JP3758280B2 - Head-mounted display device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示素子で形成した画像を虚像拡大して視認する頭部装着型表示装置に関し、特にパーソナルコンピューターや携帯端末等のディスプレイとして使用する際の回路構成及び配置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、映像及びデータディスプレイの携帯性を高めるという要請に応えるため、さまざまな頭部装着型表示装置(HMD)が提案されている。従来の頭部装着型表示装置としては、例えば特開平8-237575号公報に記載の頭部装着型映像表示装置が知られている。以下、図11と図12を用いてその詳細を説明する。
【0003】
図11において、表示すべき画像情報は、ビデオ等の映像再生装置(501)から使用者(502)の頭部に装着した保持手段一体型HMD(503)の電気回路(504)に一端送られる。電気回路(504)は、液晶表示素子に映像を表示するための全ての処理が行われる。該電気回路(504)で処理された信号は、配線(505)と保持手段である帽子のひさし(506)部に設けたれたコネクタ(507)により表示部(508)に伝送される。
【0004】
図12は代表的な表示部(508)を説明するための図であり、上記表示部(508)の構成部品とは完全には一致していない。少なくとも、液晶パネル(511)、光源(512)、レンズ(513)、ミラー(514)が設けられ、液晶パネル(511)に表示された画像情報は、ミラー(514)を介してレンズ(513)に投影され、該レンズ(513)により虚像として拡大表示(515)され、使用者の眼(516)に映し出される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のHMDでは、信号源から送られてきた画像情報が電気回路において全て処理されるため、装置本体内の回路部の小型化が不可能である。更に、表示部に伝送する信号数が多いため、配線ケーブルがまとまらずに装着感を損ねる結果につながっている。
【0006】
更に、回路部から出力される信号が液晶パネルに直接印加されるため、大振幅信号で伝送されており、伝送時のパワーやノイズの混入等の点からノイズが無く低パワーな駆動回路・表示を実現することが難しい。特に、信号源がパソコンや携帯端末用の画像データを表示する場合には、NTSC方式の映像信号の動作周波数の何倍も高速で処理する必要があるため、ノイズの影響による拡大虚像の表示品質の劣化が著しい。
【0007】
また、帽子状の保持手段と表示部との接続部が、送られて来た画像信号を表示部に伝送するコネクタにより構成されているため、コネクタ部における断線・接触不良等が発生する恐れがある。
【0008】
帽子状の支持手段を使用者の頭の大きさに応じて交換するという実施例においては、信号源から送られて来た画像情報を入力するためのインターフェース部が重要になるにも拘わらず、詳細な説明が無く不明確であった。
【0009】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的とするところは、第一にノイズが無く鮮明な表示を確保しつつ低パワーを実現する事、第二に重量バランスに優れ、作業性・安全性に富んだHMDを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の頭部装着型表示装置は、画像表示素子と該画像表示素子により形成した画像を拡大する為の拡大光学系から成る光学ユニットと、該光学ユニットを使用者の頭部前方に固定する保持手段と、画像表示素子に画像信号を表示する為の処理を行う画像処理回路とから構成される頭部装着型表示装置において、画像処理回路は、保持手段の後頭部付近に低電圧系回路、光学ユニット内に高電圧系回路がそれぞれ分離配置され、低電圧系回路と高電圧系回路とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【0011】
上記構成によれば、装置本体に搭載する回路において、低電圧系回路の出力信号数に対する液晶パネルへ出力する高電圧系回路の出力数は、低電圧系の略倍であるため、低電圧系回路を後頭部に、液晶パネル直前に高電圧系回路をそれぞれ分離配置することによって、低電圧系回路から高電圧系回路へ信号を伝送するためのケーブル数を削減することができる。従って、伝送ケーブル自体の極細化が可能であり、スペース効率も向上するため、小型で軽量なHMDが実現できる。更に、電圧レベルに応じて回路を分離配置することで、各回路間のノイズの混入が防止できるため、ノイズが無く鮮明な表示を提供できる。また、顔面側に配置した回路規模を後頭部付近の回路規模に比べて抑える事が可能になり、装置本体装着時に使用者の顔面側に極端に掛かる重量が無く、重量バランスが良く装着ズレが発生しないため、使用者は疲労を感じること無く作業できる。
【0012】
請求項2記載の頭部装着型表示装置は、低電圧系回路は、信号源から入力される前記画像信号と、画面の水平・垂直表示位置を決定する同期信号を処理するための駆動電圧が5V以下であり、高電圧系回路は、低電圧系回路以外の電圧、つまり5V以上の駆動電圧で処理される回路であることを特徴とする。
【0013】
上記構成によれば、低電圧系回路で処理される電圧レベルが5V以下であれば、従来から知られるTTLやCMOS等の電圧レベルはもちろんの事、最近提唱され始めたLVDS(Low Voltage Differential Signaling)の動作電圧も包括しているため、あらゆる信号源に対応可能である。さらに高電圧系回路に関しては、任意の液晶パネルに応じた高電圧出力を設定する事が可能となり、パワーロスが少なく汎用性に富んだHMDが実現できる。
【0014】
請求項3記載の頭部装着型表示装置は、高電圧系回路は、低電圧系回路で作成された画像信号の時間伸長した変調信号を増幅するためのバッファアンプと、液晶パネルを駆動するためのクロックパルスを変換、増幅するためのレベルシフト回路とから構成されることを特徴とする
上記構成によれば、画像信号が入力されてから液晶パネルに印加されるまでの画像信号処理の内、高電圧系回路で処理される構成要素を全て出力直前にまとめることができるため、それまでの処理を全て低電圧で行う事が可能になり、消費電力を抑えることができる。また、顔面側に配置する回路を後頭部付近の回路に比べて小さくできるため、装置本体装着時の重量バランスが良く、装着ズレが発生しないため、使用者は疲労を感じること無く作業できる。
【0015】
請求項4記載の頭部装着型表示装置は、高電圧系回路が、変調信号を作成するための周波数変換手段を更に有することを特徴とする。
【0016】
上記構成によれば、低電圧系回路から高電圧系回路へ伝送するためのケーブル数が更に削減できるため、スペース効率が向上し、小型でコンパクトなHMDが実現できる。
【0017】
請求項5記載の頭部装着型表示装置は、保持手段の後頭部付近に、ACアダプタまたは外部の信号源で作成される外部電源、もしくは電池等の電力源から供給される電力を画像処理回路で使用可能な電圧に変換するための電源回路を更に有することを特徴とする。
【0018】
上記構成によれば、外部もしくは内部から供給する電力として、単一の電力のみ供給すれば良い為、供給電力(電圧)さえ満たせば汎用の電池またはACアダプタ等の簡単に入手可能なデバイスが使用可能であり、汎用性に富んだHMDが提供できる。さらに、電力源が外部もしくは内部の何れに配置されていても良いため、利便性・携帯性に富む。
【0019】
請求項6記載の頭部装着型表示装置は、電源回路は、シールド構造を有し、かつ該電源回路と低電圧系回路とが分離配置され、かつ互いに電気的に接続されていることを特徴とする。
【0020】
上記構成によれば、電源回路をシールドする事と、画像処理回路と電源回路を分離配置する事から、電源回路から画像処理回路へのノイズ混入が抑えられる。さらに、装置本体から外部に飛び出す恐れのある電磁波をカットできるため、人体にも医療機器や飛行機等の微弱な電波に弱い周辺機器に対しても安全である。
【0021】
請求項7記載の頭部装着型表示装置は、画像処理回路に電力を供給するための内部電池が、保持手段の側頭部付近に配置されたことを特徴とする。
【0022】
上記構成によれば、頭部の重心に比較的近く、かつHMDにおける突出量の最も少ない場所である側頭部付近に電池を配置することで、システムの長時間稼動時間に必要な電池を装置本体内に収納しても、装着時の重量バランスに与える影響が少なく、小型なHMDが実現できる。また、無線インターフェースに対しても、電池を内蔵したことで外部からの電力供給用ケーブルが不要になるため、ケーブルが無く作業性に優れたHMDが実現できる。
【0023】
請求項8記載の頭部装着型表示装置は、内部電池を保持手段に沿って移動するためのガイド機構を有することを特徴とする。
【0024】
上記構成によれば、電源回路までの距離を短くすることも可能なため、ノイズ対策として有効である。更に、内部電池の大きさや形状・重量に応じて、かつ使用者の頭部形状に応じて装着位置を変更することで、より装着バランスに優れ、違和感無く作業できる。
【0025】
請求項9記載の頭部装着型表示装置は、画像信号及び画面の水平・垂直表示位置を決定する同期信号を入力するための信号源と、該信号源と低電圧系回路とを電気的に接続するためのコネクタが、保持手段の後頭部付近に配置されたことを特徴とする。
【0026】
上記構成によれば、入力した信号の処理ルートに沿った配置であるため、配線の無駄が無く、スペース効率に優れたHMDを実現できる。また、使用者の作業の最も邪魔にならない背後中央に接続コネクタを配置することで、安全性・作業性が向上する。更に、装置本体の左右バランスがずれることも無いため、装着ずれにより感じる疲労感を抑えることもできる。
【0027】
請求項10記載の頭部装着型表示装置は、コネクタは、保持手段内部で少なくとも一本の中継ケーブルにより低電圧系回路と電気的に接続され、かつコネクタの接続方向が変化するように保持されたことを特徴とする。
【0028】
上記構成によれば、コネクタが入力回路にダイレクトに接続されていないため、入力ケーブルの入力方向に応じて中継ケーブルの配線分だけフレキシブルに動くことができ、コネクタやケーブルにかかるストレスが解消でき、接続不良を起こす心配もないため安全である。また、使用者が誤ってケーブルを引っかけて引っ張り力がコネクタに働いた場合でも、入力ケーブルの方向に応じてコネクタの接続方向が変わり、コネクタ自体が外れ易くなるため、使用者が装置本体を装着したまま引っ張られて怪我をする心配が無く安全である。
【0029】
請求項11記載の頭部装着型表示装置は、画像信号及び画面の水平・垂直表示位置を決定する同期信号を入力するための信号源と、該信号源とは独立したACアダプターまたは電池等の電力源と、信号源と低電圧系回路とを電気的に接続するためのコネクタと、該コネクタの接続状態を検出するためのセンサーと、電力供給をコントロールするための制御回路を有し、
コネクタが非接続状態であるとセンサーが判断した場合、電力源からの出力を制御回路により停止させることを特徴とする。
【0030】
上記構成によれば、装置本体に入力する画像・同期信号と同一のケーブルにより電力が供給されない場合、つまり電力源が独立している場合でも、コネクタが外れて入力信号が無いにも拘わらず画像処理回路が動作し続ける事を防止するための処理が、コネクタの接続状態を検出するだけで可能なため、内部回路の保護と電池寿命を長く維持できる。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0032】
(第一の形態)
図1から図4は、本発明の第一の形態における頭部装着型表示装置の回路配置と構成を表し、図1が装置本体の模式的外形透視図、図2と図4が回路構成図、図3が周波数変換手段を説明するタイミングチャート図である。
【0033】
図1において、HMDは、保持手段(1)と光学ユニット(8)により構成され、使用者(2)の頭部に固定される。光学ユニット(8)は、例えば液晶パネル(3)と該液晶パネル(3)を後方から照射するためのバックライト(4)から成る画像表示素子(5)と、反射ミラー(6)、拡大光学手段であるレンズ(7)から構成され、ヒンジ手段(9)によって保持手段(1)に固定される。更に、光学ユニット(8)には、使用者(2)に応じて眼幅方向に左右移動できる機構、俯角調整機構、視度調整機構が付加されている。以上の調整後、使用者(2)は光学ユニット(8)で形成された拡大虚像を前方視野内で視認することが出来る。
【0034】
尚、光学ユニット(8)の構成は、上述の屈折光学系に限らず、反射光学系でもシースルー光学系を使用しても構わない。さらに、光学ユニット(8)は、単眼視用に1つだけ設けた構成でも良い。また、本実施例中には図示しないが、使用者(2)の頭部形状・サイズに応じて保持手段(1)の保持力を調整するための調整機構を有していても良い。
【0035】
装置本体内に収納される画像処理回路は、低電圧系回路(10)と高電圧系回路(11)とから構成され、保持手段(1)の後頭部中央付近に低電圧系回路(10)が、光学ユニット(8)内に高電圧系回路(11)がそれぞれ配置されており、使用者(2)の側頭部付近を通る保持手段(2)の内部もしくは外部に両回路を電気的に接続するための伝送ケーブル(12)が設けられている。本実施例では、伝送ケーブル(12)を保持手段(1)の内部に通し、両眼視用に左右別々に配置した例を示す。
【0036】
図2は、上述した画像処理回路の回路構成を説明するものである。
【0037】
以下で説明する画像情報とは、パソコンや携帯端末等で使用されているVGA(ビデオグラフィックアダプタ)やS−VGA等のコンピュータ用データ画像であり、その動作周波数は25MHzから30MHzとNTSC方式のテレビ信号(4.3MHz)に比べて高速である。
【0038】
信号源(20)から入力されたアナログRGBの画像信号(200)は、前処理回路(21)においてバッファアンプ・クランプ・ガンマ補正等の入力処理された第一画像信号(201)に変換され、液晶パネル駆動用の極性が反転した交番信号(202)を極性反転回路(22)で作成後、該極性反転信号(202)の時間伸長を行うための周波数変換手段(23)に入力される。
【0039】
ここで、入力された極性反転信号(202)の周波数帯域は上述したように25MHzと高速であるのに対して、液晶パネル(3)の動作周波数はNTSC方式テレビ信号と同程度の数MHzしか持ってないのが現状である。そのため、画像信号(200)の周波数帯域を液晶パネル(3)の動作周波数を満たすレベルの周波数まで変換する必要があり、その処理を行うのが周波数変換手段(23)である。
【0040】
該周波数変換手段(23)を構成しているサンプルホールド回路に入力された画像信号は、図3に示すようにシリアルーパラレル変換されて、等価的に画像信号の周波数を1/nまで下げられる。この変換数nは、液晶パネルの動作周波数をfLCD、画像信号の動作周波数(DOTCLK)をfとすると、以下の式から導かれる。
【0041】
n ≧ f / fLCD
例えば、DOTCLK=25MHz・fLCD=5MHzの場合にはn≧5であり、RGB3色で入力される画像信号に対応させるために3の倍数であるn=6に設定すれば良い。同様に、 fLCD=6.25MHzの場合、 n≧4であれば良い。
【0042】
以上の全処理を行う低電圧系回路(10)が、保持手段(1)の後頭部に配置された画像処理回路を構成している。ここで、低電圧系回路の動作電圧を5V以下に設定すれば、従来から知られるTTLやCMOS等の電圧レベルはもちろんの事、最近提唱され始めたLVDS(Low Voltage Differential Signaling)の動作電圧も包括しているため、現状考えられるあらゆる信号源からの入力に対応可能になる。
【0043】
また、液晶パネル(3)の動作電圧は、各液晶パネルによってまちまちであるが、液晶のスレッショルドカーブやコントラスト比・トランジスタ特性など様々な問題から、15Vや25V程度の高電圧を印加する必要がある。そこで、高電圧系の駆動電圧に関しても、各液晶パネルに応じてレベルシフト回路の動作電圧を設定すればパワーロスが無く、任意の液晶パネルが使用できるため、汎用性に富んだHMDが実現できる。
【0044】
ここでは、周波数変換信号(203)を液晶パネル印加に必要な電圧レベルに増幅するためのバッファアンプ(24)が、液晶パネル(3)に信号を出力する直前に高電圧系回路(11)としてまとめて構成・配置したため、それ以前の処理を全て低電圧レベルで処理する事ができるため、消費電力を抑えることが可能になる。
【0045】
一方、同期信号(204)は入力バッファ(25)処理された後、同期制御用のPLL回路(26)に送られ、パネル駆動基本CLK作成回路(27)で液晶パネル(3)を駆動するための基本クロック(205)が作成される。この基本クロック(205)は、レベルシフト回路(28)において、実際に液晶パネルを駆動するための駆動クロック(206)に変換され、前述した周波数変換信号(203)と同様に、液晶パネル印加用の高電圧レベルに増幅される。
【0046】
さらに、液晶パネル(3)を照射するバックライト(B/L)(4)を駆動するためのパルス(207)は、B/Lパルス作成回路(29)で作成され、合わせてB/L(4)の輝度コントロールも行う。
【0047】
また、信号源(20)もしくは別電源により画像処理回路に供給されるPOWER(208)は、電源回路(30)において上記画像処理回路で使用される駆動電圧に変換され、低電圧系回路(10)と高電圧系回路(11)にそれぞれ送られる。
【0048】
図4は、図2における画像信号(200)の周波数変換を行うための周波数変換手段(23)が、高電圧系回路(11)側に配置変更された事により、低電圧系回路から高電圧系回路へ信号を伝送するためのケーブル数が最小に抑えられるため、保持手段の内部にケーブルを通すための保持構造・スペースに左右されることが無く、小型でコンパクトなHMDが実現可能である。
【0049】
本実施の形態によれば、画像処理回路を後頭部と光学ユニット内に別々に配置したことで、低電圧系回路から高電圧系回路へ伝送するためのケーブル数が削減でき、伝送ケーブル自体を極細化できるため、保持手段内部のスペースを効率良く使用でき、小型・軽量なHMDが実現できる。更に、電圧レベルに応じて回路を分離配置したため、各回路間のノイズの混入が防止でき、ノイズレスで鮮明な表示が提供できる。また、顔面側に配置した回路規模を抑えたことで、装置本体装着時に使用者の顔面側に極端に掛かる重量が無く、重量バランスが良く装着ズレが発生しないため、使用者は疲労を感じること無く作業できる。
【0050】
(第二の形態)
図5から図8は、本発明の第二の形態における頭部装着型表示装置の電源回路を表し、図5が電力源から供給された電力を画像処理回路で使用する電圧に変換する電源回路の回路ブロック図、図6が電源回路の配置図、図7が内部電池を収納した装置本体の模式的外形透視図、図8が内部電池の配置位置を変えた装置本体の模式的外形透視図である。尚、第一の形態と同様な部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【0051】
図5(a)において、内部電池(41)または外部電池(42)から成る可変電力源(43)と、ACアダプタ(44)または信号源で作成された電力(45)から成る固定電力源(46)等から構成された複数の電力源は、使用環境に応じて使用者が任意に選択可能である。一度に2つ以上の電力源が接続された場合には、切り替え手段(47)により1つの電力源を選択後、画像処理回路で使用する電圧レベルに電源回路(30)で変換して出力する。ここでは、アナログ5Vとデジタル5Vの他に高電圧の15Vを出力する例を示す。
【0052】
図5(b)は、上記切り替え手段(47)を説明するものであり、可変電力源(43)と固定電力源(46)を電力源とする場合、固定電力源(46)を優先使用する。
【0053】
固定電力源(46)から供給される電力は電圧値が固定であるため、該電圧値を確認する必要が無く、電力の有無を検出するための第一and回路(48)の出力(210)により第一SW(49)をコントロールして、電力供給の制御を行っている。
【0054】
一方、可変電力源(43)から供給される電力は、その電圧値や電流容量といった変動量をチェックするためにコンパレータ(50)に入力される。設定値(Vref)以上の電圧残量が確認された場合に限り、コンパレータ(50)の出力(211)と次段の第二and回路(51)の出力(212)とがhighになる。上記固定電力源(46)の存在が認められない、つまり第一and回路(48)の出力(210)がlowの場合、not回路(52)の出力(213)はhighになり、第三and回路(53)の出力(214)がhighになるため、第二SW(54)がonされて可変電力源(43)から電源回路(30)に電力が供給される。
【0055】
以上のように電源回路を装置本体内に配置した事で、外部もしくは内部から供給する電力として、単一の電圧のみ供給すれば良い為、供給電力(電圧)さえ満たせば汎用の電池またはACアダプタ等の簡単に入手可能なデバイスが使用可能であり、汎用性に富んだHMDが提供できる。更に電力源が、外部もしくは内部の何れに配置されていても良いため、利便性・携帯性に富む。
【0056】
また、電源回路に入力する電圧値(+V)が任意な電圧値である場合でも、まず入力段において入力電圧に左右されない固定電圧に一端変換するための電圧変換回路を設ける事で、画像処理回路で必要な任意の電圧を作成する為の回路が汎用のDC/DCコンバータで構成できるため、低コストで簡単に実現できる。
【0057】
図6は、保持手段(1)の後頭部付近に配置された低電圧系回路(10)と電源回路(30)の配置に関して説明する図であり、図6(a)は低電圧系回路基板(61)と電源回路基板(62)がそれぞれ独立に構成されていて、お互いがケーブル(63)またはフレキシブルなフラットケーブルにより電気的に結合されている。図6(b)は、同一基板(64)上にそれぞれの回路領域(低電圧系回路領域が64-ア、電源回路領域が64-イ)によって構成され、その境界領域における伝達配線以外は電気的に分離されている。図6(c)は電源回路基板(62)が上側、低電圧系回路基板(61)が下側にそれぞれ配置されており、後頭部に配置する回路規模の奥行きもしくは幅を狭める事ができ、図中では奥行きを狭めたものを示す。但し、上記図6(a)から図6(c)の何れにおいても、基板の配置方法は任意に変更でき、保持手段を構成する形状に応じて任意に配置することが可能である。
【0058】
更に上記電源回路(30)において、基板(62)の部品面上側がメタルケース(65)によりシールドされ、かつ反部品面側をスルーホールの無い完全なベタGNDパターンにより形成することにより電源回路から画像処理回路へのノイズ混入が抑えられ、装置本体から外部に飛び出す恐れのある電磁波もカットできるため、医療機器や飛行機等の微弱な電波に弱い周辺機器や人体に対しても安全に使用できる。
【0059】
図7において、保持手段(1)の側頭部付近に内部電池(71)を有する点が図1と違う点である。図7(a)が側面、図7(b)が頭上から見た場合の透視図である。図7(b)に示すように、左右均等な重量バランスを確保するために、内部電池(71)を保持手段(1)の側頭部付近の外側に設けたハウジング(72)内で、左右それぞれ電極(73)にセットすることで、伝送ケーブル(12)と平行して走る電源ケーブル(74)により後頭部付近に配置した電源回路(30)に電力を供給する。
【0060】
図8は、上記内部電池(71)の取り付け位置が、保持手段(1)の水平方向に沿って任意な位置に変更可能な構造を説明する図である。図8(a)は、頭上から見たときの透視図であり、図7(a)と比べて後頭部側に移動して配置されている。ここでは図示しないが、上記低電圧系回路(10)及び電源回路(30)を合わせて収納するための回路収納部(75)も同様に移動可能な構造をとっても良い。その場合には、回路収納部(75)の移動方向とは反対側に内部電池(71)を一つだけ収納配置すれば、重量バランスを取る事ができる。
【0061】
上記構成によれば、頭部の重心に比較的近く、かつHMDにおける突出量の最も少ない場所である側頭部付近に電池を配置することで、システムの長時間稼動時間に必要な電池を装置本体内に収納しても、装着時の重量バランスに与える影響が少なく、小型なHMDが実現できる。また、無線インターフェースに対しても、電池を内蔵したことで外部からの電力供給用ケーブルが不要になるため、ケーブルが無く作業性に優れたHMDが実現できる。
【0062】
図8(b)は、保持手段(1)に設けられたガイドの構造を表し、内部電池(71)を収納したハウジング(72)が取り付けられているガイド支持(76)が保持手段内部のガイドレール(77)に沿って移動するものである。電源ケーブル(74)や伝送ケーブル(12)は、保持手段(1)の内側でハウジング(72)側に設けられた溝(78)に沿って配線される。
【0063】
このように電池の配置位置を変更すれば、電源回路までの距離を短くすることも可能なため、ノイズ対策として有効である。更に、内部電池の大きさや形状・重量に応じて、または使用者の頭部形状に応じて電池の装着位置を変更することで、より装着バランスに優れ、違和感無く作業ができる。
【0064】
(第三の形態)
図9と図10は、本発明の第三の形態における頭部装着型表示装置のインターフェースを説明し、図9が入力コネクタの構成図、図10が入力コネクタの接続に応じて電力供給を制御する回路のブロック図である。尚、第一の形態と同様な部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【0065】
図9は、図1または図7に記載の後頭部に配置した低電圧系回路と信号源との入力インターフェースを表す図である。
【0066】
信号源(20)から信号を伝達する為の入力ケーブル(91)は入力コネクタ(92)の雄側(ア)と接続されていて、後頭部に配置される回路を収納するための回路収納部(75)の略中央に設けられた接続窓付近で入力コネクタ(92)の雌側(イ)と接続される。該雌コネクタ(92-ア)は、中継ケーブル(93)によって電気的に低電圧系回路(10)と接続されており、図9(a)のように直接入力するタイプでも良し、低電圧系回路(10)への入力部がコネクタ(95)であっても良い。図9(b)のように、低電圧系回路(10)への入力部を保護する意味で、中継ケーブル(93)の途中で一端スリット(94)を通しても良い。
【0067】
上記構成によれば、入力信号の処理ルートに沿った配置であるため、配線・スペース効率に優れたHMDが実現できる。また、使用者の作業において最も邪魔にならない場所であるため、安全性・作業性も向上し、装置本体の左右・前後バランスに富んでいて、装着ずれによる疲労感を極力抑えることもできる。
【0068】
更に、入力コネクタの雌側が低電圧系回路に直接に接続されていないため、入力ケーブルの入力方向に応じて中継ケーブルの配線分だけフレキシブルに動くことができ、コネクタやケーブルにかかるストレスが解消でき、接続不良を起こす心配もないため安全である。
【0069】
回路収納部(75)の略中央付近に設けられた接続窓(96)は、入力ケーブル(91)が任意の方向に向いた場合でも無理なく追従できるように、上下左右に余裕を持った窓が設けられているため、使用者が誤ってケーブルを引っかけた場合でも、入力ケーブルの方向に応じてコネクタの接続方向が変わり、コネクタ自体が外れ安くなるため、使用者が装置本体を装着したまま引っ張られて怪我をする心配が無く安全である。
【0070】
図10は、信号源(20)から入力される信号とは独立して電力源(101)が設けられている場合、入力信号が無いにも拘わらず電力だけが供給されることを防止するための制御システムを説明するためのものである。
【0071】
まず、信号源(20)からの入力信号をチェックするために、入力コネクタ(92)の接続部にセンサー(102)を設け、接続が確認された場合にはそのまま画像・同期信号を低電圧系回路(10)へ、電力源(101)から供給される電力を電源回路(30)に伝送し、通常の処理が行われる。一方、入力コネクタ(92)が未接続であると判別した場合は、制御回路(103)で作成されたコントロール信号(220)により切り替えSW(104)を制御して、電力源(101)からの電力供給を停止させる。
【0072】
ここで説明する電力源(101)とは、上述したように内部電池(41)・外部電池(42)等の可変電力源(43)、もしくは固定電力源(46)である。何れの電力源(101)が接続された状態であっても、まずコンパレータ(105)により入力電圧値がチェックされ、チェック用電圧(Vref)の設定によってどんな電力源(101)にも対応可能である。コンパレータ(105)の出力(221)と、入力コネクタ(92)に設けたセンサー(102)の検出結果(222)とをand回路(106)に入力すれば、両入力ともhighの場合以外はand回路(106)の出力(220)がlowになり、切り替えSW(104)がoffしているため、入力コネクタ(92)が接続されていない状態では確実に電力供給を停止することができる。
【0073】
上記電力制御システムにより、コネクタが外れて入力信号が無いにも拘わらず画像処理回路が動作し続ける事を、コネクタの入力状態を検出するだけで防止できるため、簡単な構成で内部回路の保護と、電池駆動の場合には電池寿命を長く維持する事が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第一の形態における模式的外形図であり、(a)が側面透視図、(b)が頭上から見た透視図。
【図2】 本発明の第一の形態を表す回路構成図。
【図3】 本発明の第一の形態における周波数変換手段を説明するためのタイミングチャート。
【図4】 本発明の第一の形態を表す回路構成図。
【図5】 本発明の第二の形態における電源回路の構成図であり、(a)が回路ブロック図、(b)が切り替え手段の構成図。
【図6】 本発明の第二の形態における電源回路と低電圧系回路の配置図。
【図7】 本発明の第二の形態における内部電池の収納を説明するための模式的外形図であり、(a)が側面透視図、(b)が頭上から見た透視図。
【図8】 本発明の第二の形態における内部電池の配置位置を説明するための模式的外形図であり、(a)が頭上から見た透視図、(b)が断面図。
【図9】 本発明の第三の形態における入力コネクタを説明するための構成図であり、(a)と(b)が側面透視図、(c)が背面図。
【図10】 本発明の第三の形態における入力コネクタの接続に応じて電力供給を制御するシステムを説明するための図であり、(a)が回路ブロック図、(b)が制御回路の構成図。
【図11】 従来の頭部装着型表示装置の装着状態を表す斜視図。
【図12】 従来の頭部装着型表示装置の光学ユニットを表す断面図。
【符号の説明】
1 保持手段
2 使用者
3 液晶パネル
4 バックライト
5 画像表示素子
6 ミラー
7 レンズ
8 光学ユニット
9 ヒンジ
10 低電圧系回路
11 高電圧系回路
12伝送ケーブル
20 信号源
21 前処理回路
22 極性反転回路
23 周波数変換手段
24 バッファアンプ
25 同期信号バッファ
26 PLL回路
27 パネル基本CLK作成回路
28 L/S回路
29 B/Lパルス作成回路
30 電源回路
41 内部電池
42 外部電池
43 可変電力源
44 ACアダプタ
45 信号源電力
46 固定電力源
47 切り替え手段
48 第一and回路
49 第一SW
50 コンパレータ
51 第二and回路
52 not回路
53 第三and回路
54 第二SW
61 低電圧系回路基板
62 電源回路基板
63 ケーブル
64 同一回路基板
65 メタルケース
71 電池
72 ハウジング
73 電極
74 電源ケーブル
75 回路収納部
76 ガイド支持
77 ガイドレール
78 溝
91 入力ケーブル
92 入力コネクタ
93 中継ケーブル
94 スリット
95 コネクタ
96 接続窓
101 電力源
102 センサー
103 制御回路
104 切り替えSW
105 コンパレータ
106 and回路
200 画像信号
201 第一画像信号
202 極性反転信号
203 周波数変換信号
204 同期信号
205 基本クロック
206 駆動クロック
207 バックライトパルス
208 POWER
210 第一and回路出力
211 コンパレータ出力
212 第二and回路出力
213 not回路出力
214 第三and回路出力
220 コントロール信号
221 コンパレータ出力
222 センサー出力
501 映像再生装置
502 使用者
503 保持手段一体型HMD
504 電気回路
505 配線
506 ひさし部
507 コネクタ
508 表示部
511 液晶パネル
512 光源
513 レンズ
514 ミラー
515 拡大表示
516 使用者の眼
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a head-mounted display device that visually recognizes an image formed by an image display element by enlarging a virtual image, and particularly relates to a circuit configuration and arrangement when used as a display of a personal computer, a portable terminal, or the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, various head-mounted display devices (HMDs) have been proposed in order to meet the demand for improving the portability of video and data displays. As a conventional head-mounted display device, for example, a head-mounted image display device described in JP-A-8-237575 is known. Details will be described below with reference to FIGS. 11 and 12.
[0003]
In FIG. 11, the image information to be displayed is sent from the video reproduction device (501) such as video to the electric circuit (504) of the holding means integrated HMD (503) mounted on the head of the user (502). . The electric circuit (504) performs all processing for displaying an image on the liquid crystal display element. The signal processed by the electric circuit (504) is transmitted to the display unit (508) by the connector (507) provided on the eaves (506) unit of the cap (506) which is the wiring (505) and holding means.
[0004]
FIG. 12 is a diagram for explaining a typical display unit (508), and does not completely match the components of the display unit (508). At least a liquid crystal panel (511), a light source (512), a lens (513), and a mirror (514) are provided, and image information displayed on the liquid crystal panel (511) is transmitted to the lens (513) via the mirror (514). The image is magnified and displayed as a virtual image (515) by the lens (513), and is projected on the user's eye (516).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the HMD described above, since all the image information sent from the signal source is processed in the electric circuit, it is impossible to reduce the size of the circuit unit in the apparatus main body. Furthermore, since the number of signals transmitted to the display unit is large, the wiring cable is not gathered, leading to a result of impairing the mounting feeling.
[0006]
In addition, since the signal output from the circuit section is directly applied to the liquid crystal panel, it is transmitted as a large amplitude signal, and there is no noise and low power drive circuit / display due to power and noise mixing during transmission. Is difficult to realize. In particular, when the signal source displays image data for a personal computer or a portable terminal, it is necessary to process many times the operating frequency of the NTSC video signal. The deterioration of the is remarkable.
[0007]
In addition, since the connection part between the cap-shaped holding means and the display part is constituted by a connector that transmits the image signal sent to the display part, there is a risk of disconnection, poor contact, etc. in the connector part. is there.
[0008]
In the embodiment in which the hat-shaped support means is exchanged according to the size of the user's head, the interface unit for inputting the image information sent from the signal source becomes important. There was no detailed explanation and it was unclear.
[0009]
The present invention is for solving the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to realize low power while ensuring a clear display without noise first, and secondly with excellent weight balance, It is to provide an HMD that is rich in workability and safety.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The head-mounted display device according to claim 1 is an optical unit comprising an image display element and a magnifying optical system for enlarging an image formed by the image display element, and the optical unit is placed in front of the user's head. In a head-mounted display device comprising a holding means for fixing and an image processing circuit for performing processing for displaying an image signal on an image display element, the image processing circuit is connected to a low voltage system near the back of the holding means. A high voltage system circuit is separately arranged in the circuit and the optical unit, and the low voltage system circuit and the high voltage system circuit are electrically connected.
[0011]
According to the above configuration, in the circuit mounted on the apparatus main body, the number of outputs of the high voltage system circuit output to the liquid crystal panel with respect to the number of output signals of the low voltage system circuit is approximately double that of the low voltage system. The number of cables for transmitting signals from the low voltage system circuit to the high voltage system circuit can be reduced by separately arranging the high voltage system circuit at the back of the circuit and immediately before the liquid crystal panel. Accordingly, the transmission cable itself can be made very thin and space efficiency can be improved, so that a small and lightweight HMD can be realized. Furthermore, by arranging the circuits separately according to the voltage level, it is possible to prevent noise from being mixed between the circuits, so that a clear display without noise can be provided. In addition, the circuit scale placed on the face side can be reduced compared to the circuit scale near the back of the head, and there is no weight on the face of the user when the device is mounted, resulting in a good weight balance and misalignment. Therefore, the user can work without feeling tired.
[0012]
The head-mounted display device according to claim 2, wherein the low voltage system circuit has a drive voltage for processing the image signal input from the signal source and a synchronization signal for determining a horizontal / vertical display position of the screen. The high voltage system circuit is a circuit that is processed with a voltage other than the low voltage system circuit, that is, a drive voltage of 5 V or more.
[0013]
According to the above configuration, if the voltage level processed by the low voltage system circuit is 5 V or less, the LVDS (Low Voltage Differential Signaling) which has recently been proposed, as well as the voltage levels of TTL, CMOS, etc. which are conventionally known. ) Is also included, so it can be applied to any signal source. Furthermore, with regard to the high voltage system circuit, it is possible to set a high voltage output corresponding to an arbitrary liquid crystal panel, and an HMD having a low power loss and high versatility can be realized.
[0014]
4. The head-mounted display device according to claim 3, wherein the high voltage system circuit drives a liquid crystal panel and a buffer amplifier for amplifying the modulation signal obtained by extending the time of the image signal generated by the low voltage system circuit. And a level shift circuit for converting and amplifying the clock pulse of
According to the above configuration, all the components processed by the high voltage system circuit can be gathered immediately before output from the image signal processing from when the image signal is input to when it is applied to the liquid crystal panel. It is possible to perform all of these processes at a low voltage, and power consumption can be suppressed. In addition, since the circuit arranged on the face side can be made smaller than the circuit near the back of the head, the weight balance when the apparatus main body is mounted is good, and the user can work without feeling tired because the wearing deviation does not occur.
[0015]
The head-mounted display device according to claim 4 is characterized in that the high-voltage system circuit further includes frequency conversion means for generating a modulation signal.
[0016]
According to the above configuration, since the number of cables for transmission from the low voltage system circuit to the high voltage system circuit can be further reduced, space efficiency is improved, and a small and compact HMD can be realized.
[0017]
According to a fifth aspect of the present invention, in the head mounted display device, power supplied from an AC power source or an external power source created by an external signal source or a power source such as a battery is supplied to the vicinity of the back of the holding means by an image processing circuit. It further has a power supply circuit for converting into a usable voltage.
[0018]
According to the above configuration, since only a single power needs to be supplied as the power supplied from the outside or the inside, a readily available device such as a general-purpose battery or an AC adapter is used as long as the supply power (voltage) is satisfied. It is possible to provide a versatile HMD. Furthermore, since the power source may be arranged either outside or inside, it is convenient and portable.
[0019]
The head-mounted display device according to claim 6, wherein the power supply circuit has a shield structure, and the power supply circuit and the low voltage system circuit are separately disposed and electrically connected to each other. And
[0020]
According to the above configuration, since the power supply circuit is shielded and the image processing circuit and the power supply circuit are separately arranged, noise from the power supply circuit to the image processing circuit can be suppressed. Furthermore, since electromagnetic waves that may jump out of the apparatus main body can be cut, it is safe for humans and peripheral devices that are weak against weak radio waves such as medical devices and airplanes.
[0021]
The head-mounted display device according to claim 7 is characterized in that an internal battery for supplying power to the image processing circuit is arranged near the side of the holding means.
[0022]
According to the above configuration, the battery is disposed near the side of the head which is relatively close to the center of gravity of the head and has the least amount of protrusion in the HMD, so that the battery required for a long operation time of the system is provided. Even if it is housed in the body, there is little influence on the weight balance at the time of wearing, and a small HMD can be realized. In addition, since a battery is incorporated in the wireless interface, an external power supply cable is not required, so that an HMD having no cable and excellent workability can be realized.
[0023]
The head-mounted display device according to claim 8 has a guide mechanism for moving the internal battery along the holding means.
[0024]
According to the above configuration, the distance to the power supply circuit can be shortened, which is effective as a noise countermeasure. Furthermore, by changing the mounting position according to the size, shape, and weight of the internal battery and according to the shape of the user's head, the mounting balance can be improved and work can be performed without a sense of incongruity.
[0025]
A head-mounted display device according to claim 9, wherein a signal source for inputting an image signal and a synchronization signal for determining a horizontal / vertical display position of the screen, and the signal source and the low voltage system circuit are electrically connected. A connector for connection is arranged near the back of the holding means.
[0026]
According to the above configuration, since the arrangement is along the processing route of the input signal, there is no waste of wiring, and an HMD excellent in space efficiency can be realized. Moreover, safety and workability are improved by arranging the connection connector in the center of the back that does not disturb the user's work most. Furthermore, since the right / left balance of the apparatus main body does not shift, it is possible to suppress the feeling of fatigue caused by the mounting shift.
[0027]
The head-mounted display device according to claim 10, wherein the connector is electrically connected to the low voltage system circuit by at least one relay cable inside the holding means, and is held so that the connection direction of the connector changes. It is characterized by that.
[0028]
According to the above configuration, since the connector is not directly connected to the input circuit, it can move flexibly by the amount of the relay cable according to the input direction of the input cable, and the stress on the connector and the cable can be eliminated. It is safe because there is no fear of poor connection. Even if the user accidentally pulls the cable and the pulling force is applied to the connector, the connector connection direction changes according to the direction of the input cable, and the connector itself can be easily disconnected. It is safe without worrying about being injured.
[0029]
The head-mounted display device according to claim 11 includes a signal source for inputting an image signal and a synchronization signal for determining a horizontal / vertical display position of the screen, and an AC adapter or a battery independent of the signal source. A power source, a connector for electrically connecting the signal source and the low voltage system circuit, a sensor for detecting a connection state of the connector, and a control circuit for controlling power supply,
When the sensor determines that the connector is not connected, the output from the power source is stopped by the control circuit.
[0030]
According to the above configuration, even when the power is not supplied by the same cable as the image / synchronization signal input to the apparatus main body, that is, even when the power source is independent, the image is output even though the connector is disconnected and there is no input signal. Since the processing for preventing the processing circuit from continuing to operate can be performed only by detecting the connection state of the connector, the protection of the internal circuit and the battery life can be maintained for a long time.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0032]
(First form)
1 to 4 show the circuit arrangement and configuration of the head-mounted display device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a schematic external perspective view of the device main body, and FIGS. 2 and 4 are circuit configuration diagrams. FIG. 3 is a timing chart for explaining the frequency conversion means.
[0033]
In FIG. 1, the HMD includes a holding means (1) and an optical unit (8), and is fixed to the head of the user (2). The optical unit (8) includes, for example, an image display element (5) composed of a liquid crystal panel (3) and a backlight (4) for irradiating the liquid crystal panel (3) from the back, a reflection mirror (6), and a magnifying optical It comprises a lens (7) as means, and is fixed to the holding means (1) by hinge means (9). Furthermore, the optical unit (8) is provided with a mechanism capable of moving left and right in the eye width direction according to the user (2), a depression angle adjustment mechanism, and a diopter adjustment mechanism. After the above adjustment, the user (2) can visually recognize the enlarged virtual image formed by the optical unit (8) in the front visual field.
[0034]
The configuration of the optical unit (8) is not limited to the refractive optical system described above, and a reflective optical system or a see-through optical system may be used. Furthermore, only one optical unit (8) may be provided for monocular vision. Further, although not shown in the present embodiment, an adjustment mechanism for adjusting the holding force of the holding means (1) according to the shape and size of the head of the user (2) may be provided.
[0035]
The image processing circuit housed in the apparatus body is composed of a low voltage system circuit (10) and a high voltage system circuit (11), and the low voltage system circuit (10) is located near the center of the back of the holding means (1). The high voltage system circuit (11) is arranged in the optical unit (8), and both circuits are electrically connected to the inside of the holding means (2) passing near the temporal region of the user (2). A transmission cable (12) for connection is provided. In the present embodiment, an example is shown in which the transmission cable (12) is passed through the holding means (1) and arranged separately for left and right for binocular viewing.
[0036]
FIG. 2 illustrates the circuit configuration of the image processing circuit described above.
[0037]
The image information described below is a data image for a computer such as a VGA (video graphic adapter) or S-VGA used in a personal computer or a portable terminal, and its operating frequency is 25 MHz to 30 MHz and an NTSC television. It is faster than the signal (4.3 MHz).
[0038]
The analog RGB image signal (200) input from the signal source (20) is converted into a first image signal (201) subjected to input processing such as buffer amplifier / clamp / gamma correction in the preprocessing circuit (21), An alternating signal (202) with the polarity reversed for driving the liquid crystal panel is generated by the polarity inverting circuit (22) and then input to the frequency conversion means (23) for performing time extension of the polarity inverting signal (202).
[0039]
Here, while the frequency band of the input polarity inversion signal (202) is as high as 25 MHz as described above, the operating frequency of the liquid crystal panel (3) is only a few MHz that is the same as that of the NTSC system television signal. I don't have it now. Therefore, it is necessary to convert the frequency band of the image signal (200) to a level that satisfies the operating frequency of the liquid crystal panel (3), and the frequency conversion means (23) performs the processing.
[0040]
The image signal input to the sample-and-hold circuit constituting the frequency converting means (23) is serial-parallel converted as shown in FIG. 3, and the frequency of the image signal can be equivalently lowered to 1 / n. . This conversion number n is the frequency f of the liquid crystal panel.LCD, Set the image signal operating frequency (DOTCLK) to fsThen, it is derived from the following equation.
[0041]
n ≧ fs / FLCD
For example, DOTCLK = 25 MHz · fLCDWhen n = 5 MHz, n ≧ 5, and n = 6, which is a multiple of 3, may be set in order to correspond to image signals input in RGB three colors. Similarly, fLCDIn the case of = 6.25 MHz, it is sufficient if n ≧ 4.
[0042]
The low voltage system circuit (10) that performs all the above processes constitutes an image processing circuit disposed at the back of the holding means (1). Here, if the operating voltage of the low-voltage circuit is set to 5 V or less, the operating voltage of LVDS (Low Voltage Differential Signaling), which has recently been proposed, as well as the voltage levels of TTL, CMOS, etc. that have been conventionally known Because it is comprehensive, it can be used for input from any conceivable signal source.
[0043]
The operating voltage of the liquid crystal panel (3) varies depending on each liquid crystal panel, but it is necessary to apply a high voltage of about 15 V or 25 V due to various problems such as the threshold curve of the liquid crystal, contrast ratio, and transistor characteristics. . Therefore, regarding the high-voltage drive voltage, if the operating voltage of the level shift circuit is set in accordance with each liquid crystal panel, there is no power loss, and any liquid crystal panel can be used. Therefore, a versatile HMD can be realized.
[0044]
Here, the buffer amplifier (24) for amplifying the frequency conversion signal (203) to a voltage level necessary for liquid crystal panel application is used as a high voltage system circuit (11) immediately before outputting the signal to the liquid crystal panel (3). Since the configuration and arrangement are collectively performed, all the previous processing can be performed at a low voltage level, so that power consumption can be suppressed.
[0045]
On the other hand, the synchronization signal (204) is processed by the input buffer (25) and then sent to the PLL circuit (26) for synchronization control to drive the liquid crystal panel (3) by the panel drive basic CLK generation circuit (27). Basic clock (205) is generated. This basic clock (205) is converted into a drive clock (206) for actually driving the liquid crystal panel in the level shift circuit (28), and is applied to the liquid crystal panel in the same manner as the frequency conversion signal (203) described above. Is amplified to a high voltage level.
[0046]
Further, a pulse (207) for driving the backlight (B / L) (4) for irradiating the liquid crystal panel (3) is generated by a B / L pulse generating circuit (29), and combined with B / L ( Perform brightness control in 4).
[0047]
Further, the POWER (208) supplied to the image processing circuit by the signal source (20) or another power source is converted into a driving voltage used in the image processing circuit in the power source circuit (30), and the low voltage system circuit (10 ) And high voltage system circuit (11).
[0048]
FIG. 4 shows that the frequency conversion means (23) for performing the frequency conversion of the image signal (200) in FIG. 2 has been changed from the low voltage system circuit to the high voltage system circuit (11) side. Since the number of cables for transmitting signals to the system circuit is minimized, there is no influence on the holding structure / space for passing the cables through the holding means, and a small and compact HMD can be realized. .
[0049]
According to the present embodiment, the image processing circuit is separately arranged in the back of the head and the optical unit, so that the number of cables for transmission from the low voltage system circuit to the high voltage system circuit can be reduced, and the transmission cable itself is extremely fine. Therefore, the space inside the holding means can be used efficiently, and a small and lightweight HMD can be realized. Furthermore, since the circuits are separated and arranged according to the voltage level, it is possible to prevent noise from being mixed between the respective circuits and to provide a clear display without noise. In addition, by reducing the circuit scale placed on the face side, there is no excessive weight on the face side of the user when the device is mounted, the weight balance is good, and wearing misalignment does not occur, so the user feels tired You can work without it.
[0050]
(Second form)
5 to 8 show a power supply circuit of the head-mounted display device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5 shows a power supply circuit that converts the power supplied from the power source into a voltage used in the image processing circuit. 6 is a layout diagram of the power supply circuit, FIG. 7 is a schematic external perspective view of the apparatus main body containing the internal battery, and FIG. 8 is a schematic external perspective view of the apparatus main body in which the arrangement position of the internal battery is changed. It is. In addition, about the part similar to a 1st form, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
[0051]
In FIG. 5 (a), a variable power source (43) composed of an internal battery (41) or an external battery (42) and a fixed power source (45) created by an AC adapter (44) or a signal source (45). The plurality of power sources composed of 46) and the like can be arbitrarily selected by the user according to the use environment. When two or more power sources are connected at one time, one power source is selected by the switching means (47), then converted to a voltage level used in the image processing circuit by the power circuit (30) and output. . Here, an example in which high voltage 15V is output in addition to analog 5V and digital 5V is shown.
[0052]
FIG. 5B illustrates the switching means (47). When the variable power source (43) and the fixed power source (46) are used as power sources, the fixed power source (46) is preferentially used. .
[0053]
Since the voltage supplied from the fixed power source (46) has a fixed voltage value, there is no need to check the voltage value, and the output (210) of the first and circuit (48) for detecting the presence or absence of power Thus, the first SW (49) is controlled to control the power supply.
[0054]
On the other hand, the power supplied from the variable power source (43) is input to the comparator (50) in order to check the fluctuation amount such as the voltage value and the current capacity. Only when it is confirmed that the remaining voltage is equal to or higher than the set value (Vref), the output (211) of the comparator (50) and the output (212) of the second and circuit (51) at the next stage are high. When the presence of the fixed power source (46) is not recognized, that is, when the output (210) of the first and circuit (48) is low, the output (213) of the not circuit (52) becomes high, and the third and Since the output (214) of the circuit (53) becomes high, the second SW (54) is turned on, and power is supplied from the variable power source (43) to the power supply circuit (30).
[0055]
Since the power supply circuit is arranged in the main body of the device as described above, only a single voltage needs to be supplied as power supplied from the outside or inside. Therefore, a general-purpose battery or AC adapter can be used as long as supply power (voltage) is satisfied. A readily available device such as can be used, and a versatile HMD can be provided. Furthermore, since the power source may be arranged either outside or inside, it is convenient and portable.
[0056]
Further, even when the voltage value (+ V) input to the power supply circuit is an arbitrary voltage value, an image processing circuit is provided by first providing a voltage conversion circuit for once converting into a fixed voltage that does not depend on the input voltage in the input stage. Since a circuit for creating an arbitrary voltage required can be constituted by a general-purpose DC / DC converter, it can be easily realized at low cost.
[0057]
FIG. 6 is a diagram for explaining the arrangement of the low voltage system circuit (10) and the power supply circuit (30) arranged near the back of the holding means (1). FIG. 61) and the power circuit board (62) are configured independently of each other, and are electrically coupled to each other by a cable (63) or a flexible flat cable. FIG. 6B shows that each circuit area (low voltage system circuit area is 64-a and power supply circuit area is 64-i) is formed on the same substrate (64), except for the transmission wiring in the boundary area. Separated. In FIG. 6C, the power circuit board (62) is arranged on the upper side and the low voltage system circuit board (61) is arranged on the lower side, so that the depth or width of the circuit scale arranged on the back of the head can be reduced. In the figure, the depth is narrowed. However, in any of FIGS. 6A to 6C, the substrate arrangement method can be arbitrarily changed, and can be arbitrarily arranged according to the shape constituting the holding means.
[0058]
Furthermore, in the power supply circuit (30), the upper part surface of the substrate (62) is shielded by the metal case (65), and the opposite part surface side is formed by a complete solid GND pattern without through holes. Noise can be prevented from entering the image processing circuit, and electromagnetic waves that may jump out of the apparatus main body can be cut. Therefore, it can be safely used for peripheral devices and human bodies that are weak against weak radio waves such as medical devices and airplanes.
[0059]
7 is different from FIG. 1 in that an internal battery (71) is provided in the vicinity of the temporal region of the holding means (1). FIG. 7A is a perspective view when viewed from the side, and FIG. As shown in FIG. 7 (b), in order to ensure an even weight balance between the left and right sides, the internal battery (71) is left and right within the housing (72) provided outside the vicinity of the side of the holding means (1). By setting the electrodes on the electrodes (73), power is supplied to the power supply circuit (30) arranged near the back of the head by the power supply cable (74) running in parallel with the transmission cable (12).
[0060]
FIG. 8 is a diagram illustrating a structure in which the mounting position of the internal battery (71) can be changed to any position along the horizontal direction of the holding means (1). FIG. 8A is a perspective view when viewed from above, and is moved to the back of the head compared to FIG. 7A. Although not shown here, the circuit storage portion (75) for storing the low-voltage circuit (10) and the power supply circuit (30) together may also have a movable structure. In that case, if only one internal battery (71) is housed and arranged on the side opposite to the moving direction of the circuit housing section (75), a weight balance can be achieved.
[0061]
According to the above configuration, the battery is disposed near the side of the head which is relatively close to the center of gravity of the head and has the least amount of protrusion in the HMD, so that the battery required for a long operation time of the system is provided. Even if it is housed in the body, there is little influence on the weight balance at the time of wearing, and a small HMD can be realized. In addition, since a battery is incorporated in the wireless interface, an external power supply cable is not required, so that an HMD having no cable and excellent workability can be realized.
[0062]
FIG. 8B shows the structure of the guide provided in the holding means (1), and the guide support (76) to which the housing (72) containing the internal battery (71) is attached is the guide inside the holding means. It moves along the rail (77). The power cable (74) and the transmission cable (12) are wired along a groove (78) provided on the housing (72) side inside the holding means (1).
[0063]
If the arrangement position of the battery is changed in this way, the distance to the power supply circuit can be shortened, which is effective as a noise countermeasure. Furthermore, by changing the mounting position of the battery according to the size, shape and weight of the internal battery, or according to the shape of the user's head, the mounting balance is further improved and work can be performed without a sense of incongruity.
[0064]
(Third form)
9 and 10 illustrate the interface of the head-mounted display device according to the third embodiment of the present invention, FIG. 9 is a configuration diagram of the input connector, and FIG. 10 controls the power supply according to the connection of the input connector. It is a block diagram of the circuit which performs. In addition, about the part similar to a 1st form, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
[0065]
FIG. 9 is a diagram illustrating an input interface between a low-voltage circuit and a signal source arranged at the back of the head illustrated in FIG. 1 or FIG.
[0066]
The input cable (91) for transmitting a signal from the signal source (20) is connected to the male side (a) of the input connector (92), and a circuit storage portion (for storing a circuit arranged at the back of the head) 75) is connected to the female side (A) of the input connector (92) in the vicinity of the connection window provided in the approximate center. The female connector (92-a) is electrically connected to the low voltage system circuit (10) by a relay cable (93), and may be a direct input type as shown in FIG. The input to the circuit (10) may be a connector (95). As shown in FIG. 9B, one end slit (94) may be passed in the middle of the relay cable (93) in order to protect the input part to the low voltage system circuit (10).
[0067]
According to the above configuration, since the arrangement is along the input signal processing route, an HMD excellent in wiring / space efficiency can be realized. In addition, since it is the place that does not disturb the user's work, the safety and workability are improved, the apparatus body has a good left / right / front / back balance, and fatigue due to misalignment can be suppressed as much as possible.
[0068]
Furthermore, since the female side of the input connector is not directly connected to the low-voltage system circuit, it can move flexibly by the length of the relay cable according to the input direction of the input cable, eliminating the stress on the connector and cable. It is safe because there is no fear of poor connection.
[0069]
The connection window (96) provided near the center of the circuit housing (75) is a window with room on the top, bottom, left, and right so that the input cable (91) can follow easily even when it is oriented in any direction. Therefore, even if the user accidentally hooks the cable, the connection direction of the connector changes according to the direction of the input cable, and the connector itself can be detached and cheap. It is safe without worrying about being injured by being pulled.
[0070]
FIG. 10 shows that in the case where the power source (101) is provided independently of the signal input from the signal source (20), it is possible to prevent only power from being supplied despite the absence of the input signal. It is for demonstrating a control system.
[0071]
First, in order to check the input signal from the signal source (20), a sensor (102) is provided at the connection part of the input connector (92), and when the connection is confirmed, the image / synchronization signal is directly sent to the low voltage system. The power supplied from the power source (101) is transmitted to the circuit (10) to the power supply circuit (30), and normal processing is performed. On the other hand, if it is determined that the input connector (92) is not connected, the switch SW (104) is controlled by the control signal (220) created by the control circuit (103), and the power source (101) Stop power supply.
[0072]
The power source (101) described here is the variable power source (43) such as the internal battery (41) and the external battery (42) or the fixed power source (46) as described above. Regardless of which power source (101) is connected, the input voltage value is first checked by the comparator (105), and any power source (101) can be supported by setting the check voltage (Vref). is there. If the output (221) of the comparator (105) and the detection result (222) of the sensor (102) provided in the input connector (92) are input to the AND circuit (106), both inputs are AND unless the input is high. Since the output (220) of the circuit (106) is low and the switch SW (104) is off, the power supply can be reliably stopped in a state where the input connector (92) is not connected.
[0073]
The above power control system can prevent the image processing circuit from continuing to operate even when the connector is disconnected and there is no input signal, just by detecting the input state of the connector. In the case of battery driving, the battery life can be maintained long.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are schematic external views according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a side perspective view, and FIG.
FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a timing chart for explaining frequency conversion means in the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
5A and 5B are configuration diagrams of a power supply circuit according to a second embodiment of the present invention, in which FIG. 5A is a circuit block diagram, and FIG. 5B is a configuration diagram of switching means.
FIG. 6 is a layout diagram of a power supply circuit and a low voltage system circuit according to the second embodiment of the present invention.
7A and 7B are schematic external views for explaining storage of an internal battery according to the second embodiment of the present invention, where FIG. 7A is a side perspective view, and FIG. 7B is a perspective view seen from above.
8A and 8B are schematic external views for explaining the arrangement position of the internal battery in the second embodiment of the present invention, in which FIG. 8A is a perspective view seen from above, and FIG. 8B is a cross-sectional view.
9A and 9B are configuration diagrams for explaining an input connector according to a third embodiment of the present invention, in which FIGS. 9A and 9B are side perspective views, and FIG. 9C is a rear view.
FIGS. 10A and 10B are diagrams for explaining a system for controlling power supply according to connection of an input connector according to a third embodiment of the present invention, where FIG. 10A is a circuit block diagram and FIG. 10B is a configuration of a control circuit; Figure.
FIG. 11 is a perspective view showing a wearing state of a conventional head-mounted display device.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an optical unit of a conventional head-mounted display device.
[Explanation of symbols]
1 Holding means
2 users
3 LCD panel
4 Backlight
5 Image display element
6 Mirror
7 Lens
8 Optical unit
9 Hinge
10 Low voltage circuit
11 High voltage circuit
12 transmission cable
20 Signal source
21 Pre-processing circuit
22 Polarity inversion circuit
23 Frequency conversion means
24 Buffer amplifier
25 Sync signal buffer
26 PLL circuit
27 Panel basic CLK generation circuit
28 L / S circuit
29 B / L pulse generation circuit
30 Power supply circuit
41 Internal battery
42 External battery
43 Variable power source
44 AC adapter
45 Signal power
46 Fixed Power Source
47 Switching means
48 1st and circuit
49 1st SW
50 Comparator
51 Second and circuit
52 not circuit
53 Third and circuit
54 Second SW
61 Low-voltage circuit board
62 Power circuit board
63 cable
64 Same circuit board
65 metal case
71 battery
72 Housing
73 electrodes
74 Power cable
75 Circuit storage
76 Guide support
77 Guide rail
78 Groove
91 Input cable
92 Input connector
93 Relay cable
94 slit
95 connector
96 Connection window
101 Power source
102 sensors
103 Control circuit
104 Switch SW
105 Comparator
106 and circuit
200 Image signal
201 First image signal
202 Polarity inversion signal
203 Frequency conversion signal
204 Sync signal
205 Basic clock
206 Drive clock
207 Backlight pulse
208 POWER
210 1st and circuit output
211 Comparator output
212 Second and circuit output
213 not circuit output
214 3rd and circuit output
220 Control signal
221 Comparator output
222 Sensor output
501 Video playback device
502 users
503 HMD with integrated holding means
504 Electric circuit
505 Wiring
506 eaves
507 connector
508 display
511 LCD panel
512 light source
513 lens
514 mirror
515 Enlarged display
516 User's Eye

Claims (11)

画像表示素子と該画像表示素子により形成した画像を拡大するための拡大光学系から成る光学ユニットと、該光学ユニットを使用者の頭部前方に固定する保持手段と、前記画像表示素子に画像信号を表示するための処理を行う画像処理回路とから構成される頭部装着型表示装置において、
前記画像処理回路は、前記保持手段の後頭部付近に低電圧系回路、前記光学ユニット内に高電圧系回路がそれぞれ分離配置され、前記低電圧系回路と前記高電圧系回路とが電気的に接続されていることを特徴とする頭部装着型表示装置。
An optical unit comprising an image display element and a magnifying optical system for enlarging an image formed by the image display element, holding means for fixing the optical unit in front of the user's head, and an image signal on the image display element In a head-mounted display device configured with an image processing circuit that performs processing for displaying
In the image processing circuit, a low voltage system circuit is separately disposed near the back of the holding means, and a high voltage system circuit is separately disposed in the optical unit, and the low voltage system circuit and the high voltage system circuit are electrically connected to each other. A head-mounted display device characterized by that.
前記低電圧系回路は、信号源から入力される前記画像信号と、画面の水平・垂直表示位置を決定する同期信号を処理するための駆動電圧が5V以下であり、前記高電圧系回路は、前記低電圧系回路以外の電圧、つまり5V以上の駆動電圧で処理される回路であることを特徴とする請求項1に記載の頭部装着型表示装置。In the low voltage system circuit, a driving voltage for processing the image signal input from a signal source and a synchronization signal for determining a horizontal / vertical display position of a screen is 5 V or less, and the high voltage system circuit includes: The head-mounted display device according to claim 1, wherein the head-mounted display device is a circuit that is processed by a voltage other than the low-voltage circuit, that is, a drive voltage of 5 V or more. 前記高電圧系回路は、前記低電圧系回路で作成された前記画像信号の時間伸長した変調信号を増幅するためのバッファアンプと、前記液晶パネルを駆動するためのクロックパルスを変換、増幅するためのレベルシフト回路とから構成されることを特徴とする請求項1に記載の頭部装着型表示装置。The high voltage system circuit converts and amplifies a clock amplifier for driving the liquid crystal panel and a buffer amplifier for amplifying the time-expanded modulation signal of the image signal created by the low voltage system circuit The head-mounted display device according to claim 1, comprising: a level shift circuit. 前記高電圧系回路が、前記変調信号を作成するための周波数変換手段を更に有することを特徴とする請求項3に記載の頭部装着型表示装置。4. The head-mounted display device according to claim 3, wherein the high voltage system circuit further includes frequency conversion means for generating the modulation signal. 前記保持手段の後頭部付近に、ACアダプタまたは外部の信号源で作成される外部電源、もしくは電池等の電力源から供給される電力を前記画像処理回路で使用可能な電圧に変換するための電源回路を更に有することを特徴とする請求項1に記載の頭部装着型表示装置。Near the back of the holding means, an external power source created by an AC adapter or an external signal source, or a power circuit for converting power supplied from a power source such as a battery into a voltage usable by the image processing circuit The head-mounted display device according to claim 1, further comprising: 前記電源回路は、シールド構造を有し、かつ該電源回路と前記低電圧系回路とが分離配置され、かつ互いに電気的に接続されていることを特徴とする請求項5に記載の頭部装着型表示装置。6. The head mounted device according to claim 5, wherein the power supply circuit has a shield structure, and the power supply circuit and the low voltage system circuit are separately disposed and electrically connected to each other. Type display device. 前記画像処理回路に電力を供給するための内部電池が、前記保持手段の側頭部付近に配置されたことを特徴とする請求項1に記載の頭部装着型表示装置。The head-mounted display device according to claim 1, wherein an internal battery for supplying power to the image processing circuit is disposed near a side of the holding unit. 前記内部電池を前記保持手段に沿って移動するためのガイド機構を有することを特徴とする請求項7に記載の頭部装着型表示装置。The head-mounted display device according to claim 7, further comprising a guide mechanism for moving the internal battery along the holding unit. 前記画像信号及び画面の水平・垂直表示位置を決定する同期信号を入力するための信号源と、該信号源と前記低電圧系回路とを電気的に接続するためのコネクタが、前記保持手段の後頭部付近に配置されたことを特徴とする請求項1に記載の頭部装着型表示装置。A signal source for inputting the image signal and a synchronization signal for determining a horizontal / vertical display position of the screen, and a connector for electrically connecting the signal source and the low voltage system circuit are provided on the holding means. The head-mounted display device according to claim 1, wherein the head-mounted display device is disposed near the back of the head. 前記コネクタは、前記保持手段内部で少なくとも一本の中継ケーブルにより前記低電圧系回路と電気的に接続され、かつ前記コネクタの接続方向が変化するように保持されたことを特徴とする請求項9に記載の頭部装着型表示装置。10. The connector according to claim 9, wherein the connector is electrically connected to the low-voltage circuit by at least one relay cable inside the holding means and the connection direction of the connector is changed. The head-mounted display device described in 1. 前記画像信号及び画面の水平・垂直表示位置を決定する同期信号を入力するための信号源と、該信号源とは独立したACアダプターまたは電池等の電力源と、前記信号源と前記低電圧系回路とを電気的に接続するためのコネクタと、該コネクタの接続状態を検出するためのセンサーと、電力供給をコントロールするための制御回路を有し、
前記コネクタが非接続状態であると前記センサーが判断した場合、前記電力源からの出力を前記制御回路により停止させることを特徴とする請求項1に記載の頭部装着型表示装置。
A signal source for inputting the image signal and a synchronization signal for determining a horizontal / vertical display position of the screen, a power source such as an AC adapter or a battery independent of the signal source, the signal source and the low voltage system A connector for electrically connecting the circuit, a sensor for detecting a connection state of the connector, and a control circuit for controlling power supply;
The head-mounted display device according to claim 1, wherein when the sensor determines that the connector is in a disconnected state, output from the power source is stopped by the control circuit.
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