JP2007193070A - Helmet mount display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、航空機やヘリコプタのパイロットや搭乗員、バーチャルリアリティの体験者等が頭部に装着し、眼前に置かれたバイザに必要な画像情報を投影するようにしたヘルメット型の頭部装着型表示装置(ヘルメットマウントディスプレイ)に関する。 The present invention is, for example, a helmet-type head that is mounted on the head of an aircraft or helicopter pilot, a crew member, a virtual reality experience person, etc., and projects necessary image information on a visor placed in front of the eyes. The present invention relates to a wearable display device (helmet mount display).
従来、例えば救難飛行艇による救難活動において、発見した救難目標を見失うことのないように、搭乗員の頭部に装着される頭部装着型表示装置により表示される照準画像と救難目標とが対応したとき救難目標の位置をロックオンし、以後は演算により救難目標の位置を容易に追尾できるようにすることが行われている。このような頭部装着型表示装置のひとつに、眼前を覆うバイザ付きのヘルメットを用いて、そのバイザに照準画像等の画像情報を投影するようにしたヘルメットマウントディスプレイがある(特許文献1、2参照)。
ヘルメットマウントディスプレイでは、眼前のバイザに画像情報を表示するためにCRTや液晶ディスプレイ等の画像表示装置を搭載している。画像表示装置から出射される出射光(画像情報)をバイザ前方に収差を小さくしつつ結像するための複数のレンズと、限られた空間内に複数のレンズを取り付ける光路を確保したり光路方向を変更したりするミラーを用いた光学系により出射光(画像情報)をバイザに導いている。 In the helmet mount display, an image display device such as a CRT or a liquid crystal display is mounted to display image information on a visor in front of the eyes. A plurality of lenses for imaging the emitted light (image information) emitted from the image display device in front of the visor while reducing aberrations, and an optical path for attaching the plurality of lenses in a limited space, or an optical path direction The emitted light (image information) is guided to the visor by an optical system using a mirror that changes the angle.
従来、レンズを通過した出射光(画像情報)を反射し最後にバイザ方向に向けるミラー(複数のミラーを用いる場合は最もバイザに近い位置のミラー)には、シリンドリカルミラー(円筒状ミラー)を用いている。
また、画像表示装置から出射した出射光を少なくとも4つのトーリックレンズ(円環状レンズ)を用いて、収差を低減した画像情報をバイザ前方に結像するようにしている。
Conventionally, a cylindrical mirror (cylindrical mirror) is used as the mirror that reflects the outgoing light (image information) that has passed through the lens and finally directs it in the visor direction (when using multiple mirrors, the mirror closest to the visor). ing.
In addition, image information with reduced aberration is formed in front of the visor by using at least four toric lenses (annular lenses) for the emitted light emitted from the image display device.
しかしながら、上述したシリンドリカルミラーは、バイザ前方に形成する像を拡げるために曲率半径が500mmより大きなものを用いる必要があり、その製作が困難であるとともに、ミラーが高価となっていた。また、シリンドリカルミラーを取り付ける際に焦点合わせが必要となり、位置ずれや回転ずれがないように取付調整をする必要があった。 However, it is necessary to use a cylindrical mirror having a radius of curvature larger than 500 mm in order to expand an image formed in front of the visor, and it is difficult to manufacture the mirror and the mirror is expensive. Further, when attaching the cylindrical mirror, it is necessary to focus, and it is necessary to adjust the attachment so that there is no positional deviation or rotational deviation.
そこで、本発明は、位置ずれや回転ずれがあっても光学性能に影響がなく、また、できるだけ光学系を安価に製作できるヘルメットマウントディスプレイを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a helmet mount display that does not affect the optical performance even if there is a positional deviation or rotational deviation, and that an optical system can be manufactured as inexpensively as possible.
上記課題を解決するためになされた本発明のヘルメットマウントディスプレイは、使用者の頭部に装着されるヘルメットと、ヘルメットに固定され画像情報となる光を出射する画像表示装置と、使用者の眼前に配置されるバイザと、画像表示装置からの出射光をバイザ前方に結像する光学系とを備えたヘルメットマウントディスプレイであって、前記光学系は複数の光学素子からなり、光学素子のひとつとして最後に出射光をバイザに向ける平面ミラーを用いるようにしている。
すなわち、この発明によれば、従来、最後に出射光をバイザに向けるミラーにはシリンドリカルミラーを用いていたが、このミラーの前段に配置される複数の光学素子についての焦点距離等の光学定数を調整することにより、シリンドリカルミラーに代えて平面ミラーを用いるようにする。
これにより、取り付けの際に光軸に対する角度さえ調整すれば同一平面内において多少の位置ずれや回転ずれがあっても光学性能に与える影響がないので、取り付けの際の位置調整が容易になる。さらに、調整が容易になり、その結果調整コストも低減することができる。
The helmet mount display of the present invention made to solve the above problems includes a helmet mounted on a user's head, an image display device that emits light that is fixed to the helmet and serves as image information, and a user's eyes. A helmet-mounted display comprising: a visor disposed in the optical display; and an optical system that forms an image of light emitted from the image display device in front of the visor. The optical system includes a plurality of optical elements, and is one of the optical elements. Finally, a plane mirror that directs outgoing light to the visor is used.
In other words, according to the present invention, a cylindrical mirror is conventionally used as the last mirror for directing outgoing light to the visor. However, optical constants such as focal lengths for a plurality of optical elements arranged in front of this mirror are used. By adjusting, a plane mirror is used instead of the cylindrical mirror.
As a result, as long as the angle with respect to the optical axis is adjusted at the time of attachment, there is no influence on the optical performance even if there is a slight positional deviation or rotational deviation in the same plane, so that the position adjustment at the time of attachment becomes easy. Further, the adjustment becomes easy, and as a result, the adjustment cost can be reduced.
本発明によれば、使用するミラーをシリンドリカルミラーから平面ミラーに切り替えたので、位置ずれや回転ずれがあっても光学性能への影響が小さい。
また、できるだけ安価に製作できるヘルメットマウントディスプレイを提供することができる。
According to the present invention, since the mirror to be used is switched from the cylindrical mirror to the plane mirror, the influence on the optical performance is small even if there is a positional deviation or a rotational deviation.
In addition, a helmet mount display that can be manufactured as inexpensively as possible can be provided.
(その他の課題を解決するための手段及び効果)
上記発明において、光学系には、画像表示装置から出射した出射光を2つのトーリックレンズと少なくとも2つのシリンドリカルレンズとを用いてバイザ前方に結像するようにしてもよい。
これによれば、従来、光学系に4つ以上のトーリックレンズを用いていたものが、トーリックレンズの数を2つまで減らすことができるので、製造コストを低減することができる。
(Means and effects for solving other problems)
In the above invention, the light emitted from the image display device may be imaged in front of the visor using two toric lenses and at least two cylindrical lenses.
According to this, since the number of toric lenses that has conventionally used four or more toric lenses in the optical system can be reduced to two, the manufacturing cost can be reduced.
以下において、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施形態であるヘルメットマウントディスプレイの構成図、図2はその(右眼用)光学系を左から見た図、図3はその(右眼用)光学系を上から見た図である。
このヘルメットマウントディスプレイ1は、ヘルメット10と、使用者がヘルメット10を装着した状態で使用者の眼Aの前方に配置されるバイザ12と、複数の光学素子13〜21からなる光学系30と、画像表示装置22とから構成される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a helmet mount display according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram of the optical system (for the right eye) viewed from the left, and FIG. 3 is an optical system for the right eye. It is the figure seen from.
The
ヘルメット10は、頭部に装着できるものであればその形状はどのようなものでもよいが、ヘルメット内側に頭部以外に光学系30を固定するためのスペースが設けてある。
バイザ12は、ヘルメット10に対して上下方向にスライドできるように取り付けてあり、使用者がヘルメットを装着した状態で上方から下方にスライドして眼前に移動するようにしてある。バイザ12は、可視光を透過するとともに画像表示装置22からの出射光(画像情報)の虚像が形成できるように半透明にしてある。例えばバイザ12を透明樹脂で形成するとともにバイザ12の表面に反射用の薄膜を形成することにより半透明化してある。
The
The
画像表示装置22には、CRTや液晶表示装置、あるいは有機EL素子を用いた画像表示装置を用いている。有機EL素子の場合は480nm〜560nmの波長光を発光して画像情報を出射する。
光学系30は、9個の光学素子13〜21からなる。これら光学素子はバイザ12に近い側から平面ミラー13、シリンドリカルレンズ14、トーリックミラー15、球面レンズ16、球面レンズ17、トーリックレンズ18、トーリックレンズ19、シリンドリカルレンズ20、シリンドリカルレンズ21により構成してある。
As the
The
バイザ12側に最も近い側に配置される平面ミラー13は、50mmより大きなミラーを用いてあり、シリンドリカルレンズ14よりも画像表示装置側にあるレンズやミラーによって光路が形成された出射光を反射してバイザ12に向け、バイザ12の前方に虚像を結像するように調整してある。このように、平面ミラー13を使用したことにより、その位置が同一平面上で位置ずれや回転ずれを起こしても、焦点位置がずれないので影響が生じない。
The
シリンドリカルレンズ14は、平面ミラー13とトーリックミラー15との間に置かれ、焦点の位置を定める。トーリックミラー15は画像表示装置12からの出射光を反射して平面ミラー13の方向に導く。
The
球面レンズ16、17、トーリックレンズ18、19、シリンドリカルレンズ20、21は、画像表示装置22からの出射光について、収差が生じないようにしてバイザに結像するための光路を形成する。それぞれのレンズの曲率半径は、予め、ヘルメット内でこれら光学素子を配置するスペースに合わせて、試行錯誤により、光学素子を適当に配置した初期設定を行い、コンピュータを用いた周知の幾何光学の数値計算により局率半径や位置の最適化を図ることにより行なう。
従来、シリンドリカルレンズ20、21の位置にはトーリックレンズを用いて設計上の収差を低減するように補正していたが、これをシリンドリカルレンズに代えて、製造上の収差を低減するようにしている。
The
Conventionally, the
本発明は、小型軽量のヘルメットマウントディスプレイの製造に利用することができる。 The present invention can be used for manufacturing a small and lightweight helmet mount display.
A: 瞳
1: ヘルメットマウントディスプレイ
10: ヘルメット
12: バイザ
13: 平面ミラー
14: シリンドリカルレンズ
15: トーリックミラー
16: 球面レンズ
17: 球面レンズ
18: トーリックレンズ
19: トーリックレンズ
20: シリンドリカルレンズ
21: シリンドリカルレンズ
22: 画像表示装置
30: 光学系
A: Pupil 1: Helmet mount display 10: Helmet 12: Visor 13: Plane mirror 14: Cylindrical lens 15: Toric mirror 16: Spherical lens 17: Spherical lens 18: Toric lens 19: Toric lens 20: Cylindrical lens 21: Cylindrical lens 22: Image display device 30: Optical system
Claims (2)
前記光学系は複数の光学素子からなり、光学素子のひとつとして最後に出射光をバイザに向ける平面ミラーを用いることを特徴とするヘルメットマウントディスプレイ。 A helmet mounted on the user's head, an image display device that emits light as image information fixed to the helmet, a visor disposed in front of the user's eyes, and light emitted from the image display device in front of the visor A helmet-mounted display equipped with an optical system for imaging
The optical system is composed of a plurality of optical elements, and as one of the optical elements, a plane mirror that finally directs outgoing light to the visor is used.
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