(57)【要約】  【課題】  頭部装着型表示装置(ＨＭＤ)においては、虚像表示に必要な全ての構成要素（レンズやミラー等からなる投影光学系）が頭部に装着されるが、大きく重いため、使用者の負担となっている。  【解決手段】  虚像表示に必要な光学系のうち、画像情報を含んだ光束を射出する投影光学手段と、前記光束を眼球網膜に結像させるための接眼光学手段とに分割して別構成とし、使用者は最終光学系だけを装着するようにした。装着部分が極めて小型軽量化され、且つ装着部分はなんら電源装置などを必要としない単純な機械的構造をとれるため、低価格化、高耐久性、ケーブルの不要化が達成できる。【選択図】      図３
2006098820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示すべき画像等の情報が含まれた光束を生成する画像生成手段と、
該画像生成手段から発せられる光束を出射する投影光学手段と、
該投影光学手段からの光束を集光して射出瞳を形成し、該射出瞳近傍に配された使用者眼球内の網膜上に前記画像等の像を形成させる接眼光学手段とを有する眼球投影型表示装置であって、
前記投影光学手段と接眼光学手段とを離間して構成し、接眼光学手段のみを使用者眼球近傍に配設したことを特徴とする眼球投影型表示装置。
【請求項２】
接眼光学手段を使用者頭部に装着可能に構成したことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
接眼光学手段がホログラムで構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の表示装置。
【請求項４】
接眼光学手段が眼鏡レンズまたはコンタクトレンズの表面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表示装置。
【請求項５】
投影光学手段が他の携帯機器に組み込まれていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の表示装置。
【請求項６】
使用者識別手段と、該使用者識別手段が識別した使用者情報に応じた画像を表示する画像切換手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像・映像・文字などの情報（以下、総称して「画像」とのみ称す）を使用者に対して視覚的に提供するための表示装置に関し、特に画像情報を含んだ光束を光学系により使用者の眼球に導光し虚像として見せる眼球投影型の表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、表示画像を使用者の眼球に投影し虚像として観察させる眼球投影型表示装置が提案されており、頭部装着型表示装置(ＨＭＤ：Head Mount Display)やヘッドアップディスプレイ(ＨＵＤ)として知られている。これは、図１に示すように、ＣＲＴやＬＣＤ等の表示素子を用いて表示させた表示器画像（ここでは矢印像）を、レンズやミラー等からなる投影光学系を用いて観者の眼球内に投影し、あたかも空間に表示されたかの様に虚像を見せるものである。ＨＭＤは、ＨＵＤの投影光学系を頭部に装着することに特化して小型軽量化したものであって、大きな画像を表示するために大きな光学系が必要となるＨＵＤとは異なり、装置本体内に設けられた小型の表示素子で大画面像を見ることができることが大きな利点となっている。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１８４７７９号公報
【特許文献２】特開平８−１３０６９４号公報
【特許文献３】特開２００２−２７７８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＨＭＤにおいても眼球と投影装置の最終素子との位置と投影装置の素子の大きさには関連があることが知られており、小さな投影装置で大きな投影像を得るためには、最終光学素子を眼球に近接して配置する必要がある。そのためＨＭＤでは、投影装置と画像生成装置との全体として小型軽量化に注力され、また、これらを少しでも楽に頭部に装着するための様々な機構が開発されてきたが、ホログラムなどの薄型光学素子を使用してもなお装置全体の重さは数十グラムになるので眼鏡やゴーグルなどの形で頭部に装着するには大きな違和感や重量感があり、また、画像生成装置のケーブルも接続されていたりする為、頭部、頚部などにかかる負担は未だ大きいものであった。本発明はこうした課題の抜本的な解決手段を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するため、本発明に係る表示装置は、表示すべき画像等の情報が含まれた光束を生成する画像生成手段と、該画像生成手段から発せられる光束を出射する投影光学手段と、該投影光学手段からの光束を集光して射出瞳を形成し、該射出瞳近傍に配された使用者眼球内の網膜上に前記画像等の像を形成させる接眼光学手段とを有する眼球投影型表示装置であって、前記投影光学手段と接眼光学手段とを離間して構成し、接眼光学手段のみを使用者眼球近傍に配設したことを特徴とする。
【０００６】
即ち、従来は図１のように虚像表示に必要な全ての構成要素（投影光学系）を小型化して全て接眼装着していたものを、図２に示すように画像情報を含んだ光束を射出する投影光学手段と、前記光束を眼球網膜に結像させるための接眼光学手段とに分割し、この接眼光学手段のみを使用者の眼球直前に配置したり使用者頭部に装着するようにしたので、装着部分が極めて小型軽量化される。加えて装着部分はなんら電源装置などを必要としない単純な機械的構造をとれるため、低価格化、高耐久性、ケーブルの不要化が達成できる。
【０００７】
さらに、接眼光学手段をホログラム素子にて構成すれば、眼鏡レンズやコンタクトレンズ等にこれを貼付あるいは形成することができ、眼鏡やコンタクトレンズ自体を接眼光学手段とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明に係る表示装置の一例を図３に示す。コンピュータや画像機器等からの映像信号は、表示機器の1.3型LCDに送られ、投影画像となる。バックライトには、複数の高輝度LEDにフィルタを組み合わせた公知のものを使用しており、520nmを中心とした波長帯域30nmの単色映像光が生成される。ここでは表示機器にLCD+高輝度LEDを使用しているが、発生する光の波長帯域幅が限定され、輝度が十分であれば 、CRTやプラズマディスプレイ、LCD+ランプなどを使用しても良い。
【０００９】
表示機器から出た光は、表示機器に近接して設けられた投影光学系により、発散光に変換される。投影光学系は、一般に複数のレンズにより構成される。本実施例では、非球面レンズを用いることにより収差低減を行っている為、３枚のレンズにより構成している。 投影光学系からの出射光は、発散角度を１０度程度に抑えることにより、頭部に装着した装着光学系の位置の限定度合を減少させている。
なお、投影光学系からの光束を平行光・収束光にした場合には、ある特定位置にて装着光学系未装着者の眼球に光が結像しやすいという安全上の問題が発生するが、出射瞳が小さいため眼球に結像される画像を判別することが困難であり、本発明による利点は損なわれない為、平行光・収束光を用いた光学系を使用しても良い。 
【００１０】
投影光学系から出て空間を伝搬した光束は、眼球直前に配置され、或いは使用者頭部に装着され眼球直前に設置された装着光学系によって集光されて射出瞳を形成し、眼球網膜に投影画像よりも大きな虚像を結像し、あたかも空間に画像が投影されたかのように使用者に見せる。装着光学系は、ここでは度の入っていない眼鏡レンズの表面に体積ホログラムにて形成されており、520nmを中心とした30nmの波長帯域の光に対してのみ光学系として作用するようになっている。そのため、投影光学系からの光以外の背景からの光は、そのまま 眼球に到達するが、投影光学系からの光は、眼球に結像するため、投影画像が空間に浮き上がったように見える。実施例では、眼鏡自体に背景光を低減して投影画像のコントラストを上げる均一コーティングがほどこされているが、投影光の波長帯域をより透過するフィルタ作用を持つコーティングを用いても良い。 
【００１１】
上記実施例は単一の波長域のみの単色画像であるが、図４に示すように、光源として３波長の光を持つものを用いてそれぞれの波長の光のみを所定の屈折を行うホログラムを形成することによりカラー化を行ってもよい。
【００１２】
また、近視用、遠視用、乱視用などの眼鏡使用者の場合には、眼鏡レンズ面表面に該当眼鏡レンズ特性を打ち消す光学特性を加味したホログラムを形成することにより、重量の増加やケーブル取り回し負荷などを全く伴うこと無く表示を見ることができる。
【００１３】
図では投影光学系と装着光学系とが光軸上に並ぶように構成しているが、異なる方向へ射出された投影光が装着光学系に入射するように公知の手段により導光するようにすれば、利用範囲がより広いものとすることができる。
【００１４】
装着光学系としては、単眼視型、双眼視型のどちらでも良い。単眼視型はさらに安価、小型軽量が見込まれるが、見易さや観者の疲労度においては不利となる場合がある。
【００１５】
また、眼鏡型に限らず、ゴーグル型、頭頂部と左右側頭部に添うヘッドホン型、前頭部と左右側頭部に添うヘアバンド型、頭部全周囲に添う環状型など、公知の装着用具としても良い。
【００１６】
また、図５に示すように、装着光学系近傍に使用者識別手段を用いて使用者個人を認証し、画像切換手段によって使用者別に異なる画像を表示するか、表示制限をかけるか、あるいは表示不可とするようにしても良い。使用者識別手段としては、例えば、RFID（Radio Frequency IDentification）などの無線識別タグを使用者に装着させたり、あるいは使用者別に所有する接眼光学手段に埋め込んだりして実現できる。また、指紋、声紋、網膜血管など公知の個人認証手段を採用することもできる。
【００１７】
投影光学系は、投影される虚像の大きさと関係なく小さく構成できるため、図６に示すように、これを携帯機器（携帯電話、電子手帳、携帯用パソコン、多機能腕時計、小型携帯ラジオ、小型携帯テレビ等）に組み込んで構成することもできる。この場合、使用者が見る画像は十分な大きさが得られ、小型携帯機器でありながら大画面での画像が視聴できる。しかも本発明によれば姿勢の自由度がとりやすいなどの利点も得られる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明に係る表示装置は、軍事用、医療用または個人的なディスプレー用途で使われる光学的ディスプレーシステムに利用でき、例えばゲーム画像、映画鑑賞、テレビジョン画像、ウエアラブルコンピュータやパーソナルコンピュータの出力画像、航空機や電車などの乗り物の運転者への情報提供、工場内作業者への作業情報の提供、美術館や水族館などにおける鑑賞者への情報提供、バーチャルリアリティを利用した展示場やショールーム、あるいは金融関係や個人情報などを取り扱う際における秘匿性を有する情報閲覧などに適した装着型表示装置として好適に使用される。特に秘匿情報については、パソコンの画面に表示され誰でも観ることができるような従来のものと異なり、本発明によれば接眼光学系を装着し且つ情報閲覧が許可されていない者には一切情報を見ることができない為、格段に優れた秘匿性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来のＨＭＤを示す説明図である。
【図２】本発明の表示装置を示す説明図である。
【図３】本発明に係る表示装置の一実施例を示す図である。
【図４】本発明に係る表示装置のカラー化に関する説明図である。
【図５】本発明に係る表示装置に装着者識別による画像切換機構を付加した構成例説明図である。
【図６】本発明に係る表示装置を携帯機器に組み込んだ際の使用状態説明図である。
【図１】
2006098820.tif 000003
【図２】
2006098820.tif 000004
【図３】
2006098820.tif 000005
【図４】
2006098820.tif 000006
【図５】
2006098820.tif 000007
【図６】
2006098820.tif 000008