(57)【要約】【課題】人体のもつ解剖学的見地からみて、たとえば、頭部の大きさ、眼幅、視力、感度などに充分に対応可能な構成とすることによって、使用感を向上可能な頭部装着型画像表示装置を提供する。【解決手段】頭部に装着した状態で、拡大レンズで虚像拡大した液晶表示装置の像を視認する頭部装着型画像表示装置（１）において、装置本体（１０）の内部には、光学系を眼幅方向および光学軸方向に移動させる調整機構が配置され、それらのノブは、装置本体（１０）の前方に集中的に配置されている。【選択図】図１５
2004029768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
頭部に装着した状態で、画像表示手段が形成した画像を拡大手段で虚像拡大して視認する頭部装着型画像表示装置において、
前記画像表示手段および前記拡大手段を備え、頭部に被ったときに、前頭部側に位置する前頭部支持部、および後頭部側に位置する後頭部支持部を備える装置本体と、
この装置本体を頭部に被ったときに前記前頭部支持部と前頭部とを当接した状態に保持する固定手段とを有することを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項２】
請求項１において、前記固定手段は、前記後頭部支持部の内面のうち、後頭部が当接する位置で膨張した状態および萎縮した状態に切り換え可能な膨張収縮部を有することを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項３】
請求項１において、前記固定手段は、前記装置本体上における前記後頭部支持部の位置を前記前頭部支持部に向けて移動させて前頭部を相対的に前記前頭部支持部に押し付ける変位機構を有することを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかの項において、前記前頭部支持部には、前頭部が当接する位置に弾性部材を有することを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項５】
頭部に装着した状態で、画像表示手段が形成した画像を拡大手段で虚像拡大して視認する頭部装着型画像表示装置において、
前記画像表示手段および前記拡大手段を備え、頭部に被ったときに、前頭部側に位置する前頭部支持部、および後頭部側に位置する後頭部支持部を備える装置本体と、
この装置本体の内面のうち、少なくとも前記前頭部支持部および前記後頭部支持部の内面において、膨張した状態および萎縮した状態に切り換え可能な膨張収縮部を有することを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項６】
請求項５において、前記膨張収縮部は、前記後頭部支持部側での膨張度合いが前記前頭部支持部側での膨張度合いよりも大きいことを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項７】
請求項２、５、または６において、前記膨張収縮部は、空気袋であることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかの項において、前記装置本体は、前記画像表示手段、前記拡大手段、および前記前頭部支持部を備える前方カバーと、前記後頭部支持部を備える後頭部支持カバーと、これらのカバーを両側頭部でそれぞれ連結する連結部とを有し、これらの連結部には、そこを回転中心として前記後頭部支持カバーを前記前方カバーに対して回転可能に連結する支持機構を備えることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項９】
請求項８において、前記連結部には、前記後頭部支持カバーを前記前方カバーに対して回転可能なままで、前記後頭部支持カバーを前記前方カバーに向けて移動させるスライド機構を備えることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項１０】
請求項８において、前記連結部には、スピーカが内蔵されているとともに、前記支持機構では、前記スピーカの枠体自身が前記後頭部支持カバーを前記前方カバーに対して回転可能な状態で連結する回転中心軸になっていることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項１１】
請求項８において、前記連結部には、スピーカが内蔵されているとともに、そこには、内側および外側を連通する通気孔が形成されていることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項１２】
請求項８ないし１１のいずれかの項において、前記前方カバーには排気孔が形成されていることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項１３】
請求項１ないし７のいずれかの項において、前記画像表示手段は、透過型の画像表示部、およびこの画像表示部を背面側から照らす照明手段とを備える画像表示ユニットとして一体化されているとともに、この画像表示ユニットは、前記拡大手段とともに光学ユニットとして一体化されて前記装置本体内に左右一対に収納されており、
前記一対の光学ユニットに対しては、それらを眼幅方向に一体で移動させてそれらの光学軸の離間幅を調整する眼幅方向位置調整機構を有することを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項１４】
請求項１３において、前記眼幅方向位置調整機構では、前記光学ユニットは、それから突出する案内ピンと、この案内ピンが嵌まるように前記装置本体側に形成されたガイド溝とによって案内されながら眼幅方向に移動することを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項１５】
請求項１３において、前記眼幅方向位置調整機構の操作ノブは、前記装置本体の前方位置に配置されていることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項１６】
請求項１ないし７のいずれかの項において、前記画像表示手段は、透過型の画像表示部、およびこの画像表示部を背面側から照らす照明手段を備える画像表示ユニットとして一体化されているとともに、この画像表示ユニットは、前記拡大手段とともに光学ユニットとして一体化されて前記装置本体内に左右一対で収納されており、
前記一対の光学ユニットに対しては、それらの光学軸に沿って前記画像表示ユニットを光学ユニット毎に移動させる軸方向位置調整機構を有することを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項１７】
請求項１６において、前記軸方向位置調整機構の操作ノブは、前記装置本体の前方位置に配置されていることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項１８】
請求項１１ないし１７のいずれかの項において、前記装置本体には、前記光学ユニットの上方位置に相当する部分に排気孔が形成されていることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項１９】
請求項１１ないし１７のいずれかの項において、前記光学ユニットの光学軸は、前方に向かう延長線上で交差するように設定されていることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項２０】
請求項１１ないし１７のいずれかの項において、前記光学ユニットは、その光学軸に反射ミラーが介挿され、この反射ミラーによって、前記光学ユニットの光学軸が屈曲していることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項２１】
請求項１１ないし１７のいずれかの項において、前記透過型の表示部は、液晶ライトバルブであることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項２２】
請求項１ないし２１のいずれかの項において、前記画像表示手段および前記拡大手段を含む光学系の光学軸は、眼球の水平視線に対して術角をなしていることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項２３】
請求項２２において、前記俯角は、１０°以下であることを特徴とする頭部装着型液晶表示装置。
【請求項２４】
請求項２２において、前記俯角は、６°以下であることを特徴とする頭部装着型液晶表示装置。
【請求項２５】
請求項１ないし２４のいずれかの項において、前記画像表示手段は、基板上に液晶表示素子が実装された左右一対の液晶表示モジュールであり、これらの液晶表示モジュールの水平方向幅の寸法をＷ１［ｍｍ］とし、左右の液晶表示素子の中心間の距離寸法をＧ［ｍｍ］としたときに、下式
Ｗ１＜Ｇ
を満たすことを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項２６】
請求項２５において、前記の左右の液晶表示素子の中心間の距離寸法は、約５５ｍｍであることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項２７】
請求項２５または２６において、前記拡大手段は、１枚の拡大レンズで構成され、
かつ、前記液晶表示素子の画像表示面の水平方向幅の寸法をＷ２［ｍｍ］とし、その画素ピッチの寸法をＰ［ｍｍ］としたときに、下式
３０×１０−３≦Ｐ≦０．００２１×Ｗ２
を満たし、
さらに、前記画像表示面の拡大虚像の水平方向の画角が３０°以上あることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項２８】
請求項２５ないし２７のいずれかの項において、下式
Ｐ≦０．００１６×Ｗ２
を満たすことを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項２９】
請求項１ないし７のいずれかの項において、前記装置本体は、上頭部に相当する部分は、開放状態にあることを特徴とする頭部装着型液晶表示装置。
【請求項３０】
請求項１ないし７のいずれかの項において、前記装置本体は、前記画像表示手段および前記拡大手段を内蔵する光学系収納空間と、この光学系収納空間から前頭部の形状に沿って斜めに延設された前頭部支持カバーとを有し、この前頭部支持カバーの内面が前記前頭部支持部であることを特徴とする頭部装着型液晶表示装置。
【請求項３１】
請求項１ないし７のいずれかの項において、前記装置本体は、前記画像表示手段および前記拡大手段を内蔵する光学系収納空間と、この光学系収納空間を顔面側で区画する仕切り壁とを有し、この仕切り壁には、鼻が位置する部分に前記光学系収納空間側に向けて凹む凹部が形成されていることを特徴とする頭部装着型液晶表示装置。
【請求項３２】
請求項１ないし７のいずれかの項において、前記装置本体の前方側では、下方に向かって半透明の遮光カバーが形成されていることを特徴とする頭部装着型液晶表示装置。
【請求項３３】
請求項３２において、前記遮光カバーは、下側への視界を確保可能な大きさであることを特徴とする頭部装着型液晶表示装置。
【請求項３４】
請求項１ないし３３のいずれかの項において、前記画像表示手段に対する駆動回路は、フレキシブル基板上に構成され、このフレキシブル基板は、前記装置本体内に沿って配置されていることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
この発明は、画像表示手段で表示した画像を虚像拡大して鑑賞するための画像表示装置に関し、特に、装置本体を頭部に装着した状態で画像を鑑賞する頭部装着型画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
装置本体を頭部に装着して、画像を鑑賞する装置としては、たとえば、特開平５−ｌＯＯ１９２号公報に記載されたものがある。この装置では、眼鏡タイプのフレームで構成され、このフレームを眼鏡をかけるようにして、頭部に装着する。従って、眼鏡の使用者がしばしば経験するように、わずかな重量の増加によって、装置本体が触れる鼻や耳に疲労感や不快感を与えるため、画像表示装置に装備できる機能や鑑賞時間が限られてしまうという問題点がある。また、装着状態が不安定であるため、頭部や身体を動かすと、装置本体がずれて、安定した状態で画像を鑑賞することができないという問題点もある。さらに、頭部や身体を大きく動かすと、装置本体が頭部から落下して、壊れてしまうという間題点もある。
【０００３】
また、特開平４−２２３５８号公報に記載の頭部装着型画像表示装置では、装置本体に側頭部にまで延設した一対の側枠を設け、この側枠の端部をゴムベルトで結んだ状態で頭部に巻き付けるようにして装着するようになっている。しかしながら、このような方法では、ゴムベルトで頭部から装置本体が落下することを防止しているが、ゴムベルトの幅が狭いので、落下を防止する効果が充分でない。また、ゴムベルトの幅を広くしても、弾性体であるゴムベルトだけで保持する以上、装置本体が不安定であることには変わりなく、画像のぶれ、疲労感、不快感といった問題点がある。
【０００４】
このように、従来の頭部装着型画像表示装置では、装置を装着する部分が大きさや形状に個人差のある頭部であって、この頭部では安定した状態に装着しにくいことを考慮していないことに起因して、使用感が劣るという第１の問題点がある。
【０００５】
次に、頭部装着型画像表示装置は、パーソナルユーズであるため、日経エレクトロニクス，Ｎｏ．５７１，Ｐｌｌ９に記載の頭部装着型画像表示装置では、視力および眼幅に応じて、画像の表示条件を調整できるようにしてある。しかしながら、この頭部装着型画像表示装置では、液晶ライトバルブ、反射ミラー、および拡大レンズから構成された左右一対の光学ユニットに対して、１つのバックライトで照らす構造になっているため、使用感が悪いという問題点がある。すなわち、使用者の視力に応じて結像位置を調整するときに、バックラィトと別体に構成されている液晶ライトバルプのみを光学ユニットの光学軸に沿って移動させると、バックライトに用いている蛍光管からは、発散光が照射されているので、バックライトと液晶ライトバルブとの距離が変化すると、液晶ラィトバルプヘの照射状態も変化し、画質が低下してしまうからである。特に、使用者の視力が左右で異なると、左右の虚像の画質（輝度）が異なるので、眼精疲労の原因になる。さらに、バックライトと液晶ライトバルブとの距離が大きくなる程、バックライトの照明効率が低下し、画像の高輝度化の妨げになる一方、それを解消しようとすると、低消費電力化の妨げになってしまう。
【０００６】
さらにまた、眼幅には個人差があって、一般的には約５８ｍｍから約７２ｍｍまでの範囲であると言われている。従って、左右の光学ユニットは、相対的に約１４ｍｍ移動可能であることが必要である。しかしながら、このような調整を従来の頭部装着型画像表示装置のように左右の光学ユニット毎に行なうと、片目毎の調整が必要になって手間がかかるという問題点がある。また、相対距離が合っても、一方の光学ユニットが移動しすぎたということもあり、このような状態のままで使用すると、眼精疲労の原因となる。
【０００７】
また、特開平５−４８９９１号公報に記載されている頭部装着型画像表示装置では、画像表示装置、拡大光学系、および眼球がなす光学軸は、この眼球の水平視線上にある。従って、鑑賞者は、視線を水平方向に定めた状態のままで画像を鑑賞するため、瞼を強制的に開けた感じになって、眼や瞼に負担を感じ、この状態を長く続けると、眼精疲労の原因になるという間題点がある。
【０００８】
このように、従来の装置では、視覚で情報を鑑賞するという特殊性を充分に考慮していないことに起因して、使用感が低いという第２の問題点がある。
【０００９】
また、頭部装着型画像表示装置としては、米国特許５１６２８２８号などがあり、この装置には、画像の表示素子、それが表示した画像に対する拡大光学系、およびこの拡大光学系と表示素子とを鑑賞者の眼前に位置決めする保持手段が設けられている。これらの構成部分のうち、表示素子は、他の部分に対して構造的な影響を最も及ぼすなど、重要な構成部分であり、この表示素子としては、一般に小型、軽量であるとともに、消費電力が小さいことが求められていることから、対角３インチ以上の液晶表示素子や１インチ未満の液晶表示素子が用いられている。しかしながら、液晶表示素子が大きすぎる場合、および小さすぎる場合のいずれの場合でも大きな問題点がある。
【００１０】
まず、液晶表示素子が大きすぎる場合には、表示素子自身が大きくなるだけでなく、それを拡大表示するための拡大光学系も大きくなってしまう。このため、頭部装着型画像表示装置は、非常にかさばり、重いものになってしまうので、鑑賞者に大きな負担をかけるという問題点がある。また、液晶表示素子のアドレッシングに関する問題も発生する。すなわち、左右の光学系において、液晶表示素子モジュールが大きすぎるため、それを眼前に並べて配置すると、互いにぶつかり合って、画像表示面の中心位置を眼球と拡大レンズの中心とを結ぶ光学軸上に配置できない。このような場合には、鑑賞者の左右の視野において、拡大画像が占める位置が異なることになって、テレビやビデオを鑑賞するときに、脳内で左右の画像を融像しようとしても、完全に重ならなくなってしまう。それ故、１つの画像として認識できるようにするには、左右の液晶表示モジュールにおいて、異なる画像を表示させる必要があり、その原画面を左右の液晶表示モジュールに分割表示するための回路などを付加する必要が生じる。このため、頭部装着型画像表示装置の小型・軽量化、および低コスト化を実現できないという問題点がある。
【００１１】
一方、液晶表示素子が小さすぎる場合には、画像の品位を向上できないという問題点がある。液晶表示モジュールにおいて、画像の品位を向上するには、液晶表示素子の画素数を多くすることが重要である。これに対して、小型の液晶表示素子では、表示面積が小さいため、大きなサイズの液晶表示素子と画素数を同じくすると、画素サイズを小さくすることになる。すなわち、液晶表示素子のサイズが１／２になれば、画素サイズも１／２になってしまう。従って、画素サイズが１／２になっても鮮明な拡大表示画像を得ようとすると、拡大光学系の解像度を２倍にしなければならないが、頭部装着型画像表示装置を小型化および軽量化するには、簡素な拡大光学系しか搭載できないという制約があり、あまりに小さな液晶表示素子で品位の高い画像を得ることが不可能である。また、液晶表示素子では、画素サイズを小さくしても、画素をスイッチングする薄膜トランジスタの占有面積は変わらない。従って、液晶表示素子のサイズが小さくなる程、画素部における開口率が低下し、表示画像の明るさが低下してしまう。それに加えて、ソース線およびゲート線に対する各画素の相対的な大きさが低下するため、表示画像全体に遮光領域が目立ち、表示画像の画質が低下するという問題点がある。
【００１２】
さらに、小型の液晶表示素子を用いたときに、広い画角を得るには、拡大光学系の拡大倍率を高める必要があり、それには、焦点距離の短いレンズを用いる必要がある。しかし、頭部装着型画像表示装置では、それを小型、軽量化する目的から、１枚のレンズで拡大光学系を構成する必要があり、焦点距離を短くするには、レンズ肉厚を厚くできるプラスチックレンズを用いることになる。しかしながら、肉厚が厚いプラスチックレンズは、精度が低くて、しかも量産時のスループットが悪いので、結果的には画質が低下するとともに、コストも高くなってしまうという問題点がある。また、鑑賞者の視力に合わせて、液晶表示素子を光学軸に沿って前後方向に移動させるときに、焦点距離の短いレンズを用いると、液晶表示素子を僅かに動かすだけで、拡大虚像の形成位置が大きく変化するので、精密な調整機構を搭載しないと、その調整が難しいという問題点がある。
【００１３】
このように、従来の装置では、眼幅寸法との関係などを考慮せずに、単に小さな表示装置を用いて設計するなど、画像の品位を高めることにまで充分に配慮されていないことに起因して、画像の品位、操作性、さらには経済性も低いという第３の問題点がある。
【００１４】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、人体のもつ解剖学的見地からみて、たとえば、頭部の大きさ、眼幅、視力、感度などに充分に対応可能な構成とすることによって、使用感を向上可能な頭部装着型画像表示装置を提供することにある。
【００１５】
【発明の開示】
上記課題を解決するために、本発明では、頭部に装着した状態で、画像表示手段が形成した画像を拡大手段で虚像拡大して視認する頭部装着型画像表示装置において、画像表示手段および拡大手段を備え、頭部に被ったときに、前頭部側に位置する前頭部支持部、および後頭部側に位置する後頭部支持部を備える装置本体と、この装置本体を頭部に被ったときに前頭部支持部と前頭部とを当接した状態に保持する固定手段とを設けたことに特徴を有する。
【００１６】
このような構成によれば、前頭部支持部と前頭部との位置関係を直接、確実に規定できるので、画像を最適な状態で鑑賞できる。また、装置本体を装着する部分が頭部であるという特殊性に充分対応でき、安定した使用感を得ることができる。
【００１７】
本発明では、固定手段としては、後頭部支持部の内面のうち、後頭部が当接する位置で膨張した状態およぴ萎縮した状態に切り換え司能に膨張収縮部を設けたものを用いることができる。
【００１８】
また、固定手段としては、装置本体上における後頭部支持部の位置を前頭部支持部に向けて移動させて前頭部を相対的に前頭部支持部に押し付ける変位機構を有するものを利用することもできる。
【００１９】
このような場合には、前頭部支持部には、前頭部が当接する位置に弾性部材を、好ましくは、マジックテープなどで着脱自在な緩衝用パッドを設けることが好ましい。
【００２０】
本発明では、頭部に装着した状態で、画像表示手段が形成した画像を拡大手段で虚像拡大して視認する頭部装着型画像表示装置において、画像表示手段および拡大手段を備え、頭部に被ったときに、前頭部側に位置する前頭部支持部、および後頭部側に位置する後頭部支持部を備える装置本体と、この装置本体の内面のうち、少なくとも前頭部支持部およぴ後頭部支持部の内面において、膨張した状態および萎縮した状態に切り換え可能な膨張収縮部とを設けてもよい。この場合に、膨張収縮部は、後頭部支持部側での膨張度合いが前頭部支持部側での膨張度合いよりも大きいことが好ましい。後方から押し付けることによって、前後方向における装置本体の安定性が向上するからである。
【００２１】
本発明において、膨張収縮部としては、空気袋で構成することが好ましい。装置の簡略化とともに、軽量化を図ることができるからである。
【００２２】
本発明では、装置本体に対し、画像表示手段、拡大手段、および前頭部支持部を備える前方カバーと、後頭部支持部を備える後頭部支持カバーと、これらのカバーを側頭部で連結する連結部とを設け、この連結部には、そこを回転中心として後頭部支持カバーを前方カバーに対して回転可能に連結する支持機構を設けることが好ましい。この場合には、連結部には、後頭部支持カバーを前方カバーに対して回転可能なままで、後頭部支持カバーを前方カバーに向けて移動させるスライド機構を設けることが好ましい。
【００２３】
また、連結部にスピーカを内蔵する場合には、このスピーカを支持機構の構成要素として利用することが好ましい。すなわち、スピーカの枠体自身を後頭部支持カバーを前方カバーに対して回転可能に連結する回転中心軸として用いることが好ましい。さらに、連結部にスピーカを内蔵しても、外音が聞こえるように、連結部には、内側および外側を連通する通気孔を形成することが好ましい。
【００２４】
また、前方カバーには、排気孔を設けることが好ましい。
【００２５】
本発明では、画像表示手段を、透過型の画像表示部、およびこの画像表示部を背面側から照らす照明手段とを備える画像表示ユニットとして一体化するとともに、この画像表示ユニットを、拡大手段とともに光学ユニットとして一体化して装置本体内に左右一対に収納するとともに、一対の光学ユニットに対しては、それらを眼幅方向に一体で移動させてそれらの光学軸の離間幅を調整する眼幅方向位置調整機構を有することが好ましい。
【００２６】
この場合には、眼幅方向位置調整機構において、光学ユニットから突出する案内ピンと、この案内ピンが嵌まるように装置本体側に形成されたガイド溝とによって案内されながら、光学ユニットが眼幅方向に移動することが好ましい。また、眼幅方向位置調整機構の操作ノブは、装置本体の前方位置に配置することが好ましい。
【００２７】
また、一対の光学ユニットに対しては、それらの光学軸に沿って画像表示ユニットを光学ユニット毎に移動させる軸方向位置調整機構を視度調整機構として設けることが好ましい。この場合にも、軸方向位置調整機構の操作ノブを装置本体の前方位置に配置することが好ましい。
【００２８】
本発明では、装置本体には、光学ユニットの上方位置に相当する部分に対し、照明手段が発する熱を放出するための排気孔を形成することが好ましい。
【００２９】
また、光学ユニットの光学軸は、前方に向かう延長線上で交差するように設定して、輻輳角を形成することが好ましい。この方が、自然な視線であるため、疲労感が小さいからである。
【００３０】
さらに、光学ユニットには、光学軸の途中位置に反射ミラーを設け、この反射ミラーによって、光学ユニットの光学軸を屈曲させることか好ましい。画像表示ユニットの側と、拡大手段とをより立体的に配置できるからである。
【００３１】
本発明では、透過型の表示部としては、たとえば、液晶ライトバルブを用いることが好ましい。
【００３２】
また、画像表示手段および拡大手段を含む光学系の光学軸は、眼球の水平視線に対して俯角をなしていることが好ましい。目然の視線で画像を見ることができるため、疲労感が小さくなるからである。ここで、俯角が１０°以下、好ましくは、６°以下であることが好ましい。
【００３３】
本発明において、画像表示手段は、基板上に液晶表示素子が実装された左右一対の液晶表示モジュールとして構成でき、この液晶表示モジュールの水平方向幅の寸法をＷ１［ｍｍ］とし、左右の液晶表示素子の中心間の距離寸法をＧ［ｍｍ］としたときに、下式を満たすように設計することが好ましい。
【００３４】
Ｗ１＜Ｇ
ここで、左右の液晶表示素子の中心間の距離寸法は、約５５ｍｍに設定すればよい。
【００３５】
本発明において、拡大手段は、１枚の拡大レンズで構成する場合には、まず、液晶表示素子の画像表示面の水平方向幅の寸法をＷ２［ｍｍ］とし、その画素ピッチの寸法をＰ［ｍｍ］としたときに、下式を満たすように設計する。
【００３６】
３０×１０−３≦Ｐ≦０．ＯＯ２１×Ｗ２
この場合には、画像表示面の拡大虚像の水平方向の画角を３０°以上にして画像の品位を高めることが好ましい。
【００３７】
また、Ｐ≦Ｏ．ＯＯ１６×Ｗ２であることがさらに好ましい。
【００３８】
本発明において、さらに使用感を高める目的に、装置本体において、上頭部に相当する部分を開放状態にすることが好ましい。また、装置本体には、画像表示手段および拡大手段を内蔵する光学系収納空間と、この光学系収納空間から前頭部の形状に沿って斜めに延設された前頭部支持カバーとを形成し、この前頭部支持カバーの内面が前頭部支持部であることが好ましい。装置本体がずり落ちにくくするためである。
【００３９】
また、装置本体に、画像表示手段および拡大手段を内蔵する光学系収納空間と、この光学系収納空間を顔面側で区画する仕切り壁とを設けた場合には、この仕切り壁に対して、鼻が位置する部分に光学系収納空間側に向けて凹む凹部を形成することが好ましい。
【００４０】
また、装置本体の前方側では、下方に向かって半透明の遮光カバーを設けることが好ましい。この場合でも、遮光カバーは、下側への視界を確保可能な大きさであることが好ましい。足元を確認できるようにして、安全性を高めるためである。
【００４１】
さらに、装置本体の軽量化、および設計の自由度を高める目的に、画像表示手段に対する駆動回路をフレキシブル基板上に構成し、このフレキシブル基板を装置本体内に沿って配置することが好ましい。
【００４２】
【発明を実施するための最良の形態】
実施例１
図１は、本例の頭部装着型画像表示装置の外観を示す斜視図、図２（ａ）、（ｂ）は、それを頭部に装着した状態を示す断面図、図３は、その分解図である。
【００４３】
（全体構成）
図１において、本例の頭部装着型画像表示装置１は、装置本体１Ｏを頭部に装着した状態で画像を鑑賞するための画像表示装置である。装置本体１０は、前方カバー２と後頭部支持カバー３（後頭部支持部）とから構成され、装置本体１０の上面が開放状態にある。このため、装置本体１０を頭部に被ったときでも、装置本体１０は、上頭部に接しないので、髪が舌しれにくくなっている。また、装置本体１０を頭部に被ったときに、装置本体１０は、頭部の周囲を取り巻くように装着されるので、前後方向および左右方向のいずれの方向に対しても、重量のバランスが確保されている。しかも、装置本体ｌＯは、全体として丸みを帯ぴた形状になっているので、鑑賞者自身はもとより、周囲の者と衝突しても、安全である。
【００４４】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように・前方カバー２の内部には、装置本体ｌＯを頭部に搭載したときに、鑑賞者に画像を見せる光学装置４が構成されている。この光学装置４に、駆動回路を介して画像信号を入力する目的に、装置本体１０の一方の側頭部に相当する部分には、外部の映像装置と接続されたケーブル１１が引き出されている。
【００４５】
（前方カバーおよび後頭部支持カバーの構成）
図２および図３において、前方カバー２の本体部分は、装置本体１Ｏを頭部に装着したときに、その目前および前頭部を覆うとともに、その側頭部で耳を覆う位置まで延びる上ケース２１で構成され、この上ケース２１の上方側には、前頭部の形状に沿って後方に向けて傾斜する姿勢で前頭部支持カバー２２（前頭部支持部）が延設されている。前頭部支持カバー２２の内面には、パッド支持板２３が配置され、このパッド支持板２３の内面には、緩衝パッド２２１が貼られている。この緩衝パッド２２１は、装置本体１０を被ったときに前頭部が接する前頭部当接部２２０になっている。なお、緩衝パッド２２１は、マジックテープでパッド支持板２３に接着されているので、交換司能である。従って、頭部が接する部分を衛生的に保っことができる。
【００４６】
また、装置本体１０は、顔面との間に余裕のある隙間が形成されるので、眼鏡をかけたままでも装着しやすい。また、内部に空気が籠もらないので、眼鏡が曇らないなど、装着感に優れている。さらに、このような隙間を確保しても、前頭部支持カバー２２は、前頭部の形状に沿って後方に向けて傾斜しているので、装置本体１０は、ずり落ちにくい。
【００４７】
上ケース２１の内側には、下ケース２５が取り付けられた状態にあり、この下ケース２５と上ケース２１とによって区画された部分が光学装置４を配置する光学系収納空間２０になっている。
【００４８】
下ケース２５は、前方に張り出す前方部２５１、この前方部２５１に対して直角に佇立する仕切り壁２５２、およびこの仕切り壁２５２に対して直角を成して側方に位置する側面部２５３とから構成されており、光学装置４を配置する光学系収納空間２０は、前方部２５１および仕切り壁２５２で外部から仕切られた状態にある。仕切り壁２５２には、眼球に対応する位置に左右一対の窓２９１が形成され、それらの間には、前方に向けて凹んで、内側に鼻との接触を避けるための凹み２９２が形成されている。なお、前方部２５１は、後述する光学ユニット４０を配置するときの基準面となる。また、上ケース２１の内面も光学ユニット４０を配置するときの基準面となる。ここで、前方部２５１、光学ユニット４０、および上ケース２１の内面のいずれかの隙間に、ばねなどの付勢部材を配置して、光学ユニット４０を基準面に付勢して、その位置決め精度を高めてもよい。
【００４９】
以上のとおり、本例では、装置本体１０を頭部に装着しても、鼻は、装置本体１０と接触しないので、圧迫感がないとともに、女性が使用しても化粧が乱れないなど、使い勝手を高めてある。また、前方部２５１には、左右一対の長孔４８５が形成されている。
【００５０】
下ケース２５の下方位置には、アクリル系樹脂製の半透明の遮光カバー２６が取り付けられており、その意匠性を高めてある。この遮光カバー２６は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、下ケース２５の下方において、装置本体１０の下方から光が差し込む．ことを防止する。また、本例では、遮光カバー２６の幅を必要最小限の寸法にして、顔面と遮光カバー２６との隙間２６０から、装置本体１Ｏを頭部に装着した状態でも、足元を見ることができるようになっている。
【００５１】
再び、図３において、下ケース２５には、左右の側面部２５３に孔２５４が２個ずつ形成されている。これに対して、上ケース２１の側には、孔２５４に対応する位置にそれぞれねじ孔（図示せず。）が形成されており、ビス（図示せず。）が内側から孔２５４を通って上ケース２１のねじ孔に螺着されることにより、上ケース２１と下ケース２５とが固定されている。また、遮光カバー２６の左右の端部にも孔２６１が形成されている。これに対し、上ケース２１の側には、孔２６１に対応する位置にそれぞれねじ孔（図示せず。）が形成されており、ビス（図示せず。）が内側から孔２６１を通って上ケース２１のねじ孔に螺着されることにより、上ケース２１と遮光カバー２６とが固定されている。
【００５２】
前方カバー２と後頭部支持カバー３とは、装置本体ｌＯを頭部に装着したときに、耳の側方に位置する部分で連結されており、この連結部５には、円形のスピーカ６が左右にそれぞれ固定されている。また、スピーカ６の外側に位置する前方カバー２の端部２０には、通気孔２８１が形成され、これらの通気孔２８１を介して、連結部５では、装置本体１０の内外が連通している。このため、スピーカ６が鑑賞者の耳に密着した状態になっても、通気孔２８１を介して、鑑賞者には外音が届くので、鑑賞者には不安感がなく、また、緊急時の安全性も高い。
【００５３】
（連結部の構成）
前方カバー２と後頭部支持カバー３との連結部５のうち、後方からみて左側の連結部５の構造を図５に拡大して示してある。スピーカ６は、スピーカ面６１を囲むリング状の枠体６２が剛性のプラスチックス製であり、この枠体６２には、外側に向けて円形の突出部６３が形成されている。また、前方カバー２の端部２０の内面では、リング状の受け部２０１が内側に向けて突出している。一方、後頭部支持カバー３の端部３０には、円形の穴３０１が形成されている。従って、前方カバー２の受け部２０１を後頭部支持カバー３の穴３０１に嵌め込んだ状態で、受け部２０１の内側にスピーカ６の突出部６３を嵌め込むことにより、前方カバー２と後頭部支持カバー３とが連結されている。従って、連結部５では、図６に示すように、スピーカ６の突出部６３を回転中心軸として、後頭部支持カバー３を前方カバー２に対して上下方向に回転させることが可能であり、装着感が最もよい位置まで後頭部支持カバー３の位置を変えることができる。さらに、図７（ａ）に示すように、後頭部支持カバー３を矢印Ａまたは矢印Ｂの方向に回転させて、後頭部支持カバー３を前方カバー２の方に完全に折り返し、装置本体１０をコンパクトにしてから保管または運搬することも可能である。また、鑑賞者が頭部装着型画像表示装置１を頭部に装着した状態で寝ころんだときに、後頭部に後頭部支持カバー３があると邪魔になるため、図７（ｂ）に示すように、後頭部支持カバー３を斜め上方にまで立てて使用すれば、後頭部がほとんど開放状態になるため、寝ころびながら画像の鑑賞を楽しむことができる。また、前方カバー２の側は、後頭部支持カバー３と相違して回転しないので、光学装置４０に画像信号を無線を利用して入力する場合には、アンテナ１１１を前方カバー２の側に固定すれば、アンテナ１１１は、常に側頭部に沿って立っているので、邪魔にならない。
【００５４】
さらに、前方カバー２と後頭部支持カバー３との連結部５での回転機構を利用して、図７（ｃ）に示すように、後頭部支持カバー３の上端から上頭部の上方位置まで回転して頭部からのずり落ちを防止する幅の狭い支持帯３９を設けてもよい。この状態でも、上頭部のほとんどの部分が開放状態にあるので、鑑賞者の使用感を損なわない。
【００５５】
また、連結部５では、前方カバー２と後頭部支持カバー３との連結部５での回転機構を利用して、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、前方カバー２の端部２０に長孔１１５を形成し、この長孔１１５からケーブル１１を引き出してもよい。このような構成によれば、ケーブル１１の引出し方向を長孔１１５に沿って変更し、後方に向けて引き出すことによって、ケープル１１に邪魔されずに、装置本体１０を安定した状態で机などの上に置くことができる。
【００５６】
（装置本体の頭部への固定構造）
このように構成した頭部装着型画像表示装置１では、装置本体１０を頭部に装着した状態で使用することから、使用中に頭部を動かしたときでも、装置本体１０が頭部からずれないようにすることが必要である。また、装置本体１０には、光学装置４が一体に構成されているため、鑑賞者に対して、光学装置４の重さなどが疲労感や不快感を与えないように、装置本体１０を安定した状態で頭部に装着する必要がある。さらに、装置本体１０に内蔵された光学装置４と、鑑賞者の眼球との位置関係を安定した状態に固定する必要がある。
【００５７】
そこで、本例では、頭部に対する位置ずれ防止構造（固定手段）として、図９に示す構造を採用している。なお、図９には、画像信号の入力のためのアンテナ１１１を立てた状態で図示してある。
【００５８】
本例の位置ずれ防止構造では、後頭部支持カバー３の内面に沿ってゴム製の空気袋８が貼ってあり、この空気袋８は、装置本体１０を頭部に装着したときに後頭部に位置するようになっている。空気袋８からは、後頭部支持カバー３を貫通して空気管８１が引き出されており、この空気管８１の先端には、バルブ８２が取り付けられている。従って、鑑賞者は、装置本体１０を頭部に被った後に、ゴムポンプ８３などで空気管８１から空気袋８に圧縮空気を供給して空気袋８を膨らますことによって、装置本体１０のうち、前頭部支持カバー２２に向けて前頭部を相対的に押し付けて、装置本体１０を頭部に装着することができる。この状態で、空気袋８の内側の面が後頭部当接部８０になる。この状態でも、前頭部は、前頭部支持カバー２２の緩衝用パッド２２１に押し付けられているため、不快感がない。なお、装置本体１０を頭部から外すときには、空気袋８から空気を抜いて空気袋８を萎ませるだけで、装置本体１０を簡単に外すことができる。
【００５９】
ここで、装置本体１０とは別体のゴムポンプ８３を用いずに、空気袋８に空気を供給できるように、電動式のポンプを装置本体１０に内蔵させてもよい。この場合には、後頭部支持カバー３の側において、空気袋８の側方位置に配置することによって、装置本体１０の前後方向の重量バランスを向上できる。また、ポンプから空気袋８までの経路が短くて済むなど、構造の簡素化の面でも有利である。
【００６０】
このように本例の頭部装着型画像表示装置１では、空気袋８で装置本体１０が頭部に対して前後方向から押し付ける構造になっているため、図９に矢印Ｃおよび矢印Ｄのいずれの方向にもずれない。従って、装着状態が安定しているので、使用感に優れている。しかも、頭部は、緩衝用パッド２２１および空気袋８に当接しているため、装置本体１０を頭部に被った状態で、装置本体１０を壁面などにぶつけても、大きな衝撃が頭部に伝わらない。
【００６１】
また、鑑賞者は、頭部の形状や大きさに合わせて、たとえば、図１０（ａ）に示すように、後頭部の真後ろに空気袋８が位置する状態に、または、図１０（ｂ）に示すように、後頭部のやや下方側に空気袋８が位置する状態にしても、空気袋８を膨らませたときには、装置本体１０が頭部に対して前後方向から押し付けられるので、鑑賞者の頭部の形状や大きさにかかわらず、装着状態が安定している。
【００６２】
（光学装置）
次に、光学装置４の基本的な構成、および頭部装着型画像表示装置１の基本的な原理を図１１を参照して説明しておく。
【００６３】
図１１において、光学装置４には、左右で一対の画像表示装置としての液晶表示素子４２（画像表示手段、液晶ライトバルブ）、およびそれを後方から照らすバックライト４３（照明手段）が配置され、この液晶表示素子４２と鑑賞者の眼球との間には、拡大レンズ４５（拡大手段、凸レンズ）が配置されている。ここで、液晶表示素子４２は、拡大レンズ４５に対し、その物体側焦点４５ａよりも拡大レンズ４５の側に配置されている。また、拡大レンズ４５の像側焦点４５ｂ付近に鑑賞者の眼球が位置するようになっている。従って、装置本体１０を頭部に装着した状態で、液晶表示素子４２に画像を表示させ、それをバックライト４３で照らすと、画像は、拡大レンズ４５によって左右の眼球にそれぞれ集光され、虚像が視認される。このとき、眼球で視認された画像は、脳で融像されて、画像を鑑賞する。このような構成の光学装置４として、本例では、図２および図３に示したように、光学装置４を左右で一対の角形の光学ユニット４０で構成してあり、この光学ユニット４０からは、側方に向けてフレキシブル基板４１が延びている。このフレキシブル基板４１には、液晶表示素子４２での表示動作を駆動するための駆動回路が構成されており、この駆動回路に対して、ケーブル１１やアンテナ１１１を介して画像信号が入力されるようになっている。
【００６４】
また、本例では、図１２に示すように、液晶表示素子４２と、拡大レンズ４５との間には、その光学軸Ｌ上に反射ミラー４４を配置し、光学軸Ｌを屈曲させている。このため、反射ミラー４４の上方位置に液晶表示素子４２およびバックライト４３を配置して、液晶表示素子４２と、拡大レンズ４５とを立体的に配置してある。しかも、光学ユニット４０を縦長の直方体にして、それらを前方ケース２の内部に効率よく配置して、前方ケース２があまりに前方に張り出さないようになっている。なお、反射ミラー４４は、光学ユニット４０の光学紬Ｌの途中位置であれば、いずれの位置に介挿してもよく、また、光学軸Ｌの屈曲方向にも限定がない。また、図１３に示すように、光学ユニット４０の筐体４００は、その上面が開口状態にあって、バックライト４３から発生する熱が光学ユニット４０の内部に籠もらないようになっている。また、上面開口は、前方カバー２の排気孔２８２に向いており、バックライト４３から発生した熱を外部に逃がすようになっている。さらに、前方カバー２では、上ケース２１と前頭部支持カバー２２との連結部分にも排気孔２８３が形成されており、矢印Ｆで示すように空気の流れが可能であるため、たとえば、装置本体１０を眼鏡を掛けたままで頭部に装着しても、眼鏡レンズが曇らない。
【００６５】
さらに、左右の光学ユニット４０は、図１４（ａ）に反射ミラー４４を用いない場合の概念図を示し、図１４（ｂ）に反射ミラー４４を用いた場合の概念図を示すように、光学軸Ｌが眼球の水平視線Ｐに対して俯角θ１をなすように配置されている。その理由は、本例の頭部装着型画像表示装置１では、拡大レンズ４５によって拡大された液晶表示素子４２の虚像Ｖを鑑賞者が視認するときの瞼への負担を小さくするためである。すなわち、視線方向が水平視線Ｐに対してなす角度と、鑑賞者が視線を前方に向けたときの瞼への負担の度合いとの関係を、２０歳から４５歳までの男女合わせて５０名による主観評価により検討したところ、表１に示す結果が得られた。
【００６６】
【表１】
2004029768.tif 000003
【００６７】
表１に示すように、被験者は、水平視線Ｐよりも上方位置に虚像を視認すると、瞼を強制的に開けた感じを受け、瞼への負担感が大きいと感じる。これに対して、水平視線Ｐの下方位置に虚像Ｖを視認するときには、瞼の開き具合が自然と感じ、負担感が小さい。しかも、その角度は、０°から１０°の範囲が好ましいという結果であった。そこで、本例では、光学軸Ｌが水平視線に対して１０°以下の俯角をなすように配置し、特に、６°以下の俯角をなすように配置してある。なお、俯角としては、約１５°位までが瞼への負担感の低減に効果があることが確認されている。
【００６８】
このような俯角を構成するにあたって、本例では、光学ユニット４０を下方側位置にずらし、そこで、拡大レンズ４５を斜め上方に向けている。
【００６９】
（光学装置の視度調整機構および眼幅方向位置調整機構）
本例では、光学装置４をユニット化するにあたって、光学ユニットを図１５および図１６に示すように構成してある。光学ユニット４０では、樹脂等で構成された略箱型の筐体４００に対して、画像表示ユニット４６、反射ミラー４４、および拡大レンズ４５を搭載してある。すなわち、筐体４００は、上面および前面に開口４５１、４５２が形成されており、開口４５２に拡大レンズ４５が嵌め込まれている。筐体４００の高さ方向の略中央部分には、画像表示ユニット４６が開口４５１に向けて取り付けられており、この画像表示ユニット４６では、図１６に示すように、上下に開口４６６が形成された四角形のフレーム４６１の内部に対し、その仕切り板４６２をバックライト４３と液晶表示素子４２とが挟むようにして取り付けられている。フレーム４６１の両側の外周側面部には、横断面が半円形の突起４６４、４６５が上下方向に形成されており、そのうち、一方の突起４６４に対しては、雌ねじ４６６が貫通している。
【００７０】
再び、図１５において、筐体４００の両側の外周側面部には、その上下方向に延びる突起４５３、４５４が形成されており、それらの内部には、半円形の開口断面を有する案内溝４５６、４５７がそれぞれ形成されている。これらの案内溝４５６、４５７に対して、フレーム４６１の突起４６４、４６５が嵌まるようにして、画像表示ユニット４６は、匡体４００の内部に収納されている。ここで、案内溝４５６、４５７の内径寸法は、画像表示ユニット４６の突起４６４の外径寸法よりもやや大きいため、画像表示ユニット４６は、案内溝４５６、４５７に案内されながら、上下方向に移動可能である。
【００７１】
また、筐体４００では、一方の突起４５３の上方位置に支持孔４７０が形成された座部４５５が形成されている。支持孔４７０には、視度調整用送りねじ４５８が回転可能に支持され、この視度調整用送りねじ４５８の先端側は、画像表示ユニット４６の雌ねじ４６６に噛み合っている。従って、視度調整用送りねじ４５８の上端に取り付けられている視度調整用ノブ４５９を回すと、画像表示ユニット４６が光学軸Ｌに沿って昇降し、鑑賞者の視力に応じて、液晶表示素子４２の上下方向の位置、すなわち、液晶表示素子４２と拡大レンズ４５との光学上の距離を調整できるようになっている。また、本例では、液晶表示素子４２を画像表示ユニット４６としてバックライト４３とともに移動させるので、液晶表示素子４２とバックライト４３との距離が一定のままである。このようにして、本例では、視度調整機構４７（軸方向位置調整機構）が構成されている。
【００７２】
この視度調整機構４７によれば、鑑賞者の視力に応じて、視度調整を行なっても、液晶表示素子４２とバックライト４３との距離が一定であるため、鑑賞者が変わっても、輝度の変化がない。
【００７３】
また、左右の視力は違っていても、輝度に差がない。また、左右の筐体４００からは、側方に向けてラック４８１が互いに対向する向きに平行に延びており、これらのラック４８１に対して、ピニオン４８２が噛み合っている。従って、ピニオン４８２の上端に取り付けられている眼幅方向位置調整用ノブ４８３を回すと、その回転に伴って、１対の筐体４００は、それぞれ離間する方向、または接近する方向に移動可能である。この移動の際には、光学ユニット４０に電気的接続されている駆動回路も移動するが、この駆動回路は、図３に示したフレキシフ゛ル基板４１で構成されているので、駆動回路に大きな負荷がかからない。
【００７４】
このように構成した眼幅方向位置調整機構４８では、１つのピニオン４８２で双方の筐体４００を移動させるため、扱いが容易である。それに加えて、左右の光学ユニット４０は、同じ距離だけ対称に移動するので、一対の筐体４００間の中心位置は、常に固定された状態にあるので、両眼同時に簡単に調整できる。
【００７５】
このように構成した眼幅方向位置調整機構４８および視度調整機構４７において、図１７に示すように、眼幅方向位置調整用ノブ４８３および視度調整用ノブ４５９は、いずれも前方カバー２の上面に位置している。これらのノブのうち、眼幅方向位置調整用ノブ４８３を操作すると、視度調整用ノブ４５９が横方向にスライドするため、前方カバー２に長孔４８４を形成することにより、視度調整用ノブ４５９および視度調整用送りねじ４５８が横方向に移動できるようにしてある。また、長孔４８４に対応して、前方カバー２の下面にも長孔４８５が形成されており、この長孔４８５内には、筐体４６の下面から下方に向けて突出する位置決め用ピン４６９が嵌まって、ガイド機構を構成している。また、長孔４８５と位置決め用ピン４６９とは、光学ユニット４０が回転して光学軸Ｌがずれることを防止している。また、長孔４８４と視度調整用送りねじ４５８も同様である。
【００７６】
このように、眼幅方向位置調整用ノブ４８３および視度調整用ノブ４５９はいずれも前方カバー２の上面に集中して配置してあるので、これらのノブを視認できない状態でも操作するのが容易である。また、装置本体１０を組み立てるときには、上ケース２１に予め、光学ユニット４０およびフレキシブル基板４１を取付け、しかる後に、下ケース２５を上ケース２１に取り付ける。このとき、いずれの部品も不透明であるが、下ケース２５には、長孔４８５が形成されているため、そこから内部を覗きながら、長孔４８５に位置決め用ピン４６９を嵌めることができるので、便利である。
【００７７】
なお、図１７において、光学ヘッド４０の側方には、フレキシブル基板４１や回路ブロックが配置され、それには、液晶表示素子駆動回路、バックライト駆動回路、バッテリー、ＴＶチューナーなどが構成されている。
【００７８】
（光学装置の改良例）
なお、図１５に示す光学装置４では、左右の光学ユニット４０の光学軸Ｌが平行になるように、光学ユニット４０を並べてあるが、図１８に示すように、光学軸Ｌを前方に向かう延長線上で内向させて交差させ、約３°位の輻輳角θ２を形成することが好ましい。すなわち、入間の自然な視線は、その覚醒時には常に内側への輻輳角θ２を形成した状態にあるため、本例では、光学ユニット４０をそれぞれ１．５°ずつ傾かせて、光学軸Ｌが約３°の輻輳角θ２を形成するようになっている。このため、鑑賞者は、左右の眼球でとらえた画像を容易に融像することができるので、疲労感がない。
【００７９】
このような構造にする目的に、本例では、図１９に示すように、左右の光学ユニット４０を外側に向けてやや傾けるとともに、筐体４００の側面からラック４８１が斜めに延びるように形成してある。このため、ラック４８１同士は、互いに平行に向き合っているので、１つのピニオン４８２で眼幅方向位置調整機構４８を操作することができる。また、約３°の輻輳角を保ったまま、眼幅方向位置の調整、および視度調整を行なうことができる。
【００８０】
（液晶表示装置の構成）
本例では、画像表示素子４２として、左右で一対の液晶表示モジュール４２０を隣接して配置するため、これらの液晶表示モジュール４２０がぶつからないように配置する必要がある。そこで、本例では、光学ユニット４０の光学軸Ｌが約３°位の輻輳角θ２を形成していても、図２０において、光学軸Ｌが平行なものとして見見做して、各寸法を設定してある。
【００８１】
まず、液晶表示モジュール４２０の水平幅を寸法Ｗ１［ｍｍ］とし、左右の液晶表示素子４２の中心間の距離を寸法Ｇ［ｍｍ］としたときに、下式を満たすように設定してある。
Ｗ１＜Ｇ
【００８２】
ここで、人間の眼幅は、個人、年齢、人種などによりばらつきがあるが、その最低値を約５５ｍｍと考えればよい。種々調査した結果、子供の眼幅の平均値が約５５ｍｍだからである。従って、液晶表示素子の中心間の距離を寸法Ｇ［ｍｍ］を５５ｍｍとし、この寸法よりも幅の狭い液晶表示モジュール４２０を用いる。なお、液晶表示モジュール４２０では、液晶表示素子４２と、それを実装するための実装基板とから構成され、実装基板の水平方向の幅は、画像表示面の水平方向の幅に比して約１０ｍｍから約１５ｍｍ大きいのが一般的である。また、左右の眼の光学ユニット４０の間には、反対側の画像の干渉を避けるために、仕切り板などを挿入することがある。従って、液晶表示素子４２の画像表示面の水平方向寸法が４０ｍｍを越える場合、すなわち、ＮＴＳＣ方式の液晶表示素子では、その画像表示面の対角寸法が２．Ｏインチを越える場合には、液晶表示モジュール同士のぶっかりによる、アドレッシングの問題が発生するので、本例では、液晶表示素子４２の画像表示面の水平方向寸法が４０ｍｍ以下、ＮＴＳＣ方式の液晶表示素子では、その画像表示面の対角寸法が２．０インチ以下の液晶表示モジュール４２０を用いてある。
【００８３】
また、画素数については、その良否が主観的なものであるため、本例では、主観評価法により、画素数と画質との関係を調査したところ、画素数が１７万画素以上のときに、ほぼ満足できる画質が得られ、画質が高いと感じるには、約３０万画素以上の画素数か必要であることが確認された。これらの画素数をＮＴＳＣ方式の液晶表示素子で得るには、画像表示面の水平方向の幅を寸法Ｗ２［ｍｍ］とし、画素ピッチＰ［ｍｍ］としたときに、下式を満たすように設定することになる。
画素数が１７万画素以上のとき：Ｐ≦０．００２１×Ｗ２
画素数が３０万画素以上のとき：Ｐ≦０．００１６×Ｗ２
【００８４】
また、上記の調査において、画像に充分な臨場感を得ようとすると、３０°以上の水平画角が必要であることが確認されたことから、水平画角を３０°以上に設定してある。
【００８５】
さらに、本例では、拡大レンズ４５として、１枚の非球面レンズで構成してあることから、画素ピッチの寸法Ｐを下式を満たすように設定してある。
Ｐ≧３０×１０−３
【００８６】
すなわち、１枚の非球面レンズで鑑賞者に歪曲収差を目立たないように、歪曲収差を±２％の範囲に抑え、かつ、すみずみまで鮮明な表示画像を得るためのＯ．１以上のＭＴＦを確保するために、液晶表示素子４２における空間周波数を１７本／ｍｍに抑えることが必要であり、液晶表示素子４２の画素ピッチを３０μｍ以上にしてある。
【００８７】
以上に述べたアドレッシングと画像品位の問題を同時に解消する条件を、図２１に液晶表示素子の表示面対角サイズ（横軸）と、画素ピッチ（縦軸）との関係で示すと、図２１に斜線で示す範囲となる。
【００８８】
この図において、破線１０１は、１７万画素に対応する下式の境界線である。
Ｐ≦０．０２１×Ｗ２
【００８９】
さらに、破線１０２は、３０万画素に対応する下式の境界線である。
Ｐ≦０．０１６×Ｗ２
【００９０】
破線１０３は、下式に相当する境界線である。
Ｗ１＜５５
すなわち、Ｗ２＜４０
【００９１】
破線１０４は、下式に相当する境界線である。
Ｐ≧３０×１０−３
【００９２】
従って、本例で用いる液晶表示素子４２は、画素数が１７万画素の場合には、図中、ａ、ｂ、ｃ、ｄで囲んだ斜線領域であり、更に、画素数が３０万画素の場合には、ｆ、ｅ、ｃで囲んだ領域に条件を設定してある。それ故、本例では、画像表示面の対角サイズが約１．０インチから約２．０インチであって、画素数が１７万画素以上の液晶表示素子４２を用いている。
【００９３】
たとえば、対角サイズ１．３２インチの液晶表示素子４２を用いて、水平画角が３０°の拡大虚像を得る場合の構成は、以下のとおりである。
【００９４】
この構成では、液晶表示素子４２に対してバックライト４３で背面から照射し、その表示画像を１枚の非球面レンズで拡大観察するものである。液晶表示素子４２では、対角サイズが１．３２インチ、アスペクト比が４：３のものを用いており、３０万画素（水平方向で６４０画素×垂直方向で４８０画素）、画素ピッチは、水平方向４２μｍ×垂直４２μｍであり、開口率は、２９．５％である。また、拡大レンズ４５（非球面凸レンズ）は、焦点距離が４８．４６ｍｍ、拡大率が５．１６倍である。また、拡大レンズ４５の２面（Ｓ１、Ｓ２）は、いずれも非球面であり、その形状は、非球面サグ量を与える以下の式で表される。
【００９５】
【式１】
2004029768.tif 000004
【００９６】
但し、Ｃは各面頂点の曲率、Ｒは光学軸Ｌからの高さ、Ｋはコーニック定数、ＡおよびＢは非球面係数である。
【００９７】
本例では、表２に示す各レンズにおいて、そのレンズ中心厚を求めた。なお、いずれの場合でも、レンズの屈折率ｎｄは、１．４９１５４である。また、鑑賞者の眼球と、拡大レンズ（非球面凸レンズ）の面Ｓ１の頂点との距離を２０．０ｍｍ〜３５．０ｍｍに設定してある。
【００９８】
【表２】
2004029768.tif 000005
【００９９】
ここで、眼球と、拡大レンズ４５（非球面凸レンズ）の面Ｓ１の頂点との距離は、個人差があるので、幅をもって設定する必要がある。しかも、眼鏡をかけている者にとっても、眼鏡を外さなくても使用できるように、少なくとも２０ｍｍ以上は、確保する必要がある。
【０１００】
このように設定した頭部装着型画像表示装置１では、重量が２８０ｇであり、顔面から前方への突出寸法は、４８ｍｍであり、いずれの場合でも、装着性がよいことが確認された。ここで、１．３２インチの液晶表示素子４２を用いながら、軽量化を図ることができたのは、拡大光学系をプラスチック製の単レンズで構成したことによる。
【０１０１】
また、３０万画素という高精細表示素子を用いたにもかかわらず、液晶表示素子４２の開口率は、約２９．５％ある。従って、約２４ｃｄ／ｍ２という明るさを確保することができ、高精細な画像を鑑賞するのに充分な明るさである。
【０１０２】
また、液晶表示素子４２の画素数が多いことに加えて、拡大レンズの性能がそれにマッチしているので、拡大表示画像の画質は、歪みがなく、すみずみまで鮮やかである。さらに、使用した拡大レンズは、非球面化したことにより、歪曲収差を±２％の範囲内に抑えてあるため、画像の歪みがない。それに加えて、液晶表示素子４２の画素ピッチから求められる空間周波数は、１２本／ｍｍであるのに対し、拡大レンズ４５は、最大水平画角において１２本／ｍｍの空間周波数のＭＴＦが０．１８であるため、充分に解像し得る。
【０１０３】
さらに、本例の拡大レンズ４５であれば、プラスチック射出成型により精度よく生産できるので、その点も高画質化に寄与している。しかも、量産時のスループットが高いので、コストを低減することができる。
【０１０４】
たとえぱ、表３に示すように、対角サイズが０．７インチの液晶表示素子（比較例）を用いた場合と比較すると、この比較例の液晶表示素子では、開口率が５％しか確保できないため、約４ｃｄ／ｍ２という明るさであり、高精細な画像を鑑賞することができない。
【０１０５】
【表３】
2004029768.tif 000006
【０１０６】
また、比較例の液晶表示素子では、画素ピッチが２３μｍになってしまい、拡大レンズに対して、２２本／ｍｍの解像度が要求される。従って、１枚の拡大レンズでは、最大水平画角において解像し得る条件ではない。
【０１０７】
しかも、視度調整において、−２．５Ｄから２．５Ｄまでの範囲で調整するのに、１．３２インチの液晶表示素子を用いた場合には液晶表示素子の前後方向の移動量が約１０ｍｍあるため、最適位置に調整するのが容易である。これに対し、０．７インチの液晶表示素子では、同じ視度調整において、約４ｍｍの移動量になって、微調整が不可能である。
【０１０８】
なお、同じく、１．３２インチの液晶表示素子を用い、水平画角３５°まで虚像拡大して鑑賞するときには、表４に示す構成の拡大レンズを用いればよい。
【０１０９】
【表４】
2004029768.tif 000007
【０１１０】
この場合でも、先に説明したように、図２１にａ、ｂ、ｃ、ｄで囲む斜線領域内にある液晶表示素子４２を用いた場合には、その範囲外にある液晶表示素子を用いた場合に比較して、画質面、および視度調整の容易さなどの面で優れている。
【０１１１】
さらに、拡大光学系を１枚の凸レンズで構成した場合の拡大画像の画質と、液晶表示素子４２のサイズとの関係を検討した。拡大画像については、客観的評価のために、液晶表示素子４２の表示画質は、サイズにかかわらず一定であると仮定して、凸レンズのＭＴＦ値で比較してある。但し、液晶表示素子の画素数は３０万画素、拡大画像の最大水平画角は３０°とし、凸レンズは、非球面化により、歪曲収差を±２％の範囲に抑えてある。
【０１１２】
この関係を液晶表示素子の画像表示面対角サイズと、拡大凸レンズの最大水平画角におけるＭＴＦとの関係として、図２２に示す。ここで、液晶表示素子の空問周波数Ｍとは、液晶表示素子の画素ピッチＰから求まる幾何学的な値であり、以下の式から求まる。
Ｍ＝１／２Ｐ〔本／ｍｍ〕
【０１１３】
従って、液晶表示素子４２の最大空間周波数に相当し、拡大画像にはこれ以上の空間周波数は、存在しない。
【０１１４】
この図から明らかなように、液晶表示素子４２の画像表示面対角サイズが１．０インチよりも小さくなると、ＭＴＦが０．１を下回る。すなわち、各画素を解像しなくなって、画質の大きな劣化が生じる。さらに、液晶表示素子の対角サイズが１．０インチよりも小さいと、マトリクス状の遮光部が目立つようになって、ＭＴＦの低下との相乗効果もあって、鑑賞者には、大幅な画質の劣化が生じたと感じる。
【０１１５】
これに対して、対角サイズが１．６インチ以上になると、ＭＴＦは、０．３を越えるようになる。但し、ＭＴＦが０．３以上になると、その数値がそれ以上大きくなっても、入間の眼には、その差がほとんど認識できない。従って、１．６インチ以上では、画質に差がないといえる。逆に、対角サイズが２．０インチを越えると、アドレッシングの問題が発生し、かっ、頭部装着型表示装置全体のサイズ、重量が大きくなって、装着感が損なわれる。
【０１１６】
それ故、拡大光学系を１つの凸レンズで構成し、かつ、装置全体の小型軽量化を図りながら、画像表示面対角サイズを１．０インチから２．０インチまでの範囲に設定し、画素ピッチ３０μｍ以上、画素数１７万画素以上の液晶表示素子を用いてあるため、本例の頭部装着型画像表示装置では、画質、操作性、および装着性に優れている。
【０１１７】
実施例２
図２３は、本発明の実施例に係る頭部装着型画像表示装置の装置本体に設けた位置ずれ防止機構（固定手段）の構成を示す説明図である。本例、および以下に説明する実施例５に係る頭部装着型画像表示装置では、装置本体の構造のみが相違し、光学装置などの構成が同様であるため、対応する機能を有する部分には同じ符号を付して、それらの説明を省略する。
【０１１８】
図２３において、本例の頭部装着型画像表示装置でも、装置本体１０の内側で空気袋８ａを膨らませて、装置本体を頭部に装着するようになっている。但し、本例では、装置本体の内面全体にわたって空気袋８ａを設けてある。この空気袋８ａに対しては、実施例１と同様に、空気管８１およびバルブ８２が設けてある。従って、装置本体１０を頭部に被った状態で、空気管８１から空気袋８ａに空気を供給すると、空気袋８ａが膨らんで頭部の周囲に密着し、装置本体１０は、頭部に安定した状態で保持される。このため、鑑賞者には、装置本体１０を頭部に装着しても違和感が小さい。また、装置本体１０のぶれがないので、画質の高い画像を楽しむことができるなどの効果を奏する。なお、装置本体１０には、スピーカ６が設けてあり、このスピーカ６の位置を避けるように空気袋８ａが配置されている。
【０１１９】
さらに、本例では、空気袋８ａのうち、後頭部に当接する部分８０ａが大きく膨らむようにして、装置本体１０が頭部の前後方向で位置ずれしないようになっている。従って、光学装置４０と眼球との位置関係が確実に規定されるなど、実施例１と同様な効果を得ることができる。
【０１２０】
なお、空気袋８ａについては、その配置位置としては、頭部の全周囲に限らず、前頭部および後頭部に相当する位置のみに配置しても、頭部と装置本体１０との前後位置を確実に規定できる。なお、空気袋８ａを側頭部に相当する位置のみに配置してもよい。
【０１２１】
実施例３
図２４は、本発明の実施例３に係る頭部装着型画像表示装置において、その装置本体に設けた位置ずれ防止機構（固定手段）の構成を示す説明図である。
【０１２２】
図２４において、本例の頭部装着型画像表示装置では、装置本体１０を頭部に機構的に固定するようになっている。すなわち、後頭部支持カバー３（後頭部支持部）には、ねじ孔８５が形成され、このねじ孔８５には、ねじ軸８６が嵌まっている。このねじ軸８６では、基端側にノブ８６１が取り付けられ、先端側には後頭部パッド８６２が設けられている。後頭部パッド８６２は、頭部に対応して湾曲した形状の背面板８６３と、その表面に張られたゴムなどの弾性体８６４（後頭部当接部）とから構成されている。
【０１２３】
従って、装置本体１０の緩衝用パッド２２１に前頭部を当接するようにして、装置本体１０を頭部に被せた後に、ノブ８６１をねじ軸８６のねじ込み方向に回転させると、ねじ軸８６は、後頭部パッド８６２を頭部に押し付ける。その結果、頭部は、緩衝パッド２２１と後頭部パッド８６２との間に挟まれた状態になって、装置本体１０は、頭部に確実に固定される。また、弾性体８６４を後頭部に当接させているため、後頭部の形状や大きななどに個人差があっても、それらを吸収して、安定して支持することができる。それ故、頭部や身体が動いても、安定した装着状態を保持できるので、疲労感や不快感がない。また、画質の高い画像を楽しむことができる。
【０１２４】
なお、このような送りねじを利用した後頭部当接部の変位機構については、その締結位置や支持位置などについて限定がない。
【０１２５】
実施例４
図２５（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例４に係る頭部装着型画像表示装置において、その装置本体に設けた位置ずれ防止機構（固定手段）の構成を示す説明図である。
【０１２６】
図２５（ａ）において、本例の頭部装着型画像表示装置でも、装置本体１０を頭部に機構的に固定するようになっている。すなわち、前方カバー２から頭上までには、保持アーム８７が形成されており、この保持アーム８７には、ねじ孔８７１が形成されている。これに対して、後頭部支持カバー３には、図２５（ｂ）に示すように、長孔８７２が形成されており、この長孔８７２を介して、ねじ孔８７１には、ノブ付きのねじ８７３が固定されるようになっている。また、前方カバー２と後頭部支持カバー３との連結部５では、基本的には図５に示した構造と同じ連結構造になっているが、後頭部支持カバー３の端部３０では、円形の穴３０１に代えて、図２５（ａ）に示すように、長穴８７４が形成されている。
【０１２７】
従って、まず、装置本体１０の緩衝用パッド２２１に前頭部が当接するようにして、装置本体１０を被り、視線位置を合わせる。しかる後に、ねじ８７３をねじ孔に螺着するとき、保持アーム８７と後頭部支持カバー３との重なり代の大きさを調整すると、長穴８７２の長手方向における幅の範囲内で後頭部支持カバー３の位置が変わる。従って、装置本体１０の前後方向における内径寸法が調整されるので、頭部に装置本体１０を安定した状態に装着することができる。それ故、違和感や不快感なく、画質の高い画像を楽しむことができる。
【０１２８】
なお、後頭部支持カバー３の内面には、ゴムやばねなどの弾性体で構成された後頭部用パッド８７５が形成されているので、後頭部は、後頭部用パッド８７５を介して前後方向に締め付けられる状態になるので、不快感が小さい。
【０１２９】
実施例５
実施例１で図５を参照して説明したように、前方カバー２の端部２０で内側に突出する突出部２０１を後頭部支持カバー３の端部３０に形成した穴３０１に嵌め込み、後頭部支持カバー３の内側に突出した突出部２０１の内部に対してスピーカ６の突出部６３を嵌め込む連結構造において、この状態のままで、図２６に点線で示すように、前方カバー２の内部に後頭部支持カバー３が収納されるまでスライド可能にする場合には、図２７（ａ）ないし（ｅ）に示すスライド機構を利用できる。
【０１３０】
すなわち、図２７（ａ）において、前方カバー２の端部２０には、突出部２０１を備えるスライド部材５０が取り付けられている。このスライド部材５０は、図２７（ｂ）、（ｃ）に示すように、突出部２０１の背面側に、一対のＬ字形の爪５２が形成されている。これらの爪５２は、互いに上下逆の向きに形成されており、上下方向に撓むことが可能である。また、各爪５２には、小さな突起５３が形成されている。一方、前方カバー２の端部２０では、前後方向に延びるスリット６５が形成されており、このスリット６５を挟むようにガイド部６６が前方カバー２の端部２０で外側に張り出している。従って、スリット６５の内部に爪５２を嵌め込むことによって、スライド部材５０を前方カバー２の端部２０に取り付け可能である。また、後頭部支持カバー３は、その端部３０が前方カバー２の端部２０とスピーカ６とによって挟まれた状態のまま、図２７（ａ）に示す位置から、図２７（ｄ）に示す位置まで移動できるので、後頭部支持カバー３を、図２６に実線で示す位置から点線で示す位置まで引っ込めて、後頭部支持カバー３を前方カバー２の内側に収納できる。
【０１３１】
ここで、図２７（ｅ）に示すように、ガイド部６６の所定位置に対して、突起５３が入り込む孔６７を形成してある。従って、突起５３が孔６７に嵌まり込んだ位置で、後頭部支持カバー３を前方カバー２に固定できるので、持ち運びに便利である。しかも、図２７（ｃ）に示すように、突起５３の頂上部分がガイド部６６の内面を摺動するので、後頭部支持カバー３を前方カバー２に対して簡単にスライドさせることができる。
【０１３２】
【産業上の利用可能性】
以上のとおり、本発明においては、装置本体に前頭部支持部と後頭部支持部とを設け、この後頭部支持部側において、空気袋などを用いて、頭部を相対的に前方に押し付けるようにして、前頭部と前頭部支持部とを当接することに特徴を有する。従って、本発明によれば、装置本体の前頭部支持部を基準にして、頭部を位置決めできるので、安定した装着感が得られる。また、身体や頭部が動いても、装置本体がずれないので、装置本体から重量感を感じにくい。従って、疲労感や不快感がない。さらに、光学系と眼球との位置関係を規定できるため、画像がぶれないなど、画像の品位も向上する。
【０１３３】
また、本発明では、画像表示装置と照明手段とをユニット化して、ユニット毎に光学軸に沿って移動可能にした場合には、視度調整の目的に、それらを移動させても、画像表示装置と照明手段との位置関係が変化しないので、画質が低下しない。また、左右の眼球の視力が異なっていても、ユニット毎に視度調整できるので、安定した画質で鑑賞できる。さらに、画像表示装置と照明手段とをユニット化することで近接した位置に配置できるので、照明効率が高い。それ故、低消費電力化を図っても、画質が低下しない。
【０１３４】
また、左右の光学ユニットを一体に移動させて、眼幅方向位置調整を行なう場合には、左右連動して動くので、光学ユニット間の中心位置が移動しない。それ故、相対距離だけでなく、光学ユニットの絶対位置を合わせやすいので、眼幅に合った状態で鑑賞できる。
【０１３５】
さらに、水平視線よりも光学袖を斜め下方に向けた場合には、瞼などに負担をかけずに自然な視線で画像を楽しむことができる。従って、鑑賞者は、疲労感が少ないため、映像に没入できるので、高い臨場感を得ることができる。
【０１３６】
また、表示装置として、画像表示面の対角サイズが１．０〜２．０インチ、画素ピッチが３０μｍ以上、画素数１７万画素以上の液晶表示素子を用いることによって、小型・軽量化できるとともに、高い画質を得ることができる。しかも、明るさ、操作性、経済性の面でも向上する。とりわけ、１枚の拡大レンズで拡大手段を構成することによって、装置の小型軽量化を実現しながら、高い画質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る頭部装着型画像表示装置の外観を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１に示す頭部装着型画像表示装置の使用方法を模式的に示す縦断面図、（ｂ）は、その横断面図である。
【図３】図１に示す頭部装着型画像表示装置の分解図である。
【図４】（ａ）は、図１に示す頭部装着型画像表示装置を頭部に装着した状態で鑑賞者の眼球と遮光カバーとの配置関係を示す説明図、（ｂ）は、この状態における顔面と遮光カバーとの配置関係を示す説明図である。
【図５】図１に示す頭部装着型画像表示装置において、前方カバーと後頭部支持カバーの連結構造を示す分解図である。
【図６】図５に示す連結部を中心に後頭部支持カバーを回転させた状態を示す説明図である。
【図７】（ａ）は、図６に示す後頭部支持カバーの回転動作を利用して後頭部支持カバーを前方カバーに収納した状態を示す説明図、（ｂ）は、後頭部支持カバーを後頭部から上頭部よりの位置に回転させた状態を示す説明図、（ｃ）は、図６に示す連結部に支持帯を付加した状態を示す説明図である。
【図８】（ａ）は、図１に示すケーブルの引出し方法とは別の引出し方法を示す背面図、（ｂ）は、その側面図である。
【図９】図１に示す頭部装着型画像表示装置において、頭部への装置本体の固定方法を示す説明図である。
【図１０】（ａ）は、図９に示す頭部への装置本体の固定状態の一例を示す説明図、（ｂ）は、別の頭部への装置本体の固定状態を示す説明図である。
【図１１】図１に示す頭部装着型画像表示装置における光学系の基本的な原理を示す説明図である。
【図１２】図１１に示す光学系の光学軸上に反射ミラーを挿入した構成を示す説明図である。
【図１３】図１２に示す光学系を構成する光学ユニットの装置本体内における配置位置を示す説明図である。
【図１４】（ａ）は、図１に示す頭部装着型画像表示装置において、水平視線と光学軸との関係を示す説明図、（ｂ）は、別の水平視線と光学軸との関係を示す説明図である。
【図１５】図１に示す頭部装着型画像表示装置に搭載した光学ユニットの構成を示す斜視図である。
【図１６】図１５に示す光学ユニット内に構成した画像表示ユニットの構成を示す分解図である。
【図１７】図１５に示す光学ユニットの装置本体への配置構造を模式的に示す説明図である。
【図１８】図１５に示す光学ユニットを用いて輻輳角を形成した状態を示す説明図である。
【図１９】、図１８に示す輻輳角を形成するのに用いた光学ユニットの構成を示す斜視図である。
【図２０】図１５に示す光学ユニットの幅寸法に関する制約を示す説明図である。
【図２１】図１に示す頭部装着型画像表示装置に搭載した光学系において、画像表示面のサイズと、画素ピッチとの最適条件を示すグラフである。
【図２２】図１に示す頭部装着型画像表示装置に搭載した光学系において、画像表示面のサイズと、最大水平画角におけるＭＴＦとの関係を示すグラフである。
【図２３】本発明の実施例２に係る頭部装着型画像表示装置に用いた装置本体の頭部への固定構造を模式的に示す説明図である。
【図２４】、本発明の実施例３に係る頭部装着型画像表示装置に用いた装置本体の頭部への固定構造を模式的に示す説明図である。
【図２５】本発明の実施例４に係る頭部装着型画像表示装置に用いた装置本体の頭部への固定構造を模式的に示す説明図である。
【図２６】本発明の実施例５に係る頭部装着型画像表示装置に用いた装置本体の頭部への固定構造を模式的に示す説明図である。
【図２７】図２６に示す固定構造を示す分解図である。
【図１】
2004029768.tif 000008
【図２】
2004029768.tif 000009
【図３】
2004029768.tif 000010
【図４】
2004029768.tif 000011
【図５】
2004029768.tif 000012
【図６】
2004029768.tif 000013
【図７】
2004029768.tif 000014
【図８】
2004029768.tif 000015
【図９】
2004029768.tif 000016
【図１０】
2004029768.tif 000017
【図１１】
2004029768.tif 000018
【図１２】
2004029768.tif 000019
【図１３】
2004029768.tif 000020
【図１４】
2004029768.tif 000021
【図１５】
2004029768.tif 000022
【図１６】
2004029768.tif 000023
【図１７】
2004029768.tif 000024
【図１８】
2004029768.tif 000025
【図１９】
2004029768.tif 000026
【図２０】
2004029768.tif 000027
【図２１】
2004029768.tif 000028
【図２２】
2004029768.tif 000029
【図２３】
2004029768.tif 000030
【図２４】
2004029768.tif 000031
【図２５】
2004029768.tif 000032
【図２６】
2004029768.tif 000033
【図２７】
2004029768.tif 000034
【手続補正書】
【提出日】平成15年6月9日(2003.6.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
頭部に装着した状態で、画像表示手段が形成した画像を拡大手段で虚像拡大して視認する頭部装着型画像表示装置において、
前記画像表示手段および前記拡大手段を備え、
前記画像表示手段および前記拡大手段を含む光学系の光学軸は、眼球の水平視線に対して俯角をなしていることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項２】
請求項１において、前記俯角は、１０°以下であることを特徴とする頭部装着型液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１において、前記俯角は、６°以下であることを特徴とする頭部装着型液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかの項において、
前記画像表示手段は、画像表示部、およびこの画像表示部を照らす照明手段を備える画像表示ユニットとして一体化されているとともに、この画像表示ユニットは、前記拡大手段とともに光学ユニットとして一体化されて前記装置本体内に左右一対で収納されており、
前記一対の光学ユニットに対しては、それらの光学軸に沿って前記画像表示ユニットを光学ユニット毎に移動させる軸方向位置調整機構を有することを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項５】
頭部に装着した状態で、画像表示手段が形成した画像を拡大手段で虚像拡大して視認する頭部装着型画像表示装置において、
前記画像表示手段および前記拡大手段を備え、
前記画像表示手段は、画像表示部、およびこの画像表示部を照らす照明手段を備える画像表示ユニットとして一体化されているとともに、この画像表示ユニットは、前記拡大手段とともに光学ユニットとして一体化されて前記装置本体内に左右一対で収納されており、
前記一対の光学ユニットに対しては、それらの光学軸に沿って前記画像表示ユニットを光学ユニット毎に移動させる軸方向位置調整機構を有することを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項６】
請求項５において、前記軸方向位置調整機構の操作ノブは、前記装置本体の前方位置に配置されていることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項７】
頭部に装着した状態で、画像表示手段が形成した画像を拡大手段で虚像拡大して視認する頭部装着型画像表示装置において、
前記画像表示手段および前記拡大手段を備え、
前記画像表示手段は、画像表示部、およびこの画像表示部を照明手段とを備える画像表示ユニットとして一体化されているとともに、この画像表示ユニットは、前記拡大手段とともに光学ユニットとして一体化されて前記装置本体内に左右一対に収納されており、
前記一対の光学ユニットに対しては、それらを眼幅方向に一体で移動させてそれらの光学軸の離間幅を調整する眼幅方向位置調整機構を有することを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項８】
請求項７において、前記眼幅方向位置調整機構では、前記光学ユニットは、それから突出する案内ピンと、この案内ピンが嵌まるように前記装置本体側に形成されたガイド溝とによって案内されながら眼幅方向に移動することを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項９】
請求項７において、前記眼幅方向位置調整機構の操作ノブは、前記装置本体の前方位置に配置されていることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項１０】
請求項５ないし９のいずれかの項において、前記装置本体には、前記光学ユニットの上方位置に相当する部分に排気孔が形成されていることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項１１】
請求項５ないし９のいずれかの項において、前記光学ユニットの光学軸は、前方に向かう延長線上で交差するように設定されていることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項１２】
請求項５ないし９のいずれかの項において、前記光学ユニットは、その光学軸に反射ミラーが介挿され、この反射ミラーによって、前記光学ユニットの光学軸が屈曲していることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項１３】
請求項５ないし９のいずれかの項において、前記画像表示部は、透過型の液晶ライトバルブであることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項１４】
頭部に装着した状態で、画像表示手段が形成した画像を拡大手段で虚像拡大して視認する頭部装着型画像表示装置において、
前記画像表示手段および前記拡大手段を備え、
前記画像表示手段は、基板上に液晶表示素子が実装された左右一対の液晶表示モジュールであり、これらの液晶表示モジュールの水平方向幅の寸法をＷ１［ｍｍ］とし、左右の液晶表示素子の中心間の距離寸法をＧ［ｍｍ］としたときに、下式
Ｗ１＜Ｇ
を満たすことを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項１５】
請求項１４において、前記の左右の液晶表示素子の中心間の距離寸法は、約５５ｍｍであることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項１６】
請求項１４または１５において、前記拡大手段は、１枚の拡大レンズで構成され、
かつ、前記液晶表示素子の画像表示面の水平方向幅の寸法をＷ２［ｍｍ］とし、その画素ピッチの寸法をＰ［ｍｍ］としたときに、下式
３０×１０−３≦Ｐ≦０．００２１×Ｗ２
を満たし、
さらに、前記画像表示面の拡大虚像の水平方向の画角が３０°以上あることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項１７】
請求項１４ないし１６のいずれかの項において、下式
Ｐ≦０．００１６×Ｗ２
を満たすことを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
【発明の開示】
上記課題を解決するために、本発明では、頭部に装着した状態で、画像表示手段が形成した画像を拡大手段で虚像拡大して視認する頭部装着型画像表示装置において、画像表示手段および拡大手段を備え、画像表示手段および拡大手段を含む光学系の光学軸は、眼球の水平視線に対して俯角をなしていることが好ましい。目然の視線で画像を見ることができるため、疲労感が小さくなるからである。ここで、俯角が１０°以下、好ましくは、６°以下であることが好ましい。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、本発明では、画像表示手段を、透過型の画像表示部、およびこの画像表示部を背面側から照らす照明手段とを備える画像表示ユニットとして一体化するとともに、この画像表示ユニットを、拡大手段とともに光学ユニットとして一体化して装置本体内に左右一対に収納するとともに、一対の光学ユニットに対しては、それらの光学軸に沿って画像表示ユニットを光学ユニット毎に移動させる軸方向位置調整機構を視度調整機構として設けることが好ましい。この場合にも、軸方向位置調整機構の操作ノブを装置本体の前方位置に配置することが好ましい。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、本発明では、一対の光学ユニットに対しては、それらを眼幅方向に一体で移動させてそれらの光学軸の離間幅を調整する眼幅方向位置調整機構を有することが好ましい。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
この場合には、眼幅方向位置調整機構において、光学ユニットから突出する案内ピンと、この案内ピンが嵌まるように装置本体側に形成されたガイド溝とによって案内されながら、光学ユニットが眼幅方向に移動することが好ましい。また、眼幅方向位置調整機構の操作ノブは、装置本体の前方位置に配置することが好ましい。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また、装置本体には、光学ユニットの上方位置に相当する部分に対し、照明手段が発する熱を放出するための排気孔を形成することが好ましい。
また、光学ユニットの光学軸は、前方に向かう延長線上で交差するように設定して、輻輳角を形成することが好ましい。この方が、自然な視線であるため、疲労感が小さいからである。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
さらに、光学ユニットには、光学軸の途中位置に反射ミラーを設け、この反射ミラーによって、光学ユニットの光学軸を屈曲させることか好ましい。画像表示ユニットの側と、拡大手段とをより立体的に配置できるからである。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明では、画像表示部としては、たとえば、透過型の液晶ライトバルブを用いることが好ましい。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
また、本発明において、画像表示手段は、基板上に液晶表示素子が実装された左右一対の液晶表示モジュールとして構成でき、この液晶表示モジュールの水平方向幅の寸法をＷ１［ｍｍ］とし、左右の液晶表示素子の中心間の距離寸法をＧ［ｍｍ］としたときに、下式を満たすように設計することが好ましい。
Ｗ１＜Ｇ
ここで、左右の液晶表示素子の中心間の距離寸法は、約５５ｍｍに設定すればよい。


【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本発明において、拡大手段は、１枚の拡大レンズで構成する場合には、まず、液晶表示素子の画像表示面の水平方向幅の寸法をＷ２［ｍｍ］とし、その画素ピッチの寸法をＰ［ｍｍ］としたときに、下式を満たすように設計する。
３０×ＩＯ−３≦Ｐ≦０．ＯＯ２１×Ｗ２
この場合には、画像表示面の拡大虚像の水平方向の画角を３０°以上にして画像の品位を高めることが好ましい。


【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
また、Ｐ≦Ｏ．ＯＯ１６×Ｗ２であることがさらに好ましい。


【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
（全体構成）
図１において、本例の頭部装着型画像表示装置１は、装置本体１０を頭部に装着した状態で画像を鑑賞するための画像表示装置である。装置本体１０は、前方カバー２と後頭部支持カバー３（後頭部支持部）とから構成され、装置本体１０の上面が開放状態にある。このため、装置本体１０を頭部に被ったときでも、装置本体１０は、上頭部に接しないので、髪が乱れにくくなっている。また、装置本体１０を頭部に被ったときに、装置本体１０は、頭部の周囲を取り巻くように装着されるので、前後方向および左右方向のいずれの方向に対しても、重量のバランスが確保されている。しかも、装置本体１０は、全体として丸みを帯びた形状になっているので、鑑賞者自身はもとより、周囲の者と衝突しても、安全である。


【手続補正３０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
（前方カバーおよび後頭部支持カバーの構成）
図２および図３において、前方カバー２の本体部分は、装置本体１Ｏを頭部に装着したときに、その目前および前頭部を覆うとともに、その側頭部で耳を覆う位置まで延びる上ケース２１で構成され、この上ケース２１の上方側には、前頭部の形状に沿って後方に向けて傾斜する姿勢で前頭部支持カバー２２（前頭部支持部）が延設されている。前頭部支持カバー２２の内面には、パッド支持板２３が配置され、このパッド支持板２３の内面には、緩衝パッド２２１が貼られている。この緩衝パッド２２１は、装置本体１０を被ったときに前頭部が接する前頭部当接部２２０になっている。なお、緩衝パッド２２１は、マジックテープでパッド支持板２３に接着されているので、交換可能である。従って、頭部が接する部分を衛生的に保っことができる。


【手続補正３１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
（連結部の構成）
前方カバー２と後頭部支持カバー３との連結部５のうち、後方からみて左側の連結部５の構造を図５に拡大して示してある。スピーカ６は、スピーカ面６１を囲むリング状の枠体６２が剛性のプラスチックス製であり、この枠体６２には、外側に向けて円形の突出部６３が形成されている。また、前方カバー２の端部２０の内面では、リング状の受け部２０１が内側に向けて突出している。一方、後頭部支持カバー３の端部３０には、円形の穴３０１が形成されている。従って、前方カバー２の受け部２０１を後頭部支持カバー３の穴３０１に嵌め込んだ状態で、受け部２０１の内側にスピーカ６の突出部６３を嵌め込むことにより、前方カバー２と後頭部支持カバー３とが連結されている。従って、連結部５では、図６に示すように、スピーカ６の突出部６３を回転中心軸として、後頭部支持カバー３を前方カバー２に対して上下方向に回転させることが可能であり、装着感が最もよい位置まで後頭部支持カバー３の位置を変えることができる。さらに、図７（ａ）に示すように、後頭部支持カバー３を矢印Ａまたは矢印Ｂの方向に回転させて、後頭部支持カバー３を前方カバー２の方に完全に折り返し、装置本体１０をコンパクトにしてから保管または運搬することも可能である。また、鑑賞者が頭部装着型画像表示装置１を頭部に装着した状態で寝ころんだときに、後頭部に後頭部支持カバー３があると邪魔になるため、図７（ｂ）に示すように、後頭部支持カバー３を斜め上方にまで立てて使用すれば、後頭部がほとんど開放状態になるため、寝ころびながら画像の鑑賞を楽しむことができる。また、前方カバー２の側は、後頭部支持カバー３と相違して回転しないので、光学装置４０に画像信号を無線を利用して入力する場合には、アンテナ１１１を前方カバー２の側に固定すれば、アンテナ１１１は、常に側頭部に沿って立っているので、邪魔にならない。


【手続補正３２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
また、連結部５では、前方カバー２と後頭部支持カバー３との連結部５での回転機構を利用して、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、前方カバー２の端部２０に長孔１１５を形成し、この長孔１１５からケーブル１１を引き出してもよい。このような構成によれば、ケーブル１１の引出し方向を長孔１１５に沿って変更し、後方に向けて引き出すことによって、ケーブル１１に邪魔されずに、装置本体１０を安定した状態で机などの上に置くことができる。


【手続補正３３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
また、左右の視力は違っていても、輝度に差がない。また、左右の筐体４００からは、側方に向けてラック４８１が互いに対向する向きに平行に延びており、これらのラック４８１に対して、ピニオン４８２が噛み合っている。従って、ピニオン４８２の上端に取り付けられている眼幅方向位置調整用ノブ４８３を回すと、その回転に伴って、１対の筐体４００は、それぞれ離間する方向、または接近する方向に移動可能である。この移動の際には、光学ユニット４０に電気的接続されている駆動回路も移動するが、この駆動回路は、図３に示したフレキシブル基板４１で構成されているので、駆動回路に大きな負荷がかからない。