JP5062432B2 - Head mounted display - Google Patents
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Description
本発明は、ユーザの頭部に装着して、映像を表示するヘッドマウントディスプレイに関する。 The present invention relates to a head mounted display that is mounted on a user's head and displays an image.
従来、映像を表示するシステムとして、メガネ形状をしたヘッドマウントディスプレイ(HMD)が提案されている。このようなヘッドマウントディスプレイにおいては、外部の状況によって視認性をあげる方法として、外部の明るさに応じて、映像の明るさ、コントラスト、色合い等を変化させる方法が提案されている。例えば、特許文献1(特開平7−92423号公報)には、2つの液晶ディスプレイを備えたヘッドマウントディスプレイが開示されている。
ところで、シースルー型のヘッドマウントディスプレイの場合、周りの視野を妨げることなく、映像(虚像)を観察することが可能であるため、周りに置いてあるモノと映像を重ね合わせて観察することが可能である。 By the way, in the case of a see-through type head mounted display, it is possible to observe an image (virtual image) without disturbing the surrounding visual field, so it is possible to superimpose objects and images placed around them. It is.
ところが、周りのモノがある面と映像が浮かび上がって見るピント位置がほぼ同じ位置の場合は両方を同時に視認することができるが、ピント位置がずれている場合は、目のピントを動かしながら観察しなければならない、という問題があった。 However, if the surrounding surface is in the same position as the image where the image is raised and the image is raised, you can see both at the same time, but if the focus position is shifted, observe while moving the focus of the eyes. There was a problem that had to be done.
また、映像のピント位置よりモノが手前にある場合は、モノの奥に映像が浮かび上がって見えるため観察しづらい、という問題もあった。 Also, when an object is in front of the focus position of the image, there is a problem that it is difficult to observe because the image appears to be deep in the object.
本発明は以上のような課題を解決するためのものであり、そのために、請求項1に係る発明は、映像光を生成する映像表示部と、前記映像表示部からの映像光を観察者の眼に導くホログラム部と、を有するヘッドマウントディスプレイであって、前記ホログラム部は異なる光学特性を有する複数種のホログラム素子から構成されると共に、それぞれのホログラム素子はホログラムとしての機能を有効化又は無効化することが可能なものが用いられ、前記ホログラム部は短冊状の複数種のホログラム素子が、平面内に並べられることにより構成されることを特徴とする。
The present invention is for solving the above-described problems, and for that purpose, the invention according to
また、請求項2に係る発明は、映像光を生成する映像表示部と、前記映像表示部からの映像光を観察者の眼に導くホログラム部と、を有するヘッドマウントディスプレイであって、前記ホログラム部は異なる光学特性を有する複数種のホログラム素子から構成されると共に、それぞれのホログラム素子はホログラムとしての機能を有効化又は無効化することが可能なものが用いられ、前記ホログラム部は円周状の複数種のホログラム素子が、平面内に並べられることにより構成されることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is a head-mounted display comprising: a video display unit that generates video light; and a hologram unit that guides the video light from the video display unit to the eyes of an observer. parts are together constituted by a plurality of types of hologram elements having different optical properties, each hologram element is capable ones used et been possible to enable or disable the function as a hologram, the hologram unit is circumferential A plurality of types of hologram elements are configured by being arranged in a plane .
また、請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記ホログラム部の傾斜角を取得する傾斜センサを有し、前記傾斜センサで取得される傾斜角に応じて、複数種のホログラム素子うちのどのホログラム素子のホログラム機能を有効化又は無効化するかを決定することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the head-mounted display according to the first or second aspect, the head mounted display includes a tilt sensor that acquires the tilt angle of the hologram unit, and the tilt angle acquired by the tilt sensor is adjusted. Accordingly, it is characterized by determining which hologram element of the plurality of types of hologram elements is to be validated or invalidated.
また、請求項4に係る発明は、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記ホログラム素子がホログラフィック高分子分散液晶であることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the head mounted display according to any one of the first to third aspects, the hologram element is a holographic polymer dispersed liquid crystal.
本発明の実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイによれば、複数のホログラム素子によって、複数のピント位置を有する虚像を再現することができるので、複数の周囲のモノ(実像)のピント位置と、ヘッドマウントディスプレイによる虚像のピント位置とを合わせ込むことが可能となり、ユーザの利便性を向上することが可能となる。 According to the head mounted display according to the embodiment of the present invention, since a virtual image having a plurality of focus positions can be reproduced by a plurality of hologram elements, a plurality of surrounding mono (real image) focus positions and a head It becomes possible to match the focus position of the virtual image by the mount display, and it is possible to improve user convenience.
また、本発明の実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイによれば、虚像のピント位置を変更することで、モノの奥に虚像が浮かび上がって見えるため観察しづらい、という問題を解消することができる。 In addition, according to the head mounted display according to the embodiment of the present invention, it is possible to solve the problem that it is difficult to observe because the virtual image appears in the back of the object by changing the focus position of the virtual image. .
また、本発明の請求項2に係るヘッドマウントディスプレイによれば、複数のホログラム素子を積層する構成としているので、ホログラム部で映像光を回折するとき光量ロスが少ない。 Further, according to the head mounted display according to claim 2 of the present invention, since a plurality of hologram elements are stacked, there is little light loss when diffracting image light in the hologram portion.
また、本発明の請求項3に係るヘッドマウントディスプレイによれば、ホログラム部において、複数のホログラム素子が平面内に並べられる構成となっており、ホログラム素子を1枚製造するのみで足りるので、コストダウンを図ることが可能となる。 According to the head mounted display of the third aspect of the present invention, the hologram unit has a configuration in which a plurality of hologram elements are arranged in a plane, and only one hologram element needs to be manufactured. It is possible to go down.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイの外観視を示す図である。図1において、10は回路部、11はメインスイッチ、12はピント位置切替スイッチ、13はケーブル、20は映像表示部、40は透明基材、50はホログラム部、100はヘッドマウントディスプレイをそれぞれ示している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an external view of a head mounted display according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 10 is a circuit unit, 11 is a main switch, 12 is a focus position change switch, 13 is a cable, 20 is a video display unit, 40 is a transparent substrate, 50 is a hologram unit, and 100 is a head-mounted display. ing.
ヘッドマウントディスプレイ100はメガネ状の本体部分と、この本体部分とケーブル13によって接続される回路部10とから構成されている。ヘッドマウントディスプレイ100は、本体部分を通常のメガネのようにユーザが装着することによって使用されるものである。ヘッドマウントディスプレイ100の本体部分において、通常のメガネの右レンズに相当する箇所は、図示するように、ホログラム部50が埋め込まれた透明基材40が配されるようになっている。ホログラム部50はコンバイナとして機能することで、ユーザは周囲の実像と、映像表示部20で生成された映像光による虚像とを見ることが可能となる。
The head mounted
ホログラム部50は、映像表示部20で生成された映像光を、ヘッドマウントディスプレイ100のユーザの眼に導く役割を果たしている。また、このホログラム部50は複数のホログラム素子から構成されている。ホログラム部50のホログラム素子には、ホログラムとしての機能を有効化或いは無効化することが可能なもの―例えば、ホログラフィック高分子分散液晶―が用いられる。なお、本発明のヘッドマウントディスプレイにおいては、複数のホログラム素子を利用することができるものであるが、本実施形態においては、2つのホログラム素子から構成されるホログラム部50を例に説明する。
The
回路部10には、ヘッドマウントディスプレイとしての機能のオンオフを行うことができるメインスイッチ11と、ヘッドマウントディスプレイのユーザが見る虚像のピント位置の切替を行うピント位置切替スイッチ12と、映像表示部20で生成する映像光の映像データ源や、或いは前記映像光のための映像データの受信装置などが設けられている。
The
次に、映像表示部20とユーザの眼Eとの間に構成される光学系について説明する。図2は本発明の実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイの光学系の概略を示す図である。図2において、21はLED光源、22は液晶ディスプレイ、51、52はホログラム素子をそれぞれ示している。
Next, an optical system configured between the
回路部10から送信される映像データは、液晶ディスプレイ22によって映像化され、LED光源21により照射されることで映像光となる。この映像光は、ホログラム部50によってユーザの眼Eに導かれる。ここで、ホログラム部50はホログラム素子51、52の2つのホログラフィック高分子分散液晶によって構成されている。
The video data transmitted from the
ホログラム素子51と、ホログラム素子52とは異なる光学特性(図3において示す配向角φ、ピッチpが異なる)を有するものであり、ホログラム素子51がホログラムとしての機能が有効化されているときには、ホログラム素子52がホログラムとしての機能が無効化される。また、ホログラム素子51がホログラムとしての機能が無効化されているときには、ホログラム素子52がホログラムとしての機能が有効化される。これによって、ホログラム部50は2つの異なる光学特性を示すものとなる。
The
ヘッドマウントディスプレイのホログラム部50で用いられるホログラフィック高分子分散液晶について説明する。図3及び図4は本発明のヘッドマウントディスプレイのホログラム素子として用いられるホログラフィック高分子分散液晶の原理を模式的に示す図である。図3はホログラフィック高分子分散液晶に電圧が印加されていない状態を、また図4は電圧が印加されている状態を示している。
The holographic polymer dispersed liquid crystal used in the
図3及び図4に示されているように、ホログラフィック高分子分散液晶は、硬化性樹脂64中に液晶分子63が収容されたドロップレット62が配向された状態で配された構造を有している。この構造の両端を、図示するように透明電極60、60’、ガラス基板61、61’で挟持するようになし、透明電極60、60’に所定の電圧を印加したり、しなかったりすることによって液晶分子63の状態を配向、非配向とする。
As shown in FIGS. 3 and 4, the holographic polymer-dispersed liquid crystal has a structure in which
図3は透明電極60、60’に電圧を印加しない状態を示しており、このとき通常のホログラムとして回折された光が観察できる。また、図4は透明電極60、60’に電圧を印加した状態を示しており、このときホログラムの機能が失われ、光がそのまま透過する。
FIG. 3 shows a state in which no voltage is applied to the
次に、ホログラフィック高分子分散液晶で構成されるホログラム素子51、ホログラム素子52との電圧の印加関係について説明する。図5は本発明のヘッドマウントディスプレイのホログラム部周辺の回路図を示す図である。なお、図5のホログラム素子51、ホログラム素子52には電極のみが示されている。また、同回路図はホログラム素子のオンオフのみに係る回路を示すものであり、回路部10全体の回路を示すものではない。
Next, a voltage application relationship between the
図5の回路図に示すように、ピント位置切替スイッチ12が(A)側となることで、ホログラム部50において、ホログラム素子51がオフ(ホログラムとしての機能が有効)、ホログラム素子52がオン(ホログラムとしての機能が無効)となる。また、ピント位置切替スイッチ12が(B)側となることで、ホログラム部50において、ホログラム素子51がオン(ホログラムとしての機能が無効)、ホログラム素子52がオフ(ホログラムとしての機能が有効)となる。
As shown in the circuit diagram of FIG. 5, when the focus position change-over
以上のようなホログラム部50の動作に伴う、ユーザの眼Eの視覚の様子を説明する。図6は本発明のヘッドマウントディスプレイのホログラム部による視覚効果を示す図である。
A visual state of the user's eye E accompanying the operation of the
図6(A)はホログラム素子51が有効であり、ホログラム素子52が無効な状態を示しており、このときホログラム素子51の光学特性によって、ユーザは虚像のピント位置がAであると感じる効果を有するものである。
FIG. 6A shows a state in which the
また、図6(B)はホログラム素子51が無効であり、ホログラム素子52が有効な状態を示しており、このときホログラム素子52の光学特性によって、ユーザは虚像のピント位置がAとは異なるBであると感じる効果を有するものである。
FIG. 6B shows a state in which the
以上のような構成によれば、複数のホログラム素子51、52によって、複数のピント位置(A、B)を有する虚像を再現することができるので、複数の周囲のモノ(実像)のピント位置と、ヘッドマウントディスプレイによる虚像のピント位置とを合わせ込むことが可能となり、ユーザの利便性を向上することが可能となる。
According to the configuration as described above, a virtual image having a plurality of focus positions (A, B) can be reproduced by the plurality of
また、上記のようなヘッドマウントディスプレイの構成によれば、虚像のピント位置を変更することで、モノの奥に虚像が浮かび上がって見えるため観察しづらい、という問題を解消することができる。 Further, according to the configuration of the head mounted display as described above, it is possible to solve the problem that it is difficult to observe the virtual image by changing the focus position of the virtual image because the virtual image appears to appear in the back of the object.
また、以上のような本実施形態では、ホログラム部50において、複数のホログラム素子51、52を積層する構成としているので、ホログラム部50で映像光を回折するとき光量ロスが少ない、という利点がある。
Further, in the present embodiment as described above, since the
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図7は本発明の他の実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイのホログラム部50の構成を示す図である。先の実施形態では、ホログラム部50における複数のホログラム素子51、52は積層されるようにして構成されていたが、本実施形態では、ホログラム素子51、52が平面内に並べられるようにして構成される。このようなホログラム部50の構成によって、ホログラム素子51、52の有効、無効を先の実施形態と同様に切り替えることによって、複数のピント位置(A、B)を有する虚像を再現することができる。
Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a
また、図8は本発明の他の実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイのホログラム部50の構成を示す図である。この実施形態は、円周上に複数のホログラム素子51、52を配置したものである。このような実施形態によっても、先の実施形態と同様の効果を得ることができる。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a
図7及び図8に示す実施形態では、ホログラム部50において、複数のホログラム素子51、52が平面内に並べられる構成となっており、ホログラム素子を1枚製造するのみで足りるので、先の積層タイプに比べて、コストダウンを図ることが可能となる。
In the embodiment shown in FIGS. 7 and 8, the
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図9は本発明の他の実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイの外観視を示す図である。本実施形態におけるホログラム部50としては、これまで説明してきた任意のものを用いることができる。また、先の実施形態と同じ参照番号が付された構成は、同様のものを示している。
Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a diagram showing an external view of a head mounted display according to another embodiment of the present invention. As the
本実施形態においては、メガネ状の本体部に傾斜センサ30が設けられており、この本体部(すなわち、ホログラム部50)の傾斜に係る情報を取得することができるようになっている。ここで、傾斜センサ30が取得する傾斜角としては、図9の鉛直線V−V’に対するユーザの視線方向A−A’のなす角θとすることができる。
In the present embodiment, the
次に、本発明の他の実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ100’におけるホ
ログラム部50の動作について説明する。この実施形態においても、ホログラム部50のホログラム素子51及びホログラム素子52のホログラム機能の有効化、無効化を行うものであるが、本実施形態では、傾斜センサ30で取得される傾斜角に応じて、ホログラム素子51、52うちのどのホログラム素子のホログラム機能を有効化又は無効化するかを決定するものである。
Next, the operation of the
図10は本発明の他の実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイのブロック構成を示す図である。図10に示すブロック図においては、ホログラム部50を動作させるための構成が示されるものであって、映像表示部20を動作させるための構成などは図示省略されている。
FIG. 10 is a diagram showing a block configuration of a head mounted display according to another embodiment of the present invention. In the block diagram shown in FIG. 10, a configuration for operating the
本実施形態においては、ホログラム部50のホログラム素子51、52は、主制御部15によって、そのオンオフが制御されるようになっている。主制御部15は、CPUとCPU上で動作するプログラムを保持するROM、CPUのワークエリアとして機能するRAM、他の機器と接続するためのインターフェイス手段などからなる汎用の情報処理機構である。また、傾斜センサ30は、取得した傾斜角に係るデータを主制御部15に入力するように構成されている。
In the present embodiment, the
次に、以上のように構成されるヘッドマウントディスプレイ100’のホログラム部50の制御処理について説明する。図11は本発明の他の実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイのホログラム部の制御処理のフローチャートを示す図である。
Next, the control process of the
図11において、ステップS100で、ホログラム部50の制御処理が開始されると、続いて、ステップS101に進み、傾斜センサ30によって、ヘッドマウントディスプレイ100’の本体部の傾斜角θが取得される。
In FIG. 11, when the control process of the
ステップS102では、取得された傾斜角θが所定の傾斜角θoより小さいか否かが判定される。ステップS102の判定結果がYESであるときにはステップS103に進み、ステップS102の判定結果がNOであるときにはステップS105に進む。 In step S102, it is determined whether or not the acquired inclination angle θ is smaller than a predetermined inclination angle θo. When the determination result of step S102 is YES, the process proceeds to step S103, and when the determination result of step S102 is NO, the process proceeds to step S105.
ステップS103では、ホログラム部50において、ホログラム素子51のホログラム機能を有効化し、ホログラム素子52のホログラム機能を無効化し、虚像のピント位置がAとなるようにする。
In step S103, in the
また、S105では、ホログラム部50において、ホログラム素子51のホログラム機能を無効化し、ホログラム素子52のホログラム機能を有効化し、虚像のピント位置がBとなるようにする。
In S105, in the
ステップS104では、メインスイッチ11がオフされた否かが判定される。ステップS104の判定結果がNOであるときにはステップS101に戻る。また、判定結果がYESであるときにはステップS106に進み、ホログラム部50の制御処理を終了する。
In step S104, it is determined whether or not the
次に、以上のように制御されるホログラム部50を有するヘッドマウントディスプレイ100’の実使用例につき説明する。図12は本発明の他の実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ100’の使用形態を説明する図である。図12は本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ100’を装着したユーザが、机上の書類と、黒板とを交互に参照しつつ、ヘッドマウントディスプレイ100’の虚像の映像表示も参照する様子を示している。
Next, an actual usage example of the head mounted
ヘッドマウントディスプレイ100’を装着したユーザが、机上の書類を参照している
ときには、ユーザは下を向く。このとき傾斜センサ30によって取得される傾斜角θは、θoより小さいものとなるように、所定の傾斜角θoが設定されており、従って、先のフローチャートにおけるステップS103によってホログラム部50の制御がなされるようになっている。すなわち、ユーザが机上の書類を参照するときには、机上の書類近辺をピント位置(A)とする虚像が再現される。この状態を示すものが、図12(A)である。
When the user wearing the head-mounted
また、ヘッドマウントディスプレイ100’を装着したユーザが、黒板を参照するために正面を向くような場合には、傾斜角θがθo以上となるように、所定の傾斜角θoが設定される。すなわち、ユーザが黒板を参照するときには、机上の書類近辺をピント位置(B)とする虚像が再現される。この状態を示すものが、図12(B)である。 Further, when the user wearing the head-mounted display 100 'turns to the front to refer to the blackboard, the predetermined inclination angle θo is set so that the inclination angle θ is equal to or greater than θo. That is, when the user refers to the blackboard, a virtual image having a focus position (B) near the document on the desk is reproduced. FIG. 12B shows this state.
ヘッドマウントディスプレイ100’のような形態によれば、ユーザが机上の書類を参照するときには、机上の書類近辺をピント位置(A)とする虚像が再現され、また、ユーザが黒板を参照するときには、黒板近辺をピント位置(B)とする虚像が再現されるように構成される。つまり、複数の周囲のモノ(実像)のピント位置と、ヘッドマウントディスプレイ100’による虚像のピント位置とが必要に応じて自動的に合うようになるので、ユーザは実像と虚像とを、眼のピント調整をすることなく、同時に見ることが可能となる。
According to a form such as the head-mounted
以上、本発明の実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイによれば、複数のホログラム素子によって、複数のピント位置を有する虚像を再現することができるので、複数の周囲のモノ(実像)のピント位置と、ヘッドマウントディスプレイによる虚像のピント位置とを合わせ込むことが可能となり、ユーザの利便性を向上することが可能となる。 As described above, according to the head mounted display according to the embodiment of the present invention, a virtual image having a plurality of focus positions can be reproduced by a plurality of hologram elements, and thus a plurality of surrounding mono (real images) focus positions and It becomes possible to match the focus position of the virtual image by the head mounted display, and it is possible to improve the convenience for the user.
また、本発明の実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイによれば、虚像のピント位置を変更することで、モノの奥に虚像が浮かび上がって見えるため観察しづらい、という問題を解消することができる。 In addition, according to the head mounted display according to the embodiment of the present invention, it is possible to solve the problem that it is difficult to observe because the virtual image appears in the back of the object by changing the focus position of the virtual image. .
10・・・回路部、11・・・メインスイッチ、12・・・ピント位置切替スイッチ、13・・・ケーブル、15・・・主制御部、20・・・映像表示部、21・・・LED光源、22・・・液晶ディスプレイ、30・・・傾斜センサ、40・・・透明基材、50・・・ホログラム部、51、52・・・ホログラム素子、60、60’・・・透明電極、61、61’・・・ガラス基板、62・・・ドロップレット、63・・・液晶分子、64・・・硬化性樹脂、100、100’・・・ヘッドマウントディスプレイ、
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記映像表示部からの映像光を観察者の眼に導くホログラム部と、を有するヘッドマウントディスプレイであって、
前記ホログラム部は異なる光学特性を有する複数種のホログラム素子から構成されると共に、それぞれのホログラム素子はホログラムとしての機能を有効化又は無効化することが可能なものが用いられ、
前記ホログラム部は短冊状の複数種のホログラム素子が、平面内に並べられることにより構成されることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 An image display unit for generating image light;
A head mounted display having a hologram part for guiding the image light from the image display part to the eyes of an observer,
Wherein with the hologram unit consists of a plurality of types of hologram elements having different optical properties, each hologram element is capable ones used et been possible to enable or disable the function of the hologram,
The hologram section is constituted by arranging a plurality of kinds of strip-shaped hologram elements in a plane .
前記映像表示部からの映像光を観察者の眼に導くホログラム部と、を有するヘッドマウントディスプレイであって、
前記ホログラム部は異なる光学特性を有する複数種のホログラム素子から構成されると共に、それぞれのホログラム素子はホログラムとしての機能を有効化又は無効化することが可能なものが用いられ、
前記ホログラム部は円周状の複数種のホログラム素子が、平面内に並べられることにより構成されることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 An image display unit for generating image light;
A head mounted display having a hologram part for guiding the image light from the image display part to the eyes of an observer,
Wherein with the hologram unit consists of a plurality of types of hologram elements having different optical properties, each hologram element is capable ones used et been possible to enable or disable the function of the hologram,
2. The head mounted display according to claim 1, wherein the hologram unit is configured by arranging a plurality of kinds of circumferential hologram elements in a plane .
前記傾斜センサで取得される傾斜角に応じて、複数種のホログラム素子うちのどのホログラム素子のホログラム機能を有効化又は無効化するかを決定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のヘッドマウントディスプレイ。 An inclination sensor for acquiring an inclination angle of the hologram portion;
3. The hologram element of which hologram element of a plurality of types of hologram elements is to be validated or invalidated according to an inclination angle acquired by the inclination sensor. The described head mounted display.
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