JP4929725B2 - ヘルメットマウントディスプレイ - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、航空機やヘリコプタのパイロットや搭乗員、バーチャルリアリティの体験者等が頭部に装着し、眼前に置かれたバイザに必要な画像情報を投影するようにしたヘルメット型の頭部装着型表示装置（ヘルメットマウントディスプレイ）に関する。
従来、例えば救難飛行艇による救難活動において、発見した救難目標を見失うことのないように、搭乗員の頭部に装着される頭部装着型表示装置により表示される照準画像と救難目標とが対応したとき救難目標の位置をロックオンし、以後は演算により救難目標の位置を容易に追尾できるようにすることが行われている。このような頭部装着型表示装置のひとつに、眼前を覆うバイザ付きのヘルメットを用いて、そのバイザに照準画像等の画像情報を投影するようにしたヘルメットマウントディスプレイがある（特許文献１、２参照）。
特開２０００−１３７１９０号公報
特開平１０−２４０１５６号公報
ヘルメットマウントディスプレイでは、眼前のバイザに画像情報を表示するためにＣＲＴや液晶ディスプレイ等の画像表示装置を搭載している。画像表示装置から出射される出射光（画像情報）をバイザ前方に収差を小さくしつつ結像するための複数のレンズと、限られた空間内に複数のレンズを取り付ける光路を確保したり光路方向を変更したりするミラーを用いた光学系により出射光（画像情報）をバイザに導いている。
従来、レンズを通過した出射光（画像情報）を反射し最後にバイザ方向に向けるミラー（複数のミラーを用いる場合は最もバイザに近い位置のミラー）には、シリンドリカルミラー(円筒状ミラー）を用いている。
また、画像表示装置から出射した出射光を少なくとも４つのトーリックレンズ（円環状レンズ）を用いて、収差を低減した画像情報をバイザ前方に結像するようにしている。
また、画像表示装置から出射した出射光を少なくとも４つのトーリックレンズ（円環状レンズ）を用いて、収差を低減した画像情報をバイザ前方に結像するようにしている。
しかしながら、上述したシリンドリカルミラーは、バイザ前方に形成する像を拡げるために曲率半径が５００ｍｍより大きなものを用いる必要があり、その製作が困難であるとともに、ミラーが高価となっていた。また、シリンドリカルミラーを取り付ける際に焦点合わせが必要となり、位置ずれや回転ずれがないように取付調整をする必要があった。
そこで、本発明は、位置ずれや回転ずれがあっても光学性能に影響がなく、また、できるだけ光学系を安価に製作できるヘルメットマウントディスプレイを提供することを目的とする。
上記課題を解決するためになされた本発明のヘルメットマウントディスプレイは、使用者の頭部に装着されるヘルメットと、ヘルメットに固定され画像情報となる光を出射する画像表示装置と、使用者の眼前に配置される曲面からなるバイザと、画像表示装置からの出射光をバイザ前方に結像する光学系とを備えたヘルメットマウントディスプレイであって、前記光学系は複数の光学素子からなり、前記光学素子のひとつとして平面ミラーを最後に出射光をバイザに向けるミラーとして用いるとともに、当該平面ミラーの直前にシリンドリカルレンズと、トーリックミラーとがこの順で配置されるようにしている。
すなわち、この発明によれば、従来、最後に出射光をバイザに向けるミラーにはシリンドリカルミラーを用いていたが、出射光をバイザに向けるミラーの前段に配置される複数の光学素子について、焦点距離等の光学定数を調整することにより、シリンドリカルミラーに代えて平面ミラーを用いるようにする。
すなわち、この発明によれば、従来、最後に出射光をバイザに向けるミラーにはシリンドリカルミラーを用いていたが、出射光をバイザに向けるミラーの前段に配置される複数の光学素子について、焦点距離等の光学定数を調整することにより、シリンドリカルミラーに代えて平面ミラーを用いるようにする。
これにより、取り付けの際に光軸に対する角度さえ調整すれば同一平面内において多少の位置ずれや回転ずれがあっても光学性能に与える影響がないので、取り付けの際の位置調整が容易になる。さらに、調整が容易になり、その結果調整コストも低減することができる。
また、本発明によれば、使用するミラーをシリンドリカルミラーから平面ミラーに切り替えたので、位置ずれや回転ずれがあっても光学性能への影響が小さい。
また、できるだけ安価に製作できるヘルメットマウントディスプレイを提供することができる。
また、本発明によれば、使用するミラーをシリンドリカルミラーから平面ミラーに切り替えたので、位置ずれや回転ずれがあっても光学性能への影響が小さい。
また、できるだけ安価に製作できるヘルメットマウントディスプレイを提供することができる。
さらに、平面ミラーの直前にシリンドリカルレンズと、トーリックミラーとがこの順で配置されるようにしている。
以下において、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態であるヘルメットマウントディスプレイの構成図、図２はその(右眼用)光学系を左から見た図、図３はその（右眼用）光学系を上から見た図である。
このヘルメットマウントディスプレイ１は、ヘルメット１０と、使用者がヘルメット１０を装着した状態で使用者の眼Ａの前方に配置されるバイザ１２と、複数の光学素子１３〜２１からなる光学系３０と、画像表示装置２２とから構成される。
図１は、本発明の一実施形態であるヘルメットマウントディスプレイの構成図、図２はその(右眼用)光学系を左から見た図、図３はその（右眼用）光学系を上から見た図である。
このヘルメットマウントディスプレイ１は、ヘルメット１０と、使用者がヘルメット１０を装着した状態で使用者の眼Ａの前方に配置されるバイザ１２と、複数の光学素子１３〜２１からなる光学系３０と、画像表示装置２２とから構成される。
ヘルメット１０は、頭部に装着できるものであればその形状はどのようなものでもよいが、ヘルメット内側に頭部以外に光学系３０を固定するためのスペースが設けてある。
バイザ１２は、ヘルメット１０に対して上下方向にスライドできるように取り付けてあり、使用者がヘルメットを装着した状態で上方から下方にスライドして眼前に移動するようにしてある。バイザ１２は、可視光を透過するとともに画像表示装置２２からの出射光（画像情報）の虚像が形成できるように半透明にしてある。例えばバイザ１２を透明樹脂で形成するとともにバイザ１２の表面に反射用の薄膜を形成することにより半透明化してある。
バイザ１２は、ヘルメット１０に対して上下方向にスライドできるように取り付けてあり、使用者がヘルメットを装着した状態で上方から下方にスライドして眼前に移動するようにしてある。バイザ１２は、可視光を透過するとともに画像表示装置２２からの出射光（画像情報）の虚像が形成できるように半透明にしてある。例えばバイザ１２を透明樹脂で形成するとともにバイザ１２の表面に反射用の薄膜を形成することにより半透明化してある。
画像表示装置２２には、ＣＲＴや液晶表示装置、あるいは有機ＥＬ素子を用いた画像表示装置を用いている。有機ＥＬ素子の場合は４８０ｎｍ〜５６０ｎｍの波長光を発光して画像情報を出射する。
光学系３０は、９個の光学素子１３〜２１からなる。これら光学素子はバイザ１２に近い側から平面ミラー１３、シリンドリカルレンズ１４、トーリックミラー１５、球面レンズ１６、球面レンズ１７、トーリックレンズ１８、トーリックレンズ１９、シリンドリカルレンズ２０、シリンドリカルレンズ２１により構成してある。
光学系３０は、９個の光学素子１３〜２１からなる。これら光学素子はバイザ１２に近い側から平面ミラー１３、シリンドリカルレンズ１４、トーリックミラー１５、球面レンズ１６、球面レンズ１７、トーリックレンズ１８、トーリックレンズ１９、シリンドリカルレンズ２０、シリンドリカルレンズ２１により構成してある。
バイザ１２側に最も近い側に配置される平面ミラー１３は、５０ｍｍより大きなミラーを用いてあり、シリンドリカルレンズ１４よりも画像表示装置側にあるレンズやミラーによって光路が形成された出射光を反射してバイザ１２に向け、バイザ１２の前方に虚像を結像するように調整してある。このように、平面ミラー１３を使用したことにより、その位置が同一平面上で位置ずれや回転ずれを起こしても、焦点位置がずれないので影響が生じない。
シリンドリカルレンズ１４は、平面ミラー１３とトーリックミラー１５との間に置かれ、焦点の位置を定める。トーリックミラー１５は画像表示装置１２からの出射光を反射して平面ミラー１３の方向に導く。
球面レンズ１６、１７、トーリックレンズ１８、１９、シリンドリカルレンズ２０、２１は、画像表示装置２２からの出射光について、収差が生じないようにしてバイザに結像するための光路を形成する。それぞれのレンズの曲率半径は、予め、ヘルメット内でこれら光学素子を配置するスペースに合わせて、試行錯誤により、光学素子を適当に配置した初期設定を行い、コンピュータを用いた周知の幾何光学の数値計算により局率半径や位置の最適化を図ることにより行なう。
従来、シリンドリカルレンズ２０、２１の位置にはトーリックレンズを用いて設計上の収差を低減するように補正していたが、これをシリンドリカルレンズに代えて、製造上の収差を低減するようにしている。
従来、シリンドリカルレンズ２０、２１の位置にはトーリックレンズを用いて設計上の収差を低減するように補正していたが、これをシリンドリカルレンズに代えて、製造上の収差を低減するようにしている。
本発明は、小型軽量のヘルメットマウントディスプレイの製造に利用することができる。
Ａ： 瞳
１： ヘルメットマウントディスプレイ
１０： ヘルメット
１２： バイザ
１３： 平面ミラー
１４： シリンドリカルレンズ
１５： トーリックミラー
１６： 球面レンズ
１７： 球面レンズ
１８： トーリックレンズ
１９： トーリックレンズ
２０： シリンドリカルレンズ
２１： シリンドリカルレンズ
２２： 画像表示装置
３０： 光学系
１： ヘルメットマウントディスプレイ
１０： ヘルメット
１２： バイザ
１３： 平面ミラー
１４： シリンドリカルレンズ
１５： トーリックミラー
１６： 球面レンズ
１７： 球面レンズ
１８： トーリックレンズ
１９： トーリックレンズ
２０： シリンドリカルレンズ
２１： シリンドリカルレンズ
２２： 画像表示装置
３０： 光学系
Claims (1)
- 使用者の頭部に装着されるヘルメットと、ヘルメットに固定され画像情報となる光を出射する画像表示装置と、使用者の眼前に配置される曲面からなるバイザと、画像表示装置からの出射光をバイザ前方に結像する光学系とを備えたヘルメットマウントディスプレイであって、
前記光学系は複数の光学素子からなり、
前記光学素子のひとつとして平面ミラーを最後に出射光をバイザに向けるミラーとして用いるとともに、当該平面ミラーの直前にシリンドリカルレンズとトーリックミラーとがこの順で配置されるようにすることを特徴とするヘルメットマウントディスプレイ。
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP2006010728A JP4929725B2 (ja) | 2006-01-19 | 2006-01-19 | ヘルメットマウントディスプレイ |
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