(57)【要約】【課題】  左目用部材と右目用部材とから構成される画像表示装置であって、前記光学素子と観察者の鼻とが接触することを避けつつ、表示される画像の輝度低下を抑制することを目的とする。【解決手段】  左目用部材と右目用部材とから構成される光学素子を有する画像表示装置であって、前記左目用の光学素子および前記右目用の光学素子を介し、観察者に対して画像を表示する画像表示素子を有し、前記左目用部材と前記右目用部材とのそれぞれは、前記観察者の鼻との接触を避けるように形成された部分形状を有し、前記部分形状の表面は、前記画像表示素子からの主光線の方向と概略平行な面であることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
左目用部材と右目用部材とから構成される光学素子を有する画像表示装置であって、
前記左目用の光学素子および前記右目用の光学素子を介し、観察者に対して画像を表示する画像表示素子を有し、
前記左目用部材と前記右目用部材とのそれぞれは、前記観察者の鼻との接触を避けるように形成された部分形状を有し、前記部分形状の表面は、前記画像表示素子からの主光線の方向と概略平行な面であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記左目用部材と前記右目用部材とのそれぞれは、左右対称の形状であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記左目用部材と前記右目用部材とのそれぞれは、前記部分形状を少なくとも二つ有することを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記部分形状の表面には、遮光処理が施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１項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記部分形状の表面には、光学薄膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
更に、前記観察者の頭部に前記画像表示装置を装着する装着部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項７】
更に、前記観察者が手で把持する手持ち部を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項８】
左目用部材と右目用部材とから構成され、画像表示素子からの光を観察者の目に導光する光学素子であって、
前記左目用部材と前記右目用部材とのそれぞれは、前記観察者の鼻との接触を避けるように形成された部分形状を有し、前記部分形状の表面は、前記画像表示素子からの主光線の方向と概略平行な面であることを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、左目用部材と右目用部材とから構成される光学素子を有する画像表示装置および、左目用部材と右目用部材とから構成される光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像表示素子に表示された画像を、左右の光学素子を介して表示させる画像表示装置として、ＨＭＤ（Ｈｅａｄ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などが知られている。ＨＭＤは、観察者の頭部に装着され、所望の画像を観察者に対して提示することが出来る画像表示装置である。
【０００３】
ＨＭＤなどの画像表示装置は、多種多様の人にとって装着可能でかつ表示画像を適切に視認できることが望まれている。更に、ＨＭＤを装着する観察者の負担を軽減するため、装置全体の小型化、軽量化も要望されている。
【０００４】
一般的に、広画角の画像を観察者に提示しようとすると、光学素子を含む光学系全体が大型化し、重量が重くなりがちになる。ＨＭＤは観察者の頭部に装着するため、観察者の負担を考えると、光学系全体の大型化は望ましくない。光学系全体の大型化を緩和する一つの手段として、光学系の射出瞳径を小さくすることがある。しかしながら、その場合、観察者と射出瞳径との間の距離を短くする必要が生じ、左右の光学素子が観察者の鼻に接触する可能性が出てくる。
【０００５】
特許文献１には、上記課題に対して、左目用部材と右目用部材とから構成される光学素子から観察者の鼻に接触する可能性がある部分を除去する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−０３６８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の画像表示装置では、左目用部材と右目用部材とから構成される光学素子から観察者の鼻に接触する可能性がある部分が除去されているため、光学系全体の大型化を防ぎつつ、広画角な画像を提供することが可能になっている。しかしながら、画像を形成するはずの光線の一部は、前記光学素子の一部除去により失われ、表示される画像の一部の輝度は低下することになる。
【０００８】
特許文献１の画像表示装置では、低下した輝度を電気的に補償する技術も開示されているが、表示される画像の輝度低下を抑制するための光学的なアプローチについては言及されておらず、表示される画像の輝度低下の抑制には不十分であった。
【０００９】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、左目用部材と右目用部材とから構成される光学素子を有する画像表示装置であって、前記光学素子と観察者の鼻とが接触することを避けつつ、表示される画像の輝度低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、左目用部材と右目用部材とから構成される光学素子を有する画像表示装置であって、前記光学素子を介し、観察者に対して画像を表示する画像表示素子を有し、前記光学素子は、前記観察者の鼻との接触を避けるように形成された部分形状を有し、前記部分形状の表面は、前記画像表示素子からの主光線の方向と概略平行な面であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、左目用部材と右目用部材とから構成される光学素子を有する画像表示装置であって、前記光学素子と観察者の鼻とが接触することを避けつつ、表示される画像の輝度低下を抑制することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第一の実施形態における画像表示装置の構成図である。
【図２】プリズム体を透過している主光線の一部を表した図である。
【図３】プリズム体の形状を示す図である。
【図４】主光線を構成する有効光束の蹴られを示した図である。
【図５】第二の実施形態における頭部装着型の画像表示装置の構成を示した図である。
【図６】第二の実施形態における手持ち型の画像表示装置の構成を示した図である。
【図７】第二の実施形態における画像表示部の構成を示した図である。
【図８】第二の実施形態における画像表示部の背面下方を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第一の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１４】
図１は、第一の実施形態における画像表示装置の構成図である。観察者Ｐの左眼ＥＬの前方に、画像表示素子１０が配置され、更に画像表示素子１０と左眼ＥＬの間に、プリズム体１１から成る光学素子が配置されている。そして、観察者Ｐの右眼ＥＲの前方に、左眼側と同一の画像表示素子１０が配置され、更に、画像表示素子１０と右眼ＥＲの間に、左眼側と同一のプリズム体１１から成る光学素子が配置されている。つまり、左目用部材と右目用部材とから構成されている。この画像表示素子１０とプリズム体１１とを併せて接眼光学系と称す。これらのプリズム体１１は、鼻側部分１２、１３が除去されているような部分形状を有している。この鼻側部分１２と１３は、観察者Ｐの鼻部Ｎと左右のプリズム体１１との干渉（接触）を避ける目的で除去されている。なお、本実施形態におけるプリズム体１１は、左右対称の形状である。左右対称の形状であるため、左右のプリズム体１１を同一の製造工程で製造することが可能になり、製造コストを削減することが出来る。
【００１５】
図２は、第一の実施形態におけるプリズム体を透過している主光線の一部を表した図である。プリズム体１１は主に３つの大きな面であるＡ面１４、Ｂ面１５、Ｃ面１６の三面で構成されている。画像表示素子１０から発する画像はプリズム体１１の内部を透過し、Ａ面１５とＢ面１５の二回反射することで画像表示素子１０の画像を拡大している。
【００１６】
主光線１８は、画像表示素子１０の表示面の右下隅部を光源としている。この主光線１８はＣ面１６から入射している。この時の主光線を１８ａで示す。その後、主光線１８ａはＡ面１４へと向かう。主光線１８ａはＡ面１４に対して、浅い角度なので、主光線１８ａはＡ面１４で全反射する。反射後、主光線１８ｂとなり、Ｂ面１５へ到達する。Ｂ面１５はその表面にアルミ蒸着膜を成膜しているため主光線１８ｂはＢ面１５で反射する。そして、主光線１８ｃとなり、Ａ面１４から射出し、観察者の眼へと導光される。
【００１７】
図３は、本実施形態におけるプリズム体の形状を示す図である。面２０は鼻側部分１３の一部を形成している面で、鼻側除去面である。主光線１８ｃの方向はこの鼻側除去面２０に平行であり、かつ主光線１８ｃは鼻側除去面２０上にある。鼻側除去面２０の表面には墨塗りを施している。これは、この鼻側除去面２０から不要の光線が侵入を阻止する他、鼻側除去面２０でのプリズム他１１の内面反射によるフレアやゴースト等の画質劣化を防ぐためである。墨塗り以外に同じ目的でアルミ蒸着膜や反射防止膜などの光学薄膜を成膜しても良い。
【００１８】
主光線１９は、画像表示素子１０の表示面の左下隅部を光源としている。プリズム体１１が左右対称の形状であることから、主光線１９は、主光線１８と対称の光路で観察者の眼へ導かれている。面２１は鼻側部分１２の一部を形成しており、鼻側除去面である。主光線１９ｃはこの鼻側除去面２１に平行な平面であり、かつ主光線１９ｃは鼻側除去面２１上にある。鼻側除去面２１の表面には墨塗りを施していて、不要光が内面反射して発生するゴーストや、有効光路外から侵入する光に対する遮光処理をしている。
【００１９】
図４は、本実施形態における主光線を構成する有効光束の蹴られを示した図である。図４では、図３におけるＤで示した部分の拡大している。有効光束１８ｄは、主光線１８ｃの有効光束であり、主光線１８ｃに垂直な面（断面）を示している。断面Ａ−Ａでは、鼻側除去面２０よりも右側にハッチングをかけている領域で、鼻側除去面２０により光束の一部が蹴られている様子を示している。主光線１８ｃは鼻側除去面２０の面上にあるので、断面Ａ−Ａにおいて蹴られる面積は有効光束の半分になっている。断面Ｂ−Ｂにおいても同様に、右側にハッチングをかけている領域で、鼻側除去面２０により光束の一部が蹴られている様子を示している。断面Ｂ−Ｂにおいてもやはり主光線１８ｃは鼻側除去面２０の面上にあるため、この蹴られる面積は有効光束の半分である。つまり、主光線１８ｃを構成する有効光束１８ｄの蹴られは、どの断面を取っても半分で済むことになり、主光線と鼻側除去面が平行であれば蹴られ量はどの断面でも同じである。したがって主光線と鼻側除去面が平行な場合、除去面として最も効率的である。
【００２０】
プリズム体１１は左右対称の形状であることから、プリズム体１１の左側部にある鼻側部分１２でも、鼻側除去面２１により主光線１９を含む有効光束の一部が蹴られている。その蹴られている割合は主光線１９ｃを構成する有効光束の半分であり、主光線１９ｃを構成する有効光束の蹴られは、どの断面を取っても半分である。以上の表示光学系は、プリズム体１１を左右両眼に対応した位置に配置している。
【００２１】
以上のように、プリズム体１１の鼻側に近い部分を鼻側除去面２０、２１で除去し、鼻側除去面２０、２１に最も近い主光線１８ｃ、１９ｃと、鼻側除去面２０、２１と、がそれぞれ平行になるように除去する。それにより、観察者の鼻と干渉をし難いプリズム体１１を形成しつつ、観察される表示画像の光量落ちを最小におさえた表示光学系を実現することができる。
【００２２】
なお、本実施形態においては主光線１８ｃ、１９ｃはそれぞれ鼻側除去面２０、２１に平行であるが、完全な平行に限定するものではない。主光線１８ｃと鼻側除去面２０の角度が５度付いているような場合も、本実施形態における概略平行の範囲に含まれる。たとえば主光線１８ｃと鼻側除去面２０の角度が５度付いていて、プリズム体１１の左右鼻側除去面２０、２１付近における最大の厚さが５ｍｍである場合を想定する。その場合、有効光線の蹴られは平行であるときよりも、５＊ｔａｎ（５ｄｅｇ）＝０．４３７［ｍｍ］余分に蹴られが発生することになる。しかしながら、光学的な有効光束の余裕代として０．５ｍｍ取るのが一般的で、その範囲の中に収まっている。そのため観察する画像の光量落ちの影響は少ないものとなっている。
【００２３】
（第二の実施形態）
図５は、頭部装着型の画像表示装置の構成を示した図である。第一の実施形態で説明した表示光学系を頭部装着型画像表示装置１に適用している。頭部装着型画像表示装置１は表示光学系を内部に持つ画像表示部３０と頭部に装着する装着部４０で構成されている。
【００２４】
図６は、手持ち型の画像表示装置の構成を示した図である。第一の実施形態で説明した表示光学系を手持ち型画像表示装置２に適用している。手持ち型画像表示装置２は表示光学系を内部に持つ画像表示部３０と観察者が手で把持する手持ち部５０で構成されている。
【００２５】
図７は、画像表示部３０を示しており、図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は右側面図、図７（ｃ）は背面図になっている。プリズム体１１は左右両眼に対応して観察できるように配置されていて、外装部材で包囲されている。画像表示部３０の中央部は凹形状になっていて観察者の鼻と干渉しない外装鼻逃部３０ｂが形成されている。
【００２６】
図８は、画像表示部の背面下方を示した図である。外装鼻逃部３０ｂは外装鼻逃面３０ｃと外装鼻逃面３０ｄが設けられている。外装鼻逃面３０ｃは左眼側のプリズム体１１の鼻側除去面２０と平行で、外装鼻逃面３０ｄは右眼側のプリズム体１１の鼻側除去面２１と平行な面である。然るに、外装鼻逃部３０ｂをプリズム体１１に接触するまで大きく取ることが可能で外装鼻逃部３０ｂをプリズムに干渉しない範囲で最大化することが可能となっている。
【符号の説明】
【００２７】
１０  画像表示素子
１１  プリズム体
１２  鼻側部分
１３  鼻側部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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