JP2016071058A - ヘルメットマウントディスプレイ - Google Patents
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Abstract
【課題】ヘルメットの機能を損なうことなく、所望の位置に虚像を表示するヘルメットマウントディスプレイを提供する。
【解決手段】ヘルメットマウントディスプレイ10は、使用者の頭部に装着されるハウジング11aと、ハウジング11aに取り付けられ、透明部材から構成され、曲面形状を有するバイザー11bとを備えるヘルメット11と、ヘルメット11の内側に配置され、バイザー11bに画像を照射することで、虚像を表示させる表示装置12と、ヘルメット11に取り付けられ、表示装置12を支持する駆動機構とを含む。駆動機構は、虚像が使用者の前方に表示されるように、表示装置12の鉛直方向及び水平方向における位置を調整し、かつ表示装置12の鉛直方向に対する傾きを調整する。
【選択図】図1
【解決手段】ヘルメットマウントディスプレイ10は、使用者の頭部に装着されるハウジング11aと、ハウジング11aに取り付けられ、透明部材から構成され、曲面形状を有するバイザー11bとを備えるヘルメット11と、ヘルメット11の内側に配置され、バイザー11bに画像を照射することで、虚像を表示させる表示装置12と、ヘルメット11に取り付けられ、表示装置12を支持する駆動機構とを含む。駆動機構は、虚像が使用者の前方に表示されるように、表示装置12の鉛直方向及び水平方向における位置を調整し、かつ表示装置12の鉛直方向に対する傾きを調整する。
【選択図】図1
Description
本発明は、ヘルメットの使用者に画像を表示するヘルメットマウントディスプレイに関する。
現在、宇宙服ヘルメット、潜水ヘルメット、バイクヘルメット、及びパイロットヘルメット等の種々のヘルメットにおいて、それ本来の機能の他に情報表示を行う機能が付加されたヘルメットマウントディスプレイが知られている(例えば、特許文献1及び2)。
例えば、表示装置をヘルメットに埋め込む場合、ヘルメットの構造が複雑になり、また、ヘルメットが壊れやすくなる。これにより、ヘルメットの安全性を損なう可能性がある。
本発明は、ヘルメットの機能を損なうことなく、所望の位置に虚像を表示することが可能なヘルメットマウントディスプレイを提供する。
本発明の一態様に係る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ハウジングと、前記ハウジングに取り付けられ、透明部材から構成され、曲面形状を有するバイザーとを備えるヘルメットと、前記ヘルメットの内側に配置され、前記バイザーに画像を照射することで、虚像を表示させる表示装置と、前記ヘルメットに取り付けられ、前記表示装置を支持する駆動機構とを具備する。前記駆動機構は、前記虚像が前記使用者の前方に表示されるように、前記表示装置の鉛直方向及び水平方向における位置を調整し、かつ前記表示装置の鉛直方向に対する傾きを調整することを特徴とする。
本発明によれば、ヘルメットの機能を損なうことなく、所望の位置に虚像を表示することが可能な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。
以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らないことに留意すべきである。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
以下の実施形態では、宇宙服ヘルメットを利用したヘルメットマウントディスプレイを例に挙げて説明する。
[1]ヘルメットマウントディスプレイの全体構成
図1は、本発明の一実施形態に係るヘルメットマウントディスプレイ10の概略図である。ヘルメットマウントディスプレイ10は、ヘルメット11と、ヘルメット11に取り付けられた表示装置12とを備える。
[1]ヘルメットマウントディスプレイの全体構成
図1は、本発明の一実施形態に係るヘルメットマウントディスプレイ10の概略図である。ヘルメットマウントディスプレイ10は、ヘルメット11と、ヘルメット11に取り付けられた表示装置12とを備える。
ヘルメット11は、ハウジング(ヘルメット本体)11aと、ハウジング11aに取り付けられたバイザー11bとを備える。ハウジング11aは、使用者の頭部を覆う形状を有し、使用者の頭部に装着される。なお、宇宙服ヘルメットのような密封性が要求されるヘルメット以外のヘルメットを使用する場合は、ハウジング11aは、図1のように使用者の頭部を全体的に覆う構造に限定されず、使用者の頭部の一部を覆う構造であってもよい。
バイザー11bは、使用者の顔の前方に配置され、使用者の視界を確保すると共に、使用者の顔を保護する役割を有する。バイザー11bは、前方に向かって凸の曲面形状を有し、反射率を有する透明部材(透過反射部材)から構成される。すなわち、バイザー11bは、ヘルメット11の外側から内側へ入射する外光を透過すると共に、表示装置12から入射する画像(表示光)を使用者側に反射する。
表示装置12は、ヘルメット11の内側に配置され、後述する駆動機構を介して、ヘルメット11(例えばハウジング11a)の一部に取り付けられる。表示装置12は、バイザー11bに向けて画像を出射する。表示装置12は、例えば液晶表示装置から構成される。液晶表示装置の構造及び液晶モードについては特に限定されず、様々な種類の液晶表示装置を用いることが可能である。
表示装置12から出射された画像は、バイザー11bによって使用者側に反射され、図2に示すように、使用者に虚像13として視認される。使用者は、表示装置12による虚像13を、バイザー11bを透過する背景に重畳して視認することができる。
次に、ヘルメットマウントディスプレイ10のブロック構成について説明する。図3は、ヘルメットマウントディスプレイ10のブロック図である。ヘルメットマウントディスプレイ10は、表示装置12、駆動機構20、制御回路30、電源回路31、及び入力部32を備える。
駆動機構20は、ヘルメット11に取り付けられると共に、表示装置12を支持する。また、駆動機構20は、制御回路30からの信号に基づいて動作する。駆動機構20は、虚像13が使用者の前方に表示されるように、表示装置12の鉛直方向及び水平方向における位置を調整し、かつ表示装置12の鉛直方向に対する傾きを調整する。駆動機構20の構成例については後述する。
電源回路31は、外部から電源を受ける。電源回路31は、外部からの電源を用いて、ヘルメットマウントディスプレイ10の動作に必要な種々の電圧を生成し、ヘルメットマウントディスプレイ10内の各モジュールに、対応する電圧を供給する。なお、電源回路31は、外部から電源を受ける代わりに、バッテリーを備えていても良い。
入力部32は、表示装置12の位置及び傾きを調整するための情報を使用者から受ける機能を有する。入力部32は、使用者が操作可能な任意の位置に配置される。
制御回路30は、入力部32から送られる信号に基づいて、駆動機構20の動作を制御する。また、制御回路30は、表示装置12が画像を表示するための動作を制御する。
[2]表示装置12用の駆動機構20の構成
次に、表示装置12用の駆動機構20の構成例について説明する。表示装置12は、駆動機構20によってヘルメット11に取り付けられる。図4は、表示装置12用の駆動機構20の構成を示す上面図である。図5は、表示装置12用の駆動機構20の構成を示す側面図である。なお、ヘルメット11は、簡略化のために、球で示しているが、実際には、図1及び図2に示したような形状を有する。
次に、表示装置12用の駆動機構20の構成例について説明する。表示装置12は、駆動機構20によってヘルメット11に取り付けられる。図4は、表示装置12用の駆動機構20の構成を示す上面図である。図5は、表示装置12用の駆動機構20の構成を示す側面図である。なお、ヘルメット11は、簡略化のために、球で示しているが、実際には、図1及び図2に示したような形状を有する。
駆動機構20は、固定台21a、21b、可動部22a、22b、回転部23a、23b、支持部材24a、24b、及び回転部25a、25bを備える。可動部22a、22b、回転部23a、23b、及び回転部25a、25bは、制御回路30からの信号に応じて駆動する。
固定台21a、21bは、ヘルメット11の一部に固定される。可動部22aは、固定台21aに載置され、例えばレール(図示せず)を介して固定台21a上を水平方向に移動する。可動部22bは、可動部22aと同じ構成である。
可動部22a、22bにはそれぞれ、回転部23a、23bが取り付けられる。また、表示装置12の両側には、回転部25a、25bが取り付けられる。棒状の支持部材24aは、回転部23a及び回転部25aに取り付けられる。同様に、棒状の支持部材24bは、回転部23b及び回転部25bに取り付けられる。回転部25a、25bはそれぞれ、支持部材24a、24bを回転させる。回転部25a、25bは、表示装置12を回転させる。
上記のように構成された駆動機構20は、制御回路30からの信号に応じて、表示装置12の位置及び傾きを、使用者が望む状態に制御する。なお、駆動機構20は、制御回路30からの信号に基づいて、自動で表示装置12の位置及び傾きを調整するよう構成される。しかし、これに限定されず、駆動機構20は、物理的な機構を維持しつつ、使用者が手動で表示装置12の位置及び傾きを調整するように構成しても良い。
[3]表示装置12とバイザー11bとの位置関係
次に、表示装置12とバイザー11bとの位置関係について説明する。
次に、表示装置12とバイザー11bとの位置関係について説明する。
初めに、虚像を得るための凹面鏡の光学原理について説明する。図6は、凹面鏡の光学原理を説明する模式図である。図6の凹面鏡は、曲率半径R、焦点距離R/2である。図6において、凹面鏡の曲率中心C(0,0)、中心Cを通る水平軸と凹面鏡との交点O(R,0)、焦点F(R/2,0)、像A(x,y)、虚像B(X,Y)を表している。“x”、“X”は、曲率中心Cからの水平方向の距離(x座標)であり、“y”、“Y”は、曲率中心Cからの鉛直方向の距離(y座標)である。
像Aが水平距離において焦点Fより中心Cから離れる側(焦点Fを通る垂線より中心Cから離れる側)にある場合、その虚像Bは、(1)像Aを通り水平線(C−O線に平行な線)と凹面鏡との交点Dと、焦点Fとを通る第1直線、(2)像Aと中心Cとを通る第2直線とすると、これら第1及び第2直線の交わる位置になる。
虚像B(X,Y)は、以下の式(1)、(2)で表される。
図6を踏まえて、本実施形態に係るバイザー11bの光学原理を説明する。図7は、バイザー11bの光学原理を説明する模式図である。図7は、使用者の正面に虚像13を表示する例である。図7は、バイザー11bの曲率円と、像を表示する表示装置12との断面部分を示している。図7において、使用者の目(目点)Eであり、表示装置12の断面(側面)における下端A1(x1,y1)、上端A2(x2,y2)であり、虚像13の断面における下端B1(X1,Y1)、上端B2(X2,Y2)である。
図8は、他の例に係るバイザー11bの光学原理を説明する模式図である。図8は、使用者の正面より下方に虚像13を表示する例である。
以下に、所望の位置に虚像13を得るための表示装置12の位置の条件について説明する。虚像13のB1(X1,Y1)、B2(X2,Y2)は、以下の式(3)〜(6)で表される。
式(3)〜(6)の逆変換から、表示装置12の位置“A1(x1,y1)−A2(x2,y2)”を決定することができる。
図9は、表示装置12と虚像13との位置関係を説明する図である。図9には、側面から見たバイザー11bの曲率円を示しており、また、簡略化のために曲率半径R=1としている。図9の四角が表示装置12の位置、図9の丸が虚像13の位置である。図9の矢印は、表示装置12の位置と虚像13の位置との対応を示している。
図9から、所望の位置に虚像13を得るための表示装置12の位置“A1(x1,y1)−A2(x2,y2)”は、以下の式(7)、(8)を満たすように設定される。
x2+y2<R2 ・・・(7)
R/2<x<R ・・・(8)
表示装置12の位置及び傾きは、図4及び図5に示した駆動機構20によって調整される。
[4]効果
以上詳述したように本実施形態では、ヘルメットマウントディスプレイ10は、透明部材から構成されかつ曲面形状を有するバイザー11bを備えるヘルメット11と、ヘルメット11の内側に配置され、バイザー11bに画像を照射することで、虚像を表示させる表示装置12と、ヘルメット11に取り付けられ、表示装置12を支持する駆動機構20とを備える。駆動機構20は、虚像が使用者の前方に表示されるように、表示装置12の鉛直方向及び水平方向における位置を自動調整し、かつ表示装置12の鉛直方向に対する傾きを自動調整するように構成される。
以上詳述したように本実施形態では、ヘルメットマウントディスプレイ10は、透明部材から構成されかつ曲面形状を有するバイザー11bを備えるヘルメット11と、ヘルメット11の内側に配置され、バイザー11bに画像を照射することで、虚像を表示させる表示装置12と、ヘルメット11に取り付けられ、表示装置12を支持する駆動機構20とを備える。駆動機構20は、虚像が使用者の前方に表示されるように、表示装置12の鉛直方向及び水平方向における位置を自動調整し、かつ表示装置12の鉛直方向に対する傾きを自動調整するように構成される。
従って本実施形態によれば、使用者の所望の位置に、バイザー11bを介して虚像13を表示させることができる。また、使用者が前方を見た状態で、背景に重畳して虚像13を表示させることができる。これにより、使用者は、無理なく、虚像13を視認することが可能となる。
また、ヘルメット11自体の構造(特に安全上の構造)を変えることなく、使用者に虚像13を表示させることができる。これにより、安全性(強度など)の高いヘルメットマウントディスプレイを実現できる。
なお、上記実施形態では、バイザー11bを曲率円で図示している。しかし、バイザー11bの全体が曲率円である必要はなく、バイザー11bのうち、少なくとも使用者の目の前方領域(表示装置12の画像が入射する領域)が曲率円であればよい。
また、表示装置12として液晶表示装置を例に挙げて説明したが、これに限定されるのもではなく、有機EL(Electroluminescence)表示装置などを用いることも可能である。
また、上記実施形態では、宇宙服用のヘルメットマウントディスプレイを例に挙げて説明している。しかし、これに限定されるものではなく、使用者が前方の背景を視認できる透明部材(バイザー)を有する様々なヘルメット、例えば潜水ヘルメット、バイクヘルメット、及びパイロットヘルメット等を用いたヘルメットマウントディスプレイに適用可能である。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、1つの実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせ、若しくは異なる実施形態に開示される構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、これらの構成要素が削除された実施形態が発明として抽出されうる。
10…ヘルメットマウントディスプレイ、11…ヘルメット、11a…ハウジング、11b…バイザー、12…表示装置、13…虚像、20…駆動機構、21…固定台、22…可動部、23…回転部、24…支持部材、25…回転部、30…制御回路、31…電源回路、32…入力部。
Claims (4)
- 使用者の頭部に装着されるハウジングと、前記ハウジングに取り付けられ、透明部材から構成され、曲面形状を有するバイザーとを備えるヘルメットと、
前記ヘルメットの内側に配置され、前記バイザーに画像を照射することで、虚像を表示させる表示装置と、
前記ヘルメットに取り付けられ、前記表示装置を支持する駆動機構と、
を具備し、
前記駆動機構は、前記虚像が前記使用者の前方に表示されるように、前記表示装置の鉛直方向及び水平方向における位置を調整し、かつ前記表示装置の鉛直方向に対する傾きを調整する
ことを特徴とするヘルメットマウントディスプレイ。 - 前記バイザーの曲率半径Rとすると、前記表示装置は、位置R/2を通る鉛直線と前記バイザーとの間に配置される
ことを特徴とする請求項1に記載のヘルメットマウントディスプレイ。 - 前記表示装置は、前記虚像が前記使用者の正面に表示されるように、前記位置及び前記傾きが決められる
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のヘルメットマウントディスプレイ。 - 前記表示装置は、液晶表示装置、又は有機EL表示装置である
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のヘルメットマウントディスプレイ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014198978A JP2016071058A (ja) | 2014-09-29 | 2014-09-29 | ヘルメットマウントディスプレイ |
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ID=55864550
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017145324A1 (ja) * | 2016-02-25 | 2017-08-31 | 株式会社オルタステクノロジー | ヘルメットマウントディスプレイ |
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-
2014
- 2014-09-29 JP JP2014198978A patent/JP2016071058A/ja active Pending
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