JP4022931B2 - 頭部装着型表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示光の出射手段と、その画像表示光の光路変更手段とを備える頭部装着型表示装置(ヘッドマウンテッドディスプレイ(HMD))に関する。
【0002】
【従来の技術】
頭部装着型表示装置として、画像表示光の出射手段と、観察者の前方に配置される光路変更手段と、その画像表示光の出射手段と光路変更手段とを保持すると共に観察者の頭部に装着可能な保持手段とを備えるものが用いられている。その光路変更手段により画像表示光の光路を変更することで、観察者の前方に観察対象の虚像を形成している。
【0003】
その観察対象の表示虚像が現れる方向は、観察者が見やすいように自由に変更できることが望まれる。特に、一方の眼でのみ表示虚像を視認する単眼視タイプの頭部装着型表示装置は、種々の作業や行動を行なう際の情報提示や画像表示に利用されるので、その作業や行動に支障のない方向に表示虚像を位置させることが望まれる。
【0004】
従来の頭部装着型表示装置においては、両眼により表示虚像を視認する両眼視タイプでは、各眼の前方に配置される光路変更手段の両眼間距離を調整することで、その表示虚像の現れる方向を変更するのが一般的であった。また、単眼視タイプでは、画像表示光の出射手段と光路変更手段とから構成される表示ユニットの位置を、観察者の視野内で上下方向、あるいは左右方向に若干移動させることで、その表示虚像の現れる方向を変更していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来の頭部装着型表示装置では、観察者の作業状態や好みに応じて表示虚像の現れる方向を任意に調節することができなかった。
【0006】
そこで、その表示ユニットを観察者の視野範囲内で上下方向と左右方向の双方の方向に移動できるようにすることが考えられる。しかし、この場合は表示ユニットを保持手段に、上下方向に移動可能に連結する機構と、左右方向に移動可能に連結する機構とが必要であるため、連結構造が複雑になって重量が大きくなるという問題がある。
【0007】
また、その表示ユニットをフレキシブルなアームを介して保持することも考えられる。しかし、この場合は観察者の顔面から遠くに離れた位置に表示ユニットの全重量が集中することになり、表示ユニットの重心が観察者の頭部から離れるため、重量バランスが悪くなって観察者に作用するモーメントが大きくなり、使い難くなるという問題がある。
【0008】
本発明は、上記課題を解決することのできる頭部装着型表示装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、画像表示光の出射手段と、観察者の前方に配置される光路変更手段と、その画像表示光の出射手段と光路変更手段とを保持すると共に観察者の頭部にバンド状の部材により装着される保持手段とを備え、観察者の前方に観察対象の虚像が形成されるように、その光路変更手段により画像表示光の光路を変更可能な頭部装着型表示装置において、その画像表示光の出射手段と光路変更手段とが、その保持手段に球面に沿って一体的にピッチ方向、ロール方向、ヨー方向に運動可能に連結され、その球面の中心は、その光路変更手段よりも観察者に近接した位置に配置されることを特徴とする。
【0010】
本発明の構成によれば、その画像表示光の出射手段と光路変更手段とを、その光路変更手段よりも観察者に近接した位置を中心として、保持手段に対して球面に沿って一体的に運動させることで、その光路変更手段を球面に沿って変位させることができる。これにより、その虚像の観察者に対する方向を自由に変更できる。しかも、その画像表示光の出射手段と光路変更手段の保持手段への連結は、球面に沿う運動を可能にするだけでよいので、連結構造が簡単になって軽量化を図ることができる。その球面の中心が、その光路変更手段よりも観察者に近接した位置に配置されることで、その一体化された画像表示光出射手段と光路変更手段の重心を光路変更手段よりも観察者に近接させることができ、重量バランスをよくして観察者に作用するモーメントを小さくし、装置を使い易くすることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【0012】
図1に示す頭部装着型表示装置1は、表示ユニット2と、この表示ユニット2の保持部3とを備える。
【0013】
その表示ユニット2は、ハウジング5と、このハウジング5に内蔵される画像表示器6と、この画像表示器6が出射する画像表示光の光路を変更するコンバイナ7とを有する。
【0014】
その保持部3は、観察者の頭部に取り外し可能に装着されるもので、頭頂部に嵌め合わされるU字形バンド状の第1部材3aと、後頭部に嵌め合わされるU字形バンド状の第2部材3bと、頭部の両側面に位置してそれぞれ第1部材3aの端部と第2部材3bの端部とに接続される一対の第3部材3cと、その第1部材3aの両端部から前方に延びるアームの先端に取り付けられて頭頂部側面に押し当てられる一対の上部パッド3dと、各第3部材3cから下方に延びるアームの先端に取り付けられて頸部側面に押し当てられる一対の下部パッド3eと、一方の第3部材3cから前方に延びる支持アーム3fとを有する。この保持部3は、観察者の頭部に直接取り付けてもよいし、作業帽やヘルメット等の上から取り付けてもよい。図2の(1)、(2)は観察者Aに頭部装着型表示装置1を取り付けた状態を示す。
【0015】
図3に示すように、上記画像表示器6は、反射鏡付のハロゲンランプ、メタルハライドランプ、冷陰極管等により構成されるバックライト14と、このバックライト14の調光用電圧調整器15と、そのバックライト14の熱を吸収する熱吸収フィルタ16と、液晶パネル17と、そのバックライト14の光のむらを均一にして液晶パネル17に導く散乱板18とを有する。その液晶パネル17における画像形成部が画像表示光出射面とされる。
【0016】
この画像表示器6は、ケーブル等を介して表示信号の処理部に接続される。その信号処理部は、保持部3に設けられてもよいし、観察者Aから離れた位置に設けられてもよく、制御回路21と表示回路22とを有する。その制御回路21は、通信インターフェイス23、中央処理装置24、メモリ25、画像コントローラ26および画像メモリ27により構成され、その通信インターフェイス23にモデム28を介して有線や無線により表示信号発生部30に接続される。その表示信号発生部30は、例えばコンピュータにより構成される。その中央処理装置24は、メモリ25に記憶されたプログラムに従い画像の表示制御を行なう。その画像コントローラ26は中央処理装置24の制御により、信号発生部30から送られる画像信号の画像メモリ27への書き込みと読み出しを行なう。その表示回路22は、制御回路21から送られる画像信号を液晶パネル17の駆動用信号に変換する画像出力インターフェイス31と、その駆動用信号により液晶パネル17を駆動するドライバ32とにより構成される。
【0017】
図1に示すように、その画像表示器6を内蔵するハウジング5に、前方に延びるアーム5aが一体化され、そのアーム5aの前端に上記コンバイナ7が取り付けられる。これにより、そのコンバイナ7は液晶パネル17に対向するように配置される。なお、本実施形態では、そのコンバイナ7はアーム5aに図1において矢印で示すように縦軸中心に回転可能にヒンジを介して取り付けられる。
【0018】
そのコンバイナ7が観察者Aの前方に配置されるように、その保持部3の支持アーム3fに表示ユニット2が連結される。図3に示すように、そのコンバイナ7は、その画像表示器6から出射される画像表示光Lの光路を変更して観察者Aの瞳13に導き、これにより、観察者Aの前方に観察対象の虚像を形成する。また、そのコンバイナ7の前方からの光がコンバイナ7を透過して観察者Aの瞳13に至ることで、観察者Aは虚像と前方の実在物の双方を視認できる。そのコンバイナ7は、例えば、その画像表示光Lの光路を反射により変更するハーフミラーや、回折に変更するホログラム素子により構成できる。そのコンバイナ7の光路変更面は、フラット面である場合よりも、観察対象の虚像の結像位置を観察者Aの前遠方にする曲面とされているのが好ましい。
【0019】
図4、図5に示すように、その表示ユニット2は連結機構50を介して保持部3の支持アーム3fに連結されている。その連結機構50は、その支持アーム3fの先端に一体化されている受け部材52と、その表示ユニット2のハウジング5に一体化されている接合部材53と、リテーナ54とを有する。
【0020】
その受け部材52は、中央孔52aを有するリング状とされ、外周に上記支持アーム3fの先端が一体化されている。この受け部材52の内径側の一側面は、球面の一部からなる受け部材側第1摺動面52bとされている。その球面の中心は、観察者Aの頭部の左右間に位置するものとされ、観察者Aの一方の瞳13に可及的に近接されるのが好ましい。また、その受け部材52の内径側の他側面は、その球面と同心の球面の一部からなる受け部材側第2摺動面52cとされている。
【0021】
その接合部材53は外周が円形で、ハウジング5にボルト等の固定手段により固定され、表面は前記球面と同心の球面の一部からなる接合部材側摺動面53aとされている。
その接合部材側摺動面53a上に、円筒部53bが形成されている。この円筒部53bは、上記受け部材52の中央孔52aよりも小径とされ、その軸心は前記球面の中心を通るものとされている。
【0022】
その受け部材52は接合部材53にリテーナ54を介して押し付けられる。
すなわち、そのリテーナ54は外周が円形で、一側面が上記球面と同心の球面の一部からなるリテーナ側摺動面54aとされている。その受け部材52の中央孔52aに、その接合部材53の円筒部53bが挿通され、その円筒部53bの上面にリテーナ54がネジ58により固定される。
これにより、受け部材側第1摺動面52bが接合部材側摺動面53aに押し付けられ、リテーナ側摺動面54aが受け部材側第2摺動面52cに押し付けられ、その接合部材53は受け部材52に各摺動面53a、52b、52c、54aを介して適度な摩擦力の作用下において相対的に球面運動が可能に取り付けられている。すなわち、画像表示器6とコンバイナ7とが、保持部3に球面に沿って一体的に運動可能に連結され、その球面の中心は、そのコンバイナ7よりも観察者に近接した位置に配置されている。これにより、その表示ユニット2を観察者Aに対して、図4において矢印Pで示すように左右方向周りのピッチ方向と、矢印Rで示すように前後方向周りのロール方向と、矢印Yで示すように上下方向周りのヨー方向とに運動させ、コンバイナ7を球面に沿って変位させることができる。
【0023】
上記頭部装着型表示装置1によれば、観察対象の虚像の観察者Aに対する方向を自由に変更できる。例えば、図6の(1)、(2)は本発明の頭部装着型表示装置1による表示例を示す。図示の例では、倉庫55から製品56の出庫作業を行なう作業者が観察者として頭部装着型表示装置を装着し、その出庫対象の製品の配置情報を、右折を示す矢印からなる表示虚像57により表示している。すなわち、図2の(1)に示すようにコンバイナ7を観察者Aの一方の瞳13の側に偏って配置した場合は、図6の(1)に示すように表示虚像57は一方の瞳13の側に偏って現れ、図2の(2)に示すようにコンバイナ7を観察者Aの両方の瞳の間に配置した場合は、図6の(2)に示すように表示虚像57は両方の瞳の間に現れる。また、表示ユニット2の保持部3への連結は、球面に沿う運動を可能にするだけでよいので、連結構造を簡単化して軽量化を図ることができる。また、その球面の中心がコンバイナ7よりも観察者Aに近接した位置に配置されることで、その表示ユニット2の重心を光路変更手段よりも観察者に近接させることができ、重量バランスをよくして観察者Aに作用するモーメントを小さくし、装置を使い易くすることができる。また、表示が不要な場合は、表示ユニット2をピッチ方向に回転させることで、コンバイナ7を観察者Aの視野範囲の上方に変位させることができる。その球面の中心を観察者Aの眼球位置近傍に配置することで、表示虚像が歪んだり、表示虚像が明瞭に視認できるアイポイントから外れるのを防止できる。また、観察者Aとコンバイナ7とを離間できるので、観察者Aが眼鏡を装着している場合でもアイポイントをずらすことなく容易に装着可能である。
【0024】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記コンバイナ7に代えて画像表示光Lを全反射するミラーを用いてもよい。また、表示ユニット2を保持部3に連結する構造は、表示ユニット2が球面に沿って運動可能であれば特に限定されず、例えば球継手を介して連結してもよい。
【0025】
【発明の効果】
本発明の頭部装着型表示装置によれば、表示虚像の観察者に対する方向を自由に変更でき、しかも、構造が簡単になって軽量化を図ることができ、重量バランスをよくして使い易くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の斜視図
【図2】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の(1)はコンバイナを一方の瞳の側に偏って配置した場合の平面図、(2)はコンバイナを両方の瞳の間に配置した場合の平面図
【図3】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の構成説明図
【図4】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の要部の分解状態での斜視図
【図5】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の要部の断面図
【図6】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置により視認される景色の(1)はコンバイナを一方の瞳の側に偏って配置した場合の説明図、(2)はコンバイナを両方の瞳の間に配置した場合の説明図
【符号の説明】
3 保持部
6 画像表示器
7 コンバイナ
A 観察者
Claims (1)
- 画像表示光の出射手段と、
観察者の前方に配置される光路変更手段と、
その画像表示光の出射手段と光路変更手段とを保持すると共に観察者の頭部にバンド状の部材により装着される保持手段とを備え、
観察者の前方に観察対象の虚像が形成されるように、その光路変更手段により画像表示光の光路を変更可能な頭部装着型表示装置において、
その画像表示光の出射手段と光路変更手段とが、その保持手段に球面に沿って一体的にピッチ方向、ロール方向、ヨー方向に運動可能に連結され、その球面の中心は、その光路変更手段よりも観察者に近接した位置であって、且つ、頭部の左右間に配置されることを特徴とする頭部装着型表示装置。
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1996
- 1996-07-25 JP JP21503296A patent/JP4022931B2/ja not_active Expired - Fee Related
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