CN107870431A - 光扫描式头戴式显示器以及视网膜扫描式头戴式显示器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光扫描式头戴式显示器以及视网膜扫描式头戴式显示器，使头戴部的佩戴性、使用感提高。光扫描式头戴式显示器具有：光扫描用控制装置，其将与图像信号对应的激光作为图像光射出；传输电缆，其传输从光扫描用控制装置射出的图像光；以及头戴部，其具备具有扫描由传输电缆传输的图像光的镜面部的光扫描部，其中，头戴部具有放大从光扫描部输出的与镜面部的倾斜对应的动作信号的放大器部，光扫描用控制装置具有基于从放大器部经由传输电缆输出的动作信号而生成差分信号的差分生成部、和除去差分生成部生成的差分信号的噪声的滤波器部。

Description

光扫描式头戴式显示器以及视网膜扫描式头戴式显示器

技术领域

本发明涉及光扫描式头戴式显示器以及视网膜扫描式头戴式显示器。

背景技术

以往已知有具备形成图像光的光扫描用控制装置、传输从光扫描用控制装置射出的图像光的传输电缆、以及扫描被传输电缆传输的图像光并投影的头戴部的光扫描式头戴式显示器。作为上述结构的光扫描式头戴式显示器的一个例子，近年来也公知有扫描图像光并投影到利用者的视网膜的视网膜扫描式头戴式显示器(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-53323号公报

发明内容

发明所要解决的课题

上述结构的光扫描式头戴式显示器以及视网膜扫描式头戴式显示器是用传输电缆连结了头戴部和光扫描用控制装置的结构。头戴部是安装于利用者的头部的部件。

因此，头戴部的佩戴性、使用感不仅取决于头戴部的大小，也取决于传输电缆的粗细、重量等。

但是，以往的光扫描式头戴式显示器以及视网膜扫描式头戴式显示器是未考虑提高头戴部的佩戴性、使用感的结构。

公开的技术是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于提供使头戴部的佩戴性、使用感提高的光扫描式头戴式显示器以及视网膜扫描式头戴式显示器。

用于解决课题的方案

本发明为了实现上述目的，而采用以下那样的结构。

本发明是光扫描式头戴式显示器(1)，具有：

光扫描用控制装置(10)，其将与图像信号对应的激光作为图像光射出；

传输电缆(20)，其传输从上述光扫描用控制装置(10)射出的图像光；以及

头戴部(HM)，其具备光扫描部(30)，该光扫描部具有扫描由上述传输电缆(20)传输的图像光的镜面部(31)，

上述头戴部(HM)具有放大从上述光扫描部(30)输出的与上述镜面部(31)的倾斜有关的动作信号的放大器部(43)，

上述光扫描用控制装置(10)具有：

差分生成部(126)，其基于从上述放大器部(43)经由上述传输电缆(20)输出的上述动作信号而生成差分信号；以及

滤波器部(127)，其除去上述差分生成部(126)生成的上述差分信号的噪声。

此外，上述括号内的参照符号是为了使理解容易而标注的，只不过是一个例子，并不局限于图示的方式。

发明效果

根据公开的技术，能够提供使头戴部的佩戴性、使用感提高的光扫描式头戴式显示器以及视网膜扫描式头戴式显示器。

附图说明

图1是表示本实施方式所涉及的视网膜扫描式头戴式显示器的概略结构的图。

图2是对本实施方式的视网膜扫描式头戴式显示器进行说明的图。

图3是构成本实施方式的视网膜扫描式头戴式显示器的头戴部和光扫描用控制装置的局部详细图。

图4是对本实施方式的效果进行说明的图。

图中：

1—视网膜扫描式投影装置(视网膜扫描式头戴式显示器)；10—光扫描用控制装置；11—壳体；12—电子电路基板；121—主控制部；122—激光控制部；123—MEMS驱动器；124—激光驱动器；125—激光模块；126—差分生成部；127—滤波器部；128—ADC(模拟数字转换器)；13—操作部；14—IC芯片；15—外部输入端子；20—传输电缆；30—光扫描部；31—镜面部；32—水平位移传感器；33—垂直位移传感器；40—眼镜型框架；42—MEMS接口部；43—放大器部；50—拍摄单元；51—拍摄装置；52—照相机接口部；60—光学系统部；G—眼球；G1—视网膜；L—激光；HM—头戴部。

具体实施方式

以下，参照图1对第一实施方式所涉及的光扫描式投影装置1(光扫描式头戴式显示器)进行说明。图1是表示本实施方式的光扫描式投影装置1的概略结构的图。

图示例的光扫描式投影装置1是利用了麦克斯韦观察法(Maxwellian view)的视网膜扫描式投影装置(视网膜扫描式头戴式显示器)。所谓麦克斯韦观察法是通过使基于图像数据的图像光(以下，也称为图像用光线)暂时地收敛在瞳孔的中心后投影到视网膜上，从而不被利用者的水晶体的功能影响地使利用者视觉确认图像数据所表示的图像的方法。因此，以下，取视网膜扫描式投影装置1为例对本实施方式的光扫描式投影装置1进行说明。另外，将光扫描式投影装置1(光扫描式头戴式显示器)记载为视网膜扫描式投影装置1(视网膜扫描式头戴式显示器)。

对视网膜扫描式投影装置1的整体结构进行说明。如图1所示，具有光扫描用控制装置10、传输电缆20、以及头戴部HM。

光扫描用控制装置10为能够放到利用者的衣服的口袋等携带的程度的大小，将与图像信号对应的强度的激光作为图像光射出。将在后面描述光扫描用控制装置的详细。

传输电缆20将从光扫描用控制装置10射出的图像光传输到光扫描部30。

头戴部HM包括光扫描部30、眼镜型框架40、以及拍摄单元50。

光扫描部30通过扫描被传输电缆20传输的图像光并照射到利用者的眼球(视网膜)，来使图像光所表示的图像投影到利用者的视网膜上。

眼镜型框架40被构成为能够佩戴于利用者的头部。拍摄单元50具有照相机等。光扫描部30以及拍摄单元50具备于眼镜型框架40。

这里，所谓图像光是基于作为由光扫描部30投影到利用者的视网膜上的图像的源的信息生成的光。作为图像的源的信息既可以是文字、数字等符号，也可以是图像。

光扫描用控制装置10具备利用者能够操作的壳体11、电子电路基板12、以及操作部13。操作部13设置于壳体11的侧面部。操作部13具有电源13a、相开关部13b、以及调整图像的大小的调整部13c等。电子电路基板12收纳于壳体11内，且安装有用于实现光扫描用控制装置10的动作的多个IC芯片14。

在光扫描用控制装置10设置有外部输入端子15(参照图2)。光扫描用控制装置10经由外部输入端子15进行从未图示的个人计算机等外部设备发送的内容信息等的接收。此外，所谓内容信息是被投影到利用者的视网膜的信息，例如文字、图像、动画等。具体而言，内容信息例如是个人计算机等所使用的文档文件、图像文件、动画文件等。

本实施方式的光扫描用控制装置10被构成为能够输入来自两个系统的图像信号。一个是从拍摄单元50输入的图像信号，另一个是从外部设备输入的图像信号。

从上述的点来看，本实施方式的操作部13具有使利用者选择使来自拍摄单元50的图像信号投影到视网膜还是使来自外部设备的图像信号投影到视网膜的选择开关(未图示)。

图2是对第一实施方式的视网膜扫描式投影装置1进行说明的图。在图2中，示出头戴部HM的结构和安装于电子电路基板12的电路块。

首先，对头戴部HM进行说明。

本实施方式的头戴部HM具备光扫描部30、MEMS(Micro Electro MechanicalSystem：微机电系统)接口部42、拍摄单元50、光学系统部60。

光扫描部30例如是MEMS(Micro Electro Mechanical System)镜。光扫描部30例如配置于眼镜型框架40的镜腿41。光扫描部30基于驱动控制信号在水平方向以及垂直方向上扫描从后述的激光模块125射出的图像光。驱动控制信号从后述的MEMS驱动器123输出。

另外，作为扫描图像光并将图像投影到眼球G的视网膜G1的方法，能够实施使光从投影图像的区域的左上朝向右下高速地扫描，并显示图像的方法(例如光栅扫描)。

从光扫描部30射出的图像光被光学系统部60收敛，向视网膜G1投影。此外，光学系统部60可以配置于眼镜型框架40的透镜部。

MEMS接口部42检测光扫描部30(MEMS镜)的动作(偏转角)，将与光扫描部30的倾斜对应的动作信息(动作信号)向后述的主控制部121输出。此外，本实施方式的MEMS接口部42也可以具有温度传感器(未图示)，检测光扫描部30的温度，并将温度信息向主控制部121输出。此外，从MEMS接口部42输出的与光扫描部30的倾斜对应的动作信息经由传输电缆20传输到主控制部121。

本实施方式的拍摄单元50包括拍摄装置51和照相机接口部52。

拍摄装置51是CMOS等的照相机。照相机接口部52将从拍摄装置51输出的照相机的图像信号向后述的主控制部121输出。

接下来，对光扫描用控制装置10的电子电路基板12的电路块进行说明。

在电子电路基板12安装有主控制部121、激光控制部122、MEMS驱动器123、激光驱动器124、激光模块(光源)125。

主控制部121由CPU(Central Processing Unit：中央处理器)等处理器和RAM((Random Access Memory：随机存取存储器)以及ROM(Read Only Memory：只读存储器)等实现。对主控制部121输入有从拍摄单元50输出的照相机的图像信号、和经由外部输入端子15从外部设备输出的内容信息(图像信号)这两个系统的图像信号。主控制部121进行被输入的图像信号的处理和光扫描部30(MEMS镜)的驱动控制。

另外，主控制部121基于从MEMS接口部42获取到的光扫描部30的动作信息、温度信息等，控制光扫描部30(MEMS镜)的驱动和激光模块125的图像光的射出。

主控制部121将控制光扫描部30的驱动的驱动控制信号向MEMS驱动器123输出。MEMS驱动器123将接收到的驱动控制信号向光扫描部30输出。

另外，主控制部121将被输入的图像信号向激光驱动器124输出。激光驱动器124基于图像信号生成控制激光的点亮以及熄灭的射出控制信号，并将生成的射出控制信号向激光模块125输出。

激光控制部122由CPU等处理器和RAM以及ROM等实现。若激光控制部122从操作部13输入有电源接通信号、放大信号或者缩小信号等，则将与信号对应的控制信号向激光模块125输出。此外，若本实施方式的激光控制部122在操作部13的选择开关中受理两个系统的图像信号中任一个图像信号的选择，则根据选择将控制信号向激光模块125输出。

激光模块125在主控制部121的指示下，将例如单一或者多个波长的激光L向光扫描部30输出(射出)。该激光L是用于将图像投影到用户的眼球G的视网膜G1投影的图像用光线。此外，从激光模块125射出的激光L经由传输电缆20向光扫描部30传输。在图示例中传输电缆20为了方便说明而存在两处，但实际上是一根传输电缆。

激光模块125例如射出红色激光(波长：610nm～660nm左右)、绿色激光(波长：515nm～540nm左右)、以及蓝色激光(波长：440nm～480nm左右)。射出红色、绿色、以及蓝色激光。本实施方式的激光模块125例如由集成有RGB(红·绿·蓝)各自的激光二极管芯片、三色合成设备以及微型准直透镜的光源等实现。

另外，激光模块125具备光量传感器125a、温度传感器125b。光量传感器125a检测激光模块125的各激光二极管的光量，并将检测到的光量信息向激光控制部122输出。温度传感器125b检测激光模块125的各激光二极管的温度，并将检测到的温度信息向激光控制部122输出。

激光控制部122基于从光量传感器125a获取到的光量信息，生成控制激光模块125的各激光二极管的光量的信号，并向激光模块125输出。于是，能够适当地控制投影到视网膜G1的图像的亮度。

接下来，参照图3对本实施方式所涉及的视网膜扫描式投影装置1的特点进行说明。图3是构成视网膜扫描式投影装置1的头戴部HM和光扫描用控制装置10的局部详细图。

构成本实施方式的视网膜扫描式投影装置1的头戴部HM和光扫描用控制装置10在使从MEMS接口部42输出的与光扫描部30的倾斜对应的动作信息通过传输电缆20反馈的结构上具有特点。

构成本实施方式的头戴部HM的光扫描部30更具体而言包括扫描激光的镜面部31、水平位移传感器32、以及垂直位移传感器33。水平位移传感器32检测镜面部31的水平方向的位移。垂直位移传感器33检测镜面部31的垂直方向的位移。

另外，构成头戴部HM的MEMS接口部42包括放大器部43。放大器部43使从水平位移传感器32输出的水平传感器信号和从垂直位移传感器33输出的垂直传感器信号放大。从水平位移传感器32输出的水平传感器信号和从垂直位移传感器33输出的垂直传感器信号是模拟信号且输出之后处于噪声容易附着的高阻抗状态。因此，在本实施方式中水平位移传感器32以及垂直位移传感器33和放大器部43配置于头戴部HM内的接近的位置。因此，放大器部43能够使所输出的各传感器信号立即稳定化(成为低阻抗状态)。并且，通过放大器部43能够期待缓冲效果。

放大器部43将稳定化(放大)后的水平传感器信号通过一根信号线经由传输电缆20向扫描用控制装置10输出。另外，放大器部43将稳定化(放大)后的垂直传感器信号通过一根信号线经由传输电缆20向光扫描用控制装置10输出。即，从放大器部43向光扫描用控制装置10传输各传感器信号所需要的信号线是两根。

本实施方式的光扫描用控制装置10(电子电路基板12)更具体而言包括差分生成部126、滤波器部127、模拟数字转换器(以下，简单地称为ADC)128。

差分生成部126接收从头戴部HM的放大器部43经由传输电缆20传输的各传感器信号。

差分生成部126包括水平用的差分生成部126a和垂直用的差分生成部126b。水平用的差分生成部126a根据从放大器部43传输的水平传感器信号生成水平用的差分信号。生成的差分信号有正和负两种信号。水平用的差分生成部126a通过正(+)用的信号线和负(－)用的信号线将两种水平用的差分信号分别向滤波器部127输出。

垂直用的差分生成部126b根据从放大器部43传输的垂直传感器信号生成垂直用的差分信号。所生成的差分信号有正和负两种信号。垂直用的差分生成部126b通过正(+)用的信号线和负(－)用的信号线将两种垂直用的差分信号分别向滤波器部127输出。

滤波器部127除去从差分生成部126输出的各差分信号的噪声。滤波器部127包括水平用的滤波器部127a和垂直用的滤波器部127b。水平用的滤波器部127a具有除去从正(+)用的信号线传输的正的差分信号的噪声的第一滤波器部127a1和除去从负(－)用的信号线传输的负的差分信号的噪声的第二滤波器部127a2。

第一滤波器部127a1和第二滤波器部127a2将除去噪声后的水平用的差分信号分别向ADC128输出。

垂直用的滤波器部127b具有除去从正(+)用的信号线传输的正的差分信号的噪声的第三滤波器部127b1、和除去从负(－)用的信号线传输的负的差分信号的噪声的第四滤波器部127b2。

第三滤波器部127b1和第四滤波器部127b2将除去噪声后的垂直用的差分信号分别向ADC128输出。

ADC128将从滤波器部127输出的模拟形式的各差分信号转换成数字信号并向主控制部121输出。

ADC128包括水平用的ADC128a和垂直用的ADC128b。水平用的ADC128a将从第一滤波器部127a1和第二滤波器部127a2输出的噪声除去完毕的差分信号转换成数字信号。

垂直用的ADC128b将从第三滤波器部127b1和第四滤波器部127b2输出的噪声除去完毕的差分信号转换成数字信号。

此外，主控制部121基于从ADC128获取到的与光扫描部30(镜面部31)的倾斜对应的动作信息(差分信号)，向MEMS驱动器123输出控制光扫描部30的驱动的驱动控制信号并适当地控制驱动。

＜效果＞

参照图4对本实施方式的效果进行说明。图4是对本实施方式的效果进行说明的图。图4是构成以往的视网膜扫描式投影装置1J的头戴部HMJ和光扫描用控制装置10J的局部详细图，与图3的局部详细图对应。此外，图3和图4的部件具有大致相同的结构。

按照图示，以往的头戴部HMJ和图3所示的本实施方式的头戴部HM所安装的部件不同。

在图4所示的以往的头戴部HMJ安装有在本实施方式的光扫描用控制装置10(电子电路基板12)侧安装的差分生成部126J、滤波器部127J。因此，在MEMS接口部42J(基板)配置有放大器部43J、差分生成部126J、滤波器部127J。这样一来，MEMS接口部42J的电路基板变得大型。于是，导致安装大型化的MEMS接口部42J的头戴部HMJ本身也大型化，利用者佩戴到头部时佩戴性、使用感变差。

如上所述，图3所示的本实施方式的视网膜扫描式投影装置特别地使配置于头戴部HM的MEMS接口部42的部件仅为放大器部43，所以能够实现MEMS接口部42的电路基板的小型化。于是，有助于头戴部HM的小型化，能够使头戴部HM的佩戴性、使用感提高。另外，因为放大器部43使水平传感器信号和垂直传感器信号分别稳定化后向光扫描用控制装置10传输，所以能够进行将干扰因素抑制到最小限的信号的收发。

对本实施方式的视网膜扫描式投影装置1的进一步的效果进行说明。

图4所示的以往的头戴部HMJ在MEMS接口部42J配置有放大器部43J、差分生成部126J、滤波器部127J。另外，是从滤波器部127J输出的噪声除去完毕的差分信号经由传输电缆20J向光扫描用控制10J传输的结构。

从滤波器部127J输出的差分信号如上述那样存在四种。即，作为水平用的差分信号，有正的差分信号和负的差分信号两种。另外，作为垂直用的差分信号，有正的差分信号和负的差分信号两种。需要分别与所有四种差分信号对应的四根信号线。

即，以往的视网膜扫描式投影装置1J传输存在于传输电缆20J内的差分信号的信号线的数量最低需要四根。

但是，本实施方式的视网膜扫描式投影装置1如上述那样使配置于头戴部HM的MEMS接口部42的部件仅为放大器部43。因此，传输存在于传输电缆20内的差分信号的信号线的数量是传输水平传感器信号的信号线和传输垂直传感器信号的信号线这两根信号线即可。

上述结构的本实施方式的视网膜扫描式投影装置1能够使传输存在于传输电缆20内的差分信号的信号线的数量比以往少两根，使传输电缆20的直径变细，实现轻型化和可挠性。

另外，本实施方式的视网膜扫描式投影装置1因为与头戴部HM连结的传输电缆20灵活轻便，所以将利用者佩戴头戴部HM时由于传输电缆20阻碍佩戴性、使用感的情况抑制为最小限。进一步，通过能够将传输电缆20小径化以及轻型化，从而能够使传输电缆20长度延长，能够有助于扩大利用范围。

以上，根据各实施方式进行了本发明的说明，但本发明并不局限于上述实施方式所列举的结构、与其他的要素的组合等这里所示出的要件。关于这些点，能够在不损害本发明的主旨的范围变更，能够根据其应用形态适当地规定。

Claims (2)

1.一种光扫描式头戴式显示器，具备：

光扫描用控制装置，其将与图像信号对应的激光作为图像光射出；

传输电缆，其传输从上述光扫描用控制装置射出的图像光；以及

头戴部，其具备光扫描部，该光扫描部具有扫描由上述传输电缆传输的图像光的镜面部，

上述光扫描式头戴式显示器的特征在于，

上述头戴部具有放大器部，该放大器部放大从上述光扫描部输出的与上述镜面部的倾斜对应的动作信号，

上述光扫描用控制装置具有：

差分生成部，其基于从上述放大器部经由上述传输电缆输出的上述动作信号而生成差分信号；以及

滤波器部，其除去上述差分生成部生成的上述差分信号的噪声。

2.一种视网膜扫描式头戴式显示器，具备：

光扫描用控制装置，其将与图像信号对应的激光作为图像光射出；

传输电缆，其传输从上述光扫描用控制装置射出的图像光；以及

头戴部，其具备光扫描部，该光扫描部具有扫描由上述传输电缆传输的图像光并投射到利用者的视网膜的镜面部，

上述视网膜扫描式头戴式显示器的特征在于，

上述头戴部具有放大器部，该放大器部放大从上述光扫描部输出的与上述镜面部的倾斜对应的动作信号，

上述光扫描用控制装置具有：

差分生成部，其基于从上述放大器部经由上述传输电缆输出的上述动作信号而生成差分信号；以及

滤波器部，其除去上述差分生成部生成的上述差分信号的噪声。