JP2023106906A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置の大型化を抑えつつ表示光学系に付着したごみを除去することができる画像表示装置を提供する。【解決手段】 ユーザーの頭部及び顔面の一方に装着することが可能な画像表装置であって、ユーザーの左目に対応した表示を行う第１の表示部と第１の表示光学系を備えた第１の表示ユニットと、ユーザーの右目に対応した表示を行う第２の表示部と第２の表示光学系を備えた第２の表示ユニットと、前記第１の表示ユニットと前記第２の表示ユニットとが並ぶ第１の方向に、前記第１の表示ユニット及び前記第２の表示ユニットを移動させる第１の駆動手段と、前記第１の駆動手段により前記第１の表示ユニット及び前記第２の表示ユニットを前記第１の方向に移動させて眼幅調整を行う制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記第１の駆動手段により前記第１の表示ユニット及び前記第２の表示ユニットを前記第１の方向に振動させる振動処理を実行する。【選択図】 図３

Description

本発明は、画像表示装置に関するものである。

ユーザー（観察者）の頭部あるいは顔面に被せてユーザーの眼前に画像を表示する画像表示装置の中には、被写体像を表示すると同時にＣＧ映像を重畳することで、ＡＲ（拡張現実）やＭＲ（複合現実）の体験を実現するものがある。これらの装置は、エンターテイメント、作業支援、トレーニングといった分野で活用されている。特許文献１では、ヘッドマウンディスプレイに振動発生装置を搭載する構成が提案されており、表示視野を振動させることで臨場感を高めることができる。

特開２０２１－６７８７７号公報

近年、このような画像表示装置への高性能化・多機能化の要求から、画像表示装置に搭載するレンズやプリズムの光学性能の要求レベルが上がり、レンズ構成枚数やレンズ重量は増加している。また、必要とされる表示デバイスの画素数の要求レベルも上がり、表示デバイスの大きさや重量が増加している。そのため、光学部品や表示デバイスを保持するフレームは強度向上のために大型化してきている。一方で、このような画像表示装置はユーザーの頭部あるいは顔面に被せて使用する事情から小型軽量化が望まれている。

しかしながら、前述のように構成部品が増加することで構成部品の保持構成が複雑になりごみの侵入を防ぐことが困難となっている。また、部品重量が増加することで装置内の部品が削れることによるごみの発生が起きやすくなっている。そのため、特に表示光学系に付着したごみを除去するための機構が重要となるが、ごみを除去するための機構を追加すると装置が大型化してしまう。

そこで本発明は、装置の大型化を抑えつつ表示光学系に付着したごみを除去することができる画像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、本発明にかかる画像表示装置は、ユーザーの頭部及び顔面の一方に装着することが可能な画像表装置であって、ユーザーの左目に対応した表示を行う第１の表示部と第１の表示光学系を備えた第１の表示ユニットと、ユーザーの右目に対応した表示を行う第２の表示部と第２の表示光学系を備えた第２の表示ユニットと、前記第１の表示ユニットと前記第２の表示ユニットとが並ぶ第１の方向に、前記第１の表示ユニット及び前記第２の表示ユニットを移動させる第１の駆動手段と、前記第１の駆動手段により前記第１の表示ユニット及び前記第２の表示ユニットを前記第１の方向に移動させて眼幅調整を行う制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記第１の駆動手段により前記第１の表示ユニット及び前記第２の表示ユニットを前記第１の方向に振動させる振動処理を実行することを特徴とする。

本発明によれば、装置の大型化を抑えつつ表示光学系に付着したごみを除去することができる。

本発明の実施形態にかかわるＭＲデバイス１００の外観斜視図である。 本発明の実施形態にかかわるＭＲデバイス１００の断面図である。 本発明の実施形態にかかわる眼幅調整機構の振動処理の例を示す図である。 本発明の実施形態にかかわるＭＲデバイスの一例である、眼幅調整機構と視度調整機構を併せて持つ構成の概要図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態にかかわるＭＲ（複合現実）デバイス１００の外観斜視図である。図１において、１００はＭＲデバイス本体、１０１は前カバー、１０２は後カバーであり、これらの部材に後述する基板２０２、制御部２０３、眼幅記憶部２０４、パラメータ記憶部２０５、アクチュエータ２０１などの各種構成要素が収容されている。１０３は後述する表示パネル２０７の画像をユーザーの視野に適切な倍率に拡大して表示可能な表示光学系、１０４は表示光学系を囲むフレームである。前カバー１０１の左右両側には、このＭＲデバイス１００を観察者の頭部ないし顔面に装着させるための耳掛け弦部１０５が形成されている。また、後カバー１０２には、このＭＲデバイス１００を観察者の鼻により支持させるための鼻あて部１０６が形成されている。

１０７は物体が近傍にあるか否かを判定する判定部であり、赤外光などを投光・受光する近接センサデバイスで構成される。判定部１０７によってユーザーの額がＭＲデバイス１００の近傍にあるのか否かの判定が可能となり、ユーザーがＭＲデバイス１００を装着状態にあるのか否かの判定が可能である。なお、判定部１０７の判定方式はその他の公知の方法でもよく、イメージセンサーを配置してイメージセンサーで撮像された画像を用いて判定する方式や、タッチセンサやメカスイッチを配置して物理的接触を検知して判定する方式などがある。また別の判定方式としては、判定部１０７にジャイロセンサを用いて、ＭＲデバイス１００が動いている状態ならばユーザーによる使用状態にあり、ＭＲデバイス１００が所定の時間静止状態にあるならば使用していない状態にあるといった判定が可能である。判定部１０７の判定結果は制御部２０３へ出力される。

表示光学系１０３とフレーム１０４は左目用、右目用にそれぞれ接着固定されて別個の表示ユニットとなっている。左目用表示ユニットは、ユーザーの左目に対応した表示を行う表示パネル２０７（第１の表示部）と表示光学系１０３（第１の表示光学系）を備えている。右目用表示ユニットは、ユーザーの右目に対応した表示を行う表示パネル２０７（第２の表示部）と表示光学系１０３（第２の表示光学系）を備えている。また、表示光学系１０３とフレーム１０４は、ユーザーの目幅に応じて適切な位置調整が可能なように、後カバー１０２に対して２つの表示ユニットが並ぶ方向に移動可能に構成されている。本実施形態では、２つの表示ユニットが並ぶ方向を左右方向（第１の方向）として以下の説明をする。

図２は、本発明の実施形態にかかわるＭＲデバイス１００の断面図であり、ＭＲデバイス１００の前後方向及び左右方向を含む平面での断面図である。図２（ａ）は、眼幅調整機構の駆動手段であるアクチュエータを１台で構成する例を示し、図２（ｂ）は、眼幅調整機構の駆動手段であるアクチュエータを２台で構成する例を示している。１０３１は左目用の表示光学系であり、１０３２は右目用の表示光学系である。２０７は表示パネルであり、有機ＥＬディスプレイなどによって構成されていて種々の画像、映像を表示できる。これらの表示光学系および表示パネルは左右それぞれのフレーム１０４に保持されており、フレーム１０４は後カバー１０２に配設された駆動レール１０２ａに対して左右方向に摺動可能に保持されている。このように摺動することで、２つの表示ユニットをユーザーの目幅に合わせた位置に調整することが可能である。すなわち、表示光学系１０３および表示パネル２０７を配設した表示ユニットを、左目、右目の位置に応じて適切な位置に配置することが可能であり、ユーザーに対して適切な表示体験を提供することが可能である。２０１は眼幅調整用のアクチュエータであり、連結部２０６を持つことで、２つのフレーム１０４を左右対称に駆動し、眼幅調整をすることが可能となっている。連結部２０６は例えば、一端側は右ねじ、他端側は左ねじが切られたウォームねじで構成される。連結部２０６の右ねじが切られた一端側には左目用のフレーム１０４、左ねじが切られた他端側には右目用のフレーム１０４、がそれぞれ駆動のためのギヤ歯を持って接続されている。連結部２０６は、アクチュエータ２０１の回転に応じて一方向に回転するが、両端でウォームねじの切られている方向が異なるため、それに応じて右目用のフレーム１０４と左目用のフレーム１０４はそれぞれ逆方向に駆動する。このとき、ねじピッチや駆動のためのギヤ歯を左右で略同一としておくことで、１台のアクチュエータ２０１によって、２つのフレーム１０４は左右対称（逆方向）に駆動することとなる。これにより、少ないアクチュエータ数で両眼の眼幅調整のための電動駆動を行うことが可能となる。なお、右目用のフレーム１０４と左目用のフレーム１０４を左右対称に駆動させるための連結部２０６の構造は上記の例に限定されない、また、アクチュエータとしては、ステッピングモーターや振動型モータなど公知のモータが使用される。

基板２０２には、制御部２０３としてのＣＰＵなどのマイコン、眼幅情報を記憶する眼幅記憶部２０４としての第１メモリ、パラメータ情報を記憶するパラメータ記憶部２０５としての第２メモリが搭載されている。なお、同一のメモリを眼幅記憶部２０４及びパラメータ記憶部２０５として用いても構わない。基板２０２とアクチュエータ２０１を接続する配線によって制御信号がアクチュエータ２０１へと送られ、アクチュエータ２０１は駆動することとなる。なお、制御部２０３が表示パネル２０７に接続され、制御部２０３で表示パネル２０７の表示制御を行ってもよいし、表示パネル２０７の表示制御用に制御部２０３とは異なるマイコンを基板２０２に搭載してもよい。

次に図２（ｂ）を用いて眼幅調整機構にアクチュエータが２台ある構成について説明する。２０１１は左目用表示ユニットを駆動するアクチュエータ、２０１２は右目用表示ユニットを駆動するアクチュエータである。図２（ｂ）において図２（ａ）の構成と同じ部材は同一の符号としている。基板２０２とそれぞれのアクチュエータを接続する配線によって制御信号がアクチュエータ２０１１、２０１２へと送られ、それぞれのアクチュエータが駆動することとなる。アクチュエータ２０１１、２０１２で発生した推力を２つフレーム１０４に伝達する構成は限定されず公知の方法を用いればよい。例えば、アクチュエータ２０１１、２０１２は、アクチュエータ２０１１、２０１２を駆動することで移動する可動部を含んでいて、この可動部に左右のフレーム１０４がそれぞれ連結されている。これにより、左右の表示ユニットを独立して駆動させ眼幅調整することが可能である。

なお、図２に示した構成には含まれていないが、表示光学系１０３と表示パネル２０７の間に存在するごみを付着させるための粘着テープをフレーム１０４における表示光学系１０３と表示パネル２０７の間の領域の設けてもよい。

図３は、本発明の実施形態にかかわる眼幅調整機構の振動処理の例を示す図である。図３では、アクチュエータを用いて左右の表示ユニットを左右対称に左右方向へ振動させたときの、左右の表示ユニットの位置の時間変化を示している。なお、左右の表示ユニットを左右対称に振動させるため、図２（ａ）に示す構成でも図２（ｂ）に示す構成でも実施可能であるが、以下では図２（ａ）に示す構成で実施した場合を説明する。

左右の表示ユニットは、振動処理の開始時は予め定められた所定の設定眼幅１となる位置（第１の位置）に静止している。その後、左右の表示ユニットは、振動処理によって左右対称に駆動し、所定回数、所定振幅の振動をした後、眼幅記憶部２０４に記憶された眼幅情報に基づく所定の設定眼幅２となる位置（第２の位置）に移動する。このように本実施形態のＭＲデバイス１００は、眼幅調整処理の他に振動処理を実施可能であり、この振動処理によって、左右の表示ユニットの表示光学系１０３及び表示パネル２０７に付着したごみを振るい落とすことができる。

ここで、所定の設定眼幅２としては、ユーザーに事前に登録された目幅としてもよい。これにより、振動処理の終了後、ユーザーは目幅の調整を別途行う必要なく、適切に眼幅調整されたＭＲデバイス１００を使用することが可能になる。なお、設定眼幅２がユーザーにより事前に登録された目幅である場合、眼幅調整処理を行うときは、設定眼幅１の位置から移動させ設定眼幅２の位置で停止させるのに要する時間を振動処理よりも短くする。例えば、制御部２０３は設定眼幅１となる位置から設定眼幅２となる位置に２つの表示ユニットを直接移動させる。これにより、眼幅調整処理を行う場合は振動処理を行う場合よりも早く適切に眼幅調整されたＭＲデバイス１００を使用することが可能になる。

なお、振動処理では、眼幅調整機構の調整端まで表示ユニットを移動させる振幅であってもよい。すなわち、メカ設計上の調整機構の端部に表示ユニットを接触させ、反力を得る構成としてもよい。これにより、より強力に表示光学系１０３及び表示パネル２０７に付着したごみを落とす振動を付与することが可能となる。

また、振動処理の振幅、振動数は、パラメータ記憶部２０５に記憶されたパラメータに応じて変更してもよい。これにより、ごみのサイズや付着状態に応じて適切な振動処理が可能となる。例えば、ユーザーがごみのサイズや付着状態を目視で確認し、振幅及び振動数の少なくともいずれか一方が異なる複数のモードから振動処理のモードをユーザーが選択できるようにしてもよい。不図示の入力部によりユーザーに入力された振動処理のモードに対応するパラメータはパラメータ記憶部２０５に記憶され、制御部２０３は記憶されているモード（パラメータ）に応じた振幅及び振動数で振動処理を実行する。ユーザーによって選択可能な振動処理のモードは少なくとも２つあればよく、振幅と振動数の組合せが異なる複数のモードを設けてもよいし、振幅と振動数にそれぞれ複数のモードを設けてよい。または、所定の振幅、所定の振動数の振動（第１の振動）をまず行い、そのように第１の振動を行った回数をパラメータとする。第１の振動を所定の回数を行ってもさらに振動処理を実行する場合には、より大きな振幅、より多い振動数の振動（第２の振動）を行うようにしてもよい。このようにすることで、振動処理時に大きな振幅、多い振動数の振動を行う回数を減らし電力消費を抑えることができる。

左目用表示ユニットを駆動するアクチュエータ２０１１、右目用表示ユニットを駆動するアクチュエータ２０１２を別々に有する構成であれば、それぞれのアクチュエータを独立して制御し振動処理を実行するようにしてもよい。また、振動処理のモードを左右で異ならせて振動処理を実行するようにしてもよい。このようにすることで、左右の表示ユニットのごみのサイズや付着状態に応じて適切な振動処理をそれぞれ実行することができ、左右で同じ振動処理を実行するよりも電力消費を抑えることができる。

また、振動処理を開始する条件も様々に設定してもよい。例えば、ＭＲデバイス１００の電源がオンになったことをトリガーにして振動処理を開始するようにしてよいし、ユーザーによって不図示の入力部から開始指示が入力されたことをトリガーにしてもよい。その他、判定部１０７の判定結果をトリガーにして振動処理を開始してもよい。判定部１０７の判定結果をトリガーにして振動処理を開始する例として、判定部１０７の判定結果が非装着状態を示す結果から装着状態を示す結果に変化したことをトリガーにすることが考えられる。この場合、振動処理によってごみが振るい落とされた状態でユーザーはＭＲデバイス１００の使用を開始できる。反対に、判定部１０７の判定結果が装着状態を示す結果から非装着状態を示す結果に変化したことをトリガーにすることが考えられる。この場合、振動処理によってユーザーの表示体験を損なうことなくごみの除去が可能となる。

また、例えば、表示光学系を観察するカメラを有する構成で、表示光学系の黒点をカメラで検出し、黒点位置が所定の時間を経ても変更しなければごみが付着していると判断して振動処理を開始するようにしてもよい。

なお、振動処理中は、表示パネル２０７に画像や映像を表示しない、特定色の画像を表示する（例えば黒画像の表示）、振動処理中であることを示す画像を表示するなどの表示制御を行うようにしてもよい。

図４は、本発明の実施形態にかかわるＭＲデバイスの一例として、眼幅調整機構と視度調整機構を併せて持つ構成の概要図である。図４では模式的に左目用表示ユニットにかかわる構成のみ図示しているが、右目用表示ユニットも同様の構成である。なお、基板２０２、制御部２０３、眼幅記憶部２０４、パラメータ記憶部２０５は、左右の表示ユニットに対して別々に設けられていてもよいし共有していてもよい。

本構成では、表示パネル２０７と表示光学系１０３とが並ぶ方向（ＭＲデバイスの前後方向：第２の方向）に表示光学系１０３を駆動することで表示パネル２０７と表示光学系１０３の間隔を調整する視度調整機構が搭載されている。そして、この間隔を調整するために眼幅調整用ではない視度調整アクチュエータ４０１が配設されている。なお、視度調整機構及び視度調整アクチュエータの構成は、レンズ等の光学系を光軸方向に駆動する公知の構成を用いればよい。

本構成において制御部２０３は、眼幅調整用のアクチュエータ２０１１の制御に加えて、視度調整アクチュエータ４０１も制御する。すなわち、眼幅調整用のアクチュエータ２０１１により表示ユニットを左右方向に振動させている際（振動処理の際）に、視度調整アクチュエータ４０１により表示光学系１０３を前後方向に振動させる。これにより、特に表示光学系１０３に対してより複雑な振動処理を実行することができより効果的なごみ除去が可能となる。

なお、視度調整機構を前後方向の振動発生以外に用いてもよい。例えば、視度調整アクチュエータ４０１によって表示パネル２０７と表示光学系１０３とが離れるように退避制御をした後、眼幅調整用のアクチュエータ２０１１による振動処理を開始してもよい。これにより、振動処理によって表示パネル２０７と表示光学系１０３の一方からふるい落とされたごみが他方に付着することを防止することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、本発明をＭＲデバイスに適用した例を説明したが、眼幅調整機構を備えた表示ユニットを備えた画像表示装置であればＡＲ（拡張現実）デバイスやＶＲ（仮想現実）デバイスに本発明を適用してもよい。

１００ ＡＲデバイス
１０１ 前カバー
１０２ 後カバー
１０３ 表示光学系
１０４ フレーム
１０５ 耳掛け部
１０６ 鼻あて部
１０７ 判定部
２０１ アクチュエータ
２０２ 基板
２０３ 制御部
２０４ 眼幅記憶部
２０５ パラメータ記憶部
２０７ 表示パネル

Claims (9)

1. ユーザーの頭部及び顔面の一方に装着することが可能な画像表装置であって、
   ユーザーの左目に対応した表示を行う第１の表示部と第１の表示光学系を備えた第１の表示ユニットと、
   ユーザーの右目に対応した表示を行う第２の表示部と第２の表示光学系を備えた第２の表示ユニットと、
   前記第１の表示ユニットと前記第２の表示ユニットとが並ぶ第１の方向に、前記第１の表示ユニット及び前記第２の表示ユニットを移動させる第１の駆動手段と、
   前記第１の駆動手段により前記第１の表示ユニット及び前記第２の表示ユニットを前記第１の方向に移動させて眼幅調整を行う制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記第１の駆動手段により前記第１の表示ユニット及び前記第２の表示ユニットを前記第１の方向に振動させる振動処理を行うことを特徴とする画像表示装置。
2. 眼幅情報を記憶する記憶手段を有し、
   前記制御手段は、前記第１の駆動手段により前記振動処理を行って第１の位置にある前記第１の表示ユニット及び前記第２の表示ユニットを前記第１の方向に移動させ、前記振動処理の終了後、前記記憶手段に記憶された眼幅情報に基づく第２の位置に前記第１の表示ユニット及び前記第２の表示ユニットを停止させることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記制御手段は、前記眼幅調整を行うときは前記振動処理を行うときよりも前記第１の位置から移動させてから前記第２の位置で停止させるまでに要する時間を短くすることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記制御手段は、振幅及び振動数の少なくとも一方が異なる複数のモードで前記振動処理を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
5. 前記第１の駆動手段は、前記第１の表示ユニットを駆動する第１のアクチュエータと前記第２の表示ユニットを駆動する第２のアクチュエータとを有し、
   前記制御手段は、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータを独立して制御し前記振動処理を実行することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
6. 前記画像表示装置がユーザーに装着されているか否かを判定する判定手段を有し、
   前記制御手段は、前記判定手段の判定結果に応じて前記振動処理を開始することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
7. 前記第１の表示部と前記第１の表示光学系とが並ぶ第２の方向に、前記第１の表示部に対して前記第１の表示光学系を移動させる第２の駆動手段を有し、
   前記制御手段は、前記第２の駆動手段により前記第１の表示部に対して前記第１の表示光学系を移動させて視度調整を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
8. 前記制御手段は、前記第２の駆動手段により、前記第１の表示部と前記第１の表示光学系とが離れるように前記第１の表示部に対して前記第１の表示光学系を移動させた後、前記振動処理を開始することを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
9. 前記制御手段は、前記振動処理の際に、前記第２の駆動手段により前記第１の表示部に対して前記第１の表示光学系を前記第２の方向に振動させることを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。

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