JP2003279883A - 表示装置付き帽子 - Google Patents

表示装置付き帽子

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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の表示機能付き帽子やヘッドマウントディ
スプレイでは小型、軽量、低価格な装置で高解像度、広
画角の画像表示行うことが困難であった。 【解決手段】帽子のひさしの下方、装着者の前額部の前
方で瞳位置よりも上方の位置で、表示面を前方に向けて
表示素子を吊り下げ、表示素子よりも前方で反射面を装
着者の瞳の方向に向けてひさし下面に凹面鏡を吊り下げ
ることにより、表示素子の拡大された像を観察できるよ
うにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】装着者が画像や文字や音声な
ど種々の情報を見聞できる機能のついた帽子に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】表示機能付きの帽子では、時計用の数字
表示素子をひさしの中に斜めないしは水平に近い角度で
配置し、装着者の目を覆うように配置された凹面鏡で表
示素子の虚像を形成して装着者が見られるようにしてい
る。
【０００３】ヘッドマウントディスプレイでは、装着者
の瞳の前方に凹面鏡を有するプリズムブロックを配置
し、プリズムブロックの側方に位置する表示素子の拡大
された虚像を凹面鏡で形成し、装着者が見られるように
しているものがある。
【０００４】
【発明の解決しようとする課題】従来の技術に記載した
表示機能付き帽子においては、表示素子からの光線が凹
面鏡に浅い角度で入るようになるため凹面鏡の面形状を
非球面形状、軸非対称形状などにして最適化しても広い
視野にわたって良好な収差補正を行い高解像度、広画角
の画像表示行うことが困難である。
【０００５】従来の技術に記載したヘッドマウントディ
スプレイにおいても、表示素子からの光線が凹面鏡に浅
い角度で入るようになるため広い視野にわたって良好な
収差補正を行うためにプリズムブロックの表示素子から
の光線入射面に収差補正の非球面形状を持たせたうえ
で、凹面鏡を軸非対称形状として収差補正を達成してい
る。このため装置が重たくなりコストも高くなる。目の
をふると画像がけられやすい問題もある。
【０００６】またこの構成では、凹面鏡を半透鏡にして
も外部の景色は歪んで見えるため、表示画像と外部の景
色を重ね合わせて見ることはできない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】帽子のひさしの下方、装
着者の前額部の前方、装着者の瞳位置よりも上方の位置
で、表示面が装着者の前方に向くように表示素子を吊り
下げ、表示素子よりも装着者の前方で反射面を装着者の
瞳の方向に向けてひさし下面に凹面鏡を吊り下げること
により、小型表示素子で表示される画像の拡大された虚
像を装着者が観察できるようにする。
【０００８】
【発明の実施の形態】頭部に着用する帽子であって、装
着者の前額部から前方に突出するひさしに液晶などの小
型表示素子と小型表示素子の表画像を拡大する凹面鏡を
吊り下げている。小型表示素子は装着者の前額部に近接
した位置で装着者の前方に表示面を向けてひさしから吊
り下げられる。
【０００９】この小型表示素子は装着者の視界を妨げな
いように、装着者の瞳位置よりも上方の位置で保持板か
ら吊り下げられる。小型表示素子は装着者の瞳を遮らな
い位置にあればよいので、装着者の前額部から目蓋の前
方にかかってもよい。このようにすると小型表示素子と
して大きなサイズのものを配置でき、ＶＧＡクラス以上
の高解像度表示素子を使用する場合に有利である。
【００１０】小型表示素子の表示画像を拡大する凹面鏡
は、小型表示素子よりも装着者からみた前方で反射面を
装着者の瞳の方向に向けてひさしから吊り下げられ、小
型表示素子で表示される画像の拡大された虚像を形成す
る。装着者は凹面鏡で形成される拡大虚像を観察するこ
とで、高解像度の高画質画像を利用することができる。
本考案ではひさしが周囲光を遮る働きをするため、表示
画像を観察するのが容易になるという利点もある。
【００１１】凹面鏡を半透鏡にしておくとサングラスと
しての機能を持たせることも可能である。この時は小型
表示素子をひさしに沿うように倒したままで凹面鏡のみ
を保持板から吊り下げるようにしたり、小型表示素子を
非表示状態にしたり、小型表示装置の照明装置を非点灯
状態にしておけばよい。ひさしから遮光板を下ろせるよ
うにして側面からの光を遮断できるようにすると、表示
が見やすくなりサングラスとして使用するときにもサン
グラスとして効果が高くなる。
【００１２】以下、図によって本考案の構成を説明す
る。図１は、本考案の表示装置を装着者が装着時の状態
を側面から見た図である。図１において１は装着者の前
額部から前方に突出するひさし、２はひさしを装着者の
頭部に固定する帽子の本体部である。ひさしの下部には
小型表示素子３と、凹面鏡４が取り付けられている。
【００１３】小型表示素子３は表示面３ａを装着者の前
方に向けて配置され、小型表示素子３よりも装着者の前
方に配置された凹面鏡４の反射面４ａで表示面３ａに表
示される画像の拡大された虚像を形成し、装着者が拡大
された虚像を観察できるようになっている。小型表示素
子３は透過型液晶の背面に面光源を貼り付けたものなど
が使用できる。
【００１４】凹面鏡４は反射面と４ａともう一方の面４
ｂをほぼ同一形状の面にしておくと、反射面４ａを半透
鏡にしたときに外部の景色を歪みなく装着者が見られる
ようになる。反射面は４ａのかわりに４ｂにしてもよ
い。
【００１５】５は小型表示装置から出た光路の一つであ
る。光路５を通る光線は凹面鏡４で反射され光路６を通
って表示装置の装着者の瞳７に到達する。表示装置の装
着者は光路６を通ってきた光線が、光路６を凹面鏡の背
後に延長した光路８を通って小型表示装置の虚像９から
きたものとして観察することになる。反射面が凹面であ
るため、形成される虚像は凹面鏡と小型表示素子との距
離よりも遠方で倍率も拡大された像にすることができ
る。
【００１６】設計数値の一例として、表示素子から凹面
鏡までの距離を２４．５ｍｍ、凹面鏡の曲率半径を５０
ｍｍとした場合、装着者の観察する虚像は凹面鏡の前方
１２２５ｍｍに形成され、像倍率は５０倍である。この
数値でわかるように、本考案では通常のサイズの帽子に
組み込んで広画角の画像を表示することができる。ま
た、表示素子からの光が凹面鏡に対して垂直に近い角度
で入射して反射するため、収差の発生が少なく広画角の
画像の全体について高画質の画像にすることができる。
【００１７】歪曲収差や非点格差などの収差を補正する
ために凹面鏡を球面でなく非球面形状にしたり非軸対称
形状にして収差を補正することも可能である。画像の中
止から離れた部分で歪曲収差が大きくなる場合は、小型
表示素子に表示する画像を凹面鏡で発生する歪曲収差と
は逆の方向に歪ませて表示装置の装着者が歪みの少ない
画像を観察するようにすることも可能である。
【００１８】小型表示素子としてＶＧＡクラス以上の高
解像度表示素子を使用すると、高解像度画像の表示や文
書のページ全体表示なども可能である。凹面鏡で形成さ
れる虚像の歪曲収差や非点格差などの収差を補正するた
めに凹面鏡を球面でなく非球面形状にしたり非軸対象形
状にして収差を補正することも可能である。画像の中止
から離れた部分で歪曲収差が大きくなる場合は、小型表
示素子に表示する画像を凹面鏡で発生する歪曲収差とは
逆の方向に歪ませて表示装置の装着者が歪みの少ない画
像を観察するようにすることも可能である。
【００１９】表示は片目のみ用でも両目用でもよい。片
目用の場合は表示素子と凹面鏡を片目の側のみに配置す
る。両目用の場合は一つの表示素子と両目の瞳への光束
を確保できる大き目の凹面鏡、あるいは両目それぞれの
瞳の上方に位置する二つの表示素子とそれぞれの瞳に光
束を導く二つの凹面鏡を配置する。二つの表示素子と凹
面鏡を使用する場合は表示素子どうしあるいは凹面鏡ど
うしを結合して一体化してあってもよい。二つの表示素
子を使う場合は、視差のある二つの画像により立体画像
を表示したり、片目に画像情報、もう一方の目に文字情
報というような異なる情報を組み合わせて表示すること
ができる。
【００２０】図２は小型表示素子１０と凹面鏡１１をひ
さし１２に沿うように動かした状態を示す図である。小
型表示素子と凹面鏡はそれぞれヒンジ１３と１４によっ
て帽子のひさしに取り付けられている。ヒンジ１３、１
４のまわりに小型表示素子１０と凹面鏡１１を回転させ
ることができる。帽子を装着時で表示機能を使わない場
合や、帽子を脱いだときは小型表示素子１０や凹面鏡１
１をひさし１２に沿う位置に移動させておくと、外部の
景色が見やすくなったり帽子を収納しやすくなったりす
る。
【００２１】小型表示素子１０や凹面鏡１１をひさし１
２に沿う位置まで動かさず、わずかに移動させることで
表示される画像の視度や位置を、装着者の好みに合わせ
て調節することもできる。ヒンジ１３、１４は回転する
だけでなく平行移動もできるようにしておくと、画像の
視度や位置の調整をより自由に行うことができる。
【００２２】図３は、小型表示素子として反射型液晶を
使用した例である。帽子のひさし１５の下部には反射型
液晶１６を照明する光源１７が、反射型液晶１６と凹面
鏡１７の間に配置されている。２０は照明光の光路の一
つである。照明光源１７からの光は装着者の瞳１９に直
接入らないで、反射型液晶１６を照明するように適当な
指向性を持たせておく。反射型液晶１６に表示された画
像は照明光源１７によって照明され、凹面鏡１８によっ
て拡大画像として装着者が観察できる。
【００２３】図４は凹面鏡２１に透過率調整用の液晶素
子２２を組み込んだ例である。液晶素子２２は素子の両
面につけられた透明電極に電圧を印加することで光透過
率を調節することができる。この作用により、小型表示
素子２３に表示される画像の明るさと、周囲の景色の明
るさの比を最適にして装着者は両方の視覚情報を観察す
ることができる。凹面鏡２１の透過率調整用の素子とし
ては液晶のほかにエレクトロ・クロミック素子など、透
過率を調節できる素子であれば使用できる。
【００２４】本考案の表示装置付き帽子にカメラ等の画
像入力装置やマイクロホンとスピーカーを設け、画像記
録装置や音声記録装置に接続可能にすることもできる。
これにより入力された画像や音声を帽子の装着者が、帽
子の画像表示機能やスピーカーを利用して見聞したり、
接続された記録装置に記録したりできる。記録装置に記
録されている画像や音声を、帽子の装着者が帽子の画像
表示機能やスピーカーを利用して見聞したりすることも
できる。博物館ガイドやとして劇場ガイドとして使用す
る場合は外部の送信装置から送られてくる情報を受信装
置で受信して出力できるようにすることもできる。
【００２５】図５は画像入力装置と音声入力装置を備え
た表示機能付き帽子の構成のブロック図である。画像入
力装置や音声入力装置から入力されたデータは、帽子と
一体か帽子と接続コードなどで接続されたシステム制御
装置とそれぞれのデータ蓄積装置に送られる。システム
制御装置には帽子の装着者が操作する操作部が接続さ
れ、画像入出力機能や音声入出力機能の機能を選択でき
る。
【００２６】操作部への操作に従って、システム制御装
置は入力された画像や音声を、小型表示素子や音声出力
装置に出力したり、画像データ蓄積装置や音声データ蓄
積装置に記録したり、記録されたデータを出力したりす
る。システム制御装置から出力されるデータは、小型表
示素子駆動回路や音声出力装置駆動回路に送られ、小型
表示素子や音声出力装置を駆動する。画像データ蓄積装
置や音声データ蓄積装置には外部の画像データ発生装置
や音声データ発生装置から画像データや音声データを記
録しておいて、操作部の操作に従って出力することもで
きる。
【００２７】
【発明の効果】本考案では、小型表示素子を凹面鏡の光
軸と直角に近い角度で配置し、プリズムブロックなどの
付加的な光学要素を使用せずに広い視野にわたって収差
補正された虚像を形成し、小型軽量で広視野、高解像
度、高画質の表示装置を実現することができる。小型表
示素子は帽子のひさしの下部に配置され、帽子の外観に
は何の影響も与えず帽子が大振りになることはない。
【００２８】小型表示素子は装着者の前額部の前方で瞳
の上方に位置するので装着者の視野を妨げたり、視野の
側方で目障りになったりすることもない。瞳から凹面鏡
を見こむ立体角は大きくできるので、目の位置をふって
も表示画像がけられることはない。また凹面鏡に透過性
を持たせるだけで凹面鏡の背後に付加的な光学要素を付
け加えることなしに外部の景色と表示画像を重ね合わせ
て見られるようにすることも可能である。
【００２９】小型表示素子と凹面鏡をひさしに沿って折
りたたみができるため、収納時の大きさが小さくでき装
置としての利便性が高い。小型表示素子と凹面鏡の位置
を装着者の瞳に対して調整することができるので、表示
画像の視度や位置をきめこまかく調整でき、装着者が快
適に画像表示を見ることができる。
【００３０】
【図面の簡単な説明】
【図１】表示装置を装着者が装着時の状態を側面から見
た図
【図２】小型表示素子と凹面鏡をひさしに沿うように動
かした状態を示す図
【図３】小型表示素子として反射型液晶を使用した例
【図４】凹面鏡・に透過率調整用の液晶素子を組み込ん
だ例
【図５】画像入力装置と音声入力装置を備えた構成のブ
ロック図
【符号の説明】
１、１２、１５…ひさし、２…帽子の本体部、３、１
０、２３…小型表示素子、３ａ…表示面、４、１１、１
８、２１…凹面鏡、４ａ…反射面、４ｂ…凹面鏡のもう
一方の面、５、６、８…光路、７、１９…瞳、９…虚
像、１３、１４…ヒンジ、１６…反射型液晶、１７…光
源、２０…照明光路、２２…液晶素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/64 ５１１ Ｈ０４Ｎ 5/64 ５１１Ａ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】装着者の頭部の少なくとも一部を覆う装着
    部と、装着部に固定され装着者の前額部から前方に突出
    すひさしと、装着者の前額部の前方、ひさしの下方、装
    着者の瞳位置よりも上方の位置で保持板から吊り下げら
    れ、表示面が装着者の前方に向けられた表示素子と、表
    示素子よりも装着者の前方で反射面を装着者の瞳の方向
    に向けてひさし下面から下方に吊り下げられ、小型表示
    素子で表示される画像の拡大された虚像を装着者が観察
    できる位置に形成する凹面鏡とを備えることを特徴とす
    る帽子。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の帽子において小型表示素
    子、凹面鏡の少なくとも一つは、ひさしに対して可動に
    取り付けられひさしに沿う位置に収納可能な帽子。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の帽子において、凹面鏡は
    光透過性を持ち装着者が小型表示素子の表示画像と周囲
    環境の景色を同時に観察できることを特徴とする帽子。
  4. 【請求項４】請求項１に記載の帽子において小型表示素
    子、凹面鏡の少なくとも一つは、ひさしに対して可動に
    取り付けられ装着者の観察する虚像位置を調節可能な帽
    子。
  5. 【請求項５】請求項３に記載の帽子において、凹面鏡の
    透過光量、反射光量ないしは表示素子の明るさのうちの
    少なくとも一つを可変にして装着者の目に届く小型表示
    素子の表示画像の光量または周囲環境の景色の光量を調
    節できることを特徴とする帽子。
  6. 【請求項６】請求項１に記載の帽子において、表示素子
    として反射型表示素子を有し、反射型表示素子よりも装
    着者の前方でひさし下面に取り付けられ、反射型表示素
    子を照明する照明光を照射する照明装置を有する帽子。
  7. 【請求項７】請求項６に記載の帽子において、凹面鏡の
    透過光量、反射光量ないしは反射型表示素子の反射光量
    ないしは照明光源の光量のうちの少なくとも一つを可変
    にして装着者の目に届く表示素子の表示画像の光量また
    は周囲環境の景色の光量を調節できることを特徴とする
    帽子。
  8. 【請求項８】請求項３に記載の帽子において、凹面鏡を
    構成する部材の一部のみに反射特性を持たせて虚像形成
    に用いることを特徴とする表示装置付き帽子。
  9. 【請求項９】画像入力装置または音声入出力装置を備え
    画像入力装置または音声入力装置からの画像または音声
    を記録する記録装置に接続可能で、画像入力装置から入
    力された画像、記録装置に記録された画像または音声入
    力装置から入力された音声、音声記録装置に記録された
    音声の少なくとも一つを出力可能な請求項１に記載の帽
    子。
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