JP2005167902A - 映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価、小型、軽量で、かつ、観察者の多様な形状の頭部や耳に対応しながら音を確実に聴くことができ、信頼性及び汎用性の高い映像表示装置を得る。
【解決手段】 映像表示手段１１と、該映像表示手段１１によって表示された映像を虚像として観察者の瞳に導く接眼光学系１２と、該接眼光学系１２を観察者の頭部に固定するためのテンプル１６，１７と、音を出力するスピーカ１８２と、該スピーカ１８２の音を観察者の耳に伝達するための音伝達部材１８３とを備えた映像表示装置。スピーカ１８２はテンプル１７に取り付けられている。音伝達部材１８３は柔軟なゴム材からなり、音の出口である管体部１８３ｃの位置を移動させることで、音出力位置及び音出力方向を調整可能である。
【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型の映像表示装置においても音の出力手段は重要であり、特許文献１には、頭部装着手段に大きなスピーカをスライド自在に取り付けたＨＭＤが開示されている。スピーカが大きくスライド自在であるので、観察者の多様な頭部形状における耳に対応することができる。

また、特許文献２には、スピーカを頭部装着手段にモータで移動可能に取り付けたＨＭＤが開示されている。スピーカの位置を耳に合わせて音を聴くことができる。

また、特許文献３には、スピーカを電気コードを介して頭部装着手段に接続したＨＭＤが開示されている。観察者はスピーカを耳に挿入して音を聴くことができる。

しかしながら、特許文献１に記載のＨＭＤにあっては、大きなスピーカを用いているので、コストが高く、装置が大型化し重いという問題点を有していた。また、音漏れのために周囲の人に不快感を与えてしまう。

特許文献２に記載のＨＭＤにあっても、スピーカを移動させるためにモータを用いているので、やはりコスト高、大型化、高重量という問題点が残されていた。

さらに、特許文献３に記載のＨＭＤにあっては、スピーカを電気コードで吊り下げる構造であるため、電気コードが切れやすいという問題点を有していた。また、スピーカを耳に挿入するため、装置の頭部からの取外しが困難でもある。
特開２００１−６９４２９号公報 特開平９−２６１５５６号公報 特開２００１−６９４２７号公報

そこで、本発明の目的は、安価、小型、軽量で、かつ、観察者の多様な形状の頭部や耳に対応しながら音を確実に聴くことができ、信頼性及び汎用性の高い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、本発明に係る映像表示装置は、映像表示手段と、前記映像表示手段によって表示された映像を虚像として観察者の瞳に導く接眼光学系と、前記接眼光学系を観察者の頭部に固定するための頭部装着手段と、音を出力するスピーカと、前記スピーカの音を観察者の耳に伝達するための音伝達手段とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る映像表示装置においては、スピーカとは別に音伝達手段を設けたため、スピーカの配置の自由度が高まり、スピーカにそれ程大型のものを用いる必要はなく、安価で小型軽量に構成できる。また、音は音伝達手段により観察者の耳に確実に導かれるため、観察者は雑音の多い場所でも音を明瞭に聴くことができ、信頼性、汎用性に優れている。

本発明に係る映像表示装置において、スピーカは装置の一部に取り付けられていることが好ましい。スピーカの取付け位置を固定することにより、装置の小型軽量化を保持しながら音伝達手段によって音を確実に耳に導くことができる。

また、音伝達手段は音出力位置及び／又は音出力方向を調整可能であることが好ましい。観察者の多様な頭部形状に対応でき、音を確実に観察者の耳に導くことができ、安価で汎用性の高い映像表示装置とすることができる。

あるいは、音伝達手段は装置に対して着脱可能であってもよい。観察者によって音伝達手段を取り替えることにより、多様な頭部形状に対応でき、音を確実に観察者の耳に導くことができる。そして、音伝達手段の装着時には音を外部に漏らさないようにし、取り外せば開放感を持ちながらスピーカで手軽に音を聴くことができ、様々なスタイルで音を聴くことができる。

また、前記音伝達手段は柔軟な材料からなることが好ましい。観察者の耳に痛みが生じることはなく、耳との位置ずれを柔軟性で吸収することができる。さらに、高音をカットした重低音とすることができ、周囲の人に不快な音の伝達を防止することができる。

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。

（第１実施例、図１〜図３参照）
図１に本発明に係る映像表示装置の第１実施例である頭部装着型のシースルー映像表示装置１Ａを示す。図２にその音響手段１８を示し、図３にその映像表示手段１１及び接眼光学系１２を示す。

この映像表示装置１Ａは片眼用であって、接眼光学系１２は映像表示手段１１によって表示された映像を虚像として観察者の瞳に導き、かつ、外界を透過して見ることのできるように構成されている。

頭部装着手段は、鼻当て１３１，１３２と、それを指示するブリッジ１３と、フレーム１４，１５と、テンプル１６，１７とで構成されている。接眼光学系１２はフレーム１５とブリッジ１３との間で支持され、フレーム１４，１５とテンプル１６，１７との間はそれぞれヒンジによって結合されている。従って、この映像表示装置１Ａは通常の眼鏡と同様にして人の頭部に装着可能である。また、テンプル１７に取り付けられた電気ケーブル１９によって図示しない外部機器から映像や音が映像表示手段１１に供給され、同時に電力もこのケーブル１９によって供給される。

音響手段１８は、スピーカ１８２と音伝達部材１８３とで構成されている。スピーカ１８２はイヤホン型の小型のもので、支持部材１８１によってテンプル１７に取り付けられており、電気コード１８４によって音信号が送信される。音伝達部材１８３に関しては後に詳述する。

観察者は、鼻当て１３１，１３２とテンプル１６，１７によりこの映像表示装置１Ａを頭部に装着し、映像を観察しながら音を聴くことができる。そして、この映像表示装置１Ａでは、映像に重ねて目前の外界を観察することが可能である。なお、映像部分のみは外界光を遮蔽して映像部分の周囲のみで外界を観察するように構成してもよい。あるいは、映像部分及びその周囲の外界光を遮蔽して映像の観察に没頭させる構成としてもよい。

ここで、図２を参照して音響手段１８について詳述する。スピーカ１８２から放射された音は、音伝達部材１８３を介して観察者の耳元に導かれる。音伝達部材１８３は反射板部１８３ａと嵌合部１８３ｂと管体部１８３ｃとからなり、嵌合部１８３ｂにてスピーカ１８２に着脱自在に結合され、嵌合状態においてα方向及びβ方向に回転自在である。

反射板部１８３ａには中央部分に突起が形成され、この突起がスピーカ１８２の殻体に当接することでスピーカ１８２の音の大部分を遮蔽することなく管体部１８３ｃへ導く。観察者は音伝達部材１８３をα方向及びβ方向に適宜回転させて管体部１８３ｃを自分の耳の位置に合わせて音を聴くことができ、周囲への音漏れが小さくなる。即ち、管体部１８３ｃの先端部分が観察者に対する音の出力位置であり、音の出力位置及び音の出力方向を調整可能である。

また、音伝達部材１８３は柔軟なゴム材からなり、ノイズ成分となる高周波を吸収して耳に導くことはなく、観察者は良好な音を聴くことができ、周囲の人に対しても不快な音の伝達が防止される。また、音伝達部材１８３は柔軟であるから観察者の耳に当たったとしても痛くはない。

一方、図１に示すように、スピーカ１８２は支持部材１８１に対して、矢印Ｐ方向にスライド可能に、かつ、矢印Ｐ方向に平行な軸を中心として矢印Ｑ方向に回転可能に取り付けられている。観察者は音伝達部材１８３による調整に加えてスピーカ１８２を矢印Ｐ方向にスライド及び／又は矢印Ｑ方向に回転させることで、音響手段１８をより多様に耳の位置や頭部の形状に対応させることが可能になっている。

本第１実施例において、音響手段１８はイヤホン型のスピーカ１８２とゴム材からなる音伝達部材１８３とで構成されているため、安価であり、小型、軽量に構成できる。そして、スピーカ１８２は支持部材１８１を介してテンプル１７に固定されているので、スピーカ１８２に音を伝えるコード１８４に無理な応力が作用することはなく、信頼性の高い音響手段１８とすることができる。

また、前述のように、音伝達部材１８３の音出力位置や音出力方向を調整可能にしたので、スピーカ１８２の音量を上げることなく、観察者の様々な耳の位置、形状に対応できる汎用性の高い音響手段とすることができる。また、音伝達部材１８３は耳に挿入する必要がないので、映像表示装置１Ａ自体の頭部への着脱が容易であり、装置１Ａを外す際に誤って耳を傷付けることもない。

さらに、音伝達部材１８３はスピーカ１８２に対して着脱自在であるため、後に説明する他の形状の音伝達部材２２３，３２３（図５及び図６参照）などに取り替えることが可能であり、多様な位置に音を伝達でき、多様な形状の頭部、耳に対応することができる。また、音伝達部材１８３を取り外してスピーカ１８２の音を直接聴くことも可能である。

なお、本第１実施例において、音伝達部材１８３は柔軟な材料で形成したが、プラスチックなどの硬質な材料で形成してもよい。この場合は、高周波帯域の音を伝達する特性を生じる。また、スピーカ１８２はテンプル１７に固定する形式を採用しているが、通常用いられているインナーフォンのように、コードで接続して観察者の耳に挿入するものであってもよい。

次に、映像表示手段１１及び接眼光学系１２について図３を参照して説明する。

映像表示手段１１は、透過型の液晶表示デバイス（以下、ＬＣＤと記す）１１１と、拡散光を放射する発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記す）１１２と、集光レンズ１１３とで構成されている。

ＬＥＤ１１２から放射された光は、集光レンズ１１３で集光されてＬＣＤ１１１を照明する。ＬＣＤ１１１は画像データに基づいて駆動されることにより、照明光を変調して映像を表示する。

接眼光学系１２は、ホログラム素子１２１ｄを含む透明基板１２１，１２２にて構成されている。ホログラム素子１２１ｄは、体積位相型であって、透明基板１２１，１２２の界面に支持されている。

映像表示手段１１からの映像光は、入射面１２１ａから透明基板１２１に入射し、面１２１ｂ，１２１ｃで全反射した後、ホログラム素子１２１ｄによって回折され、虚像として光学瞳２に導かれる。

観察者は光学瞳２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。同時に外界光Ａも透明基板１２１，１２２を透過するため、外界像も合わせて観察することができる。透明基板１２１，１２２は互いのくさび形状部分で平面透明板を構成するので、外界光Ａのくさび形状部分での屈折をキャンセルし、観察者は外界を歪みなく見ることができる。

映像のために光を放射するＬＥＤ１１２には、発光ピーク波長が６３５ｎｍ、５２０ｎｍ、４６５ｎｍのＲＧＢ一体型のものを用いている。ホログラム素子１２１ｄは、回折効率ピーク及び半値で、６３５±１０ｎｍ、５２０±１０ｎｍ、４６５±１０ｎｍの波長の光を回折するように作製されている。ホログラム素子１２１ｄは特定入射角の特定波長の光のみを回折するので、外界光Ａにはほとんど影響せず、外界光Ａを透過させる。そのため、観察者は通常どおりの外界を見ることができる。

本第１実施例では、映像光を透明基板１２１内で反射して観察者の目に導く構成としたため、透明基板１２１，１２２を通常の眼鏡レンズと同程度に薄くでき（例えば、厚さ３ｍｍ程度）、装置１Ａの小型軽量化を達成している。また、透明基板１２１での反射を全反射としたので、透明基板１２１の面１２１ｂ，１２１ｃを通過する外界光Ａの透過率を低下させることはなく、観察者は光量の低下がほとんどない状態で外界を見ることができる。この場合、外界像に歪みが生じないことは前述した。

（第２実施例、図４参照）
図４に本発明に係る映像表示装置の第２実施例であるシースルー映像表示装置１Ｂを示す。この映像表示装置１Ｂは両眼用としたもので、映像表示手段１１、接眼光学系１２及び音響手段１８はそれぞれ左右一対に設置されている。また、図４において図１と同じ部材、部分には共通の符号を付し、重複した説明は省略する。

本第２実施例においては、左用の映像表示手段１１及び左用の音響手段１８に映像信号及び音信号を伝えるフレキシブル基板３０が取り付けられている。このフレキシブル基板３０は細い小型のものを映像表示手段１１，１１の間に設けることで、外界を遮ることを極力少なくしている。

本第２実施例の作用効果は前記第１実施例と同様である。また、両眼用であることから、透明基板１２１，１２２に曲率を付与して矯正眼鏡レンズを兼ねさせることが可能である。

（音伝達部材の他の例、図５及び図６参照）
図５に示す音伝達部材２２３は、管体部２２３ｃを湾曲状態で長くしたものであり、他の構成や形状は前記音伝達部材１８３と同様である。管体部２２３ｃの先端を外耳に挿入して音を聴くことにより、外部への音漏れが少なくなり、秘匿性を確保できる。また、柔軟なゴム材にて形成しているので、多様な耳の形状に対応できる。

図６に示す音伝達部材３２３は、スピーカ１８２から放射される音をストレートに観察者の耳に導くようにしたもので、効率的に音を耳に導くことができる。

（第３実施例、図７参照）
図７に本発明に係る映像表示装置の第１実施例である頭部装着型のシースルー映像表示装置１Ｃを示す。この映像表示装置１Ｃは基本的には前記第１実施例として示した映像表示装置１Ａと同じ構成を有し、図７において図１と同じ部材、部分には共通の符号を付し、重複した説明は省略する。

この第３実施例において、前記第１実施例と異なるのは、スピーカを映像表示手段１１に内蔵し、該スピーカ（図示せず）から細長いフレキシブルな管状の音伝達部材４２３によって音を観察者の耳に導くようにした点にある。スピーカをテンプル１７に取り付けていないので、シンプルな構成となり、壊れにくい利点を有している。

（他の実施例）
なお、本発明に係る映像表示装置は前記各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、接眼光学系の詳細な構成は任意である。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、前記各実施例では、外部機器から映像表示装置に映像信号や音信号などを供給する構成を示したが、装置にバッテリーを内蔵して無線によりこれらの供給を受けるようにしてもよく、あるいは、映像や音を記録する手段を内蔵した独立形態の映像表示装置とすることも可能である。

本発明に係る映像表示装置の第１実施例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図である。 前記第１実施例における音響手段を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は音伝達部材のみ断面とした正面図である。 前記第１実施例における映像表示手段及び接眼光学系を示す断面図である。 本発明に係る映像表示装置の第２実施例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図である。 音伝達部材の変形例を示す一部を断面とした正面図である。 音伝達部材の他の変形例を示す一部を断面とした正面図である。 本発明に係る映像表示装置の第３実施例を示す平面図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…映像表示装置
１１…映像表示手段
１２…接眼光学系
１６，１７…テンプル
１３１，１３２…鼻当て
１８２…スピーカ
１８３，２２３，３２３，４２３…音伝達部材

Claims (6)

1. 映像表示手段と、
   前記映像表示手段によって表示された映像を虚像として観察者の瞳に導く接眼光学系と、
   前記接眼光学系を観察者の頭部に固定するための頭部装着手段と、
   音を出力するスピーカと、
   前記スピーカの音を観察者の耳に伝達するための音伝達手段と、
   を備えたことを特徴とする映像表示装置。
2. 前記スピーカは装置の一部に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
3. 前記音伝達手段は音出力位置及び／又は音出力方向を調整可能であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の映像表示装置。
4. 前記音伝達手段は装置に対して着脱可能であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の映像表示装置。
5. 前記音伝達手段は前記スピーカに対して、音出力位置及び／又は音出力方向を調整可能に、かつ、着脱自在に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
6. 前記音伝達手段は柔軟な材料からなることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５に記載の映像表示装置。

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