JP4363929B2

JP4363929B2 - 映像付与装置

Info

Publication number: JP4363929B2
Application number: JP2003284609A
Authority: JP
Inventors: 孝久安東; 政弘東野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-08-01
Filing date: 2003-08-01
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2023-08-01
Also published as: JP2005055560A

Description

この発明は、マックスウェル視によって観察者に映像を観察させる映像付与装置に関する。

網膜の一部に疾患を有している場合、眼球の水晶体によって網膜上に投影される外界光のうち、疾患部分に導かれる外界光は知覚されず、視野内における前記疾患部に対応する箇所での映像が欠落等して見えることになり、特に、疾患部分が網膜の中心部に存在する場合には、外界からの情報のうちの重要な部分の多くを失うことになる。また、水晶体の光透過性に疾患がある場合には、水晶体外に人工的に瞳孔（穴）を形成することが行われるが、この人工瞳孔では鮮明な映像を見ることはできない。また、水晶体の焦点調節機能に疾患がある場合には、眼鏡を着用することになるが、一つの眼鏡を領域分けせずに遠近に対応することは困難である。また、水晶体の焦点機能を失っている場合には、外界光を網膜に結像させることができず、外界の明暗は認識できても映像を鮮明に認識することは困難である。

そこで、マックスウェル視によって観察者に映像を観察させる映像付与装置が提案されている（特許文献１，特許文献２参照）。
特開２００２−２８２２９９号公報特開２００２−２８７０７９号公報

しかしながら、上記従来の技術では、映像の集光点を眼球の好適な位置に導くように調整する調整容易性が十分に図られていない不満がある。

この発明は、上記の事情に鑑み、映像の集光点を眼球の好適な位置に導くように調整する調整容易性に優れた映像付与装置を提供することを目的とする。

この発明の映像付与装置は、上記の課題を解決するために、光源からの光を空間光変調素子にて変調して得られた映像光を観察者の眼に向けて集光させてマックスウェル視によって観察者に映像を観察させる映像付与装置において、前記光源から前記集光のための光学系を含めて一体化した光学系筐体を具備し、観察者の額前方に位置することになる支持部材の下方に前記光学系筐体が棒状の連結部材によって連結されており、前記連結部材は、両端にボール部を備えて円錐状可動範囲を有し、一端側のボール部が前記支持部材側で姿勢保持可能に設けられると共に他端側のボール部が前記光学系筐体側で姿勢保持可能に設けられていることを特徴とする。

上記の構成であれば、両端にボール部を有する棒状の連結部材によって光学系筐体が支持部材の下方側で円錐状可動範囲を有して支持されるので、前記光学系筐体を自在に動かして（位置変位させて）、前記集光の位置を観察者の瞳孔中心等に合わせることが容易に行えるようになる。

略Ｕ字状を有して端部が観察者の耳部近傍に至る頭部装着部を有し、前記支持部材はその端部が観察者の耳部近傍に至る略Ｕ字状を有しており、当該支持部材が額前後方向に可動で且つ位置保持されるように、その端部が前記頭部装着部に連結されていてもよい。また、前記支持部材は折れ曲げ連結部を有してその略Ｕ字状の幅を可変に構成されていてもよい。これら構成によれば、観察者の個々の頭部形状の相違に容易に対応することができる。

前記支持部材の略中央部に鼻当て部材が着脱自在に設けられていてもよい。また、前記支持部材の略中央部に鼻当て部材が左右方向及び／又は上下方向に移動可能に設けられていてもよい。前記光学系筐体が片眼位置に設けられ、他方の片眼用位置には透明又は半透明又は不透明の眼鏡レンズ形状の部材が設けられていてもよい。

また、この発明の映像付与装置は、光源からの光を空間光変調素子にて変調して得られた映像光を観察者の眼に向けて集光させてマックスウェル視によって観察者に映像を観察させる映像付与装置において、前記光源から前記集光のための光学素子を含めて一体化した光学系筐体を具備し、前記光学系筐体の支持中心点が、前記集光の箇所で前記映像光の光軸に直交する線のうち略水平な線上に設定されていることを特徴とする。

以上説明したように、この発明によれば、映像の集光点を眼球の好適な位置に導くように調整する調整容易性に優れるなどの効果を奏する。

以下、この発明の実施形態の映像付与装置を図１乃至図１１に基づいて説明していく。

映像付与装置は、光源から映像光集光のための光学系を含めて一体化した光学系筐体を具備する。図１に光学系筐体４を例示している。この光学系筐体４は後方側からの光源出射光を２回に渡って光路変更することで観察者Ａの眼球Ａｅに映像光を集光させるタイプとなっている。光学系筐体４は、例えば光源としてチップタイプ（非モールド）のＬＥＤ４１を備える。ＬＥＤ４１はコリメータレンズ４２の焦点位置に配置されており、ＬＥＤ４１からの出射光はコリメータレンズ４２によって平行光化される。この平行光を液晶表示パネル（空間光変調素子）４３に透過させて得られる映像光は再回折光学系に導かれる。再回折光学系は、レンズ４４とピンホール４５とレンズ４６とから成る。レンズ４４とレンズ４６は両者の焦点距離を足した距離だけ離間して配置されており、光線の絞り位置で映像光が前記ピンホール４５を通過するようにしている。また、上記再回折光学系内において光路を９０°変更すべくミラー４７を配置している。再回折光学系を経た映像光は、光路を９０°変更するミラー４８を経て集光レンズ（接眼光学系）４９に導かれる。このような構成により、ピンホール４５の共役点を眼球Ａｅの瞳孔中心におくことが可能となり、観察者Ａに広い視野を与えることができる。また、光学系筐体４には、液晶表示パネル４３を駆動する回路基板６が設けられている。回路基板６には電力供給線や映像信号供給線が接続される。映像信号供給線には例えばＣＣＤカメラやテレビジョンなどからの映像信号が供給される。

図２は映像付与装置１を示した斜視図である。また、図３（ａ）は映像付与装置１の装着状態の平面図であり、図３（ｂ）は映像付与装置１の装着状態の側面図である。映像付与装置１は、ヘッドセットに前記光学系筐体４が取り付けられた構造を有する。ヘッドセットは観察者Ａの額前方に位置することになる支持部材２及び観察者Ａの頭頂部に位置することになる頭部装着部３から成る。支持部材２及び頭部装着部３はそれぞれ略Ｕ字状を有してその端部が観察者Ａの耳部上側近傍に至るように構成されている。

前記支持部材２の下方に前記光学系筐体４がボールジョイント５によって円錐状可動範囲を有して支持されている。図４にボールジョイント５による連結構造の断面図を示す。ボールジョイント５は、図４に示しているように、棒状本体部５ａの一端側及び他端側にボール部５ｂ・５ｃを有して成るものであり、一端側（上端側）のボール部５ｂが前記支持部材２に姿勢保持可能に装着されると共に他端側（下端側）のボール部５ｃが前記光学系筐体４に姿勢保持可能に装着されている。姿勢保持は、ボール部５ｂ・５ｃの表面と当該ボール部の収容部の当接面との摩擦力（押圧力）の設定で行える他、前記収容部にばね部材を設けたり、或いはボールジョイント５を磁性体とし、前記収容部に磁石を設けるなど磁力によって実現することもできる。

このように、支持部材２の下方に光学系筐体４がボールジョイント５によって吊り下げ支持されたことで、光学系筐体４を支持部材２に対して前後左右方向に自在に移動させることができ、図６（ａ）に示しているように、観察者Ａごとの眼間距離の違いに容易に対応することができると共に、図６（ｂ）に示しているように、観察者Ａのアイレリーフ調整（眼球Ａｅの瞳孔中心と集光レンズ４９との距離調整）が容易に行えることになる。また、光学系筐体４をボール部５ｂ或いはボール部５ｃを中心にして回転させることができるので、図７（ａ）に示しているように、左右斜め方向から映像光を眼球Ａｅに与えたり、図７（ｂ）及び図８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、上下斜め方向から映像光を眼球Ａｅに与えることも可能になる。

また、この実施形態では、図９に示しているように、前記光学系筐体４の支持中心点（垂直位置状態のボールジョイント５のボール部５ｃの位置）を、前記集光レンズ４９による映像光集光の箇所（瞳孔中心）で前記映像光の光軸に直交する線のうち略水平な線上に設定している。従って、光学系筐体４を回動させて姿勢変更するときに、ボール部５ｃを中心に前記瞳孔中心を通る円上の当該瞳孔中心上の接線に略沿って映像光の集光点が移動する。すなわち、光学系筐体４を垂直軸回りに回動させたり水平軸回りに回動させても前記集光点が左右方向に振れるのを軽減することができる。

頭部装着部３には、支持部材２の端部が可動に装着される装着部３１が設けられている。この装着部３１には、例えば、図５に示すように、凸形状のばね部材３１ａが設けられており、また、支持部材２には凹部が連続的に形成された係止領域２１が形成されている。ばね部材３１ａと凹部の係止位置を変えることにより、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、支持部材２の額前後方向の位置を変更することができる。

前記頭部装着部３はその両端部近傍（観察者側頭部近傍箇所）にヒンジ構造の折れ曲げ連結部３２・３２を有してその略Ｕ字状の幅を可変できるように構成されている。また、前記支持部材２もその両端部近傍（観察者こめかみ部近傍箇所）にヒンジ構造の折れ曲げ連結部２２・２２を有してその略Ｕ字状の幅を可変できるように構成されている。折れ曲げ連結部３２・３２を備えることにより、図１１（ａ）（ｂ）に示しているように、観察者Ａの頭部の大きさ（横幅）に違いがあっても頭部装着部３を観察者Ａの頭部にフィットさせることができ、また、この頭部装着部３の幅変更が行われても、折れ曲げ連結部２２・２２を備えていることで、支持部材２において無理なく幅変更が行えることになる。なお、折れ曲げ連結部２２・２２は２つのヒンジ部を有して構成されており、また、位置保持のために、ヒンジ部に比較的大きな摩擦力を生じさせるようにしている。

前記支持部材２の略中央部には、鼻当て部材（鼻クリップ）３３が設けられている。この鼻当て部材３３は、例えば前述の装着部３１における凸形状ばね部材と連続凹部の係止領域による機構と同様のクリック機構により、上下方向に移動調節可能になっている。鼻当て部材３３の上下調節により、観察者Ａの鼻の高さの個人差にかかわらず、支持部材２の水平配置調整が容易に行える。なお、鼻当て部材３３を支持部材２から取り外せるように設けてもよい。そして、鼻当て部材３３として幾つかの種類（大きさが異なるもの、左右非対称なもの等）を用意しておき、観察者Ａが自身の鼻に合うものを選択できるようにしておいてもよい。また、例えば前述したクリック機構にて鼻当て部材３３を左右方向に移動調整可能にしておくことで、観察者Ａごとの眼間距離の違いの対応を、鼻当て部材３３の左右方向移動調整にて補完することが可能となる。

前記ボールジョイント５のボール部５ｂを支持部材２に直接に連結するのではなく、連結ブロック体に連結し、この連結ブロック体を支持部材２にねじ留めする構成（光学系筐体４が連結ブロックを介して支持部材２に支持される構成）としてもよい。そして、ねじ留め箇所を支持部材２の左右対象位置に２カ所形成しておき、光学系筐体４を右眼用の位置と左眼用の位置に付け替えられる構造としておくのがよい。勿論、両眼用に光学系筐体４を二つ設けてもよい。また、光学系筐体４を片眼位置に設ける場合には、他方の片眼用位置（ねじ留め箇所）には透明又は半透明又は不透明の眼鏡レンズ形状部材７（図２参照）を取り付けておくのがよい。眼鏡レンズ形状部材７を設けることで、観察者Ａが映像付与装置１を装着したときに片方の眼側に何も無いことに対して違和感を感じてしまうのを軽減できる。ところで、映像付与装置１を装着している観察者Ａの他方の眼の動きは他者にとって不自然に見えてしまう。眼鏡レンズ形状部材７を半透明又は不透明とすることで、観察者Ａを見ている他者にとっては観察者Ａの他方の眼の動きが見えにくくなり、不自然さが解消される。また、眼鏡レンズ状部材７は観察者Ａの他方の眼を保護する保護カバーとしても機能し得る。

映像付与装置における光学系筐体を例示すると共に映像光の眼球への導かれ方を示した説明図である。映像付与装置の斜視図である。同図（ａ）は映像付与装置の装着状態を示した平面図であり、同図（ｂ）は同側面図である。ボールジョイントの連結構造を示した断面図である。支持部材の保持機構を示した断面図である。同図（ａ）はボールジョイントの変位と眼間距離調整との関係を示した説明図であり、同図（ｂ）はボールジョイントの変位とアイレリーフ調整との関係を示した説明図である。同図（ａ）は光学系筐体の垂直軸回りの回動の様子を示した説明図であり、同図（ｂ）は光学系筐体の水平軸回りの回動の様子を示した説明図である。同図（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ上下斜め方向から映像光を眼球の瞳孔中心に与える様子を示した説明図である。ボールジョイントの中心位置（光学系筐体の支持中心）と瞳孔中心との関係を示した説明図である。同図（ａ）（ｂ）は映像付与装置の支持部材における額前後方向調整を示した説明図である。同図（ａ）（ｂ）は映像付与装置における幅調整を示した説明図である。

符号の説明

１映像付与装置
２支持部材
３頭部装着部
４光学系筐体
５ボールジョイント

Claims

光源からの光を空間光変調素子にて変調して得られた映像光を観察者の眼に向けて集光させてマックスウェル視によって観察者に映像を観察させる映像付与装置において、前記光源から前記集光のための光学系を含めて一体化した光学系筐体を具備し、観察者の額前方に位置することになる支持部材の下方に前記光学系筐体が棒状の連結部材によって連結されており、前記連結部材は、両端にボール部を備えて円錐状可動範囲を有し、一端側のボール部が前記支持部材側で姿勢保持可能に設けられると共に他端側のボール部が前記光学系筐体側で姿勢保持可能に設けられていることを特徴とする映像付与装置。
請求項１に記載の映像付与装置において、略Ｕ字状を有して端部が観察者の耳部近傍に至る頭部装着部を有し、前記支持部材はその端部が観察者の耳部近傍に至る略Ｕ字状を有しており、当該支持部材が額前後方向に可動で且つ位置保持されるように、その端部が前記頭部装着部に連結されていることを特徴とする映像付与装置。
請求項２に記載の映像付与装置において、前記支持部材は折れ曲げ連結部を有してその略Ｕ字状の幅を可変に構成されたことを特徴とする映像付与装置。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の映像付与装置において、前記支持部材の略中央部に鼻当て部材が着脱自在に設けられていることを特徴とする映像付与装置。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の映像付与装置において、前記支持部材の略中央部に鼻当て部材が左右方向及び／又は上下方向に移動可能に設けられていることを特徴とする映像付与装置。
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の映像付与装置において、前記光学系筐体が片眼位置に設けられ、他方の片眼用位置には透明又は半透明又は不透明の眼鏡レンズ形状の部材が設けられていることを特徴とする映像付与装置。
光源からの光を空間光変調素子にて変調して得られた映像光を観察者の眼に向けて集光させてマックスウェル視によって観察者に映像を観察させる映像付与装置において、前記光源から前記集光のための光学素子を含めて一体化した光学系筐体を具備し、前記光学系筐体の支持中心点が、前記集光の箇所で前記映像光の光軸に直交する線のうち略水平な線上に設定されていることを特徴とする映像付与装置。