專利名稱：頭部佩戴型圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及頭部佩戴型圖像顯示裝置，特別是涉及能夠顯示大畫面的圖像的新型
的頭部佩戴型圖像顯示裝置。
背景技術(shù)：
作為現(xiàn)有的頭部佩戴型圖像顯示裝置，例如提出了如耳機(jī)型和眼鏡型那樣，能夠移動(dòng)地使用的頭部佩戴型圖像顯示裝置(例如，參照專利文獻(xiàn)1和2)。
圖13是表示以往提出的耳機(jī)型的頭部佩戴型圖像顯示裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖，圖13(a)是主視圖，圖13(b)是側(cè)視圖，圖13(c)是俯視圖。該頭部佩戴型圖像顯示裝置100是左眼型的裝置，具有耳機(jī)型的頭部支撐部101，其保持在觀察者M(jìn)的左耳上；以及棒狀導(dǎo)光部104，其經(jīng)由中繼部102和保持部103連接于頭部支撐部IOI，并保持在觀察者M(jìn)的左眼視野內(nèi)。棒狀導(dǎo)光部104具有與保持部103側(cè)的相反側(cè)的端部接合的目鏡光學(xué)部105。此外，在頭部支撐部101或中繼部102、或保持部103中，內(nèi)置有顯示待觀察的圖像的液晶顯示元件或有機(jī)EL元件等顯示元件(未圖示)，顯示在該顯示元件上的圖像的圖像光經(jīng)由棒狀導(dǎo)光部104從目鏡光學(xué)部105射出。此外，本結(jié)構(gòu)也可以構(gòu)成為左右相反，從而形成為右眼型。 圖13所示的頭部佩戴型圖像顯示裝置IOO通過在觀察者M(jìn)的左耳上保持頭部支撐部101，以使從目鏡光學(xué)部105射出的圖像光入射到觀察者M(jìn)的左眼瞳孔，并在該狀態(tài)下觀察目鏡光學(xué)部105，S卩，通過使左眼的視軸與目鏡光學(xué)部105的射出光軸基本一致，從而能夠觀察顯示在未圖示的顯示元件上的圖像的放大虛像。 圖14是表示以往提出的眼鏡型的頭部佩戴型圖像顯示裝置的概略結(jié)構(gòu)的立體圖。該頭部佩戴型圖像顯示裝置IIO是眼鏡一體型的右眼型的裝置，具有棒狀導(dǎo)光部115，該棒狀導(dǎo)光部115經(jīng)由支撐部112和保持部113，在觀察者的右眼視野內(nèi)，與右眼的眼鏡鏡片114的前方接近地保持在眼鏡架111上。棒狀導(dǎo)光部115具有與保持部113側(cè)的相反側(cè)的端部接合的目鏡光學(xué)部116。此外，在眼鏡架111或支撐部112、或保持部113中，內(nèi)置有顯示待觀察的圖像的液晶顯示元件或有機(jī)EL元件等顯示元件(未圖示)，顯示在該顯示元件上的圖像的圖像光經(jīng)由棒狀導(dǎo)光部115從目鏡光學(xué)部116射出。 在圖14所示的頭部佩戴型圖像顯示裝置110中，觀察者通過佩戴眼鏡架111 ，由此
從目鏡光學(xué)部116射出的圖像光通過眼鏡鏡片114后入射到右眼瞳孔。因此，觀察者通過
佩戴眼鏡架111來觀察目鏡光學(xué)部116，S卩，通過使右眼的視軸與目鏡光學(xué)部116的射出光
軸基本一致，從而能夠觀察顯示在未圖示的顯示元件上的圖像的放大虛像。 此外，作為眼鏡型的頭部佩戴型圖像顯示裝置，還提出了能夠在通常的眼鏡架上
進(jìn)行拆裝，并且以與圖14相同的方式進(jìn)行使用的頭部佩戴型圖像顯示裝置。 圖15是現(xiàn)有例的頭部佩戴型圖像顯示裝置的光路概略圖。圖15(a)表示從顯示
元件117的上部、中央部和下部分別以不同的角度射出的圖像光的光路。來自該顯示元件
117的圖像光通過了構(gòu)成目鏡光學(xué)部的目鏡118，由此好像來自遠(yuǎn)方的顯示圖像的光那樣，在觀察者的眼球119的視網(wǎng)膜上成像了像120。由此，觀察者能夠識(shí)別為在所設(shè)定的距離
(例如前方2m等)處是否顯示了顯示圖像。 此外，在本申請(qǐng)中，以下為了便于觀察地顯示光路圖，如圖15(b)所示僅示出主光線。專利文獻(xiàn)1日本特表2003-502713號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2日本特開2006-3879號(hào)公報(bào) 另外，例如，在信息顯示中，具有想在一個(gè)畫面上同時(shí)觀察較多信息的需求。此外，
為了顯示圖形信息等，也有時(shí)需要更大的顯示畫面。但是，在上述的現(xiàn)有的頭部佩戴型圖像
顯示裝置中，射出圖像光的目鏡光學(xué)部只有一個(gè)，在利用該一個(gè)目鏡光學(xué)部的一個(gè)顯示畫
面上顯示信息。而且，頭部佩戴型圖像顯示裝置能夠移動(dòng)地使用，因此其顯示畫面比較小，
由此顯示的信息量也比較少。因此，現(xiàn)有的頭部佩戴型圖像顯示裝置有時(shí)如在信息顯示中
那樣，不能充分應(yīng)對(duì)想在大畫面上顯示較多的信息同時(shí)進(jìn)行觀察的需求。 由此，如專利文獻(xiàn)2所公開的那樣，在將位于觀察者的視野內(nèi)的目鏡光學(xué)部和棒
狀導(dǎo)光部在視軸方向上的投影截面的寬度設(shè)為4mm以下，將目鏡光學(xué)部和棒狀導(dǎo)光部設(shè)為
能夠透視(see-through)的情況下，顯示畫面進(jìn)一步變小，從而難以在一個(gè)目鏡光學(xué)部上
顯示較多的信息和圖形信息。 為了解決該問題，考慮到設(shè)置多個(gè)顯示元件和目鏡光學(xué)部，并在多畫面上顯示信息。但是，僅設(shè)置多個(gè)目鏡光學(xué)部來在多畫面上顯示信息時(shí)，擔(dān)心會(huì)在觀察者觀察的多個(gè)顯示圖像間產(chǎn)生不希望的重復(fù)和間隙，從而難以觀察顯示畫面。此外，在該方法中，即使能夠通過使用多畫面來增加顯示的信息量，也難以在觀察者的視野內(nèi)將例如地圖信息等圖像顯示為具有寬視場(chǎng)角的單一的大畫面圖像。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述方面，本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠顯示大畫面的圖像而不使移動(dòng)性降低的頭部佩戴型圖像顯示裝置。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明第一方面為頭部佩戴型圖像顯示裝置的發(fā)明，其特征在于，該頭部佩戴型圖像顯示裝置具有多個(gè)目鏡光學(xué)部，它們分別朝向?qū)?yīng)的眼球射出應(yīng)顯示的圖像光；以及頭部佩戴部，其保持該多個(gè)目鏡光學(xué)部，并能摘戴自如地佩戴在觀察者的頭部上，其中所述頭部佩戴部在佩戴在所述觀察者的頭部上的狀態(tài)下，以基于來自所述多個(gè)目鏡光學(xué)部的圖像光的圖像在所述觀察者的左右任意一個(gè)眼球的視野內(nèi)鄰接地顯示為大畫面的方式，保持所述多個(gè)目鏡光學(xué)部。 第二方面的發(fā)明在第一方面所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置中，其特征在于，所述多個(gè)目鏡光學(xué)部分別具有大致矩形的形狀，并分開地并列配置。 第三方面所述的發(fā)明在第二方面所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置中，其特征在于，所述多個(gè)目鏡光學(xué)部中的每個(gè)在所述觀察者的視軸方向上的投影截面的寬度為瞳孔直徑以下。 第四方面所述的發(fā)明在第二或第三方面所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置中，其特征在于，所述多個(gè)目鏡光學(xué)部配置為它們?cè)谒鲇^察者的視軸方向上的投影截面彼此的間隔在瞳孔直徑以下。
第五方面所述的發(fā)明在第一 第四方面中的任意一方面所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置中，其特征在于，所述目鏡光學(xué)部由棒狀導(dǎo)光部保持，所述棒狀導(dǎo)光部在所述觀察者的視軸方向上的投影截面上具有瞳孔直徑以下的寬度。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明第六方面為一種頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，該頭部佩戴型圖像顯示裝置具有圖像光分割部，其將應(yīng)顯示的圖像光分割為多個(gè)部分圖像光；多個(gè)目鏡光學(xué)部，它們朝向?qū)?yīng)的眼球射出由該圖像光分割部所分割的多個(gè)部分圖像光；以及頭部佩戴部，其保持所述圖像光分割部和所述多個(gè)目鏡光學(xué)部，并能摘戴自如地佩戴在觀察者的頭部上，其中所述頭部佩戴部在佩戴在所述觀察者的頭部上的狀態(tài)下，以來自所述多個(gè)目鏡光學(xué)部的圖像光在所述觀察者的左右任意一個(gè)眼球的視野內(nèi)顯示為寬視場(chǎng)角的圖像的方式，保持所述圖像光分割部和所述多個(gè)目鏡光學(xué)部。 第七方面所述的發(fā)明在第六方面所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置中，其特征在
于，所述多個(gè)目鏡光學(xué)部分別具有目鏡，該目鏡的曲面與相同透鏡曲面的部分一致。 第八方面所述的發(fā)明在第六或第七方面所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置中，其特
征在于，所述圖像光分割部由一個(gè)端部被分割的棒狀導(dǎo)光部構(gòu)成，在被分割的所述端部上
接合有所述目鏡光學(xué)部。 第九方面所述的發(fā)明在第八方面所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置中，其特征在于，所述多個(gè)目鏡光學(xué)部具有彼此相等的焦距，所述棒狀導(dǎo)光部的被分割的部分的長(zhǎng)度在所述焦距的一半以下。 第十方面所述的發(fā)明在第八或第九方面所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置中，其特征在于，所述棒狀導(dǎo)光部的被分割的所述端部各自在所述觀察者的視軸方向上的投影截面的寬度為瞳孔直徑以下。 第十一方面所述的發(fā)明在第六 第十方面中的任意一方面所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置中，其特征在于，所述多個(gè)目鏡光學(xué)部分別具有大致矩形的形狀，并分開地并列配置。
第十二方面所述的發(fā)明在第十一方面所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置中，其特征在于，所述多個(gè)目鏡光學(xué)部中的每個(gè)在所述觀察者的視軸方向上的投影截面的寬度為瞳孔直徑以下。 第十三方面所述的發(fā)明在第十一或第十二方面所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置中，其特征在于，所述多個(gè)目鏡光學(xué)部配置為它們?cè)谒鲇^察者的視軸方向上的投影截面彼此的間隔在瞳孔直徑以下。 第十四方面所述的發(fā)明在第三 第五、第十、第十二、第十三方面中的任意一方面所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置中，其特征在于，所述瞳孔直徑為通常環(huán)境下的平均的瞳孔直徑尺寸即大致4mm。 在本發(fā)明中，頭部佩戴部在佩戴在觀察者的頭部上的狀態(tài)下，以基于來自多個(gè)目鏡光學(xué)部的圖像光的圖像在觀察者的視野內(nèi)鄰接地顯示為大畫面的方式，保持多個(gè)目鏡光學(xué)部。由此，能夠使基于多個(gè)目鏡光學(xué)部的顯示畫面相結(jié)合，在觀察者的視野內(nèi)顯示為大畫面的圖像，而不使移動(dòng)性降低。


圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的頭部佩戴型圖像顯示裝置的概略結(jié)構(gòu)的立體圖。 圖2是圖1所示的上側(cè)棒狀導(dǎo)光部和下側(cè)棒狀導(dǎo)光部的概略立體圖。
圖3是表示圖1中的目鏡光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。 圖4對(duì)圖1中的上下側(cè)的目鏡光學(xué)部和眼球的位置關(guān)系進(jìn)行說明的圖。 圖5是表示利用第一實(shí)施方式所涉及的頭部佩戴型圖像顯示裝置的視野內(nèi)的顯
示畫面的顯示位置的圖。 圖6是表示本發(fā)明中的第二實(shí)施方式的光學(xué)系統(tǒng)的概略的圖。 圖7是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的頭部佩戴型圖像顯示裝置的概略結(jié)
構(gòu)的立體圖。 圖8是圖7所示的上側(cè)棒狀導(dǎo)光部和下側(cè)棒狀導(dǎo)光部的概略立體圖。
圖9是表示圖7中的目鏡光學(xué)系統(tǒng)的概略的圖。 圖IO是表示使用第三實(shí)施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置時(shí)的眼點(diǎn)(eyepoint)的寬度的說明圖。 圖11是表示本發(fā)明的第四實(shí)施方式所涉及的頭部佩戴型圖像顯示裝置的概略結(jié)構(gòu)的立體圖。 圖12是表示利用第四實(shí)施方式所涉及的頭部佩戴型圖像顯示裝置的視野內(nèi)的顯示畫面的顯示位置的圖。 圖13是表示現(xiàn)有的耳機(jī)型頭部佩戴型圖像顯示裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。
圖14是表示現(xiàn)有的眼鏡型頭部佩戴型圖像顯示裝置的概略結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖15是現(xiàn)有例的頭部佩戴型圖像顯示裝置的光路概略圖。
標(biāo)號(hào)說明 10 :頭部佩戴型圖像顯示裝置;11 :眼鏡架;12 :框(rim) ;13 :鉸鏈;14 :圖像射出部；21U :上側(cè)棒狀導(dǎo)光部；21d :下側(cè)棒狀導(dǎo)光部；23u :上側(cè)顯示元件；23d :下側(cè)顯示元件；25U :上側(cè)目鏡光學(xué)部；25d :下側(cè)目鏡光學(xué)部；31u :上側(cè)目鏡光學(xué)系統(tǒng)；31d :下側(cè)目鏡光學(xué)系統(tǒng)；32 :目艮球；33U :上側(cè)圖像；33d :下側(cè)圖像；34 :鄰接點(diǎn)；35u :光線；35d :光線；4hl :上側(cè)目鏡光學(xué)部；41d:下側(cè)目鏡光學(xué)部；42u:上側(cè)目鏡光學(xué)部在觀察者的視軸方向上的投影截面的寬度；42d :下側(cè)目鏡光學(xué)部在觀察者的視軸方向上的投影截面的寬度；43 :目鏡光學(xué)部在觀察者的視軸方向上的投影截面的間隔；44u :上側(cè)顯示畫面；44d:下側(cè)顯示畫面；51U :上側(cè)目鏡光學(xué)部；51d :下側(cè)目鏡光學(xué)部；52u :上側(cè)顯示元件；52d :下側(cè)顯示元件；53U :上側(cè)目鏡光學(xué)系統(tǒng)；53d :下側(cè)目鏡光學(xué)系統(tǒng)；60 :頭部佩戴型圖像顯示裝置；61 :圖像光分割部；62 :棒狀導(dǎo)光部；62U :上側(cè)棒狀導(dǎo)光部；62d :下側(cè)棒狀導(dǎo)光部；63 :顯示元件；64 :目鏡光學(xué)部；64U :上側(cè)目鏡光學(xué)部；64d:下側(cè)目鏡光學(xué)部；65 :顯示圖像；66 :眼點(diǎn)；70 :頭部佩戴型圖像顯示裝置；71r :右側(cè)圖像射出部；711 :左側(cè)圖像射出部；73r :右側(cè)棒狀導(dǎo)光部；731 :左側(cè)棒狀導(dǎo)光部；74r :右側(cè)顯示圖像；741 :左側(cè)顯示圖像。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
(第一實(shí)施方式) 圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的頭部佩戴型圖像顯示裝置的概略結(jié)構(gòu)的立體圖。該頭部佩戴型圖像顯示裝置10是眼鏡一體型的右眼型的裝置。眼鏡架ll的框12在右側(cè)鉸鏈13附近保持圖像射出部14。圖像射出部14沿上、下隔開預(yù)定間隔地并列保持上側(cè)棒狀導(dǎo)光部21u和下側(cè)棒狀導(dǎo)光部21d。這些上側(cè)棒狀導(dǎo)光部21u和下側(cè)棒狀導(dǎo)光部21d構(gòu)成為在佩戴了頭部佩戴部即眼鏡架ll的狀態(tài)下，在觀察者的右眼視野內(nèi)延伸。
如圖2的概略立體圖所示，上側(cè)棒狀導(dǎo)光部21u形成為例如矩形截面，使其一端部的入射端面與保持在圖像射出部14內(nèi)的由液晶顯示元件或有機(jī)EL顯示元件等構(gòu)成的上側(cè)顯示元件23u對(duì)置地保持。此外，將顯示在上側(cè)顯示元件23u上的圖像的圖像光從入射端面導(dǎo)光到另一端部，在該另一端部上使圖像光反射到觀察者的眼球側(cè)并從側(cè)面射出。在該上側(cè)棒狀導(dǎo)光部21u的圖像光的射出部上保持上側(cè)目鏡光學(xué)部25u，該上側(cè)目鏡光學(xué)部25u由與顯示基于該圖像光的圖像的虛像位置對(duì)應(yīng)的曲率的目鏡構(gòu)成。 如圖2的概略立體圖所示，同樣地，下側(cè)棒狀導(dǎo)光部21d形成為例如矩形截面，該下側(cè)棒狀導(dǎo)光部21d使其一端部的入射端面與保持在圖像射出部14內(nèi)的由液晶顯示元件或有機(jī)EL顯示元件等構(gòu)成的下側(cè)顯示元件23d相對(duì)置，并保持在上側(cè)棒狀導(dǎo)光部21u的下側(cè)。此外，將顯示在下側(cè)顯示元件23d上的圖像的圖像光從入射端面導(dǎo)光到另一端部，在該另一端部上使圖像光反射到觀察者的眼球側(cè)并從側(cè)面射出。在該下側(cè)棒狀導(dǎo)光部21d的圖像光的射出部上保持下側(cè)目鏡光學(xué)部25d，該下側(cè)目鏡光學(xué)部25d由與顯示基于該圖像光的圖像的虛像位置對(duì)應(yīng)的曲率的目鏡構(gòu)成。 此外，在本實(shí)施方式中，使由上側(cè)目鏡光學(xué)部25u和下側(cè)目鏡光學(xué)部25d形成的各個(gè)虛像的顯示位置大致相等。由此，分別構(gòu)成上側(cè)目鏡光學(xué)部25u和下側(cè)目鏡光學(xué)部25d的目鏡的曲率大致相等。此外，在本實(shí)施方式中，分別從上側(cè)目鏡光學(xué)部25u和下側(cè)目鏡光學(xué)部25d射出的圖像光的射出方向不平行，具有沿上下方向朝向眼球中心傾斜的傾斜度。因此，相互傾斜地配置上側(cè)棒狀導(dǎo)光部21u和下側(cè)棒狀導(dǎo)光部21d。 圖3是表示圖1的頭部佩戴型圖像顯示裝置10的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。上側(cè)顯示元件23u和上側(cè)目鏡光學(xué)部25u構(gòu)成上側(cè)目鏡光學(xué)系統(tǒng)31u，在該光學(xué)系統(tǒng)31u中，從上側(cè)顯示元件23u射出的圖像光經(jīng)過上側(cè)目鏡光學(xué)部25u在眼球32內(nèi)的視網(wǎng)膜上成像上側(cè)圖像33u。此外，下側(cè)顯示元件23d和下側(cè)目鏡光學(xué)部25d構(gòu)成下側(cè)目鏡光學(xué)系統(tǒng)31d，在該下側(cè)光學(xué)系統(tǒng)31d中，從下側(cè)顯示元件23d射出的圖像光經(jīng)過下側(cè)目鏡光學(xué)部25d在眼球32內(nèi)的視網(wǎng)膜上成像下側(cè)圖像33d。 在圖3中，在上側(cè)圖像33u和下側(cè)圖像33d沒有間隙地鄰接(相鄰)顯示的情況下，在圖3中將該邊界設(shè)為鄰接點(diǎn)(相鄰點(diǎn))34。如圖3所示，該鄰接點(diǎn)34是從上側(cè)目鏡光學(xué)部25u的下端射出的光線35u和從下側(cè)目鏡光學(xué)部25d的上端射出的光線35d經(jīng)由瞳孔而在視網(wǎng)膜上成像的點(diǎn)。為了存在這樣的鄰接點(diǎn)，光線35u和光線35d必須像從既是上側(cè)顯示元件23u的虛像的最下點(diǎn)又是下側(cè)顯示元件23d的虛像的最上點(diǎn)的一點(diǎn)射出的光線那樣入射到眼球。此處，通常環(huán)境下人的眼球的瞳孔直徑大約為4mm，比較小，虛像位置設(shè)定為從幾十cm到無限遠(yuǎn)，因此光線35u和光線35d成為在幾十cm以上的前方相交的光線或大致平行光的光線，兩條光線的間隔需要為4mm以下。 圖4是對(duì)圖1中的上側(cè)目鏡光學(xué)部41u、下側(cè)目鏡光學(xué)部41d和眼球32的位置和大小的關(guān)系進(jìn)行說明的圖。該上側(cè)目鏡光學(xué)部41u包括上述的上側(cè)目鏡光學(xué)部25u或上側(cè)目鏡光學(xué)系統(tǒng)31u，下側(cè)目鏡光學(xué)部41d也同樣地，包括下側(cè)目鏡光學(xué)部25d或下側(cè)目鏡光
8學(xué)系統(tǒng)31d。如引用文獻(xiàn)2記載的那樣，通過將上側(cè)目鏡光學(xué)部41u、下側(cè)目鏡光學(xué)部41d 分別在觀察者的視軸方向上的投影截面(包括遮擋視場(chǎng)的部分)的寬度42u和42d設(shè)為瞳 孔直徑以下，即在通常環(huán)境下設(shè)為4mm以下，從而能夠觀察透視圖像。此外，如圖3中所說 明的那樣，為了鄰接地顯示兩個(gè)顯示畫面，從上側(cè)顯示元件23u的最下部射出的光線35u和 從下側(cè)顯示元件23d的最上部射出的光線35d需要以大致平行光的形式入射到眼球32，因 此配置為兩個(gè)目鏡光學(xué)部41u和41d在觀察者的視軸方向上的投影截面的間隔43為瞳孔 直徑以下，即4mm以下。 由此，如圖5所示，在觀察者的右眼視野內(nèi)，使通過上側(cè)棒狀導(dǎo)光部21u導(dǎo)光并從 上側(cè)目鏡光學(xué)部25u射出的圖像光的上側(cè)顯示畫面44u、和通過下側(cè)棒狀導(dǎo)光部21d導(dǎo)光并 從下側(cè)目鏡光學(xué)部25d射出的圖像光的下側(cè)顯示畫面44d上下鄰接地進(jìn)行顯示。各個(gè)顯示 畫面44u和44d在鄰接配置的狀態(tài)下，在外觀上，好像以一體的大畫面來顯示畫面那樣，通 過未圖示的顯示圖像控制部來控制顯示元件23u、23d的顯示內(nèi)容。 由此，根據(jù)本實(shí)施方式，以上側(cè)顯示元件23u和下側(cè)顯示元件23d的顯示圖像在 垂直方向上鄰接顯示在觀察者的視野內(nèi)的方式，使來自上側(cè)顯示元件23u和下側(cè)顯示元件 23d的圖像光分別從上側(cè)目鏡光學(xué)部25u和下側(cè)目鏡光學(xué)部25d朝向觀察者的眼球射出，因 此與使用了包括具有相同寬度的單一目鏡光學(xué)部的頭部佩戴型圖像顯示裝置的情況相比， 能夠顯示外觀上為大畫面的圖像。其結(jié)果，能夠在該單一的大畫面上顯示較多的集中信息 和圖形信息。 此外，通過將目鏡光學(xué)部25u和25d各自在觀察者的視軸方向上的投影截面的寬
度設(shè)為瞳孔直徑以下，從而能夠以大畫面顯示且進(jìn)行透視顯示。此外，對(duì)于各目鏡光學(xué)部 25u和25d，通過將其在觀察者的視軸方向上的投影截面的間隔設(shè)為瞳孔直徑以下，能夠沒 有間隙地配置在視野內(nèi)鄰接地顯示的多個(gè)畫面。
(第二實(shí)施方式) 圖6是表示本發(fā)明中的第二實(shí)施方式所涉及的頭部佩戴型圖像顯示裝置的光學(xué) 系統(tǒng)的概略的圖。本實(shí)施方式在第一實(shí)施方式中，取代分開配置的上側(cè)目鏡光學(xué)部25u和 下側(cè)目鏡光學(xué)部25d，而使用鄰接配置的上側(cè)目鏡光學(xué)部51u和下側(cè)目鏡光學(xué)部51d來構(gòu) 成。在圖6中，為了方便圖示，在目鏡光學(xué)部51u和51d的背面示出上側(cè)目鏡顯示元件52u和 下側(cè)目鏡顯示元件52d，但都與第一實(shí)施方式的情況同樣，上側(cè)目鏡顯示元件52u和下側(cè)目 鏡顯示元件52d通過用眼鏡架的眼鏡框保持的圖像射出部保持。此外，來自上側(cè)目鏡顯示 元件52u和下側(cè)目鏡顯示元件52d的圖像光分別通過無間隙地配置的上側(cè)棒狀導(dǎo)光部(未 圖示)和下側(cè)棒狀導(dǎo)光部(未圖示)導(dǎo)光到上側(cè)目鏡光學(xué)部51u和下側(cè)目鏡光學(xué)部51d。 其他的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式相同。 在本實(shí)施方式中，與第一實(shí)施方式同樣地，在垂直方向上鄰接地配置兩個(gè)目鏡光 學(xué)部51u和51d，使來自上側(cè)目鏡顯示元件52u和下側(cè)目鏡顯示元件52d的圖像光分別向觀 察者的眼球射出，因此能夠使兩個(gè)顯示元件52u和52d的顯示圖像在垂直方向上鄰接并以 大畫面顯示在觀察者的視野內(nèi)。但是，在該情況下，在上側(cè)目鏡光學(xué)部51u和下側(cè)目鏡光學(xué) 部51d之間沒有間隙，如果這些目鏡光學(xué)部51u和51d在觀察者的視軸方向上的投影截面
的寬度比瞳孔直徑大，則不能以透視圖像來觀察顯示圖像。
(第三實(shí)施方式)
9
圖7是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的頭部佩戴型圖像顯示裝置的概略結(jié)構(gòu)的立體圖。該頭部佩戴型圖像顯示裝置60取代第一實(shí)施方式中的用圖像射出部14保持的上側(cè)棒狀導(dǎo)光部21u和下側(cè)棒狀導(dǎo)光部21d，而是在圖像射出部14中保持前端部被分割為兩個(gè)的圖像光分割部61，該分割部分構(gòu)成為在佩戴了頭部佩戴部即眼鏡架11的狀態(tài)下，在觀察者的右眼視野內(nèi)延伸。 如圖8(a)中的概略立體圖所示，圖像光分割部61以長(zhǎng)方體的前端部形成有在長(zhǎng)方體的縱截面上為橫V字的切口的方式，形成為分割成上側(cè)棒狀導(dǎo)光部62u和下側(cè)棒狀導(dǎo)光部62d的形狀。使其未分割側(cè)的端部的入射面與保持在圖像射出部14內(nèi)的由液晶顯示元件或有機(jī)EL顯示元件等構(gòu)成的一個(gè)顯示元件63對(duì)置地被保持。此外，將從包括顯示在顯示元件63上的圖像的上半部分在內(nèi)的部分射出的部分圖像光從入射端面導(dǎo)光到上側(cè)棒狀導(dǎo)光部62u，在其端部使圖像光反射到觀察者的眼球側(cè)，并從保持在側(cè)面的上側(cè)目鏡光學(xué)部64u射出。此外，將從包括顯示在顯示元件63上的圖像的下半部分在內(nèi)的部分射出的部分圖像光從入射端面導(dǎo)光到下側(cè)棒狀導(dǎo)光部62d，在其端部使圖像光反射到觀察者的眼球側(cè)，并從保持在側(cè)面的下側(cè)目鏡光學(xué)部64d射出。 上側(cè)目鏡光學(xué)部64u和下側(cè)目鏡光學(xué)部64d由與顯示基于該圖像光的圖像的虛像位置對(duì)應(yīng)的曲率的目鏡構(gòu)成。在本實(shí)施方式中，如圖8(b)的透鏡截面圖所示，分別構(gòu)成上側(cè)目鏡光學(xué)部64u和下側(cè)目鏡光學(xué)部64d的目鏡的曲面呈切取了同一曲面上的一部分后的形狀，使到基于上側(cè)的部分圖像光和下側(cè)的部分圖像光的圖像的顯示位置為止的距離大致相等。此外，圖8中的上側(cè)目鏡光學(xué)部64u和下側(cè)目鏡光學(xué)部64d的目鏡如圖9所示，以從各個(gè)目鏡射出的圖像光朝向眼球的中心傾斜的方式，使用從光軸偏離的部分的透鏡面使圖像光折射。例如，使上側(cè)目鏡光學(xué)部64u和下側(cè)目鏡光學(xué)部64d的目鏡分別構(gòu)成為光軸與連接眼球中心和瞳孔中心的直線相一致的凸透鏡的一部分。 圖9是表示本實(shí)施方式的光學(xué)系統(tǒng)的概略的圖。使從顯示元件63到上側(cè)目鏡光學(xué)部64u和下側(cè)目鏡光學(xué)部64d的目鏡的射出窗為止的距離與目鏡的焦距大致相等。由此，從顯示元件63的各顯示位置射出的圖像光入射到圖像光分割部61 ，經(jīng)過上側(cè)棒狀導(dǎo)光部62u或下側(cè)棒狀導(dǎo)光部62d以及目鏡光學(xué)部64u、64d，大致成為平行光并入射到眼球32，在視網(wǎng)膜上成像顯示圖像65。在本實(shí)施方式中，將上側(cè)目鏡光學(xué)部64u和下側(cè)目鏡光學(xué)部64d在觀察者的視軸方向上的投影截面的寬度設(shè)為通常環(huán)境下的瞳孔直徑即4.mm以下。由此，能夠?qū)︼@示圖像進(jìn)行透視顯示。此外，將該上側(cè)目鏡光學(xué)部64u和下側(cè)目鏡光學(xué)部64d間的寬度也設(shè)為瞳孔直徑以下。由此，在本實(shí)施方式中，也與在第一實(shí)施方式中使用圖4所說明的同樣，來自上側(cè)目鏡光學(xué)部64u和下側(cè)目鏡光學(xué)部64d的部分圖像光在觀察者的視野內(nèi)鄰接地顯示為一體。此時(shí)，通過橫V字形的切口的深度，部分重疊地顯示來自上側(cè)目鏡光學(xué)部64u的部分圖像光和來自下側(cè)目鏡光學(xué)部64d的部分圖像光。由此，與使用了具有相同寬度的單一目鏡光學(xué)部的情況相比，顯示在顯示元件63上的圖像顯示為大畫面的一個(gè)圖像。
圖10是表示能夠觀察使用了本實(shí)施方式所涉及的頭部佩戴型圖像顯示裝置時(shí)的圖像的范圍、即眼點(diǎn)的寬度的說明圖，圖10(a)表示本實(shí)施方式的光學(xué)系統(tǒng)，圖10(b)是作為比較例的、表示使用了具有與本實(shí)施方式相同的大小和形狀的顯示元件63、在觀察者的視軸方向上的投影截面的寬度為瞳孔直徑以下的單一的目鏡光學(xué)部64以及單一的棒狀導(dǎo)光部62時(shí)的光學(xué)系統(tǒng)的圖。圖10(a)、圖10(b)示出了從顯示元件的上端和下端射出的圖像光在觀察者的瞳孔附近的到達(dá)位置。在圖10(a)中，在被分割的上側(cè)和下側(cè)棒狀導(dǎo)光部62u和62d的長(zhǎng)度為目鏡光學(xué)部64u、64d的目鏡的焦距的一半以下的情況下，能夠以確保從顯示元件63的下端部到上側(cè)目鏡光學(xué)部64u的圖像光、以及從顯示元件63的上端部到下側(cè)目鏡光學(xué)部64d的圖像光的光路的方式構(gòu)成圖像光分割部61。由此，在圖10(a)所示的本實(shí)施方式中，分別經(jīng)過了上側(cè)目鏡光學(xué)部64u和下側(cè)目鏡光學(xué)部64d的圖像光會(huì)合，與圖10(b)中所示的目鏡光學(xué)部64為一個(gè)的情況相比，能夠形成寬廣的眼點(diǎn)66。
如以上所說明的那樣，根據(jù)本實(shí)施方式，以通過圖像光分割部將來自一個(gè)顯示元件63的圖像光分割為部分圖像光，并且所分割的圖像光在視野內(nèi)顯示為一體的圖像的方式，使各個(gè)部分圖像光從目鏡光學(xué)部62u和62d朝向觀察者的眼球射出，因此相對(duì)于觀察者，與使用了具有寬度與本實(shí)施方式相同的單一目鏡光學(xué)部的頭部佩戴型圖像顯示裝置的情況相比，能夠顯示大畫面的圖像，能夠在外觀上單一的畫面上容易觀察地顯示較多的集中信息和圖形信息。此外，通過使眼點(diǎn)變寬，由此，即使因頭部佩戴型圖像顯示裝置的位置偏移而使眼球和目鏡光學(xué)部的位置關(guān)系在上下方向上稍微變動(dòng)，也能夠穩(wěn)定地連續(xù)觀察圖像。 此外，通過將目鏡光學(xué)部62u和62d分別在觀察者的視軸方向上的投影截面的寬度設(shè)為瞳孔直徑以下，能夠以大畫面進(jìn)行顯示，并且進(jìn)行透視顯示。此外，對(duì)于各目鏡光學(xué)部62u和62d，通過將其在觀察者的視軸方向上的投影截面的間隔設(shè)為瞳孔直徑以下，能夠在視野內(nèi)沒有間隙地配置多個(gè)圖像。[(Km](第四實(shí)施方式) 圖11是表示本發(fā)明的第四實(shí)施方式所涉及的頭部佩戴型圖像顯示裝置的概略結(jié)構(gòu)的立體圖。該頭部佩戴型圖像顯示裝置70取代第一實(shí)施方式中的圖像射出部14，而設(shè)置有保持在右眼用鏡片的右端和眼鏡架11的鉸鏈13之間的右側(cè)圖像射出部71r、和保持在右眼用鏡片的左端和眼鏡架11的框12之間的左側(cè)圖像射出部711。在右側(cè)圖像射出部7lr中，接合并保持著右側(cè)棒狀導(dǎo)光部73r的右端。此外，在左側(cè)圖像射出部711中，接合并保持著左側(cè)棒狀導(dǎo)光部731的左端。這些右側(cè)棒狀導(dǎo)光部73r和左側(cè)棒狀導(dǎo)光部731構(gòu)成為在佩戴了頭部佩戴部即眼鏡架11的狀態(tài)下，在觀察者的右眼視野內(nèi)延伸。
右側(cè)圖像射出部71r和左側(cè)圖像射出部711分別在內(nèi)部保持未圖示的顯示元件，右側(cè)棒狀導(dǎo)光部73r和左側(cè)棒狀導(dǎo)光部731與圖2中所說明的棒狀導(dǎo)光部25u或25d同樣地，構(gòu)成為從目鏡光學(xué)部(未圖示)射出來自顯示元件的圖像光。但是，在本實(shí)施方式中，右側(cè)棒狀導(dǎo)光部73r和左側(cè)棒狀導(dǎo)光部731也可以水平地位于視野的大致中央部，此時(shí)，沒有必要如同第一實(shí)施方式的棒狀導(dǎo)光部25u和25d那樣，以沿著上下方使圖像光的射出方向傾斜的方式傾斜配置右側(cè)棒狀導(dǎo)光部73r和左側(cè)棒狀導(dǎo)光部731。此外，嚴(yán)格而言，左側(cè)棒狀導(dǎo)光部731形成與圖2中的棒狀導(dǎo)光部25u或25d為左右翻轉(zhuǎn)的形狀。
在本實(shí)施方式中，將右側(cè)棒狀導(dǎo)光部73r和左側(cè)棒狀導(dǎo)光部731的寬度以及目鏡光學(xué)部分別在觀察者的視軸方向上的投影截面的寬度(圖11中的垂直方向的寬度)設(shè)為瞳孔直徑以下。此外，對(duì)于保持在右側(cè)棒狀導(dǎo)光部73r和左側(cè)棒狀導(dǎo)光部731上的各個(gè)目鏡光學(xué)部，將其在觀察者的視軸方向上的投影截面的間隔、即右側(cè)棒狀導(dǎo)光部73r的左端和左側(cè)棒狀導(dǎo)光部731的右端的間隔設(shè)為瞳孔直徑以下來進(jìn)行保持。 對(duì)于目鏡光學(xué)部，通過將其在觀察者的視軸方向上的投影截面的水平方向上的間
11隔設(shè)為瞳孔直徑以下，根據(jù)與在圖4中針對(duì)垂直排列目鏡光學(xué)部41u和41d的情況所說明的同樣的原理，能夠在觀察者的視野內(nèi)沿水平方向連接地顯示兩個(gè)顯示畫面。即，如圖12所示，在觀察者的右眼的視野內(nèi)的大致中央部，通過右側(cè)棒狀導(dǎo)光部73r導(dǎo)光的右側(cè)顯示圖像74r和通過左側(cè)棒狀導(dǎo)光部731導(dǎo)光的左側(cè)顯示圖像741左右鄰接地顯示，構(gòu)成外觀上為一個(gè)大畫面的圖像。 根據(jù)本實(shí)施方式，通過以預(yù)定的間隔分開設(shè)置兩個(gè)目鏡光學(xué)部，能夠在觀察者的視野內(nèi)顯示在水平方向上看起來為一個(gè)大畫面的圖像。此外，通過將棒狀導(dǎo)光部73r、731和目鏡光學(xué)部在觀察者的視軸方向上的投影截面的間隔的寬度設(shè)為瞳孔直徑以下，故能夠進(jìn)行透視顯示。 此外，本發(fā)明不僅僅限于上述實(shí)施方式，能夠進(jìn)行各種變形或變更。例如，還可以在左側(cè)或雙眼上設(shè)置圖像射出部、棒狀導(dǎo)光部和目鏡光學(xué)部等來構(gòu)成頭部佩戴型圖像顯示裝置。 此外，在上述各實(shí)施方式中，棒狀導(dǎo)光部朝向水平方向，但是不限于此。例如，也可以在眼鏡架的上部設(shè)置圖像射出部，使棒狀導(dǎo)光部保持為從此處開始向垂直下方在視野內(nèi)延伸?；蛘?，也可以使棒狀導(dǎo)光部沿傾斜方向延伸地保持在眼鏡架上。此外，還能夠構(gòu)成為省略各棒狀導(dǎo)光部，并將顯示元件與各目鏡光學(xué)部對(duì)置地保持在頭部佩戴部上，從而能夠觀察虛像。 此外，目鏡光學(xué)部也可以設(shè)置三個(gè)以上。通過將各目鏡光學(xué)部的寬度和目鏡光學(xué)部間的間隔設(shè)為觀察者的瞳孔直徑以下，能夠利用三個(gè)以上的圖像光在觀察者的視野內(nèi)顯示大畫面的圖像。 此外，本發(fā)明所涉及的頭部佩戴型圖像顯示裝置不限于眼鏡型，也能夠構(gòu)成為耳機(jī)型，還能夠構(gòu)成為眼鏡拆裝型。
權(quán)利要求
一種頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，該頭部佩戴型圖像顯示裝置具有多個(gè)目鏡光學(xué)部，它們分別朝向?qū)?yīng)的眼球射出應(yīng)顯示的圖像光；以及頭部佩戴部，其保持所述多個(gè)目鏡光學(xué)部，并能摘戴自如地佩戴在觀察者的頭部上，其中所述頭部佩戴部在佩戴在所述觀察者的頭部上的狀態(tài)下，以基于來自所述多個(gè)目鏡光學(xué)部的圖像光的圖像在所述觀察者的左右任意一個(gè)眼球的視野內(nèi)鄰接地顯示為大畫面的方式，保持所述多個(gè)目鏡光學(xué)部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，所述多個(gè)目鏡光學(xué) 部分別具有大致矩形的形狀，并分開地并列配置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，所述多個(gè)目鏡光學(xué) 部中的每個(gè)在所述觀察者的視軸方向上的投影截面的寬度為瞳孔直徑以下。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，所述多個(gè)目鏡光 學(xué)部配置為它們?cè)谒鲇^察者的視軸方向上的投影截面彼此的間隔為瞳孔直徑以下。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任意一項(xiàng)所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，所 述目鏡光學(xué)部由棒狀導(dǎo)光部來保持，所述棒狀導(dǎo)光部在所述觀察者的視軸方向上的投影截 面上具有瞳孔直徑以下的寬度。
6. —種頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，該頭部佩戴型圖像顯示裝置具有 圖像光分割部，其將應(yīng)顯示的圖像光分割為多個(gè)部分圖像光；多個(gè)目鏡光學(xué)部，它們朝向?qū)?yīng)的眼球射出由所述圖像光分割部所分割的多個(gè)部分圖 像光；以及頭部佩戴部，其保持所述圖像光分割部和所述多個(gè)目鏡光學(xué)部，并能摘戴自如地佩戴 在觀察者的頭部上，其中所述頭部佩戴部在佩戴在所述觀察者的頭部上的狀態(tài)下，以來自所述多個(gè)目鏡光學(xué)部 的圖像光在所述觀察者的左右任意一個(gè)眼球的視野內(nèi)顯示為寬視場(chǎng)角的圖像的方式，保持 所述圖像光分割部和所述多個(gè)目鏡光學(xué)部。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，所述多個(gè)目鏡光學(xué) 部分別具有目鏡，該目鏡的曲面與相同的透鏡曲面的一部分一致。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，所述圖像光分割 部由一個(gè)端部被分割的棒狀導(dǎo)光部構(gòu)成，在被分割的所述端部接合有所述目鏡光學(xué)部。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，所述多個(gè)目鏡光學(xué) 部具有彼此相等的焦距，所述棒狀導(dǎo)光部的被分割的部分的長(zhǎng)度為所述焦距的一半以下。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，所述棒狀導(dǎo)光 部的被分割的各個(gè)所述端部在所述觀察者的視軸方向上的投影截面的寬度為瞳孔直徑以 下。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6 10的任意一項(xiàng)所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，所 述多個(gè)目鏡光學(xué)部分別具有大致矩形的形狀，并分開地并列配置。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，所述多個(gè)目鏡光 學(xué)部中的每個(gè)在所述觀察者的視軸方向上的投影截面的寬度為瞳孔直徑以下。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，所述多個(gè)目鏡光學(xué)部配置為它們?cè)谒鲇^察者的視軸方向上的投影截面彼此的間隔為瞳孔直徑以下。
14.根據(jù)權(quán)利要求3 5、10、12、13中的任意一項(xiàng)所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其 特征在于，所述瞳孔直徑為通常環(huán)境下的平均的瞳孔直徑尺寸即大致4mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠顯示大畫面的圖像而不使移動(dòng)性降低的新型的頭部佩戴型圖像顯示裝置。該頭部佩戴型圖像顯示裝置具有分別朝向?qū)?yīng)的眼球射出應(yīng)顯示的圖像光的多個(gè)目鏡光學(xué)部(25u、25d)；以及保持多個(gè)目鏡光學(xué)部(25u、25d)，并能摘戴自如地佩戴在觀察者的頭部上的頭部佩戴部(11)，其中，頭部佩戴部(11)在佩戴在觀察者的頭部上的狀態(tài)下，以基于來自多個(gè)目鏡光學(xué)部(25u、25d)的圖像光的圖像在觀察者的視野內(nèi)鄰接地顯示為大畫面的方式，保持多個(gè)目鏡光學(xué)部(25u、25d)。
文檔編號(hào)G02B27/01GK101788711SQ20091017490
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2009年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月28日
發(fā)明者井場(chǎng)陽一, 杉原良平, 龍?zhí)锍墒?申請(qǐng)人:奧林巴斯株式會(huì)社