JP3519762B2 - ヘッドマウントディスプレー - Google Patents
ヘッドマウントディスプレーInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、パーチャルリアリティ
などの表示装置として用いられるヘッドマウントディス
プレーに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、小型で携帯性に優れたヘッドマウ
ントディスプレーが次世代のディスプレーとして注目さ
れている。この内ＬＥＤアレイを用いたものは液晶表示
装置を用いたものより高画素の映像を得やすい。このＬ
ＥＤを用いた従来のヘッドマウントディスプレーとして
は米国特許４９３４７７３がある。この方式はすでに実
用化されているものであり、図８、図９にその方式を示
す。 【０００３】図８において、３０は筐体、３１は垂直方
向にＬＥＤを並べたＬＥＤアレイ、３２はそのＬＥＤア
レイの像を拡大するレンズ、３３はミラーで、バネ３４
で振動ができるように支えられている。３５はミラーが
停止している時に見えるＬＥＤアレイの像、３６は観察
を行う目である。ミラー３３には磁石３８が付けられ、
これを電磁石３７で吸引、反発を行うことにより、ミラ
ー３３は振動する。３８は磁石を示す。 【０００４】図９はこの装置を上から見た図である。図
９において３９は吸引した位置のミラー、４０は中立の
位置のミラー、４１は反発した位置のミラーである。そ
れぞれの位置でＬＥＤアレイ３１からの光は図のように
反射され４２のような横に広がった像となる。目には残
像効果があるため、横に広がった像は一つの画面として
見ることができる。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来技術では像を両眼で見ることができず、片目で見る
必要があるため非常に見づらい問題点があり、また、Ｌ
ＥＤアレイは単色であるためフルカラー表示ができず、
また振動するミラーのために筐体まで振動してしまい、
その振動が装置を固定している頭部に伝わって非常に不
快であるという問題点を有している。 【０００６】本発明は上記の問題点を解決するもので、
両眼で見ることができるフルカラーで振動の少ないヘッ
ドマウントディスプレーを提供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、装置全体を頭部に固定するための筐体
と、両眼の間で垂直方向に一列に配置されたＬＥＤアレ
イと、前記ＬＥＤアレイの光を反射しながら回転軸を中
心に回転する回転ミラーと、前記回転ミラーで反射され
た光を両眼のそれぞれの方向へ反射する左右２つのミラ
ーと、前記ＬＥＤアレイの像を拡大するための接眼レン
ズと、前記回転ミラーの回転角度に応じてＬＥＤアレイ
を点滅させる制御装置とを有し、前記ＬＥＤアレイから
の射出方向の光の経路と前記２つのミラーを結ぶ光の経
路との交点に前記ＬＥＤアレイと同じ垂直方向に前記回
転軸を配置して、目の残像効果により一つの画像として
見えることを特徴としたヘッドマウントディスプレーと
した。 【０００９】 【作用】本発明では、両眼で見ることができると共に制
御装置により回転するミラーの回転角度に応じてＬＥＤ
アレイを点滅させることにより、像が垂直方向に１列に
並ぶが、目の残像効果により水平方向に拡がって見え、
一つの画像として見ることができるようになった。特
に、前記ＬＥＤアレイからの射出方向の光の経路と前記
２つのミラーを結ぶ光の経路との交点に前記ＬＥＤアレ
イと同じ垂直方向に前記回転軸を配置したので、回転ミ
ラーの回転角度による光の経路の距離の変動が無くな
り、ＬＥＤアレイの像が安定するので、見易くなる。 【００１０】また、３原色のＬＥＤアレイを用い、フル
カラー表示ができるよう制御装置で点滅し、目の残像効
果によりフルカラー画像として見ることができる。さら
に、回転するミラーに透明な円筒状のカバーを設け、カ
バー毎回転させると、ミラーによる空気抵抗が減少し、
騒音と振動が低減する。 【００１１】 【実施例】以下、本発明の一実施例として示した図面を
参照しながら説明する。図１において、１は頭部に装置
全体を固定するための筐体、２はＬＥＤアレイ、３は回
転するミラーで、回転軸４を中心に回転する。ここで左
目に結像する場合を考えると、ＬＥＤアレイ２からでた
光は回転するミラー３で反射され、ミラー５で目の方向
に反射され接眼レンズ７を通って左目９に結像する。逆
に右目の場合は回転するミラー３が９０度方向を変えた
時点でＬＥＤアレイ２からでた光はミラー３で右方向に
反射され、ミラー６で目の方向にさらに反射され、接眼
レンズ８を通って右目１０に結像する。 【００１２】回転するミラー３の角度と目に見える像と
の関係について図２で説明する。今左目９に結像する像
はＬＥＤアレイ２からの光がミラー５で９０度方向を変
えられている。従って、左目９の位置はＭの位置から像
を見ているのと同じなので、観察ポイントＭ１１を想定
する。また、ＬＥＤアレイ２の位置も回転するミラー３
で光の方向を変えられるので、回転ミラー３の角度が４
５度であればポイントＮ１２の位置にＬＥＤアレイの像
があることとなる。特に、前記ＬＥＤアレイからの射出
方向の光の経路と前記２つのミラーを結ぶ光の経路との
交点に前記ＬＥＤアレイと同じ垂直方向に前記回転軸を
配置したので、回転ミラーの回転角度による光の経路の
距離の変動が無くなり、ＬＥＤアレイの像が安定するの
で、見易くなる。ここで観察ポイントＭ１１から回転す
るミラー３の回転軸４までの距離をｍとし、回転軸４か
らＬＥＤアレイ２の像位置Ｎまでの距離をｎと仮定す
る。 【００１３】さらに計算し易いように回転軸４を原点と
し、ミラー３はｘ軸上に広がっているとして座標を４５
度回転するとＭおよびＮの位置は図３のようになる。こ
こで１３は観察ポイントＭ、１４はＬＥＤアレイ２の実
際の位置Ｎであり、１５はＬＥＤアレイ２の像の位置
Ｎ’である。ここでＮとＮ’はｘ軸を中心に鏡対称の関
係にあるので、Ｎ’はＮのｙ座標にマイナスがついた位
置となる。ここでＭとＮ’の距離を求めると、その長さ
Ｌは数１のようになる。またＭからＮ’への角度を求め
ると数２のようになり、さらに最初に回転した４５度を
引くと観察ポイントＭからＬＥＤアレイの像の位置Ｎ’
の角度θ’は前方まっすぐに見える場合をゼロとし数２
のように求まる。 【００１４】 【数１】【００１５】 【数２】 図４に実際に見えるＬＥＤアレイの像の位置を示す。数
１および数２に基づき今、ｍ＝４、ｎ＝１とし回転する
ミラー３の角度を３０度から６０度まで５度おきに変化
させ、それぞれの時の像の位置を示したのが図４であ
る。ここで１６はθ＝４５度の時、１７はθ＝６０度の
時、１８はθ＝３０度の時のＬＥＤアレイの像の位置で
ある。図のように像の位置は回転するミラー３の角度に
従って扇状に広がって等間隔の位置に結像することがわ
かる。 【００１６】本発明では、回転するミラー３の回転角度
に従って、ＬＥＤアレイ２の像が横に広がって結像する
ので、制御装置を設けることにより、それぞれの位置で
ＬＥＤアレイを高速に点滅させれば残像効果により目に
は一つの画面として見えることとなる。図５は本発明の
表示画面をフルカラー化した場合を示す実施例である。
ここで１９は赤色ＬＥＤアレイ、２０は緑色ＬＥＤアレ
イ、２１は青色ＬＥＤアレイである。それぞれのアレイ
は回転するミラー３の回転軸を中心に一定角度に配置さ
れている。ここで回転するミラー３の角度に従い、制御
装置を設けてそれぞれのＬＥＤアレイを点滅させること
により、目には残像としてフルカラーの像を見ることが
できる。 【００１７】図６はミラーの角度と３原色のＬＥＤアレ
イの像との位置関係を示したものである。赤色ＬＥＤア
レイ１９の実際の位置をＮＲ２２、緑色ＬＥＤアレイ２
０の実際の位置をＮＧ２３、青色ＬＥＤアレイ２１の実
際の位置をＮＢ２４とし、それらの間の角度をα度とす
る。ここでθ＝４５度の時を考えると、ＮＧはｘ軸と平
行なミラー２６により、２５の位置に像を結ぶ。またＮ
Ｒはｘ軸に対してα／２度の角度のミラー２７により２
５の位置に像を結ぶ。このようになるのは、ミラー２７
がα／２度の時、入射角と反射角が等しくなるためであ
る。ＮＢも同様であり、ｘ軸に対して−α／２度のミラ
ー２８によって、２５の位置に像を結ぶ。このように、
ミラーがα／２度づつ異なるように配置し、それぞれの
ＬＥＤアレイを点滅させれば、残像効果により位置２５
に３原色が合成されたフルカラー像を見ることができ
る。 【００１８】図７は本発明の低振動化を行うための実施
例である。図１の実施例では平板状のミラーを回転させ
ているが、高速回転を行うとこのような形状では振動や
騒音の原因となり、空気抵抗も大きいのでエネルギーロ
スも大きくなる。そこで図７のように円筒状の透明なカ
バー２９をミラー３につけ、この円筒状のカバー２９ご
と回転させることにより、騒音や振動を減らしエネルギ
ーロスも減らすことができる。 【００１９】 【発明の効果】上記のように本発明は両眼で見ることが
でき、目の残像効果を利用できるよう制御装置を設けた
ので、フルカラーの像を結ぶことができ、また円筒状カ
バーを設けて低騒音化と省エネルギー化を実現したヘッ
ドマウントディスプレーを提供できる。
などの表示装置として用いられるヘッドマウントディス
プレーに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、小型で携帯性に優れたヘッドマウ
ントディスプレーが次世代のディスプレーとして注目さ
れている。この内ＬＥＤアレイを用いたものは液晶表示
装置を用いたものより高画素の映像を得やすい。このＬ
ＥＤを用いた従来のヘッドマウントディスプレーとして
は米国特許４９３４７７３がある。この方式はすでに実
用化されているものであり、図８、図９にその方式を示
す。 【０００３】図８において、３０は筐体、３１は垂直方
向にＬＥＤを並べたＬＥＤアレイ、３２はそのＬＥＤア
レイの像を拡大するレンズ、３３はミラーで、バネ３４
で振動ができるように支えられている。３５はミラーが
停止している時に見えるＬＥＤアレイの像、３６は観察
を行う目である。ミラー３３には磁石３８が付けられ、
これを電磁石３７で吸引、反発を行うことにより、ミラ
ー３３は振動する。３８は磁石を示す。 【０００４】図９はこの装置を上から見た図である。図
９において３９は吸引した位置のミラー、４０は中立の
位置のミラー、４１は反発した位置のミラーである。そ
れぞれの位置でＬＥＤアレイ３１からの光は図のように
反射され４２のような横に広がった像となる。目には残
像効果があるため、横に広がった像は一つの画面として
見ることができる。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来技術では像を両眼で見ることができず、片目で見る
必要があるため非常に見づらい問題点があり、また、Ｌ
ＥＤアレイは単色であるためフルカラー表示ができず、
また振動するミラーのために筐体まで振動してしまい、
その振動が装置を固定している頭部に伝わって非常に不
快であるという問題点を有している。 【０００６】本発明は上記の問題点を解決するもので、
両眼で見ることができるフルカラーで振動の少ないヘッ
ドマウントディスプレーを提供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、装置全体を頭部に固定するための筐体
と、両眼の間で垂直方向に一列に配置されたＬＥＤアレ
イと、前記ＬＥＤアレイの光を反射しながら回転軸を中
心に回転する回転ミラーと、前記回転ミラーで反射され
た光を両眼のそれぞれの方向へ反射する左右２つのミラ
ーと、前記ＬＥＤアレイの像を拡大するための接眼レン
ズと、前記回転ミラーの回転角度に応じてＬＥＤアレイ
を点滅させる制御装置とを有し、前記ＬＥＤアレイから
の射出方向の光の経路と前記２つのミラーを結ぶ光の経
路との交点に前記ＬＥＤアレイと同じ垂直方向に前記回
転軸を配置して、目の残像効果により一つの画像として
見えることを特徴としたヘッドマウントディスプレーと
した。 【０００９】 【作用】本発明では、両眼で見ることができると共に制
御装置により回転するミラーの回転角度に応じてＬＥＤ
アレイを点滅させることにより、像が垂直方向に１列に
並ぶが、目の残像効果により水平方向に拡がって見え、
一つの画像として見ることができるようになった。特
に、前記ＬＥＤアレイからの射出方向の光の経路と前記
２つのミラーを結ぶ光の経路との交点に前記ＬＥＤアレ
イと同じ垂直方向に前記回転軸を配置したので、回転ミ
ラーの回転角度による光の経路の距離の変動が無くな
り、ＬＥＤアレイの像が安定するので、見易くなる。 【００１０】また、３原色のＬＥＤアレイを用い、フル
カラー表示ができるよう制御装置で点滅し、目の残像効
果によりフルカラー画像として見ることができる。さら
に、回転するミラーに透明な円筒状のカバーを設け、カ
バー毎回転させると、ミラーによる空気抵抗が減少し、
騒音と振動が低減する。 【００１１】 【実施例】以下、本発明の一実施例として示した図面を
参照しながら説明する。図１において、１は頭部に装置
全体を固定するための筐体、２はＬＥＤアレイ、３は回
転するミラーで、回転軸４を中心に回転する。ここで左
目に結像する場合を考えると、ＬＥＤアレイ２からでた
光は回転するミラー３で反射され、ミラー５で目の方向
に反射され接眼レンズ７を通って左目９に結像する。逆
に右目の場合は回転するミラー３が９０度方向を変えた
時点でＬＥＤアレイ２からでた光はミラー３で右方向に
反射され、ミラー６で目の方向にさらに反射され、接眼
レンズ８を通って右目１０に結像する。 【００１２】回転するミラー３の角度と目に見える像と
の関係について図２で説明する。今左目９に結像する像
はＬＥＤアレイ２からの光がミラー５で９０度方向を変
えられている。従って、左目９の位置はＭの位置から像
を見ているのと同じなので、観察ポイントＭ１１を想定
する。また、ＬＥＤアレイ２の位置も回転するミラー３
で光の方向を変えられるので、回転ミラー３の角度が４
５度であればポイントＮ１２の位置にＬＥＤアレイの像
があることとなる。特に、前記ＬＥＤアレイからの射出
方向の光の経路と前記２つのミラーを結ぶ光の経路との
交点に前記ＬＥＤアレイと同じ垂直方向に前記回転軸を
配置したので、回転ミラーの回転角度による光の経路の
距離の変動が無くなり、ＬＥＤアレイの像が安定するの
で、見易くなる。ここで観察ポイントＭ１１から回転す
るミラー３の回転軸４までの距離をｍとし、回転軸４か
らＬＥＤアレイ２の像位置Ｎまでの距離をｎと仮定す
る。 【００１３】さらに計算し易いように回転軸４を原点と
し、ミラー３はｘ軸上に広がっているとして座標を４５
度回転するとＭおよびＮの位置は図３のようになる。こ
こで１３は観察ポイントＭ、１４はＬＥＤアレイ２の実
際の位置Ｎであり、１５はＬＥＤアレイ２の像の位置
Ｎ’である。ここでＮとＮ’はｘ軸を中心に鏡対称の関
係にあるので、Ｎ’はＮのｙ座標にマイナスがついた位
置となる。ここでＭとＮ’の距離を求めると、その長さ
Ｌは数１のようになる。またＭからＮ’への角度を求め
ると数２のようになり、さらに最初に回転した４５度を
引くと観察ポイントＭからＬＥＤアレイの像の位置Ｎ’
の角度θ’は前方まっすぐに見える場合をゼロとし数２
のように求まる。 【００１４】 【数１】【００１５】 【数２】 図４に実際に見えるＬＥＤアレイの像の位置を示す。数
１および数２に基づき今、ｍ＝４、ｎ＝１とし回転する
ミラー３の角度を３０度から６０度まで５度おきに変化
させ、それぞれの時の像の位置を示したのが図４であ
る。ここで１６はθ＝４５度の時、１７はθ＝６０度の
時、１８はθ＝３０度の時のＬＥＤアレイの像の位置で
ある。図のように像の位置は回転するミラー３の角度に
従って扇状に広がって等間隔の位置に結像することがわ
かる。 【００１６】本発明では、回転するミラー３の回転角度
に従って、ＬＥＤアレイ２の像が横に広がって結像する
ので、制御装置を設けることにより、それぞれの位置で
ＬＥＤアレイを高速に点滅させれば残像効果により目に
は一つの画面として見えることとなる。図５は本発明の
表示画面をフルカラー化した場合を示す実施例である。
ここで１９は赤色ＬＥＤアレイ、２０は緑色ＬＥＤアレ
イ、２１は青色ＬＥＤアレイである。それぞれのアレイ
は回転するミラー３の回転軸を中心に一定角度に配置さ
れている。ここで回転するミラー３の角度に従い、制御
装置を設けてそれぞれのＬＥＤアレイを点滅させること
により、目には残像としてフルカラーの像を見ることが
できる。 【００１７】図６はミラーの角度と３原色のＬＥＤアレ
イの像との位置関係を示したものである。赤色ＬＥＤア
レイ１９の実際の位置をＮＲ２２、緑色ＬＥＤアレイ２
０の実際の位置をＮＧ２３、青色ＬＥＤアレイ２１の実
際の位置をＮＢ２４とし、それらの間の角度をα度とす
る。ここでθ＝４５度の時を考えると、ＮＧはｘ軸と平
行なミラー２６により、２５の位置に像を結ぶ。またＮ
Ｒはｘ軸に対してα／２度の角度のミラー２７により２
５の位置に像を結ぶ。このようになるのは、ミラー２７
がα／２度の時、入射角と反射角が等しくなるためであ
る。ＮＢも同様であり、ｘ軸に対して−α／２度のミラ
ー２８によって、２５の位置に像を結ぶ。このように、
ミラーがα／２度づつ異なるように配置し、それぞれの
ＬＥＤアレイを点滅させれば、残像効果により位置２５
に３原色が合成されたフルカラー像を見ることができ
る。 【００１８】図７は本発明の低振動化を行うための実施
例である。図１の実施例では平板状のミラーを回転させ
ているが、高速回転を行うとこのような形状では振動や
騒音の原因となり、空気抵抗も大きいのでエネルギーロ
スも大きくなる。そこで図７のように円筒状の透明なカ
バー２９をミラー３につけ、この円筒状のカバー２９ご
と回転させることにより、騒音や振動を減らしエネルギ
ーロスも減らすことができる。 【００１９】 【発明の効果】上記のように本発明は両眼で見ることが
でき、目の残像効果を利用できるよう制御装置を設けた
ので、フルカラーの像を結ぶことができ、また円筒状カ
バーを設けて低騒音化と省エネルギー化を実現したヘッ
ドマウントディスプレーを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例として示したヘッドマウント
ディスプレーの説明図 【図２】本発明の光学的構成の説明図 【図３】本発明の観察ポイントとＬＥＤアレイの像およ
びミラーとの位置関係図 【図４】ＬＥＤアレイの像の位置説明図 【図５】本発明のフルカラー化を行った実施例の説明図 【図６】３原色のＬＥＤアレイとミラーの位置関係図 【図７】本発明の低騒音化を行った実施例の拡大説明図 【図８】従来のヘッドマウントディスプレーの説明図 【図９】従来のヘッドマウントディスプレーの平面説明
図 【符号の説明】 １ 筐体 ２ ＬＥＤアレイ ３ 回転するミラー ５ ミラー ６ ミラー １９ 赤色ＬＥＤアレイ ２０ 緑色ＬＥＤアレイ ２１ 青色ＬＥＤアレイ ２９ 円筒状の透明カバー
ディスプレーの説明図 【図２】本発明の光学的構成の説明図 【図３】本発明の観察ポイントとＬＥＤアレイの像およ
びミラーとの位置関係図 【図４】ＬＥＤアレイの像の位置説明図 【図５】本発明のフルカラー化を行った実施例の説明図 【図６】３原色のＬＥＤアレイとミラーの位置関係図 【図７】本発明の低騒音化を行った実施例の拡大説明図 【図８】従来のヘッドマウントディスプレーの説明図 【図９】従来のヘッドマウントディスプレーの平面説明
図 【符号の説明】 １ 筐体 ２ ＬＥＤアレイ ３ 回転するミラー ５ ミラー ６ ミラー １９ 赤色ＬＥＤアレイ ２０ 緑色ＬＥＤアレイ ２１ 青色ＬＥＤアレイ ２９ 円筒状の透明カバー
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 装置全体を頭部に固定するための筐体
と、両眼の間で垂直方向に一列に配置されたＬＥＤアレ
イと、前記ＬＥＤアレイの光を反射しながら回転軸を中
心に回転する回転ミラーと、前記回転ミラーで反射され
た光を両眼のそれぞれの方向へ反射する左右２つのミラ
ーと、前記ＬＥＤアレイの像を拡大するための接眼レン
ズと、前記回転ミラーの回転角度に応じて前記ＬＥＤア
レイを点滅させる制御装置を設とを有し、前記ＬＥＤアレイからの射出方向の光の経路と前記２つ
のミラーを結ぶ光の経路との交点に前記ＬＥＤアレイと
同じ垂直方向に前記回転軸を配置して、 目の残像効果に
より一つの画像として見えることを特徴としたヘッドマ
ウントディスプレー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29527893A JP3519762B2 (ja) | 1993-11-25 | 1993-11-25 | ヘッドマウントディスプレー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29527893A JP3519762B2 (ja) | 1993-11-25 | 1993-11-25 | ヘッドマウントディスプレー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07146658A JPH07146658A (ja) | 1995-06-06 |
| JP3519762B2 true JP3519762B2 (ja) | 2004-04-19 |
Family
ID=17818536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29527893A Expired - Fee Related JP3519762B2 (ja) | 1993-11-25 | 1993-11-25 | ヘッドマウントディスプレー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3519762B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19990077356A (ko) * | 1996-11-19 | 1999-10-25 | 이데이 노부유끼 | 표시장치 |
| KR20000049533A (ko) * | 2000-04-06 | 2000-08-05 | 김성식 | 하나의 에프엘씨디를 사용한 스테레오 헤드 마운트디스플레이 |
| WO2017113117A1 (zh) * | 2015-12-29 | 2017-07-06 | 深圳市柔宇科技有限公司 | 头戴式显示设备 |
| CN112539921B (zh) * | 2020-11-30 | 2023-05-16 | 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 | 目视残影测试系统 |
-
1993
- 1993-11-25 JP JP29527893A patent/JP3519762B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07146658A (ja) | 1995-06-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040127 |
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