JP4581632B2 - 映像表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、映像表示装置に関するものであり、詳しくは2次元映像をホログラム素子を用いて観察者眼にシースルーで投影表示するヘッドマウンドディスプレイ(HMD;Head Mounted Display)、ヘッドアップディスプレイ(HUD;Head Up Display)等の映像表示装置に関する。
頭部装着型のHMD、HUD等の映像表示装置は、映像光を照射する投光ユニットと、映像光を使用者の眼に導く接眼光学ユニットとを備え、投光ユニットから投影される映像光が接眼光学ユニットに介され使用者の眼に導かれることによって、使用者が映像を観察することができるようになっている。
このような映像表示装置は、装置全体が大型の高重量となっており一般的な眼鏡とは形状や大きさがかけ離れているため、公共の場等で装着する場合には、使用者の周囲に対する違和感が大きい等の理由から、必ずしも使い勝手のよいものではなかった。
そこで、近年の映像表示装置としては、投光ユニットや接眼光学ユニットの小型化に伴い、眼鏡レンズの上部又は下部にクリップ等の支持体により投光ユニットを備える映像表示装置や、投光ユニットと接眼光学ユニットとを分散化させた映像表示装置が考案されている。
例えば、表示デバイスと、表示デバイスにより作成された表示像を拡大表示する光学系と、表示デバイスと光学系を一体にまとめる筺体とを有した表示器ユニットであって、該
表示器ユニットにクランプを設け、該クランプを眼鏡レンズ又は眼鏡フレームに取り付けてなる小型表示装置が開示されている(特許文献1参照)。
眼鏡型のフレーム部と支持部とマイクロディスプレイユニットを有する表示装置であって、フレーム部におけるリム部の縁部の下端に支持部がとり付けられており、マイクロディスプレイユニットは、支持部に対して回転可能に軸支されている表示装置が開示されている(特許文献2参照)。
画像信号を画像に変換する信号/画像変換部と、該画像信号を画像そのものの形で伝送する像伝導管と、この像伝導管により伝送された画像を表示する画像表示部とを備え、信号/画像変換部と画像表示部とを空間的に離すように像伝送管を用いて結合したディスプレイ装置が開示されている(特許文献3参照)。
特開2000−112396号公報 特開2003−46903号公報 特開平10−123453号公報
しかしながら、特許文献1又は2のような眼鏡装着型又は眼鏡一体型の映像表示装置の投光ユニットは、眼鏡レンズの上下又は左右に設けられるため、眼鏡の重心は投光ユニットが設けられた方向に傾き、眼鏡の重量バランスが崩れるため、眼鏡にモーメント力が生じ、眼鏡が撓んだり使用者にとって装着感が悪くなるという問題がある。また、特許文献3のように投光ユニットと接眼光学ユニットとを分離させた場合であっても、像伝送管が眼鏡の一方の柄に支持されて、柄の部分から片眼の眼鏡レンズ近傍に設けられた虚像光学系に投影するよう構成されているため、眼鏡にモーメント力が生じ、使用者にとって装着感が悪くなるという問題がある。
本発明の課題は、小型軽量化を図り使用者の装着感を向上させることのできる映像表示装置を実現することである。
請求項1に記載の発明は、映像光を左右の眼を結ぶ方向に投射する投光ユニットと、
前記投光ユニットに一体化され、左右の眼のいずれか一方若しくは両方に前記投光ユニットからの映像光を導く接眼光学ユニットと、を備え、前記投光ユニットは、眼鏡の左右の眼鏡レンズの間に位置して前記眼鏡に取り付けられること、を特徴とする映像表示装置であること、を特徴としている。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の映像表示装置において、前記接眼光学ユニットは、前記眼鏡レンズと一体に形成されていること、を特徴としている。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の映像表示装置において、前記接眼光学ユニットは、前記眼鏡レンズと別体に形成されていること、を特徴としている。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の映像表示装置において、前記接眼光学ユニットは、前記眼鏡レンズの内側に配置されていること、を特徴としている。
請求項5に記載の発明は、請求項3に記載の映像表示装置において、前記接眼光学ユニットは、前記眼鏡レンズの外側に配置されていること、を特徴としている。
請求項6に記載の発明は、請求項3から5のいずれか一項に記載の映像表示装置において、前記眼鏡における左右の眼鏡レンズの間に係合部材が設けられ、当該係合部材を介して前記投光ユニットが当該眼鏡に着脱可能に構成されていること、を特徴としている。
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の映像表示装置において、前記係合部材を介して前記眼鏡に着脱可能なカバーユニットを有すること、を特徴としている。
請求項8に記載の発明は、請求項1から7のいずれか一項に記載の映像表示装置において、前記接眼光学ユニットは、前記投光ユニットからの映像光を回折させて眼に導くプリズムを含み、前記プリズムは、ホログラムの反射膜を用いて形成されていること、を特徴としている。
請求項1に記載の発明によれば、投光ユニットを左右の眼鏡レンズの間に位置させて眼鏡に取り付けられるので、眼鏡の左右の重量バランスを向上させることができ、従って眼鏡の装着感を向上させることができる。
請求項2に記載の発明によれば、請求項1と同様の効果を得られるのは勿論のこと、使用者の周囲に対する違和感の少ない映像表示装置を実現できる。
請求項3に記載の発明によれば、請求項1と同様の効果を得られるのは勿論のこと、使用者が普段使用している眼鏡レンズを備えた眼鏡との組合せであっても、眼鏡の左右の重量バランスのとれた映像表示装置を実現することができる。
請求項4に記載の発明によれば、請求項3と同様効果を得られるのは勿論のこと、接眼光学ユニットを眼鏡レンズの内側に配置することができる。
請求項5に記載の発明によれば、請求項3と同様効果を得られるのは勿論のこと、接眼光学ユニットを眼鏡レンズの外側に配置することができる。
請求項6に記載の発明によれば、請求項3から5のいずれか一項と同様の効果を得られるのは勿論のこと、映像表示が不要である場合、通常の眼鏡として使用することができる。
請求項7に記載の発明によれば、請求項6と同様の効果を得られるのは勿論のこと、投光ユニットを装着しない場合、通常の眼鏡としてデザイン的に違和感なく使用することができる。
請求項8に記載の発明によれば、請求項1から7のいずれか一項と同様の効果を得られるのは勿論のこと、ホログラムの反射膜部分と周辺のプリズム部分で光透過量の差が小さい、いわゆるシースルー性の高い特徴が得られ、映像と外界の両方の観察が容易になる。
[実施の形態1]
以下、図を参照して本発明の実施の形態1を詳細に説明する。
図1に、本実施の形態1における映像表示装置1の斜視図を示す。
図1に示すように、映像表示装置1は、眼鏡レンズとしてのプリズム10R、10Lは、投光ユニット20により連結され、投光ユニット20には、使用者の鼻に掛ける左右一対の鼻当て部31R、31Lが取り付けられている。プリズム10R、10Lの両端には、使用者の耳に掛けるテンプル部32R、32Lが延設されている。また、投光ユニット20は、操作ユニット40からの電源供給及び信号供給用としてケーブル41に接続されている。このような構成により、プリズム10R、10Lが使用者の左右の眼前に配される。
なお、本実施の形態1では、操作ユニット40と投光ユニット20とは個別に設けられた構成として示したが、操作ユニット40が投光ユニット20と共に設けられた構成であってもよい。
プリズム10Lは、平板状であり、単一の部材で構成されている。
プリズム10Rもプリズム10Lと同様に平板状であるが、単一の部材ではなく、第1プリズム11、第2プリズム12、ホログラムの反射膜であるホログラム素子13から構成されている。プリズム10Rを成す第1プリズム11と第2プリズム12は、相補的な形状を有し、隙間なく、かつ表面が連続するように接合されている。
プリズム10L、第1プリズム11、第2プリズム12は、同じ材料で作製されており、これら3者に屈折率の差はない。また、プリズム10R、10Lは、投光ユニット20に連結されるための取付孔が設けられている。
第1プリズム11が第2プリズム12と接合しない端部を有することを除いて、プリズム10R、10Lは、一般的な眼鏡レンズ同様、対称形である。
本発明の映像表示装置1を顔前に装着した使用者は、プリズム10R、10Lを通して外界を観察することとなる。
投光ユニット20は、左右のプリズム10Rとプリズム10Lの間に位置して取り付けられ、左右の眼を結ぶ方向に映像光を第1プリズム11に投射する。
図2に、本実施の形態1におけるプリズム10Rと投光ユニット20の断面図を示す。
図2に示すように、投光ユニット20は、光源21、集光レンズ22、表示パネル23、筺体24等から構成される。
光源21は、発光ダイオード(LED;Light Emitting Diode)等から成り、表示パネル23への照射光を出射する。集光レンズ22は、光源21からの光を集光して表示パネル23全面に均一に導く。表示パネル23は、透過型の液晶表示器(LCD;Liquid Crystal Display)から成り、使用者に表示するための映像を表示し、第1プリズム11の表面11aに対して傾斜して配されている。
筺体24は、光源21、集光レンズ22、表示パネル23を覆い保持し、かつ、鼻当て部31と、プリズム10R、10Lを支持している。筺体24は、プリズム10R、10Lを支持するための連結部25R、25Lを備える。
連結部25Rは、プリズム10Rの一端部を挟み込み、連結部25Rの一端からプリズム10Rに設けられた取付孔14にボルト25aが嵌入される。ボルト25aは、結合部25Rの他端に螺合され、更にナット25bに螺合されている。プリズム10Lを支持するための連結部25Lも同様の構成であるため、図示及び説明は省略する。
光源21の発光や表示パネル23の映像表示は、操作ユニット40によって電力や映像信号が供給される。
第1プリズム11は、透明なガラス又は樹脂で作製されている。
表示パネル23から光が投射される側の第1プリズム11の部位形状は、投光ユニット20側の方がテンプル32R側よりも厚い楔状とされている。また、第2プリズム12と接合される第1プリズム11の部位形状は、プリズム10Rの中央に向かうほど前面(眼Eから遠い面)が後面(眼Eに近い面)に近づくように作製されており、楔状である。この楔状の部位の前面(第2プリズム12との接合面)は平面であり、この平面にはホログラム素子13が形成されている。
ホログラム素子13は、映像表示装置1の装着時に使用者の眼Eの直前に位置する。
第1プリズム11は、表示パネル23からの映像光を使用者の眼Eに導いて、表示パネル23に表示された映像の虚像を表示する。
第1プリズム11は、表示パネル23からの映像光を、第1プリズム11の表面11aより内部に導き入れ、前面と後面で複数回全反射させながら、ホログラム素子13に導く。ホログラム素子13は、導かれた光を回折させて、平行光に近い光束としながら、眼Eに入射させる。これにより、使用者の眼Eには、表示パネル23に表示された映像の虚像が表示される。
ホログラム素子13は外界からの光にほとんど作用せず、虚像は外界の像の中央部に重なって観察される。また、ホログラム素子13を用いることにより、プリズム10Rは、ホログラムの反射膜部分と周辺のプリズム部分で光透過量の差が小さい、いわゆるシースルー性の高い特徴が得られ、映像と外界の両方の観察が容易になる。
このように、第1プリズム11、第2プリズム12、ホログラム素子13により透光性を有する接眼光学ユニットが構成される。
なお、本実施の形態1の映像表示装置1は、右眼に映像を表示するように構成されているが、左眼に映像を表示するように構成されていてもよく、両眼に映像を表示するように構成されていてもよい。
このように、左右の雌を結ぶ方向に映像光を投射する投光ユニット20をプリズム10Rとプリズム10Lとの間に位置させて眼鏡に取り付けされる構成とすることによって、眼鏡の左右の重量バランスを向上させることができ、装着感が向上された映像表示装置1を実現することができる。また、接眼光学ユニットがプリズム10Rとして一体に形成されていることにより、使用者の周囲に対する違和感の少ない映像表示装置1を実現できる。
[実施の形態2]
以下、図を参照して本発明の実施の形態2を詳細に説明する。
本実施の形態2の映像表示装置は、使用者の視力矯正として用いられている視力矯正眼鏡やサングラス等の眼鏡と組合わされた映像表示装置である。実施の形態1と同様の部分には同様の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図3に、本実施の形態2における眼鏡レンズと投光ユニット20の一部断面図を示す。
図3に示す本実施の形態2の映像表示装置の一部断面図は、右眼用の眼眼レンズとしての視力矯正レンズ50Rと接眼光ユニットとしてのプリズム60が別体として形成されており、プリズム60を視力矯正レンズ50Rの内側(視力矯正レンズ50Rを基準として眼に近い側。以下、使用者の眼前という。)に配置した構成となっている。
投光ユニット20は、光源21、集光レンズ22、表示パネル23、筺体26等から構成される。
筺体26は、光源21、集光レンズ22、表示パネル23を覆い保持し、かつ、左右一対の鼻当て部31R(鼻当て部31Lは不図示)、視力矯正レンズ50R、左眼の視力矯正レンズ(不図示)、プリズム60を支持している。筺体26は、視力矯正レンズ50R、プリズム60を支持するための連結部26R、左眼の視力矯正レンズを支持するための連結部(不図示)を備える。
連結部26Rは、視力矯正レンズ50R、プリズム60の一端部を挟み込み、連結部26Rの一端から視力矯正レンズ50Rに設けられた取付孔51、プリズム60に設けられた取付孔64にボルト26aが嵌入される。ボルト26aは、結合部26Rの他端に螺合され、更にナット26bに螺合されている。左眼の視力矯正レンズを支持するための連結部は、実施の形態1の連結部25Lが左眼のプリズム10Lを支持する構成と略同様であるため、図示及び説明は省略する。
視力矯正レンズ50Rは、連結部26Rと連結されるための取付孔51が設けられている。
プリズム60は、平板状であり、第1プリズム11、ホログラム素子13、第3プリズム61から構成されている。プリズム60を成す第1プリズム11と第3プリズム61は、相補的な形状を有し、隙間なく、かつ表面が連続するように接合されている。
第1プリズム11、第3プリズム61は、同じ材料で作製されており、これら両者に屈折率の差はない。また、プリズム60は、連結部26Rと連結されるための取付孔64がそれぞれ設けられている。
プリズム60は、小型軽量化を図るために、ホログラム素子13の形状に応じた最も小型な形状であることが好ましい。本実施の形態2の映像表示装置を眼前に装着した使用者は、プリズム60、視力矯正レンズ60Rを通して外界と映像を観察することができる。
第3プリズム61と接合される第1プリズム11の部位形状は、実施の形態1と同様であるため、説明は省略する。
第1プリズム11、第3プリズム61、ホログラム素子13により透光性を有する接眼光学ユニットが構成される。
図4に、本実施の形態2における眼鏡レンズ投光ユニット20の一部断面図の他の例を示す。図4に示す本実施の形態2の映像表示装置の他の例の一部断面図は、右眼用の眼眼レンズとしての視力矯正レンズ50Rと接眼光ユニットとしてのプリズム60が別体として形成されており、プリズム60を視力矯正レンズ50Rの外側(視力矯正レンズ50Rを基準として眼から遠い側。以下、使用者の眼後という。)に配置した構成となる他は、図3に示す構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。
なお、本実施の形態2の映像表示装置は、右眼に映像を表示するように構成されているが、左眼に映像を表示するように構成されていてもよく、両眼に映像を表示するように構成されていてもよい。
このように、使用者が普段使用している眼鏡レンズを備えた眼鏡との組合せであっても、視力矯正をしつつ眼鏡の左右の重量バランスを向上させることができ、装着感が向上された映像表示装置を実現することができる。
[実施の形態3]
以下、図を参照して本発明の実施の形態3を詳細に説明する。
本実施の形態3の映像表示装置3は、投光ユニットと接眼光学ユニットが使用者の眼鏡に着脱可能な映像表示装置3である。実施の形態1又は2と同様の部分には同様の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図5に、本実施の形態3における映像表示装置3の斜視図を示す。
図5に示すように、映像表示装置3の眼鏡レンズとしての視力矯正レンズ50R、50Lは、係合部材としてのソケット部210により連結され、ソケット部210には、使用者の鼻に掛ける鼻当て部31R、31Lが取り付けられている。視力矯正レンズ50R、50Lの両端には、使用者の耳に掛けるテンプル部32R、32Lが延設されている。
ソケット部210は、視力矯正レンズ50R、50Lを支持するための連結部211R、211Lと、カバーユニット220及び投光ユニット230が着脱可能な楔状の凹型接合面212を有し、視力矯正レンズ50R、50Lの間に設けられている。
カバーユニット220は、ソケット部210の凹型接合面212と接合される楔状の凸型接合面222を備える。カバーユニット220は、投光ユニット230をソケット部210から取り外した場合、ソケット部210の凹型接合部212を覆うカバーである。これにより、投光ユニット230を装着しない場合であっても、通常の眼鏡としてデザイン的に違和感なく使用することができる。
投光ユニット230は、ソケット部210の凹型接合面212と接合される楔状の凸型接合面232を備える。投光ユニット230は、接眼光学系のプリズム60を支持している。また、投光ユニット230は、操作ユニット40からの電源供給及び信号供給用としてケーブル41が接続されている。投光ユニット230をソケット部210に装着させることにより、プリズム60が使用者の眼前に配される。
なお、本実施の形態では、ソケット部210に楔状の凹型接合面、カバーユニット220及び投光ユニット230に楔状の凸型接合面をそれぞれ備える構成としたが、ソケット部210を介してカバーユニット220及び投光ユニット230とが脱着可能に構成されれば、他の構成であってもよい。
図6に、本実施の形態3における視力矯正レンズ50Rとプリズム60と投光ユニット20の一部断面図を示す。
図6に示すように、ソケット部210とテンプル部32Rに支持された視力矯正レンズ50Rは、使用者の眼前に配置され、ソケット部210に装着されたプリズム60及び投光ユニット210に支持されているプリズム60は、視力矯正レンズ50Rの後方に配置された構成となっている。
投光ユニット20は、光源21、集光レンズ22、表示パネル23、筺体27等から構成され、ソケット部210と着脱可能な構成である。
筺体27は、光源21、集光レンズ22、表示パネル23を覆い保持し、かつ、プリズム60を支持している。筺体27は、プリズム60を支持するための連結部27Rと、筺体27の外周面に、ソケット部210の凹型接合面212と接合される凸型接合面232が形成されている。
連結部27Rは、プリズム60の一端部を挟み込み、連結部27Rの一端からプリズム60に設けられた取付孔64にボルト27aが嵌入される。ボルト27aは、連結部27Rの他端に螺合され、更にナット27bに螺合されている。
プリズム60は、第1プリズム11、第3プリズム61、ホログラム素子13から成る接眼光学ユニットであり、連結部27Rと連結されるための取付孔67が設けられている他は、実施の形態2と略同様な構成であるため、詳細な説明は省略する。
視力矯正レンズ50R、50Lは、ソケット部210の連結部211R、211Lとそれぞれ連結されるための取付孔51が設けられている。
ソケット部210の連結部211Rは、連結部27Rの一端から視力矯正レンズ50Rに設けられた取付孔51にネジ211aと螺合されている。視力矯正レンズ50Lを支持するための連結部211Lも同様の構成であるため、図示及び説明は省略する。
なお、視力矯正レンズ50Rを眼前に配置し、プリズム60をその後方に配置した構成に限らず、プリズム60を眼前に配置し、視力矯正レンズ50Rをその後方に配置してもよい。
なお、本実施の形態3の映像表示装置3は、右眼に映像を表示するように構成されているが、左眼に映像を表示するように構成されていてもよく、両眼に映像を表示するように構成されていてもよい。また、本発明では、視力矯正レンズの替わりに、同様形状で視力矯正機能の無い、無色又は着色した平板ガラスや平板樹脂(いわゆるダミーレンズ)を用いることもできる。
このように、ソケット部210を左右の視力矯正レンズの間に設け、ソケット部210を介して投光ユニット230及びカバーユニット220が着脱可能に設けられることによって、デザイン、眼鏡の左右の重量バランスを向上させることができ、装着感が向上された映像表示装置を実現することができる
また、本発明は、上記実施の形態の内容に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
本実施の形態1における映像表示装置1の斜視図を示す。 本実施の形態1におけるプリズム10Rと投光ユニット20の一部断面図を示す。 本実施の形態2における眼鏡レンズと投光ユニット20の一部断面図を示す。 本実施の形態2における眼鏡レンズ投光ユニット20の一部断面図の他の例を示す。 本実施の形態3における映像表示装置3の斜視図を示す。 本実施の形態3における視力矯正レンズ50Rとプリズム60と投光ユニット20の一部断面図を示す。
符号の説明
1、3 映像表示装置
10R、10L プリズム
11 第1プリズム
11a 表面
12 第2プリズム
13 ホログラム素子
20 投光ユニット
21 光源
22 集光レンズ
23 表示パネル
24、26 筺体
25a、26a、27a ボルト
25b、26b、27b ナット
25R、25L、26R、27R 連結部
31R、31L 鼻当て部
32R、32L テンプル部
40 操作ユニット
41 ケーブル
50R、50L 視力矯正レンズ
51、64 取付孔
61 第3プリズム
210 ソケット部
211R、211L 連結部
211a ネジ
212 凹型接合面
220 カバーユニット
222 凸型接合面
230 投光ユニット
232 凸型接合面
E 眼

Claims (8)

  1. 映像光を左右の眼を結ぶ方向に投射する投光ユニットと、
    前記投光ユニットに一体化され、左右の眼のいずれか一方若しくは両方に前記投光ユニットからの映像光を導く接眼光学ユニットと、を備え、
    前記投光ユニットは、眼鏡の左右の眼鏡レンズの間に位置して前記眼鏡に取り付けられること、
    を特徴とする映像表示装置。
  2. 請求項1に記載の映像表示装置において、
    前記接眼光学ユニットは、前記眼鏡レンズと一体に形成されていること、
    を特徴とする映像表示装置。
  3. 請求項1に記載の映像表示装置において、
    前記接眼光学ユニットは、前記眼鏡レンズと別体に形成されていること、
    を特徴とする映像表示装置。
  4. 請求項3に記載の映像表示装置において、
    前記接眼光学ユニットは、前記眼鏡レンズの内側に配置されていること、
    を特徴とする映像表示装置。
  5. 請求項3に記載の映像表示装置において、
    前記接眼光学ユニットは、前記眼鏡レンズの外側に配置されていること、
    を特徴とする映像表示装置。
  6. 請求項3から5のいずれか一項に記載の映像表示装置において、
    前記眼鏡における左右の眼鏡レンズの間に係合部材が設けられ、当該係合部材を介して前記投光ユニットが当該眼鏡に着脱可能に構成されていること、
    を特徴とする映像表示装置。
  7. 請求項6に記載の映像表示装置において、
    前記係合部材を介して前記眼鏡に着脱可能なカバーユニットを有すること、
    を特徴とする映像表示装置。
  8. 請求項1から7のいずれか一項に記載の映像表示装置において、
    前記接眼光学ユニットは、前記投光ユニットからの映像光を回折させて眼に導くプリズムを含み、前記プリズムは、ホログラムの反射膜を用いて形成されていること、
    を特徴とする映像表示装置。
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