面体形状の導光プリズムと、
映像光を前記導光プリズムの前記第１光学面の入射部に向けて出射する映像表示部と、
前記導光プリズムの前記第１光学面の射出部に接合されまたは一体に形成された接眼レンズと
を備え、
前記導光プリズムは、前記第１光学面の前記入射部に入射した前記映像光が、前記第３光学面で反射され、前記第１光学面と前記第２光学面との間で合わせて奇数回反射された後、前記第４光学面で反射され、前記接眼レンズを透過して、該接眼レンズの光軸上にある装着者の瞳孔方向へ射出されるように構成され、
前記第１光学面の前記入射部と前記反射部とはその一部が重なっており、かつ、前記射出部は前記反射部と重ならないことを特徴とする頭部装着型表示装置。
【請求項２】
前記導光プリズムは、前記第３光学面で反射された前記映像光が、前記第１光学面の反射部で１回反射された後、前記第４光学面で反射されるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項３】
前記映像光の光軸が前記第１光学面の前記反射部で反射される位置は、前記第１光学面の前記第３光学面および前記第４光学面と接する２つの辺の間の中心よりも前記入射部側に位置することを特徴とする請求項２に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項４】
前記第２光学面は光吸収面であることを特徴とする請求項２または３に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項５】
前記導光プリズム内の前記装着者の前記瞳孔方向へ出射される前記映像光が透過しない、前記第２光学面を含む部分を切り欠いて、該切り欠かれた部分の表面を光吸収面とすることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項６】
前記接眼レンズの位置が、前記映像表示部を出射して前記装着者の前記瞳孔方向へ射出される前記映像光の光束の開口絞りであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項７】
前記導光プリズムの前記第１光学面が、前記映像光の前記射出部からの出射面の法線方向を前記装着者の瞳孔に向けるように、前記射出部と前記反射部との間で屈曲していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項８】
前記映像表示部に対して前記導光プリズムを、前記映像表示部から出射される前記映像光の出射方向を横切る方向に移動させるスライド機構を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項９】
前記第１光学面の前記射出部の少なくとも一方向の幅は、人間の平均的な瞳孔径である４ｍｍよりも小さいことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２０３１１３（Ｐ２０１２−２０３１１３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６６１６８（Ｐ２０１１−６６１６８）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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