特開 2024-86588 頭部装着型表示装置、およびメガネ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024086588

(43)【公開日】2024-06-27

(54)【発明の名称】頭部装着型表示装置、およびメガネ

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20240620BHJP

   G02C 11/00 20060101ALI20240620BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

G02C11/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023186818

(22)【出願日】2023-10-31

(31)【優先権主張番号】P 2022200453

(32)【優先日】2022-12-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】100098626

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 壽

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 愛乃

(72)【発明者】

【氏名】平野 成伸

(72)【発明者】

【氏名】片野 泰男

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】牧 隆史

(72)【発明者】

【氏名】須藤 芳文

【テーマコード（参考）】

2H006

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H006CA00

2H199CA12

2H199CA23

2H199CA24

2H199CA25

2H199CA27

2H199CA29

2H199CA30

2H199CA42

2H199CA45

2H199CA47

2H199CA93

(57)【要約】

【課題】画像を確実にユーザに視認させる頭部装着型表示装置を提供すること。
【解決手段】ユーザの頭部に装着する頭部装着型表示装置１００は、画像光２００を出射する光源と、画像光を反射してユーザの目１Ｅに導く複数の反射面１３２を、複数の反射面の並び方向に対して傾斜させて外側の表面に設けられた光学部材とを備えた。反射面１３２に対して傾斜する透過面１３１を反射面と交互に設けてもよい。透過面１３１は反射面１３２よりも画像光２００の入射角が大きいことが好ましい。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ユーザの頭部に装着する頭部装着型表示装置であって、
画像光を出射する光源と、
前記画像光を反射してユーザの目に導く複数の反射面を、前記複数の反射面の並び方向に対して傾斜させて外側の表面に設けられた光学部材とを備えた頭部装着型表示装置。

【請求項2】

前記複数の反射面のうち少なくもと２つは互いに平行である請求項１記載の頭部装着型表示装置。

【請求項3】

前記反射面の間に、反射面よりも前記画像光の入射角が大きい透過面を備えた請求項１記載の頭部装着型表示装置。

【請求項4】

前記透過面は、前記反射面よりも前記画像光の入射角が大きくなるように、前記反射面に対して傾斜する請求項３記載の頭部装着型表示装置。

【請求項5】

前記光学部材は、ユーザの視線方向にほぼ直交する方向を長手方向として配置される請求項１記載の頭部装着型表示装置。

【請求項6】

前記光学部材は、ユーザの目が正面を向いたときの視線方向にほぼ直交する方向を長手方向として配置される請求項５記載の頭部装着型表示装置。

【請求項7】

前記画像光を投射する投射レンズ系と、
前記投射レンズ系の位置を調整する調整機構と、を備えた請求項１記載の頭部装着型表示装置。

【請求項8】

前記画像光を投射する投射レンズ系と画像素子が直列であって、
画像素子の位置を調整する調整機構を備えた請求項１記載の頭部装着型表示装置。

【請求項9】

メガネに装着されるにあたり、前記光学部材が前記メガネの内側に配置される請求項１記載の頭部装着型表示装置。

【請求項10】

前記画像光を制御する制御基板を備え、
メガネに装着されるにあたり、前記制御基板が前記メガネのテンプルに取り付けられる請求項１記載の頭部装着型表示装置。

【請求項11】

前記制御基板には、スピーカーが設けられる請求項１０記載の頭部装着型表示装置。

【請求項12】

請求項１～１１の何れか一に記載の頭部装着型表示装置が装着されたメガネ。

【請求項13】

前記光学部材は、一方のリム側に配置され、
他方のリム側に配置される遮蔽部を備えた請求項１２記載のメガネ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、頭部装着型表示装置、およびメガネに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、外界から入射する外光を透過する透明部材１５１と、映像光を反射する反射領域１５８を備えた反射部材１５４とから構成されているハーフミラー（１５０）を備えたヘッドマウントディスプレイが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５０１８７５８公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、画像を確実にユーザに視認させる頭部装着型表示装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の請求項１は、画像光を反射してユーザの目に導く反射面と、反射面に対して傾斜する透過面と、が外側の表面に交互に設けられた光学部材を備えた頭部装着型表示装置である。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、画像を確実にユーザに視認させる頭部装着型表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の実施形態に係る頭部装着型表示装置１００を装着した状態を示す図である。

【図2】本実施形態に係る頭部装着型表示装置１００の全体構成を示す図である。

【図3】本実施形態に係る頭部装着型表示装置１００の光学ユニット１２０を示す図である。

【図4】本実施形態に係る頭部装着型表示装置１００の光路の説明図である。

【図5】本実施形態に係る頭部装着型表示装置１００の光路の他の説明図である。

【図6】本実施形態に係る頭部装着型表示装置１００の距離関係の説明図である。

【図7】本実施形態に係る頭部装着型表示装置１００の光学ユニット１２０の変形例の説明図である。

【図8】本実施形態に係る頭部装着型表示装置１００の光学ユニット１２０の他の変形例の説明図である。

【図9】他の実施形態に係る頭部装着型表示装置１００の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

図１は、本発明の実施形態に係る頭部装着型表示装置１００を装着した状態を示す図である。

【0009】

図１（ａ）に示すように、頭部装着型表示装置１００は、メガネ１０に対して装着され、ユーザ１の一方の目に画像光を入射する。これにより、メガネ１０を装着するだけで、頭部装着型表示装置１００もユーザ１の頭部に装着することができる。

【0010】

図１（ｂ）に示すように、メガネ１０は、左右のリム１２Ｒ、１２Ｌと、左右のレンズ１４Ｒ、１４Ｌと、ブリッジ１６と、左右のテンプル１８Ｒ、１８Ｌと、右のレンズ１４Ｒの外側に重なるように取り付けられる遮蔽部２０と、を備える。

【0011】

頭部装着型表示装置１００は、第１の装着部１０２と、第２の装着部１０４と、連結部１０６と、光学ユニット１２０と、制御基板１４０と、配線１５０と、を備える。

【0012】

第１の装着部１０２は、ブリッジ１６を跨って左右のリム１２Ｒ、１２Ｌに装着され、第２の装着部１０４は、左のリム１２Ｌに装着され、連結部１０６は、第１の装着部１０２、第２の装着部１０４、および光学ユニット１２０を連結する。

【0013】

光学ユニット１２０は、頭部装着型表示装置１００がメガネ１０に対して装着された状態で、左のリム１２Ｌの内側に配置され、ユーザ１の左目に対して画像光を出射する。

【0014】

制御基板１４０は、光学ユニット１２０から出射される画像光を制御する。配線１５０は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）が好適であり、光学ユニット１２０と制御基板１４０を電気的に接続し、制御基板１４０から光学ユニット１２０へ電力および画像光の制御信号を伝送する。

【0015】

また、制御基板１４０は、メガネ１０のテンプル１８Ｌに取り付けられる。これにより、制御基板１４０の重量が鼻にかからず長時間装着しても負荷にならず、通常のメガネ１０から大きくはみ出すことなく、自然な見た目とすることができる。

【0016】

遮蔽部２０は、後述する光学部材１３０（図２参照）が設けられる側のレンズとは反対のレンズ近傍に設けられる。図１では、光学部材１３０が左のレンズ１４Ｌ側に配置されることを想定しているため、遮蔽部２０を右のレンズ１４Ｒ側に設けている。遮蔽部２０の右のレンズ１４Ｒに対する位置は、光学部材１３０の左のレンズ１４Ｌに対する位置に対応する。当該位置に遮蔽部２０を設けることで、光学部材１３０が設けられた左目側のみで実空間と虚像を見ることになる。これにより、実空間と虚像とが重畳した状態をより鮮明に視認することができる。なお、遮蔽部２０の幅等のサイズは、図示されたものと異なっていてもよい。また、遮蔽部２０は、必ずしも設けていなくてもよい。

【0017】

以上において、メガネ１０は、一般的な矯正メガネ、サングラス、保護メガネ、ゴーグル等を含み、頭部装着型表示装置１００は、メガネ１０の構成部品に含まれていてもよい。

【0018】

図２は、本実施形態に係る頭部装着型表示装置１００の全体構成を示す図である。

【0019】

光学ユニット１２０は、表示素子１２２と、ミラー１２４と、投射レンズ系１２６と、調整機構１２８と、光学部材１３０と、を備え、制御基板１４０は、スピーカー１４２を備える。

【0020】

表示素子１２２は、画像光を出射するデバイスであり、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や透過型液晶表示素子が好適であるが、他にも種々の表示方式のものが適用できる。例えば、表示素子１２２として、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）が適用可能である。

【0021】

また、表示素子１２２として、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）が適用可能である。さらに、表示素子１２２として、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）が適用可能である。

【0022】

表示素子１２２は、光源を必要とするＬＣＯＳやＤＭＤなどを用いた場合、照明光を射出して表示素子１２２の画像表示面を照明するための光源を備える。光源は、種々のものが適用でき、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、半導体レーザ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）、放電ランプなどを用いることができる。

【0023】

ミラー１２４は、表示素子１２２から出射された画像光を反射して投射レンズ系１２６に導き、投射レンズ系１２６は、複数の光学レンズや絞りなどから構成され、入射した画像光を拡大して平行光として出射する。ここで、投射レンズ系１２６から出射される画像光は、完全な平行光でなくてもよい。

【0024】

光学部材１３０は、投射レンズ系１２６から出射された画像光を外側の表面で直接反射してユーザ１の左目に導くとともに、環境光を透過してユーザ１の左目に導く。これにより、ユーザ１は、画像光が示す虚像を、周囲の環境に重畳された画像として認識することができる。

【0025】

また、光学部材１３０は、メガネ１０の右のレンズ１４Ｒの内側に重なるように配置される。これにより、メガネ１０の外側に光学部材１３０を配置する場合に比べて、自然な見た目となるとともに、度付きレンズに起因する画像の歪みや、サングラスなどの遮光グラスに起因して画像が暗くなることも防止される。図１（ｂ）に示した遮蔽部２０の幅方向のサイズは、光学部材１３０の幅方向のサイズよりも小さいことが好ましい。

【0026】

そして、光学部材１３０は、目１Ｅから近く配置されるため、小型化と広画角化を両立することができる。さらに、光学部材１３０は、長手方向にスライド可能に構成されてもよく、目１Ｅに当たらないように、フィルム等で覆われていてもよい。

【0027】

調整機構１２８は、ミラー１２４と光学部材１３０の間の画像光の光路における、投射レンズ系１２６の位置を調整する。これにより、画像光の結像位置を調整し、周囲の環境における画像が重畳される位置を調整することができる。

【0028】

図３は、本実施形態に係る頭部装着型表示装置１００の光学ユニット１２０を示す図である。

【0029】

図３（ａ）は、光学ユニット１２０の側面図を示し、図３（ｂ）は、光学ユニット１２０の斜視図を示す。

【0030】

光学ユニット１２０は、表示素子１２２、ミラー１２４、および光学部材１３０が位置決め固定された光学系筐体１２５を備え、投射レンズ系１２６は、調整機構１２８を操作することにより移動可能なように、光学系筐体１２５に保持される。

【0031】

図３（ｂ）に示すように、光学部材１３０の外側（投射レンズ系１２６側）の表面には、環境光を透過してユーザ１の目に導く複数の透過面１３１と、画像光を直接反射してユーザ１の目に導く複数の反射面１３２が、交互に配置されている。

【0032】

図４は、本実施形態に係る頭部装着型表示装置１００の光路の説明図である。

【0033】

図４（ａ）は、ユーザ１の目１Ｅが正面を向いたときの画像光の光路を示している。光学部材１３０は、ユーザ１の視線１Ｌ上で、左のリム１２Ｌ側に重なり合うように、視線１Ｌに直交する方向を長手方向として配置されている。

【0034】

この状態で、表示素子１２２が出射された画像光２００は、光学部材１３０により直接反射され、ユーザ１の目１Ｅに導かれる。ここで、ミラー１２４、および投射レンズ系１２６の図示は省略しているが、画像光２００は、投射レンズ系１２６により平行光で光学部材１３０に入射する。図中の画像光２００は、表示素子１２２の中心画素からの光束を示している。

【0035】

図４（ｂ）は、光学部材１３０の拡大図である。光学部材１３０の外側の表面には、複数の透過面１３１Ａ～１３１Ｃと、複数の反射面１３２Ａ～１３２Ｂが、交互に配置されており、透過面１３１は、反射面１３２よりも画像光２００の入射角が大きくなるように、反射面１３２に対して傾斜している。

【0036】

すなわち、透過面１３１Ａ～１３１Ｃの法線方向は、視線１Ｌの方向とほぼ一致するが、反射面１３２Ａ～１３２Ｂの法線１３５の方向は、透過面１３１の法線方向よりも画像光２００の入射側を向いている。

【0037】

頭部装着型表示装置１００は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示した光学部材１３０を備えることにより、ユーザ１は、画像光が示す虚像を、周囲の環境に重畳された画像として認識することができる。

【0038】

図４（ｃ）は、比較例に係るユーザ１の目１Ｅが正面を向いたときの画像光の光路を示している。本比較例では、図４（ａ）および図４（ｂ）に示した光学部材１３０の代わりとして、ハーフミラー２３０を採用している。ハーフミラー２３０は、ユーザ１の視線１Ｌ上で、左のリム１２Ｌ側に重なり合うように、視線１Ｌに直交する方向から傾斜する方向を長手方向として配置されている。ここで、ハーフミラー２３０のユーザ１に対向する面には、法線２３５の方向が一定の反射面が連続的に形成されている。

【0039】

図４（ｃ）に示した比較例においても、ユーザ１は、画像光が示す虚像を、周囲の環境に重畳された画像として認識することができるが、ハーフミラー２３０が、視線１Ｌの方向において、長さＬ分の空間を占有しているため、ユーザ１の目１Ｅと干渉するおそれがあった。

【0040】

これを回避するために、図４（ａ）に示した光学部材１３０と同様に、ハーフミラー２３０を、視線１Ｌに直交する方向を長手方向として配置しようとすると、今度は、表示素子１２２および表示素子１２２から出射される画像光がユーザ１と干渉して、ハーフミラー２３０に到達できなくなる 以上説明したように、図４（ａ）および図４（ｂ）に示す頭部装着型表示装置１００は、画像光２００を直接反射してユーザ１の目１Ｅに導く反射面１３２と、反射面１３２に対して傾斜する透過面１３１と、が外側の表面に交互に設けられた光学部材１３０を備えることにより、ユーザ１の目１Ｅに干渉するおそれを低減して、メガネ１０とユーザ１の目１Ｅの間の狭い空間に配置可能であるとともに、画像を確実にユーザ１に視認させることができる。

【0041】

図４（ｄ）は、図４（ａ）の配置の光学部材１３０の構成の変形例の説明図である。この変形例に係る光学部材１３０は図４（ｂ）に図示の例の透過面１３１の配置位置が異なる。具体的には、図４（ｂ）の透過面１３１は表示素子１２２から遠い透過面１３１ほど、視線Ｌ１方の位置がユーザ１の目１Ｅよりに位置している。これに対し、図４（ｄ）における透過面１３１は同一面上に位置する。この図４（ｄ）の例においても、複数の反射面１３２のうち少なくもと２つは互いに平行に配置されることがこのましい。図示の例では全てが互いに平行である。

【0042】

図５は、本実施形態に係る頭部装着型表示装置１００の光路の他の説明図である。

【0043】

図５（ａ）は、ユーザ１の目１Ｅが正面から傾斜した方向を向いたときの画像光の光路を示している。光学部材１３０は、ユーザ１の視線１Ｌ上で、左のリム１２Ｌ側に重なり合うように、視線１Ｌに直交する方向に近い方向を長手方向として配置されている。

【0044】

この状態で、表示素子１２２が出射された画像光２００は、光学部材１３０により直接反射され、ユーザ１の目１Ｅに導かれる。ここで、ミラー１２４、および投射レンズ系１２６の図示は省略しているが、画像光２００は、投射レンズ系１２６により平行光で光学部材１３０に入射する。図中の画像光２００は、表示素子１２２の中心画素からの光束を示している。

【0045】

図５（ｂ）は、光学部材１３０の拡大図である。図４（ｂ）と同様に、光学部材１３０の外側の表面には、複数の透過面１３１Ａ～１３１Ｃと、複数の反射面１３２Ａ～１３２Ｂが、交互に配置されており、透過面１３１は、反射面１３２よりも画像光２００の入射角が大きくなるように、反射面１３２に対して傾斜している。

【0046】

すなわち、透過面１３１Ａ～１３１Ｃの法線方向は、視線１Ｌの方向とほぼ一致するが、反射面１３２Ａ～１３２Ｂの法線１３５の方向は、透過面１３１の法線方向よりも画像光２００の入射側を向いている。

【0047】

頭部装着型表示装置１００は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示した光学部材１３０を備えることにより、ユーザ１は、視線１Ｌを正面に向けた場合には、周囲の環境のみを視認し、視線１Ｌを正面から図の左方にずらしてチラ見した場合には、画像光が示す虚像を、周囲の環境に重畳された画像として認識することができる。

【0048】

図５（ｃ）は、比較例に係るユーザ１の目１Ｅが正面を向いたときの画像光の光路を示している。本比較例では、図５（ａ）および図５（ｂ）に示した光学部材１３０の代わりとして、ハーフミラー２３０を採用している。平面ミラー３３０は、ユーザ１の視線１Ｌ上で、左のリム１２Ｌ側に重なり合うように、視線１Ｌに直交する方向から傾斜する方向を長手方向として配置されている。ここで、平面ミラー３３０のユーザ１に対向する面には、法線３３５の方向が一定の反射面が連続的に形成されている。

【0049】

図５（ｃ）に示した比較例においても、ユーザ１は、視線１Ｌを正面に向けた場合には、周囲の環境のみを視認し、視線１Ｌを正面から図の左方にずらしてチラ見した場合には、画像光が示す虚像を、周囲の環境に重畳された画像として認識することができるが、図示したように、表示素子１２２および表示素子１２２から出射される画像光がユーザ１と干渉して、平面ミラー３３０に到達できなくなる。

【0050】

これを回避するために、平面ミラー３３０を、正面方向に直交する方向を長手方向として配置しようとすると、平面ミラー３３０の長手方向における両端部で光路長が大きく異なってしまい、画像光が示す画像が歪んでしまう。

【0051】

以上説明したように、図５（ａ）および図５（ｂ）に示す頭部装着型表示装置１００は、画像光２００を直接反射してユーザ１の目１Ｅに導く反射面１３２と、反射面１３２に対して傾斜する透過面１３１と、が外側の表面に交互に設けられた光学部材１３０を備えることにより、画像を確実にユーザ１に視認させることができる。

【0052】

本実施形態における光学部材１３０のように、反射面１３２と透過面１３１が交互に設けられた部材は、目から離すと離散したミラーの線が見え、１つの画像として認識しづらくなる可能性がある。また、目に近すぎても物理的に瞬きの妨げになる可能性がある。よって、投射レンズ系１２６、反射面１３２、及び目１Ｅの距離関係を調節することで、１つの画像として認識しやすく、且つ瞬きの妨げとならない頭部装着型表示装置を実現する。また、反射面１３２の角度の調整によっても１つの画像として認識しやすく、且つ瞬きの妨げとならない頭部装着型表示装置を実現する。

【0053】

図６は距離関係や角度の調整要素の説明図である。図中の符号は次のとおりである。ユーザ１の目１Ｅが正面を向いたときの視線１Ｌ、ユーザの目１Ｅの瞳への入射角：Θ１、ミラーの角度（光学部材１３０の反射面１３２の角度）：Θ２、投射レンズ１２６の径：Φ、瞳中心から投射レンズ１２６までの距離：Ａ、反射面１３２と目１Ｅの正面を向いたときの視線Ｌ1方向の距離：Ｂ、投射レンズ径：Φ、反射面１３２から目１Ｅまでの画像光の光路長：Ｄ１、投射レンズ１２６から反射面１３２までの画像光の光路長：Ｄ２。ここで、上記Θ２はユーザ１の目１Ｅが正面を向いたときの視線１Ｌと直交する線との間の角度である。

【0054】

なお、図６における目１Ｅはユーザの右目であり、図１に示すメガネ１０と異なり、右側のレンズ１４Ｒに光学部材１３０を配置する光学ユニット１２０の上方から見た説明図である。

【0055】

反射面１３２と目１Ｅの正面を向いたときの視線Ｌ1方向の距離Ｂは、２０ｍｍ以内であることが好ましい。また、１２ｍｍ以内であることが更に好ましい。これは、一般的なメガネレンズと瞳の距離（頂点間距離）は１２ｍｍ程度であり、サングラスやゴーグル、オーバーグラスなどでも２０ｍｍ位であることに基づく。

【0056】

投射レンズ径Φは、メガネレンズの内側に設置するため１０ｍｍ以下であることが好ましい。また投射レンズ１２６の位置は、瞳中心から投射レンズ１２６までの距離Ａが４５ｍｍ以内であることが好ましい。これにより、投射レンズ１２６を顔幅に収まる位置で設置することができる。

【0057】

反射部材（ミラー）の位置は、瞳から離れすぎると画像の視認性が低下するため、反射面１３２から目１Ｅまでの画像光の光路長Ｄ１が２５ｍｍ以内が好ましい。また、反射部材（ミラー）は、反射する光の瞳への入射角Θ１が－１０度～６０度となるよう設けることが好ましい。また、この入射角Θ１が０度～３０度となるよう設けることが更に好ましい。

【0058】

上述の範囲内に反射部材（ミラー）のミラー角度Θ２を調整することで、眼の正面に光学部材１３０を配置でき、重畳画像の表示可能な範囲が広がる。同時に、ミラー角度Θ２を、投射レンズ１２６を顔に干渉しない位置に配置することが可能になり、画像の視認性向上と頭部装着型表示装置全体の小型化の両立が実現できる。なお、このときのミラー角度Θ２は、１０度～５５度が好ましく、１５度～４５度が更に好ましい。

【0059】

本実施形態の光学部材１３０の場合は、光学部材１３０を眼鏡に平行に近く設置でき、かつ投射光学系（光学ユニット１２０）は顔に干渉しない。一方、光学部材１３０の代わりに一枚のハーフミラーを用いる場合、ハーフミラーの配置位置が投射光学系が顔に干渉しない位置では、瞳に対してミラーの先端が迫るため好ましくない。また、光学部材１３０の代わりに一枚のハーフミラーを用いた場合（図４（ｃ））、ハーフミラーの配置位置が眼鏡に平行に近い位置のとき、投射光学系が顔に干渉する。

【0060】

光学部材１３０を眼鏡レンズに対して平行に近く配置した場合の構成において行った実験例を示す。反射面１３２から目１Ｅまでの画像光の光路長Ｄ１は１０～２５ｍｍの間で調整、投射レンズ１２６から反射面１３２までの画像光の光路長Ｄ２は３０ｍｍ以内で調整した。光学部材１３０としては後述する図９に示す形状のものを用いた。

【0061】

（実験例１）
瞳への入射角Θ１が６０度、ミラー角度Θ２を１０度で配置したとき、反射面１３２から目１Ｅまでの画像光の光路長Ｄ１が２２ｍｍで反射面１３２と目１Ｅの正面を向いたときの視線Ｌ1方向の距離Ｂは１１ｍｍで設置でき、投射レンズ径Φは９ｍｍで顔に干渉せず、映像を視認することができた。文字は視認しづらい。

【0062】

（実験例２）
瞳への入射角Θ１が０度、ミラー角度Θ２を４５度で配置したとき、反射面１３２から目１Ｅまでの画像光の光路長Ｄ１が１０ｍｍで、反射面１３２と目１Ｅの正面を向いたときの視線Ｌ1方向の距離Ｂは１０ｍｍで設置でき、投射レンズ径Φは７ｍｍで顔に干渉せず、映像、文字を視認することができた。

【0063】

（実験例３）
瞳への入射角Θ１が３０度、ミラー角度Θ２を１５度で配置したとき、反射面１３２から目１Ｅまでの画像光の光路長Ｄ１が１２ｍｍ、投射レンズ１２６から反射面１３２までの画像光の光路長Ｄ２が３０ｍｍのとき投射レンズ径Φは７ｍｍで顔に干渉せず、反射面１３２と目１Ｅの正面を向いたときの視線Ｌ1方向の距離Ｂは１０ｍｍで設置され、映像を視認することができた。

【0064】

（実験例４）
瞳への入射角Θ１が３０度、ミラー角度Θ２を０度で配置したとき、投射レンズ位置が顔に干渉してしまい、映像を視認することが出来なかった。

【0065】

（実験例５）
瞳への入射角Θ１が－１０度（投射レンズ１２６と瞳の距離Ａより遠い側）、ミラー角度Θ２を５５度で配置したとき、反射面１３２から目１Ｅまでの画像光の光路長Ｄ１は１１ｍｍ、投射レンズ系を、投射レンズ１２６から反射面１３２までの画像光の光路長Ｄ２が４０ｍｍの位置に設置しても投射レンズ径Φは９ｍｍで顔に干渉せず配置し、映像を視認することができた。

【0066】

（実験例６）
瞳への入射角Θ１が－３０度（投射レンズ１２６と瞳の距離Ａより遠い側）、ミラー角度Θ２を５０度で配置したとき、投射レンズ系を、投射レンズ１２６から反射面１３２までの画像光の光路長Ｄ２が４０ｍｍの位置に設置、投射レンズ径Φは９ｍｍで干渉せずに配置できたが、視野闘争が起きて視認し難かった。

【0067】

図７は光学ユニット１２０の変形例の説明図である。図２及び図３の光学ユニット１２０は表示素子１２２の画像光２００をミラー１２４で一度反射してから投射レンズ１２６に入れていた。その構成で視度調整は、調整機構１２８を用い、投射レンズ１２６を反射部材に対して近づけたり遠ざけたりする方向に１２５の筐体中でスライドさせて行った。

【0068】

図７の光学ユニット１２０は表示素子１２２と投射レンズ１２６が同軸に配置し、表示素子１２２からの光をミラーで反射せずに直接投射レンズ１２６に入れる。そして、視度調整のための調整機構１２８は、図２及び図３の光学ユニット１２０におけると同様に、投射レンズ１２６を光軸方向に光学系筐体１２５の中でスライドさせる。

【0069】

図８は光学ユニット１２０他の変形例の説明図である。この光学ユニット１２０は、調整機構１２８が図７の光学ユニット１２０と異なる。投射レンズ１２６と光学部材１３０の位置（距離）は固定されていて、視度調整は、表示素子１２２を投射レンズ１２６に対して近づけたり遠ざけたりスライドさせて行う。このため、表示素子１２２を保持する保持部材が調整機構１２８として光学系筐体１２５に対しスライド可能に取り付けられている。図８の光学ユニット１２０もユーザ１の左のレンズ１４Ｒの内側に光学部材１３０を配置するものである。

【0070】

以上の実施形態における光学部材１３０の反射面１３２は、全反射のミラーでも、ハーフミラーでもよい。ハーフミラーの場合は、全反射の反射面とは異なり、反射面が視界を完全に遮るのではないため反射面を介しても外界を視認することが可能である。全反射のミラーでも、反射面と透過面が交互に設けられているので、透過面を介して外界を視認することが可能であり、ＡＲ重畳ができる（シースルー効果）。反射面１３２の大きさ（図４（ｂ）などにおける一つの反射面の左右方向の幅）は、可視光波長より広く、1μｍ以上、好ましくは可視光波長の１０倍以上である。

【0071】

また、以上の実施形態は、光学部材１３０が、反射面１３２と透過面１３１が交互に設けられた部材であるが、本発明は、透過面１３１が存在せず、複数の反射面１３２のみからなる光学部材を備えたものにも適用できる。反射面は、全反射のミラーでも、ハーフミラーでも良い。全反射のミラーで構成する場合には、外界は視認できないが、複数の反射面から反射される画像光の画像を確実に視認させる頭部装着型表示装置を実現できる。反射面をハーフミラーで構成する場合は外界を視認することが可能であり、ＡＲ重畳ができる（シースルー効果）。

【0072】

図９は透過面１３１が存在せず、複数の反射面１３２のみからなる光学部材１３０の構成例の説明図である。複数の反射面１３２Ａ～１３２Ｅが備えられ、隣合う反射面１３２の間に連結面１３４Ａ～１３４Ｄが形成される。複数の反射面の少なくとも２つは互いに平行である。図示の例では全ての反射面１３２が互いに平行である。そして、複数の連結面１３４も互いに平行である。

【0073】

仮に、図中、左から１つ目の反射面１３２Ａよりも右側の反射面１３２Ｂ～１３２Ｅを、連結面１３４に平行な方向１３４Ｌで図中下側にずらすと、左側の１つ目の反射面１３２Ａに平行な直線１３２Ｌ上に並べることができる。この連結面１３４に平行な方向１３４Ｌが、反射面１３２から反射光を目１Ｅに導く方向になるように光学部材１３０などの配置を設定すれば、１３４Ｌの方向からみたときに複数の反射面１３２が連続し、画像光による画像の視認性がよくなる。

【0074】

図示の例は図４（ａ）と同様の配置を前提としたものであり、図中上方の直線状の面がユーザ１の目１Ｅが正面を向いたときの視線１Ｌに垂直になるように配置することもできる。また、図９の例における連結面１３４Ａ～１３４Ｄを透過面とし、反射面と透過面が交互に設けられている光学部材１３０としてもよい。

【0075】

●まとめ●
［第１態様］ 以上説明したように、本発明の一実施形態に係るユーザの頭部に装着する頭部装着型表示装置１００は、画像光２００を出射する光源と、画像光２００を反射してユーザ１の目１Ｅに導く複数の反射面１３２を、前記複数の反射面の並び方向に対して傾斜させて外側の表面に設けられた光学部材１３０とを備える。

【0076】

これにより、画像光の画像を確実にユーザ１に視認させることができる。複数の反射面が光学部材の外側の表面に設けられていることから、回折格子を用いて反射することで一次波や二次波など高次の光を用いるものとは異なり、０次の光を反射し、明るい画像を得ることができる。導波路を用いて光を導いて導波路の端部の反射部で光を射出するものとは異なり、導波路内での光減衰も回避可能である。

【0077】

［第２態様］
第１態様において、前記複数の反射面のうち少なくもと２つは互いに平行である。

【0078】

［第３態様］
第１態様又は第２態様において、前記反射面の間に、反射面よりも前記画像光の入射角が大きい透過面を備える。

【0079】

これにより、画像光が示す像を、周囲の環境に重畳された画像として確実にユーザ１に視認させることができる。

【0080】

［第４態様］
第３態様において、透過面１３１は、反射面１３２よりも画像光２００の入射角が大きくなるように、反射面１３２に対して傾斜する。

【0081】

［第５態様］
第１態様～第４態様の何れかにおいて、光学部材１３０は、ユーザ１の視線１Ｌの方向にほぼ直交する方向を長手方向として配置される。これにより、光学部材１３０長手方向における両端部で光路長が大きく異なってしまうことに起因して画像光が示す画像が歪むことが防止され、画像を確実にユーザ１に視認させることができる。

【0082】

［第６態様］
第５態様において、光学部材１３０は、ユーザ１の目１Ｅが正面を向いたときの視線１Ｌの方向にほぼ直交する方向を長手方向として配置される。

【0083】

これにより、頭部装着型表示装置１００は、ユーザ１の目１Ｅに干渉するおそれを低減して、ユーザ１の目１Ｅの前における占有空間を低減するとともに、画像を確実にユーザ１に視認させることができる。この結果、光学部材１３０は、メガネ１０とユーザ１の目１Ｅの間の狭い空間に配置可能である。

【0084】

［第７態様］
第１態様～第６態様の何れかにおいて、頭部装着型表示装置１００は、画像光２００を投射する投射レンズ系１２６と、投射レンズ系１２６の位置を調整する調整機構１２８と、を備える。これにより、画像光の結像位置を調整し、周囲の環境における画像が重畳される位置を調整することができる。

【0085】

［第８態様］
第１態様～第７態様の何れかにおいて、前記画像光を投射する投射レンズ系と画像素子が直列であって、画像素子の位置を調整する調整機構を備えた。

【0086】

［第９態様］
第１態様～第８態様の何れかにおいて、頭部装着型表示装置１００は、メガネ１０に装着される。これにより、メガネ１０を装着するだけで、頭部装着型表示装置１００もユーザ１の頭部に装着することができる。メガネ１０は、一般的な矯正メガネ、サングラス、保護メガネ、ゴーグル等を含む。

【0087】

しかも、メガネに装着されるにあたり、光学部材１３０は、メガネ１０の内側に配置される。これにより、メガネ１０の外側に光学部材１３０を配置する場合に比べて、自然な見た目となるとともに、度付きレンズに起因する画像の歪みや、サングラスなどの遮光グラスに起因して画像が暗くなることも防止される。

【0088】

そして、光学部材１３０は、目１Ｅから近く配置されるため、小型化と広画角化を両立することができる。さらに、光学部材１３０は、長手方向にスライド可能に構成されてもよく、目１Ｅに当たらないように、フィルム等で覆われていてもよい。

【0089】

［第１０態様］
第１態様～第９態様の何れかにおいて、頭部装着型表示装置１００は、画像光２００を制御する制御基板１４０を備え、メガネに装着されるにあたり、制御基板１４０は、メガネ１０のテンプル１８Ｌに取り付けられる。

【0090】

これにより、制御基板１４０の重量が鼻にかからず長時間装着しても負荷にならず、通常のメガネ１０から大きくはみ出すことなく、自然な見た目とすることができる。

【0091】

［第１１態様］
第１態様～第１０態様の何れかにおいて、制御基板１４０には、スピーカー１４２が設けられる。これにより、耳元で音が聞きやすくなる。

【0092】

［第１２態様］
本発明の一実施形態に係るメガネ１０は、第１態様～第１１態様の何れか一に記載の頭部装着型表示装置１００が装着される。

【0093】

［第１３態様］
第１２態様において、光学部材１３０は、一方のリム１２Ｌ側に重なるように配置され、他方のリム１２Ｒ側に重なるように配置される遮蔽部２０を備える。

【0094】

これにより、他方のリム１２Ｒ側の視野に起因する視野倒錯を防止し、一方のリム１２Ｌ側の視野のみで、画像光の画像として確実にユーザ１に視認させることができる。

【符号の説明】

【0095】

１ ユーザ
１Ｅ 目
１Ｌ 視線
１０ メガネ
１２Ｒ、１２Ｌ リム
１４Ｒ、１４Ｌ レンズ
１６ ブリッジ
１８Ｒ、１８Ｌ テンプル
２０ 遮蔽部
１００ 頭部装着型表示装置
１０２ 第１の装着部
１０４ 第２の装着部
１０６ 連結部
１２０ 光学ユニット
１２２ 表示素子
１２４ ミラー
１２５ 光学系筐体
１２６ 投射レンズ系
１２８ 調整機構
１３０ 光学部材
１３１Ａ～１３１Ｃ 透過面
１３２Ａ、１３２Ｂ 反射面
１３４ 連結面
１３５ 垂線
１４０ 制御基板
１４２ スピーカー
１５０ 配線
２００ 画像光
２３０ ハーフミラー
３３０ 平面ミラー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】