JP4366944B2 - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ユーザの頭部に装着された状態で、ユーザが画像を見ることができるように画像出力を行うヘッドマウントディスプレイ、および、これを有する表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤと略称する）は、ユーザの頭部に装着された状態で、ユーザが画像を見ることができるように画像出力を行う。この種のＨＭＤには、ゴーグル型と称される、両眼を完全に覆って、ユーザの視野には、ＨＭＤの表示のみが見えるようにしたものと、片眼の眼前に画像出力部が配置される片眼タイプのものがある。
【０００３】
片眼タイプのＨＭＤにおいては、画像出力部からの画像と、外部の景色とが同時に視野に入る。したがって、片眼タイプのＨＭＤは、画像から特定の情報を得つつ、外部の景色を見ながら作業ができるなどの利点がある。
【０００４】
しかし、この種の片眼タイプのＨＭＤにおいては、ユーザが出力画像を観察している場合に、その環境の明るさと、出力画像の明るさとが著しく異なる場合、出力画像が見えにくくなることがある。
【０００５】
ところで、背景と画像の明るさのバランスを測るものとして、特開平１０−１４８８０７号公報（特許文献１）に記載される技術がある。この文献には、液晶のバックライトの輝度を、外景の明るさに応じて変化させることにより、画像と外景の明るさの一致を図るＨＭＤが記載されている。
【特許文献１】
特開平１０−１４８８０７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１では、片眼で画像を観察するタイプのＨＭＤにおいて生じる固有の問題について考慮していない。すなわち、片眼タイプのＨＭＤにおいては、画像を観察している眼に入射する光量と、画像を観察していない反対側の眼に入射する光量が異なると、画像が見づらくなる等の問題を引き起こす。
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、外部の明暗にかかわらず画像が見やすいＨＭＤを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、少なくとも一方の眼の眼前において画像を表示するヘッドマウントディスプレイにおいて、画像を表示する画像出力部と、前記画像出力部のおかれている環境の明るさを検出する光センサと、前記画像出力部および前記光センサを支持すると共に、ユーザの頭部に装着するための支持部とを有し、前記画像出力部は、前記光センサの検出結果に応じて、表示される画像の明るさが可変であることを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【０００９】
請求項２に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記光センサは、前記ユーザヘ向かう光の一部を検出することを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【００１０】
請求項３に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記光センサは、前記画像出力部近傍に固定されていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【００１１】
請求項４に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項１、２および３のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記画像出力部は、画像表示信号を光信号に変換する電気−光変換器と、変換された画像を拡大する光学系とを有し、前記画像出力部から表示される画像の明るさは、前記光センサの検出結果前記画像の輝度を変化させることで得られ、環境が明るい場合、画像の輝度を挙げ、環境が暗い場合、画像の輝度を下げる制御が行われることを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【００１２】
請求項５に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記画像出力部は、減光フィルタを有し、前記減光フィルタは、外部からの指示に応じて透過率が変更可能であり、前記画像出力部で表示される画像の明るさは、前記光センサの検出結果に応じて、前記減光フィルタの透過率を変化させることでなされることを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【００１３】
請求項６に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記画像出力部とは異なる眼前でかつ視界の少なくとも一部を覆う位置で、支持され、透過光量を制限する遮光板をさらに有することを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【００１４】
請求項７に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項６に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記遮光板は、透過光量が可変であることを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【００１５】
請求項８に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項６および７のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記遮光板は、環境が明るい場合は透過率が低くなるように変化し、環境が暗い場合は透過率が高くなるように変化することを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【００１６】
請求項９に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項８に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記遮光板は、酸化還元反応により透過率が変化することを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【００１７】
請求項１０に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項６ないし９のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記遮光板は、フォトクロミズムにより透過光量が変化する材料を含むことを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【００１８】
請求項１１に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項６ないし１０のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、更に、光センサを有し、前記遮光板は、前記光センサの検出結果に応じて透過率が変化することを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【００１９】
請求項１２に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項１１に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記遮光板は、液晶およびＥＣ素子のいずれかであることを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【００２０】
請求項１３に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項６ないし１２のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記遮光板は、眼前の位置に配置した状態と、配置しない状態とに切り替え可能であることを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【００２１】
請求項１４に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項１３に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、更に、前記光センサの検出結果に応じて、前記遮光板を眼前の位置に配置した状態と、配置しない状態とに切り替える手段を有することを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【００２２】
請求項１５に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、眼前において画像を表示するヘッドマウントディスプレイにおいて、ユーザの一方の眼前において画像を表示する画像出力部と、前記ユーザの他方の眼前において透過光量を制限する遮光板と、前記画像出力部および前記遮光板を支持すると共に、ユーザの頭部に装着するための支持部とを有することを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【００２３】
請求項１６に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項１５に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記遮光板を前記眼前に配置した状態と、配置しない状態とで切替可能であることを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【００２４】
請求項１７に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項１５および１６のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記遮光板は、環境が明るい場合は透過率が低くなるように変化し、環境が暗い場合は透過率が高くなるように変化することを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【００２５】
請求項１８に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項１７に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記遮光板は、酸化還元反応により透過率が変化することを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【００２６】
請求項１９に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項１７に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記遮光板は、フォトクロミック分子を含み、入射する光の強度に応じて着色して透過率が変化することを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【００２７】
請求項２０に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記画像出力部は、複数の異なる透過率領域を有する減光フィルタを有し、前記減光フィルタは、外部からの指示に応じて前記画像出力部から放射された光束に位置する前記減光フィルタの透過率領域が変更可能であり、前記画像出力部で表示される画像の明るさは、前記光センサの検出結果に応じて、前記減光フィルタの透過率領域を変化させることでなされることを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【００２８】
請求項２１に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項６に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記遮光板は、透過光量が各々異なる複数の領域を有し、前記複数の領域のうちいずれか一つの領域を任意に位置するようにしたことを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、それぞれ図面を参照しながら説明する。（第１実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係るヘッドマウントディプレイの一例を示す。
【００３０】
図１に示すように、ヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤと略記する）は、ユーザＵに対して画像を表示するための機能を有する画像出力部１００と、音声、音楽、効果音等の音響を発生させる機能を有する音響出力部２００と、画像出力部１００および音響出力部２００を一体的に連結すると共に、これらをユーザＵの頭部１に着脱自在に装着するための支持部３００とを有する。さらに、外部の明るさを測定する光センサ５００を有している。
【００３１】
また、このＨＭＤは、画像表示信号および音響出力信号を出力する駆動ユニットＤとケーブル８００を介して接続されることにより動作するものである。
【００３２】
以下にＨＭＤの各構成要素について説明する。
【００３３】
画像出力部１００は、図２に示すように、画像を現す画像表示信号を光信号に変換して画像を形成する電気−光変換器１１０と、形成された画像を拡大する光学系１２０と、該光学系１２０を収容する鏡筒１３０と、これら全体的に収容するケース１４０とを有する。
【００３４】
本実施形態において用いられる電気−光変換器１１０は、ビットマップイメージの画像を形成する表示素子により構成することができるものである。この種の電気−光変換器１１０には、大別して、２種類ある。第１のものは、画像出力信号に応じて透過率または反射率が変化するセルを、ビットマップの各画素に対応して配置し、他の光源からの光について各画素の透過率または反射率を変化させることによって画像を形成する形式のデバイスである。第２のものは、自らが発光する素子をビットマップの各画素に対応して配置し、画像出力信号に応じて各素子の発光輝度を変化させることによって画像を形成する形式のデバイスである。前者の形式のデバイスとしては、例えば、透過率または反射率を変化させることができる液晶セルを二次元的に配置した液晶表示素子が挙げられる。後者の形式でのデバイスとしては、例えば、電気信号によりそれ自身が発光する発光素子を二次元的に配置した有機ＥＬ素子が挙げられる。本発明では、いずれの形式のデバイスを用いてもよい。本実施形態では、自発光素子である有機ＥＬ素子を二次元的に配置した発光表示素子を用いている。
【００３５】
また、電気−光変換器１１０では、例えば、情報処理装置のディスプレイ画面のように画面を形成することができる。もちろん、動画を表示することも可能である。
【００３６】
光学系１２０は、本実施形態では、レンズ系１２１ａ，ｂを有する。レンズ系１２１ａ，ｂは、電気−光変換器１１０によって形成される画像を拡大する。具体的には、虚像を形成する。この虚像をユーザの水晶体が網膜上に結像させることにより、例えば、ユーザがあたかも大きな画像を見ているように表示することが可能となる。
【００３７】
鏡筒１３０は、前述した光学系１２０を収容するレンズ収容部１３１と、電気−光変換器１１０を収容する変換器収容部１３２と、電気−光変換器１１０との距離を一定に保つと共に、外光が入射しないように遮断する遮光部１３３とを有する。鏡筒１３０は、遮光性材料により形成される。
【００３８】
ケース１４０は、例えば、遮光性のプラスチックにより形成される。ケース１４０のユーザＵとの対向面に開口部１４２が設けられている。この開口部１４２内に、レンズ系１２１が収容される。また、ケース１４０の一端は、画像出力支持アーム３２０との連結部となっている。
【００３９】
音響出力部２００は、音響出力信号を音響に変換するものである。本実施形態では、左音響出力部２００Ｌと、右音響出力部２００Ｒとが設けられている。この音響出力部２００は、電気信号を音響に変換する音響変換器２１０と、これを収容するケース２３０と、ケース２３０のユーザＵとの対向面に設けられてユーザＵの耳に当接する耳パッド２２０とを有する。
【００４０】
音響出力部２００は、通常、ヘッドホンとして製品化されているものを用いることができる。また、音響出力部２００は、本実施形態では、その構造上、後述する支持部３００と共に、当該ＨＭＤをユーザＵの頭部１に装着させる際の、耳への当接部としても機能する。
【００４１】
この種の音響出力部としては、密閉型と、開放型と、セミ密閉型とがある。本発明においてはいずれの型式を採用してもよい。本実施形態では、密閉型となるケース２３０を用いている。ケース２３０の内部に、音響変換器２１０が配置される。また、ケース２３０の一端に、支持部３００のバンド３１０との連結部２３３となっている。
【００４２】
なお、本実施形態では、音響出力部２００Ｌ側に、ケーブル８００と内部配線とを接続する接続部（図示せず）が設けられている。
【００４３】
音響変換器２１０としては、振動板と、この振動板を励振する駆動回路とにより構成される。具体的には、小型スピーカにより構成することができる。ケース２３０のユーザＵ対向面側に開口部が設けられ、音響変換器２１０から放射される音響が外部に伝搬できるように構成されている。
【００４４】
耳パッド２２０は、ケース２３０の縁部に固定されて、ケース２３０のユーザＵ対向面側に位置する。音響出力部２００Ｌ，２００Ｒは、後述するように、支持部３００により、互いに近接する方向に付勢される。そのため、耳パッド２２０は、支持部３００による耳への押圧を和らげると共に、耳への密着性を向上するために、装着されている。
【００４５】
支持部３００は、図１に示すように、左右の音響出力部２００Ｌと２００Ｒとを連結するバンド３１０と、バンド３１０の一端側に設けられた画像出力部支持アーム３２０とを有する。画像出力部支持アーム３２０は、バンド３１０の一端で連結固定されている。
【００４６】
バンド３１０は、ユーザＵの頭部１を後方から挟むことができるように湾曲した形状を持っている。そして、両端に音響出力部２００Ｌと２００Ｒとが連結固定されている。
【００４７】
光センサ５００は、画像出力部１００の上部に設置されている。光センサ５００は、図２に示すように、受光素子５１０、集光レンズ５２０及びこれらを収納するケース５３０で構成される。受光素子５１０は、受けた光量に応じた電気信号を生成する光電変換素子である。例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタが用いられる。ケース５３０は、外光が入射しないように遮光性の材料で構成され、開口部５３１を有する。開口部５３１に集光レンズ５２０が設けられている。
【００４８】
光センサ５００は、ユーザの眼に入る環境光と略同方向の環境光の光量を検出できるよう所定の方向に設置されている。これにより、光センサ５００の感度分布がユーザの眼の持つ感度分布と略一致する。光センサ５００の出力は、ケーブル８００を介して駆動ユニットＤの調光制御装置８６０（図８参照）に送られる。
（駆動ユニット等）
本実施形態のＨＭＤは、画像表示信号および音響出力信号を出力する駆動ユニットＤとケーブル８００を介して接続されることにより動作するものである。
【００４９】
駆動ユニットＤには、図８で示すように、画像出力部１００に画像表示信号を送るため、当該画像表示信号を処理する画像出力信号処理装置８５１と、音響出力部２００に音響出力信号を送るための音響出力信号処理装置８５２と、記憶装置８５３と、駆動ユニット全体を管理する中央制御装置８５４と、電源のオンオフおよび節電モードの制御を行うための電源制御回路８５６と、電池８５７とを有する。また、光センサ５００から検出結果を受け取る調光制御装置８６０を有する。また、ＨＭＤ本体と情報、信号等の授受をする入出力インタフェース８５８を有する。また、図１で示す様に、電源のオンオフを行うためのメインスイッチＳＷを有する。さらに、ＨＭＤと信号を授受するためのケーブル８００のプラグ８１０を接続するためのコネクタＣＮが設けられている。また、電源として、図８で示す様に、充電可能な電池８５７が用意されている。
【００５０】
コネクタＣＮは、画像出力信号、音響出力信号、調光制御信号、光センサ検出信号等を接続するため、多ピン構造と成っている。また、コネクタの形状についても、断面円形に限られない。角型で、ピンがシングルインライン、デュアルインライン等の配列となっているものであってもよい。なお、各信号をパケット等により伝送する場合には、高周波数に対応することができるピンであればよい。その場合には、一定の通信プロトコルに従って、種々の信号をデータとして送ることとなる。この場合には、通信制御装置がさらに設けられる。
【００５１】
記憶装置８５３には、プログラムのほか、画像表示信号および音響出力信号を生成する基となる画像情報、音響情報等が格納される。記憶装置８５３としては、例えば、ハードディスク装置が用いられる。もちろん、これに限定されない。他の記憶媒体を用いることもできる。
【００５２】
調光制御装置８６０は、前記光センサ５００から送られる検出結果に基づいて、画像出力信号処理装置８５１において生成する画像出力信号の輝度を変更するための情報を生成する。この情報の生成は、例えば、次のようにして行うことができる。
【００５３】
まず、前提として、当該ＨＭＤの使用環境について予め想定した標準的な環境の明るさ、例えば、オフィス内の明るさを標準の明るさとして定めておく。そして、画像出力信号処理装置８５１では、その標準的な明るさの環境におけるテストパターン画像の明るさを、許容する範囲と共に決定しておく。また、環境の明るさが標準的な明るさの許容範囲から外れる場合に、その明るさの差分に応じて、表示すべきテストパターンの画像の明るさを、標準とは異なる明るさとするための、画像出力信号の電圧（または電流）の増減分（補正値）を決めておく。標準的明るさ、異なる明るさ、その差分に対する画像出力信号の電圧等の増減分について、調光制御装置８６０に記憶させておく。
【００５４】
一方、光センサ５００の検出結果に基づいて現環境の明るさを求める。次に、求められた現環境の明るさと標準の明るさとを比較する。現環境の明るさが、標準的な明るさの許容範囲内であるかをしらべ、許容範囲内であれば、画像出力信号をそのまま出力する。一方、現環境の明るさが許容範囲を超える場合には、調光制御装置８６０で標準の明るさとの差分を求め、その差分に対応する画像出力信号の電圧等の補正値を調光制御装置８６０から画像出力信号処理装置８５１に送って、画像出力信号に対する補正を行わせる。すなわち、画像出力信号の電圧（または電流）の増減を行わせる。
【００５５】
これにより、画像出力部１００から出力される画像が、環境の明るさに応じた輝度で出力されることとなる。従って、現環境が明るくなれば、画像出力表示部１００における画像出力の輝度が上がり、現環境が暗くなれば、画像出力表示部１００における画像出力の輝度が下がる。
【００５６】
なお、画像と環境の明るさの比較は、絶対的なものではない。ユーザによっては、暗い画面を好む場合もあり、また、明るい画面を好む場合もある。従って、ユーザの好みに合わせるようにしてもよい。具体的には、明るい画面を好むユーザにとっては、環境よりも少し明るい状態を標準として、環境の明るさの変化に対して出力画像の明るさを設定する。標準的な明るさの決定に際して、明るさの異なる複数種のテストパターンを用意し、ユーザが選択したテストパターンの明るさを標準の明るさとして選ぶようにしてもよい。
【００５７】
以上の構成より、ユーザは、外部の明暗にかかわらず画像が見やすくなる。
（第１実施形態の変形）
第１実施形態のＨＭＤは、下記のように変形することもできる。
【００５８】
図３は、第１実施形態の変形であるＨＭＤの画像出力部１００の断面図である。
【００５９】
図３において、電気−光変換器１１０と光学系１２１との間には減光フィルタ１２５が設けられる例である。
【００６０】
減光フィルタ１２５は、電気−光変換器１１０から光学系１２１に入射する光量を減少させる機能を果たす。減光フィルタ１２５は、外部からの指示に応じて透過率が変化できるものであればよく、例えば、液晶、EC素子（エレクトロクロミック素子）等を用いることができる。
【００６１】
また、図３の画像出力部１００を有するＨＭＤにおいては、図９に示す駆動ユニットＤを有する。この駆動ユニットＤは、さらに減光フィルタ透過率制御装置８６１を有する点を除いて、前述した図８に示す駆動ユニットＤと基本的には同じ構成を有している。
【００６２】
また、環境の明るさに応じた減光フィルタ１２５の適切な透過率は、予め決定されており、その値は調光制御装置８６０に記憶されている。ただし、その値は、ユーザの好みがあるので、ユーザが選択できるようにするとよい。
【００６３】
図３の画像出力部を有するＨＭＤにおいて、外部の明るさの変化に応じてなされる動作は次の通りである。
【００６４】
まず、光センサ５００が外部からユーザの眼に入射する光とほぼ同方向の光量を検出する。その検出結果は、駆動ユニットＤの調光制御装置８６０へ送られる。調光制御装置８６０は、検出結果に基づいて現環境の明るさを求める。次に、求められた現環境の明るさと、それに応じた減光フィルタ１２５の透過率の値とを比較する。
【００６５】
その結果、減光フィルタ１２５の透過率を変更すべきである場合は、調光制御装置８６０は、減光フィルタ透過率制御装置８６１に減光フィルタ１２５の透過率を変更するように命令する。減光フィルタ透過率制御装置８６１は、その命令に応じて、減光フィルタ１２５の透過率を変更する。
【００６６】
これにより、画像出力部１００から出力される画像が、環境の明るさに応じた輝度で出力されることとなる。従って、現環境が明るくなれば、画像出力部１００における画像出力の輝度が上がり、現環境が暗くなれば、画像出力部１００における画像出力の輝度が下がる。
【００６７】
これにより、ユーザは、外部の明暗にかかわらず画像が見やすくなる。
【００６８】
なお、減光フィルタ１２５は、電気−光変換器１１０とユーザの眼との間に配置されていればよく、光学系１２０に対してユーザの眼に対向する側に配置されていてもよい。
【００６９】
また、調光制御装置８６０と減光フィルタ透過率制御装置８６１は、画像出力信号処理装置８５１などとは別のユニットに設けていても良い。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図４および図５を参照して説明する。
【００７０】
本実施形態のHMDは、画像を観察していない眼の眼前に、遮光板をさらに有する点で、前記第1実施形態と異なる構造を有するものである。
。ただし、そのほかの構造は、第１の実施形態と同様である。従って、重複した説明を避けるため、ここでは、第１の実施形態と相違する点を中心に説明する。
【００７１】
図４および図５に示すように、本実施形態に係るＨＭＤは、画像出力部１００と、音響出力部２００と、支持部３００と、遮光板６００を有する。
【００７２】
支持部３００は、図４および図５に示すように、左右の音響出力部２００Ｌと２００Ｒとを連結するバンド３１０と、バンド３１０の一端側に設けられた画像出力部支持アーム３２０とを有する。画像出力部支持アーム３２０は、バンド３１０の一端で、本実施例では音響出力部２００Ｌに隣接する支持アーム支持部３４０に連結固定されている。
【００７３】
バンド３１０は、ユーザＵの頭部１を後方から挟むことができるように湾曲した形状を持っている。そして、両端に音響出力部２００Ｌと２００Ｒとが連結固定されている。
【００７４】
また、バンド３１０は、本体３１１と、遮光板支持アーム３４５を出没自在に収容する遮光板支持アーム収容部３１５とにより構成される。バンド３１０には、駆動ユニットＤからのケーブル８００に接続される配線（図示せず）が設けられている。これら配線のうち一部は、画像出力部１００に通じ、他の一部は、左右の音響出力部２００Ｌ，２００Ｒに通じる。
【００７５】
遮光板支持アーム収容部３１５には、本実施形態では、音響出力部２００Ｒに隣接して、開口部３１５ｂが設けられている。遮光板支持アーム３４５は、この開口部３１５ｂから出没することができる。なお、開口部３１５ｂには、図示していないが、遮光板支持アーム３４５が、引き出された際に、抜け落ちないようにするためのストッパが設けられている。また、遮光板支持アーム収容部３１５には、遮光板支持アーム３４５の出没を円滑に行うため、案内レール（図示せず）が設けられる。これにより、遮光板支持アーム３４５が円滑にスライドすることになる。従って、遮光板支持アーム３４５を使用可能状態とするため、また、使用終了後に待避させるために、ユーザＵにより行われる出没操作が容易となる。
【００７６】
遮光板６００は、遮光板支持アーム３４５の一端に連結固定されている。
【００７７】
遮光板６００は、所定の透過率を有し、遮光する機能を持ったものであればよいが、好ましくは、光量が多い場合は透過率が低く変化し、光量が少ない場合は透過率が高く変化するものである。このような遮光板６００としては、例えば、サングラス等に用いられる酸化還元反応に基づいて透過率変化する光学素子を用いることができる。
【００７８】
第２実施形態のＨＭＤは、画像を観察していない眼の眼前に、遮光板を有することを特徴とする。
【００７９】
すなわち、ユーザがHMDで画像を観察しているときに外部が明るいと、画像を観察している眼と、画像を観察していない反対の眼へ入射する光量とで差が生じ、画像が見づらくなる。
【００８０】
そこで、第２実施形態のHMDは、画像を観察していない方の眼の前に遮光板６００を設置できるようにし、画像を観察していない方の眼に入射する光量を減少させ、画像の見づらさの低減を図ったものである。
【００８１】
本実施形態によれば、遮光板支持アーム３４５を遮光板支持アーム収容部３１５に収容することで、遮光板６００は眼の前から待避できる。したがって、ユーザが作業をする際など、遮光板６００が邪魔と感じる時には、遮光板６００を視野外に待避させることができ、便利である。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について図６を参照して説明する。
【００８２】
第３実施形態のＨＭＤは、光センサ５００の出力に応じて、遮光板６００を電動でユーザの眼前に配置又は待避する機能を有する点で、前記第２の実施形態と異なる構造を有するものである。
【００８３】
ただし、そのほかの構造は、第２の実施形態と同様である。従って、重複した説明を避けるため、ここでは、第２の実施形態と相違する点を中心に説明する。
【００８４】
図６のHMDにおいて、バンド３１０の遮光板支持アーム収容部３１５には、遮光板支持アーム３４５を電動でスライドし収容する駆動機構部３９０が設置されている。
【００８５】
図７は、モータ３９１が設置されている駆動機構部３９０の断面図である。
【００８６】
モータ３９１のモータ軸３９２にはローラー３９３が設置されており、ローラー３９３はモータ軸３９２を中心にモータ３９１の回転と連動して回転する。
【００８７】
ローラー３９３は、遮光板支持アーム３４５の側面と接しており、ローラー３９３が回転すると、摩擦力により、遮光板支持アーム３４５が移動する。図６では、ローラー３９３が時計回りに回転すると、遮光板支持アーム３４５は遮光板支持アーム収容部３１５に押し込まれる。逆に、ローラー３９３が反時計回りに回転すると、遮光板支持アーム３４５は遮光板支持アーム収容部３１５から引き出される。
【００８８】
ローラー３９３の材質としては、所定の摩擦力を生じるものであればよいが、好ましくは、ゴム等の弾性体である。ただし、摩擦力が大きすぎると、遮光板支持アーム３４５をユーザが手動で出し入れできなくなるので、好ましくない。
【００８９】
画像表示部１００の上部には、光センサ５００が設置されている。この光センサ５００は、第1の実施形態で説明した光センサ５００と同一の内容を有するので、説明を省略する。
【００９０】
図６のＨＭＤにおいて、駆動ユニットＤには、図１０に示すようにモータ３９１が所定方向に所定数回転駆動するように制御する支持アーム駆動制御装置８６２が設けられる。
【００９１】
また、環境の明るさがどのくらいであれば、遮光板を眼前に配置すべきであるかは予め決定されており、その明るさの基準値は記憶装置８５３に記憶されている。ただし、その基準値は、ユーザの好みがあるので、ユーザが選択できるようにするとよい。
【００９２】
次に第３実施形態のＨＭＤの動作について、外部の明るさの変化に応じた動作を中心に説明する。
【００９３】
まず、光センサ５００が外部からユーザの眼に入射する光とほぼ同方向の光量を検出する。その検出結果は、駆動ユニットＤの調光制御装置８６０へ送られる。調光制御装置８６０は、検出結果に基づいて現環境の明るさを求める。次に、求められた現環境の明るさと、遮光板を配置すべき明るさの基準値とを比較する。
【００９４】
その結果、遮光板を配置すべき明るさの基準値を超える場合は、モータ３９１を駆動し、遮光板６００をユーザの眼前に配置するように、支持アーム駆動制御装置８６２に命令する。
【００９５】
これにより、例えば、外部が明るすぎる場合であっても、画像を観察していない眼に入射される光量が緩和されるので、外部の明暗にかかわらず画像が見やすくなる。
【００９６】
第3実施形態によれば、ユーザの眼の前に遮光板６００を配置または待避させることを電動で行うので、ユーザが手動で遮光板支持アーム３４５を出し入れする必要がなく便利である。
（第３実施形態の変形）
第3実施形態のＨＭＤは、外部の明るさに応じて、遮光板６００の透過率を変化させるようにすることもできる。
【００９７】
この場合、遮光板６００は、外部からの駆動信号に応じて透過率を変化できるものであればよい。好ましくは、液晶、ＥＣ素子を用いることができる。遮光板の透過率の変化は、遮光板透過率制御装置８６３を駆動ユニットに搭載して行う（図１１参照）。
【００９８】
また、駆動ユニットＤの調光制御装置８６０は、遮光板透過率制御装置８６３に、透過率を変更する命令を送る機能を有する。
【００９９】
記憶装置８５３には、環境の明るさの変化に応じた適切な遮光板６００の透過率の値が記憶されている。ただし、この値は、ユーザによって変わりうるので、ユーザが選択できるようにするとよい。
【０１００】
このような構成を有するＨＭＤの動作について、外部の明るさの変化に応じてなされる動作を中心に説明する。
【０１０１】
まず、光センサ５００が外部からユーザの眼に入射する光とほぼ同方向の光量を検出する。その検出結果は、駆動ユニットＤの調光制御装置８６０へ送られる。
【０１０２】
調光制御装置８６０は、検出結果に基づいて現環境の明るさを求める。次に、求められた現環境の明るさに対して、遮光板６００が適切な透過率になるように、遮光板透過率制御装置８６３に命令する。遮光板透過率制御装置８６３は、この命令に応じて遮光板６００の透過率を変更する。
【０１０３】
これにより、例えば、外部が明るすぎる場合であっても、画像を観察していない眼に入射される光量が緩和されるので、外部の明暗にかかわらず画像が見やすくなる。
【０１０４】
以上、３つの実施形態について説明したが、本発明のＨＭＤはこれらに限定されない。
【０１０５】
第1の実施形態は、図１においては、片眼タイプのＨＭＤであるが、両眼タイプのＨＭＤにすることもできる。
【０１０６】
また、第１〜第３の実施形態の各特長を併せ持ったＨＭＤも本発明に含まれる。例えば、第1実施形態のＨＭＤに、第２または第３の実施形態のように画像を観察しない眼の前に遮光板を設置できるようにしたＨＭＤも本発明に含まれる。この場合、光センサの検出結果に応じて、画像の輝度を調整するとともに、遮光板の透過率を調整するようにしたＨＭＤとすることができる。
【０１０７】
さらに、以上に述べた実施形態のヘッドマウントディスプレイは、画像出力信号を生成すると共に、音響出力信号を出力する駆動ユニットに、ケーブルを介して接続される形式のものである。しかし、本発明が適用されるＨＭＤは、これに限られない。例えば、駆動ユニットとＨＭＤとを一体化した構造を有するものにも適用することができる。また、駆動ユニットとＨＭＤとを無線で接続する構成のものに適用することもできる。後者の場合、無線通信のための回路と電源とがＨＭＤに搭載される。また、駆動ユニット側にも、無線通信のための回路が搭載される。
【０１０８】
また、前述の透過率が可変な減光フィルタや遮光板の代わりに、図１２に示した機械式の透過率可変フィルタ７００を用いてもよい。図１２（ａ）は機械式の透過率可変フィルタ７００の正面図であり、（ｂ）は（ａ）で図示されたＡＡ’面での概略断面図であり、（ｃ）はフィルタ７０５の概略図である。この透過率可変フィルタ７００は、筐体７０２の一部に観測窓７０１が設けられ、この観測窓７０１が眼前に来るように支持部３００に支持されている。
【０１０９】
そして、筐体７０２の内部には、異なる透過率を有する部分が設けられたフィルタ７０５と、このフィルタ７０５を巻き取るためのロ一ラ７０４ａ，ｂが備えれている。これらのローラ７０４ａ，ｂはケーブル７０３を介して図示していない調光制御装置に接続されている。
【０１１０】
この調光制御装置に応じて、ローラ７０４ａ，ｂを駆動することで、観測窓７０１と同じ位置に所望の透過率を有するフィルタ７０５を移動させることができる。
【０１１１】
このように観測窓７０１に所望の透過率を有するフィルタ７０５を繰り出すことによって、透過率を制御することが可能となる。
【０１１２】
このような透過率可変フィルターを用いても良い。
【０１１３】
また、以上の実施形態では、画像出力部および音響出力部の両者を有する例を示した。本発明の適用は、これに限られない。例えば、画像出力部のみを有するＨＭＤにも適用可能である。
【０１１４】
【発明の効果】
本発明によれば、外光の明暗にかかわらず、画像が見やすいＨＭＤを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明に係る第１の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの外観を示す斜視図。
【図２】 図２は第１の実施形態において用いられる画像出力部の構成を示す一部破断平面図。
【図３】 図３は第１の実施形態（変形）において用いられる画像出力部の構成を示す一部破断平面図。
【図４】 図４は本発明に係る第２の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの外観を示す斜視図。
【図５】 図５は本発明に係る第２の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの構造を示す一部破断平面図。
【図６】 図６は本発明に係る第３の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの構造を示す一部破断平面図。
【図７】 図７はモータ部の断面図。
【図８】 図８は第１実施形態において適用可能なＨＭＤ駆動ユニットの構成要素を表すブロック図。
【図９】 図９は第１実施形態（変形）において適用可能なＨＭＤ駆動ユニットの構成要素を表すブロック図。
【図１０】 図１０は第２実施形態において適用可能なＨＭＤ駆動ユニットの構成要素を表すブロック図。
【図１１】 図１１は第３実施形態において適用可能なＨＭＤ駆動ユニットの構成要素を表すブロック図。
【図１２】 図１２（ａ）は機械式の透過率可変フィルタ７００の正面図。図１２（ｂ）は（ａ）で図示されたＡＡ’面での概略断面図。図１２（ｃ）はフィルタ７０５の概略図である。
【符号の説明】
Ｄ…駆動ユニット、ＣＮ…コネクタ、ＳＷ…電源スイッチ、
Ｕ…ユーザ、１…頭部、
１００…画像出力部、
１１０…電気−光変換器、
１２０…光学系、１２１ａ，１２１ｂ…レンズ系、１２５…減光フィルタ、
１３０…鏡筒、１３１…レンズ収容部、１３２…変換器収容部、１３３…遮光部、
１４０…ケース、１４２…開口部、
２００（２００Ｌ，２００Ｒ）…音響出力部、２１０…音響変換器、２２０…耳パッド、２３０…ケース、２３３…連結部、
３００…支持部、３１０…バンド、３１１…バンド本体、
３１５…遮光板支持アーム収容部、３１５ｂ…開口部、
３２０…画像出力部支持アーム、
３４０…支持アーム支持部、３４５…遮光板支持アーム、
３９０…駆動機構部、３９１…モータ、３９２…モータ軸、３９３…ローラー、５００…光センサ、５１０…受光素子、５２０…集光レンズ、５３０…ケース、５３１…開口部、
６００…遮光板、
７００…透過率可変フィルタ、７０１…観測窓、７０２…筐体、７０３…ケーブル、７０４ａ，７０４ｂ…ローラ、７０５…フィルタ、
８００…ケーブル、８１０…プラグ、
８５１…画像出力信号処理装置、８５２…音響出力信号処理装置、８５３…記憶装置、８５４…中央制御装置、８５６…電源制御回路、８５７…電池、８５８…入出力インタフェース、８６０…調光制御装置、８６１…減光フィルタ透過率制御装置、８６２…支持アーム駆動制御装置、８６３…遮光板透過率制御装置

Claims (17)

1. 一方の眼の眼前において画像を表示する片眼タイプのヘッドマウントディスプレイにおいて、
   画像を表示する画像出力部と、
   前記画像出力部のおかれている環境の明るさを検出する光センサと、
   前記画像出力部および前記光センサを支持すると共に、ユーザの頭部に装着するための支持部とを有し、
   前記画像出力部は、前記光センサの検出結果に応じて、表示される画像の明るさが可変であり、
   前記画像出力部は、ケースに収納され、前記光センサの検出結果に応じて、前記画像出力部を観察する前記一方の眼で感じる明るさと、前記画像出力部を観察しない他方の眼で感じる環境の明るさと、の差分が小さくなるように前記画像出力部に表示される画像の明るさを調整すること
   を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
2. 請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
   前記光センサは、前記ユーザヘ向かう光の一部を検出すること
   を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
3. 請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
   前記光センサは、前記画像出力部近傍に固定されていること
   を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
4. 請求項１、２および３のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
   前記画像出力部は、画像表示信号を光信号に変換する電気−光変換器と、
   変換された画像を拡大する光学系と、を有し、
   前記画像出力部から表示される画像の明るさは、前記光センサの検出結果に応じて、前記画像の輝度を変化させることで得られ、環境が明るい場合、画像の輝度を上げ、環境が暗い場合、画像の輝度を下げる制御が行われること
   を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
   前記画像出力部は、減光フィルタを有し、前記減光フィルタは、外部からの指示に応じて透過率が変更可能であり、
   前記画像出力部で表示される画像の明るさは、前記光センサの検出結果に応じて、前記減光フィルタの透過率を変化させることでなされること
   を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
   前記画像出力部とは異なる眼前でかつ視界の少なくとも一部を覆う位置で、支持され、
   透過光量を制限する遮光板を、さらに有すること
   を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
7. 請求項６に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
   前記遮光板は、透過光量が可変であること
   を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
8. 請求項６および７のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
   前記遮光板は、環境が明るい場合は透過率が低くなるように変化し、環境が暗い場合は、透過率が高くなるように変化する
   ことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
9. 請求項８に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
   前記遮光板は、酸化還元反応により透過率が変化すること
   を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
10. 請求項６ないし９のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
    前記遮光板は、フォトクロミズムにより透過光量が変化する材料を含むこと
    を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
11. 請求項６ないし１０のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
    更に、光センサを有し、
    前記遮光板は、前記光センサの検出結果に応じて透過率が変化すること
    を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
12. 請求項１１に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
    前記遮光板は、液晶およびＥＣ素子のいずれかであること
    を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
13. 請求項６ないし１２のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
    前記遮光板は、眼前の位置に配置した状態と、配置しない状態とに切り替え可能であること
    を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
14. 請求項１３に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
    更に、前記光センサの検出結果に応じて、前記遮光板を眼前の位置に配置した状態と、配置しない状態とに切り替える手段を有すること
    を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
15. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
    前記画像出力部は、複数の異なる透過率領域を有する減光フィルタを有し、
    前記減光フィルタは、外部からの指示に応じて前記画像出力部から放射された光束に位置する前記減光フィルタの透過率領域が変更可能であり、前記画像出力部で表示される画像の明るさは、前記光センサの検出結果に応じて、前記減光フィルタの透過率領域を変化させることでなされること
    を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
16. 請求項６に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
    前記遮光板は、透過光量が各々異なる複数の領域を有し、
    前記複数の領域のうちいずれか一つの領域を任意に位置するようにしたこと
    を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
17. 一方の眼の眼前において画像を表示する片眼タイプのヘッドマウントディスプレイにおいて、
    画像を表示する画像出力部と、
    前記画像出力部のおかれている環境の明るさを検出する光センサと、
    前記画像出力部および前記光センサを支持すると共に、ユーザの頭部に装着するための支持部と、を有し、
    前記画像出力部は、前記光センサの検出結果に応じて、表示される画像の明るさが可変であり、
    前記画像出力部は、ケースに収納され、前記光センサの検出結果から求めた現環境の明るさが、前記画像出力部を観察しない一方の眼で感じる環境の標準的な明るさの許容範囲を越える場合は、前記現環境の明るさと前記標準的な明るさの許容範囲との差分を求め、前記差分が前記現環境の明るさのほうが明るいときは、前記画像出力部に表示される前記画像の明るさを明るくし、前記差分が前記現環境の明るさのほうが暗いときは、前記画像出力部に表示される前記画像の明るさを暗くすること
    を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。

Images