JP2005159870A - 映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外界光量を制御可能とすると共に電源電力の消耗を極力防止するようにし、常時装着を実現することのできる映像表示装置を得る。
【解決手段】 映像表示手段１０と、プリズム１５Ｒ，１５Ｌと、シャッタ素子２０と、体温発電手段３０とを備えた頭部装着型のシースルー映像表示装置。プリズム１５Ｒ，１５Ｌは外界光が透過することにより外界を透視することができ、一方のプリズム１５Ｒには映像表示手段１０によって虚像として拡大表示された映像をシャッタ素子２０を介して透過した外界像と重ねて観察することができる。シャッタ素子２０はその透過光量を制御可能であり、映像を表示しないときは体温発電手段３０にて発電された電力にて外界光透過量を上げるように制御される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、映像表示装置、特に、観察者の頭部に装着して眼前に配置されて使用されるヘッドマウンテッドディスプレイ（以下、ＨＭＤと記す）等の映像表示装置に関する。

近年、エレクトロニクス技術、通信技術の発展と共に通信によって得た映像情報データを表示可能な携帯型の映像表示装置が種々開発、提供されている。

その興味ある用途として、テレビ放送の受信表示、映画、観劇などの字幕表示やナビゲーションシステムにおける指示の表示、化学プラントなどにおける現場作業者に対する作業内容の表示、博物館や美術館などの展示館における説明、遊園地やテーマパークにおけるアトラクションでの利用などが上げられる。

一方、ＨＭＤ型の映像表示装置は装着者（観察者）に対してのみ映像を提示するために秘匿性が高く、また、両手が自由になる長所を有している。特に、外界光と映像光とを合成して提示するタイプのＨＭＤでは、外界の様子も観察できるため、障害物等の危険を未然に察知できて安全に映像を観察することができる。

このタイプの映像表示装置では、映像表示時には映像を見やすくする目的で外界光量を低減するようにし、映像表示を行わないときには外界光量を低減しないようにする。これにて、映像観察時には良好な映像表示を楽しめると共に、映像表示を行わない場合でも装着したままでよく、着脱の煩わしさを解消できるほか、映像を見たいときにすぐに見ることができる即時性を達成することができる。

外界光量を低減するためには、透過光量を制御可能なシャッタ、例えば、液晶を利用したシャッタを用いることができる。通常、この種のシャッタは通電時に透過状態、無通電時に不透明状態あるいは拡散状態となる。従って、常時装着可能とするためには、シャッタに常時通電する必要がある。

しかしながら、携帯型の映像表示装置の電源電力には限りがあるため、電力消耗時にはシャッタが不透明状態あるいは拡散状態になって外界が見えなくなり、危険である。さらに、電池の交換や充填などの手間が発生し、常時装着の利点を妨げてしまうことになる。

ところで、特許文献１には、外界光量を低減するためのシャッタを設けたＨＭＤが開示されている。このＨＭＤには表示された映像を見やすくするため、外界光量に応じてシャッタの透過度を可変としているが、電源電力の消耗については特に考慮していない。
特許第３０７７１６６号公報

そこで、本発明の目的は、外界光量を制御可能とすると共に電源電力の消耗を極力防止するようにし、常時装着を実現することのできる映像表示装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明は、映像表示手段と、該映像表示手段によって表示された映像を拡大して観察者の瞳に導く拡大光学系と、表示映像光の光路と外界光の光路を合成する光路合成素子と、観察者の眼前に配置されて外界光の透過量を制御するシャッタ素子と、頭部へ装着するための支持部材と、を備えた映像表示装置において、前記支持部材に観察者の体温と外界温度との差違により発電する体温発電手段を取り付け、該体温発電手段により発電された電力で前記シャッタ素子を駆動することを特徴とする。

本発明に係る映像表示装置においては、シャッタ素子によって外界光量を制御することにより、映像を良好な状態で観察することができると共に非表示時には外界を良好に視認することができる。しかも、装着時には頭部の体温によって体温発電手段を作動させて発電された電力でシャッタ素子を駆動するため、電源電力の消耗を極力防止することができ、電力の消耗によって外界が見えなくなったり、電力補充の手間を省くことができる。

本発明に係る映像表示装置において、前記シャッタ素子は液晶シャッタを用いることができる。液晶シャッタは透過状態（外界光量増大時）とするのに消費電力が小さくて済み、効果的に電源の消耗を抑えることができる。

また、本発明に係る映像表示装置は、前記体温発電手段により発電された電力を貯蔵する２次電池を備えていることが好ましい。

さらに、頭部装着検知手段を備え、該検知手段からの装着検知信号に基づいて前記シャッタ素子の外界光透過量を上げるように駆動されるように構成してもよい。

さらに、映像表示開始検知手段を備え、該検知手段からの表示開始信号に基づいて前記シャッタ素子の外界光透過量を下げるように駆動されるように構成してもよい。

以下、本発明に係る映像表示装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

図１及び図２に、本発明に係る映像表示装置の一実施例である頭部装着型のシースルー映像表示装置１を示す。この映像表示装置１は、概略、映像表示手段１０、プリズム１５Ｒ，１５Ｌ、シャッタ素子２０、テンプル２５Ｒ，２５Ｌ、ブリッジ２６、鼻当て２７Ｒ，２７Ｌ、体温発電手段３０にて構成されており、眼鏡と同様にして人の頭部に装着可能である。

プリズム１５Ｒ，１５Ｌは、眼前に配置されて外界光Ｐが透過することにより外界を透視することができると共に、一方のプリズム１５Ｒには以下に詳述する映像表示手段１０によって虚像として表示された映像を、シャッタ素子２０を透過した外界像と重ねて観察することができる。映像はケーブル２１を介して映像表示手段１０の液晶変調デバイス１３（図２参照）に入力される。

表示手段１０は、プリズム１５Ｒの上部に取り付けたもので、図２に示すように、発光ダイオード１１、レンズ１２、透過型の液晶変調デバイス１３にて構成されている。発光ダイオード１１から放射された光をレンズ１２にて集光し、液晶変調デバイス１３を映像信号に基づいて駆動することにより、光を変調して拡大光学系に映像を虚像として表示する。

プリズム１５Ｒは、プリズム１６，１７からなり、その接合部には体積位相型のホログラム素子１８が設けられている。液晶変調デバイス１３で変調された映像光はプリズム１６の内部で３回全反射した後、ホログラム素子１８により回折され、虚像として光学瞳１９に導かれる。観察者は光学瞳１９の光が目に入射することにより、映像を観察することができる。

シャッタ素子２０は、光の透過率を制御可能としたもので、例えば、液晶シャッタが使用されている。使用される液晶の種類としては、ＳＴＮ液晶、ＴＦＴ液晶など透過／遮光状態を切換え可能なものや、ポリマーネットワーク液晶など透過／拡散状態を切換え可能なものがある。

シャッタ素子２０は、映像表示時に外界光Ｐが強い場合には透過率を低下させて映像光の視認性を良好なものとする。透過率を低下したときのシャッタ素子２０の透過率は５０％以下であれば視認性改善の効果を持つが、より好ましくは１０％以下であることが望ましい。一方、映像を表示しないとき、シャッタ素子２０の透過率を上げることで、この映像表示装置１を頭部に装着したままで眼前の外界を良好に視認することができる。

このシャッタ素子２０は少なくともホログラム素子１８に対応した面積を有していればよく、プリズム１５Ｒに対応した面積であってもよい。前者は常時外界光Ｐが透過する部分が大きく、外界の視認性を優先したものであり、後者はデザイン的に好ましい。

体温発電手段３０は、例えば、ゼーベック効果を利用した素子を用いたものであり、観察者の頭部や顔部に接する部分、例えば、テンプル２５Ｒ，２５Ｌや鼻当て２７Ｒ，２７Ｌに取り付けられている。なお、取付け箇所はこれらに限定するものではなく、必要な発電効果が得られるのであれば、１箇所であってもよい。

ゼーベック効果を利用した素子とは、図３に示すように、それぞれ電極３３を備えた一対の基板３２で金属や半導体３１を挟持し、金属や半導体３１の両端部に温度差を生じさせることで端子３４，３５間に電位を発生させるものである。

素子の素材としては、鉛テルル、ビスマステルル、シリコンゲルマニウム、ケイ化鉄、鉛錫テルル、銀アンチモンテルルなどを挙げることができる。図３において点線で囲った１素子では発電量が僅か（数百μＶ／℃）であるため、複数素子を直列に接続して所望の電圧を得ている。

さらに、この体温発電手段３０は映像表示装置１が観察者の頭部に装着されたことを検知する検知手段を兼ねている。即ち、映像表示装置１の装着に基づいて電力が発生するため、この電力発生信号を頭部装着検知信号として利用するのである。なお、頭部装着検知手段としてはマイクロスイッチなどのスイッチング素子を採用できることは勿論である。

ここで、制御装置の第１例（図４参照）及び第２例（図５参照）を説明する。

第１例は、体温発電手段３０で発電された電力をシャッタ制御部４２及びシャッタ素子２０に供給し、その電力によってシャッタ制御部４２を制御すると共に、制御信号をシャッタ素子２０に送信して該素子２０を駆動するように構成されている。また、映像表示制御部４１もその電力（図示しない主電源から供給される）をシャッタ制御部４２及びシャッタ素子２０に供給可能であると共に、シャッタ制御部４２に制御信号を送信してシャッタ素子２０を駆動するように構成されている。

第２例は、前記第１例の構成に２次電池３６を追加したもので、２次電池３６は体温発電手段３０で発生した電力を貯蔵し、該電力をシャッタ制御部４２に対して供給する。

次に、以上の構成からなる映像表示装置１の制御手順について図６を参照して説明する。

まず、本映像表示装置１が頭部に装着されたことが検知されると（ステップＳ１でＹＥＳ）、映像表示制御部４１の電源がオンされたか否かを判定する（ステップＳ２）。オンされたのであれば（ステップＳ２でＹＥＳ）、即ち、映像が表示されるのであれば、映像表示制御部４１がシャッタ素子２０の透過率をシャッタ制御部４２に指示する（ステップＳ３）。ここで指示される透過率は映像を見やすいようにシャッタ素子２０の外界光透過量を下げる方向であり、ここでシャッタ制御部４２はシャッタ素子２０の透過率を指示された数値に制御する（ステップＳ４参照）。この場合、ステップＳ２で判定される電源オン信号が映像表示開始検知手段として機能することになる。

一方、映像表示制御部４１の電源がオンされない場合は、（ステップＳ２でＮＯ）、シャッタ制御部４２がシャッタ素子２０の透過率を上げるように制御する（ステップＳ５）。この場合は、映像が表示されないのであるから、シャッタ素子２０の外界光透過量を上げ、外界の視認性を良好なものとする。

なお、体温発電手段３０の発電能力が十分であれば、シャッタ制御部４２に対して映像表示制御部４１から必ずしも電力を供給する必要はなく、シャッタ素子２０をシャッタ制御部４２のみで制御するようにしてもよい。

また、図５に示した第２例のように、２次電池３６を設けておけば、映像表示制御部４１から電力が供給されている間は体温発電手段３０の電力を貯蔵しておくことができ、仮に主電源が消耗した場合であっても、シャッタ素子２０を駆動することが可能である。即ち、主電源の消耗によって映像の表示が途切れた場合、直ちにシャッタ素子２０の外界光透過量を上げて外界の視認性を高めることが可能になる。

（他の実施例）
なお、本発明に係る映像表示装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。

特に、映像表示手段、拡大光学系、光路合成素子の詳細は任意である。例えば、前記実施例では、ホログラム素子を用いたＨＭＤを示したが、映像光と外界光とを合成するための光学素子としてハーフミラーを用いたものであってもよい。

また、前記実施例では片眼用のＨＭＤを示したが、両眼用であってもよく、あるいは、片眼用であってもシャッタ素子を両眼に設けてもよい。

本発明に係る映像表示装置の一実施例を示す斜視図である。 前記映像表示装置の要部を示す断面図である。 前記映像表示装置に用いられている体温発電手段を示す断面図である。 前記映像表示装置の制御部の第１例を示すブロック図である。 前記映像表示装置の制御部の第２例を示すブロック図である。 前記映像表示装置の制御手順を示すフローチャート図である。

符号の説明

１…映像表示装置
１０…映像表示手段
１５Ｒ，１５Ｌ，１６，１７…プリズム
１８…ホログラム素子
１９…光学瞳
２０…シャッタ素子
２５Ｒ，２５Ｌ…テンプル
２７Ｒ，２７Ｌ…鼻当て
３０…体温発電手段
３６…２次電池
４１…映像表示制御部
４２…シャッタ制御部

Claims (5)

1. 映像表示手段と、該映像表示手段によって表示された映像を拡大して観察者の瞳に導く拡大光学系と、表示映像光の光路と外界光の光路を合成する光路合成素子と、観察者の眼前に配置されて外界光の透過量を制御するシャッタ素子と、頭部へ装着するための支持部材と、を備えた映像表示装置において、
   前記支持部材に観察者の体温と外界温度との差違により発電する体温発電手段を取り付け、該体温発電手段により発電された電力で前記シャッタ素子を駆動すること、
   を特徴とする映像表示装置。
2. 前記シャッタ素子は液晶シャッタであることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
3. 前記体温発電手段により発電された電力を貯蔵する２次電池を備えたことを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
4. 頭部装着検知手段を備え、該検知手段からの装着検知信号に基づいて前記シャッタ素子の外界光透過量を上げるように駆動されることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
5. 映像表示開始検知手段を備え、該検知手段からの表示開始信号に基づいて前記シャッタ素子の外界光透過量を下げるように駆動されることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。

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