JP2007240924A - 頭部装着式映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接眼光学系と、該接眼光学系を、眼前に対向する様に支持する支持基板と、を備えた頭部装着式映像表示装置において、接眼光学系が支持基板より脱落することのない耐久性に優れた頭部装着式映像表示装置を提供する。
【解決手段】画像を表示する表示部と、表示部からの光を、装着者の眼球に導いて表示部が表示した画像を提供する板状の接眼光学系と、接眼光学系を、眼前に対向する様に支持する板状の支持基板と、を備え、接眼光学系が、接眼光学系の端面の外形形状に対応する形状に形成された支持基板に、接着によって接合されて一体化された頭部装着式映像表示装置において、接眼光学系の端面には、傾斜面が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、映像表示装置に関し、特に頭部装着式映像表示装置に関する。

近年、映画やビデオ等のコンテンツ画像の観賞や産業機器若しくは医療機器の遠隔操作等を目的とした頭部装着式映像表示装置、すなわちＨＭＤ（Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ）の開発が行われている。

通常、ＨＭＤには、液晶表示素子や有機ＥＬ等の映像表示素子から得られる映像（画像）を、ＨＭＤの装着者の眼球に導く為の接眼光学系が設けられている。そしてＨＭＤは、該接眼光学系によって映像表示素子から得られた映像（画像）を、装着者の眼球に直接投影させることで、恰も該映像が空中に拡大投影されているかの様な虚像の観察を可能にしている。

例えば、映像表示素子から得られる映像（画像）を反射させて前景に重ねて眼前に表示する為の反射膜としてのホログラム素子が、光学基板の一端の傾斜面に貼り付けられてなる接眼光学系、及び該接眼光学系を、装着者の眼球の近傍であって、眼球に対向する様に支持する透明な板状の支持基板とを、備えたＨＭＤの技術が開示されている。（例えば、特許文献１参照）。ここで、特許文献１に開示されている接眼光学系、及び支持基板の概略構成を図６を用いて説明する。図６（ａ）は、接眼光学系を背面斜め右から見た斜視図。図６（ｂ）は、支持基板を背面斜め右から見た斜視図である。ここで、ＨＭＤを装着した際に、眼球がある方向を背面方向（接眼方向）、見える像がある方向を正面方向という。

図６（ａ）に示す様に、接眼光学系７５は、光学基板に該当するプリズム７５１、及びホログラム素子（以下、ＨＯＥ；Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ、と称する。）７５２から構成される。

プリズム７５１の外形形状の下方向、及び両側面方向の面には、後述の支持基板５の凹欠け部に嵌合する際に接合する接合面が形成されている。プリズム７５１の下方向の接合面には、ＨＯＥ７５２が貼り付けられた傾斜面７５１ａが形成されている。この傾斜面７５１ａは、ＨＭＤを装着した際に、眼球にホログラム映像を導くことができる傾斜角度を有する様に形成されている。また、プリズム７５１の左右側面方向の接合面には、それぞれ傾斜面７５１ｃ、７５１ｄが形成されている。そして、傾斜面７５１ａは、背面方向（接眼方向）から正面方向に向けて上方向に傾斜し、また、傾斜面７５１ｃ、７５１ｄは、背面方向（接眼方向）から正面方向に向けてそれぞれ光軸Ｌに近づく方向に傾斜している。この様に、傾斜面７５１ａ、７５１ｃ、７５１ｄは、いずれもプリズム７５１の背面から正面に向けて、プリズム７５１の外形形状が小さくなる方向に傾斜している。

次に、図６（ｂ）に示す様に、支持基板５の中央部には、プリズム７５１の外形形状の接合面に対応する凹欠け部が形成されている。この凹欠け部は、プリズム７５１の傾斜面７５１ａ、７５１ｃ、７５１ｄがそれぞれ接合できる様に対応する傾斜面５ａ、５ｃ、５ｄからなる。この様に、支持基板５の凹欠け部の形状は、プリズム７５１の外形形状に対応して形成されている。

そして、この様な外形形状のプリズム７５１と支持基板５がそれぞれ対応する傾斜面で接着剤で接着されて一体化されている。
特開２００２−１５６６００号公報

この様に、接眼光学系と、該接眼光学系を、装着者の眼球の近傍であって、眼球に対向する様に支持する支持基板とを備え、液晶表示素子や有機ＥＬ等の映像表示素子から得られる映像（画像）を、装着者の眼球に導き、直接投影させる様にしたＨＭＤが種々検討されてきた。

ところで、この様な接眼光学系は、装着者の眼球の近傍であって、眼球に対向して使用されるものであるので、眼球に対する安全性を確保する必要がある。しかしながら、特許文献１に開示されているＨＭＤにおいては、プリズム７５１と支持基板５とが接合されるそれぞれ３つの接合面（プリズム７５１の傾斜面７５１ａ、７５１ｃ、７５１ｄと、支持基板５の傾斜面５ａ、５ｃ、５ｄ）は、何れもプリズム７５１の背面から正面に向けて、プリズム７５１の外形形状が小さくなる方向に傾斜している。すなわち、プリズム７５１の外形形状は、背面を底面とした台形を形成しており、支持基板５上に安定させた状態で接合させることが困難な構造になっている。したがって、ＨＭＤに衝撃が加わった時に、プリズム７５１の支持基板５からの剥離、脱落が懸念され、装着者への安全性に対する配慮が必要になる。しかしながら、この構造のＨＭＤの開示された前記特許文献１には、装着者への安全性に配慮し、プリズム７５１の支持基板５への接着性を向上させることについては記載も示唆も見られなかった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、接眼光学系と、該接眼光学系を、装着者の眼球の近傍であって、眼球に対向する様に支持する支持基板と、を備えた頭部装着式映像表示装置において、接眼光学系が支持基板より脱落することのない耐久性に優れた頭部装着式映像表示装置を提供することを目的とする。

上記目的は、下記の１または２のいずれか１項に記載の発明によって達成される。

１．画像を表示する表示部と、
前記表示部からの光を、装着者の眼球に導いて前記表示部が表示した画像を提供する板状の接眼光学系と、
前記接眼光学系を、装着者の眼球の近傍であって、眼球に対向する様に支持する板状の支持基板と、を備え、
前記接眼光学系が、前記接眼光学系の端面の外形形状に対応する形状に形成された前記支持基板に、接着によって接合されて一体化された頭部装着式映像表示装置において、
前記接眼光学系の端面には、傾斜面が形成されていることを特徴とする頭部装着式映像表示装置。

２ 前記接眼光学系が眼球に対向された状態における外形形状の左右側面方向の端面には、傾斜面が形成され、
外形形状の左右側面方向の端面の傾斜面は、接眼面から接眼面に対向する面に向けて、それぞれ接眼面に直交する光軸から遠ざかる方向に傾斜する様に形成されていることを特徴とする前記１に記載の頭部装着式映像表示装置。

本発明によれば、接眼光学系が、装着者の眼球の方向に落下しない様に、接眼光学系の端面には、傾斜面を形成する様にした。したがって、接眼光学系と支持基板との接着が剥がれた場合、接眼光学系が、装着者の眼球の方向に落下するのを防止することができる。その結果、装着者の眼球に対する安全性を確保することができる。

また、外形形状の左右側面方向の端面の傾斜面は、接眼面から接眼面に対向する面に向けて、それぞれ接眼面に直交する光軸から遠ざかる方向に傾斜する様に形成する様にした。すなわち、外形形状の左右側面方向の端面の傾斜面は、接眼面から接眼面に対向する面に向けて、接眼光学系の外形形状が大きくなる方向に傾斜する様に形成した。したがって、接眼光学系と支持基板との接着が剥がれた場合、接眼光学系が、装着者の眼球の方向に落下するのを防止することができる。

以下図面に基づいて、本発明に係る頭部装着式映像表示装置の代表的な実施形態の１つであるＨＭＤ（Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ）について説明する。

最初に、ＨＭＤ１の外観を図１を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明に係るＨＭＤ１の平面図、図１（ｂ）は正面図である。

ＨＭＤ１は、装着者の眼球の近傍に配置されて使用される頭部装着式映像表示装置である。ＨＭＤ１は、図１（ａ）に示す様に、フレーム２，３、ブリッジ４、透明基板５，６、表示ユニット７，８、及びカメラユニット９等を有し、カメラユニット９で撮影された画像や、図示しない外部Ｉ／Ｆ等から取り込まれた例えばビデオやテレビ等のコンテンツ画像等を、表示ユニット７，８に表示する。

フレーム２，３は、可撓性を有する弾性材等により構成された長尺状の部材であり、装着者の耳や側頭部に掛止され、ＨＭＤ１の装着者に対する頭部への保持及び装着位置の調整を行うためのものである。尚、フレーム２，３は、回動部２ａ，３ａにおいて矢印Ｐ，Ｑ方向に回動可能に構成されており、ＨＭＤ１を使用しない場合には、フレーム２，３を矢印Ｐ，Ｑ方向に回動させて後述の透明基板５，６に沿わせることにより、コンパクト化することができる。

ブリッジ４は、後述の透明基板５，６の互いに対向する所定位置に架け渡された短尺の棒状部材であり、透明基板５と透明基板６とを一定の間隙を介した相対位置関係に保持するものである。

透明基板５，６は、本発明における支持基板に該当し、左右の眼球にそれぞれ対応した位置にＵ字型のスペース５ｓ，６ｓを形成する略平板状の透明体である。また、透明基板５，６に囲まれて形成されるＵ字型のスペース５ｓ，６ｓには、後述の接眼光学系７５，８５が嵌め込まれている。

表示ユニット７，８は、それぞれ後述のＬＣＤ表示部７１，８１、及び接眼光学系７５，８５等を有し、後述のカメラユニット９で撮影された画像や、図示しない外部Ｉ／Ｆから取り込まれた例えばビデオやテレビ等のコンテンツ画像等を表示する。

カメラユニット９は、図示しないレンズ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、及び画像処理部等を有し、装着者の周囲の外界情景を撮影するものであり、レンズによって結像された被写体光学像を、ＣＣＤによって光電変換して画像信号を生成し、画像処理部等により画像信号に所定の画像処理を施し画像を生成する。

尚、図１の構成においては、表示ユニット７，８をＨＭＤ１の正面左右にそれぞれ１台づつ設けたが、いずれか一方のみを設ける様にしてもよい。

ここで、表示ユニット７の構成を、図２を用いて説明する。図２は、本発明に係るＨＭＤ１における表示ユニット７の左側面からの側断面図であり、主に表示ユニット７の内部構成を示している。尚、表示ユニット８は、表示ユニット７と同じ構成であるので説明は省略する。

図２に示す様に、表示ユニット７は、筐体７１１、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）７１２、コリメータレンズ７１３、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）７１４からなるＬＣＤ表示部７１、及びプリズム７５１、ＨＯＥ（Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）７５２からなる接眼光学系７５等を有する。

ＬＣＤ表示部７１の筐体７１１の内部には、ＬＥＤ７１２、コリメータレンズ７１３、及びＬＣＤ７１４が内蔵された状態で、該筐体７１１が接眼光学系７５のプリズム７５１の上端部において上斜め前方（図２では右斜め上方向）に突出する態様で取り付けられている。

ＬＥＤ７１２は、所定波長色を含む白色発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる点光源である。

コリメータレンズ７１３は、ＬＥＤ７１２の光をほぼ平行光にしてＬＣＤ７１４に投光するものである。

ＬＣＤ７１４は、本発明における表示部に該当し、カメラユニット９で生成された画像信号や、外部Ｉ／Ｆ取り込まれた例えばビデオやテレビ等のコンテンツ画像信号等に基づき映像を生成するものであり、例えば透過型の液晶表示パネルである。

プリズム７５１は、ガラスや透明樹脂等からなる略板状の透明部材であり、ＬＣＤ７１４からの光を内部で複数回の反射を行わせるものである。プリズム７５１の上端部は、ＬＣＤ７１４からの光の大部分を内部に採光できるように、上方に向かってより肉厚となるように前面側（接眼面と反対側）が突き出るように楔形状に形成された肉厚部７５１ｂが形成されている。

また、プリズム７５１の下端部には、傾斜面７５１ａが形成されており、プリズム７５１は、透明基板５に形成された傾斜面５ａに対しＨＯＥ７５２を介して接合（例えば接着）されている。また、プリズム７５１の表裏面は、透明基板５の表裏面に対して面一とされている。これにより、プリズム７５１は、透明基板５と一枚の板状に一体化されている。

ＨＯＥ７５２は、光学的に軸非対称な所謂自由曲面で構成されて正のパワーを有する体積位相型のホログラム光学素子であり、プリズム７５１の下端部において所定の傾斜角を有して支持されている。ＨＯＥ７５２は、プリズム７５１により導光された光が照射されることにより、光の干渉現象を用いてホログラム映像を眼球Ｅに提供する。

以上の様な構成を有する表示ユニット７においては、ＬＥＤ７１２から射出された光は、コリメータレンズ７１３を通してＬＣＤ７１４を照明し、この照明によりＬＣＤ７１４で生成された像光は、プリズム７５１内で複数回の全反射を行った後、ＨＯＥ７５２により回折し虚像として使用者の眼球Ｅに導かれる。

さらに、プリズム７５１は、前方から入射する光を使用者の眼球に導くようになっている。これにより、装着者は、外界（前方の被写体）をシースルー可能となり、カメラユニット９により撮影された画像（映像）を外界（前方の被写体）と重畳して視認することとなる。

尚、透明基板５に形成された傾斜面５ａは、プリズム７５１の傾斜面７５１ａでの光の屈折をキャンセル（相殺）する、すなわち、傾斜面７５１ａにおけるプリズム効果により矢印Ｗ側からの光が上方に屈曲するのを防止する為、装着者は、プリズム７５１、透明基板５、及びＨＯＥ７５２を通して、外界光を歪むことなく観察することができる。

この様な構成のＨＭＤ１において、本発明は、接眼光学系７５と透明基板５との接合が外れた場合、接眼光学系７５が、装着者の眼球Ｅの方向に落下しない様に、接眼光学系７５と透明基板５との接合面の形状を形成するものである。

ここで、接眼光学系７５、及び透明基板５の外形形状を図３を用いて説明する。図３（ａ）は、接眼光学系７５を背面斜め右から見た斜視図。図３（ｂ）は、透明基板５を背面斜め右から見た斜視図である。ここで、ＨＭＤを装着した際に、眼球がある方向を背面方向（接眼方向）、見える像がある方向を正面方向という。

図３（ａ）に示す様に、接眼光学系７５は、プリズム７５１、及びホログラム素子（以下、ＨＯＥ；Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ、と称する。）７５２から構成される。

プリズム７５１の外形形状の下方向、及び両側面方向の面には、後述の透明基板５の凹欠け部に嵌合する際に接合する接合面が形成されている。プリズム７５１の下方向の接合面には、ＨＯＥ７５２が貼り付けられた傾斜面７５１ａが形成されている。この傾斜面７５１ａは、ＨＭＤを装着した際に、眼球にホログラム映像を導くことができる傾斜角度を有する様に形成されている。また、プリズム７５１の左右側面方向の接合面には、それぞれ傾斜面７５１ｃ、７５１ｄが形成されている。そして、傾斜面７５１ａは、背面方向（接眼方向）から正面方向に向けて上方向に傾斜し、一方、傾斜面７５１ｃ、７５１ｄは、背面方向（接眼方向）から正面方向に向けてそれぞれ光軸Ｌから遠ざかる方向（左右方向）に傾斜している。

この様に、プリズム７５１の左右側面方向の接合面に形成された傾斜面７５１ｃ、７５１ｄは、背面方向（接眼方向）から正面方向に向けて、プリズム７５１の外形形状が大きくなる方向に傾斜している。

また、図３（ｂ）に示す様に、透明基板５の中央部には、プリズム７５１の外形形状の接合面に対応する凹欠け部が形成されている。この凹欠け部は、プリズム７５１の傾斜面７５１ａ、７５１ｃ、７５１ｄがそれぞれ接合できる様に対応する傾斜面５ａ、５ｃ、５ｄからなる。この様に、透明基板５の凹欠け部の形状は、プリズム７５１の外形形状に対応して形成されている。

そして、この様な外形形状のプリズム７５１と透明基板５がそれぞれ対応する傾斜面で接着剤で接着されて一体化されている。

次に、この様な外形形状をなすプリズム７５１と透明基板５とが一体化された様子を、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、プリズム７５１と透明基板５とが一体化された状態の背面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）において、プリズム７５１と透明基板５とが一体化された状態のＡＡ′方向からの側断面図、図４（ｃ）は、図４（ａ）において、プリズム７５１と透明基板５とが一体化された状態ののＢＢ′方向からの平面断面図である。

図４（ｂ）に示す様に、プリズム７５１の下方向の傾斜面７５１ａは、背面方向（接眼方向）から正面方向に上方向に傾斜し、ＨＯＥ７５を介して透明基板５に形成された傾斜面５ａと接合されている。

また、図４（ｃ）に示す様に、プリズム７５１の左右側面方向の傾斜面７５１ｃ、７５１ｄは、背面方向（接眼方向）から正面方向に向けて光軸Ｌから遠ざかる方向（左右方向）に傾斜し、透明基板５に形成された傾斜面５ｃ、５ｄとそれぞれ接合されている。

この様に、本発明に係るＨＭＤ１においては、プリズム７５１の左右側面方向の端面の傾斜面７５１ｃ、７５１ｄは、背面方向（接眼方向）から正面方向に向けて、プリズム７５１の外形形状が大きくなる方向に傾斜する様に形成した。したがって、接眼光学系７５１と透明基板５との接着が剥がれた場合、接眼光学系７５１が、装着者の眼球の方向に落下するのを防止することができる。その結果、装着者の眼球に対する安全性を確保することができる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は前述の実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、適宜変更、改良が可能であることは勿論である。例えば、図５に示す様に、透明基板５の凹欠け部の側面を上下に分割し、下方向の側面５ｃ２，５ｄ２は、光軸Ｌに平行な面を形成し、上方向の側面５ｃ１，５ｄ１は、背面方向（接眼方向）から正面方向に向けて光軸Ｌから遠ざかる方向（左右方向）に傾斜する様に形成する。これにより、接眼光学系７５１と透明基板５との接着が剥がれた場合、接眼光学系７５１が、装着者の眼球の方向に落下するのを防止することができるとともに、透明基板５を製作する金型を、凹欠け部の上下の側面の境界面５ｇ，５ｈを含む平面で、分割することができる様になる。その結果、金型の構成を簡素化することができ、コストを低減することができる。

本発明に係るＨＭＤの外観模式図である。 本発明に係るＨＭＤにおける表示ユニットの側断面図である。 本発明に係るＨＭＤにおける接眼光学系、及び透明基板の外観斜視図である。 本発明に係るＨＭＤにおける接眼光学系と透明基板の結合構成を示す断面図である。 本発明に係るＨＭＤにおける接眼光学系の別例による外観斜視図である。 従来のＨＭＤにおける接眼光学系、及び透明基板の外観斜視図である。

符号の説明

１ ＨＭＤ
２，３ フレーム
４ ブリッジ
５，６ 透明基板
７，８ 表示ユニット
９ カメラユニット
７１，８１ ＬＣＤ表示部
７１１ 筐体
７１２ ＬＥＤ
７１３ コリメータレンズ
７１４ ＬＣＤ
７５，８５ 接眼光学系
７５１ プリズム
７５２ ＨＯＥ
９ カメラユニット
Ｅ 目

Claims (2)

1. 画像を表示する表示部と、
   前記表示部からの光を、装着者の眼球に導いて前記表示部が表示した画像を提供する板状の接眼光学系と、
   前記接眼光学系を、装着者の眼球の近傍であって、眼球に対向する様に支持する板状の支持基板と、を備え、
   前記接眼光学系が、前記接眼光学系の端面の外形形状に対応する形状に形成された前記支持基板に、接着によって接合されて一体化された頭部装着式映像表示装置において、
   前記接眼光学系の端面には、傾斜面が形成されていることを特徴とする頭部装着式映像表示装置。
2. 前記接眼光学系が眼球に対向された状態における外形形状の左右側面方向の端面には、傾斜面が形成され、
   外形形状の左右側面方向の端面の傾斜面は、接眼面から接眼面に対向する面に向けて、それぞれ接眼面に直交する光軸から遠ざかる方向に傾斜する様に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の頭部装着式映像表示装置。

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