(57)【要約】【目的】 視認性が高く疲労の少ない頭部装着型表示装置であり、理想的なＰＣモニターを実現する。【構成】 使用者２の左右の眼のいずれか一方に虚像形成光学系を配置する。また、それとは他方の眼の前方に透過率が１より小さい部分透過型遮光板４を配置する。さらに、使用者２の眼と虚像１４とが形成する光軸１３を、使用者２が水平方向を見るときの視線とほぼ一致させる。【選択図】      図１
2004280127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示素子及び該画像表示素子によって形成された画像を虚像拡大する拡大光学手段を備えた虚像形成光学系と、該虚像形成光学系を収納する装置本体と、該装置本体に取り付けられ、前記虚像形成光学系を使用者の略眼幅方向に移動自在に保持し、前記虚像形成光学系を使用者の左右の眼のいずれか一方に対応して配置するための切り換え手段を有し、前記虚像と使用者の眼とが形成する光軸と、使用者が水平方向を見たときの視線とがほぼ一致するように、前記画像表示素子及び前記拡大光学手段が配置された頭部装着型表示装置。
【請求項２】
前記切り換え手段は、前記装置本体に空転保持され、使用者の略眼幅方向に延伸しネジ形状を有し、前記虚像形成光学系が螺着嵌合する軸からなる請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項３】
前記切り換え手段は、使用者の略眼幅方向に延伸し略円筒形断面を有し、前記虚像形成光学系が摩擦嵌合する軸からなる請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項４】
前記切り換え手段は、使用者の略眼幅方向に形成され、前記虚像形成光学系が摩擦嵌合する溝からなる請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項５】
前記虚像を視認する眼の他方の眼の前方に設けられ、透過率が１より小さい部分透過型遮光板を更に有する請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項６】
前記部分透過型遮光板の透過率が３％以下である請求項５に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項７】
前記部分透過型遮光板が、前記虚像形成光学系が配置された構造体の、使用者の顔面に対する前後方向の厚み内に配置される請求項５に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項８】
前記部分透過型遮光板の、前記虚像と使用者の眼の形成する光軸に対する直交面への投影面が、前記虚像形成光学系が形成する虚像視野領域の、前記直交面による断面と略相似形状であり、その面積が少なくとも同一である請求項５に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項９】
前記部分透過型遮光板の透過率を、前記部分透過型遮光板の外表面側の周辺照度に応じて可変制御するための制御手段を更に有する請求項５に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項１０】
前記部分透過型遮光板の透過率は、３％以下に制御される請求項９に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項１１】
前記部分透過型遮光板の透過率は、周辺照度が１００ｌｘ以下のときに増大するように制御される請求項１０に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項１２】
前記部分透過型遮光板は偏光素子からなる請求項９に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項１３】
前記部分透過型遮光板は、液晶表示素子あるいは、変形自在な樹脂の間に液晶を充填してなるフィルム型液晶表示素子からなる請求項９に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項１４】
前記虚像形成光学系の輝度を、装着時における前記装置本体の下方でかつ使用者の手元の周辺輝度に応じて可変制御するための制御手段を更に有する請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項１５】
前記虚像形成光学系の輝度が、前記周辺輝度と略一致するように制御される請求項１４に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項１６】
本頭部装着型表示装置とキーボード等の視覚を要する入力手段との併用に際し、前記周辺輝度が前記入力手段上の輝度であり、前記虚像形成光学系の輝度が前記入力手段上の輝度と略一致するように制御される請求項１４に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項１７】
前記虚像形成光学系の輝度と前記周辺輝度とは、略比例関係になるように制御される請求項１４に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項１８】
前記虚像形成光学系の輝度を可変制御するための制御手段は、画像表示素子を形成する照明手段の輝度制御からなる請求項１４に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項１９】
前記虚像形成光学系の輝度を可変制御するための制御手段は、偏光素子からなる請求項１４に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項２０】
前記虚像形成光学系の輝度を可変制御するための制御手段は、液晶表示素子あるいは、変形自在な樹脂の間に液晶を充填してなるフィルム型液晶表示素子からなる請求項１４に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項２１】
前記虚像形成光学系の輝度を可変制御するための制御手段は、エレクトロクロミック素子からなる請求項１４に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項２２】
前記虚像形成光学系を配置した構造体の下方の視界の上端と、使用者が水平方向を見るときの視線とのなす角度が、鉛直方向において６２゜以下である請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項２３】
本頭部装着型表示装置とキーボード等の視覚を要する入力手段との併用に際し、使用者が前記虚像を知覚する距離と前記入力手段を視認する距離が略等しくなるように、前記画像表示素子及び前記拡大光学手段が配置された請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項２４】
前記虚像と使用者の眼とが形成する光軸と、使用者の顔面に対する垂直線とが水平方向においてなす角度が、輻輳方向をプラスとするときに−１゜〜＋５゜、望ましくは０゜〜１゜となるように、前記画像表示素子及び前記拡大光学手段が配置された請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項２５】
前記装置本体の下側に照度（輝度）検出手段を、使用者の虚像視認時と入力手段視認時とにおける該使用者の頭部の動きに応じて、それぞれ前記部分透過型遮光板の外表面側の周辺照度と、前記装置本体の下方でかつ使用者の手元の周辺輝度とを検出すべく配置し、前記部分透過型遮光板の外表面側の周辺照度に応じて前記部分透過型遮光板の透過率を、及び（あるいは）前記周辺輝度に応じて前記虚像形成光学系の輝度を、請求項１１及び（あるいは）請求項１７に記載の関係で自動調整することを特徴とする、請求項９または１４に記載の頭部装着型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示素子で形成した画像を虚像拡大する頭部装着型の画像表示装置であり、特にパーソナルコンピューターやワードプロセッサー等のデータディスプレイのモニター（以下ＰＣモニターと称する）として好適な、頭部装着型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、映像及びデータディスプレイの携帯性を高める要請に答えるため、頭部装着型の表示装置が提案されている。その代表的な一例として、ＵＳＰ  Ｎｏ．５，１６２，８２８に記載され、Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｖｉｓｉｏｎ  ＳＰＯＲＴと銘打って、携帯型の頭部装着型表示装置が商品化されている。これは、１枚の液晶表示素子で形成した画像をレンズで虚像拡大し、使用者の視野の周辺に虚像を視認すべく構成され、主に映像表示用のディスプレイであるため、後述の種々の理由によりＰＣモニターとしては不適切である。
【０００３】
一方、データディスプレイ用の頭部装着型表示装置としては、特開平５−１００１９２公報に記載のメガネ型ディスプレイが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの頭部装着型表示装置を用いたデータディスプレイの一般的な形態は、使用者の手元にキーボード等の入力手段を配置し、頭部装着型表示装置を装着して入力手段の上方に入力情報をモニターするものである。また、情報入力のための資料や原稿を、入力手段の周辺に置いて作業を行うこともあり、頭部装着型表示装置の下方にはそれら入力手段や資料を視認するための視野が確保されていることが望まれる。しかし、前者の技術は前述のごとく使用者の視野の周辺に虚像を形成するものであり、特に商品化されているものは使用者の視野の下方に虚像を形成する構成である。従って、虚像と入力手段、資料、原稿等の視野領域が重なってしまい、こうしたＰＣモニターとしてははなはだ不適切である。また、このように視野の周辺を見続けることは、眼球の回転を司る筋肉が緊張状態を持続することになるため疲労し易い。また、この商品化された製品は効き眼で虚像を見ることを義務づけているが、後述する本出願人の実験によればこれも疲労の一原因である。さらに、部分透過型遮光板が外景視野を定義し全視野を部分透過型遮光板を通して視認する構成であるため、これをＰＣモニターとして使用すると、たとえば入力手段を見るときの外光の部分透過型遮光板における透過率と、虚像を見るときに他眼（虚像を見ない方の眼）側で見る外光の部分透過型遮光板における透過率が常に一定であるため、これもやはり後述する本出願人の実験によって疲労の原因であることが確認されている。
【０００５】
上記課題の一部を解決する手段として提案されたものが、後者に述べた従来技術であり、これは使用者の前方にデータディスプレイの表示情報を虚像として視認し、下方にキーボード等の入力手段を視認できるように部分透過型遮光板を構成したものである。しかし、この技術は基本的に２枚の液晶表示素子の映像を２眼で視認するいわゆる２眼式であるため、必然的に重量増、コスト高、複雑な構造となり携帯性が悪い等の理由により、ＰＣモニターとしての本質に反する。また、虚像を見るときに融像作用が必要であるため、虚像と入力手段との視認を繰り返し行うことにより疲労が生じる。また、左右の液晶表示素子の輝度、色等の画質差は避けがたく、これも疲労の原因となる。さらに、装着中の前方視野はほとんど確保されず圧迫感を与えるとともに安全性も低い。これは虚像以外の視野領域の狭さを意味するため、資料や原稿を見ながらの作業性が極めて悪い。さらに、モニター輝度と入力手段上の輝度との明暗差についてはまったく考慮されておらず、これは虚像と入力手段を繰り返し視認するときの瞳孔の拡縮をもたらすためにやはり疲労の原因となる。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、第一に視認性が高く疲労の少ない頭部装着型表示装置を実現することにある。第二に、装着中の前方及び下方視野を最大限確保し、作業性と安全性を追求するものである。第三に、軽量、コンパクト、低コスト、簡単な構造であり、携帯性に優れる理想的なＰＣモニターを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の頭部装着型表示装置は、画像表示素子及び該画像表示素子によって形成された画像を虚像拡大する拡大光学手段を備えた虚像形成光学系と、該虚像形成光学系を収納する装置本体と、該装置本体に取り付けられ、虚像形成光学系を使用者の略眼幅方向に移動自在に保持し、虚像形成光学系を使用者の左右の眼のいずれか一方に対応して配置するための切り換え手段を有し、虚像と使用者の眼とが形成する光軸と、使用者が水平方向を見たときの視線とがほぼ一致するように、画像表示素子及び拡大光学手段が配置されたことを特徴とする。
【０００８】
この切り換え手段は、装置本体に空転保持され、使用者の略眼幅方向に延伸しネジ形状を有し、虚像形成光学系が螺着嵌合する軸からなる。または、使用者の略眼幅方向に延伸し略円筒形断面を有し、虚像形成光学系が摩擦嵌合する軸からなる。または、使用者の略眼幅方向に形成され、虚像形成光学系が摩擦嵌合する溝からなる。
【０００９】
そのとき、虚像を視認する眼の他方の眼の前方に、透過率が１より小さい部分透過型遮光板を配置してもよい。また、透過率が３％以下の部分透過型遮光板を配置すればさらに望ましい。
【００１０】
部分透過型遮光板は、虚像形成光学系を配置した構造体の、使用者の顔面に対する前後方向の厚み内に配置するのがよい。また、部分透過型遮光板の、虚像と使用者の眼の形成する光軸に対する直交面への投影面が、虚像形成光学系が形成する虚像視野領域の、前記直交面による断面と略相似形状であり、その面積が少なくとも同一であることが望ましい。
【００１１】
さらに、部分透過型遮光板の透過率を、部分透過型遮光板の外表面側での周辺照度に応じて可変制御するための制御手段を設けてもよい。このとき、部分透過型遮光板の透過率は３％以下に制御されることが望ましく、特に、周辺照度が１００ｌｘ以下である時にはその透過率が増大するように制御されることが更に望ましい。そうするために、部分透過型遮光板は、偏光素子、液晶表示素子あるいは変形自在な樹脂の間に液晶を充填してなるフィルム型液晶表示素子からなることを特徴とする。
【００１２】
また、虚像形成光学系の輝度を、装着時における装置本体の下方でかつ使用者の手元の周辺輝度に応じて可変制御するための制御手段を設けてもよい。そのときの虚像形成光学系の輝度は、周辺輝度と略一致すること、あるいは、本頭部装着型表示装置と入力手段との併用に際しては、その輝度が入力手段上の輝度と略一致すること、あるいは、その輝度と周辺輝度または入力手段上の輝度との関係が、略比例関係にあることが望ましい。
【００１３】
虚像形成光学系の輝度の制御手段は、画像表示素子を形成する照明手段の輝度制御、偏光素子、液晶表示素子あるいは変形自在な樹脂の間に液晶を充填してなるフィルム型液晶表示素子、エレクトロクロミック素子からなることを特徴とする。
【００１４】
また、虚像形成光学系を配置した構造体の下方の視界の上端と、使用者が水平方向を見るときの視線とのなす角度が、鉛直方向で６２゜以下であることを特徴とする。
【００１５】
また、本頭部装着型表示装置とキーボード等の視覚を要する入力手段との併用に際しては、使用者が虚像を知覚する距離と入力手段を視認する距離が略等くなるように、画像表示素子及び拡大光学手段が配置されたことを特徴とする。
【００１６】
また、虚像と使用者の眼とが形成する光軸と、使用者の顔面に対する垂直線とが水平方向においてなす角度が、輻輳方向をプラスとするときに−１゜〜＋５゜、望ましくは０゜〜１゜となるように、画像表示素子及び拡大光学手段が配置されたことを特徴とする。
【００１７】
さらに、装置本体の下側に照度（輝度）検出手段を、使用者の虚像視認時と入力手段視認時における使用者の頭部の動きに応じて、それぞれ部分透過型遮光板の外表面側の周辺照度と、装置本体の下方でかつ使用者の手元における周辺輝度を検出すべく配置し、部分透過型遮光板の外表面側の周辺照度に応じて部分透過型遮光板の透過率を、及び（あるいは）周辺輝度に応じて虚像形成光学系の輝度を自動調整し、その調整は、請求項１１及び請求項１７に記載の関係によることを特徴とする。
【００１８】
（作用）
請求項１の構成によれば、虚像形成光学系を使用者の左右の眼のいずれにも配置可能とし、その虚像と使用者の眼とが形成する光軸と使用者が水平方向を見るときの視線とをほぼ一致させることにより、虚像を一方の眼の前方に視認することができる。このため、虚像を視認する眼の他方の眼の視野及び、虚像を視認する眼の虚像視野領域の下方の視野が最大限確保される。従って、キーボード等の入力手段や資料、原稿を十分に視認可能となり、ＰＣモニターとして好適であるとともに安全性が高い。また、使用者が水平方向を見るという使用者にとって最も自然な視線方向で虚像を見続けることができるため、疲労が少ない。また、虚像を視認する眼を使用者が簡単に選択できるため、汎用性、共用性に優れ、使用者が個人の判断で虚像を視認する眼を左右のどちらでも自由に切り換えることが可能である。さらに、単眼視であるため、２眼視による融像作用や左右の液晶表示素子の画質差を原因とする疲労は発生しない。また、２眼式のものに比べて、軽量、コンパクト、低コスト、簡単な構造となり、携帯性にも優れる。
【００１９】
請求項２の構成によれば、装置本体に空転保持された切り換え手段を回転させることにより、そのネジと螺着嵌合した虚像形成光学系が左または右に移動し、極めて簡単に虚像形成光学系の位置を切り換えることができる。また、使用者の略眼幅方向に虚像形成光学系を移動するため、眼幅の調整を兼用することができる。従って、無理な眼球運動をとらないようにすることができるため、使用者の眼幅との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造が簡略化される。
【００２０】
請求項３の構成によれば、円筒形断面の切り換え手段に虚像形成光学系を摩擦嵌合したため、その摩擦力以上の力を虚像形成光学系に作用させることにより、簡単に虚像形成光学系の位置を切り換えることができる。また、切り換え手段の断面が円筒形であるため、その周りに虚像形成光学系を回転することにより俯角調整をも兼用することができる。
【００２１】
請求項４の構成によれば、切り換え手段である溝に虚像形成光学系を摩擦嵌合したため、簡単で安定的に虚像形成光学系の位置を切り換えることができる。
【００２２】
請求項５〜１３の構成によれば、虚像を視認する眼の他方の眼の前方に透過率が１より小さい部分透過型遮光板を配置し、その部分透過型遮光板の大きさを虚像視野領域と同一以上で最適化するとともに、その透過率を最適化したため、あらゆる照度条件下において虚像の視認性を確保しながら、装着中の前方及び下方の視野を最大限確保して作業性と安全性を高めている。また、その透過率の最適化は、疲労を極少にする最適解を後述の実験により確認している。
【００２３】
請求項１４〜２１の構成によれば、虚像形成光学系の輝度と使用者の手元の輝度との関係を最適化することにより、使用者が虚像を視認するときと手元を視認するときとの明暗差が軽減されて、疲労が極少化されることをやはり後述の実験によって確認している。
【００２４】
請求項２２の構成によれば、虚像形成光学系を配置した構造体の下方に鉛直線から２８゜以上の視野を確保できるため、人間工学的に最適な位置にキーボード等の入力手段を配置することが可能となり、入力作業を原因とする疲労を軽減できる。
【００２５】
請求項２３の構成によれば、使用者が虚像を知覚する距離と入力手段を視認する距離が概ね一致するため、虚像視認と入力手段視認の繰り返しにおいて水晶体の調節作用が不要となり、調節のタイムラグを原因とする疲労を軽減できる。
【００２６】
請求項２４の構成によれば、単眼視における最も見やすい方向に虚像を視認できるため、長時間の使用においても疲労の発生は少ない。これも本出願人の実験により確認されている。
【００２７】
請求項２５の構成によれば、上述した部分透過型遮光板の透過率の最適化及び（あるいは）虚像形成光学系の輝度の最適化を自動的に実現できるため、使用者の使用状況に応じて常に最適状態に装置本体が調整されて疲労が軽減される。使用者は虚像を視認するときと手元の入力手段を視認するときとに上下方向の頭の回転を伴うが、頭部に保持された装置本体もそれに連動するため、装置本体の下側に照度（輝度）検出手段を配置して、装置本体の前方の照度と使用者の手元の輝度を順次検出できるようにした本構成によれば、その検出結果をそれぞれ部分透過型遮光板の透過率と虚像形成光学系の輝度の最適化にフィードバックできることになる。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように、本発明の頭部装着型表示装置は、虚像形成光学系を使用者の左右の眼のいずれにも配置可能とし、その虚像と使用者の眼とが形成する光軸と使用者が水平方向を見るときの視線とをほぼ一致させることにより、虚像を一方の眼の前方に視認することができる。このため、虚像を視認する眼の他方の眼の視野及び、虚像を視認する眼の虚像視野領域の下方の視野が最大限確保される。従って、キーボード等の入力手段や資料、原稿を十分に視認可能となり、ＰＣモニターとして好適であるとともに安全性が高い。また、使用者が水平方向を見るという使用者にとって最も自然な視線方向で虚像を見続けることができるため、疲労が少ない。また、虚像を視認する眼を使用者が簡単に選択できるため、汎用性、共用性に優れ、使用者が個人の判断で虚像を視認する眼を左右のどちらでも自由に切り換えることが可能である。さらに、単眼視であるため、２眼視による融像作用や左右の液晶表示素子の画質差を原因とする疲労は発生しない。また、２眼式のものに比べて、軽量、コンパクト、低コスト、簡単な構造となり、携帯性にも優れる。
【００２９】
また、虚像を視認する眼の切り換え手段として、装置本体に空転保持され使用者の略眼幅方向に延伸しネジ形状を有する軸に虚像形成光学系を螺着嵌合する構成にしたため、その軸を回転させるだけで、極めて簡単に虚像形成光学系の位置を切り換えることができる。また、使用者の略眼幅方向に虚像形成光学系を移動するため、眼幅の調整を兼用することができる。従って、無理な眼球運動をとらないようにすることができるため、使用者の眼幅との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造が簡略化される。
【００３０】
また、別の切り換え手段として、円筒形断面の切り換え手段に虚像形成光学系を摩擦嵌合する構成としたことにより、やはり簡単に虚像形成光学系の位置を切り換えることができる。また、切り換え手段の断面が円筒形であるため、その周りに虚像形成光学系を回転することにより俯角調整をも兼用することができる。
【００３１】
また、さらに別の切り換え手段として、使用者の略眼幅方向に形成された溝に虚像形成光学系を摩擦嵌合する構成としたことにより、簡単かつ安定的に虚像形成光学系の位置を切り換えることができる。
【００３２】
また、虚像を視認する眼の他方の眼の前方に透過率が１より小さい部分透過型遮光板を配置し、その部分透過型遮光板の大きさを虚像視野領域と同一以上で最適化するとともに、その透過率を最適化したため、あらゆる照度条件下においても虚像の視認性を確保しながら、装着中の前方及び下方の視野を最大限確保して作業性と安全性を高めることができる。
【００３３】
また、虚像形成光学系の輝度と使用者の手元の輝度との関係を最適化することにより、使用者が虚像を視認するときと手元を視認するときとの明暗差が減少されるため、疲労を極少化できる。
【００３４】
また、虚像形成光学系を配置した構造体の下方に鉛直線から２８゜以上の視野を確保できるため、人間工学的に最適な位置にキーボード等の入力手段を配置することが可能となり、入力作業を原因とする疲労を軽減できる。
【００３５】
また、使用者が虚像を知覚する距離と入力手段を視認する距離が概ね一致するような構成にしたため、虚像視認と入力手段視認との繰り返しにおいて水晶体の調節作用が不要となり、調節のタイムラグを原因とする疲労を軽減できる。
【００３６】
また、虚像と使用者の眼の形成する光軸と使用者の顔面に対する垂直線とが水平方向においてなす角度を、輻輳方向をプラスとするときに−１゜〜＋５゜、望ましくは０゜〜１゜に設定したことにより、単眼視における最も見やすい方向に虚像を視認できるため、長時間の使用においても疲労の発生は少ない。
【００３７】
さらに、装置本体の下側に照度（輝度）検出手段を配置し、使用者の頭の動きに連動して装置本体の前方の照度と使用者の手元の輝度とを順次検出できるようにしたことにより、その検出結果をそれぞれ部分透過型遮光板の透過率と虚像形成光学系の輝度との最適化にフィードバックすることが可能となり、部分透過型遮光板の透過率の最適化及び（あるいは）虚像形成光学系の輝度の最適化を自動的に実現できるため、使用者の使用状況に応じて常に最適状態に装置本体が調整されて疲労が軽減される。
【００３８】
上記各構成において、部分透過型遮光板の透過率や虚像形成光学系の輝度を制御する手段として偏光素子を用いることにより、最も簡単で安価にその調整手段を形成することができる。また、同手段として液晶表示素子あるいはフィルム型液晶表示素子を用いることにより、その調整を電気的に容易で安価に行えるとともに、特にフィルム型液晶表示素子を用いる場合は自由な曲面により同手段を形成することができる。また、同手段としてエレクトロクロミック素子を用いることにより、光量損失が少なく可変幅の広い同手段を形成することができる。さらに、同手段として画像表示素子を形成する照明手段の輝度制御を用いることにより、簡単な回路付加のみにより目的の手段を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下に、本発明の実施例を図面を参照して詳述する。  
（実施例１）
図１、図２は本発明の動作原理を示す第一の実施例を表す模式図であり、図１は斜視図、図２は側面図であり、これらには同時に内部光学系の配置も図示されている。
【００４０】
図１、図２において、装置本体１は、使用者２の左右の眼のいずれかに対応する前方に虚像形成光学系３を有し、他方の眼の前方には部分透過型遮光板４を有する。また、虚像形成光学系３及び部分透過型遮光板４が使用者２の顔面中央付近で構造体によって連結されるとともに、それぞれから左右に延出する構造体を介して、ヒンジ６によって折り畳み自在に保持された左右のテンプル５に連結される。装置本体１は略眼鏡形状を形成し、従来の眼鏡と同様に、両耳及び鼻、または両側頭部及び鼻に支持されて使用者２の頭部に保持される。
【００４１】
虚像形成光学系３は、液晶パネル７とそれを後方から照射するためのバックライト８からなる画像表示素子９と、反射ミラー１０と、拡大光学手段であるレンズ１１とから構成される。画像表示素子９によって形成され出射した画像光は、反射ミラー１０によって光路が変換され、レンズ１１によって使用者の眼１２内に結像される。このとき、レンズ１１の物体側焦点よりレンズ１１側に画像表示素子９の像形成面が配置され、レンズ１１の像側焦点近傍に眼１２が配置されると、レンズ１１の結像作用により、虚像形成光学系３の光軸１３の延長線上に、画面情報の拡大虚像１４を視認することができる。
【００４２】
同図において、虚像形成光学系３の光軸１３とは、虚像１４と使用者２の眼１２とが形成する光軸であるが、図２に示す側面図から明らかなように、これはすなわち使用者２が水平方向を見るときの視線と略一致している。また、この形態をＰＣモニターとして使用する場合には、本出願人の調査によると、虚像の水平画角は３０゜から４０゜程度が望ましく、これは垂直画角φが２３゜から３０゜に相当する。従って、垂直方向において画角φで規定される虚像視野領域の下方には、厳密には虚像形成光学系３によって若干の減少はあるものの、外景を視認するための視野（図中のハッチング領域）が図２に示すごとく十分に確保される。さらに、本実施例によれば虚像形成光学系３が片方の眼にのみ配置され、他方の眼の前方視野は元々確保されているため、キーボード等の入力手段や資料、原稿等を十分に視認しながら操作することが可能となり、ＰＣモニターとして好適であるばかりか安全性が高い。
【００４３】
また、使用者が水平方向を見るという使用者にとって最も自然な視線方向で虚像を見続けることができるため、疲労が少ない。さらに、単眼視であるため、２眼視による融像作用や左右の液晶表示素子の画質差を原因とする疲労は発生しない。また、２眼式に比べて、軽量、コンパクト、低コスト、簡単な構造となり、携帯性にも優れている。
【００４４】
表１は、虚像を効き眼で視認する場合と効き眼以外の眼（以下、他眼と称する）で視認する場合とについて、その疲労度を比較するために主観評価した結果を示した表である。被験者５人に対して、上述した虚像形成光学系３を効き眼あるいは他眼に配置し、一時間の入力作業を課題文書を用いて行ってもらった。また、効き眼及び他眼のそれぞれに対して、虚像を視認する眼の他方の眼に部分透過型遮光板４を完全遮光及び部分透過の状態で配置した結果を、比較のために併記した。疲労度については、Ａ：全く感じない、Ｂ：多少感じる、Ｃ：かなり感じる、Ｄ：つらいほど感じる、の４段階に層別し、被験者数を○印の数で表すとともに、●印は作業後も疲労感の残った被験者数を表している。
【００４５】
表１によれば、他眼で虚像を視認する場合には、効き眼で虚像を視認する場合に比べて、部分透過型遮光板４をいかなる形態にしようとも疲労が軽減されていることがわかる。従って、他眼で虚像を視認するようにすることにより、前述した疲労軽減効果に加え、疲労が一層軽減されたＰＣモニターを実現することができる。
【００４６】
【表１】
2004280127.tif 000003
【００４７】
図３及び図４は、虚像形成光学系３を使用者２の左右の眼のいずれか一方に対応して配置するための切り換え手段の一例を示す。図３は、説明のために装置本体１の一部を破断して示した正面図であり、図４はその側面図である。
【００４８】
図３及び図４において、装置本体１は、使用者２の左右いずれかの眼に対応する前方に虚像形成光学系３を有する。この虚像形成光学系３は、装置本体１に空転保持され使用者２の略眼幅方向に延伸し、ネジ形状を有する軸１５に螺着して装置本体１に保持される。軸１５は、使用者２の眼幅（大人の最大眼幅は７２ｍｍと言われている）を移動できる長さのネジ部１６と、その両端に形成される円筒部１７からなり、円筒部１７が装置本体１に形成された軸受け穴に嵌合して、装置本体１に対して空転状態に保持される。また、装置本体１はヒンジ部１９を介して保持部２０に係合される。
【００４９】
軸１５はその両端にノブ１８が係合され、一方のノブ１８を回転させることにより装置本体１に対して空転するため、それと螺着嵌合する虚像形成光学系３が使用者２の左または右に移動し、使用者２は簡単に虚像を視認する眼１２を切り換えることができる。その際に、虚像形成光学系３に軸１５とは別の案内軸２１または案内面を軸１５と平行方向に設けることで、より安定して虚像形成光学系３を移動することができるため、使用者２は虚像を視認する眼１２を極めて簡単に選択できる。従って、効き眼の異なる複数人の使用者が前述の実験結果に則って他眼で虚像を視認するとしても、汎用性、共用性に優れている。また、使用者２が個人の判断で虚像を視認する眼を左右のどちらでも自由に切り換えることができる。
【００５０】
ところで、切り換え手段である軸１５は使用者２の略眼幅方向に延伸しているため、虚像形成光学系３は使用者２の略眼幅方向に移動する。従って、虚像を視認する眼を切り換える際に、使用者固有の眼幅に虚像形成光学系３を同時に合わせることができるため、使用者２の眼幅との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造を簡略化できる。
【００５１】
（実施例２）
図５及び図６は、本発明における切り換え手段の別の実施例を表す模式図であり、図５は正面図、図６は側面図である。
【００５２】
図５及び図６において、装置本体１は、使用者２の左右いずれかの眼に対応する前方に虚像形成光学系３を有する。また、虚像形成光学系３は保持部２０に固定された、断面が略円筒形の軸２２に嵌合し、固定ネジ２３によって摩擦保持されている。さらに、軸２２は使用者２の眼幅を移動できるだけの長さの略円筒形断面の直線部を使用者２の略眼幅方向に有している。この状態で、固定ネジ２３を緩めると、虚像形成光学系３の摩擦嵌合状態が解除されるため、虚像形成光学系３は軸２２上を使用者２の左または右に移動し、使用者２は簡単に虚像を視認する眼１２を切り換えることができる。虚像形成光学系３の移動後は固定ネジ２３を締めることによって、再び虚像形成光学系３は軸２２に安定的に摩擦保持される。従って、効き眼の異なる複数人の使用者が前述の実験結果に則って他眼で虚像を視認するとしても、汎用性、共用性に優れている。また、使用者２が個人の判断で虚像を視認する眼を左右のどちらでも自由に切り換えることができる。
【００５３】
ところで、切り換え手段である軸２２は使用者２の略眼幅方向に延伸しているため、虚像形成光学系３は使用者２の略眼幅方向に移動する。従って、虚像を視認する眼を切り換える際に、使用者固有の眼幅に虚像形成光学系３を同時に合わせることができるため、使用者２の眼幅との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造を簡略化できる。さらに、虚像形成光学系３を略円筒形断面の軸２２上に摩擦嵌合しているため、該軸２２周りに虚像形成光学系３を回転することも可能であり、これにより使用者２が水平方向を見る視線に合わせて、俯角調整をも兼用することができる。
【００５４】
なお、軸２２と保持部２０との結合部には保持部２０の弾性変形の影響が軸２２に及ばない構造を付加するのがよい。また、本実施例では固定ネジ２３によって虚像形成光学系３を摩擦嵌合する場合について述べたが、虚像形成光学系３をバネを用いて軸２２に付勢して摩擦嵌合してもよく、この場合はバネの付勢力以上の力を虚像形成光学系３に作用させるだけで、虚像形成光学系３を左右に移動できるため、固定ネジ２３を緩める等の動作は不要となり、より簡素化できる。
【００５５】
（実施例３）
図７及び図８は、本発明における切り換え手段のさらに別の実施例を表す模式図であり、図７は斜視図、図８は虚像形成光学系の固定方法の説明図である。
【００５６】
図７において、装置本体１は、保持部を兼用する眼鏡型形状をなし、その一部に使用者の略眼幅方向に形成された溝２４を有している。また、図８に示すように、虚像形成光学系３は、溝２４が形成された装置本体を上下から挟み込む腕２５、２６を有し、腕２５と溝２４と腕２６とを下方から固定ネジ２７で貫通している。固定ネジ２７の上端には固定つまみ２８が螺着し、固定ネジ２７と固定つまみ２８との間で虚像形成光学系３を装置本体１に摩擦保持している。
【００５７】
この状態で、固定つまみ２８を緩めると、虚像形成光学系３の摩擦嵌合状態が解除されるため、虚像形成光学系３は溝２４に沿って使用者の左または右に移動し、使用者は簡単に虚像を視認する眼を切り換えることができる。虚像形成光学系３の移動後は固定つまみ２８を締めることによって、再び虚像形成光学系３は装置本体１に安定的に摩擦保持される。本実施例においては、装置本体１と虚像形成光学系３の腕２５、２６との面同士が接触するため、安定して虚像形成光学系３の移動ができる。
【００５８】
従って、実施例１及び２と同様に、効き眼の異なる複数人の使用者が前述の実験結果に則って他眼で虚像を視認するとしても、汎用性、共用性に優れている。
また、使用者２が個人の判断で虚像を視認する眼を左右のどちらでも自由に切り換えることができる。さらに、切り換え手段である溝２４は使用者２の略眼幅方向に形成されており、虚像を視認する眼を切り換える際に、使用者固有の眼幅に虚像形成光学系３を同時に合わせることができるため、使用者２の眼幅との不適合による眼の疲労を解消できる上に、これら調整機構の構造を簡略化できる。
【００５９】
なお、溝２４は使用者の略眼幅方向に直線的に形成されることが望ましいが、図７に示すように曲線的であっても構わない。この場合は、虚像形成光学系３と装置本体１との間に図８に示すような適度の隙間２９を設けておけば、固定ネジ２７を中心として虚像形成光学系３を回転することができるため、移動に伴う虚像形成光学系３の回転を容易に補正することができる。
【００６０】
（実施例４）
前述したように、表１は、部分透過型遮光板４の透過率の違いによる疲労度の比較表でもある。表１によれば、効き眼で虚像を視認した場合には明らかではないが、他眼で虚像を視認した場合には、完全透過＜遮光＜部分透過の順で、部分透過型遮光板の透過率が疲労軽減に寄与することがわかる。特に、他眼で虚像を視認し他方の眼に部分透過の部分透過型遮光板を用いることによって、ほとんど疲労を感じないことが判明した。この理由を本発明者は以下のように推測する。
【００６１】
第一に、人間の視覚作用において効き眼側の情報が支配的であるが、これはすなわち効き眼側の脳神経系を含めた眼神経系における感度が高いためであり、従って刺激の高い虚像情報を他眼に表示した方が疲労が低減される。第二に、部分透過の部分透過型遮光板は、虚像と外景との重なりを原因とする虚像のコントラスト低下を抑え、虚像の見やすさを向上させ疲労を低減させる。第三に、虚像とキーボード等の入力手段とを繰り返し視認する際に、部分透過の部分透過型遮光板が用いられると、部分透過型遮光板を通して視認する眼にも常時適度の光が入射されることによって、その瞳孔の拡縮度合いが低減し疲労が軽減する。第四に、部分透過の部分透過型遮光板によって、前方の外景視野が適度に確保されるため、装着中の圧迫感が軽減されるとともに、作業に必要な視野及び安全性が確保され、これも疲労軽減に寄与する。
【００６２】
従って、虚像形成光学系３を使用者２の左右いずれか一方の眼に配置し、そして、他方の眼の前方に透過率が１より小さい部分透過型遮光板を配置することにより、疲労の低減及び安全性の確保を達成することができる。
【００６３】
図９は、上記部分透過型遮光板４の配置位置を説明するための平面模式図である。虚像形成光学系３は、使用者２の左右いずれか一方の眼の前方に配置され（図においては左眼１２Ｌ）、使用者２が水平方向を見る視線と、使用者２の一方の眼１２Ｌと虚像１４とが形成する光軸１３は一致しており、水平画角Ψをもって虚像１４が視認される。このとき、他方の眼１２Ｒが、仮にこの虚像１４を実像として視認すればその水平視野は図の破線で示される領域となる。これは垂直方向についても同様に考えられ、実際には眼１２Ｌのみによって虚像１４が視認されるが、使用者２の脳内ではまさにこれと同様の視覚作用がなされるものと考えられる。従って、少なくともこの破線で示される領域以上の大きさを持つ部分透過型遮光板４（または４’）を眼１２Ｒの前方に配置することによって、使用者２は虚像１４とそれに相当する領域の外景像を重ねることなく虚像１４を視認することができる。また、この部分透過型遮光板４（または４’）の前後方向の配置位置は、虚像形成光学系３の、使用者２の顔面に対する前後方向の厚みＤ内であれば、部分透過型遮光板４、４’またはその間の位置のいずれでもよく、また、虚像形成光学系３の厚みＤ内に部分透過型遮光板４を配置することによって、装置本体の小型化を図ることができる。
【００６４】
前述のように、部分透過型遮光板４（または４’）は前後方向の配置位置によってその大きさを変える必要がある。図１０は部分透過型遮光板の大きさを説明するための模式図である。部分透過型遮光板４（または４’）は、必ずしも平面である必要はなく曲面でもいいが、使用者２の眼１２Ｌと虚像１４とが形成する光軸１３における任意の直交面３０への投影面３１が、虚像形成光学系３の形成する虚像視野領域の、直交面３０における断面３２と、略相似形でありその面積が少なくとも同一以上であるのが好ましい。この条件を満たせば、図１０に示すように虚像１４を含む周辺に、投影面３１（すなわち部分透過型遮光板）による眼１２Ｒの死角領域３３を形成することができるため、使用者２は虚像１４とそれに相当する領域の外景像を重ねることなく虚像１４を視認することができる。
【００６５】
以上のように、虚像を視認する眼の他方の眼の前方に透過率が１より小さい部分透過型遮光板を配置し、その部分透過型遮光板の大きさを虚像視野領域と同一以上で最適化することによって、虚像の視認性を確保しながら装着中の前方及び下方の視野を最大限確保して、作業性と安全性を高めることができる。
【００６６】
（実施例５）
図１１は、周辺照度と部分透過型遮光板の透過率との関係の実験結果を表す図である。この実験は、部分透過型遮光板の外表面における周辺照度を変えながら、被験者５人に対して部分透過型遮光板の透過率を主観的に最適化させたものである。ここで、最適化させた透過率とは前述の実施例４で述べた条件をバランスさせる状態であり、すなわち、虚像のコントラスト低下が抑えられ、その瞳孔の拡縮度合いが低減され、装着中の圧迫感が軽減されるとともに、作業に必要な視野及び安全性が確保される透過率である。また、横軸の周辺照度は、飛行機内での消灯状態の照度から室内の窓際での照度までを想定した。
【００６７】
実際には１０００ｌｘ以上の周辺照度も考えられるが、同図より５００ｌｘ辺りから部分透過型遮光板の透過率に飽和傾向が見られるため、周辺照度がいかようであろうとも、部分透過型遮光板の透過率は３％以下が好ましいことが予測できる。また、傾向的には周辺照度が１００ｌｘ以下であるときは、それ以上であるときに比べて部分透過型遮光板の透過率を増大させた方がよく、その理由も上述の条件をバランスさせるためと考えられる。
【００６８】
部分透過型遮光板の透過率を制御する方法としては、部分透過型遮光板を偏光素子で構成して制御する方法、偏光素子を伴う液晶表示素子で構成して制御する方法等が考えられる。前者の場合には、例えば２枚の偏光シートを回動自在に重ね合わせ、各透過軸のなす角度を回転調整することによってその透過率を制御すればよく、透過率可変の部分透過型遮光板を最も安価に構成することができる。
また後者の場合には、ガラス基板の間に液晶を充填してなる液晶表示素子から構成され、特に変形自在な樹脂の間に液晶を充填してなるフィルム型液晶表示素子が好ましく、この場合には自由な曲率で部分透過型遮光板を形成することができデザインの自由度が増大する。いずれの場合においても、液晶表示素子を用いることによって、安価にして電気制御が可能な透過率可変の部分透過型遮光板を構成することができる。
【００６９】
なお、部分透過型遮光板の透過率は、上記のように制御する方法に限らず、３％以下で固定式としても、もちろん同様の効果が得られる。
【００７０】
（実施例６）
図１２は、周辺輝度と虚像形成光学系の輝度との関係の実験結果を表した図である。この実験は、使用者の周辺における照度を変えながら、すなわち、装着時における装置本体の下方でかつ使用者の手元における周辺輝度を変えながら、被験者５人に対して虚像形成光学系の輝度を主観的に最適化させたものである。この最適化された輝度とは、虚像と使用者の手元とを繰り返し視認するときに最も見やすいと感じられる輝度である。このとき、部分透過型遮光板の透過率は、実施例５に則り３％で固定とした。また、使用者の周辺照度は、実施例５と同様に設定し、そのときの使用者の手元における輝度を同時に測定した。
【００７１】
図１２によれば、被験者により傾きと絶対値に若干のばらつきはあるものの、周辺輝度と虚像形成光学系の輝度とは明らかに比例関係にあることがわかった。
また、この輝度データから被験者の瞳孔径を算出したところ、被験者が虚像を見ているときとその手元を見ているときとで、瞳孔径は概ね等しいことが判明した。すなわち、これは虚像形成光学系の輝度と被験者の手元の輝度とが概ね等しいことにほかならず、図１２のデータは理想的にはＹ＝Ｘの直線であることが予想される。もちろん、キーボード等の視認しながら操作する入力手段を使用者の手元において作業する際には、その手元の輝度は入力手段上の輝度となるため、このときは虚像形成光学系の輝度と入力手段上の輝度とが概ね等しいことが最適条件と考えられる。それは上述したように、虚像と手元とを繰り返し視認するに際し、虚像形成光学系と使用者の手元あるいはその手元に置かれた入力手段との明暗差が極少化されるため、瞳孔の拡縮度合いが極少化され、それを司る筋肉の疲労も最低限になるからである。
【００７２】
この虚像形成光学系の輝度を制御する手段として、偏光素子を用いる方法、偏光素子を伴う液晶表示素子を用いる方法、エレクトロクロミック素子を用いる方法、画像表示素子を構成する照明手段の輝度制御による方法等が考えられる。前２者の場合は、偏光に関与する方法であるが、画像表示素子を出射する画像光が液晶表示素子によるように直線偏光化されている場合は、後段の拡大光学手段によって偏光が乱されるため、これらの手段を画像表示素子と拡大光学手段との間または液晶パネルとバックライトとの間に設置するのが望ましい。第一の偏光素子を用いる場合には、実施例５で述べたように２枚の偏光シートを回動自在に重ね合わせ、各透過軸のなす角度を回転調整することによってその透過率を制御してもよいが、前述のように直線偏光化される画像表示素子の場合には１枚の偏光シートによる回転のみでよい。いずれにしても最も安価に輝度調整を行い得る方法である。第二の液晶表示素子を用いる場合も実施例５と同様であり、ガラス基板の間に液晶を充填してなる液晶表示素子を用い、特に変形自在な樹脂の間に液晶を充填してなるフィルム型液晶表示素子を用いれば設計の自由度が向上する。
この場合のメリットは、電気制御による輝度調整を安価に構成できることである。第三のエレクトロクロミック素子を用いる場合は、特に設置位置に制限はなく、また前２者のように偏光素子を用いる必要がないので、設計の自由度が高く最も透過率の高い明るい虚像形成光学系を実現できるとともに、その透過率の可変幅が広い。第四の画像表示素子を構成する照明手段の輝度制御を利用する場合は、具体的な制御回路を後述の実施例１０で説明するが、それに限らず、その一部である照明手段の駆動回路の電圧制御を手動で行ってもよい。
【００７３】
（実施例７）
図１３は、虚像形成光学系の下方位置を説明するための図である。前述のように、虚像形成光学系３は、使用者２の眼１２と虚像１４とが形成する光軸１３が、使用者２が水平方向を見るときの視線と略一致するように、使用者２の顔前に配置される。また、キーボード等の入力手段３４が使用者の手元に配置される。
【００７４】
このときの使用者２及び入力手段３４は、ＶＤＴ作業において人間工学的に同図に示すような位置関係が推奨されている。すなわち眼１２から入力手段３４の先端までの距離が約３２０ｍｍ、入力手段３４の表面から眼１２までの距離が男性の最大値として約５９７ｍｍである。このとき、眼１２が入力手段３４の先端を見るときの俯角αは、最大値で約６２゜と計算できる。一方、使用者の前方視界は虚像形成光学系３によって決まり、そのうちの下方視界は虚像形成光学系３の構造体の最下部によって制限される。換言すれば、虚像形成光学系３の構造体の下方の視界の上端と、使用者２が水平方向を見るときの視線とのなす角度βを、鉛直方向において６２゜以下にすることによって、使用者２は虚像形成光学系３の構造体に妨害されることなく入力手段３４を視認することが可能ということである。従って、上記の構成によって人間工学的に最適な位置にキーボード等の入力手段３４を配置することが可能となり、入力作業を原因とする疲労が軽減される。
【００７５】
（実施例８）
図１４は、虚像と入力手段等とを視認するときの距離の関係を示した図である。前述のように、虚像形成光学系３は使用者２の顔前に配置され、使用者２は眼１２から距離Ａをおいて虚像１４を視認する。このときの距離Ａを虚像知覚距離と称する。また、使用者２の手元に配置したキーボード等の入力手段３４を使用者２が視認するときは、厳密には頭部の傾斜を伴って、同図に示すような状態で入力手段３４を視認することになり、このときの距離Ｂを視認距離と称する。
【００７６】
使用者２は虚像１４を視認するときは虚像知覚距離Ａに眼１２を調節し、入力手段３４を視認するときは視認距離Ｂに眼１２を調節する。従って、虚像１４と入力手段３４とを繰り返し視認する場合には、その都度それぞれの距離への調節作用を行う必要があり、調節頻度が高ければ高いほど疲労が増大すると考えられる。そこで、虚像知覚距離Ａと視認距離Ｂとを略等しくすれば、この繰り返し視認における調節作用がほとんど不要になるため、この調節作用の繰り返しによる疲労を低減することができる。
【００７７】
虚像知覚距離Ａは、使用者の視力や調節安静位の位置等により変化し使用者によってまちまちだが、使用者がピントを合わせることのできる許容幅もある程度広いため、虚像知覚距離Ａをその許容幅の中で適宜調整することが可能である。
このためには、画像表示素子と拡大光学手段との相対距離を可変させればよく、画像表示素子または拡大光学手段をそれぞれの光軸方向に移動させる機構を具備すればよい。また、その調整は虚像１４及び入力手段３４を繰り返し視認しながら、虚像知覚距離Ａを視認距離Ｂに合わせ込むことにより容易にできる。
【００７８】
（実施例９）
図１５は虚像の水平方向の形成位置を説明するための図であり、表２にそれを決定するための実験結果をまとめて示す。
【００７９】
【表２】
2004280127.tif 000004
【００８０】
表２は、被験者５人に対して虚像形成光学系を提示し、各被験者が負荷なく視認可能な水平方向の角度を、許容範囲及び最適値の形で主観的に決定させたものである。各角度は、図１５における使用者２の顔面に対する垂直線３８と、虚像と左眼１２Ｌの形成する光軸とが、水平方向においてなす角であり、同図の光軸３９のように輻輳方向をプラス、その逆方向をマイナスとして表示した。表２の結果を図１５上で説明するならば、同図における一重ハッチング４０が−１゜から＋５゜の範囲を、二重ハッチング４１が０゜から＋１゜の範囲を示しており、一重ハッチング４０が許容範囲で、その中でも二重ハッチング４１の範囲が最も望ましいエリアと判断できる。
【００８１】
これらのエリアに使用者の眼と虚像とが形成する光軸を配置すると、使用者２は単眼視における最も見やすい方向に負荷なく虚像を視認できるので、短時間の使用はもとより長時間の使用においても疲労の発生はきわめて少ないものとなる。
【００８２】
（実施例１０）
図１４を用いて、本発明の第１０の実施例を説明する。本実施例においては、装置本体の下側に照度（輝度）検出手段であるフォトセンサー３５が配置されており、その検出結果は部分透過型遮光板の透過率と虚像形成光学系の輝度の最適化のためにフィードバックされる。前述し図１４に示したように、虚像１４の視認時と入力手段３４の視認時とには使用者２に頭部の傾斜が伴う。ゆえに、装置本体の下側に配置したフォトセンサー３５の検出方向も、頭部の動きに連動した装置の動きとともに、同図の方向３６と方向３７とに切り替わる。このとき、虚像１４を視認するときのフォトセンサー３５における方向３６からの照度（部分透過型遮光板の外表面側の周辺照度）の検出結果を部分透過型遮光板の透過率制御に、また入力手段３４を視認するときのフォトセンサー３５における方向３７からの輝度（入力手段３４上の輝度）の検出結果を、虚像形成光学系３の輝度制御に、それぞれ用いることにより前述の実施例５及び実施例６に述べた関係に基づいて、それぞれを自動制御することが可能となる。従って、部分透過型遮光板の透過率の最適化及び虚像形成光学系の輝度の最適化を自動的に実現できるため、使用者の使用状況に応じて常に最適状態に装置本体が調整されて使用者の疲労が軽減される。
【００８３】
なお、フォトセンサー３５の配置位置は、図２に示したような虚像形成光学系の光学配置においては、図１４に示したような反射ミラーの裏面側が、スペース効率の点でも検出方向の点でも望ましい。また、これらの制御手段は同時に具備されることが疲労低減においては望ましいが、どちらか一方の具備であっても疲労低減効果は著しい。
【００８４】
次に、部分透過型遮光板の透過率及び虚像形成光学系の輝度を自動調整するための制御回路の一実施例を、図１６及び図１７を用いて説明する。
【００８５】
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、部分透過型遮光板の透過率制御のために液晶表示素子を用いた例であり、図１６（ａ）は回路図、図１６（ｂ）はその動作波形を示したタイミングチャートである。フォトセンサー３５はフォトダイオード４２とレンズ４３とから構成され、レンズ４３により入力光がフォトダイオード４２上に結像されて検出信号が得られる。この検出信号はアンプ４４で増幅されてオペアンプ４５のマイナス端子に入力される。一方、オペアンプ４５のプラス端子には電圧制御用の抵抗４６が接続され、１００ｌｘに相当する電圧が供給される。オペアンプ４５では両入力の大小が判断され、フォトセンサー側入力照度が参照照度である１００ｌｘより明るいと判断した場合は、Ｓ１信号がスイッチ４７によりスイッチングされて、アンプ４９で増幅された後液晶表示素子５０に入力される。逆にフォトセンサー側入力照度が参照照度である１００ｌｘより暗いと判断した場合は、Ｓ２信号がスイッチ４８によりスイッチングされて、アンプ４９で増幅された後液晶表示素子５０に入力される。上記のＳ１、Ｓ２信号は、これに用いる液晶表示素子の表示モードがノーマリーブラックであり、図１６（ｂ）に示すような振幅関係があるとすると、Ｓ１信号が選択されたときは部分透過型遮光板の透過率が減少し、Ｓ２信号が選択されたときは部分透過型遮光板の透過率が増大して、所望の制御を行うことができる。なお、この信号の選択数を増加することによって、さらに細かい透過率制御ができる。
【００８６】
図１７は、虚像形成光学系の輝度制御の一実施例を示した回路図で、画像表示素子を構成する照明手段の輝度制御によるものである。上記に説明したフォトセンサー３５からの検出信号は、アンプ５１で増幅されてトランジスタ５２に入力され、その入力電圧に応じて照明手段である蛍光灯５３の駆動回路５４の電圧を制御する。その結果、蛍光灯５３はフォトセンサー３５からの検出信号に応じてその輝度が制御され、すなわち、虚像形成光学系の輝度が制御される。
【００８７】
なお、上記の２つの制御を併用する場合には、フォトセンサー３５の検出信号の急激な変化を捕らえて、その検出方向が変化したと判断したり、あるいは使用者の頭部の動きを機械的に検出して、部分透過型遮光板の透過率または虚像形成光学系の輝度のいずれか一方の制御にフォトセンサー３５の検出信号を用いるようにすればよい。
【００８８】
上記の各実施例において各構成要件は上記内容に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の動作原理を示す斜視図。
【図２】図１における側面図。
【図３】本発明の切り換え手段を示す正面図。
【図４】図３における側面図。
【図５】本発明の別の切り換え手段を示す正面図。
【図６】図５における側面図。
【図７】本発明のさらに別の切り換え手段を示す斜視図。
【図８】図７における虚像形成光学系の固定方法の説明図。
【図９】本発明の部分透過型遮光板の配置位置を説明するための平面図。
【図１０】本発明の部分透過型遮光板の大きさを説明するための模式図。
【図１１】周辺照度と部分透過型遮光板の透過率との関係の実験結果を表す図。
【図１２】周辺輝度と虚像形成光学系の輝度との関係の実験結果を表す図。
【図１３】本発明の虚像形成光学系の下方位置を説明するための図。
【図１４】虚像と入力手段等とを視認するときの距離の関係を示した図。
【図１５】本発明における虚像の水平方向の形成位置を説明するための図。
【図１６】本発明における部分透過型遮光板の透過率制御の一実施例を表し、（ａ）は回路図、（ｂ）はその動作波形を示したタイミングチャート。
【図１７】本発明における虚像形成光学系の輝度制御の一実施例を表す回路図。
【符号の説明】
【００９０】
１      装置本体
２      使用者
３      虚像形成光学系
４      部分透過型遮光板
５      テンプル
６      ヒンジ
７      液晶パネル
８      バックライト
９      画像表示素子
１０    反射ミラー
１１    レンズ
１２    眼
１３    光軸
１４    虚像
１５    軸
１６    ネジ部
１７    円筒部
１８    ノブ
１９    ヒンジ部
２０    保持部
２１    案内軸
２２    軸
２３    固定ネジ
２４    溝
２５    腕
２６    腕
２７    固定ネジ
２８    固定つまみ
２９    隙間
３０    直交面
３１    投影面
３２    断面
３３    死角領域
３４    入力手段
３５    フォトセンサー
３６    方向
３７    方向
３８    使用者の顔面に対する垂直線
３９    光軸
４０    一重ハッチング
４１    二重ハッチング
４２    フォトダイオード
４３    レンズ
４４    アンプ
４５ オペアンプ
４６ 抵抗
４７    スイッチ
４８    スイッチ
４９ アンプ
５０ 液晶表示素子
５１ アンプ
５２ トランジスタ
５３ 蛍光灯
５４    駆動回路
【図１】
2004280127.tif 000005
【図２】
2004280127.tif 000006
【図３】
2004280127.tif 000007
【図４】
2004280127.tif 000008
【図５】
2004280127.tif 000009
【図６】
2004280127.tif 000010
【図７】
2004280127.tif 000011
【図８】
2004280127.tif 000012
【図９】
2004280127.tif 000013
【図１０】
2004280127.tif 000014
【図１１】
2004280127.tif 000015
【図１２】
2004280127.tif 000016
【図１３】
2004280127.tif 000017
【図１４】
2004280127.tif 000018
【図１５】
2004280127.tif 000019
【図１６】
2004280127.tif 000020
【図１７】
2004280127.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成16年6月23日(2004.6.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示素子と該画像表示素子からの画像を拡大して虚像を形成する拡大光学手段とを備えた虚像形成光学系を有する頭部装着型表示装置において、
前記虚像形成光学系の輝度を、装着時における前記装置本体の下方でかつ使用者の手元の周辺輝度に応じて可変制御するための制御手段を有することを特徴とする頭部装着型表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の頭部装着型表示装置において、
前記虚像形成光学系の輝度が、前記周辺輝度と略一致するように制御されることを特徴とする頭部装着型表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の頭部装着型表示装置において、
前記頭部装着型表示装置と視覚を要する入力手段との併用に際し、前記周辺輝度が前記入力手段上の輝度であり、前記虚像形成光学系の輝度が前記入力手段上の輝度と略一致するように制御されることを特徴とする頭部装着型表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載の頭部装着型表示装置において、
前記虚像形成光学系の輝度と前記周辺輝度とは、略比例関係になるように制御されることを特徴とする頭部装着型表示装置。
【請求項５】
請求項１に記載の頭部装着型表示装置において、
前記虚像形成光学系の輝度を可変制御するための制御手段は、画像表示素子を形成する照明手段の制御手段からなることを特徴とするの頭部装着型表示装置。
【請求項６】
請求項１に記載の頭部装着型表示装置において、
前記虚像形成光学系の輝度を可変制御するための制御手段は、偏光素子、液晶表示素子、又は変形自在な樹脂の間に液晶を充填してなるフィルム型液晶表示素子からなることを特徴とする頭部装着型表示装置。
【請求項７】
請求項１に記載の頭部装着型表示装置において、
前記虚像形成光学系の輝度を可変制御するための制御手段は、エレクトロクロミック素子からなることを特徴とする頭部装着型表示装置。
【請求項８】
画像表示素子と該画像表示素子からの画像を拡大して虚像を形成する拡大光学手段とを備えた虚像形成光学系を有する頭部装着型表示装置において、
前記虚像形成光学系を配置した構造体の下方の視界の上端と、使用者が水平方向を見るときの視線とのなす角度が、鉛直方向において６２°以下であることを特徴とする頭部装着型表示装置。
【請求項９】
画像表示素子と該画像表示素子からの画像を拡大して虚像を形成する拡大光学手段とを備えた虚像形成光学系を有する頭部装着型表示装置において、
前記頭部装着型表示装置と視覚を要する入力手段との併用に際し、使用者が前記虚像を知覚する距離と前記入力手段を視認する距離が略等しくなるように、前記画像表示素子及び前記拡大光学手段が配置されたことを特徴とする頭部装着型表示装置。
【請求項１０】
画像表示素子と該画像表示素子からの画像を拡大して虚像を形成する拡大光学手段とを備えた虚像形成光学系を有する頭部装着型表示装置において、
前記虚像と使用者の眼とが形成する光軸と、使用者の顔面に対する垂直線とが水平方向においてなす角度が、輻輳方向をプラスとするときに−１°〜＋５°、望ましくは０°〜１°となるように、前記画像表示素子及び前記拡大光学手段が配置されたことを特徴とする頭部装着型表示装置。
【請求項１１】
画像表示素子と該画像表示素子からの画像を拡大して虚像を形成する拡大光学手段とを備えた虚像形成光学系を有する頭部装着型表示装置において、
前記装置本体の下側に配置された輝度検出手段は、
使用者の虚像視認時と入力手段視認時とに、頭部の動きに応じて、前記装置本体の下方でかつ使用者の手元の周辺輝度を検出すべく配置し、前記周辺輝度に応じて前記虚像形成光学系の輝度を、請求項４に記載の関係で自動調整することを特徴とする頭部装着型表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の頭部装着型表示装置は、虚像形成光学系の輝度を、装着時における装置本体の下方でかつ使用者の手元の周辺輝度に応じて可変制御するための制御手段を設けてもよい。そのときの虚像形成光学系の輝度は、周辺輝度と略一致すること、あるいは、本頭部装着型表示装置と入力手段との併用に際しては、その輝度が入力手段上の輝度と略一致すること、あるいは、その輝度と周辺輝度または入力手段上の輝度との関係が、略比例関係にあることが望ましい。
【手続補正８】
【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】
さらに、装置本体の下側に輝度検出手段を、使用者の虚像視認時と入力手段視認時における使用者の頭部の動きに応じて、装置本体の下方でかつ使用者の手元における周辺輝度を検出すべく配置し、周辺輝度に応じて虚像形成光学系の輝度を自動調整し、その調整は、請求項４に記載の関係によることを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【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】００２２
【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】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
（作用）
請求項１〜７の構成によれば、虚像形成光学系の輝度と使用者の手元の輝度との関係を最適化することにより、使用者が虚像を視認するときと手元を視認するときとの明暗差が軽減されて、疲労が極少化されることをやはり後述の実験によって確認している。
【手続補正１５】
【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】
請求項８の構成によれば、虚像形成光学系を配置した構造体の下方に鉛直線から２８゜以上の視野を確保できるため、人間工学的に最適な位置にキーボード等の入力手段を配置することが可能となり、入力作業を原因とする疲労を軽減できる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
請求項９の構成によれば、使用者が虚像を知覚する距離と入力手段を視認する距離が概ね一致するため、虚像視認と入力手段視認の繰り返しにおいて水晶体の調節作用が不要となり、調節のタイムラグを原因とする疲労を軽減できる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
請求項１０の構成によれば、単眼視における最も見やすい方向に虚像を視認できるため、長時間の使用においても疲労の発生は少ない。これも本出願人の実験により確認されている。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
請求項１１の構成によれば、虚像形成光学系の輝度の最適化を自動的に実現できるため、使用者の使用状況に応じて常に最適状態に装置本体が調整されて疲労が軽減される。使用者は虚像を視認するときと手元の入力手段を視認するときとに上下方向の頭の回転を伴うが、頭部に保持された装置本体もそれに連動するため、装置本体の下側に輝度検出手段を配置して、使用者の手元の輝度を検出できるようにした本構成によれば、その検出結果を虚像形成光学系の輝度の最適化にフィードバックできることになる。
【手続補正１９】
【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２０】
【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２１】
【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２２】
【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２３】
【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２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
以上説明したように、本発明の頭部装着型表示装置は、虚像形成光学系の輝度と使用者の手元の輝度との関係を最適化することにより、使用者が虚像を視認するときと手元を視認するときとの明暗差が減少されるため、疲労を極少化できる。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
さらに、装置本体の下側に輝度検出手段を配置し、使用者の頭の動きに連動して装置本体の前方の照度と使用者の手元の輝度とを順次検出できるようにしたことにより、その検出結果を虚像形成光学系の輝度の最適化にフィードバックすることが可能となり、虚像形成光学系の輝度の最適化を自動的に実現できるため、使用者の使用状況に応じて常に最適状態に装置本体が調整されて疲労が軽減される。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
上記各構成において、虚像形成光学系の輝度を制御する手段として偏光素子を用いることにより、最も簡単で安価にその調整手段を形成することができる。また、同手段として液晶表示素子あるいはフィルム型液晶表示素子を用いることにより、その調整を電気的に容易で安価に行えるとともに、特にフィルム型液晶表示素子を用いる場合は自由な曲面により同手段を形成することができる。また、同手段としてエレクトロクロミック素子を用いることにより、光量損失が少なく可変幅の広い同手段を形成することができる。さらに、同手段として画像表示素子を形成する照明手段の輝度制御を用いることにより、簡単な回路付加のみにより目的の手段を形成することができる。