JP2017009726A - 画像表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】装着時における観察者への負荷を軽減できる画像表示装置を提供する。【解決手段】画像表示装置(虚像表示装置1)は、観察者の頭部に沿うフレーム(ヘッドバンド部3)と、観察者によって視認可能に画像を表示する表示部4と、フレームに取り付けられ、表示部4を支持する支持部5と、を備え、フレームは、支持部5を介してフレームに接続された表示部4によって表示された画像が観察者によって視認される位置に固定される。【選択図】図3

Description

本発明は、画像表示装置に関する。
従来、観察者の頭部に装着されるHMD(Head Mounted Display)等の虚像表示装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この特許文献1に記載の虚像表示装置は、観察者の左右にそれぞれ設けられる第1像形成本体部及び第2像形成本体部と、これら像形成本体部により形成される画像光を観察者の右眼及び左眼にそれぞれ導く導光部材とを備えるシースルー型のHMDとして構成されている。更に、当該虚像表示装置は、観察者の鼻に当接される鼻当て部材を備える枠部と、枠部に設けられ、観察者のこめかみ付近に当接されるつる部分とを備える。そして、当該虚像表示装置は、それぞれのつる部分を左右のこめかみに応じた位置に配置させるとともに、鼻当て部材を鼻に当てることにより、各導光部材が観察者の眼前に配置されるように装着される。
特開2014−186201号公報
ここで、上記特許文献1に記載の虚像表示装置では、観察者の鼻に鼻当て部材が当接された状態で、観察者の頭部に装着されるため、当該虚像表示装置の荷重が鼻に加わる。このため、当該虚像表示装置を長時間に亘って装着すると、鼻への負荷が大きくなり、使用感が悪化するという問題がある。
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決することを目的としたものであり、装着時における観察者への負荷を軽減できる画像表示装置を提供することを目的の1つとする。
本発明の第1態様に係る画像表示装置は、観察者の頭部に沿うフレームと、前記観察者によって視認可能に画像を表示する表示部と、前記フレームに取り付けられ、前記表示部を支持する支持部と、を備え、前記フレームは、前記支持部を介して前記フレームに接続された前記表示部によって表示された前記画像が前記観察者によって視認される位置に固定されることを特徴とする。
なお、フレームの固定部位としては、使用者の頭部における前額部、側頭部、後頭部、及び頭頂部を例示できる他、使用者がヘルメットや帽子等を装着している場合には、当該ヘルメットや帽子等において上記前額部、側頭部、後頭部、及び頭頂部に応じた位置を例示できる。すなわち、観察者の頭部(詳しくは、眉及び耳を通る頭部の外周線より上側の部位)に応じた位置にフレームが固定されればよく、頭部と本体部との間にヘルメットや帽子等の構成が介在していてもよい。このようにフレームは、観察者の額部から上側の部位に固定される。この場合、画像表示装置は、頭部装着型表示装置ということができる。
上記第1態様によれば、使用者の頭部に沿うフレームは、当該フレームに支持部を介して接続される表示部により表示される画像が観察者によって視認可能な位置に固定される。これによれば、フレームは、当該フレームが頭部に沿って配置された状態で固定されるので、画像表示装置の荷重が観察者の鼻に加わることを抑制できる。従って、画像表示装置の装着時における観察者の負荷を軽減でき、使用感(装着感)を向上させることができる。
上記第1態様では、前記支持部は、前記フレームとの接続部位を中心として回動可能に構成されていることが好ましい。
上記第1態様によれば、支持部を回動させることにより、フレームに対する表示部の位置や角度を調整できる。これによれば、装着時の観察者の視線方向に応じた位置に表示部を位置させて、当該表示部によって表示される画像の視認性を向上させることができる。また、上記画像を視認しない場合には、観察者の眼前から表示部を退避させることができる。従って、画像表示装置の利便性を向上させることができる。
上記第1態様では、前記支持部は、前記画像を前記観察者が視認する際の視方向と略直交する回動軸を中心として回動可能に前記フレームに接続されていることが好ましい。
上記第1態様によれば、支持部に対する回動操作によって、表示部の位置を簡易に調整できる他、上記画像を視認しない場合に、観察者の眼前から表示部を確実に退避させることができる。従って、画像表示装置の利便性を確実に向上させることができる。
上記第1態様では、前記表示部は、前記観察者の眼に応じた位置に配置され、前記支持部は、前記フレームにおいて前記観察者のこめかみに応じた位置と前記表示部とを接続することが好ましい。
上記第1態様によれば、支持部は、フレームにおいて観察者のこめかみに応じた位置から延出して表示部と接続される。これによれば、画像表示装置の装着時に、支持部が観察者の耳に当接することを抑制できる。従って、画像表示装置の装着感を一層向上させることができる。
上記第1態様では、前記支持部は、一端が前記観察者にとっての左右方向における前記フレームの一端側の部位及び他端側の部位にそれぞれ接続され、他端が前記表示部に接続される複数のアームを有することが好ましい。
上記第1態様によれば、支持部を構成する複数のアームによって表示部が支持されるので、当該表示部を安定して支持できる。従って、表示部が揺動することを抑制できる。
上記第1態様では、前記表示部を前記フレームに対して接離する方向に移動可能とする移動機構を備えることが好ましい。
上記第1態様によれば、観察者の眼の位置に応じて、視方向に重なるように表示部の位置を調整できる。従って、観察者に応じて表示部の位置を調整でき、画像表示装置の利便性及び汎用性を向上させることができる。
上記第1態様では、前記フレームに設けられ、前記観察者の視野における少なくとも一部の領域を撮像する撮像部を備えることが好ましい。
上記第1態様によれば、例えば、撮像部による撮像画像を表示部にて表示したり、当該撮像画像を外部に出力したりすることにより、観察者の周囲の状況を、当該観察者又は他者が把握できる。
ここで、表示部に撮像部が位置する場合には、撮像部の荷重によって画像表示装置の重量バランスがずれることが考えられる。これに対し、撮像部は、観察者の頭部に沿って配置されるフレームに設けられていることにより、表示部の重量を低減できるだけでなく、画像表示装置の重量バランスを適正化しやすくすることができる。従って、観察者への負荷を一層軽減できる。
上記第1態様では、前記フレームは、前記撮像部の撮像方向を調整する調整機構を有することが好ましい。
上記第1態様によれば、観察者の視線方向に応じた位置に、撮像部の撮像方向を調整できる。従って、撮像部によって、観察者の視野における少なくとも一部の領域を確実に撮像できる。
上記第1態様では、前記フレーム内に配置され、当該画像表示装置の少なくとも一部の機能を制御する制御部を備えることが好ましい。
上記第1態様によれば、上記撮像部と同様に、表示部に制御部が設けられる場合と比べて、表示部の重量を低減できるだけでなく、画像表示装置の重量バランスを適正化しやすくすることができる。従って、観察者への負荷を一層軽減できる。
上記第1態様では、前記表示部から延出し、前記支持部内及び前記フレーム内を通るケーブルを備えることが好ましい。
なお、ケーブルとしては、表示される画像の画像情報や表示部の動作を制御する制御情報を表示部に伝送するためのケーブルを例示できる。
ここで、表示部からケーブルを直接外部に延出させる場合には、ケーブルが動くことを考慮して、表示部の外形を構成する筐体の強度を高める必要がある。また、表示部からケーブルが外部に延出していると見た目がよくないという問題がある。
これに対し、上記第1態様によれば、表示部から延出するケーブルは、支持部及びフレームを通るので、当該表示部の筐体の強度を高める必要がない他、画像表示装置の外観を良好なものにすることができる。
上記第1態様では、前記フレームは、前記観察者の頭部に沿う円弧状の外形を有することが好ましい。
上記第1態様によれば、フレームを頭部に沿わせやすくすることができるので、画像表示装置の装着感を向上させることができる他、当該画像表示装置の装着時の外観を良好なものとすることができる。
上記第1態様では、前記表示部は、前記画像を前記観察者の左眼及び右眼のそれぞれにて視認させる左眼用表示部及び右眼用表示部を有することが好ましい。
上記第1態様によれば、左眼用表示部及び右眼用表示部により、観察者の左目及び右目にて、それぞれ同じ画像を視認させることができるだけでなく、例えば視差画像等のそれぞれ異なる画像を視認させることができる。従って、画像表示装置の利便性及び汎用性を向上させることができる。
上記第1態様では、前記表示部は、前記画像を形成する光を前記観察者の眼に導光するとともに、外光を透過する導光部材を有することが好ましい。
上記第1態様によれば、導光部材を介して、上記画像と観察者の周囲とを観察できる。このため、画像を視認中の観察者に安心感を付与できる他、周囲の風景に重ね合わせた画像を視認させることにより、拡張現実を実現できる。従って、画像表示装置の利便性及び汎用性を一層向上させることができる。
上記第1態様では、当該画像表示装置は、前記頭部の軸方向及び前記頭部の前後方向にそれぞれ直交する方向に沿って前記頭部を見た場合に、前記軸方向及び前記前後方向に対して所定角度傾斜した視線に対して、前記画像が視認される表示面が略直交するように前記表示部を配置可能に構成されていることが好ましい。
上記第1態様によれば、画像表示装置は、頭部の軸方向及び前後方向に対して所定角度傾斜した視線に対して上記表示面が略直交するように、表示部が配置可能に構成されているので、観察者の視線に応じて表示部を配置できる。
ここで、一般的に、人は、頭部の軸方向に対する直交方向を含む上側に視線を向けるより、当該直交方向より下側に視線を向ける方が楽である。詳述すると、当該直交方向を含む上側に視線を向ける場合には、視線が当該直交方向より下向きに向けられる場合よりも、視線を変更する外眼筋を緊張させる必要があり、外眼筋が疲労しやすくなる。逆に言うと、視線が当該直交方向よりやや下向きである場合には、外眼筋を緊張させずに済み、疲労しにくい。
このため、上記のように、画像表示装置が、表示部を配置可能に構成されていることにより、視線を下向きに向けた場合でも、表示部により表示される画像を視認しやすくすることができる。従って、このような場合には、比較的リラックスできる視線の向きにて、表示される画像を視認しやすくすることができる。
上記第1態様では、前記視線は、前記前後方向に対して略10°下向きに傾斜した視線であることが好ましい。
ここで、立位姿勢においてリラックスした状態では、視線は水平方向に対して略10°下向きとなる。このため、上記視線が、前後方向に対して略10°下向きに傾斜した視線であり、当該視線に対して表示面が略直交していることにより、立位姿勢の観察者が、リラックスした状態で画像を視認できる。従って、表示される画像を一層視認しやすくすることができる。
上記第1態様では、前記表示部は、前記画像を形成する光を前記観察者の眼に導光するとともに、外光を透過させる導光部材を有し、前記導光部材における前記観察者側の面、及び、前記観察者とは反対側の面は、それぞれ前記表示面に対して略平行であり、前記観察者側の面及び前記反対側の面は、それぞれ、前記視線に対して略直交することが好ましい。
上記第1態様によれば、導光部材における観察者側の面及び観察者とは反対側の面が上記視線に対して略直交するように配置されることにより、表示面が当該視線に対して略直交するように導光部材を配置させやすくすることができる。従って、画像を視認しやすくなる位置に導光部材を容易に配置できる。
上記第1態様では、前記画像が前記観察者によって視認される位置に前記フレームを固定する固定部を有することが好ましい。
このような固定部としては、頭部を囲むバンド等の帯状部材や紐状部材を例示できる他、頭部を覆うキャップ型の固定部を例示できる。
上記第1態様によれば、固定部によって上記位置にフレームが固定されるので、当該フレームを確実に固定できる。従って、画像表示装置の装着感を一層高めることができる。
本発明の第2態様に係る画像表示装置は、観察者の頭部に沿うフレームと、前記観察者によって視認可能に画像を表示する表示部と、前記表示部を支持し、前記フレームとの接続部位を中心として回動可能に構成され、前記画像が視認される表示面が前記観察者の視線に対して略直交するように、前記表示部の位置を調整可能な支持部と、を備えることを特徴とする。
上記第2態様によれば、支持部を回動させることにより、表示面が観察者の視線に略直交するように、表示部の位置を調整できるので、当該観察者の視線に応じて、画像を視認しやすい位置に表示部の位置を調整できる。従って、画像の視認性を向上できる。この他、上記のように、観察者がリラックスできる視線に向きに応じて、表示部を配置できるので、当該観察者がリラックスした状態で画像を確実に視認できる。
本発明の第1実施形態に係る虚像表示装置を示す斜視図。 上記第1実施形態における帽子を被った使用者に装着された虚像表示装置を示す側面図。 上記第1実施形態における虚像表示装置を正面側から見た斜視図。 上記第1実施形態における虚像表示装置を背面側から見た斜視図。 上記第1実施形態における虚像表示装置を示す平面図。 上記第1実施形態における虚像表示装置を示す側面図。 上記第1実施形態における光学装置の内部構成を示す斜視図。 上記第1実施形態における導光部材の配置と表示距離との関係を示す模式図。 上記第1実施形態におけるアームが回動した虚像表示装置を示す側面図。 上記第1実施形態における表示部が移動された虚像表示装置を示す側面図。 本発明の第2実施形態に係る虚像表示装置を示す斜視図。 上記第2実施形態における観察者に直接装着された虚像表示装置を示す斜視図。 上記第2実施形態における帽子を被った観察者に装着された虚像表示装置を示す側面図。 上記第2実施形態における虚像表示装置を左方正面側から見た斜視図。 上記第2実施形態における虚像表示装置を右方背面側から見た斜視図。 上記第2実施形態における虚像表示装置を示す側面図。 上記第2実施形態における視線に対する導光部材の配置位置を示す部分断面図。 上記第2実施形態における導光部材の配置と表示距離との関係を示す模式図。 上記第2実施形態における画像の中心位置と視線の向きとの関係を示す模式図。 上記第2実施形態における画像の中心位置と視線の向きとの関係を示す模式図。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態を、図面に基づいて説明する。
[虚像表示装置の概略構成]
図1は、本実施形態に係る虚像表示装置1が観察者に装着された状態を示す斜視図である。
本実施形態に係る虚像表示装置1は、本発明の画像表示装置に相当する。この虚像表示装置1は、図1に示すように、観察者US(使用者)の頭部やヘルメット等に装着されて使用されるヘッドマウントディスプレイ(HMD:Head Mounted Display)であり、詳しくは、観察者によって視認可能に虚像を表示するとともに、外光を透過させて外界を観察可能とするシースルー型のHMDである。
この虚像表示装置1は、観察者USの頭部HD(詳しくは、眉及び耳を通る頭部の外周線より上側の部位)に応じた固定に固定される。
図2は、帽子CPを被った状態の観察者USの頭部HDに装着された虚像表示装置1を示す側面図である
また、虚像表示装置1は、図2に示すように、帽子CPやヘルメット等を介して頭部HDに間接的に装着可能である。このため、以下の説明において、頭部HDとは、当該頭部HDを直接指す場合だけでなく、帽子CPやヘルメット等が装着された頭部HDを指す場合も含まれる。
なお、以下の説明では、Z方向は、虚像表示装置1を装着した観察者USの頭部HDの軸方向に直交する方向のうち、両眼間の中央を通って頭部HDの外側に向かう方向である。X方向及びY方向は、Z方向にそれぞれ直交し、かつ、互いに直交する方向である。これらのうち、Y方向は、頭部HDの軸方向に沿って顎部側から頭頂部側に向かう方向であり、X方向は、観察者USから見て左側から右側に向かう方向である。更に、Z方向側とは、Z方向における下流側(Z方向先端側)を指し、Z方向とは反対側とは、Z方向における上流側(Z方向基端側)を指す。他の方向も同様である。
図3及び図4は、虚像表示装置1を正面側及び背面側から見た斜視図である。換言すると、図3は、虚像表示装置1を観察者US側とは反対側から見た斜視図であり、図4は、観察者US側から見た斜視図である。
このような虚像表示装置1は、図1〜図4に示すように、装置本体2と、当該装置本体2を上記頭部HDに固定する装着部材6と、を備え、当該装置本体2は、フレームとしてのヘッドバンド部3と、虚像を表示する表示部4と、ヘッドバンド部3に対して回動可能に取り付けられ、表示部4を支持して、当該ヘッドバンド部3及び表示部4を接続する支持部5と、を備える。
[ヘッドバンド部の構成]
ヘッドバンド部3は、虚像表示装置1における機能の一部を制御するものであり、上記支持部5を構成するアーム51の一端が回動可能に取り付けられるものである。
このヘッドバンド部3は、観察者USの頭部HDに沿う円弧状の外形を有し、図3及び図4に示すように、当該頭部HDに沿って配置される本体ケース31と、制御部32及び撮像部33と、を有する。
図5は、虚像表示装置1をY方向側から見た平面図である。また、図6は、虚像表示装置1をX方向とは反対側から見た側面図である。
本体ケース31は、図5に示すように、観察者US(図5における点線で輪郭を示す観察者US)の前額部に沿って配置され、頭部HDに装着部材6によって固定される。この本体ケース31は、上記制御部32(図2参照)やケーブルCB等を内部に収納し、かつ、上記撮像部33及び支持部5を支持する筐体である。
この本体ケース31は、Y方向側から見て、観察者USの前額部及び側頭部の形状に沿う略半円形状(略U字状)の外形を有する。すなわち、本体ケース31において、観察者USの前額部から側頭部に対向する内面311は、Y方向側から見て、観察者USの頭部に沿って湾曲している。
また、図6に示すように、本体ケース31の円弧状の両端近傍には、それぞれのアーム51の一端を回動可能に軸支する回動軸部35が設けられている。なお、後に詳述するが、各アーム51における当該一端は、本体ケース31の内部に配置されている。
制御部32は、本体ケース31内に配置されており、制御回路を備えて構成される。この制御部32は、観察者USによる各種入力操作を受け付けるコントローラー(図示省略)とケーブルCBを介して接続され、当該入力操作に応じて装置本体2の動作を制御する他、撮像部33を制御する。また、制御部32は、撮像部33による撮像画像を、ケーブルCBを介して外部に出力する。
撮像部33は、図3及び図5に示すように、本体ケース31において上記内面311とは反対側に位置する外面312における略中央に配置されており、観察者USの前方、すなわち、当該観察者USの視野における一部の領域を撮像する。この撮像部33は、図3に示すように、ステレオカメラ331と、外光の照度を検出する照度センサー332と、LED333と、これらを内部に収納するモジュール筐体334と、を備える。なお、LED333は、例えば、虚像表示装置1の駆動時に点灯され、非駆動時に消灯されるパワーインジケーターとして機能する。
モジュール筐体334は、図3に示すように、Z方向側の面に、透光性部材によって覆われた窓部335を有し、上記ステレオカメラ331は、当該窓部335を介して外部を撮像する他、上記照度センサー332は、窓部335を介して入射される外光の照度を検出する。
また、モジュール筐体334のX方向に交差する側面334Aには、当該側面334AからX方向に沿って突出する回動軸部336が設けられている。詳述すると、回動軸部336は、側面334AにおけるY方向とは反対側の位置に突設されている。この回動軸部336は、モジュール筐体334が配置される本体ケース31の凹部313に設けられた軸受け部(図示省略)によって支持されている。これら回動軸部336及び軸受け部等により、本発明の調整機構34が構成される。なお、図3では、2つの側面334AのX方向の基端側における回動軸部336のみを図示しているが、X方向の先端側の側面の対応する位置にも同様の回動軸部が設けられている。
このようなモジュール筐体334は、回動軸部336によって規定されるX方向に平行な回動軸R1を中心として所定範囲内にて回動可能である。このため、本体ケース31に対するモジュール筐体334の姿勢を調整することにより、ステレオカメラ331の撮像方向(すなわち、撮像部33による撮像方向)を調整できる。
[表示部の構成]
表示部4は、入力される画像情報に応じた画像を形成して、当該画像を虚像として観察者に視認させる。この表示部4は、観察者の右眼と左眼のそれぞれに対して配置される一対の光学装置41(左眼用及び右眼用光学装置を、それぞれ41L,41Rとする)と、一対の光学装置41を保持する略U字状のフレーム部42と、を備える。
これらのうち、フレーム部42は、Y方向の先端側において、一対の光学装置41を保持する。このフレーム部42のX方向の基端側には、左眼用光学装置41Lが固定され、X方向の先端側には、右眼用光学装置41Rが固定される。
図7は、光学装置41の内部構成を示す斜視図である。なお、図7においては、筐体411の一部の図示を省略している。
一対の光学装置41を構成する左眼用光学装置41L及び右眼用光学装置41Rは、互いに鏡面対称の関係を有し、これらは、本発明の左眼用表示部及び右眼用表示部にそれぞれ相当する。これら光学装置41は、それぞれ、筐体411、光学ユニット412及び導光部材413を有する。
筐体411は、光学ユニット412を内部に収納するものであり、後述する移動機構AMにより、アーム51と接続される。
光学ユニット412は、光源装置から入射された光を、光変調装置によって、入力される画像情報に応じた画像光に変調し、対応する導光部材413に当該画像光を出射する。なお、光変調装置としては、例えば、液晶パネルやMEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラー等のマイクロミラーを用いたデバイスを採用できる。
導光部材413(右眼用及び左眼用の導光部材を、それぞれ413R,413Lとする)は、観察者USの眼に応じた位置に配置される。この導光部材413は、内部に半透過層(半反射層)が形成されており、当該半透過層を介して外界を観察可能に構成されている他、上記光学ユニット412から出射されて当該半透過層にて反射された画像光が眼に入射されることにより虚像が視認される。このような導光部材413は、可視光領域で高い光透過性を示す樹脂(例えばシクロオレフィンポリマー)により主に形成される。
なお、光学装置41R,41Lには、図6及び図7に示すように、光学ユニット412に画像情報(画像信号)を出力するケーブルCRが接続されており、当該ケーブルCRは、筐体411外に延出した後、対応するアーム51内に挿入され、当該アーム51から本体ケース31内を通って、上記制御部32に接続される。
図8は、導光部材413の配置と、両眼の視線の交点Pまでの距離(表示距離)との関係を示す模式図である。
ここで、導光部材413の配置について説明する。
各光学ユニット412から出射された画像光は、上記のように、対応する導光部材413L,413Rを介して観察者USの左眼及び右眼に導かれ、当該画像光に対応する画像が虚像として観察者USにより視認される。これら導光部材413L,413Rは、本実施形態では図8に示すように、観察者USの左眼LE及び右眼REの視線が交わる交点Pが、当該左眼LE及び右眼REの前方(Z方向)に略8m離れた位置となった時に、画像が適切に観察されるように配置及び構成される。この交点Pの位置は、観察者USの各眼LE,REの輻輳角に依存する。
すなわち、人が、比較的遠くに位置する観察対象を観察する場合(表示距離が長い場合)には、輻輳角は小さくなり、比較的近くに位置する観察対象を観察する場合(表示距離が短い場合)には、輻輳角は大きくなる。逆に言うと、輻輳角が小さくなるように両眼の視線が向くと、表示距離は長くなり、輻輳角が大きくなるように両眼の視線が向くと、表示距離は短くなる。
このため、本実施形態では、内部を通過した画像光を上記半透過層によって眼に導く導光部材413L,413Rの配置や、当該半透過層の位置を調整することによって、表示された画像を観察する際の観察者USの輻輳角を調整し、これにより、表示距離が調整され、上記交点Pの位置にて画像を観察させている。
なお、上記交点Pの位置が、両眼LE,REから前方に略8mの位置に設定されている場合には、表示された画像(視認される虚像)が無限遠に位置するように観察される。
[支持部の構成]
支持部5は、上記のように、本体ケース31に回動可能に取り付けられて、表示部4を支持するものであり、本実施形態では、図3及び図4に示すように、一対のアーム51により構成されている。
この一対のアーム51(観察者USにとっての左側に位置するアームを51Lとし、右側に位置するアームを51Rとする)は、それぞれ、図6及び図7に示すように、第1端部52及び第2端部53を有する。
第1端部52は、アーム51においてZ方向とは反対側の端部であり、X方向側から見た場合に、略円形状に形成されている。この第1端部52は、図6に示すように、当該本体ケース31の下面314(Y方向とは反対側の面314)に形成された開口部314Aを挿通して、本体ケース31内にて回動軸部35によって軸支されている。このため、アーム51は、当該第1端部52の軸支位置を通り、かつ、X方向に平行な回動軸R2を中心とする所定範囲で回動可能である。なお、当該X方向は、虚像表示装置1を装着した観察者USの両眼の並び方向に平行な方向であることから、各アーム51は、当該並び方向に沿う回動軸R2(視方向に略直交する回動軸R2)を中心として回動可能である。また、回動軸部35は、ヘッドバンド部3において観察者USのこめかみに応じた位置に位置するので、アーム51における第1端部52は、当該こめかみに応じた位置に位置する。
第2端部53は、アーム51においてZ方向側の端部であり、観察者USにとっての左右方向における表示部4の端部のうち、対応する端部と接続される。この第2端部53には、後述する移動機構AMを構成するスライド部材54が設けられている。このスライド部材54は、同じく当該移動機構AMを構成し、かつ、表示部4の筐体411内に配置されたガイドレール4111が挿通されており、これにより、第2端部53と表示部4(筐体411)とが接続される。
このようなアーム51内に上記表示部4(筐体411)から挿入されたケーブルCRは、図6に示すように、当該アーム51内を通って、第1端部52から上記本体ケース31内に侵入する。そして、このケーブルCRは、上記本体ケース31内にて上記制御部32と接続される。
図9は、表示部4を支持するアーム51が本体ケース31に対して回動する様子を示す図である。なお、図9は、図6に示した状態から、上記回動軸R2を中心に時計回りにアーム51が回動された状態をX方向とは反対側から見た図として示されている。
本実施形態では、図9に示すように、各アーム51は、表示部4及びアーム51のいずれかにおけるY方向側の端部がヘッドバンド部3(本体ケース31)と接触するまで、当該ヘッドバンド部3側に上記回動軸R2を中心として回動可能である。一方、各アーム51は、開口部314Aの端縁におけるZ方向とは反対側の端部と、アーム51とが接触するまで、上記とは逆方向に回動可能である。
このようにアーム51を回動させることにより、表示部4の位置や角度を調整できる。これにより、図9に示すように、虚像を視認しづらくなる位置、すなわち、外界(観察者USの周囲)を観察しやすい位置に、当該表示部4を移動させることができる。
[移動機構の構成]
移動機構AMは、表示部4の筐体411及びアーム51の数に応じて2つ設けられ、当該表示部4をヘッドバンド部3に対して接離する方向(すなわちY方向及びY方向とは反対方向)に移動可能に、筐体411とアーム51とを接続する。この移動機構AMは、図7に示すように、上記筐体411に設けられるガイドレール4111と、アーム51の第2端部53に設けられるスライド部材54と、を備えて構成される。
ガイドレール4111は、Y方向及びY方向とは反対方向に沿って移動可能にスライド部材54によって支持されるものであり、それぞれ筐体411の内部に固定されている。このガイドレール4111は、円柱状の部材であり、導光部材413から観察者の眼に向かう画像光の進行方向がZ方向に平行となる場合に、軸方向がY方向に沿うように配置されている。このようなガイドレール4111の外周面には、当該ガイドレール4111の停止位置を決めるための周方向に沿う溝4112が、軸方向に沿った複数位置に形成され、スライド部材54に対してガイドレール4111を段階的に移動させることができるように構成されている他、当該ガイドレール4111の移動時にクリック感を生じさせている。
スライド部材54は、上記のように、各アーム51の第2端部53におけるZ方向側の面に突設されている。これらスライド部材54は、ガイドレール4111の軸方向に沿って当該ガイドレール4111を摺動可能に支持している。
このスライド部材54は、上記ガイドレール4111が挿通する孔部541と、Y方向における中間位置に孔部541を横切るように形成されたスリット542と、アナンゴム等の弾性体により形成されたOリング(図示省略)と、を有する。これらのうち、Oリングは、スリット542に配置され、当該Oリングには、ガイドレール4111が挿通される。このOリングがガイドレール4111を内径方向に締め付けることにより、適度な抵抗感を付与しつつ、スライド部材54に対してガイドレール4111がスライド可能に支持される。そして、当該Oリングが、ガイドレール4111の溝4112に嵌合することにより、これらの相対位置が維持される。しかしながら、移動機構AMの構成はこれに限らず、スライド部材54は、ガイドレール4111の高さ方向に沿って連続的に相対移動可能としてもよい。この場合、溝4112は無くてもよい。
図10は、移動機構AMによって表示部4が移動される様子をX方向とは反対側から見た図である。なお、図10では、表示部4の移動方向がY方向に沿うように、ヘッドバンド部3に対してアーム51が位置決めされている状態を図示している。
このような移動機構AMにより、図10に示すように、上記ガイドレール4111を有する筐体411を備えた表示部4は、スライド部材54を有するアーム51に対してY方向に沿って移動可能となる。これにより、ヘッドバンド部3と表示部4との距離を調整することができる。従って、虚像表示装置1を装着した観察者USが、表示される画像(虚像)を観察しやすい位置に表示部4を移動させることができる。
[装着部材の構成]
装着部材6は、上記のように、装置本体2(詳しくはヘッドバンド部3)を頭部HDに装着させるものである。この装着部材6は、本実施形態においては、上記ヘッドバンド部3に取り付けられる固定部としてのバンド61により構成されている。
バンド61は、図3〜図5に示すように、本体ケース31の内面311に取り付けられるバンド本体62(図4及び図5)と、バンド本体62に取り付けられる帯部63(図3及び図5)と、を有する。
バンド本体62は、図4及び図5に示すように、横長の帯状部材であり、長手方向がヘッドバンド部3の内面311に沿うように、当該内面311に固定される。このバンド本体62は、帯部63が取り付けられる環状部62Aを両端に備える他、観察者USの前額部の湾曲形状に沿って湾曲し当該前額部に当接する当接面を有する当接部62Bを略中央に備える。なお、当接部62Bは、バンド本体62に対して着脱可能に取り付けられており、観察者USに応じて、寸法が異なる当接部62Bを取り付けることが可能である。
帯部63は、バンド本体62とともに環状のバンド61を構成する。この帯部63は、例えば伸縮性を有する帯状の部材で形成され、図3及び図5に示すように、上記環状部62Aに両端が取り付けられる。この帯部63が、バンド本体62に対して頭部HDとは反対側の位置から、当該バンド本体62に向けて頭部HDとの接触位置を押圧することにより、バンド61、ひいては、ヘッドバンド部3が、観察者USの頭部HDに固定される。
[第1実施形態の効果]
以上説明した本実施形態に係る虚像表示装置1によれば、以下の効果がある。
観察者USの頭部HDに沿うフレームとしてのヘッドバンド部3は、当該ヘッドバンド部3と支持部5のアーム51を介して接続される表示部4によって表示される虚像が観察者USによって視認可能な位置に固定される。これによれば、ヘッドバンド部3は、頭部HD(額)に沿って配置された状態で固定されるので、虚像表示装置1の荷重が観察者の鼻や耳に加わることを抑制できる。従って、虚像表示装置1の使用時における観察者USへの負荷を軽減でき、使用感及び装着感を向上させることができる。
支持部5の各アーム51は、ヘッドバンド部3との接続部位を中心として回動可能であるので、当該アーム51を回動させることにより、ヘッドバンド部3に対する表示部4の位置や角度を調整できる。これによれば、装着時の観察者USの視線方向に応じた位置に表示部4を位置させて、当該表示部4によって表示される虚像の視認性を向上させることができる。また、上記虚像を視認しない場合には、観察者の眼前から表示部4を退避させることができる。従って、虚像表示装置1の利便性を向上させることができる。
各アーム51は、上記回動軸R2を中心として回動可能にヘッドバンド部3に接続されている。これによれば、アーム51に対する回動操作によって、表示部4の位置を簡易に調整できる他、上記虚像を視認しない場合に、観察者USの眼前から表示部4を確実に退避させることができる。従って、虚像表示装置1の利便性を確実に向上させることができる。
支持部5の各アーム51における第1端部52は、フレームとしてのヘッドバンド部3において観察者USのこめかみに応じた位置に位置することから、当該各アーム51は、こめかみに応じた位置から延出して表示部4と接続される。これによれば、虚像表示装置1の装着時に、各アーム51が観察者USの耳に当接することを抑制できる。従って、虚像表示装置1の装着感を一層向上させることができる。
支持部5は、それぞれ表示部4を支持する一対のアーム51を有するので、当該表示部4を安定して支持できる。従って、観察者USが虚像表示装置1を装着して画像を視認している際に、表示部4が揺動することを抑制できる。
移動機構AMは、ヘッドバンド部3に対して接離する方向に表示部4を移動させる。これによれば、観察者USの眼の位置に応じて、視方向に重なるように表示部4の位置を調整しやすくすることができる。従って、観察者USに応じて表示部4の位置を調整でき、虚像表示装置1の利便性及び汎用性を向上させることができる。
ヘッドバンド部3に設けられた撮像部33により、観察者USの視野における一部の領域を撮像できるので、例えば、撮像部33による撮像画像を表示部4に表示したり、或いは、当該撮像画像を外部に出力したりすることにより、観察者USの周囲の状況を、当該観察者US又は他者が把握できる。
ここで、表示部4に撮像部33が位置する場合には、撮像部33の荷重によって虚像表示装置1の重量バランスがずれることが考えられる。これに対し、撮像部33は、ヘッドバンド部3に設けられていることにより、表示部4の重量を低減できるだけでなく、虚像表示装置1の重量バランスを適正化しやすくすることができる。従って、観察者USへの負荷を一層軽減できる。
撮像部33は、回動軸R1を中心に回動可能に構成される。これにより、観察者USの視線方向に応じた位置に、撮像部33の撮像方向を調整できる。従って、撮像部33によって、観察者USの視野における少なくとも一部の領域を確実に撮像できる。
虚像表示装置1の少なくとも一部の機能を制御する制御部32は、ヘッドバンド部3内に配置されている。これにより、上記撮像部33と同様に、表示部4に制御部32が設けられる場合と比べて、表示部4の重量を低減できるだけでなく、虚像表示装置1の重量バランスを適正化しやすくすることができる。従って、観察者USへの負荷を一層軽減できる。
ここで、表示部4からケーブルを直接外部に延出させる場合には、ケーブルが動くことを考慮して、表示部4の各光学装置41の外形を構成する筐体411やフレーム部42の強度を高める必要がある。また、表示部4からケーブルが外部に延出していると見た目がよくないという問題がある。
これに対し、表示部4の筐体411から延出したケーブルCRは、アーム51内及びヘッドバンド部3内を通って制御部32に接続される。また、制御部32から延出したケーブルCBは、ヘッドバンド部3内を通って外部に延出する。これによれば、筐体411やフレーム部42等の強度を高める必要がない他、虚像表示装置1の外観を良好なものにすることができる。
ヘッドバンド部3は、観察者USの頭部HDに沿う円弧状の外形を有する。これによれば、当該ヘッドバンド部3を頭部HDに沿わせやすくすることができるため、虚像表示装置1の装着感を向上させることができる他、虚像表示装置1の装着時の外観を良好なものとすることができる。
表示部4は、左眼用光学装置41L及び右眼用光学装置41Rを有するので、これらにより、観察者USの左眼LE及び右眼REにてそれぞれ同じ虚像を視認させることができるだけでなく、例えば視差画像等のそれぞれ異なる虚像を視認させることができる。従って、虚像表示装置1の利便性及び汎用性を向上させることができる。
虚像表示装置1は、虚像を形成する光を観察者USの眼に導光するとともに、外光を透過する導光部材413(413L,413R)を有する、シースルー型の構成を採用している。これにより、導光部材413を介して、上記虚像と観察者USの周囲とを観察できる。このため、虚像を視認中の観察者USに安心感を付与できる他、周囲の風景に重ね合わせた虚像を視認させることにより、拡張現実を実現できる。従って、虚像表示装置1の利便性及び汎用性を一層向上させることができる。
上記ヘッドバンド部3は、固定部としてのバンド61を有する装着部材6によって観察者USの頭部に固定されるので、当該ヘッドバンド部3を確実に固定できる。従って、虚像表示装置1の装着感を一層高めることができる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
本実施形態に係る虚像表示装置は、上記虚像表示装置1と同様の構成を有するが、上記表示部の配置の他、虚像表示装置を頭部に装着するための構成が、当該虚像表示装置1と異なる。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
図11は、本実施形態に係る虚像表示装置1Aを示す斜視図である。なお、図11では、制御装置CDの背面に設けられたカバー部材を係止する係合爪が開いている状態の当該制御装置CDが示されているが、制御装置CDは、当該係合爪は閉じてカバー部材が固定された状態で使用される。
本実施形態に係る虚像表示装置1Aは、上記虚像表示装置1と同様の構成及び機能を有する。具体的に、虚像表示装置1Aは、図11に示すように、ケーブルCBを介して接続される制御装置CDから入力される制御信号(画像信号及び操作信号を含む)に基づいて動作し、当該虚像表示装置1Aを装着した観察者USに画像を虚像として視認させる頭部装着型の画像表示装置である。
図12は、当該虚像表示装置1Aが観察者USの頭部HDに直接装着された状態を正面左側から見た斜視図であり、図13は、当該虚像表示装置1Aが、帽子CPを被った観察者USの頭部HDに装着された状態を示す左側面図(X方向とは反対側から見た側面図)である。
この虚像表示装置1Aは、図12及び図13に示すように、上記虚像表示装置1と同様の機能を有し、観察者USの頭部HDに直接装着可能である他、帽子CPやヘルメット等を介して頭部HDに間接的に装着可能である。このため、本実施形態においても、頭部HDとは、当該頭部HDを直接指す場合だけでなく、帽子CPやヘルメット等が装着された頭部HDを指す場合も含まれる。
このような虚像表示装置1Aは、装置本体2A及び装着部材6Aを備え、装置本体2Aは、フレームとしてのヘッドバンド部3Aと、表示部4Aと、支持部5と、を有する。
[ヘッドバンド部の構成]
図14は、虚像表示装置1Aを左方正面側から見た斜視図であり、図15は、虚像表示装置1Aを右方背面側から見た斜視図である。また、図16は、虚像表示装置1Aを示す右側面図である。
ヘッドバンド部3Aは、上記ヘッドバンド部3と同様に、後述する装着部材6とともに上記頭部HDを挟持して、虚像表示装置1Aを当該頭部HDに装着させる部位である。このヘッドバンド部3Aは、図14〜図16に示すように、上記頭部HDの額から耳の上部(上記帽子CPやヘルメット等が頭部HDに装着されている場合には、これらにおける観察者USの額に応じた部位から耳の上部に応じた部位)までの位置に応じて配置される本体ケース31Aを有する。この本体ケース31Aは、上記本体ケース31と略同じ外形を有する。具体的に、本体ケース31Aは、Y方向側から見て頭部HDの前額部に沿う略半円の円弧形状を有するとともに、X方向側から見てZ方向とは反対側に向かうに従って緩やかにY方向とは反対側に延びる円弧形状を有する。換言すると、ヘッドバンド部3Aは、Y方向側から見て頭部HDの額及び側頭部に沿う略U字状の円弧形状を有する。
本体ケース31Aには、上記本体ケース31と同様に、制御部32(図14〜図16では図示省略)及び撮像部33と、当該制御部32と接続されて外部に延出するケーブルCBと、が設けられる。この他、本体ケース31Aの両端近傍の位置には、装着部材6AがX方向に沿う回動軸R3を中心として上下に回動可能に設けられる。なお、詳しい説明は省略するが、装着部材6Aは、2つのバンド6A2,6A3と、当該バンドを組み合わせるバックル6A4と、を有する固定部としての装着帯6A1を有し、当該バックル6A4にて、装着帯6A1の長さ寸法を調節可能である。
また、本体ケース31Aの内面31A1(観察者US側の面)における略中央には、図15に示すように、前額部の形状に沿った湾曲形状に形成され、かつ、当該前額部に当接されるパッド39が着脱可能に取り付けられている。
更に、本体ケース31Aの両端近傍の位置には、上記回動軸R3と同軸の回動軸部35Aによって回動可能に取り付けられる支持部5のアーム51が取り付けられる。なお、当該支持部5の構成、及び、当該支持部5の一部によって構成される移動機構AMは、上記虚像表示装置1に採用された構成と同様である。
表示部4Aは、上記表示部4と同様の機能を有し、観察者USに画像光を入射させ、これにより、当該画像光に応じた画像を虚像として視認させる。この表示部4Aは、図14〜図16に示すように、一対の光学装置41(41L,41R)及びフレーム部42を備える他、カバー部材43及びレンズホルダー44を備える。
これらのうち、カバー部材43は、図14に示すように、フレーム部42に取り付けられた各導光部材413(413L,413R)をZ方向側にて覆って保護する板状体であり、当該フレーム部42にねじにより固定される。なお、カバー部材43は、光透過率を違えて複数種類用意されており、例えば、光透過率が低いカバー部材43が取り付けられることにより、外界光が眼に届かなくなって、視認される画像の明暗が明確となり、当該画像の視認性が向上される。また例えば、光透過率が高いカバー部材43が取り付けられることにより、導光部材413及びカバー部材43を介した外界の視認性が確保される。
レンズホルダー44は、視力矯正用のレンズを保持するものであり、上記フレーム部42に着脱可能に取り付けられる。
[視線(視方向)に対する導光部材の配置]
図17は、視線に対する導光部材413(413R)の配置位置を示す部分断面図である。
上記各光学装置41を構成する各導光部材413(413L,413R)は、観察者USが所定の方向に視線を向けた場合に、当該視線に対して、導光部材413の上記半透過層にて反射されて視認される虚像面が略直交するように配置される。具体的に、導光部材413は、Z方向に沿って視線を向けた場合(頭部HDの軸方向が鉛直方向に沿う状態において視線が水平に沿う場合)の当該視線をL1とすると、視線L1に対して下方に略10°傾斜した視線L2に、各導光部材413における観察者側の面413Aと観察者側とは反対側の面413Bが略直交するように配置される。これら各面413A,413Bは、それぞれ略平行であり、かつ、虚像面に対して略平行である。このため、このように導光部材413が配置されると、当該視線L2に対して各導光部材413の虚像面が略直交する。
一般的に、人は、頭部HDの軸方向が鉛直方向に沿う場合、視線を水平方向に沿わせるよりも、やや下方に向ける方が楽である。詳述すると、当該頭部HDの配置状態において、視線を水平方向に沿わせる場合には、視線が水平方向よりやや下向きに向けられている場合よりも、当該視線を変更する外眼筋を緊張させる必要があり、外眼筋が疲労しやすくなる。逆に言うと、当該頭部HDの配置状態において、視線を水平方向よりやや下向きに向ける場合には、当該視線が水平方向に沿う場合よりも、外眼筋を緊張させずに済み、疲労しにくい。このため、立位姿勢においてリラックスした状態では、視線は水平方向に対して略10°下向きとなり、座位姿勢においてリラックスした状態では、視線は水平方向に対して略15°下向きとなる。
これに対し、導光部材413が上記のように配置されることにより、立位姿勢においてリラックスした状態で画像(虚像)を視認できる。従って、虚像表示装置1Aを装着した観察者USが立位姿勢にて画像を観察しつつ、所定の作業を実施する際の疲労を低減できる。このように導光部材413が配置される際の基準となる視線(基準視線)、すなわち、虚像面が直交する視線の角度は、水平方向に対する上記視線L2の角度に限らず、適宜変更可能である。例えば、基準視線は、水平方向に対して略15°下向きの視線、すなわち、上記座位姿勢においてリラックスした状態のときの視線であってもよく、上向きの視線であってもよい。
なお、表示部4Aを支持する各アーム51は、上記第1端部52にてヘッドバンド部3Aにおいて観察者USのこめかみに応じた位置に位置する上記回動軸部35Aに軸支され、当該回動軸部35Aを中心として上下に回動可能であり、表示部4Aは、移動機構AMによりアーム51に対して上下にスライド可能である。このため、視線の向き及び眼の位置に応じて、表示部4A(特に導光部材413)の位置を調整可能である。
なお、移動機構AMによって表示部4Aを上下にスライドさせる場合、虚像面と略平行な各面413A,413Bが視線L2に対して直交する状態では、当該状態が維持されたまま、表示部4Aは上下にスライドされる。このため、上記視線L2が虚像面において視認される画像(虚像)の中心を通るように、表示部4Aを配置でき、これにより、当該画像を視認しやすくすることができる。
[光学装置の配置による輻輳角の調整]
図18は、導光部材413の配置と、両眼の視線の交点Pまでの距離(表示距離)との関係を示す模式図である。
また、本実施形態に係る虚像表示装置1Aでは、図18に示すように、画像が視認される際の設計上の輻輳角は、上記交点Pが両眼LE,REの略8m前方に位置するように設定されるのではなく、当該交点Pが両眼LE,REの略4m前方に位置するように設定されている。すなわち、虚像表示装置1Aに対して設定された上記交点Pの位置は、上記虚像表示装置1に対して設定された上記交点Pの位置より、観察者USの両眼LE,REに近い位置に設定され、これにより、虚像表示装置1Aに対して設定された設計上の輻輳角は、上記虚像表示装置1に対して設定された設計上の輻輳角より広くなっている。
このため、虚像表示装置1Aにおいては、Y方向側から見た場合、導光部材413Lを含む左眼用光学装置41Lは、左眼LEの中心LCを中心として回動された位置に配置される。すなわち、左眼用光学装置41Lは、頭部HDの軸方向に沿い、かつ、中心LCを通る仮想線を中心として回動された位置に配置される。
詳述すると、虚像表示装置1Aにおける導光部材413Lは、虚像表示装置1における導光部材413Lの配置位置に比べて、導光部材413Lにおける左眼用光学装置41Lの光学ユニット412側の端部が観察者USから離れ、当該光学ユニット412とは反対側の端部(導光部材413R側の端部)が観察者USに近接する位置に配置される。
同様に、虚像表示装置1Aにおいては、Y方向側から見た場合、導光部材413Rを含む右眼用光学装置41Rは、右眼REの中心RCを中心として回動された位置に配置される。すなわち、右眼用光学装置41Rは、頭部HDの軸方向に沿い、かつ、中心RCを通る仮想線を中心として回動された位置に配置される。
詳述すると、虚像表示装置1Aにおける導光部材413Rは、虚像表示装置1における導光部材413Rの配置位置に比べて、導光部材413Rにおける右眼用光学装置41Rの光学ユニット412側の端部が観察者USから離れ、当該光学ユニット412とは反対側の端部(導光部材413L側の端部)が観察者USに近接する位置に配置される。
なお、本実施形態では、これら光学装置41L,41Rの回動角は、輻輳角が1°変更される程度の角度を想定しているが、これに限らず、当該回動角及び輻輳角は、適宜変更可能である。
このように導光部材413L,413Rが配置されると、これら導光部材413L,413Rの各虚像面が、左眼LEと右眼REとの間の中央寄りの位置にずれる。このため、観察者USは、当該虚像面にて画像(虚像)を観察しようとすると、視線が内側を向くこととなり、上記交点Pの位置が、観察者US側に寄ることとなる。従って、上記虚像表示装置1による場合に比べて、虚像の表示距離を短くすることができ、当該虚像が観察者に近い位置にて観察されるように、当該虚像を表示できる。
[画像の中心位置の調整による輻輳角の調整]
ここで、輻輳角は、導光部材413(413L,413R)に表示される画像の中心位置を調整することによって、上記輻輳角を調整できる。このため、光学装置41L,41Rの各光学ユニット412にて形成される画像の中心位置を、当該画像が視認される際の左右方向にずらすことによって、輻輳角、ひいては、視認される画像(虚像)の表示距離を調整できる。
図19は、光学ユニット412によって形成されて導光部材413にて表示される画像の中心位置と、視線の向きとの関係を示す模式図である。なお、図19においては、内容を把握しやすくするために、導光部材413をZ方向に対して直交させているが、実際は上記のように、導光部材413は、Z方向に対しては傾斜している。
例えば、図19に示すように、光学装置41L,41Rの各光学ユニット412によって最大解像度の画像光が形成され、当該画像光が導光部材413L,413Rの半透過層にて観察者USの左眼LE及び右眼REに導かれたときに、当該画像光に応じた画像を視認可能な領域を視認領域LA,RAとする。また、当該視認領域LA,RAにて視認される画像の中心位置を中心位置PCL,PCRとする。
これら画像が、上記各光学ユニット412により形成されて、当該画像が導光部材413L,412Rを介して表示された場合、左眼の視線は、中心位置PCLを通る視線となり、右眼の視線は、中心位置PCRを通る視線となる。この場合の輻輳角を輻輳角αとする。
図20は、図19に示した位置から中心位置PCL,PCRが他方の導光部材413に近接する方向にずれた場合の当該中心位置PCL,PCRと、視線の向きとを示す図である。
図19に示した状態から、中心位置PCLが導光部材413R側(すなわち右側であり、X方向側)にずれた場合、左眼の視線は、図20に示すように、ずれた後の中心位置PCLを通る視線となる。同様に、図19に示した状態から、中心位置PCRが導光部材413L側(すなわち左側であり、X方向とは反対側)にずれた場合、右眼の視線は、図20に示すように、ずれた後の中心位置PCRを通る視線となる。
この場合の輻輳角βは、上記輻輳角αより大きくなる。すなわち、図20に示した状態では、図19に示した状態に比べ、同じ解像度及び同じサイズの画像を表示した場合でも、観察者USにとっては、当該画像は観察者USに比較的近い位置に表示されているように視認される。中心位置PCL,PCRが、上記とは逆にずれた場合には、輻輳角は狭くなるため、上記と同じ解像度及び同じサイズの画像を表示した場合でも、観察者USにとっては、当該画像は観察者USから遠い位置に表示されているように視認される。
このように、光学ユニット412における画像の形成位置、すなわち、画像形成領域における表示画像の形成位置を調整する(画像形成領域において表示画像を形成する画素の位置をずらす)ことによっても、上記輻輳角を調整でき、これにより、観察者USが当該画像を視認する虚像面の位置(表示距離)を調整できる。従って、例えば、快適視差とされる範囲に表示距離及び輻輳角が入るように、画像を形成及び表示できる。
なお、このような画像形成は、例えば、上記制御装置CDが有するボタンCD1の入力操作に応じて入力される制御信号に基づいて、上記制御部32が各光学ユニット412を制御して、当該各光学ユニット412に実施させてもよい。また、観察者US等によって表示距離や輻輳角等の情報が入力され、これらの情報に基づいて、制御装置CDが、光学ユニット412の画像形成領域における上記画像の中心位置PCL,PCRを調整した画像情報を制御部32に出力し、制御部32及び光学装置41L,41Rは、入力される画像情報に応じた画像を形成及び表示させれば、中心位置が調整された画像が表示される構成としてもよい。
[第2実施形態の効果]
以上説明した本実施形態に係る虚像表示装置1Aによれば、上記虚像表示装置1と同様の効果を奏することができる他、以下の効果を奏することができる。
ここで、上記のように、人は、頭部HDの軸方向(Y方向)に対する直交方向(Z方向)を含む上側に視線を向けるより、当該直交方向より下側に視線を向ける方が楽である。
これに対し、表示部4は、Y方向及びZ方向にそれぞれ直交する方向(X方向)に沿って頭部HDを見た場合に、当該Y方向及びZ方向に対して所定角度下向きに傾斜した仮想線である視線L2に対して、画像が視認される虚像面が略直交するように配置される。
これによれば、視線を上記視線L2に沿わせた場合に、表示部4により表示される画像を視認しやすくすることができる。従って、比較的リラックスできる視線の向きにて、表示される画像を視認しやすくすることができる。
ここで、立位姿勢においてリラックスした状態では、視線は水平方向に対して略10°下向きとなる。このため、Z方向に対して略10°下向きに傾斜した視線L2に対して上記虚像面が略直交することにより、立位姿勢の観察者USが、リラックスした状態で画像を視認できる。従って、表示される画像を一層視認しやすくすることができる。
導光部材413(413L,413R)における観察者側の面413A及び観察者とは反対側の面413Bは、それぞれ虚像面と平行であり、これら面413A,413Bは、上記視線L2に対して略直交するように、導光部材413は配置される。これによれば、面413A,413Bのいずれかを基準として、導光部材413を視線L2に対して配置することにより、虚像面を当該視線L2に対して略直交するように位置させることができる。従って、画像を視認しやすくなる位置に導光部材413を容易に配置できる。
[実施形態の変形]
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上記各実施形態では、支持部5は、一対のアーム51を備え、当該一対のアーム51が表示部4,4AをX方向の両側から支持する構成を例示した。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、支持部5は、1つのアーム51を備える構成としてもよい。この際、アーム51は、表示部4,4AのX方向における略中央と接続されていてもよく、X方向における一端側に接続されていてもよい。このような構成では、虚像表示装置1,1Aを構成する部品点数を減らすことができ、軽量化を図ることができる。なお、表示部4,4Aを一対のアーム51によりX方向における両側にて支持する構成では、1箇所で支持するよりも、表示部4,4Aを安定的に支持することができる。
上記各実施形態では、表示部4,4Aは、左眼用光学装置41Lと、右眼用光学装置41Rとを備え、これら一対の光学装置41がフレーム部42によって一体的に固定され、各アーム51によって一体的に回動される構成を例示した。しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば、各光学装置41は、対応するアーム51によって個別に支持されていてもよい。具体的に、右眼用光学装置41Rは、観察者から見て右側のアーム51Rによって、左眼用光学装置41Lは、観察者から見て左側のアーム51Lによって、それぞれ個別に回動可能に構成されてもよい。
上記各実施形態では、表示部4,4Aは、左眼用光学装置41Lと、右眼用光学装置41Rとを備える構成を例示した。しかしながら、本発明はこれに限らない。すなわち、左眼用光学装置41L及び右眼用光学装置41Rのうちのいずれか一方を備える構成を採用してもよい。この場合、表示部4,4Aを1つのアーム51のみで支持する構成、例えば、左眼用光学装置41Lを左側のアーム51Lのみで支持する構成としてもよく、一対のアーム51で支持する構成としてもよい。
上記各実施形態では、アーム51は、観察者が視認する際の視方向と略直交するX方向(両眼LE,REの並び方向)に平行な回動軸R2,R3を中心に回動可能に構成された。しかしながら、本発明はこれに限らない。すなわち、ヘッドバンド部3,3Aとの接続部位を中心として回動可能とする各種の構成を採用してもよい。
例えば、1つのアーム51で表示部4,4Aを支持する構成や、上述のように左側のアーム51Lで左眼用光学装置41Lを、右側のアーム51Rで右眼用光学装置41Rを個別に支持する構成において、Y軸に平行な回動軸を中心にアームを回動可能としてもよい。
また、例えば、XZ平面に沿い、かつ、観察者USの視方向と交差する回動軸を中心にアーム51を回動可能としてもよい。
上記各実施形態では、本体部としてのヘッドバンド部3,3A(本体ケース31,31A)は、略半円形状(略U字状)に形成されていた。しかしながら、本発明はこれに限らない。すなわち、ヘッドバンド部3,3A(本体ケース31,31A)は、観察者USの頭部HD(頭部HDの中心軸を中心とする周方向に沿い、かつ、両眼を通る線より上の部位)に沿って配置可能に構成されていればよく、例えば、少なくとも一部に頭部HDに沿った円弧状の内面を有する構成でもよい。また、例えば、前額部に相当する部分と側頭部に対応する部位とが互いに略直交する構成でもよい。このように、ヘッドバンド部3,3A(本体ケース31,31A)は、装着部材6,6Aによって頭部に沿って配置可能であれば、その外形は特に制限されない。
また、虚像表示装置1,1Aは、ヘッドバンド部3,3Aを頭部HDに装着させる固定部として装着部材6(バンド61),6A(装着帯6A1)を有するとした。しかしながら、本発明はこれに限らない。すなわち、支持部を介して本体部に接続された表示部によって表示された画像が観察者USによって視認される位置に本体部を固定できれば、固定部の構成は問わない。例えば、固定部が、帽子又はヘルメットのように、観察者USの頭部HD(詳しくは、頭部における上部分)の少なくとも一部を覆う形状及び構成であってもよい。
具体的には、固定部の構成として、固定部位を覆って装着されるヘッドキャップ型や、固定部位に沿う複数のバンドが頭頂部において交差する交差バンド型や、固定部位の周囲を囲み配置されるベルト型の構成を採用してもよい。また、固定部は、観察者の前後方向や、左右方向から、固定部位を挟むように当接される2以上の当接部材と、当該当接部材を支持する支持部と、を備える構成であってもよい。更に、装着部材は、断面視円筒状や角筒状等の紐状部材でもよく、頭部に対向する面は平面で、当該面以外の面は円弧状等の曲面形状を有していてもよい。
上記各実施形態では、ヘッドバンド部3,3Aとの接続部位を中心としてアーム51を回動可能とし、表示部4,4Aの位置を調整可能とする構成を例示した。しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば、支持部5が可動部を備え、表示部の位置を調整可能な構成を採用してもよい。また、支持部5が、ヘッドバンド部3,3Aに対して固定されて回動可能とされず、かつ、可動部も備えない構成、すなち、ヘッドバンド部3,3Aに対して表示部4,4Aの位置や角度が固定された構成としてもよい。
上記各実施形態では、移動機構AMとして、表示部4側に設けられたガイドレール4111と、アーム51側に設けられたスライド部材54とを備える構成を例示した。しかしながら、本発明はこれに限らない。すなわち、ガイドレールがアーム51側に、スライド部材が表示部4側に設けられてもよい。
また、移動機構AMは、ガイドレール4111をスライド可能にスライド部材54が支持する構成に限らず、表示部4,4Aとアーム51とを相対的に移動させることで、ヘッドバンド部3,3Aに対して表示部4,4Aを接離させることができる移動機構であればよい。例えば、表示部4,4Aに接続されたアーム51が、本体部としてのヘッドバンド部3,3Aに対してY方向に沿って移動可能に構成されていてもよい。
上記各実施形態では、撮像部33は、X方向に平行な回動軸R1を中心に回動されることにより、YZ平面内、すなわち図1における上下方向で撮像方向を調整可能に構成されていた。しかしながら、本発明はこれに限らない。すなわち、上下方向以外の他の方向、例えば左右方向に撮像方向を調整可能に構成してもよいし、上下方向及び左右方向に撮像方向を調整可能に構成してもよい。また、撮像部33の撮像方向が固定されていてもよい。また、撮像部33を設けなくてもよい。
上記実施形態では、導光部材413L,413Rは、それぞれ固定されていた。しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば、X方向に沿う回動軸を中心として、導光部材413L,413Rをそれぞれ独立して、或いは、連動して、観察者USとは反対側に回動可能に構成してもよい。この場合、当該回動軸を、導光部材413におけるY方向側又はY方向とは反対側に位置するように構成することにより、導光部材413を回動させて、観察者USの視方向から退避させることができる。
上記各実施形態では、制御部32が、ヘッドバンド部3,3Aに設けられる構成を例示した。しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば、制御部32は、表示部4,4Aや支持部5(アーム51)に設けられていてもよい。
上記各実施形態では、ケーブルCBは、ヘッドバンド部3,3Aの内部に引き回され、ケーブルCRは、アーム51の内部に引き回された後、ヘッドバンド部3,3Aの内部に引き回されて制御部32に接続される構成を例示した。しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば、ケーブルCB,CRが、ヘッドバンド部3,3Aやアーム51の外側に引き回された構成としてもよい。
上記各実施形態では、虚像表示装置1,1Aは、観察者USによる各種入力操作を受け付けるコントローラーや制御装置CDと接続され、当該コントローラー及び制御装置CDからの入力に応じて、制御部32が、虚像表示装置1,1Aを制御する構成とした。しかしながら、本発明はこれに限らない。
例えば、コントローラーや制御装置等の外部機器が接続される構成において、虚像表示装置1,1A(画像表示装置)と外部機器とのうちの一方が、観察者の操作に応じた操作情報を取得する機能と、画像情報を取得して当該画像情報に応じて表示部4,4Aを駆動させる機能と、電力を供給する機能の少なくともいずれかを有し、他方が、残りの機能を有するように構成してもよい。
また、虚像表示装置1,1A(画像表示装置)が、上記外部機器を介して画像供給装置(PC等)に接続されてもよく、当該外部機器を介さずに当該画像供給装置に直接接続されてもよい。このような構成において、虚像表示装置1,1Aは、画像供給装置における画像表示部分として用いられ、虚像表示装置1,1Aの各種動作は、画像供給装置によって制御される構成としてもよい。なお、この場合、画像供給装置が、虚像表示装置1,1Aを駆動させる電力を供給してもよい。
また、虚像表示装置1,1A(例えば、ヘッドバンド部3,3Aや表示部4,4A)にバッテリーや、画像処理装置等の制御装置が配置されてもよく、更に、メモリーカード等のスロットが設けられていてもよい。逆に、ヘッドバンド部3,3Aには、虚像表示装置の機能の一部を制御するような制御部が設けられていなくてもよい。更に、虚像表示装置1,1Aに、観察者USの入力操作を受け付ける操作部を設けてもよく、タップ操作を検出可能な構成を設けてもよい。すなわち、コントローラーや制御装置CDは無くてもよい。
上記第1実施形態では、画像が視認される際の設計上の虚像表示装置1の輻輳角は、上記交点Pが両眼LE,REの略8m前方に位置するように設定されるとした。また、上記第2実施形態では、設計上の虚像表示装置1Aの輻輳角は、当該交点Pが両眼LE,REの略4m前方に位置するように設定されるとした。しかしながら、本発明はこれに限らない。すなわち、設計上の輻輳角は、適宜変更可能であり、当該交点Pと両眼LE,REとの距離も、8m及び4mに限らず、適宜変更可能である。
上記各実施形態では、画像表示装置として、シースルー型の虚像表示装置1,1Aを例示した。しかしながら、本発明はこれに限らない。すなわち、外界を観察できない非透過型の虚像表示装置や、外界を撮像する撮像素子による撮像画像を表示するビデオシースルー型の虚像表示装置に対しても、本発明を適用できる。
上記各実施形態では、画像表示装置として、観察者USに虚像として視認される画像を表示する虚像表示装置1,1Aを例示した。しかしながら、本発明はこれに限らず、観察者に対して画像を視認させる装置であれ本発明を適用可能である。例えば、観察者の両眼に応じた位置に、液晶パネルや有機EL(Electro-Luminescence)パネル等の表示手段を備える構成を採用してもよい。
また、レーザー網膜投影型のHMDに対して本発明を適用することも可能である。例えば、表示部が、レーザー光源と、レーザー光源を観察者の眼に導く光学系とを備え、レーザー光を使用者の眼に入射させて網膜上を走査し、網膜に結像させることにより、使用者に画像を視認させるHMDに、本発明を適用してもよい。
1,1A…虚像表示装置(画像表示装置)、3,3A…ヘッドバンド部(フレーム)、32…制御部、33…撮像部、34…調整機構、4,4A…表示部、41(41L,41R)…光学装置(左眼用表示部,右眼用表示部)、5…支持部、51(51L,51R)…アーム、61…バンド(固定部)、6A1…装着帯(固定部)、AM…移動機構、CR…ケーブル、R2,R3…回動軸。

Claims (18)

  1. 観察者の頭部に沿うフレームと、
    前記観察者によって視認可能に画像を表示する表示部と、
    前記フレームに取り付けられ、前記表示部を支持する支持部と、を備え、
    前記フレームは、前記支持部を介して前記フレームに接続された前記表示部によって表示された前記画像が前記観察者によって視認される位置に固定されることを特徴とする画像表示装置。
  2. 請求項1に記載の画像表示装置において、
    前記支持部は、前記フレームとの接続部位を中心として回動可能に構成されていることを特徴とする画像表示装置。
  3. 請求項2に記載の画像表示装置において、
    前記支持部は、前記画像を前記観察者が視認する際の視方向と略直交する回動軸を中心として回動可能に前記フレームに接続されていることを特徴とする画像表示装置。
  4. 請求項2又は請求項3に記載の画像表示装置において、
    前記表示部は、前記観察者の眼に応じた位置に配置され、
    前記支持部は、前記フレームにおいて前記観察者のこめかみに応じた位置と前記表示部とを接続することを特徴とする画像表示装置。
  5. 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
    前記支持部は、一端が前記観察者にとっての左右方向における前記フレームの一端側の部位及び他端側の部位にそれぞれ接続され、他端が前記表示部に接続される複数のアームを有することを特徴とする画像表示装置。
  6. 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
    前記表示部を前記フレームに対して接離する方向に移動可能とする移動機構を備えることを特徴とする画像表示装置。
  7. 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
    前記フレームに設けられ、前記観察者の視野における少なくとも一部の領域を撮像する撮像部を備えることを特徴とする画像表示装置。
  8. 請求項7に記載の画像表示装置において、
    前記フレームは、前記撮像部の撮像方向を調整する調整機構を有することを特徴とする画像表示装置。
  9. 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
    前記フレーム内に配置され、当該画像表示装置の少なくとも一部の機能を制御する制御部を備えることを特徴とする画像表示装置。
  10. 請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
    前記表示部から延出し、前記支持部内及び前記フレーム内を通るケーブルを備えることを特徴とする画像表示装置。
  11. 請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
    前記フレームは、前記観察者の頭部に沿う円弧状の外形を有することを特徴とする画像表示装置。
  12. 請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
    前記表示部は、前記画像を前記観察者の左眼及び右眼のそれぞれにて視認させる左眼用表示部及び右眼用表示部を有することを特徴とする画像表示装置。
  13. 請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
    前記表示部は、前記画像を形成する光を前記観察者の眼に導光するとともに、外光を透過する導光部材を有することを特徴とする画像表示装置。
  14. 請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
    当該画像表示装置は、前記頭部の軸方向及び前記頭部の前後方向にそれぞれ直交する方向に沿って前記頭部を見た場合に、前記軸方向及び前記前後方向に対して所定角度傾斜した視線に対して、前記画像が視認される表示面が略直交するように前記表示部を配置可能に構成されていることを特徴とする画像表示装置。
  15. 請求項14に記載の画像表示装置において、
    前記視線は、前記前後方向に対して略10°下向きに傾斜した視線であることを特徴とする画像表示装置。
  16. 請求項14又は請求項15に記載の画像表示装置において、
    前記表示部は、前記画像を形成する光を前記観察者の眼に導光するとともに、外光を透過させる導光部材を有し、
    前記導光部材における前記観察者側の面、及び、前記観察者とは反対側の面は、それぞれ前記表示面に対して略平行であり、
    前記観察者側の面及び前記反対側の面は、それぞれ、前記視線に対して略直交することを特徴とする画像表示装置。
  17. 請求項1から請求項16のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
    前記画像が前記観察者によって視認される位置に前記フレームを固定する固定部を有することを特徴とする画像表示装置。
  18. 観察者の頭部に沿うフレームと、
    前記観察者によって視認可能に画像を表示する表示部と、
    前記表示部を支持し、前記フレームとの接続部位を中心として回動可能に構成され、前記画像が視認される表示面が前記観察者の視線に対して略直交するように、前記表示部の位置を調整可能な支持部と、を備えることを特徴とする画像表示装置。
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