JP2008309994A - Headset type display - Google Patents

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Nobuyuki Miyake
信行 三宅
Yoshiaki Miyagawa
嘉明 宮川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a headset type display that is small and comfortable to wear. <P>SOLUTION: The headset type display includes: image display devices disposed between the left and the right visual axes of a user; mirrors for guiding luminous fluxes from the corresponding image display devices to the eyes of the user; magnifying optical systems disposed on the corresponding optical axes connecting the image display devices and the corresponding visual axes of the user, and used for magnifying images displayed on the corresponding image display devices, and projecting them to the eyes of the user; and a frame part supporting the image display devices, mirrors, and magnifying optical systems in front of the eyes of the user. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、画像をユーザの眼に拡大して投影する頭部装着型ディスプレイに関する。   The present invention relates to a head-mounted display that projects an enlarged image on a user's eye.

近年、ユーザの頭部に装着可能な頭部装着型ディスプレイや眼鏡型ディスプレイなどの表示装置が考えられている。このような表示装置は、携帯性や使用時の利便性の観点から小型・軽量であることが望まれる。例えば、特許文献1の発明では、白色LED(Liquid Crystal Display)を表示素子として用いることにより、小型化および軽量化を実現している。
特開2000−249967号公報
In recent years, display devices such as a head-mounted display and a glasses-type display that can be mounted on a user's head have been considered. Such a display device is desired to be small and light in terms of portability and convenience during use. For example, in the invention of Patent Document 1, a white LED (Liquid Crystal Display) is used as a display element, thereby realizing a reduction in size and weight.
JP 2000-249967 A

表示装置においては、最適な観察を行うために、表示素子や光学系などをユーザの眼前近傍に適切に配置する必要がある。そのため、ユーザの視軸方向の厚みや横方向の幅の短縮には限界がある。小型であってもユーザの視軸方向の厚みや横方向の幅が大きいと、装着感が悪くなるという問題がある。   In a display device, it is necessary to appropriately arrange a display element, an optical system, and the like in front of the user's eyes in order to perform optimal observation. For this reason, there is a limit to shortening the thickness in the visual axis direction and the width in the lateral direction of the user. Even if it is small, if the thickness in the visual axis direction or the width in the lateral direction of the user is large, there is a problem that the wearing feeling is deteriorated.

本発明は、小型かつ装着感の良い頭部装着型ディスプレイを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a head-mounted display that is small and has a good wearing feeling.

本発明の頭部装着型ディスプレイは、ユーザの左右の視軸の間に配置される画像表示素子と、前記画像表示素子からの光束を前記ユーザの眼に導くミラーと、前記画像表示素子と前記ユーザの視軸とを結ぶ光路上に配置され、前記画像表示素子に表示された画像をユーザの眼に拡大して投影する拡大光学系と、前記画像表示素子と前記ミラーと前記拡大光学系とを前記ユーザの眼前に支持するフレーム部を備える。   The head-mounted display of the present invention includes an image display element disposed between the left and right visual axes of a user, a mirror that guides a light beam from the image display element to the user's eyes, the image display element, and the A magnifying optical system that is arranged on an optical path connecting to the user's visual axis and projects an image displayed on the image display element in an enlarged manner onto the user's eyes; the image display element; the mirror; and the magnifying optical system. Is provided in front of the user's eyes.

なお、好ましくは、前記画像表示素子の中心は前記ユーザの左右の視軸を含む面内にあり、前記ミラーの中心は前記ユーザの視軸上にあり、前記拡大光学系は、前記ミラーを介して前記画像表示素子の中心と前記ユーザの視軸とを結ぶ光路上に配置され、左右それぞれに備えられていても良い。   Preferably, the center of the image display element is in a plane including the left and right visual axes of the user, the center of the mirror is on the visual axis of the user, and the magnifying optical system passes through the mirror. And arranged on an optical path connecting the center of the image display element and the visual axis of the user, and may be provided on each of the left and right sides.

また、好ましくは、左右の前記拡大光学系は、前記光路上において、前記ミラーと前記ユーザの眼との間に配置されても良い。   Preferably, the right and left magnifying optical systems may be disposed between the mirror and the user's eyes on the optical path.

また、好ましくは、前記フレーム部は、左右の前記画像表示素子と前記ミラーと前記拡大光学系とを内蔵するフロント部と、一方の端部が前記フロント部と接続され、他方の端部が前記ユーザの耳に係止可能なテンプル部とから成り、前記テンプル部は、前記フロント部と接続する方の端部において、前記ユーザの顔の中心方向に湾曲した形状を有しても良い。   Preferably, the frame portion includes a front portion including the left and right image display elements, the mirror, and the magnifying optical system, one end portion connected to the front portion, and the other end portion described above. It may comprise a temple portion that can be locked to a user's ear, and the temple portion may have a shape curved toward the center of the user's face at an end portion that is connected to the front portion.

また、好ましくは、前記フレーム部は、左右の前記画像表示素子と前記ミラーと前記拡大光学系とを内蔵するフロント部と、一方の端部が前記フロント部と接続され、他方の端部が前記ユーザの耳に係止可能なテンプル部とから成り、前記テンプル部において、前記フロント部と接続する方の端部近傍は、透過部材または半透過部材により構成されても良い。   Preferably, the frame portion includes a front portion including the left and right image display elements, the mirror, and the magnifying optical system, one end portion connected to the front portion, and the other end portion described above. It comprises a temple portion that can be locked to the user's ear, and in the temple portion, the vicinity of the end portion that is connected to the front portion may be constituted by a transmissive member or a semi-transmissive member.

本発明によれば、小型かつ装着感の良い頭部装着型ディスプレイを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a head-mounted display that is small and has a good wearing feeling.

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態の頭部装着型ディスプレイ1の外観を示す図である。頭部装着型ディスプレイ1は、図1に示すように、装着時にユーザの眼前に配置されるフロント部2と、左テンプル部3と、右テンプル部4とから構成される。左テンプル部3および右テンプル部4の一端は、フロント部2と接続される。また、左テンプル部3および右テンプル部4の他端は、装着時にユーザの耳に係止される。さらに、左テンプル部3および右テンプル部4は、フロント部2と接続される側の端部において、ユーザの顔の中心方向に湾曲した形状を有する。すなわち、左テンプル部3および右テンプル部4は、ユーザの顔面に沿って湾曲した形状を有する。   FIG. 1 is a diagram illustrating an appearance of a head-mounted display 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the head-mounted display 1 includes a front part 2, a left temple part 3, and a right temple part 4 that are arranged in front of the user's eyes when worn. One end of the left temple part 3 and the right temple part 4 is connected to the front part 2. The other ends of the left temple portion 3 and the right temple portion 4 are locked to the user's ear when worn. Furthermore, the left temple part 3 and the right temple part 4 have a shape that is curved toward the center of the user's face at the end connected to the front part 2. That is, the left temple part 3 and the right temple part 4 have a curved shape along the user's face.

図2は、本実施形態の頭部装着型ディスプレイ1を上方から見た内部透視図である。頭部装着型ディスプレイ1は、図2に示すように、フロント部2の内部に、左画像表示素子6、右画像表示素子7、左ミラー8、右ミラー9、左拡大光学系10、右拡大光学系11、駆動部12の各部を備える。左画像表示素子6および右画像表示素子7は、例えば、液晶デバイスなどである。   FIG. 2 is an internal perspective view of the head-mounted display 1 of this embodiment as viewed from above. As shown in FIG. 2, the head-mounted display 1 includes a left image display element 6, a right image display element 7, a left mirror 8, a right mirror 9, a left magnifying optical system 10, and a right magnifying glass 10. Each part of the optical system 11 and the drive part 12 is provided. The left image display element 6 and the right image display element 7 are, for example, liquid crystal devices.

左画像表示素子6および右画像表示素子7の中心は、ユーザの左右の視軸(ELおよびER)を含む面内にある。また、左画像表示素子6および右画像表示素子7は、図2に示すように、ユーザの左右の視軸(ELおよびER)の間に配置される。   The center of the left image display element 6 and the right image display element 7 is in a plane including the left and right visual axes (EL and ER) of the user. Further, as shown in FIG. 2, the left image display element 6 and the right image display element 7 are disposed between the left and right visual axes (EL and ER) of the user.

左ミラー8は、ユーザの左の視軸EL上にその中心があり、左画像表示素子6からの光束をユーザの左眼に導く。また、右ミラー9は、ユーザの右の視軸ER上にその中心があり、右画像表示素子7からの光束をユーザの右眼に導く。   The left mirror 8 has its center on the user's left visual axis EL, and guides the light beam from the left image display element 6 to the user's left eye. The right mirror 9 is centered on the user's right visual axis ER, and guides the light beam from the right image display element 7 to the user's right eye.

左拡大光学系10は、左ミラー8を介して、左画像表示素子6の中心とユーザの左の視軸ELとを結ぶ光路上に配置され、左画像表示素子6に表示された画像をユーザの左眼に拡大して投影する。また、右拡大光学系11は、右ミラー9を介して、右画像表示素子7の中心とユーザの右の視軸ERとを結ぶ光路上に配置され、右画像表示素子7に表示された画像をユーザの右眼に拡大して投影する。   The left magnifying optical system 10 is disposed on an optical path connecting the center of the left image display element 6 and the left visual axis EL of the user via the left mirror 8, and displays the image displayed on the left image display element 6 to the user. Magnify and project to the left eye. The right magnifying optical system 11 is disposed on an optical path connecting the center of the right image display element 7 and the user's right visual axis ER via the right mirror 9, and is displayed on the right image display element 7. Is enlarged and projected onto the right eye of the user.

駆動部12は、左画像表示素子6および右画像表示素子7に画像を表示するとともに、左画像表示素子6および右画像表示素子7の位置を移動する。具体的には、左ミラー8を介したユーザの左の視軸ELに沿って、左画像表示素子6を矢印aの方向に移動する。また、右ミラー9を介したユーザの右の視軸ERに沿って、右画像表示素子7を矢印bの方向に移動する。このように、左画像表示素子6および右画像表示素子7の位置を移動することにより、最適な観察状態への調整が可能である。なお、駆動部を左右それぞれに設けて、左右独立に画像表示素子の位置調整を行う構成としても良い。   The drive unit 12 displays an image on the left image display element 6 and the right image display element 7 and moves the positions of the left image display element 6 and the right image display element 7. Specifically, the left image display element 6 is moved in the direction of arrow a along the left visual axis EL of the user via the left mirror 8. Further, the right image display element 7 is moved in the direction of the arrow b along the right visual axis ER of the user via the right mirror 9. In this way, adjustment to the optimum observation state is possible by moving the positions of the left image display element 6 and the right image display element 7. It should be noted that the drive unit may be provided on each of the left and right sides to adjust the position of the image display element independently on the left and right sides.

ここで、図3Aおよび図3Bに、従来の頭部装着型ディスプレイの例を示す。図3Aに示す頭部装着型ディスプレイは、画像表示素子と拡大光学系とユーザの視軸とを直線上に配置している。その結果、横方向の幅Dwは比較的短くすることができるが、厚みDdが長くなり、装着時にユーザの前方への出っ張りが大きくなる。   Here, FIGS. 3A and 3B show an example of a conventional head-mounted display. In the head-mounted display shown in FIG. 3A, the image display element, the magnifying optical system, and the user's visual axis are arranged on a straight line. As a result, the width Dw in the lateral direction can be made relatively short, but the thickness Dd becomes long, and the protrusion to the front of the user becomes large at the time of wearing.

また、図3Bに示す頭部装着型ディスプレイは、画像表示素子をユーザの左右の視軸の外側に配置し、ミラーを用いて画像表示素子からの光束をユーザの眼に導いている。その結果、厚みDdは比較的短くすることができるが、横方向の幅Dwが長くなり、頭部装着型ディスプレイ全体の側方への出っ張りが大きくなる。   In the head-mounted display shown in FIG. 3B, the image display element is arranged outside the left and right visual axes of the user, and the light flux from the image display element is guided to the user's eyes using a mirror. As a result, the thickness Dd can be made relatively short, but the lateral width Dw becomes long, and the protrusion to the side of the entire head-mounted display becomes large.

図3Aおよび図3Bに示した従来の頭部装着型ディスプレイに対し、本実施形態の頭部装着型ディスプレイ1は、ユーザの視軸方向の厚みDdおよび横方向の幅Dwの両方を短縮することができる。さらに、前方および側方への出っ張りを抑えることができるので、装着感を向上させることができる。   Compared to the conventional head-mounted display shown in FIGS. 3A and 3B, the head-mounted display 1 of the present embodiment reduces both the thickness Dd in the user's visual axis direction and the width Dw in the lateral direction. Can do. Furthermore, since the protrusion to the front and side can be suppressed, the wearing feeling can be improved.

以上説明したように、本実施形態によれば、小型かつ装着感の良い頭部装着型ディスプレイを提供することができる。特に、小型化、軽量化により、頭部装着型ディスプレイを支持する鼻や耳にかかる負担を抑えることができるとともに、体積を小さく抑え携帯性を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a head-mounted display with a small size and a good wearing feeling. In particular, by reducing the size and weight, the burden on the nose and ears that support the head-mounted display can be suppressed, and the volume can be reduced and the portability can be improved.

また、本実施形態によれば、テンプル部は、フロント部と接続する方の端部において、ユーザの顔の中心方向に湾曲した形状を有する。したがって、頭部装着型ディスプレイのさらなる小型化を実現することができる。   Further, according to the present embodiment, the temple portion has a shape curved in the center direction of the user's face at the end portion connected to the front portion. Therefore, further miniaturization of the head mounted display can be realized.

なお、本実施形態で説明した頭部装着型ディスプレイ1を、室外で使用する場合には、外界の様子が確認可能であること(画像表示素子以外の視野を確保すること)が機能上重要である。このような場合には、左右のテンプル部(左テンプル部3および右テンプル部4)において、フロント部と接続する方の端部近傍(図1の斜線で示す部分)を、透過部材または半透過部材により構成しても良い。例えば、半透過部材により構成することにより、外部から入射した光がレンズ表面で反射するのを防ぐことが可能であるとともに、周囲が明るくても、内部の画像の見易さ維持することが可能である。   In addition, when the head-mounted display 1 described in this embodiment is used outdoors, it is functionally important that the appearance of the outside world can be confirmed (securing a field of view other than the image display element). is there. In such a case, in the left and right temple portions (the left temple portion 3 and the right temple portion 4), the vicinity of the end portion connected to the front portion (the portion indicated by the hatched line in FIG. 1) is a transmissive member or a semi-transmissive member. You may comprise by a member. For example, by using a semi-transmissive member, it is possible to prevent light incident from the outside from being reflected on the lens surface, and maintain the visibility of the internal image even when the surroundings are bright. It is.

また、本実施形態で説明した以外の構成の頭部装着型ディスプレイにも本発明を同様に適用することができる。例えば、図4に示すように、左右共用の画像表示素子とビームスプリッタとを備え、左右共用の画像表示素子からの光束をユーザの左右眼に導く構成の頭部装着型ディスプレイにも本発明を同様に適用することができる。   Further, the present invention can be similarly applied to a head-mounted display having a configuration other than that described in the present embodiment. For example, as shown in FIG. 4, the present invention is also applied to a head-mounted display that includes a left-right shared image display element and a beam splitter and guides light beams from the left-right shared image display element to the left and right eyes of the user. The same can be applied.

本実施形態の頭部装着型ディスプレイ1の外観を示す図である。It is a figure which shows the external appearance of the head mounted display 1 of this embodiment. 本実施形態の頭部装着型ディスプレイ1を上方から見た内部透視図である。It is the internal perspective view which looked at the head mounted display 1 of this embodiment from the upper part. 従来の頭部装着型ディスプレイの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the conventional head mounted display. 本実施形態の頭部装着型ディスプレイ1の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the head mounted display 1 of this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…頭部装着型ディスプレイ,2…フロント部,3・4…テンプル部,6・7…画像表示素子,8・9…ミラー,10・11…拡大光学系,12…駆動部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Head-mounted display, 2 ... Front part, 3 * 4 ... Temple part, 6 * 7 ... Image display element, 8 * 9 ... Mirror, 10 * 11 ... Magnifying optical system, 12 ... Drive part

Claims (5)

ユーザの左右の視軸の間に配置される画像表示素子と、
前記画像表示素子からの光束を前記ユーザの眼に導くミラーと、
前記画像表示素子と前記ユーザの視軸とを結ぶ光路上に配置され、前記画像表示素子に表示された画像をユーザの眼に拡大して投影する拡大光学系と、
前記画像表示素子と前記ミラーと前記拡大光学系とを前記ユーザの眼前に支持するフレーム部を備える
ことを特徴とする頭部装着型ディスプレイ。
An image display element disposed between the left and right visual axes of the user;
A mirror for guiding the light flux from the image display element to the eyes of the user;
A magnifying optical system that is disposed on an optical path connecting the image display element and the visual axis of the user, and that magnifies and projects the image displayed on the image display element onto the user's eyes;
A head-mounted display comprising: a frame portion that supports the image display element, the mirror, and the magnifying optical system in front of the user's eyes.
請求項1に記載の頭部装着型ディスプレイにおいて、
前記画像表示素子の中心は前記ユーザの左右の視軸を含む面内にあり、
前記ミラーの中心は前記ユーザの視軸上にあり、
前記拡大光学系は、前記ミラーを介して前記画像表示素子の中心と前記ユーザの視軸とを結ぶ光路上に配置され、左右それぞれに備えられている
ことを特徴とする頭部装着型ディスプレイ。
The head-mounted display according to claim 1,
The center of the image display element is in a plane including the left and right visual axes of the user,
The center of the mirror is on the visual axis of the user;
The head-mounted display, wherein the magnifying optical system is disposed on an optical path connecting the center of the image display element and the visual axis of the user via the mirror, and is provided on each of the left and right sides.
請求項1または請求項2に記載の頭部装着型ディスプレイにおいて、
左右の前記拡大光学系は、前記光路上において、前記ミラーと前記ユーザの眼との間に配置される
ことを特徴とする頭部装着型ディスプレイ。
The head-mounted display according to claim 1 or 2,
The left and right magnifying optical systems are arranged between the mirror and the user's eye on the optical path.
請求項1から請求項3の何れか1項に記載の頭部装着型ディスプレイにおいて、
前記フレーム部は、左右の前記画像表示素子と前記ミラーと前記拡大光学系とを内蔵するフロント部と、一方の端部が前記フロント部と接続され、他方の端部が前記ユーザの耳に係止可能なテンプル部とから成り、
前記テンプル部は、前記フロント部と接続する方の端部において、前記ユーザの顔の中心方向に湾曲した形状を有する
ことを特徴とする頭部装着型ディスプレイ。
The head mounted display according to any one of claims 1 to 3,
The frame part includes a front part containing the left and right image display elements, the mirror, and the magnifying optical system, one end connected to the front part, and the other end connected to the user's ear. It consists of a temple part that can be stopped,
The head-mounted display characterized in that the temple portion has a shape curved toward the center of the user's face at the end connected to the front portion.
請求項1から請求項4の何れか1項に記載の頭部装着型ディスプレイにおいて、
前記フレーム部は、左右の前記画像表示素子と前記ミラーと前記拡大光学系とを内蔵するフロント部と、一方の端部が前記フロント部と接続され、他方の端部が前記ユーザの耳に係止可能なテンプル部とから成り、
前記テンプル部において、前記フロント部と接続する方の端部近傍は、透過部材または半透過部材により構成される
ことを特徴とする頭部装着型ディスプレイ。
The head mounted display according to any one of claims 1 to 4,
The frame part includes a front part containing the left and right image display elements, the mirror, and the magnifying optical system, one end connected to the front part, and the other end connected to the user's ear. It consists of a temple part that can be stopped,
In the temple portion, the vicinity of the end connected to the front portion is constituted by a transmissive member or a semi-transmissive member.
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