特許 6869520 透明基板を備える接眼型の映像表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6869520

(24)【登録日】2021年4月16日

(45)【発行日】2021年5月12日

(54)【発明の名称】透明基板を備える接眼型の映像表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20210426BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20210426BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/02 Z

   H04N5/64 511A

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-172089(P2016-172089)

(22)【出願日】2016年9月2日

(65)【公開番号】特開2018-36608(P2018-36608A)

(43)【公開日】2018年3月8日

【審査請求日】2019年8月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】318000710

【氏名又は名称】株式会社テレパシージャパン

(74)【代理人】

【識別番号】100116850

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 隆行

(72)【発明者】

【氏名】岩井 順一

【審査官】 鈴木 俊光

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２７１５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０９７２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０７５１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０４６５６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−００３８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１４１３１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４８６７５５１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２７／０１ − ２７／０２

Ｈ０４Ｎ ５／６４

Ｈ０４Ｎ １３／３４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

映像を表示する表示部（１０）と，
前記表示部（１０）から射出された映像光を観察者の瞳に導く接眼部（２０）と，
前記観察者の瞳と対向する面を有する基板（３０）と，を備え，
前記基板（３０）は，少なくともその一部が前記観察者の視線を透過する透過部（３１）を成しており，
前記接眼部（２０）は，前記基板（３０）の前記透過部（３１）に設けられており，
前記接眼部（２０）は，前記映像光が入射する入射面（２１ａ），前記入射面（２１ａ）から入射した前記映像光が反射する反射面（２１ｂ），及び前記反射面（２１ｂ）で反射した前記映像光を射出する射出面（２１ｃ）を持つプリズム（２１）を有し，
前記基板（３０）は，前記観察者の瞳と対面する内面（３０ａ）と，当該内面（３０ａ）と反対側の外面（３０ｂ）とを有し，
前記プリズム（２１）の前記反射面（２１ｂ）は，前記基板（３０）の前記外面（３０ｂ）側に突出している
映像表示装置。

【請求項2】

前記基板（３０）は，少なくとも，前記映像光の光軸との交点を中心とした半径１０ｍｍ以上の範囲が前記透過部（３１）を成している
請求項１に記載の映像表示装置。

【請求項3】

前記プリズム（２１）の厚さは，３ｍｍ以上である
請求項１に記載の映像表示装置。

【請求項4】

前記プリズム（２１）の前記反射面（２１ｂ）の反対側の面は，光を吸収又は全反射する
請求項１に記載の映像表示装置。

【請求項5】

前記プリズム（２１）と前記基板（３０）は，一体成型されたものである
請求項１に記載の映像表示装置。

【請求項6】

前記基板（３０）は，前記透過部（３１）内に開口部（３６）を有し，
前記接眼部（２０）は，前記開口部（３６）に嵌め込まれている
請求項１に記載の映像表示装置。

【請求項7】

前記基板（３０）は，前記表示部（１０）のハウジング（１４）に固定されており，
前記基板（３０）は，前記表示部（１０）から前記接眼部（２０）に至る範囲にスリット（３７）を有し，
前記接眼部（２０）は，前記スリット（３７）に嵌め込まれている
請求項１に記載の映像表示装置。

【請求項8】

前記プリズム（２１）から射出された映像光の光軸上であって，前記基板（３０）の内面（３０ａ）に接眼レンズ（２２）が設けられている
請求項１に記載の映像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は，ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：Head Mounted Display）などに搭載される接眼型の映像表示装置に関するものである。具体的に説明すると，本発明の映像表示装置は，観察者の眼前に設置される光学装置であり，液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）などから射出された映像光を観察者の瞳へと導くことで，その映像を観察者に視認させるものである。

【背景技術】

【0002】

近年，例えば頭部に装着して使用するＨＭＤのように，使用者の身体に取り付けて使用することのできるウェアラブルデバイスへの需要が高まりつつある。また，例えば，コンピュータや，各種センサ機器，ＬＣＤなどの映像表示装置も，ウェアラブルデバイスに搭載可能な程度に小型化されており，これらの機器を搭載したウェアラブルデバイスの開発が急速に進行している。

【0003】

例えば，特許文献１には，ＬＣＤによって表示された映像を観察者の片眼に投影する接眼型の映像表示装置が開示されている。この接眼型の映像表示装置は，観察者の視界を遮らずに自然に映像を表示することができるように，その構造が小型化されている。具体的に説明すると，特許文献１に記載の映像表示装置は，映像を表示する表示光学系と，表示光学系から射出された映像光を観察者の光学瞳に導く接眼光学系と，表示光学系から射出された映像光の光路上において接眼光学系を支持する支持具を備える。この支持具は，互いに対面する第１支持板と第２支持板を有し，第１支持板と第２支持板の間に接眼光学系が支持されている。そして，第１支持板と第２支持板の間の少なくとも一部に，観察者の視線が透過する開口が形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５−０４３０４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の映像表示装置は，第１支持板と第２支持板の間に開口が形成されているため，観察者の視界を極力遮らないようにすることができる。しかしながら，このような構成では，第１支持板と第２支持板の端面が常に観察者の視界に入ることとなる。このため，接眼光学系の構造をどれ程小さくしても，その構造上，眼前に異物が存在するという違和感を観察者に与えてしまうという問題があった。このような違和感を極力小さくするために，第１支持板と第２支持板の厚みを薄くすることも考えられる。しかし，第１支持板と第２支持板の厚みを薄くすると，これらの支持板の強度の低下を招き，外部から衝撃が加わったときに映像表示装置が破損しやすくなるという問題がある。このため，支持板の厚みを薄くすることにも構造上の限界があった。

【0006】

このように，特許文献１の映像表示装置は，観察者に与える異物感を小さくしようとすると接眼光学系を支持する支持具の強度が低下してしまい，反対に支持具の強度を高めようとすると観察者に与える異物感が大きくなるという問題がある。このため，この映像表示装置には，観察者の視界を極力遮らずに自然な視界を実現するという観点において，未だ改善の余地があるといえる。

【0007】

そこで，本発明は，接眼光学系を支持する支持具の強度を維持しつつ，観察者の視界を極力遮らずに，より自然な映像を表示することのできる映像表示装置を提供することを解決課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の発明者は，上記課題の解決手段について鋭意検討した結果，観察者の眼前に透明基板を配置し，表示部から射出された映像光を観察者の瞳に導く接眼部をこの基板上に設けることで，この基板によって接眼部を強固に支持することができ，しかも観察者の視線が基板を透過することとなるため，観察者の視界を極力遮らずに自然な視界を実現することが可能となるという知見を得た。そして，本発明者は，上記知見に基づけば，従来技術の課題を解決できることに想到し，本発明を完成させた。具体的に説明すると，本発明は以下の構成を有する。

【0009】

本発明は，ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）などに搭載される映像表示装置に関する。
本発明の映像表示装置は，映像を表示する表示部１０と，この表示部１０から射出された映像光を観察者の瞳に導く接眼部２０と，観察者の瞳と対向する面を有する基板３０とを備える。
基板３０は，少なくともその一部が光を透過する透過部３１を成している。つまり，透過部３１は，観察者の視線及び映像光を透過する。基板３０の透過部３１は，例えば透明部材やメッシュ部材などの光を透過する部材で形成されたものであり，基板３０の一部を構成している。この点において，ここにいう透過部３１は，単なる開口部とは区別される。基板３０は，少なくとも観察者の瞳径と同程度の範囲（半径１〜５ｍｍ程度の範囲）が透明部３１となっていることが好ましく，その全体が透明部３１となっていてもよい。特に基板は，その全体透明部材からなる透明基板であることが好ましい。
そして，本発明において，接眼部２０は，基板３０の透過部３１に設けられている。つまり，接眼部２０から射出された映像光は，基板３０の透過部３１を透過して，観察者の瞳に導かれることとなる。なお，接眼部２０が設けられた基板３０は，表示部１０に固定されていることが好ましい。このように，基板３０は，表示部１０から射出された映像光の光軸上に接眼部２０を支持する支持具として機能する。

【0010】

上記構成のように，観察者の瞳と対面する基板３０によって接眼部２０を強固に支持することができる。また，基板３０のうち少なくとも一部を透過部３１とし，そこに接眼部２０を設けることで，接眼部２０を覗く観察者の視線がこの透過部３１を透過する。特に，基板３０全体を透明部材で形成することで，観察者にこの基板がほとんど視認されないようになる。従って，接眼部２０の支持具の強度を維持しつつ，より自然な視界を実現できる。また，観察者の表情を極力隠さないようにすることができため，ＨＭＤを装着することへの抵抗感を少なくすることができる。さらに，基板３０がシールドとしても機能するため，塵芥が観察者の眼に入ることを防止できる。また，接眼部２０が眼に直接接触することも防ぐことができる。

【0011】

本発明の映像表示装置において，基板３０は，少なくとも，接眼部２０から観察者の瞳に向かって射出される映像光の光軸Ｃを中心とした半径１０ｍｍ以上の範囲が透過部３１を成していることが好ましい。詳しくは後述するが，この光軸Ｃを中心とした半径１０ｍｍ（直径２０ｍｍ）の範囲は，一般的に，ＨＭＤを装着した観察者の安定注視野範囲となる。このため，少なくとも安定注視野範囲を透過部３１とすることで，観察者の視界に接眼部２０以外の物が入ること回避できる。特に，基板３０の端面（周縁部分）が観察者の安定注視野から外れるため，観察者に異物感を与えることなく，より自然に映像を表示することが可能となる。

【0012】

本発明の映像表示装置において，接眼部２０はプリズム２１を有することが好ましい。このプリズム２１は，映像光が入射する入射面２１ａと，入射面２１ａから入射した映像光が反射する反射面２１ｂと，反射面２１ｂで反射した映像光を射出する射出面２１ｃとを持つものである。また，基板３０が，観察者の瞳と対面する内面３０ａと，当該内面３０ａと反対側の外面３０ｂとを有している。この場合に，プリズム２１の反射面２１ｂは，基板３０の外面３０ｂ側に突出していることが好ましい。このような構成を採用することで，プリズム２１の反射面２１ｂが基板３０の内面３０ａ側に向かって突出することがなくなる。これにより，プリズム２１ｂが観察者の瞳を傷付けてしまうような事故が発生するのを未然に回避できる。なお，本発明において，接眼部２０を収容するハウジングは設けられておらず，接眼部２０全体が露出していることが好ましい。接眼部２０を収容するハウジングを排除することで，視界を遮る物を少なくすることができる。

【0013】

本発明の映像表示装置において，プリズム２１の厚さは，３ｍｍ以上であることが好ましい。特に，プリズム２１の厚さは，４ｍｍ又は６ｍｍ以上とすることが好ましい。一般的に，明所における観察者の瞳径は２〜３ｍｍ程度であるとされている。プリズム２１の厚さを瞳径よりも大きくすることで，プリズム２１の上面や下面を反射した外光が観察者の瞳孔に入射することを回避できる。従って，プリズム２１をハウジング等に収容せずに露出した構成とし，しかも映像表示装置を屋外で使用するであっても，プリズム２１を反射した太陽光が瞳孔に入射して生じる“チラつき”を効果的に防止することが可能となる。これにより，屋外であっても観察者に鮮明な映像を提供することができる。

【0014】

本発明の映像表示装置において，プリズム２１の反射面２１ｂの反対側の面は，光を吸収又は全反射する面であることが好ましい。例えば，反射面２１ｂの反対面に黒色の塗料を塗布したり，あるいは鏡面加工を施すこととすればよい。これにより，反射面２１ｂの反対面からプリズム２１内に外光が入射してプリズム２１内に迷光が発生することを回避できる。これにより，屋外で映像表示装置を使用する場合であっても，映像の鮮明さを維持することができる。

【0015】

本発明の映像表示装置において，プリズム２１と基板３０は一体成型されたものであってもよい。プリズム２１と基板３０とを一体成型することで，構成部品の点数を減らすことができる。なお，プリズム２１は，基板３０とは別部材で構成されていてもよい。この場合に，プリズム２１は，基板３０の外面３０ｂに取り付けることとしてもよいし，基板３０に開口部を設けてそこにプリズム２１を嵌め込むようにしてもよい。

【0016】

本発明の映像表示装置において，基板３０は，透過部３１内に開口部３６を有していてもよい。この場合に，接眼部２０は，基板３０の開口部３６に嵌め込まれていてもよい。このように構成することで，例えば基板３０の外面３０ｂに接眼部２０を貼り付けた構成と比較して，接眼部２０の突出長さを抑制することができる。これにより，よりコンパクトな映像表示装置を実現できる。また，後述するように，プリズム２１の射出面２１ｃに接眼レンズを取り付けることも可能となる。プリズム２１の射出面２１ｃに接眼レンズを取り付けておくことで，このプリズム２１の射出面２１ｃから観察者の瞳までの距離を離した場合であっても，観察者に映像を適切に視認させることができる。

【0017】

本発明の映像表示装置において，基板３０は，表示部１０のハウジング１４に固定されており，かつ，表示部１０から接眼部２０に至る範囲にスリット３７を有していてもよい。このような構成によっても，例えば基板３０の外面３０ｂに接眼部２０を貼り付けた構成と比較して，接眼部２０の突出長さを抑制することができる。これにより，よりコンパクトな映像表示装置を実現できる。

【0018】

本発明の映像表示装置において，プリズム２１から射出された映像光の光軸上であって，基板３０の内面３０ａに接眼レンズ２２が設けられていることが好ましい。このように，基板３０の内面３０ａに接眼レンズ２２を設けることで，プリズム２１の射出面２１ｃから観察者の瞳までの距離を比較的離すことが可能となる。なお，接眼レンズ２２と基板３０は別体で構成されたものであってもよいし，一体成型されたものであってもよい。

【発明の効果】

【0019】

本発明の映像表示装置によれば，接眼光学系を支持する支持具の強度を維持しつつ，観察者の視界を極力遮らずに，より自然な映像を観察者に対して提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は，本発明に係る映像表示装置が搭載されたＨＭＤの一例を示した外観斜視図である。

【図2】図２は，映像表示装置が備える光学系の例を示したブロック図である

【図3】図３は，映像表示装置の一実施形態を示した正面図（ａ）と平面図（ｂ）である。

【図4】図４は，映像表示装置の一実施形態を示した側面図である。

【図5】図５は，プリズムの厚さを３ｍｍ以上とした場合にチラつきを防止できることを示した説明図である。

【図6】図６は，プリズムの変形例を示した側面図である。

【図7】図７は，映像表示装置の他の実施形態を示した正面図（ａ）と平面図（ｂ）である。

【図8】図８は，映像表示装置の他の実施形態を示した正面図（ａ）と平面図（ｂ）である。

【図9】図９は，映像表示装置の他の実施形態を示したブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下，図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は，以下に説明する形態に限定されるものではなく，以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜変更したものも含む。
なお，本願の図においては，装置の立体方向をわかりやすく示すために，Ｘ軸，Ｙ軸，及びＺ軸の直交座標系を設定した。本願明細書では，便宜的に，Ｘ軸方向を横方向とし，Ｙ軸を上下方向とし，Ｚ軸方向を奥行き方向としている。
また，本願明細書において，「Ａ〜Ｂ」とは，基本的に「Ａ以上Ｂ以下」であることを意味する。

【0022】

図１は，映像表示装置１００を搭載したヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）２００の全体構成を示している。ここに示した映像表示装置１００及びＨＭＤ２００の形状や構造は一例であり，本発明はこれに限定されない。図１に示されるように，映像表示装置１００は，映像の観察者（ＨＭＤの装着者）の片眼の眼前に配置されて，観察者に映像を視認させるための装置である。図１に示されるように，映像表示装置１００は，基本的に，表示部１０と，接眼部２０と，基板３０とを備える。表示部１０は，観察者に提示する映像を表示するためのものであり，その映像光を接眼部２０に向けて射出する。接眼部２０は，表示部１０から射出された映像光を反射又は屈折させて観察者の瞳に導く。図１に示した例では，表示部１０から横方向（Ｘ軸方向）に射出された映像光が，接眼部２０によって略直角に反射されて奥行き方向（Ｚ軸方向）に進行し，観察者の瞳孔に入射する。また，表示部１０と接眼部２０の間は空間となっており，映像光は空気中を進行する。基板３０は，観察者の瞳と対向する内面３０ａとその反対側の外面３０ｂとを有する板状の部材であり，少なくとも一部が光を透過する透明部材又はメッシュ部材で構成されている。図１に示した例では，基板３０は，その全体がプラスチックやガラスなどの透明部材で形成された透明基板となっている。基板３０の外面３０ｂには接眼部２０が設けられており，またこの基板３０は表示部１０に固定されている。このため，基板３０は，接眼部２０を表示部１０から射出された映像光の光軸上に位置させるための支持具としての機能を果たしている。基板３０が透明であるため，映像を視認する観察者の視野を広く確保することができる。また，観察者は，基板３０の奥側の背景を映像とともに視認することができる。

【0023】

なお，図１に示した例において，ＨＭＤ２００は，映像表示装置１００の他に，カメラ２１０，光学センサ２２０，及びタッチパネル２３０などを備える。また，ＨＭＤ２００の筐体の中には，ＣＰＵ，メモリ，各種通信機器，加速度センサ，ジャイロセンサ，及びバッテリーなどが搭載されている。ＨＭＤ２００の構成は，適宜公知の構成を採用することができ，本発明においては特に限定されない。

【0024】

続いて，図２を参照して，映像表示装置１００が備える光学系の一例について説明する。図２は，映像表示装置１００の構造を平面（ＸＺ面）から描画したものである。図２に示されるように，映像表示装置１００は，映像光（一点鎖線）を射出する表示部１０と，映像光を観察者の瞳に導く接眼部２０とを備える。図１に示されるように，表示部１０は，光学系を収容するハウジング１４を備えている。他方で，接眼部２０は，ハウジングを備えておらず，プリズム２１が露出した状態となっている。表示部１０から射出された映像光が，空気中を伝搬して接眼部２０に入射し，接眼部２０において反射されて瞳に導入される。

【0025】

図２に示されるように，本実施形態において，表示部１０は，光源１１と，集光レンズ１２と，表示素子１３とを有する。表示部１０の例は，液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）である。光源１１は，Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色の光を出射可能なものであることが好ましい。例えば，光源１１は，例えば，ＲＧＢ一体型のＬＥＤパネルによって構成することができる。なお，光源１１は，単色光や白色光を出射するものであってもよい。光源１１が発光するためには電力が必要になるため，この光源１１は，電源線を介してバッテリー（図示省略）に接続されている。また，集光レンズ１２は，光源１１からの光を集光して表示素子１３に供給する。また，表示素子１３は，入射光を画像データに応じて変調することにより，映像を表示するものである。表示素子１３は，例えば，光が透過する領域となる各画素がマトリクス状に配置された透過型の液晶表示素子で構成されていることが好ましい。表示素子１３は制御装置（図示省略）によって光の変調状態が制御されるため，この表示素子１３は，信号線を介してこの制御装置に接続されている。また，表示素子１３は電源線を介してバッテリーにも接続されている。なお，表示部１０は，上記した液晶ディスプレイ以外にも，例えば反射型の液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイを採用することもできる。

【0026】

また，表示部１０は，表示部１０を構成する光学系１１〜１３を収容するハウジング１４を有する。ハウジング１４は，太陽光や照明光などの外光を遮蔽する。ハウジング１４には，接眼部２０と対向する面に射出窓１４ａを有する。光学系１１〜１３によって生成された映像光は，このハウジング１４の射出窓１４ａを通って接眼部２０に入射する。なお，射出窓１４ａは，開口であってもよいし，ガラスやプラスチックなどの透明部材が開口に嵌め込まれていてもよい。このハウジング１４には，透明材料から構成される基板３０が取り付けられる。図２に示されるように，ハウジング１４の射出窓１４ａは，基板３０の外面３０ｂ側に設けられる。このため，表示部１０から射出された映像光は，基板３０の外面３０ｂ側を通ることとなる。また，図示は省略しているが，ハウジング１４の射出窓１４ａと接眼部２０の間に，画質の改善を目的として別のレンズを配置することも可能である。

【0027】

接眼部２０は，上記表示素子１３からの映像光を反射又は屈折させて観察者の瞳に導く光学素子である。本実施形態において，接眼部２０は，プリズム２１を有している。また，接眼部２０は，接眼レンズ２２を有していてもよい。プリズム２１は，表示部１０からの映像光を内部で導光する部材である。プリズム２１は，例えば，映像光の入射面２１ａと，反射面２１ｂと，射出面２１ｃを有する形状となっている。プリズム２１の入射面２１ａは，横方向（Ｘ軸方向）に進行する映像光の光軸と垂直に交差する奥行き方向（Ｚ方向）に設けられている。また，射出面２１ｃは，観察者の瞳と対向するように設けられている。反射面２１ｂは，例えば矩形形状（長方形形状）であり，映像光の光路を直角に折り曲げる手段として機能している。具体的には，反射面２１ｂは，入射面２１ａを介してプリズム内部に入射してＸ方向に進行する映像光を，Ｚ方向に反射させる。なお，プリズム２１は，単一のプリズムで構成されてもよいし，複数のプリズムを組み合わせて構成されてもよい。また，接眼レンズ２２は，例えばプリズム２１の入射面２１ａに取り付けられる。接眼レンズ２２は，正のパワーを持ち，プリズム２１に入射する映像光を瞳に集光する。接眼レンズ２２は，プリズム２１の入射面２１ａに接合されていてもよいし，プリズム２１と一体化されていてもよい。

【0028】

また，図２に示した実施形態において，プリズム２１は，透明な基板３０とは別体で構成されている。プリズム２１は，基板３０の外面３０ｂに接合されている。具体的には，プリズム２１の射出面２１ｃが基板３０の外面３０ｂに接合されていることとなる。なお，図示は省略するが，プリズム２１と基板３０とを一体成型することも可能である。プリズム２１と基板３０を一体成型することで，構成部品の点数が減るため，大量生産する場合には有利である。

【0029】

また，プリズム２１の反射面２１ｂの反対面は，光を吸収又は全反射するための加工が施されていることが好ましい。例えば，反射面２１ｂの反対面に黒色の塗料を塗布したり，あるいは鏡面加工を施すこととすればよい。この場合，反射面２１ｂの反対面からプリズム２１内に外光が入射してプリズム２１内に迷光が発生することを回避できる。これにより，屋外で映像表示装置を使用する場合であっても，映像の鮮明さを維持することができる。

【0030】

上記の構成においては，まず，表示部１０によって映像光が生成される。すなわち，光源１１から射出された光は，集光レンズ１２で集光されて表示素子１３に入射する。光は表示素子１３によって変調されて映像光となる。次に，表示部１０から射出された映像光は，接眼部２０に入射する。接眼部２０では，映像光が，接眼レンズ２２及び入射面２１ａを介してプリズム２１の内部に入射する。その後，映像光は，プリズム２１の内部を横方向（Ｘ軸方向）に沿って進行し，反射面２１ｂで光路が折り曲げられ奥行き方向（Ｚ軸方向）に向きを変えて進行する。これにより，映像光は，プリズム２１の射出面２１ｃを介して射出され，透明な基板３０を透過して，観察者の瞳に導かれる。このようにして，観察者は，瞳の位置で，表示素子１３にて表示された映像の拡大虚像を観察することができる。なお，図２に示した光学系は，本発明の一実施形態に過ぎない。本発明は，図２に示した光学系以外にも，その他公知のものを適宜採用することができる。

【0031】

続いて，図３及び図４を参照して，接眼部２０を支持する基板３０の構造について説明する。基板３０は，観察者の瞳と対向する面を持つ板状の部材ある。すなわち，基板３０は，上下方向（Ｙ方向）の高さと，左右方向（Ｘ方向）の幅と，奥行き方向（Ｚ方向）の厚みを持ち，基板３０の高さと幅の値は厚みの値よりも大きくなっている。このように，基板３０は，上下方向及び左右方向の平面（ＸＹ平面）を持つものである。基板３０の厚みは，基板３０の強度を考慮して２ｍｍ〜１０ｍｍとすることが好ましい。基板３０の高さと幅は特に限定されず，観察者の眼前に配置するのに適したサイズとすればよい。一般的に，基板３０の幅の値は，高さの値よりも大きくなる。つまり，基板３０の平面は横長になる。

【0032】

また，基板３０は，着用者の瞳と対向する内面３０ａと，その反対側の外面３０ｂとを持ち，外面３０ｂ側に接眼部２０が設けられる。少なくとも接眼部２０を構成するプリズム２１の入射面２１ａと反射面２１ｂは，基板３０の外面３０ｂ側に向かって突出する。基板３０の内面３０ａ側に向かってプリズム２１の入射面２１ａと反射面２１ｂが突出していると，観察者の眼球を傷つけるおそれがあるため，これらの入射面２１ａと反射面２１ｂは外面３０ｂ側に向かって突出させる必要がある。

【0033】

また，基板３０は，一端部が表示部１０のハウジング１４に固定される。つまり，基板３０は，上端縁３２と，下端縁３３と，表示部１０に固定される近位端縁３４と，表示部１０から最も遠い遠位端縁３５の４つの縁を有する略四角形状を成している。ただし，基板３０に角があると危険であるため，基板３０の四隅の角にはＲ（丸み）が形成されている。図３（ａ）に示したように，基板３０には，各端縁３２〜３５のいずれからも間隔をおいた位置に接眼部２０が取り付けられている。すなわち，基板３０は，少なくとも，接眼部２０から上端縁３２までの間の上部３２ａと，接眼部２０から下端縁３３までの間の下部３３ａと，接眼部２０から近位端縁３４までの間の近位部３４ａと，接眼部２０から遠位端縁３５までの間の遠位部３５ａとを有している。ここでは，基板３０の近位部３４ａが表示部１０のハウジング１４に固定される。

【0034】

図３（ａ）及び図４において，符号Ｃは，接眼部２０から観察者の瞳に向かって射出される映像光の光軸を示している。そして，基板３０は，少なくとも，この光軸Ｃを中心とした半径１０ｍｍ以上（直径２０ｍｍ以上）の範囲が，光を透過する透過部３１を成していることが好ましい。なお，基板３０の透過部３１以外の領域については，例えば塗装されたりすることで光を透過しない領域となっていてもよい。ただし，基板３０はその全体が透過部３１となっていていることが好ましい。また，図３（ａ）に示したように，基板３０は，光軸Ｃから半径１０ｍｍの範囲が全て透明部材で形成されている。このため，この透過部３１を成す範囲には，上端縁３２，下端縁３３，近位端縁３４，及び遠位端縁３５は位置していないこととなる。この光軸Ｃから半径１０ｍｍに各端縁３２〜３５が位置すると，基板３０を観察者の眼前に配置したときに，観察者の安定注視野範囲に各端縁３２〜３５が入り込むこととなるため，各端縁３２〜３５が視界の妨げになる可能性がある。

【0035】

ここでは，図４を参照して，一般的な観察者の安定注視野範囲について説明する。図４に示されるように，観察者の瞳の前には，接眼部２０が設けられた基板３０が配置される。観察者が映像を適切に視認するための焦点距離や観察者が眼鏡を掛けている場合を考慮すると，瞳と基板の間の間隔Ｄは少なくとも２０ｍｍ必要となる（Ｄ＝２０ｍｍ）。また，観察者の上下左右の安定注視野角は片側で２０〜３０度とされているため，ここでは便宜的に安定注視野角θを片側で２５度とする（θ＝２５度）。このようにＤ＝２０ｍｍ，θ＝２５度として計算すると，観察者が物を識別可能な安定注視野範囲の半径Ｒは，９．３２ｍｍとなる（Ｒ＝９．３２ｍｍ）。このため，基板３０に設ける透過部３１を光軸Ｃから半径１０ｍｍの範囲としておくことで，接眼部２０を覗き込む観察者の安定注視野範囲をすべて透過部３１とすることができ，観察者の視野に余計な異物が入り込むことを回避できる。特に，光軸Ｃから半径１０ｍｍの範囲に各端縁３２〜３５が入り込むことがないようにすることで，観察者が各端縁３２〜３５を視認しにくくなるため，より自然な視界を実現できる。例えば，図４に示したように，光軸Ｃから各端縁３２〜３５までの距離Ｌは，少なくとも観察者の安定注視野範囲の半径Ｒの１．１倍以上であることが好ましく，１．２〜２．０倍とすることが特に好ましい。

【0036】

基板３０を構成する透明材料の例は，ポリカーボネート樹脂，ポリメタクリル酸メチル樹脂，ポリスチレン樹脂，塩化ビニル樹脂，若しくはエポキシ樹脂などのプラスチック材料，又はガラス若しくは強化ガラスである。ただし，基板の材料はここに挙げたものに限定されない。また，基板３０は光を透過可能なものであればよく，透明部材に代えてメッシュ部材を採用することもできる。

【0037】

次に，図５を参照して，基板３０に取り付ける接眼部２０（特にプリズム２１）の好ましい厚さについて説明する。図５（ａ）は，プリズム２１の厚さＴを３ｍｍ未満とした場合の例を示している。一般的に，明所での観察者の瞳径（直径）は２〜３ｍｍ程度であるとされている。また，観察者の視界を極力遮らないようにするため，プリズム２１の厚さは小さいことが好ましいといえる。しかし，図５（ａ）に示したように，露出しているプリズム２１厚さＴを３ｍｍ未満とすると，プリズム２１の上面２１ｄ又は下面２１ｅを反射した外光が観察者の瞳孔に入射し，観察者にとってプリズム２１がチラついて見えることとなる。特に屋外で映像表示装置を使用する場合には，チラつきが大きくなり，観察者が映像を鮮明に視認することが困難となる。このため，プリズム２１が露出している構造において，屋外での使用を想定した場合に，プリズム２１の厚さＴを３ｍｍ未満とすることは好ましいとはいえない。他方で，図５（ｂ）に示した例では，露出しているプリズム２１の厚さＴを３ｍｍ以上（好ましくは４ｍｍ以上）とする。この場合，プリズム２１の厚さＴは，明所における観察者の瞳径以上となる。そうすると，外光がプリズム２１の上面２１ｄ又は下面２１ｅを反射したとしても，その反射光は観察者の瞳孔に入射しにくくなる。このため，プリズム２１の厚さＴを３ｍｍ以上とすることで，屋外で映像表示装置を使用した場合であっても，観察者にとってチラつきが見えなくなり，映像を正しく鮮明に視認できるようになる。このように，プリズム２１の厚さＴは３ｍｍ以上であることが好ましいが，例えば４〜２５ｍｍ，５〜２０ｍｍ，又は１０〜１５ｍｍとすることもできる。

【0038】

図６は，プリズム２１の変形例を示している。前述したとおり，プリズム２１の上面２１ｄ及び下面２１ｅが平坦面であると，そこで反射した外光が観察者の瞳孔に入射してチラつきを発生させる原因となる。このため，プリズム２１の上面２１ｄと下面２１ｅの両方又は少なくともいずれか一方を非平坦面とするか，若しくは外光を反射しない加工を施すことが好ましい。図６（ａ）に示した例では，プリズム２１の上面２１ｄと下面２１ｅを，断面円弧状に突出させている。また，図６（ｂ）に示した例では，プリズム２１の上面２１ｄと下面２１ｅを，断面円弧状に窪ませている。もしくは，図示は省略するが，プリズム２１の上面２１ｄと下面２１ｅのいずれか一方を断面円弧状に突出させ，他方を断面円弧状に窪ませることも可能である。このように，上面２１ｄと下面２１ｅを非平坦面とすることで，チラつきを防止できる。また，図６（ｃ）に示した例では，プリズム２１の上面２１ｄと下面２１ｅに反射防止加工を施している。例えば，プリズム２１の上面２１ｄと下面２１ｅに黒色の塗料を塗布したり，微細な凹凸を形成するアンチグレア加工を施したりすればよい。このような加工によっても，チラつきを防止できる。なお，図６に示した変形例においても，プリズム２１の厚さは３ｍｍ以上，特に４ｍｍ以上であることが好ましい。

【0039】

図７は，映像表示装置１００の第２の実施形態を示している。図７に示した第２の実施形態では，前述した実施形態とは異なり，基板３０における接眼部２０の取り付け位置に，開口部３６が形成されている。そして，この開口部３６に接眼部２０が嵌め込まれている。また，接眼部２０は，プリズム２１の射出面２１ｃに接眼レンズ２２が接合されている。基板３０の開口部３６に接眼部２０を嵌合する形態においては，このようにプリズム２１の射出面２１ｃに接眼レンズ２２を取り付けることが可能となる。プリズム２１の射出面２１ｃに接眼レンズを取り付けておくことで，このプリズム２１の射出面２１ｃから観察者の瞳までの距離を離した場合であっても，観察者に映像を適切に視認させることができる。このような構造は，例えば観察者が眼鏡を掛けている場合など，プリズム２１と瞳の距離を一定以上離す必要があるときに有益である。

【0040】

図８は，映像表示装置１００の第３の実施形態を示している。図８に示した第３の実施形態では，前述した実施形態とは異なり，基板３０に，表示部１０から接眼部２０に至る範囲に亘ってスリット３７が形成されている。具体的には，このスリット３７は，基板３０の近位端縁３４から接眼部２０の取り付け位置まで延びる切り込みである。そして，このスリット３７に接眼部２０が嵌め込まれている。このように，基板３０にスリット３７を形成して，そこに接眼部２０を嵌合することで，接眼部２０の突出長さを抑えることができる。つまり，プリズム２１の射出面２１ｃが基板３０の内面３０ａとほぼフラットに位置するため，プリズム２１の射出面２１ｃを基板３０の外面３０ｂに接合した実施形態（図３参照）と比較して，基板３０の厚みの分だけプリズム２１の突出長さが小さくなる。その結果，コンパクトで取り扱いやすい映像表示装置１００を実現できる。

【0041】

図９は，映像表示装置１００の第４の実施形態を示している。図９に示されるように，第４の実施形態においては，接眼レンズ２２が，プリズム２１を反射した映像光の光軸上であって，透明な基板３０の内面３０ａに設けられている。図９では，接眼レンズ２２と基板３０は別体として構成されているが，これらの接眼レンズ２２と基板３０とを一体成型することも可能である。このように，基板３０の内面３０ａに接眼レンズ２２を設けることで，プリズム２１の射出面２１ｃから観察者の瞳までの距離を離すことが可能となる。

【0042】

以上，本願明細書では，本発明の内容を表現するために，図面を参照しながら本発明の実施形態の説明を行った。ただし，本発明は，上記実施形態に限定されるものではなく，本願明細書に記載された事項に基づいて当業者が自明な変更形態や改良形態を包含するものである。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本発明は，ＨＭＤなどに搭載される接眼型の映像表示装置に関するものである。このため，本発明はウェアラブルデバイスの製造産業において好適に利用することができる。

【符号の説明】

【0044】

１０…表示部 １１…光源
１２…集光レンズ １３…表示素子
１４…ハウジング １４ａ…射出窓
２０…接眼部 ２１…プリズム
２１ａ…入射面 ２１ｂ…反射面
２１ｃ…射出面 ２１ｄ…上面
２１ｅ…下面 ２２…接眼レンズ
３０…基板 ３０ａ…内面
３０ｂ…外面 ３１…透過部
３２…上端縁 ３２ａ…上部
３３…下端縁 ３３ａ…下部
３４…近位端縁 ３４ａ…近位部
３５…遠位端縁 ３５ａ…遠位部
３６…開口部 ３７…スリット
１００…映像表示装置 ２００…ＨＭＤ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】