JP2007156096A - Head-mounted display device and head-mounted display system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、装着者に画像と外界の双方を視認させ、且つ、装着者が視認する画像と外界とをモニタするために用いられる頭部装着型表示装置および頭部装着型表示システムに関する。 The present invention relates to a head-mounted display device and a head-mounted display system used for allowing a wearer to visually recognize both an image and the outside world and to monitor the image and the outside world viewed by the wearer.
図6に示す従来例の頭部装着型表示システムは、頭部装着型表示装置500とモニタ装置506とを備えている。頭部装着型表示装置500は、装着者の頭部に装着される保持部501と、保持部501により保持される画像表示光出射用表示器502と、表示器502から出射される画像表示光L1を装着者の目Eに導くように保持部501により保持される光学系504と、前記保持部501により保持される外界撮影用カメラ505とを有する。モニタ装置506は、カメラ505による撮影画像と表示器502による表示画像とを合成した画像を表示する。光学系504は、装着者の目Eの前方に配置される表示用光学素子507を有する。表示用光学素子507は、例えばハーフミラーやホログラム素子により構成され、画像表示光L1の光路を変更すると共に、装着者の視軸に一致する光路を有する外界光L2を透過する。これにより、画像表示光L1と外界光L2とが装着者の目Eに導かれるので、装着者は表示器502による表示画像と外界とを重畳して視認することができる。
The conventional head-mounted display system shown in FIG. 6 includes a head-mounted
モニタ装置506は、映像信号合成装置506aとモニタ本体506bとを有する。表示器502は、画像生成装置508から送信される映像信号に対応する画像を表示することで画像表示光L1を出射する。その映像信号は表示器502に送信されると同時に映像信号合成装置506aに送信される。映像信号合成装置506aは、その映像信号とカメラ505による外界の撮像信号との合成信号をモニタ本体506bに送信する。これにより、モニタ本体506bによって外界撮影画像と表示器502による表示画像とを合成したモニタ画像を表示できる。そのモニタ画像をモニタ本体506bを介して装着者以外の者に提供することで、装着者の視認状態に応じた行動を確認したり、装着者に視認状態に応じた情報を提供できる。例えば、外界の目標物と表示画像であるシンボルとが重なった時に、装着者の視認状態と行動との関係を確認したり、装着者に視認方向や目標物の情報を提供したり、何らかの操作を行うよう指示できる。
The
従来例においては、図7に示すように、装着者の視軸E1の方向とカメラ505の視軸C1の方向とは一致するが、装着者の視軸E1の位置とカメラ505の視軸C1の位置との間には一定距離差Sがある。装着者から外界の目標物Tまでの距離をL、正面を向く装着者が目標物Tを見込む角度をθE とした時、カメラ505が目標物Tを見込む角度θM はθM =tan-1(tanθE −S/L)により求められる。そのため、距離差Sが大きい場合や、目標物Tまでの距離Lが小さい場合、目標物Tを装着者が見込む角度θE とカメラ505が見込む角度θM との差が大きくなる。すなわち、カメラ505は、装着者の頭部や表示器502や光学系504と干渉しないように配置する必要があることから、距離差Sは例えば10cm以上になる。そのため、目標物Tが例えば1km以上先に存在する場合、装着者が目標物Tを視る方向とカメラ505が目標物Tを捕らえる方向は殆ど一致するが、目標物Tが例えば数m先に存在する場合、装着者とカメラ505との間に視差が生じる。その視差の影響により、モニタ本体506bにより表示されるモニタ画像が、装着者による実際の視認状態に対応しないという問題がある。
In the conventional example, as shown in FIG. 7, the direction of the wearer's visual axis E1 coincides with the direction of the visual axis C1 of the
例えば、図8に示すように、一定位置における装着者Uが遠方(装着者Uからの距離L1)の第1目標物T1と、近く(装着者Uからの距離L2)の第2目標物T2とを視認する場合を想定する。また、図9に示すように、表示画像として第1〜第3シンボルα、β、γが表示され、第1シンボルαは画面の中心位置に配置され、第2シンボルβは装着者Uが一定方向を向く時に第1目標物T1と重畳して視認する位置に配置され、第3シンボルγは装着者Uが一定方向を向く時に第2目標物T2と重畳して視認する位置に配置されるものとする。この場合、図10に示すように、装着者Uにより視認される外界と表示画像においては、第2シンボルβと第1目標物T1とが重畳され、第3シンボルγと第2目標物T2とが重畳される。しかし、モニタ本体506bにより表示される画像においては、図11に示すように、第2シンボルβと第1目標物T1とは重畳されるが、視差の影響により第3シンボルγと第2目標物T2とにずれが生じる。
For example, as shown in FIG. 8, the wearer U at a fixed position is far away (distance L1 from the wearer U) and the second target T2 near (distance L2 from the wearer U). Assume that the user is visually recognized. Also, as shown in FIG. 9, the first to third symbols α, β, γ are displayed as display images, the first symbol α is arranged at the center position of the screen, and the wearer U is constant for the second symbol β. The third symbol γ is disposed at a position where the wearer U is visually recognized by being superimposed on the second target T2 when the wearer U is directed in a certain direction. Shall. In this case, as shown in FIG. 10, the second symbol β and the first target T1 are superimposed in the outside world and the display image visually recognized by the wearer U, and the third symbol γ and the second target T2 are overlapped. Are superimposed. However, in the image displayed by the monitor
目標物までの距離が一定であれば、撮影画像と表示画像とを合成する際に予め視差の影響分だけずらすことで対処できる。しかし、目標物までの距離が一定でない場合、目標物までの距離が測定できない場合、装着者からの距離が異なる複数の目標物が存在する場合等においては、そのような視差を影響をなくすことができない。本発明は、そのような問題を解決することのできる頭部装着型表示装置および頭部装着型表示システムを提供することを目的とする。 If the distance to the target is constant, it can be dealt with by shifting in advance by the influence of parallax when combining the captured image and the display image. However, if the distance to the target is not constant, if the distance to the target cannot be measured, or if there are multiple targets with different distances from the wearer, such parallax should be eliminated. I can't. An object of the present invention is to provide a head-mounted display device and a head-mounted display system that can solve such problems.
本発明は、装着者の頭部に装着される保持部と、前記保持部により保持される画像表示光出射用表示器と、前記表示器から出射される画像表示光を前記装着者の目に導くように前記保持部により保持される光学系と、前記保持部により保持される外界撮影用カメラとを備え、前記光学系は、前記装着者の目の前方に配置される表示用光学素子を有し、前記表示用光学素子により、前記画像表示光の光路が変更され、前記装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部が透過される頭部装着型表示装置において、前記装着者の目の前方において、前記外界光の一部を透過し、前記外界光の一部の光路を変更するモニタ用光学素子が前記保持部により保持され、前記モニタ用光学素子により光路変更された前記外界光の一部が前記カメラに導かれることを特徴とする。
本発明の頭部装着型表示システムは、本発明の頭部装着型表示装置と、前記カメラによる撮影画像と前記表示器による表示画像とを合成した画像を表示するモニタ装置とを備える。
本発明の頭部装着型表示装置によれば、装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部が、モニタ用光学素子により光路変更された後にカメラに導かれる。すなわち、装着者の視軸とカメラの視軸とを一致させることができる。これにより、装着者とカメラとの間に視差を生じないので、本発明の頭部装着型表示システムによれば撮影画像と表示画像とを合成したモニタ画像を、装着者による実際の視認状態に対応させることができる。
The present invention provides a holding unit to be worn on the wearer's head, an image display light emitting display held by the holding unit, and image display light emitted from the display to the wearer's eyes. An optical system held by the holding unit so as to guide the camera, and an external shooting camera held by the holding unit. The optical system includes a display optical element disposed in front of the wearer's eyes. In the head-mounted display device in which the optical path of the image display light is changed by the display optical element and a part of external light having an optical path that matches the visual axis of the wearer is transmitted, In front of the wearer's eyes, a monitoring optical element that transmits part of the external light and changes a part of the optical path of the external light is held by the holding unit, and the optical path is changed by the monitoring optical element. In addition, a part of the external light is guided to the camera. Characterized in that it is.
A head-mounted display system according to the present invention includes the head-mounted display device according to the present invention and a monitor device that displays an image obtained by combining an image captured by the camera and a display image displayed by the display.
According to the head-mounted display device of the present invention, part of the external light having an optical path that coincides with the wearer's visual axis is guided to the camera after the optical path is changed by the monitoring optical element. In other words, the wearer's visual axis can coincide with the camera's visual axis. As a result, no parallax is generated between the wearer and the camera. Therefore, according to the head-mounted display system of the present invention, the monitor image obtained by synthesizing the captured image and the display image is brought into an actual viewing state by the wearer. Can be matched.
前記表示用光学素子は前記モニタ用光学素子を兼用するのが好ましい。これにより部品点数を削減できる。 It is preferable that the display optical element also serves as the monitor optical element. Thereby, the number of parts can be reduced.
前記表示用光学素子は、特定方向の偏光を反射し、別の特定方向の偏光を透過する第1偏光ビームスプリッタにより構成され、前記光学系は、前記第1偏光ビームスプリッタと前記表示器との間において、特定方向の偏光を反射し、別の特定方向の偏光を透過する第2偏光ビームスプリッタを有し、第1偏光ビームスプリッタにより反射される直線偏光を円偏光にする1/4波長板と、前記1/4波長板を通過した偏光を再び前記1/4波長板に導くように反射する反射素子とが前記保持部により保持され、前記画像表示光を構成する特定方向の偏光は、前記第2偏光ビームスプリッタにより反射された後に前記第1偏光ビームスプリッタに導かれ、前記第1偏光ビームスプリッタにより反射されることで前記装着者の目に導かれ、前記外界光を構成する特定方向の偏光は、前記第1偏光ビームスプリッタにより反射された後に前記1/4波長板を通過して前記反射素子に導かれ、前記反射素子により反射された後に再び前記1/4波長板に導かれることで別の特定方向の偏光とされ、前記1/4波長板を再び通過した別の特定方向の偏光は、前記第1偏光ビームスプリッタと前記第2偏光ビームスプリッタとを透過した後に前記カメラに導かれるのが好ましい。これにより、画像表示光とカメラに入射する外界光の光量を大きく減衰させることなく、画像表示光がカメラに迷光として入射することを防止し、明瞭な撮影画像を形成でき、モニタ装置に不要な映り込みが生じるのを防止でき、装着者に表示画像と外界を明瞭に視認させることができる。 The display optical element includes a first polarization beam splitter that reflects polarized light in a specific direction and transmits polarized light in another specific direction, and the optical system includes the first polarized beam splitter and the display. A quarter-wave plate having a second polarization beam splitter that reflects polarized light in a specific direction and transmits polarized light in another specific direction, and that converts linearly polarized light reflected by the first polarized beam splitter into circularly polarized light. And a reflective element that reflects the polarized light that has passed through the ¼ wavelength plate again so as to guide it to the ¼ wavelength plate again, and the polarized light in a specific direction that constitutes the image display light is After being reflected by the second polarizing beam splitter, it is guided to the first polarizing beam splitter, and is reflected by the first polarizing beam splitter to be guided to the wearer's eyes, and After being reflected by the first polarizing beam splitter, the polarized light in a specific direction is guided to the reflecting element through the quarter-wave plate, and after being reflected by the reflecting element, the 1/4 again. The polarized light in another specific direction is guided to the wave plate, and the polarized light in another specific direction that has passed through the quarter wavelength plate again is transmitted through the first polarizing beam splitter and the second polarizing beam splitter. After that, it is preferably guided to the camera. This prevents the image display light from entering the camera as stray light without greatly reducing the amount of image display light and external light incident on the camera, and can form a clear captured image, which is unnecessary for the monitor device. The occurrence of reflection can be prevented, and the display image and the outside world can be clearly seen by the wearer.
前記第1偏光ビームスプリッタと前記第2偏光ビームスプリッタとの間に、前記画像表示光と前記カメラに導かれる偏光とが通過するレンズ系が配置されているのが好ましい。画像表示光により画像を形成するためのレンズ系は、外界光により画像を形成するためのレンズ系として機能させることができる。よって、画像表示光により画像を形成するためのレンズ系により、外界撮影用カメラのレンズ系を構成できる。 It is preferable that a lens system through which the image display light and polarized light guided to the camera pass is disposed between the first polarizing beam splitter and the second polarizing beam splitter. A lens system for forming an image with image display light can function as a lens system for forming an image with external light. Therefore, a lens system for an external shooting camera can be configured by a lens system for forming an image with image display light.
本発明によれば、撮影画像と表示画像とを合成したモニタ画像を、外界と表示画像の装着者による実際の視認状態に対応させることができ、さらに、そのモニタ画像と表示画像の明瞭化と構成の簡単化を図ることができる頭部装着型表示装置を用いた頭部装着型表示システムを提供できる。 According to the present invention, the monitor image obtained by synthesizing the captured image and the display image can be made to correspond to the actual visual state by the wearer of the outside world and the display image, and the monitor image and the display image can be clarified. A head-mounted display system using a head-mounted display device that can be simplified in configuration can be provided.
図1に示す第1実施形態の頭部装着型表示システムは、頭部装着型表示装置1とモニタ装置31とを備える。頭部装着型表示装置1は、装着者の頭部に装着される保持部2を備える。保持部2は例えばヘルメット、バンド、ゴーグル等により構成できる。保持部2により画像表示光出射用表示器3、光学系4、外界撮影用カメラ5が保持される。
The head-mounted display system of the first embodiment shown in FIG. 1 includes a head-mounted display device 1 and a
表示器3は、例えば液晶表示装置や有機ELディスプレイ装置等により構成され、画像生成装置8から送信される映像信号に対応する画像を表示することで画像表示光を前方に向かい出射する。画像生成装置8は特に限定されず、例えばコンピュータやビデオ装置等により構成される。なお、本明細書において前後左右上下の方向は装着者を基準とする。
The
光学系4は、表示器3から出射される画像表示光を装着者の目Eに導くように保持部2により保持される。本実施形態の光学系4は、表示器3の前方に配置される偏光板11及びレンズ系12と、第1偏光ビームスプリッタ13と、第2偏光ビームスプリッタ14を有する。
The
偏光板11は、画像表示光を図中破線で示すS偏光(特定方向の偏光)としてレンズ系12に導く。なお、表示器3が画像表示光としてS偏光を出射するものである時は偏光板11は不要である。
The
第1偏光ビームスプリッタ13は、装着者の目Eの前方に配置され、S偏光を反射し、図中2点鎖線で示すP偏光(別の特定方向の偏光)を透過する。第2偏光ビームスプリッタ14は、レンズ系12の前方であって第1偏光ビームスプリッタ13の上方に配置され、第1偏光ビームスプリッタ13と表示器3との間において、S偏光を反射し、P偏光を透過する。レンズ系12を通過した画像表示光を構成するS偏光は、第2偏光ビームスプリッタ14により反射された後に第1偏光ビームスプリッタ13に導かれ、第1偏光ビームスプリッタ13により反射されることで装着者の目Eに導かれる。第1偏光ビームスプリッタ13は、装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部であるP偏光を透過させ、装着者の目Eに導く。
The first
本実施形態の第1偏光ビームスプリッタ13は、装着者の目Eの前方において、S偏光とされた画像表示光の光路を変更し、装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部であるP偏光を透過し、装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部であるS偏光を反射することで、表示用光学素子とモニタ用光学素子とを兼用する。
The first
第1偏光ビームスプリッタ13により光路変更された装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部であるS偏光は、P偏光とされた後にカメラ5に導かれる。すなわち、第1偏光ビームスプリッタ13により反射されるS偏光を円偏光にする1/4波長板21と、1/4波長板21を通過した偏光を再び1/4波長板21に導くように反射する反射素子であるミラー22とが保持部2により保持される。外界光を構成するS偏光は、第1偏光ビームスプリッタ13により反射された後に1/4波長板21を通過して円偏光としてミラー22に導かれ、ミラー22により反射された後に再び1/4波長板21に導かれる。反射後の円偏光は1/4波長板21を再び通過することによりP偏光となり、第1偏光ビームスプリッタ13と第2偏光ビームスプリッタ14とを透過した後に、第2偏光ビームスプリッタ14の上方に配置されるカメラ5に導かれる。カメラ5は、撮像素子と、入射した外界光により画像を形成するための専用のレンズ系とを内蔵し、外界の撮影を行う。
S-polarized light, which is part of the external light having an optical path that matches the visual axis of the wearer whose optical path has been changed by the first
モニタ装置31は、カメラ5による撮影画像と表示器3による表示画像とを合成した画像を表示する。モニタ装置31は従来と同様の構成でよく、映像信号合成装置31aとモニタ本体31bとを有する。画像生成装置8から送信される映像信号は表示器3に送信されると同時に映像信号合成装置31aに送信される。映像信号合成装置31aは、その映像信号とカメラ5による外界の撮像信号との合成信号をモニタ本体31bに送信する。これにより、モニタ本体31bによって外界撮影画像と表示器3による表示画像とを合成したモニタ画像を表示する。
The
上記第1実施形態によれば、装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部が、第1偏光ビームスプリッタ13により光路変更された後にカメラ5に導かれる。すなわち、装着者の視軸とカメラ5の視軸とを一致させることができる。これにより、装着者とカメラ5との間に視差を生じないので、撮影画像と表示画像とを合成したモニタ画像を、装着者による実際の視認状態に対応させることができる。例えば、図8に示すように、装着者Uが第1目標物T1と第2目標物T2とを視認し、図9に示すように、表示器3により第1〜第3シンボルα、β、γを表示し、図10に示すように、装着者Uにより視認される外界と表示画像において、第2シンボルβと第1目標物T1とが重畳され、第3シンボルγと第2目標物T2とが重畳される場合、モニタ本体31bにより表示される画像を図10による装着者の視認状態に一致させることができる。また、第1偏光ビームスプリッタ13は表示用光学素子とモニタ用光学素子とを兼用するので部品点数を削減できる。さらに、第1偏光ビームスプリッタ13と第2偏光ビームスプリッタ14により画像表示光と外界光をS偏光とP偏光に分岐し、カメラ5にはP偏光とされた外界光のみが入射され、S偏光とされた画像表示光はカメラ5に入射されないように光学系4を構成している。よって、ハーフミラーやホログラム素子等により光を分岐するのに比べて画像表示光とカメラ5に入射する外界光の光量を大きく減衰させることなく、画像表示光がカメラ5に迷光として入射することを防止し、明瞭な撮影画像を形成でき、モニタ装置31に不要な映り込みが生じるのを防止でき、装着者に表示画像と外界を明瞭に視認させることができる。なお、装着者の目Eに導かれるのは外界光のP偏光成分であり、カメラ5に導かれるのは外界光のS偏光成分であるが、外界光は通常は無偏光であるため、装着者が視認する外界とモニタ装置31によりモニタされる外界とに差異を生じることはない。また、各偏光ビームスプリッタ13、14、1/4波長板21、ミラー22における光の入出射面を平面で構成し、厚い平面ガラスを介して外界を見た場合と同等の光がカメラ5に入射するようにすることで、歪みのない撮影画像を形成できる。
According to the first embodiment, part of the external light having an optical path that matches the visual axis of the wearer is guided to the
図2は第2実施形態の頭部装着型表示システムを示す。以下、第1実施形態との相違を説明し、第1実施形態と同様部分は同一符号で示す。
本実施形態の頭部装着型表示装置1′においては、表示器3は第2偏光ビームスプリッタ14の前方に配置され、偏光板11は設けられておらず、画像表示光は第2偏光ビームスプリッタ14によりS偏光とP偏光とに分岐される。
FIG. 2 shows a head-mounted display system according to the second embodiment. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described, and the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
In the head-mounted display device 1 ′ of the present embodiment, the
レンズ系12は第1偏光ビームスプリッタ13と第2偏光ビームスプリッタ14との間に配置される。カメラ5は専用のレンズ系を備えておらず、カメラ5を構成する撮像素子5aは第2偏光ビームスプリッタ14の上方に配置され、レンズ系12がカメラ5のレンズ系を兼用する。
The
画像表示光を構成するP偏光は、第2偏光ビームスプリッタ14を透過後に装着者の目Eに入らない方向(本実施形態では後方)に導かれる。画像表示光を構成するS偏光は、第2偏光ビームスプリッタ14により反射された後にレンズ系12を通過し、しかる後に第1偏光ビームスプリッタ13に導かれ、第1偏光ビームスプリッタ13により反射されることで装着者の目Eに導かれる。第1偏光ビームスプリッタ13により光路変更された外界光の一部であるS偏光は、1/4波長板21とミラー22によりP偏光とされた後に、第1偏光ビームスプリッタ13を透過し、レンズ系12を通過し、第2偏光ビームスプリッタ14を透過してカメラ5に導かれる。他は第1実施形態と同様の構成とされている。
The P-polarized light constituting the image display light is guided in a direction that does not enter the eyes E of the wearer after passing through the second polarizing beam splitter 14 (backward in this embodiment). The S-polarized light constituting the image display light is reflected by the second
上記第2実施形態によれば、画像表示光により画像を形成するためのレンズ系12を、外界光により画像を形成するためのレンズ系として機能させることができる。よって、画像表示光により画像を形成するためのレンズ系12により、カメラ5のレンズ系を構成でき、構成の簡単化を図ることができる。また、偏光板11を不要にすることでも構成の簡単化を図ることができる。他は第1実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
According to the second embodiment, the
図3は第3実施形態の頭部装着型表示システムを示す。以下、第2実施形態との相違を説明し、第2実施形態と同様部分は同一符号で示す。本実施形態の頭部装着型表示装置1″においては、第1偏光ビームスプリッタ13とレンズ系12との間に外界光と画像表示光を反射するミラー40が配置され、外界光と画像表示光の光路がミラー22と第2偏光ビームスプリッタ14との間において前後方向に沿うものとされている。なお、外界光はカメラ5に入射するまでに奇数回反射されるため、カメラ5において形成される画像は鏡像となるが、これはモニタ装置31において撮影画像を反転処理すれば解決できる。また、カメラ画角の調整については、撮像素子5aとして適切な大きさのものを選択したり、モニタ装置31において必要画角のキャプチャ処理を行うことで解決できる。他の構成、作用効果は第2実施形態と同様である。
FIG. 3 shows a head-mounted display system according to the third embodiment. Hereinafter, differences from the second embodiment will be described, and the same parts as those of the second embodiment are denoted by the same reference numerals. In the head-mounted display device 1 ″ of this embodiment, a
図4は第4実施形態の頭部装着型表示システムを示す。以下、第1実施形態との相違を説明し、第1実施形態と同様部分は同一符号で示す。
本実施形態の頭部装着型表示装置100においては、偏光板11および1/4波長板21は設けられておらず、第1偏光ビームスプリッタ13に代えて第1光路変更素子13′が用いられ、第2偏光ビームスプリッタ14に代えて第2光路変更素子14′が用いられている。第1、第2光路変更素子13′、14′は、光の一部を透過すると共に一部を反射する偏光機能のない単純なビームスプリッタ、ハーフミラー等により構成される。
FIG. 4 shows a head-mounted display system according to the fourth embodiment. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described, and the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
In the head-mounted
第1光路変更素子13′は、装着者の目Eの前方に配置される。第2光路変更素子14′は、表示器3の前方であって第1光路変更素子13′の上方に配置される。表示器3から出射された図中一点鎖線で示す画像表示光の一部は、第2光路変更素子14′により反射された後に第1光路変更素子13′に導かれ、第1光路変更素子13′により反射されることで装着者の目Eに導かれる。第1光路変更素子13′は、装着者の視軸に一致する光路を有する図中一点鎖線で示す外界光の一部を透過させ、装着者の目Eに導く。
The first optical
第1光路変更素子13′は、装着者の目Eの前方において、画像表示光の一部の光路を変更し、装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部を透過し、装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部を反射してカメラ5に導くことで、表示用光学素子とモニタ用光学素子とを兼用する。
The first optical path changing element 13 'changes a part of the optical path of the image display light in front of the wearer's eye E, and transmits a part of the external light having an optical path that coincides with the wearer's visual axis. By reflecting a part of the external light having an optical path that coincides with the wearer's visual axis and guiding it to the
第1光路変更素子13′により光路変更された外界光の一部はミラー22に導かれ、ミラー22により反射された後に第1光路変更素子13′、第2光路変更素子14′を透過し、カメラ5に導かれる。他は第1実施形態と同様の構成とされている。
A part of the external light whose optical path has been changed by the first optical
上記第4実施形態によれば、1/4波長板21を必要としないので第1実施形態よりも構成を簡単化できる。なお、第4実施形態においては、画像表示光の一部が第1光路変更素子13′を透過してミラー22に導かれ、ミラー22での反射後に第1光路変更素子13′、第2光路変更素子14′を透過し、迷光としてカメラ5に入射する。また、外界光や画像表示光を偏光機能のないビームスプリッタやハーフミラー等の光路変更素子13′、14′による分岐するため、偏光ビームスプリッタにより分岐するのに比べて光量の減衰量が大きくなる。そのため、装着者により視認される表示画像や外界やモニタ装置31により表示されるモニタ画像の明瞭性は第1実施形態よりも低下するが、他は第1実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
According to the fourth embodiment, since the quarter-
図5は第5実施形態の頭部装着型表示システムを示す。以下、第4実施形態との相違を説明し、第4実施形態と同様部分は同一符号で示す。
本実施形態の頭部装着型表示装置200においては、第2光路変更素子14′に代えてミラー14″が用いられる。表示器3から出射された画像表示光は、ミラー14″により反射された後に第1光路変更素子13′に導かれ、その一部が第1光路変更素子13′により反射されることで装着者の目Eに導かれる。第1光路変更素子13′の前方にモニタ用第2光路変更素子50が配置される。ミラー22に代えて第2光路変更素子50の下方にミラー51が配置される。第2光路変更素子50としては、光の一部を透過すると共に一部を反射する素子であればよく、偏光ビームスプリッタでもよいし、偏光機能のない単純なビームスプリッタやハーフミラーでもよい。第2光路変更素子50と第1光路変更素子13′は、装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部を透過させ、装着者の目Eに導く。第2光路変更素子50により光路変更された装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部は、ミラー51に導かれ、ミラー51により反射された後に第2光路変更素子50を透過し、カメラ5に導かれる。これにより、第1光路変更素子13′は表示用光学素子としてのみ機能し、第2光路変更素子50がモニタ用光学素子として機能する。なお、第1光路変更素子13′として偏光ビームスプリッタを用いてもよい。他は第4実施形態と同様の構成とされている。
FIG. 5 shows a head-mounted display system according to the fifth embodiment. Hereinafter, differences from the fourth embodiment will be described, and the same parts as those of the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals.
In the head-mounted
上記第5実施形態においては、表示用光学素子とモニタ用光学素子とを個別に設ける必要があり、そのため、第1実施形態よりも装置が大型化する。又、外界光が光路変更素子を2回通過して目Eに導かれる為、光量減衰が大きくなり装着者による外界視認性が低下する。他は第1実施形態と同様の作用効果を奏することができる。 In the fifth embodiment, it is necessary to separately provide a display optical element and a monitor optical element. Therefore, the apparatus becomes larger than that in the first embodiment. Further, since the external light passes through the optical path changing element twice and is guided to the eye E, the light quantity attenuation is increased and the external visibility by the wearer is reduced. Others can achieve the same operational effects as the first embodiment.
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、表示器や光学系やカメラの配置は特に限定されるものではなく、また、第3実施形態以外の実施形態において外界光の反射回数が奇数回になるように光学系を構成してもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the arrangement of the display, the optical system, and the camera is not particularly limited, and the optical system may be configured so that the number of external light reflections is an odd number in embodiments other than the third embodiment. Good.
2 保持部
3 表示器
4 光学系
5 カメラ
12 レンズ系
13 第1偏光ビームスプリッタ
13′ 第1光路変更素子
14 第2偏光ビームスプリッタ
14′ 第2光路変更素子
21 1/4波長板
22 ミラー
31 モニタ装置
50 第2光路変更素子
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記保持部により保持される画像表示光出射用表示器と、
前記表示器から出射される画像表示光を前記装着者の目に導くように前記保持部により保持される光学系と、
前記保持部により保持される外界撮影用カメラとを備え、
前記光学系は、前記装着者の目の前方に配置される表示用光学素子を有し、
前記表示用光学素子により、前記画像表示光の光路が変更され、前記装着者の視軸に一致する光路を有する外界光の一部が透過される頭部装着型表示装置において、
前記装着者の目の前方において、前記外界光の一部を透過し、前記外界光の一部の光路を変更するモニタ用光学素子が前記保持部により保持され、
前記モニタ用光学素子により光路変更された前記外界光の一部が前記カメラに導かれることを特徴とする頭部装着型表示装置。 A holding part to be worn on the wearer's head;
An image display light emitting display held by the holding unit;
An optical system held by the holding unit so as to guide image display light emitted from the display to the eyes of the wearer;
An external shooting camera held by the holding unit,
The optical system has a display optical element disposed in front of the wearer's eyes,
In the head-mounted display device in which an optical path of the image display light is changed by the display optical element and a part of external light having an optical path that matches the visual axis of the wearer is transmitted.
In front of the eyes of the wearer, a monitoring optical element that transmits a part of the external light and changes a part of the optical path of the external light is held by the holding unit,
A head-mounted display device characterized in that a part of the external light whose optical path is changed by the monitoring optical element is guided to the camera.
前記光学系は、前記第1偏光ビームスプリッタと前記表示器との間において、特定方向の偏光を反射し、別の特定方向の偏光を透過する第2偏光ビームスプリッタを有し、
第1偏光ビームスプリッタにより反射される直線偏光を円偏光にする1/4波長板と、前記1/4波長板を通過した偏光を再び前記1/4波長板に導くように反射する反射素子とが前記保持部により保持され、
前記画像表示光を構成する特定方向の偏光は、前記第2偏光ビームスプリッタにより反射された後に前記第1偏光ビームスプリッタに導かれ、前記第1偏光ビームスプリッタにより反射されることで前記装着者の目に導かれ、
前記外界光を構成する特定方向の偏光は、前記第1偏光ビームスプリッタにより反射された後に前記1/4波長板を通過して前記反射素子に導かれ、前記反射素子により反射された後に再び前記1/4波長板に導かれ再び通過することで別の特定方向の偏光とされ、前記第1偏光ビームスプリッタと前記第2偏光ビームスプリッタとを透過した後に前記カメラに導かれる請求項2に記載の頭部装着型表示装置。 The display optical element includes a first polarization beam splitter that reflects polarized light in a specific direction and transmits polarized light in another specific direction.
The optical system includes a second polarization beam splitter that reflects polarized light in a specific direction and transmits polarized light in another specific direction between the first polarized beam splitter and the display device,
A quarter-wave plate that converts the linearly polarized light reflected by the first polarizing beam splitter into circularly-polarized light, and a reflective element that reflects the polarized light that has passed through the quarter-wave plate again to the quarter-wave plate. Is held by the holding part,
The polarized light in a specific direction that constitutes the image display light is reflected by the second polarizing beam splitter, then guided to the first polarizing beam splitter, and reflected by the first polarizing beam splitter. Led to the eyes,
The polarized light in a specific direction constituting the external light is reflected by the first polarization beam splitter, then passes through the quarter-wave plate, is guided to the reflecting element, and is reflected by the reflecting element and then again. 3. The polarized light of another specific direction by being guided to a quarter-wave plate and passing again, and transmitted to the camera after being transmitted through the first polarizing beam splitter and the second polarizing beam splitter. Head-mounted display device.
前記カメラによる撮影画像と前記表示器による表示画像とを合成した画像を表示するモニタ装置とを備える頭部装着型表示システム。 The head-mounted display device according to any one of claims 1 to 4,
A head-mounted display system including a monitor device that displays an image obtained by combining an image captured by the camera and a display image displayed by the display.
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