JP2008165057A - Head mounted display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、眼鏡形状の装着部材に取り付けて使用するヘッドマウントディスプレイに関する。 The present invention relates to a head mounted display used by being attached to a spectacle-shaped mounting member.
近年、眼鏡に取り付けて使用する小型のヘッドマウントディスプレイが提案されており、バーチャルリアリティをはじめ種々の分野で利用されている。
このようなヘッドマウントディスプレイの構造は種々提案されているが、その中に、自由曲面プリズムを用いるヘッドマウントディスプレイが存在する。自由曲面プリズムは、例えば、第1面、第2面、第3面の3つの面に囲まれた断面略三角形状とされており、その内部で光を2回反射することで、入ってきた光の向きを変え、また、その内部での2回の光の反射と、その内部に光を入れるときと出すときの2回の屈折により入ってきた光の元となった像を拡大するように光を変化させるものとされている。簡単にいうと、自由曲面プリズムは、プリズムとレンズの機能を併せ持ったものである。
このようなヘッドマウントディスプレイは、眼鏡の前方(眼鏡を使用者がかけた際の使用者の体から遠い方)に位置するように取り付けて使用されるものが一般的であるが、眼鏡の後方(眼鏡を使用者がかけた際の使用者の体に近い方)に位置するように取り付けて使用されるものも存在する。
In recent years, a small-sized head-mounted display that is used by being attached to spectacles has been proposed and used in various fields including virtual reality.
Various structures of such a head mounted display have been proposed. Among them, there is a head mounted display using a free-form surface prism. The free-form surface prism has, for example, a substantially triangular cross-section surrounded by three surfaces of the first surface, the second surface, and the third surface, and has entered by reflecting light twice inside the prism. To change the direction of light and to magnify the original image of the incoming light by reflecting the light twice inside and refraction twice when putting it in and out. It is supposed to change the light. Simply put, a free-form surface prism has both the functions of a prism and a lens.
Such a head-mounted display is generally mounted and used so as to be positioned in front of the glasses (the one far from the user's body when the glasses are worn by the user). There are some that are used by being attached so as to be positioned close to the user's body when wearing the glasses.
このようなヘッドマウントディスプレイは、画像を表示するディスプレイと、少なくともその一部が当該ヘッドマウントディスプレイの使用時に使用者の少なくとも一方の眼の前に位置するものとされ、ディスプレイからの光を使用者の少なくとも一方の眼に導くと共に、ディスプレイに表示された画像を拡大するプリズムと、を有している。
プリズムは、例えば第1面、第2面、第3面の3つの面を持ち、ディスプレイからの光に第1面を通過させ、第1面を通過させた光を第2面で反射させ、第2面で反射させた光を第3面で反射させ、第3面で反射させた光に第2面を通過させることで、その内部に導いた光の方向を変化させるとともに、ディスプレイに表示された画像を拡大する自由曲面プリズムである。
そして、ディスプレイは、自由曲面プリズムの上または下に位置するように配置されている。
The prism has, for example, three surfaces, a first surface, a second surface, and a third surface, and allows light from the display to pass through the first surface, and reflects the light that has passed through the first surface on the second surface, The light reflected by the second surface is reflected by the third surface, and the light reflected by the third surface is passed through the second surface, thereby changing the direction of the light guided to the inside and displaying on the display. It is a free-form surface prism for enlarging a captured image.
The display is arranged so as to be positioned above or below the free-form surface prism.
しかしながら、このように、ディスプレイが自由曲面プリズムの上または下に位置するように配置されているヘッドマウントディスプレイでは、ヘッドマウントディスプレイを取り付けた眼鏡を使用者がかけた際、ヘッドマウントディスプレイが眼鏡からはみ出してしまうことがあり、デザイン的に優れているとはいえないものとなっていた。 However, in the head-mounted display in which the display is positioned above or below the free-form surface prism as described above, when the user wears spectacles with the head-mounted display attached, the head-mounted display is separated from the spectacles. It sometimes protrudes and cannot be said to be excellent in design.
本発明は、デザイン性を損なわないヘッドマウントディスプレイを提供することをその課題とする。 This invention makes it the subject to provide the head mounted display which does not impair design property.
本願発明者は、上述の課題を解決すべく、以下の発明を提案する。 The present inventor proposes the following invention in order to solve the above-mentioned problems.
本発明は、以下のヘッドマウントディスプレイを提供する。
本発明のヘッドマウントディスプレイは、眼鏡レンズを有する眼鏡形状の装着部材に取り付けて用いられるヘッドマウントディスプレイである。
このヘッドマウントディスプレイは、画像を表示する画像表示手段を含む本体と、少なくともその一部が前記装着部材が使用者に装着されたときに当該使用者の少なくとも一方の眼の前に位置しており、前記画像表示手段からの前記画像を拡大しつつ前記使用者の前記少なくとも一方の眼に導く導光手段と、を有しており、前記本体は、前記装着部材の後方に、前記装着部材の前方から見た場合に当該ヘッドマウントディスプレイが前記装着部材にほぼ隠れる位置に取り付けられる。
このようなヘッドマウントディスプレイによれば、本体を眼鏡の後方に装着した際、当該ヘッドマウントディスプレイの大部分が眼鏡の前方から見えないようになっているので、ヘッドマウントディスプレイが眼鏡からはみ出ることがなく、デザイン性を損なうことがない。
The present invention provides the following head mounted display.
The head-mounted display of the present invention is a head-mounted display that is used by being attached to a spectacle-shaped mounting member having a spectacle lens.
The head mounted display has a main body including an image display means for displaying an image, and at least a part of the head mounted display is positioned in front of at least one eye of the user when the mounting member is mounted on the user. Light guide means for guiding the at least one eye of the user while enlarging the image from the image display means, and the main body is located behind the mounting member, on the mounting member. When viewed from the front, the head mounted display is attached to a position that is substantially hidden by the mounting member.
According to such a head mounted display, when the main body is mounted behind the glasses, most of the head mounted display is not visible from the front of the glasses, so the head mounted display may protrude from the glasses. There is no loss of design.
前記導光手段は、前記画像表示手段から出射される画像を1回以上反射させて、前記装着部材を装着したときの使用者の眼の位置に導くための1以上の反射手段と、前記画像表示手段から出射される画像を所定の大きさに拡大するための拡大手段と、を備えているものとすることができる。 The light guide means reflects the image emitted from the image display means one or more times and guides the image to the position of the user's eye when the mounting member is mounted; and the image Enlargement means for enlarging the image emitted from the display means to a predetermined size.
例えば、前記導光手段は、前記画像表示手段からの前記画像を拡大する第1レンズと、前記第1レンズからの拡大された前記画像を所定の方向に反射する第1反射手段と、前記第1反射手段により反射された画像を他の所定の方向に反射する第2反射手段と、前記第2反射手段により反射された前記画像を拡大する第2レンズと、を有するものであってもよい。 For example, the light guiding means includes a first lens for enlarging the image from the image display means, a first reflecting means for reflecting the enlarged image from the first lens in a predetermined direction, and the first There may be provided a second reflecting means for reflecting the image reflected by the one reflecting means in another predetermined direction, and a second lens for enlarging the image reflected by the second reflecting means. .
具体的には、例えば、前記導光手段は、前記画像表示手段から出射される画像が入力されたときに、その内部で前記画像を所定の回数反射させるとともに所定の大きさに拡大して、前記装着部材を装着したときの使用者の眼に導く自由曲面プリズムであるものとすることができる。 Specifically, for example, when the image emitted from the image display unit is input, the light guide unit reflects the image a predetermined number of times and expands the image to a predetermined size. It can be a free-form curved prism that leads to the user's eyes when the mounting member is mounted.
前記自由曲面プリズムは、第1面、第2面、第3面、および第4面の4つの面を持ち、前記画像表示手段からの光に前記第1面を通過させ、前記第1面を通過させた光を前記第2面で反射させ、前記第2面で反射させた光を前記第3面で反射させ、前記第3面で反射させた光に前記第4面を通過させることで、その内部に導いた光の方向を変化させるとともに、前記画像表示手段に表示された画像を拡大するものであってもよい。
なお、第1面ないし第4面は、それぞれ連続しない面とされてもよいが、第1面ないし第4面のうちの少なくとも二つの面(例えば第2面と第4面)は、連続する滑らかにつながった一面であってもよい。
The free-form surface prism has four surfaces of a first surface, a second surface, a third surface, and a fourth surface, allows light from the image display means to pass through the first surface, and allows the first surface to pass through. The reflected light is reflected by the second surface, the light reflected by the second surface is reflected by the third surface, and the light reflected by the third surface is allowed to pass through the fourth surface. The direction of the light guided to the inside may be changed, and the image displayed on the image display means may be enlarged.
The first surface to the fourth surface may be non-continuous surfaces, but at least two of the first surface to the fourth surface (for example, the second surface and the fourth surface) are continuous. It may be a smoothly connected surface.
前記本体は、前記本体を前記装着部材の幅方向の略中心に取り付けた場合、前記導光手段が前記装着部材の前記眼鏡レンズの後方に位置するように、前記本体と前記導光手段とが接続されているものとすることができる。 The main body and the light guide means are arranged so that the light guide means is located behind the spectacle lens of the attachment member when the main body is attached to a substantially center in the width direction of the mounting member. It can be connected.
具体的には、前記画像表示手段は、略矩形に形成されており、前記本体は、前記画像表示手段の短辺方向が前記装着部材の眼鏡レンズの高さ方向と略並行となるように取り付けられていてもよい。
上述したような従来のヘッドマウントディスプレイでは、その本体を眼鏡の内側に装着した際、ディスプレイと自由曲面プリズムとが眼鏡のレンズの高さ方向に隣り合うように設けられているので、ヘッドマウントディスプレイ全体として、眼鏡のレンズの高さ方向に伸びる形状のものとなっている。一方、通常、眼鏡のレンズは、その高さよりも幅の方が長い形状のものとなっているので、その本体を眼鏡の内側に装着した際、ヘッドマウントディスプレイが眼鏡からはみ出してしまっていた。
これに対して、本願のヘッドマウントディスプレイの本体は、眼鏡形状の装着部材の幅方向の略中心に取り付けることができるようになっており、眼鏡形状の装着部材の後方に位置するように、本体を眼鏡形状の装着部材に取り付けた際、導光手段は、眼鏡形状の装着部材のレンズの後方に位置するようになっており、ヘッドマウントディスプレイ全体の形状が、眼鏡レンズの幅方向に伸びる形状のものとなっているので、その本体を眼鏡の後方に位置するように装着した際、ヘッドマウントディスプレイが眼鏡からはみ出ないようにすることができる。
また、本願のヘッドマウントディスプレイは、ヘッドマウントディスプレイ全体の形状として眼鏡のレンズの幅方向に伸びる形状のものであり、使用者の上下方向(左右方向)の視野全体を遮るものではないので、導光手段に表示された画像を見ている状態であっても、導光手段の周囲は多少ぼやけてはいるが見えた状態となる。よって、視線を導光手段に向けている状態でも簡単な作業を行うことができ、便利である。また、視線を導光手段に向けている状態でも足元を見ることができ、安全である。さらに、視線を導光手段から外せば、周囲をより良く見ることができるようになる。
Specifically, the image display means is formed in a substantially rectangular shape, and the main body is attached so that the short side direction of the image display means is substantially parallel to the height direction of the spectacle lens of the mounting member. It may be done.
In the conventional head mounted display as described above, when the main body is mounted inside the spectacles, the display and the free-form surface prism are provided so as to be adjacent in the height direction of the spectacle lens. As a whole, it has a shape extending in the height direction of the eyeglass lens. On the other hand, the spectacle lens usually has a shape whose width is longer than its height, so when the main body is mounted inside the spectacles, the head-mounted display protrudes from the spectacles.
On the other hand, the main body of the head-mounted display of the present application can be attached to the approximate center in the width direction of the spectacle-shaped mounting member, and the main body is positioned behind the spectacle-shaped mounting member. Is attached to the spectacle-shaped mounting member, the light guide means is positioned behind the lens of the spectacle-shaped mounting member, and the shape of the entire head-mounted display extends in the width direction of the spectacle lens. Therefore, when the main body is mounted so as to be located behind the glasses, the head mounted display can be prevented from protruding from the glasses.
In addition, the head mounted display of the present application has a shape extending in the width direction of the eyeglass lens as the entire shape of the head mounted display, and does not block the entire visual field in the vertical direction (left and right direction) of the user. Even when the image displayed on the light means is viewed, the periphery of the light guide means is slightly blurred but visible. Therefore, a simple operation can be performed even when the line of sight is directed to the light guide means, which is convenient. In addition, it is safe to see the foot even when the line of sight is directed to the light guide means. Furthermore, if the line of sight is removed from the light guide means, the surroundings can be better seen.
前記本体は、前記画像表示手段の長辺方向が前記装着部材の眼鏡レンズの幅方向に対して斜めとなるように取り付けられていてもよい。このように取り付けられていれば、ヘッドマウントディスプレイが眼鏡の後方に位置するように取り付けられた場合における、ヘッドマウントディスプレイの前後方向の厚みを薄くすることができ、よりデザイン性に優れたものとすることができる。 The main body may be attached such that the long side direction of the image display means is inclined with respect to the width direction of the spectacle lens of the mounting member. If mounted in this way, the thickness of the head mounted display in the front-rear direction when the head mounted display is mounted so as to be located behind the glasses can be reduced, and the design is more excellent. can do.
前記画像表示手段を、前記画像の出射方向で進退動させるための画像表示移動手段をさらに有していてもよい。
このような画像表示移動手段を有していれば、画像表示手段から導光手段への画像の出射方向を変化させないように(画像表示手段から導光手段への光の方向、すなわち光軸がずれることなく)、導光手段に対して画像表示手段を近づけたり遠ざけたりすることができる。すなわち、使用者の視力に合った画像を表示することができるように調整することができる。
The image display unit may further include an image display moving unit for moving the image display unit back and forth in the image emission direction.
If such image display moving means is provided, the direction of light emission from the image display means to the light guide means is not changed (the direction of light from the image display means to the light guide means, that is, the optical axis is The image display means can be moved closer to or away from the light guiding means without shifting. That is, it can adjust so that the image suitable for a user's visual acuity can be displayed.
前記導光手段を、前記装着部材の幅方向の中心と、前記装着部材の智部分との間の所定の範囲でスライドさせるための導光移動手段をさらに有していてもよい。
このような導光移動手段を有していれば、画像表示手段の位置を使用者毎の眼の位置に適した場所に動かすことができ、画像表示手段の位置を適宜調整することができる。
You may further have the light guide movement means for sliding the said light guide means in the predetermined range between the center of the width direction of the said mounting member, and the wisdom part of the said mounting member.
If such a light guide moving means is provided, the position of the image display means can be moved to a place suitable for the eye position for each user, and the position of the image display means can be adjusted as appropriate.
画像表示手段および導光手段は、それぞれ1つだけ設けられていてもよいが、2つずつ設けられていてもよい。すなわち、前記画像表示手段および前記導光手段による対を2つ有しており、一方の対の導光手段は、少なくともその一部が前記装着部材が使用者に装着されたときに当該使用者の右眼の前に位置しており、他方の対の導光手段は、少なくともその一部が前記装着部材が使用者に装着されたときに当該使用者の左眼の前に位置していてもよい。 Only one image display unit and one light guide unit may be provided, or two image display units and two light guide units may be provided. That is, it has two pairs of the image display means and the light guide means, and at least part of the light guide means of the pair is the user when the attachment member is attached to the user. The other pair of light guiding means is positioned in front of the left eye of the user when the mounting member is mounted on the user. Also good.
本発明によれば、デザイン性を損なわないヘッドマウントディスプレイを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the head mounted display which does not impair design property can be provided.
以下、本発明の好ましい一実施形態を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
この実施形態におけるヘッドマウントディスプレイ1は、図1に示すように、装着部材の一例としての眼鏡100に取り付けて用いられる。
ヘッドマウントディスプレイ1は、眼鏡100の後方に取り付けられるようになっている。
As shown in FIG. 1, the head mounted
The head mounted
眼鏡100は、眼鏡フレーム101に眼鏡レンズ102が嵌め込まれた、通常の眼鏡と同様の構成である。眼鏡フレーム101は、左右のつる103と、左右のリム104と、左右のリム104をつなぐブリッジ105と、を備えている。左右のつる103はそれぞれ左右のリム104にヒンジ接続されており、つる103をリム104に対して平行になるような向きで折り畳めるようになっている。つる103の先端を使用者の両耳にそれぞれ係止するか、あるいは2本のつる103により使用者の頭部を挟み込むことで、使用者の頭部に眼鏡100が固定される。
The
この実施形態では、ヘッドマウントディスプレイ1が眼鏡100の後方に位置するために、つる103の長さが通常の眼鏡フレームよりも長めになっている。また、つる103の先端は使用者の耳に係止し易いように形成されてもよいが、直線状であるほうが、ヘッドマウントディスプレイ1の有無に関わらず使用者の使用感が変わらない。
In this embodiment, since the head mounted
ヘッドマウントディスプレイ1は、ディスプレイを内部に有するケース10と、ケース10に可動部16を介して接続される左右の自由曲面プリズム20と、ケース10に接続されるノーズパッド30と、を備えている。
ケース10は、眼鏡100のブリッジ105に、眼鏡100の後方に位置するように取り付けられる。自由曲面プリズム20は、使用者が眼鏡100を装着したときに使用者から見てケース10の幅方向に並ぶように、ケース10に接続される。ノーズパッド30は、ケース10のさらに後方に位置するように取り付けられ、装着時に使用者の鼻にあてることで装着時のメガネ100のずれを防止する。ディスプレイに表示される画像は、自由曲面プリズム20により所定の倍率で拡大されて、自由曲面プリズム20から後方に出力される。後方に出力された画像は、眼鏡100を装着した使用者の眼に入ることになる。
The head mounted
The
ヘッドマウントディスプレイ1は、図2に示すようにして、眼鏡100に取り付けられる。眼鏡100のブリッジ105には、第1取付部材40が形成されている。この実施形態では、第1取付部材40が、ブリッジ105に接続される第1軸部40aおよび第1軸部40aの先端に設けられる第1ボール部40bにより構成される。第1取付部材40は、眼鏡100と一体に形成されていてもよいが、眼鏡100として汎用の眼鏡フレームを使用することを可能にするために、接着剤等で眼鏡100に取り付けできるように、眼鏡100とは別部材として形成する方がよい。
The head mounted
ヘッドマウントディスプレイ1のケース10には、眼鏡100側の面に第1嵌合孔10aが形成されている。眼鏡100への取り付け時には、第1嵌合孔10aに第1取付部材40の第1ボール部40bが嵌合される、いわゆるボールジョイントになる。
The
またケース10の第1嵌合孔10aが設けられる面とは反対側の面に、第1取付部材40と同じ構成、大きさの第2取付部材50が形成されている。第2取付部材50は、ケース10に接続される第2軸部50aおよび第2軸部50aの先端に設けられる第2ボール部50bにより構成される。第2取付部材50は、ケース10と一体に形成されていてもよいが、接着剤等でケース10に取り付けるようにしてもよい。
A second mounting
ノーズパッド30のケース10に接続される部分には、第2嵌合孔30aが形成されている。第2嵌合孔30aは、第1嵌合孔10aと同じ大きさである。ケース10への取り付け時には、第2嵌合孔30aに第2取付部材50の第2ボール部50bが嵌合される、いわゆるボールジョイントになる。
A second fitting hole 30 a is formed in a portion of the
第1取付部材40と第2取付部材50、第1嵌合孔10aと第2嵌合孔30aは、それぞれ同じ形状、大きさで形成される。そのために、第1取付部材40の第1ボール部40bを第2嵌合孔30aに嵌合することも可能である。これにより、ケース10、可動部16、および自由曲面プリズム20を除いて、ノーズパッド30のみを眼鏡100に直接取り付けて、通常の眼鏡フレームとして用いることも可能である。
The first mounting
以下、ヘッドマウントディスプレイ1の各部材の構成について、詳しく説明する。
ケース10は、略矩形の中空のものである。ケース10は、必ずしもそうである必要はないが、本実施形態では樹脂製である。図3に、ケース10の上面図を示す。
Hereinafter, the configuration of each member of the head mounted
The
このケース10の上面には、視度を調整するための視度調整つまみ12と、自由曲面プリズム20の位置を調整するためのプリズム位置調整つまみ13とが設けられている。
On the upper surface of the
視度調整つまみ12は、これを操作することで、ケース10内部のディスプレイを画像の出射方向(光軸方向)に進退動させるものである。本実施形態では、左右の眼のそれぞれの視度を調整できるように2つ設けられている。
The
プリズム位置調整つまみ13は、これを操作することで、ケース10に対する自由曲面プリズム20の位置を所定の範囲で移動させるものである。プリズム位置調整つまみ13の近傍には眼盛りが設けてあり、プリズム位置調整つまみ13の操作量に対する自由曲面プリズム20の移動量が直感的にわかるようになっている。
The prism
図4は、ケース10の内部を示す、ケース10を上面からみた一部断面図である。
ケース10の内部には、視度調整つまみ12と、視度調整板11と、ディスプレイ14と、制御基板15と、視度調整つまみ12、視度調整板11、ディスプレイ14および制御基板15を内包し自由曲面プリズム20に連結される可動部16と、ピニオン部17とが設けられている。
本実施形態においては、可動部16および自由曲面プリズム20は2つずつ設けられているものとして説明するが、必ずしもそうである必要はなく、1つずつ設けられていてもよい。つまり、両眼用の他に、右眼あるいは左眼の一方にのみ用いられる構成であってもよい。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the inside of the
The
In the present embodiment, two
ディスプレイ14は、画像を表示するものであり、この実施形態では、矩形の液晶ディスプレイとされている。このディスプレイ14は、本実施形態では、ケース10を眼鏡100に取り付けた際、その短辺方向が眼鏡レンズ102の高さ方向と略並行となり、眼鏡レンズ102の幅方向に対して斜めとなるように、可動部16に取り付けられている。
The
制御基板15は、ディスプレイ14に表示される画像を制御するものである。制御基板15は、画像を表示するためのデータをディスプレイ14に送り、ディスプレイ14に適切な画像を表示させる。制御基板15は、図示しない外部装置から画像についてのデータを受けてそれをディスプレイ14に表示させる。制御基板15は、図示しない外部装置から有線または無線により画像についてのデータを受け取るようになっている。
The
外部装置には、例えば、ハードディスクプレイヤ、DVDプレイヤ、テレビジョン放送用のチューナ、パーソナルコンピュータ、携帯電話、コンピュータゲームを実行するためのゲーム装置、画像処理機能を有したMP3プレイヤなどを用いることができる。 As the external device, for example, a hard disk player, a DVD player, a television broadcast tuner, a personal computer, a mobile phone, a game device for executing a computer game, an MP3 player having an image processing function, or the like can be used. .
可動部16は、その軸方向がディスプレイ14に表示される画像の光軸方向と略並行となる角度に配置されており、ディスプレイ14が画像を表示した場合、その画像についての光が自由曲面プリズム20に送られるように、自由曲面プリズム20を支持する。
この可動部16は、ケース10を眼鏡100に取り付ける際に眼鏡100と向かい合う面と略並行に伸びるラック部16aを有している。各ラック部16aは、ピニオン部17に向いている面に歯が形成されている。
The
The
ピニオン部17は、プリズム位置調整つまみ13と連結されており、プリズム位置調整つまみ13が回転するとピニオン部17も回転する。ピニオン部17は、円柱形をしており、側面に円柱の軸方向に平行な歯が形成されている。ピニオン部17の歯とラック部16aの歯は、噛み合うようになっておりピニオン部17の回転に応じて、ラック部16aが移動する。
すなわち、図5に示すように、プリズム位置調整つまみ13を左向きに回転させると、ラック部16aの基端がピニオン部17から離れて、2つの可動部16が離れる方向にスライドする。逆に、プリズム位置調整つまみ13を右向きに回転させると、ラック部16aの基端がピニオン部17に近づき、2つの可動部16が近づく方向にスライドすることになる。可動部16と自由曲面プリズム20は連結されているので、このような可動部16のスライドに伴って、自由曲面プリズム20も同様にスライドする。このように、プリズム位置調整つまみ13を回転させることで、ケース10を眼鏡100に取り付けた際、可動部16に取り付けられた自由曲面プリズム20を眼鏡100の幅方向に(ブリッジ105と眼鏡100の智部分との間の所定の範囲で)スライドさせることができるようになっている。自由曲面プリズム20がスライドすることで、自由曲面プリズム20から出力される画像の位置もスライドする。これにより、使用者の眼の位置に、画像が出力される位置を合わせることができる。
なお、ピニオン部17は、プリズム位置調整つまみ13と一体的に構成されていてもよい。ラック部16aおよびピニオン部17により、自由曲面プリズム20をブリッジ105と智との間でスライドさせる移動機構を構成している。
The
That is, as shown in FIG. 5, when the prism
The
可動部16に内包される視度調整つまみ12および視度調整板11とは、ディスプレイ14から自由曲面プリズム20までの距離を変動させて使用者の視度に合わせた画像を提供するための調整機構を構成する。
The
図6は、可動部16を拡大して調整機構を詳細に説明するための図である。図7は、調整機構の動作を説明するための図である。
視度調整つまみ12は、ケース10の外部に突出する頭部に溝が形成されており、中程がクランク状に折れ曲がったクランク部12aを有する構成になっている。頭部の溝に平板を差し込んで回転させると、クランク部12aが回転中心の周りを回転する。
視度調整板11は、一辺が制御基板15に接続されており、該一辺に対向する辺の近傍に、該一辺の延びる方向に長辺が設けられた、面取りされた矩形状の調整穴11aが設けられる。調整穴11aには、視度調整つまみ12のクランク部12aが貫通して設けられる。調整穴11aの短辺は、このクランク部12aの大きさに応じた長さで形成される。
FIG. 6 is a diagram for explaining the adjustment mechanism in detail by enlarging the
The
The
図7の状態で視度調整つまみ12を回転させると、クランク部12aが回転中心の周りを回転する。調整穴11aはクランク部12aが貫通しているので、クランク部12aが回転すると、その動きに応じて制御基板15の方向へ付勢される。そのために、視度調整板11は制御基板15を付勢する方向に移動する。制御基板15が移動するためにディスプレイ14が自由曲面プリズム20の方向へ移動する。ディスプレイ14と自由曲面プリズム20との間の距離が可変になることで、視度を調整することができる。
視度調整つまみ12は回転するので、視度調整板11の動きはピストン状になる。そのために、ディスプレイ14が動きすぎて自由曲面プリズム20に衝突し、お互いが破損することはない。
使用者は、使用時に視度調整つまみ12を回転させてディスプレイ14の位置を自身の眼の視度に最適な位置に調整することができる。
When the
Since the
The user can adjust the position of the
図8は、自由曲面プリズム20による導光路を説明する図である。自由曲面プリズム20は、ディスプレイ14からの光を使用者の少なくとも一方の眼に導くと共に、ディスプレイ14に表示された画像を拡大するものである。
FIG. 8 is a diagram for explaining a light guide path formed by the free-form
自由曲面プリズム20は、それぞれ自由曲面である第1面S1、第2面S2、第3面S3という3つの面を備えた断面略三角形状に構成される。
The free-
第1面S1は、ディスプレイ14に臨まされており、ディスプレイ14に表示された画像についてのディスプレイ14からの光を通過させて自由曲面プリズム20の内部に導く。ディスプレイ14からの光は、第1面S1を通過するときに屈折しディスプレイ14に表示された画像が拡大されるように変化する。
The first surface S <b> 1 faces the
第2面S2は、第1面S1を通過した光を反射(通常は全反射である。)するようにされている。第1面S1を通過した光は、第2面S2で反射されることによりその方向を大きく変え、また、ディスプレイ14に表示された画像が拡大されるように変化する。第2面S2は、また、第3面S3で反射された光を通過させる。これについては、後述する。
The second surface S2 reflects the light that has passed through the first surface S1 (usually total reflection). The light that has passed through the first surface S1 changes its direction greatly by being reflected by the second surface S2, and changes so that the image displayed on the
第3面S3は、第2面S2で反射された光を反射させるようになっている。第2面S2で反射された光は、第3面S3で反射されることによりその方向を大きく変え、また、ディスプレイ14に表示された画像が拡大されるように変化する。なお、第3面S3で行われる反射は、全反射であっても、金属による反射であっても構わない。第3面S3で行われる反射が全反射である場合には、第2面S2で反射された光が第3面S3に至る場合の入射角が全反射角以下となるように第3面S3の曲面が設計される。第3面S3で行われる反射が金属による反射である場合には、第3面S3の外側に、金属が、例えば蒸着によって付着されている。なお第3面S3の外側に、金属を付着させる代わりに、誘電体多層膜を形成することができる。この場合の反射は、誘電体多層膜によりなされる。
The third surface S3 reflects the light reflected by the second surface S2. The light reflected by the second surface S2 changes its direction greatly by being reflected by the third surface S3, and changes so that the image displayed on the
上述したように第3面S3で反射された光は、第2面S2に再び向かい、第2面S2を通過する。第2面S2を通過する光は、第2面S2を通過するときに屈折しディスプレイ14に表示された画像が拡大されるように変化する。ディスプレイ14に表示された画像は、図9に示すように、自由曲面プリズム20の点線部分に表示されることとなる。
以上のような自由曲面プリズム20は、ケース10を眼鏡100に取り付けた際、少なくともその一部がヘッドマウントディスプレイ1の使用時に使用者の少なくとも一方の眼の前に位置するものとされ、ディスプレイ14からの光を使用者の眼に出射するように、ケース10に接続されている。
具体的には、自由曲面プリズム20は、ケース10を眼鏡100に取り付けた際、ケース10と高さ方向に隣接するように配置されるのではなく、ケース10と幅方向に隣接するように配置される。すなわち、ヘッドマウントディスプレイ1全体の形状は、眼鏡100の幅方向に伸びる形状となっている。
As described above, the light reflected by the third surface S3 goes again to the second surface S2 and passes through the second surface S2. The light passing through the second surface S2 is refracted when passing through the second surface S2, and changes so that the image displayed on the
When the
Specifically, when the
図10a、図10bは、それぞれヘッドマウントディスプレイ1を取り付けた状態の眼鏡100を前方(眼鏡100を使用者がかけた際の使用者の体から遠い方)から見た状態を示す図である。
これらの図に示すように、ヘッドマウントディスプレイ1を取り付けた状態の眼鏡100を前方から見た場合、ヘッドマウントディスプレイ1は、眼鏡レンズ102の後方にほぼ隠れるようになる。
よって、本実施形態のヘッドマウントディスプレイ1によれば、ヘッドマウントディスプレイ1全体の形状が眼鏡レンズ102の幅方向に伸びる形状のものとなっているため、ケース10を眼鏡100の後方に装着した際、ヘッドマウントディスプレイ1の大部分が眼鏡100の前方から見えないようにすることができる。すなわち、ヘッドマウントディスプレイ1を眼鏡100からはみ出ないように取り付けることができ、デザイン性を損なうことがない。
また、本実施形態のヘッドマウントディスプレイ1は、ヘッドマウントディスプレイ1全体の形状として眼鏡レンズ102の幅方向に伸びる形状のものであり、使用者の上下方向(左右方向)の視野全体を遮るものではないので、自由曲面プリズム20に表示された画像を見ている状態であっても、自由曲面プリズム20の周囲は多少ぼやけてはいるが見えた状態となる。よって、視線を自由曲面プリズム20に向けている状態でも簡単な作業を行うことができ、便利である。また、視線を自由曲面プリズム20に向けている状態でも足元を見ることができ、安全である。さらに、視線を自由曲面プリズム20から外せば、周囲をより良く見ることができるようになる。
FIGS. 10a and 10b are diagrams illustrating a state in which the
As shown in these drawings, when the
Therefore, according to the head-mounted
Further, the head mounted
次に、このヘッドマウントディスプレイ1の使用方法について説明する。
このヘッドマウントディスプレイ1を使用するには、ヘッドマウントディスプレイ1を取り付けた状態の眼鏡100を使用者の頭部へ固定する。ヘッドマウントディスプレイ1を取り付けた状態の眼鏡100の使用者の頭部への固定は、上述したように、眼鏡100のつる103を、使用者の耳へ係止するか、眼鏡100のつる103で使用者の頭部を挟み込むことで行う。
Next, a method for using the head mounted
In order to use the head-mounted
この状態で使用者は、上記の外部装置を操作して、ヘッドマウントディスプレイ1で表示すべき画像についてのデータを、ヘッドマウントディスプレイ1に入力する。
制御基板15は、画像についてのデータによりディスプレイ14に画像を表示する。
ディスプレイ14に表示された画像の光は、ディスプレイ14から出て、自由曲面プリズム20の第1面S1に入力される。自由曲面プリズム20内では、光が図8に示すようにして第2面S2から出射される。
出射されたその光により、使用者は、両眼で、適当な大きさに拡大された画像を見ることになる。
この際、使用者は、視度調整つまみ12を回転させることで、ディスプレイ14から自由曲面プリズム20への光の方向を変化させないように(光軸がずれることなく)、自由曲面プリズム20に対してディスプレイ14を近づけたり遠ざけたりすることができる。すなわち、ディスプレイ14を画像の出射方向で進退動させることができる。これにより、使用者の視力に合った画像を表示することができるように調整することができる。
また、使用者は、プリズム位置調整つまみ13を回転させることで、ディスプレイ14の位置を使用者毎の眼の位置に適した場所に動かすことができ、ディスプレイ14の位置を適宜調整することができる。
また、使用者は、図示しないイヤホンを耳に着用することにより、画像に併せた音を聴くことができる。
In this state, the user operates the external device to input data about the image to be displayed on the head mounted
The
The light of the image displayed on the
The emitted light allows the user to see an image enlarged to an appropriate size with both eyes.
At this time, the user rotates the
Further, the user can move the position of the
Moreover, the user can listen to the sound combined with the image by wearing an earphone (not shown) on the ear.
なお、ケース10は、本実施形態では、眼鏡100のブリッジ105の中心に取り付けられるものとして記載したが、ケース10は、眼鏡100の後方に位置するようにして眼鏡100に取り付けられていればよく、ケース10は、眼鏡100の他の部分に取り付けられるようにしてもよい。また、ケース10を眼鏡100のいずれかの部分に係止する係止部材が前方から見えても構わない。
In this embodiment, the
また、本発明の導光手段として、本実施形態では、断面略三角形状とされている自由曲面プリズム20を使用して説明したが、少なくともその一部がヘッドマウントディスプレイ1の使用時に使用者の少なくとも一方の眼の前に位置するものとされ、ディスプレイ14からの光を使用者の少なくとも一方の眼に導くと共に、ディスプレイ14に表示された画像を拡大するようになっていれば、どのようなものを用いても構わない。
例えば、第1面、第2面、第3面、および第4面の4つの面を持ち、ディスプレイ14からの光に第1面を通過させ、第1面を通過させた光を第2面で反射させ、第2面で反射させた光を第3面で反射させ、第3面で反射させた光に第4面を通過させることで、その内部に導いた光の方向を変化させるとともに、ディスプレイ14に表示された画像を拡大する自由曲面プリズムであってもよい。
第1面ないし第4面は、それぞれ連続しない面であってもよいが、第1面ないし第4面のうちの少なくとも二つの面が、連続する滑らかにつながった一面であってもよい。なお、本実施形態では、第2面と第4面が連続する滑らかにつながった一面とされている。
Further, in the present embodiment, the light guide means of the present invention has been described using the free-form
For example, there are four surfaces, a first surface, a second surface, a third surface, and a fourth surface. The light from the
The first to fourth surfaces may be non-continuous surfaces, but at least two of the first to fourth surfaces may be continuous and smoothly connected surfaces. In the present embodiment, the second surface and the fourth surface are continuous and smoothly connected surfaces.
具体的には、導光手段は、図11に示すように、ディスプレイ14からの画像を拡大する第1レンズ71と、第1レンズ71からの光を反射させ、その光の方向を変化させる第1反射鏡72と、第1反射鏡72により反射された光を反射させ、その光の方向を変化させる第2反射鏡73と、第2反射鏡73からの光を透過するとともに、画像を拡大する第2レンズ74と、を有しているものとしてもよい。反射の回数および画像をどの程度拡大するかは、ディスプレイ14と使用者の眼の位置などにより決まる。
Specifically, as shown in FIG. 11, the light guide means reflects the light from the first lens 71 that enlarges the image from the
また、導光手段は、図12に示すように、自由曲面プリズム20と、レンズ75またはレンズ76の少なくとも一方と、を備えているものとしてもよい。レンズ75およびレンズ76は、ディスプレイ14に表示された画像を拡大するためのものである。これらのレンズ75、76は、板状のレンズであるものとして説明するが、これに限られず、部分的に屈折率を変えるレンズとして機能するものであれば、どのようなものであってもよい。
レンズ75は、ディスプレイ14と自由曲面プリズム20の第1面S1との間のいずれかの位置に取り付けられており、ディスプレイ14からの光が、レンズ75を介して、自由曲面プリズム20の第1面S1に入力されるようになっている。レンズ75を通過する光は、その通過時に屈折し、ディスプレイ14に表示された画像が拡大されるように変化する。すなわち、このようなレンズ75により、自由曲面プリズム20に入射される前に、ディスプレイ14に表示された画像を拡大することができる。
レンズ76は、自由曲面プリズム20の第2面S2の外側に貼り付けられており、自由曲面プリズム20の第2面S2から出射されたディスプレイ14からの光が、レンズ76を介して、使用者の眼に出射されるようになっている。レンズ76を通過する光は、その通過時に屈折し、ディスプレイ14に表示された画像が拡大されるように変化する。すなわち、このようなレンズ76により、自由曲面プリズム20から出射されたディスプレイ14に表示された画像を、適切な大きさに拡大して、使用者の眼に出射することができる。
Further, as shown in FIG. 12, the light guide means may include the free
The lens 75 is attached to any position between the
The lens 76 is affixed to the outside of the second surface S2 of the free-
また、本実施形態では、ケース10は、視度を調整する視度調整つまみ12と、自由曲面プリズム20の位置を調整するプリズム位置調整つまみ13とを有するような構成となっているが、これらは必須ではなく、これらを有しないような構成とすることもできる。
In the present embodiment, the
また、以上のヘッドマウントディスプレイ1が取り付けられる眼鏡100は、本実施形態では市販の眼鏡であるものとして記載するが、このような市販の眼鏡ではなく、ヘッドマウントディスプレイ1に専用の眼鏡であってもよい。例えば、イヤホンが眼鏡のつるに内蔵してある眼鏡としてもよい。
Moreover, although the
1 ヘッドマウントディスプレイ
10 ケース
10a 第1嵌合孔
11 視度調整板
11a 調整穴
12 視度調整つまみ
13 プリズム位置調整つまみ
14 ディスプレイ
15 制御基板
16 可動部
16a ラック部
17 ピニオン部
20 自由曲面プリズム
30 ノーズパッド
30a 第2嵌合孔
40 第1取付部材
50 第2取付部材
75,76 レンズ
DESCRIPTION OF
Claims (11)
画像を表示する画像表示手段を含む本体と、
少なくともその一部が前記装着部材が使用者に装着されたときに当該使用者の少なくとも一方の眼の前に位置しており、前記画像表示手段からの前記画像を拡大しつつ前記使用者の前記少なくとも一方の眼に導く導光手段と、を有しており、
前記本体は、前記装着部材の後方に、
前記装着部材の前方から見た場合に当該ヘッドマウントディスプレイが前記装着部材にほぼ隠れる位置に取り付けられる、
ヘッドマウントディスプレイ。 A head-mounted display used by being attached to a spectacle-shaped mounting member having a spectacle lens,
A main body including image display means for displaying an image;
At least a part of the mounting member is positioned in front of at least one eye of the user when the mounting member is mounted on the user, and the image of the user is enlarged while the image of the user is enlarged. Light guide means for guiding to at least one eye,
The main body is behind the mounting member,
When viewed from the front of the mounting member, the head mounted display is attached to a position that is substantially hidden by the mounting member.
Head mounted display.
前記画像表示手段から出射される画像を1回以上反射させて、前記装着部材を装着したときの使用者の眼の位置に導くための1以上の反射手段と、
前記画像表示手段から出射される画像を所定の大きさに拡大するための拡大手段と、を備えている、
請求項1記載のヘッドマウントディスプレイ。 The light guiding means includes
One or more reflecting means for reflecting the image emitted from the image display means one or more times to guide the position of the user's eyes when the mounting member is mounted;
Magnifying means for enlarging the image emitted from the image display means to a predetermined size,
The head mounted display according to claim 1.
前記画像表示手段からの前記画像を拡大する第1レンズと、
前記第1レンズからの拡大された前記画像を所定の方向に反射する第1反射手段と、
前記第1反射手段により反射された画像を他の所定の方向に反射する第2反射手段と、
前記第2反射手段により反射された前記画像を拡大する第2レンズと、を有している、
請求項2記載のヘッドマウントディスプレイ。 The light guiding means includes
A first lens for enlarging the image from the image display means;
First reflecting means for reflecting the magnified image from the first lens in a predetermined direction;
Second reflecting means for reflecting the image reflected by the first reflecting means in another predetermined direction;
A second lens for enlarging the image reflected by the second reflecting means.
The head mounted display according to claim 2.
前記画像表示手段から出射される画像が入力されたときに、その内部で前記画像を所定の回数反射させるとともに所定の大きさに拡大して、前記装着部材を装着したときの使用者の眼に導く自由曲面プリズムである、
請求項2または3記載のヘッドマウントディスプレイ。 The light guiding means includes
When an image emitted from the image display means is input, the image is reflected within the image a predetermined number of times and enlarged to a predetermined size. A free-form curved prism to guide,
The head mounted display according to claim 2 or 3.
第1面、第2面、第3面、および第4面の4つの面を持ち、前記画像表示手段からの光に前記第1面を通過させ、前記第1面を通過させた光を前記第2面で反射させ、前記第2面で反射させた光を前記第3面で反射させ、前記第3面で反射させた光に前記第4面を通過させることで、その内部に導いた光の方向を変化させるとともに、前記画像表示手段に表示された画像を拡大するものである、
請求項4記載のヘッドマウントディスプレイ。 The free-form surface prism is
The first surface, the second surface, the third surface, and the fourth surface have four surfaces, the light from the image display means is allowed to pass through the first surface, and the light that has passed through the first surface is The light reflected by the second surface, the light reflected by the second surface is reflected by the third surface, and the light reflected by the third surface is guided through the fourth surface by passing through the fourth surface. While changing the direction of the light, the image displayed on the image display means is enlarged.
The head mounted display according to claim 4.
請求項1ないし5のいずれかの項記載のヘッドマウントディスプレイ。 The main body and the light guide means are arranged so that the light guide means is located behind the spectacle lens of the attachment member when the main body is attached to a substantially center in the width direction of the mounting member. It is connected,
The head mounted display according to any one of claims 1 to 5.
前記本体は、前記画像表示手段の短辺方向が前記装着部材の眼鏡レンズの高さ方向と略並行となるように取り付けられる、
請求項6記載のヘッドマウントディスプレイ。 The image display means is formed in a substantially rectangular shape,
The main body is attached so that the short side direction of the image display means is substantially parallel to the height direction of the spectacle lens of the mounting member.
The head mounted display according to claim 6.
請求項6または7記載のヘッドマウントディスプレイ。 The main body is attached such that the long side direction of the image display means is oblique to the width direction of the spectacle lens of the mounting member.
The head mounted display according to claim 6 or 7.
請求項1ないし8のいずれかの項記載のヘッドマウントディスプレイ。 The image display means further includes an image display moving means for moving the image display means forward and backward in the emission direction of the image.
The head mounted display according to any one of claims 1 to 8.
請求項6ないし9のいずれかの項記載のヘッドマウントディスプレイ。 A light guide moving means for sliding the light guide means within a predetermined range between a center in the width direction of the mounting member and a wisdom portion of the mounting member;
The head mounted display according to claim 6.
一方の対の導光手段は、少なくともその一部が前記装着部材が使用者に装着されたときに当該使用者の右眼の前に位置しており、
他方の対の導光手段は、少なくともその一部が前記装着部材が使用者に装着されたときに当該使用者の左眼の前に位置している、
請求項1ないし10のいずれかの項記載のヘッドマウントディスプレイ。 It has two pairs of the image display means and the light guide means,
One pair of light guiding means is at least partly located in front of the right eye of the user when the mounting member is mounted on the user,
The other pair of light guiding means is at least partially positioned in front of the user's left eye when the mounting member is mounted on the user.
The head mounted display according to any one of claims 1 to 10.
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