頭部佩戴型圖像顯示裝置的制作方法

專利名稱：頭部佩戴型圖像顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及頭部佩戴型圖像顯示裝置，特別涉及在移動的使用環境中易于使用的頭部佩戴型圖像顯示裝置。
背景技術：
頭部佩戴型顯示裝置的利用方式大體可劃分為2種。一種是極力隔絕外界視野，僅盯著一處觀察(不過大地移動身體)頭部佩戴型顯示裝置顯示的大畫面的電子影像的利用方式。另一種是為了在進行某一作業時確認所需的信息、或用于在室外確認具有緊急性的信息等的情況下，極力確保外界視野，同時也觀察電子影像的利用方式。于是，假定為后者的利用方式的頭部佩戴型顯示裝置為了確保外界視野，具有稱為環視(see-around)或者透視(see-through)的機構。本發明涉及假定了后者的利用方式的具有環視或者透視機構的頭部佩戴型顯示裝置。
環視機構是用于即使在頭部戴上頭部佩戴型顯示裝置，也不會造成妨礙，可積極地在電子影像的周圍觀察到外界像的機構。作為代表性的以往技術，有專利文獻1、專利文獻2和專利文獻3。
透視機構是用于使與頭部佩戴型顯示裝置顯示的電子影像重疊，從而可以觀察外界像的機構。作為代表性的以往技術，有專利文獻4、專利文獻5和專利文獻6。
專利文獻1日本特開平8-166557號公報專利文獻2日本特表2003-502713號公報專利文獻3美國專利第3,923,370號說明書專利文獻4美國專利第5,646,784號說明書專利文獻5日本特開2000-196975號公報專利文獻6日本特開平10-301055號公報專利文獻7日本特開平8-313829號公報專利文獻8日本特開平11-249067號公報上述的頭部佩戴型顯示裝置的兩個利用方式中，在后者的利用方式中，不言自明強烈要求頭部佩戴型顯示裝置“即使移動也不會苦惱的小型和輕量”“作業或移動時不對外界視野帶來妨礙的明了的寬廣視野”“電子影像具有不低于外界亮度的足夠的高亮度”。
但是，如以下說明的那樣，在具有根據現有技術的環視機構、透視機構的頭部佩戴型顯示裝置中，不能同時滿足這樣的必要條件。
如具有環視機構的專利文獻1中所述的裝置那樣，在將使用者的眼睛和頭部佩戴型顯示裝置之間的距離(以下，稱為工作距離。)設得較大，利用該間隙確保外界視野的技術手段的情況下，為了確保寬廣的外界視野，需要大的工作距離。而且，在現有技術中，如專利文獻7中所述的那樣，頭部佩戴型顯示裝置的出射光瞳位置在使用者的眼球的瞳孔或其旋轉中心附近，因此當工作距離變長時，伴隨于此頭部佩戴型顯示裝置的目鏡窗的口徑成比例地變大，結果，不能實現小型/輕量的頭部佩戴型顯示裝置，還很大地遮蔽了外界視野。此外，當從外部看到佩帶者時，眼睛被完全蓋住，產生不能傳遞佩帶者自然的表情的問題。
具有透視機構的專利文獻8在用于使外界視野和電子影像重疊的光學元件(一般稱為合成器(combiner))中使用半透半反鏡。在合成器中使用半透半反鏡的類型由于半透半反鏡而對外界光和電子影像光均有衰減。這樣，外界光與電子影像光的利用效率都不好，因此使用這種類型的合成器的頭部佩戴型顯示裝置在得到高亮度的影像的方面，存在亮度不充分、耗電多等的問題。
另一方面，專利文獻4在合成器中使用具有僅對特定的波長具有高反射率、對于其它的光具有高透過率的HOE(全息光學元件)。因此，可一并提高外界光和電子影像光的利用效率，但仍然留有電子影像成為單色的問題、和通過HOE觀察外界時成為不自然的色調的問題。
此外，專利文獻3通過透明的部件在空中支承作為合成器工作的半透半反鏡部分，使用者可通過該透明部分而看到外界，不僅實現了透視，而且實現了環視機構。但是，為了確保寬廣的外界視野，必須使該透明部分較大，成為特別大型的頭部佩戴型顯示裝置。
此外，專利文獻2通過將配置在眼球跟前的光學部件設為柱狀的透明部件，實現了小型且確保了寬廣視野的環視機構。但是，因為透過該柱狀透明部件來觀察外界視野的一部分，存在由于不必要反射光而易于產生特別難以觀察的眩光的情況。即，如圖25所示，例如，當觀察遠處的水平線方向的山時，來自位于上方的太陽的光線入射進柱狀透明支持部件100中，作為不必要光101而觀察到在內部反射的光。由此，存在當環視時看到令人不快的像的問題。

發明內容
本發明就是鑒于現有技術的這樣的問題點而提出的，其目的在于，提供在移動的使用環境中，具有環視和透視機構，并且小型/輕量、外界視野大、低耗電且電子像的亮度高、易于使用的頭部佩戴型顯示裝置。
達成上述目的的本發明的頭部佩戴型顯示裝置，至少具有顯示元件、目鏡光學系統、目鏡窗、目鏡窗保持部、框體以及用于在使用者的頭部固定這些全部的支持部，其特征在于，光源對顯示元件進行照明，框體覆蓋顯示元件，目鏡窗保持部將目鏡窗保持在使用者的視野內，目鏡光學系統形成顯示元件顯示的顯示圖像的虛像，目鏡窗是向使用者的眼睛射出形成該虛像的光束的窗，構成目鏡窗保持部的部件長度在10mm以上，而且除了一部分的突起，該使用者的視軸方向上的投影截面的寬度在4mm以下，構成為環視型。
在該情況下，優選當設顯示元件的有效顯示面的對角尺寸為D、目鏡光學系統的焦距為f時，滿足D/f＜0.5。
此外，可利用熒光樹脂棒來構成顯示元件照明用的光源。


圖1是從正面觀察到的在人的頭部佩戴根據本發明一個實施例的頭部佩戴型顯示器的情形的示意圖。
圖2(a)示出圖1的側臉，圖2(b)是從上面觀察的圖。
圖3是從正面觀察到的光導未內置于目鏡窗保持部中的結構例的示意圖。
圖4(a)是圖1的結構的光學系統部分的透視立體圖，圖4(b)是從上側觀察的圖。
圖5是示出本發明的頭部佩戴型圖像顯示裝置的光學系統的基本結構的圖。
圖6是示出來自外界的光束不被本發明的頭部佩戴型圖像顯示裝置完全遮擋，而透過目鏡保持部可看到、看清外界像的情況的原理圖。
圖7是用于說明通過從眼球正面方向移開遮蔽物，可自然地看到外界像的圖。
圖8是示出內置于目鏡窗保持部中的光學系統的結構例的圖，圖8(a)示出了基本結構，圖8(b)示出了構成目鏡窗保持部的部件為錐形結構的情況。
圖9是示出圖8(a)和(b)的結構的視場角的差異的圖。
圖10是示出在目鏡窗保持部內的光路中使用2個反射部件來構成的例子的圖。
圖11是示出在目鏡窗保持部中內置光學系統的情況下利用折射率分布型透鏡的例子的圖。
圖12是示出本發明的顯示裝置的光學系統的各參數的關系的圖。
圖13是用于在背光燈中利用外界光的熒光樹脂棒的說明圖。
圖14是示出利用了熒光樹脂棒的顯示裝置的結構例的圖。
圖15是示出利用了熒光樹脂棒的顯示裝置的結構例的圖。
圖16是表示將熒光樹脂部件和導光板進行組合作為顯示面板的背光燈的結構例的圖。
圖17是示出利用了熒光樹脂棒的另一結構例的圖。
圖18是示出將圖17的結構折疊時的情況的圖。
圖19是示出在眼鏡上安裝了本發明的頭部佩戴型圖像顯示裝置的例子的圖。
圖20是示出將本發明的頭部佩戴型圖像顯示裝置組裝入眼鏡框中的例子的圖。
圖21是示出利用了光纖像導的結構例的圖。
圖22是說明加密光纖像導的結構和作用的圖。
圖23是圖像縮小光纖像導的說明圖。
圖24是使用了圖22這樣的加密光纖像導的設備的內容發布的示意圖。
圖25是用于說明以往例的問題點的圖。
具體實施例方式
首先，說明本發明的頭部佩戴型圖像顯示裝置的實施方式，然后，說明其實施例。
本發明的第一實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其至少由以下部分構成顯示元件；目鏡光學系統；目鏡窗；目鏡窗保持部；框體；以及用于將這些全部固定在使用者頭部的支持部，其特征在于，框體覆蓋顯示元件，目鏡窗保持部將目鏡窗保持在使用者的視野內，目鏡光學系統形成顯示元件顯示的顯示圖像的虛像，目鏡窗是向使用者的眼睛射出形成該虛像的光束的窗，構成目鏡窗保持部的部件在從所述目鏡窗到根部10mm以上的范圍內，除了一部分的突起，在該使用者的視軸方向上的投影截面的寬度在4mm以下，具有環視功能。
在該情況下，如圖1所示，通過將作為位于眼球E的前方的遮蔽物的目鏡窗保持部2設為10mm以上的長度，且比人的平均瞳孔直徑4mm細，從而，如圖6所示，不會完全遮蔽來自外界的光束，而透過目鏡保持部2可看到、看清在與目鏡窗保持部2的眼球E反向的對面存在的外界像。因為外界光不會通過目鏡窗保持部2的內部，因此也不會產生在以往技術中成為問題的不必要反射。即，可得到具有“輕量且小型”“沒有眩光”
“大的外界視野”的特征的環視效果。
本發明的第二實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第一、第二實施方式中，構成目鏡窗的部件在該使用者的視軸方向上的投影截面的寬度在4mm以下，具有透視功能。
在該情況下，同樣地，通過將構成目鏡窗的部件設為比人的平均瞳孔直徑4mm小，從而，如圖6所示，透過目鏡窗構成部件可看到、看清在目鏡窗構成部件的對面存在的外界像。不從目鏡窗射出電子影像的光束，因此可重疊地看清外界像與電子影像。即，可得到透視效果。而且，既不使用半透半反鏡也不使用HOE，可實現透視效果，并且還具有“在電子影像中不產生光量的損失”“而且，也可顯示彩色的電子影像”的特征。
此外，顯示電子影像的部位具有以下作用，即因為來自外界的光束被一部分的目鏡窗構成部件遮擋而變暗，從而提高電子圖像的視認性。這是因為外界越亮，使用者的眼睛的瞳孔收縮，被遮擋的量增加，因此提高了維持視認性的作用。
本發明的第三實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第一實施方式中，在目鏡窗保持部和目鏡窗之間，配置有將光軸向使用者的眼睛的方向折彎的全反射的反射鏡或者棱鏡。
在該情況下，形成平行于臉面的光路，通過全反射的反射鏡或棱鏡將其折彎，導入到使用者的眼睛，由此可減小頭部佩戴型圖像顯示裝置從臉面伸出的量。
本發明的第四實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第一至第三實施方式中，目鏡窗保持部被保持為在頭部佩戴時配置為大致水平。
在該情況下，雖然從第三者看來框體覆蓋臉配置很難看，但通過這樣構成，可避免該情況。
本發明的第五實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第三實施方式中，具有能夠以目鏡窗保持部的長度方向為旋轉軸對目鏡窗和全反射的反射鏡或者目鏡窗和全反射的棱鏡整體進行旋轉調節的旋轉機構。
在該情況下，當頭部佩戴型圖像顯示裝置的佩戴位置上下偏離時、或者由于使用者的頭部形狀的個體差異引起電子影像的光路相對于使用者的眼球上下偏離時，通過上述的旋轉機構實施旋轉調節，可校正該偏離，將電子影像的光路引導到使用者的眼睛。
本發明的第六實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第三實施方式中，具有使用者能夠以與顯示元件的顯示面垂直的方向為旋轉軸對顯示元件進行旋轉調節的旋轉機構。
當實施第五實施方式的旋轉調節時，通過頭部佩戴型圖像顯示裝置觀察到的影像左右傾斜。通過以與顯示元件的顯示面垂直的方向為旋轉軸，對顯示元件進行旋轉調節，可將其調節為正立。
本發明的第七實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第一至第六實施方式中，目鏡光學系統的一部分或者全部與目鏡窗成為一體。
在該情況下，通過將目鏡光學系統的一部分或者全部與目鏡窗成為一體，可減少光學元件的部件數，可簡化結構，因此可容易地成為第二實施方式那樣將目鏡窗的結構部件控制在4mm以下寬度的結構。
本發明的第八實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第一至第七實施方式中，目鏡光學系統的一部分或者全部內置于目鏡窗保持部中。
在該情況下，通過將目鏡光學系統內置于目鏡窗支持部中，從而無需特別設置容納目鏡光學系統的空間，可將頭部佩戴型圖像顯示裝置小型化。
本發明的第九實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第八實施方式中，內置于目鏡窗支持部中的目鏡光學系統是具有會聚平行光束的作用的光學系統。
當電子影像的光束通過目鏡窗支持部的內部時，通過在此內置具有會聚光束的作用的光學系統，可抑制必要的光束擴散，可使光束變細而通過，容易如第一實施方式那樣將構成目鏡窗支持部的部件設計為4mm以下。
本發明的第十實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第一至第九實施方式中，框體和目鏡窗保持部經由全反射的反射鏡或棱鏡或者圖像光纖束(image fiber bundle)而連接。
在該情況下，當經由全反射的反射鏡或棱鏡或者圖像光纖束連接覆蓋顯示元件的框體和目鏡窗保持部時，可在使用者的側頭部側配置框體。此外，當不使用頭部佩戴型圖像顯示裝置時，折彎該部分，可使其緊湊化、易于保管攜帶。
本發明的第十一實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第一至第十實施方式中，具有照明部，照明部和框體經由全反射的反射鏡或棱鏡、導光板、或光導而連接。
在該情況下，可將框體配置在使用者的側頭部側。此外，當不使用頭部佩戴型圖像顯示裝置時，折彎該部分，可使其緊湊化、易于保管攜帶。
本發明的第十二實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第八實施方式中，目鏡光學系統由凸透鏡構成。
在該情況下，凸透鏡的正屈光力形成觀察者可觀察的顯示元件的虛像。
本發明的第十三實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第八至第九實施方式中，目鏡光學系統由在徑向折射率逐漸變高的光學介質構成。
在該情況下，作為目鏡光學系統使用在徑向折射率逐漸變高的光學介質，具有會聚光束的作用，因此易于如第一實施方式那樣將構成目鏡窗支持部的部件設計成4mm以下。
本發明的第十四實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第一至第十三實施方式中，當設顯示元件的有效顯示面的對角尺寸為D、目鏡光學系統的焦距為f時，滿足D/f＜0.5。
圖12是表示本發明的顯示裝置的各參數之間的關系的圖，當設顯示元件的有效顯示面的對角尺寸(有效徑)為D、電子像視野的半視場角為ω/2、目鏡光學系統的焦距為f時，根據近軸光學理論，存在以下關系ω/2＝(D/2)/f…(1)。
當設主光線可通過使用者的瞳孔的主光線最大傾斜角為ξ、使用者的瞳孔直徑為d、工作距離為W時，存在以下關系ξ＝(d/2)/W …(2)。
一直到周邊都可以清楚地觀察圖像的條件為ω/2＜ξ …(3)，因此D/f＜d/W …(4)。
在此，室內的使用者的瞳孔直徑d最多為5mm左右，此外考慮瞬時的睫毛的干涉等，應確保的工作距離W為10mm左右，因此將d＝5mm、W＝10mm分別代入不等式(4)中時，成為D/f＜0.5 …(5)。
在此，通過把顯示裝置的出射光瞳位置設在目鏡窗近旁或者目鏡窗與使用者的眼睛的瞳孔之間，可減小觀察圖像周圍的光束的黑框，盡管如此D/f在0.5以上時，也會產生黑框。
這樣，通過將本發明的顯示裝置的光學系統設定為D/f＜0.5的條件，從而成為小型的裝置，而且可觀察到觀察時沒有黑框的電子影像。
本發明的第十五實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第十四實施方式中，出射光瞳位置位于目鏡窗近旁或者目鏡窗與使用者的眼睛的瞳孔之間。
如上所述，通過滿足D/f＜0.5、且出射光瞳位置位于目鏡窗旁邊近旁或者位于目鏡窗與使用者的眼睛的瞳孔之間，從而可觀察到觀察時沒有黑框的電子影像。
本發明的第十六實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第一實施方式中，射出顯示元件的電子影像形成光束通過目鏡窗保持部的外側。
在電子影像形成光束通過目鏡窗保持部內部的情況下，構成目鏡窗支持部的部件不能比該光束的直徑細。但是，通過使電子影像形成光束通過目鏡窗保持部的外側，構成目鏡窗支持部的部件可不受該限制而變細，可以實現更加理想的環視設計。
本發明的第十七實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第一實施方式中，具有對顯示元件進行照明的照明用光源，該光源由熒光樹脂棒構成。
當熒光樹脂棒被外界光照射時，由于自發熒光而發光，該發出的光在棒內部全反射，并從其端面射出。通過將其利用為照射顯示元件的照明光源，可減小頭部佩戴型圖像顯示裝置的耗電，而且，當外界明亮時，光源亮度也提高，因此可避免電子影像的亮度低于外界亮度而難以看清的問題。
本發明的第十八實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第十七實施方式中，熒光樹脂棒的朝向顯示元件的相反側的端面進行了鏡面涂層處理或者形成為角隅棱鏡(corner cube)形狀。
在該情況下，通過將熒光樹脂棒的相反側的端面形成為鏡面涂層或者角隅棱鏡形狀，可反射逃離到相反方向的光，用作為顯示元件的照明光。
本發明的第十九實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第十七實施方式中，在熒光樹脂棒的側面不入射外界光側的側面上配置有反射鏡。
在該情況下，通過在不是入射側的側面設置反射鏡，使得從熒光樹脂棒的側面入射的、沒有照射到熒光物質而透過的光再次入射進熒光樹脂棒，從而可提高光的利用率。
本發明的第二十實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第一至第十九實施方式中，通過使用者的眼睛和目鏡窗之間的位置關系，眼睛的視軸不與目鏡窗重合，目鏡窗的主光線入射進瞳孔徑內。
在該情況下，當在視軸上配置顯示裝置的框體時，看起來變暗的外界的一部分與電子影像重合，通過將顯示裝置按照上述方式從視軸上移開，外界的變暗的區域和電子影像偏移開顯示，因此在更加自然地合成顯示正面方向的外界景色和電子影像的情況下是有效的。
本發明的第二十一實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第一實施方式中，構成目鏡窗保持部的部件是目鏡窗側細、顯示元件側粗的錐形結構的部件。
通過將構成目鏡窗保持部的部件的目鏡窗部分設為4mm以下，環視功能和透視功能有效，但小型顯示元件成為制造的難度高、成本上升的原因，因此通過將目鏡窗部分保持4mm以下的細度，而將遠離眼球的根部變粗，可保持環視功能和透視功能，且可使用顯示元件的尺寸較大的元件。
本發明的第二十二實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第一實施方式中，通過目鏡窗保持部和目鏡窗來觀察通過光纖像導(fiber-optic image guide)傳送顯示元件的影像而形成的二次影像。
在該情況下，通過設為利用光纖像導傳送顯示元件的影像，形成二次影像，對其進行觀察的結構，從而顯示元件或電路基板類可離開眼睛，可減少佩戴時的外觀上的不自然度。
本發明的第二十三實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第二十二實施方式中，作為光纖像導使用不規則地排列的加密光纖像導，與該光纖像導相對應地，在顯示元件上顯示影像，使得可作為影像觀察二次影像。
在該情況下，通過對每個終端以不規則的模式傳送影像的加密光纖像導，即使在各終端上顯示相同的影像時，由于終端不同，在顯示元件(一次影像)上顯示的影像圖形不同。因此，在將按照某一終端作成的影像顯示數據復制到其它終端直接顯示的情況下，在其它終端只能觀察到完全無法理解的影像。
本發明的第二十四實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第二十二實施方式中，使得入射側和出射側的光纖像導的各像素的間距不同，以使得通過光纖像導傳送的二次影像尺寸比顯示元件上的影像尺寸小。
目鏡窗保持部和目鏡窗為4mm以下的細的尺寸，但適合于此的小型顯示元件成為難以制造、成本上升的原因，因此通過改變光纖像導兩端面的像素陣列的間距，可形成比顯示元件的影像尺寸小的二次影像，其結果，可利用較大的顯示元件，因此可減低成本。
本發明的第二十五實施方式的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在第一至第二十四實施方式中，包含顯示元件的顯示部、目鏡窗保持部、目鏡光學系統和目鏡窗內置于眼鏡框中。
本發明的頭部佩戴型圖像顯示裝置可小型化、輕量化，因此可與眼鏡一體地將其主要部分內置于眼鏡中。
以下，對于本發明的頭部佩戴型圖像顯示裝置的幾個實施例進行說明。
圖1是從正面觀察到的在人的頭部M佩戴了根據本發明的一個實施例的頭部佩戴型顯示器(圖像顯示裝置)1的樣子的示意圖。此外，圖2(a)是表示圖1的情況下的臉側面的圖，(b)是從上面觀察到的圖。該例子是利用小型的耳機型的頭部支持部10的例子。在圖1、2中，內置有用于可觀察位于臉端部的顯示面板的光導的目鏡窗保持部2從頭部支持部10延伸到眼球E前面附近。通過從該目鏡窗保持部2的前端部的目鏡窗4觀察，可確認所顯示的圖像。此時，為了不妨礙觀察外界景色，將位于眼球正面范圍(參照圖1)內的部件全部設為寬度4mm以下。
在此，對將位于眼球正面范圍內的部件全部設定為寬度4mm以下的理由進行說明。人的瞳孔直徑根據亮度在2～8mm之間變化。當配置在眼球正面的遮蔽物比瞳孔直徑小的情況下，遠方的景色不會被遮蔽物遮擋，可進行觀察。在此，以平均的瞳孔直徑尺寸為基準，通過將構成作為位于眼球正面范圍內的框體部件的目鏡窗保持部2的部件設為4mm以下的尺寸，從而在幾乎所有的通常使用環境中，可在不遮擋外界的情況下進行觀察。
此外，在圖1、2的例子中，棒狀延伸的頭部支持部10可以通過后記的熒光樹脂棒來形成。此外，在耳機型的頭部支持部10內，也可以內置輔助照明光源或顯示面板驅動基板、各種控制基板、各種信息處理基板、存儲器、通信功能、揚聲器、操作接口等。
圖3是從正面觀察到的光導未內置于目鏡窗保持部2中的結構例的示意圖。由保持在頭部支持部10上的安裝有顯示面板的影像射出部11、保持在頭部支持部10上的用于保持目鏡光學系統5的目鏡窗保持部2、以及保持在目鏡窗保持部2上的目鏡光學系統5構成，來自顯示面板的射出光不通過目鏡窗保持部2的內側，而通過外側即空中，直接入射到目鏡光學系統5中。該情況下的目鏡窗保持部2也設定為從眼球正面范圍來看，寬度4mm以下，長度10mm以上。
該圖3的情況在圖1～圖2的結構的效果之上，通過將目鏡窗保持部2配置在光路外，可遠離視野中心，可更加自然地觀察外界和電子圖像的雙方。
圖4(a)是圖1的結構的光學系統部分的透視立體圖，圖4(b)是從上側觀察到的圖。從內置于目鏡窗保持部2的入射端近旁的顯示面板3射出的影像光通過目鏡窗保持部2的內部，通過反射材料6改變方向，而從目鏡窗4向眼球E方向射出。觀察者通過觀察該目鏡窗4，可觀察到顯示在顯示面板3上的圖像。目鏡窗保持部2的左端實際上與頭部支持部10連著，成為被頭部M所保持的結構。此時，從觀察者方向觀察，目鏡窗保持部2的寬度在4mm以下，目鏡窗保持部2的長度在10mm以上。該情況下的反射部件只要是反射光線的部件，任何部件均可，例如可利用棱鏡、反射鏡等。此外，該情況下的顯示面板3只要是小型的顯示面板，任何面板均可，例如可利用透過型或者反射型的液晶顯示元件、自發光型的有機EL元件、無機EL等。
圖5中表示本發明的頭部佩戴型圖像顯示裝置的光學系統的基本結構。通過把配置在比近點調節極限更近位置處的顯示面板3通過目鏡5向眼球E投影其影像光，觀察者可擴大觀察作為顯示面板3的虛像的空中像3’。通過這樣的結構，即使使用小型的顯示元件(顯示面板3)，也能夠以大的觀察視場角觀察該顯示像。
該情況下的目鏡鏡5只要是具有正屈光力的光學系統即可，可以是任意系統，例如可利用凸透鏡、凹面鏡、折射率不均勻的透鏡等。此外，目鏡鏡5可使用組合多個具有正的或負的屈光力的光學元件形成正透鏡組的結構。
圖6是用于使用示意圖來說明根據本發明的顯示裝置的外界遮蔽的樣子的圖。在圖6中，示出了即使遮蔽物(在此為顯示裝置的框體。主要與圖1～圖4的目鏡窗保持部2對應。)在眼球E正面的情況下，在遮蔽物比瞳孔直徑細的情況下，也不會完全遮蔽遠方的外界像的原理。在此，當把來自遠方的某一點的光設為入射光時，則其作為大致平行的光入射到眼球E中。此時，如果遮蔽物比瞳孔直徑小，則平行光的一部分通過瞳孔，在視網膜上的對應點成像。因此，即使在眼球正面存在遮蔽物(顯示裝置的框體)等，只要是粗細比瞳孔直徑小的遮蔽物，就可以在不損失外界信息的情況下進行觀察(成為透視)。
在圖6中，當外界變亮使用者的瞳孔收縮的情況下，引起眼球正面方向的外界視野被隔斷、無法看見外界視野的現象。因此，在此，如圖7(a)所示，當將遮蔽物(顯示裝置的框體)從眼球正面(視軸)方向移開時，可更加自然地觀察外界像。而且，此時，盡管遮蔽物配置在瞳孔的一端，也可在眼球正面方向觀察到顯示裝置的空中像(虛像)，也得到完全的透視效果。即，例如圖7(b)中的光路圖所示，通過使觀察外界的使用者的眼球光軸(視軸)與本發明的顯示裝置的光軸互相平行，從而看作在外界像上重疊本發明的顯示裝置顯示的像(成為透視)。
以上這樣，通過將作為位于眼球E的前方的遮蔽物的目鏡窗保持部2設為10mm以上的長度，且比人的平均瞳孔直徑4mm細，可如圖6所示那樣，不會完全遮蔽來自外界的光束，猶如透過目鏡保持部2那樣可觀察、看清存在于與目鏡窗保持部2的眼球E相反方向的外界像。因為外界光不通過目鏡窗保持部2的內部，所以不產生現有技術中成為問題的不必要反射。即，可得到具有以下特征的環視效果“輕量且小型”“沒有眩光”“較大的外界視野”。
以下，示出內置于目鏡窗保持部2中的光學系統的結構例。圖8(a)是表示基本結構的圖，由對來自顯示面板3的光進行引導的目鏡窗保持部2、向眼球方向改變光的方向的反射部件6、以及目鏡鏡5構成。根據該構造，通過盡量將大的體積大的顯示面板3遠離眼球，可使包含在眼球正面范圍內的部位的寬度變細。
但是，如果是圖8(a)的結構，則顯示面板3的尺寸受到構成目鏡窗保持部2的部件的直徑限制，當目鏡窗保持部2變長時，存在不能把顯示畫面的視場角取得大的問題。于是，如圖8(b)所示，通過將構成目鏡窗保持部2的部件形成為錐形結構，通過使位于眼球正面范圍內的部分盡量變細、使顯示面板3的部分加大，可使用易于制造的尺寸的顯示面板3，視場角也可以變大。
圖9(a)、(b)是表示圖8(a)和(b)的結構的視場角的差異的圖。圖9(a)為與目鏡窗保持部2同一直徑的框體21的結構，圖9(b)是錐形結構的框體22，且目鏡鏡5側變細、顯示面板3側變大。根據圖9的比較，例如，以從框體21、22的中央附近直到目鏡5進入眼球正面范圍為條件進行考慮，則在圖9(a)、(b)的任一方眼球正面范圍內的框體的直徑設為在4mm以下時，圖9(b)的錐體結構的框體22一方視場角可以加大，顯示面板3也可變大。其中，圖9中以標號21示出光軸，以標號22示出來自顯示面板3的端部的光線。
這樣，通過盡量使得眼球正面范圍內的框體變細，可更加清晰地觀察外界。此外，由于可以把顯示面板3增大，可增大視場角，可更多地形成可提示的信息量，并且顯示面板3的制造也變得容易。
圖10是在目鏡窗保持部2內的光路中使用2個反射部件6、6’來構成的例子的圖，通過2個反射部件6、6’將光路折彎2次，有時對背光燈的配置、與頭部支持部10之間的連接有利。即，通過2次折彎光路，可提高布局上的自由度。
圖11表示在目鏡窗保持部2中內置光學系統的情況下，作為該光學系統利用折射率分布型透鏡23的例子的圖，通過使用這樣的折射率分布型透鏡23，與以通常的凸透鏡來構成目鏡光學系統相比，可通過細的目鏡窗保持部2的直徑來實現視場角大的顯示面。即，圖11(b)示出以通常的目鏡(凸透鏡)5來構成目鏡光學系統的情況的視場角，圖11(c)中示出以折射率分布透鏡23來構成的情況下的視場角，關注從顯示面板3的端部射出、通過目鏡窗中央的光線22，在兩結構中均傳過光導從目鏡窗射出，但當觀察圖11(c)的由折射率分布透鏡23構成的一方時，光線22在光導中逐漸改變方向，與此相對，在由通常的目鏡5構成的圖11(b)的結構中，光線22直線前進，因此射出時的視角(視場角)不同，可以明了利用了圖11(c)的折射率分布透鏡23的一方視場角變大。
這樣，通過在目鏡窗保持部2內在目鏡光學系統中使用折射率分布型透鏡23，可通過更細的直徑來實現較大的視場角。
在此，討論顯示面板3的有效直徑和目鏡5的焦距之間的關系。圖12中示出本發明的顯示裝置的光學系統的各參數之間的關系。當把顯示元件的有效顯示面的對角尺寸(有效直徑)設為D、電子像視野的半視場角設為ω/2、目鏡光學系統的焦距設為f時，根據近軸光學理論，存在以下關系ω/2＝(D/2)/f …(1)。
當把主光線可通過使用者的瞳孔的主光線最大傾斜角設為ξ，把使用者的瞳孔直徑設為d、把工作距離設為W時，存在以下關系ξ＝(d/2)/W…(2)。
一直到周邊都可以清楚地看到圖像的條件為ω/2＜ξ …(3)，因此，D/f＜d/W …(4)。
其中，室內的使用者的瞳孔的直徑d最大為5mm左右，，此外考慮瞬時的睫毛的干涉等，需確保的工作距離W為10mm左右，因此把d＝5mm、W＝10mm分別代入不等式(4)中，得到D/f＜0.5 …(5)。
通過把顯示裝置的出射光瞳位置設置在目鏡窗近旁或者目鏡窗與使用者的眼鏡的瞳孔之間，可減小觀察圖像周邊的光束的黑框，但如果D/f在不等式(5)的上限的0.5以上，則產生黑框。
這樣，通過在本發明的顯示裝置的光學系統中設定D/f＜0.5的條件，在成為小型的裝置的同時，可觀察到在觀察時沒有黑框的電子影像。
此外，優選本發明的顯示裝置的顯示面板3的照明用的光源利用外界光。此時，可使用熒光樹脂棒來構成該照明光源。以下，示出該例子。
圖13是關于用于在背光燈中利用外界光的熒光樹脂棒的說明圖。熒光樹脂棒30是指將包含熒光物質41的樹脂加工成棒狀的部件。當外界光42從側面等入射到該熒光樹脂棒30時，被熒光物質41吸收，接著以熒光物質41作為光源發出光。此時該部件為棒狀，在內部發出的光43在內部的側面反復進行全反射，并從棒端面射出。即，在棒內部發光且被封閉在棒內部的光從棒端面射出，因此棒端面非常亮地發光。同樣地，與用作為背光燈一側的端面相反方向的端面也發光，但是通過將不利用的端面設為反射鏡44，所反射的光僅從利用側的端面射出，因此，可有效地利用背光燈的光。此外，作為反射鏡44，可以在棒端面上蒸鍍金屬薄膜，也可以是角隅棱鏡那樣的利用全反射的棱鏡。
而且，從加工為棒狀的部件的側面入射的外界光42也會未被熒光物質41吸收，不滿足棒的全反射條件的光從側面漏出，但通過在外界光42非入射側或者佩戴時作為內側的部分處配置反射鏡45，從而可再利用未被利用的光中的一部分。
此外，當把利用了該結構的照明用作為顯示面板3的照明光46時，根據外界的亮度照明光46的亮度變化。此現象一般在透視功能使用時，與當外界越亮時需要更加亮的照明，當外界暗時，少的照明即可的利用情景一致。
圖14、15是表示利用了這樣的熒光樹脂棒30的顯示裝置的結構例的圖。二者均將從熒光樹脂棒30端面射出的照明光入射到顯示面板31或者36中，顯示面板31或者36的影像光在目鏡窗保持部2內導光，從目鏡窗4中射出。在此，熒光樹脂棒30與頭部支持部10連接，或者，熒光樹脂棒30自身成為頭部支持部10。
圖14(a)、(b)、圖15(a)是利用了透過型顯示面板31的結構，圖15(b)是利用了反射型顯示面板36的結構。在圖15(b)的情況下，為了使照明光46從反射型顯示面板36的前面入射，在反射型顯示面板36的顯示側配置半透半反鏡等的光路分離光學元件49。
圖16是表示將熒光樹脂部件和導光板進行組合作為顯示面板的背光燈的結構例的圖，圖16(a)通過在構成為板狀的熒光樹脂板30’的一部分上設置出射槽47，從該部分射出光，作為顯示面板31的背光燈。圖16(b)是將從熒光樹脂棒30的一端射出的光入射到與熒光樹脂棒30連接的另一部件的導光板48上，導光板48通過從其側面向顯示面板31方向射出所引導的光的功能，對顯示面板31進行照明。這樣，通過組合熒光樹脂部件和導光板，可將外界光用作為顯示面板用照明。此外，通過這樣的導光板，即使在熒光樹脂棒端面比顯示面板小時，也可均勻地照明整個顯示面板。
這樣，通過利用熒光樹脂部件作為背光燈，可在顯示面板的照明中利用外界光，因此可低耗電化，此外，與外界的亮度相對應照明光量自然地變化，因此無需安裝特殊的傳感器即可根據利用環境，進行適當的照明。此外，可價廉地構成利用外界光的背光燈。
圖17表示利用了熒光樹脂棒30的另一結構例。在圖17中，使用透過型液晶顯示元件31作為顯示元件，在該顯示元件31的照明中使用上述的熒光樹脂棒30，熒光樹脂棒30被外界光照射，通過自發熒光而發光，該發出的光在熒光樹脂棒30內部全反射并從其端面射出，經由反射棱鏡33和照明用透鏡32，由該自發熒光實現的照明光照明顯示元件31。熒光樹脂棒30的非透過型液晶顯示元件31側的端面設為全反射棱鏡(角隅棱鏡)34的形狀，折返與顯示元件31反向行進的熒光進行再利用。并且，在該例子中，在顯示元件31和目鏡窗4之間配置一端為90°全反射型的透明棒9，在透明棒9的光路90°彎曲的射出端的目鏡窗4位置處貼有構成目鏡的凸透鏡15，其構成為全部被目鏡窗保持部2覆蓋。因此，目鏡的凸透鏡15和目鏡窗4成為一體。在該例子中，熒光樹脂棒30被用作為照射顯示元件31的照明光源，可減小頭部佩戴型圖像顯示裝置的耗電，而且，當外界亮時，光源亮度也上升，因此可避免電子影像亮度比外界的亮度弱而難以看清的問題。此外，在圖17的例子中，熒光樹脂棒30在未使用時，如圖18所示，可以以鉸鏈旋轉軸35為中心向箭頭方向折疊而收納。通過這樣構成，即使在搭載在眼鏡上的狀態下，也可以與眼鏡一起折疊收納。
圖19是表示在通常使用的眼鏡上安裝了本發明的頭部佩戴型圖像顯示裝置的例子的圖。沿著眼鏡框50配置熒光樹脂棒30，來自其端面的光被反射部件折彎90°一次，入射到顯示面板31上，將來自顯示面板31的影像光向目鏡窗保持部2內引導，并從目鏡窗4射出。此時，熒光樹脂棒30的另一端面為了提高光的利用效率也可設置反射鏡44，此外，在外界光42不照射的眼鏡框50和熒光樹脂棒30之間的邊界處也可設置反射鏡45。而且，通過利用輔助光源37，在完全黑暗中也可利用。在此，在熒光設置棒30的另一端配置輔助光源37，可切換反射鏡44和輔助光源37來使用。
輔助光源37發出的光的波長可以與可有效地激勵熒光樹脂棒30的熒光物質的波長范圍抑制。由此，熒光樹脂棒30被來自輔助光源37的輔助光有效地激勵，通過該熒光來照明顯示面板31，因此輔助光源37可以通過較少的耗電來實現明亮的照明。
或者，輔助光源37發出的光的波長可以避開熒光樹脂棒30的吸收度大的波長范圍，由此輔助光源37發出的光可以不被熒光樹脂棒30吸收而照明顯示面板31，因此輔助光源37可以通過較少的耗電來實現明亮的照明。
而且，輔助光源37發出的光的顏色可設為與熒光樹脂棒30發出的熒光色不同的顏色，在促使使用者注意時，使該輔助光源37閃爍。通過該閃爍，使用者觀察的圖像不僅是其亮度，而且顏色也變化，容易被注意到。
此外，在將熒光樹脂棒30配置在頭部側面時，在外界光照射不到的部分、頭部和熒光樹脂棒30之間即使配置電氣基板和布線等，也不會妨礙外界光的入射。
這樣，通過在通常的眼鏡上安裝本發明的頭部佩戴型圖像顯示裝置，平常使用眼鏡的人也可使用本發明的頭部佩戴型圖像顯示裝置。此外，此時，通過設置輔助光源，也可應對暗的環境。而且，使用熒光樹脂棒作為利用外界光的照明光源，通過考慮該熒光樹脂的吸收波長來選定輔助光源，實現低耗電化。通過使用與該熒光樹脂的熒光色不同的波長的輔助光源，可用作為喚起注意的信號。而且，通過在熒光樹脂棒的外光入射部的相反側配設布線、基板類，不會妨礙外光入射。
圖20是表示將本發明的頭部佩戴型圖像顯示裝置組裝入眼鏡框的例子的圖。目鏡窗保持部2組裝入眼鏡框50內部，在圖中在眼鏡鏡片51的中央下部有目鏡窗4，射出影像光。這樣，通過一開始即在眼鏡框上組裝上本發明的頭部佩戴型圖像顯示裝置，無需煩雜的佩戴作業、無需佩戴機構等，因此可實現更加自然的設計。
圖21是利用了光纖像導的結構例的圖。在頭部佩戴型圖像顯示裝置中，消除佩戴時的煩瑣性是重要的，為此，期待配置在眼睛附近的部件盡可能的小。通常，在眼睛附近配置顯示面板，眼睛附近的裝置變得大型化。于是，將顯示面板3從眼睛處離開，通過光纖像導55來將顯示面板3的影像傳送到眼睛附近，把傳送的影像作為二次影像，通過光學系統對該二次影像進行放大觀察，可極力減小配置在眼睛附近的裝置。此外，光纖像導55具有一定程度的柔軟性，因此可折彎使用，成為易于與各種設計和調整機構相對應的結構。
此外，在圖21中示出了從無線連接的控制器56接收影像和信息，在顯示面板3上顯示的情形。在此所說的控制器56可以是專用的控制器或便攜電話、便攜式信息設備(PDA)等的任何一個。
以上這樣，通過使用光纖像導作為二次影像來傳送顯示面板的影像，顯示面板或布線、電氣基板類無需配置在眼睛附近，可以防止對佩戴感和設計帶來不好影響的眼睛附近的裝置的大型化。此外，光纖像導具有一定程度的柔軟性，因此可折彎使用，易于與各種設計和調整機構相對應。
在圖21這樣的結構中，當普及基于無線的影像和信息交換時，會產生信息泄漏的問題。也會產生僅用電氣或者軟件對策存在不安全的情況。在該情況下有效的是組裝了加密光纖像導的頭部佩戴型圖像顯示裝置。圖22是說明加密光纖像導57的結構和作用的圖，在通常的光纖像導中，在顯示面板3上顯示的圖像以原樣的圖形來傳送。例如，對于顯示面板3上的1個像素配置1根光纖，原樣維持像素的相對配置來傳送影像。在此所說的加密光纖像導是指對顯示面板3上的1個像素分配1根光纖58，在傳送的途中，通過隨機替換光纖58的相對配置，來顯示與顯示面板3上的影像完全不同的圖形的影像。在圖中，雖然在顯示面板3上顯示了完全不成意思的圖像，傳送圖像的光纖58的配置在途中相互替換，因此在傳送后的二次影像上顯示文字“F”。
通過預先調查顯示面板3上的像素和傳送的二次影像上的像素之間的對應關系，以像素為單位替換在顯示面板3上實際顯示的影像，以使作為二次影像看到整齊的影像。從控制器56側以無線信號發送作為該替換后的影像的完全不成意思的圖像信息，因此即使他人在旁邊接收，該人也只能看到完全不成意思的影像，因此保證了安全性。此外，該加密光纖像導57為每個產品而不同的固有的配置，即使使用相同產品，他人也無法從旁邊接收(圖24)。
這樣，從與顯示部另外構成的控制器(圖像數據發送部)通過無線電發送影像和信息時，在軟件、電氣安全對策之上，在物理(光學)結構上也提高了安全性。
圖23是圖像縮小光纖像導55’的說明圖。在現有的技術中，難以制造非常小的顯示面板，成本高。但是，使用制造容易的尺寸的顯示面板，盡量在不妨礙的部分佩戴，通過圖像縮小光纖像導55’形成比顯示面板3更小的二次影像，通過光學系統觀察該圖像，在使用較大的顯示面板的同時，可實現在眼睛附近緊湊的佩戴感的頭部佩戴型圖像顯示裝置。
這樣，通過利用圖像縮小光纖像導，可在眼睛附近顯示比實際的顯示面板小的影像作為二次影像。本發明的頭部佩戴型圖像顯示裝置使用極端小的類型的顯示面板作為顯示面板，但由此可使用容易制造且成本低的稍大的顯示面板。
圖24是使用了圖22這樣的加密光纖像導的設備的內容發布的示意圖。有產品No.1～3的產品，在各自中加密光纖像導的配置不同，對其進行解析編碼后成為密鑰。內容發布中心具有與各個產品No.對應的密鑰的信息，根據該信息對視頻信號進行圖像處理。然后，向持有對應的產品No.的人發布圖像處理后的內容數據。通過這些處理，該內容數據只能在具有某一特定的No.的產品上才能看到，即使在得到對其它產品的復制或者不正當地得到了內容的情況下，在用其它產品進行再現的情況下，為完全不成意思的圖像。因此，可解決在數字內容發布時成為問題的非法復制或非法使用的問題。
以上的本發明的頭部佩戴型圖像顯示裝置例如可如以下這樣構成。
一種頭部佩戴型圖像顯示裝置，其至少由以下部分構成顯示元件；目鏡光學系統；目鏡窗；目鏡窗保持部；框體；以及用于將這些全部固定在使用者頭部的支持部，其特征在于，框體覆蓋顯示元件，目鏡窗保持部將目鏡窗保持在使用者的視野內，目鏡光學系統形成顯示元件顯示的顯示圖像的虛像，目鏡窗是向使用者的眼睛射出形成該虛像的光束的窗，構成目鏡窗保持部的部件在從所述目鏡窗向著根部10mm以上的范圍內，除了一部分的突起，在該使用者的視軸方向的投影截面的寬度在4mm以下，具有環視功能。
根據上述1所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，構成目鏡窗的部件在該使用者的視軸方向的投影截面的寬度在4mm以下，具有透視功能。
根據上述1或2所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在目鏡窗保持部和目鏡窗之間，配置有將光軸向使用者的眼的方向折彎的全反射的反射鏡或者棱鏡。
根據上述1至3中的任一項所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，目鏡窗保持部被保持為在頭部佩戴時配置為大致水平。
根據上述3所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，具有能夠以目鏡窗保持部的長度方向為旋轉軸對目鏡窗和全反射的反射鏡或者目鏡窗和全反射的棱鏡整體進行旋轉調節的旋轉機構。
根據上述3所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，具有使用者可以以與顯示元件的顯示面垂直的方向為旋轉軸對顯示元件進行旋轉調節的旋轉機構。
根據上述1至6中的任一項所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，目鏡光學系統的一部分或者全部與目鏡窗成為一體。
根據上述1至7中的任一項所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，目鏡光學系統的一部分或者全部內置于目鏡窗保持部中。
根據上述8所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，內置于目鏡窗支持部中的目鏡光學系統是具有會聚平行光束的作用的光學系統。
根據上述1至9中任一項所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，框體和目鏡窗保持部經由全反射的反射鏡或棱鏡或者光纖像導而連接。
根據上述1至10中任一項所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，具有照明部，照明部和框體經由全反射的反射鏡或棱鏡、導光板、或光導而連接。
根據上述8所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，目鏡光學系統由凸透鏡構成。
根據上述8或9所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，目鏡光學系統由在徑向上折射率逐漸變高的光學介質構成。
根據上述1至13中的任一項所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，當設顯示元件的有效顯示面的對角尺寸為D、目鏡光學系統的焦距為f時，滿足D/f＜0.5。
根據上述14所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，出射光瞳位置位于目鏡窗近旁或者在目鏡窗與使用者的眼睛的瞳孔之間。
根據上述1所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，射出顯示元件的電子影像形成光束通過目鏡窗保持部的外側。
根據上述1所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，具有對顯示元件進行照明的照明用光源，該光源由熒光樹脂棒構成。
根據上述17所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，熒光樹脂棒的朝向與顯示面板相反側的端面經過了鏡面涂層處理或者形成為角隅棱鏡形狀。
根據上述17所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在熒光樹脂棒的側面不入射外界光側的側面上配置有反射鏡。
根據上述1至19中的任一項所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，通過使用者的眼睛和目鏡窗之間的位置關系，眼睛的視軸不與目鏡窗重合，目鏡窗的主光線入射進瞳孔徑內。
根據上述1所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，構成目鏡窗保持部的部件是目鏡窗側細、顯示元件側粗的錐形結構的部件。
根據上述1所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，通過目鏡窗保持部和目鏡窗觀察通過光纖像導傳送顯示元件的影像而形成的二次影像。
根據上述22所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，作為光纖像導使用不規則地排列的加密光纖像導，與該加密光纖像導相對應地，在顯示元件上顯示影像，以能夠作為影像觀察到二次影像。
根據上述22所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，使得在入射側和出射側的光纖像導的各像素的間距不同，以使得通過光纖像導傳送的二次影像尺寸比顯示元件上的影像尺寸小。
根據上述1至24中任一項所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，包含顯示元件的顯示部、目鏡窗保持部、目鏡光學系統和目鏡窗內置于眼鏡框中。
產業上的利用可能性在本發明的頭部佩戴型圖像顯示裝置中，構成目鏡窗保持部的部件在使用者視軸方向的投影截面的寬度設為4mm以下，該目鏡窗保持部件比人的平均瞳孔徑(4mm)細，即使在視野內配置裝置，也不會完全遮住外界，可得到透視效果。而且，不使用半透半反鏡，沒有光量的損失，因此可觀察到明亮的電子圖像。此外，顯示電子圖像的部位由于來自外界的光束被一部分目鏡窗保持部結構部件遮擋而變暗，具有使電子圖像的可見性變好的作用。而且，除了顯示電子圖像的部位，其它的外界視野均不會被遮擋，因此可取得與未使用本發明的裝置時相同的亮度而得到明亮的視野。此外，因為是比瞳孔直徑還細的裝置，從外部看不會完全蓋住佩戴者的眼睛，可傳遞更加自然的表情。
權利要求
1.一種頭部佩戴型圖像顯示裝置，其至少由以下部分構成顯示元件；目鏡光學系統；目鏡窗；目鏡窗保持部；框體；以及用于將這些全部固定在使用者頭部的支持部，其特征在于，框體覆蓋顯示元件，目鏡窗保持部將目鏡窗保持在使用者的視野內，目鏡光學系統形成顯示元件顯示的顯示圖像的虛像，目鏡窗是向使用者的眼睛射出形成該虛像的光束的窗，構成目鏡窗保持部的部件在從所述目鏡窗向著根部10mm以上的范圍內，除了一部分的突起，在該使用者的視軸方向上的投影截面的寬度在4mm以下，具有環視功能。
2.根據權利要求1所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，構成目鏡窗的部件在該使用者的視軸方向上的投影截面的寬度在4mm以下，具有透視功能。
3.根據權利要求1或2所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在目鏡窗保持部和目鏡窗之間，配置有將光軸向使用者的眼睛的方向折彎的全反射的反射鏡或者棱鏡。
4.根據權利要求1至3中的任一項所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，目鏡窗保持部被保持為在頭部佩戴時配置為大致水平。
5.根據權利要求3所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，具有能夠以目鏡窗保持部的長度方向為旋轉軸對目鏡窗和全反射的反射鏡或者目鏡窗和全反射的棱鏡整體進行旋轉調節的旋轉機構。
6.根據權利要求3所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，具有使用者可以以與顯示元件的顯示面垂直的方向為旋轉軸對顯示元件進行旋轉調節的旋轉機構。
7.根據權利要求1至6中的任一項所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，目鏡光學系統的一部分或者全部與目鏡窗成為一體。
8.根據權利要求1至7中的任一項所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，目鏡光學系統的一部分或者全部內置于目鏡窗保持部中。
9.根據權利要求8所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，內置于目鏡窗支持部中的目鏡光學系統是具有會聚平行光束的作用的光學系統。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，框體和目鏡窗保持部經由全反射的反射鏡或棱鏡或者光纖像導而連接。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，具有照明部，照明部和框體經由全反射的反射鏡或棱鏡、導光板、或光導而連接。
12.根據權利要求8所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，目鏡光學系統由凸透鏡構成。
13.根據權利要求8或9所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，目鏡光學系統由在徑向上折射率逐漸變高的光學介質構成。
14.根據權利要求1至13中任一項所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，當設顯示元件的有效顯示面的對角尺寸為D、目鏡光學系統的焦距為f時，滿足D/f＜0.5。
15.根據權利要求14所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，出射光瞳位置位于目鏡窗近旁或者在目鏡窗與使用者的眼睛的瞳孔之間。
16.根據權利要求1所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，射出顯示元件的電子影像形成光束通過目鏡窗保持部的外側。
17.根據權利要求1所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，具有對顯示元件進行照明的照明用光源，該光源由熒光樹脂棒構成。
18.根據權利要求17所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，熒光樹脂棒的朝向與顯示面板相反側的端面經過了鏡面涂層處理或者形成為角隅棱鏡形狀。
19.根據權利要求17所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，在熒光樹脂棒的側面不入射外界光側的側面上配置有反射鏡。
20.根據權利要求1至19中任一項所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，通過使用者的眼睛和目鏡窗之間的位置關系，眼睛的視軸不與目鏡窗重合，目鏡窗的主光線入射進瞳孔徑內。
21.根據權利要求1所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，構成目鏡窗保持部的部件是目鏡窗側細、顯示元件側粗的錐形結構的部件。
22.根據權利要求1所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，通過目鏡窗保持部和目鏡窗觀察通過光纖像導傳送顯示元件的影像而形成的二次影像。
23.根據權利要求22所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，作為光纖像導使用不規則地排列的加密光纖像導，與該加密光纖像導相對應地，在顯示元件上顯示影像，以能夠作為影像觀察到二次影像。
24.根據權利要求22所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，使得入射側和出射側的光纖像導的各像素的間距不同，以使得通過光纖像導傳送的二次影像尺寸比顯示元件上的影像尺寸小。
25.根據權利要求1至24中任一項所述的頭部佩戴型圖像顯示裝置，其特征在于，包含顯示元件的顯示部、目鏡窗保持部、目鏡光學系統和目鏡窗內置于眼鏡框中。
全文摘要
本發明提供一種頭部佩戴型圖像顯示裝置。本發明涉及具有環視和透視功能且小型、輕量，外界視野大、低耗電且電子像的亮度高，易于使用的頭部佩戴型圖像顯示裝置，由顯示元件、目鏡光學系統、目鏡窗、目鏡窗保持部(2)、框體、以及用于將這些全部固定在使用者頭部(M)的支持部(10)構成的頭部佩戴型圖像顯示裝置(1)，框體覆蓋顯示元件，目鏡窗保持部(2)將目鏡窗保持在使用者的視野內，目鏡光學系統形成顯示元件顯示的顯示圖像的虛像，目鏡窗是向使用者的眼睛射出形成該虛像的光束的窗，構成目鏡窗保持部(2)的部件在從所述目鏡窗朝向根部10mm以上的范圍內，除了一部分的突起，在該使用者的視軸方向上的投影截面的寬度在4mm以下，具有環視功能。
文檔編號G02B6/04GK1957284SQ200580015910
公開日2007年5月2日 申請日期2005年2月22日 優先權日2004年5月17日
發明者杉原良平, 井場陽一 申請人:奧林巴斯株式會社