JP5151359B2

JP5151359B2 - 頭部装着型画像取得装置及びそれを用いた頭部装着型表示装置

Info

Publication number: JP5151359B2
Application number: JP2007252041A
Authority: JP
Inventors: 直浩神谷
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2027-09-27
Also published as: JP2009086007A

Description

本発明は、画像を取得する頭部装着型画像取得装置及びそれを用いた頭部装着型表示装置に関し、特に、ヘリコプタや航空機のパイロット、訓練用シミュレータの使用者に、取得した画像を提供する頭部装着型表示装置に関する。

装着者の頭部に装着される形態の画像取得装置がある。頭部装着型画像取得装置では、視界と同様の画像を取得することで、取得した画像を見やすくする等の処理を実行して装着者の頭部に装着された表示装置に表示して頭部装着型表示装置として用いたり、取得した画像を記録したり、取得した画像を外部に設置された表示装置に表示して他人と画像を共有したりすることが行われている。特に、画像取得手段として、赤外線カメラ装置や、光電子増倍管（イメージインテンシファイア）を用いた暗視カメラ装置等は、現実の輝度レベルでは眼で認識できない条件下でも、外界からの画像を取得することができるため、取得した画像を装着者に視認可能とする等の処理を実行することができる。したがって、航空機内や、警備や防犯・防衛等の目的をもつ特殊な用途では有効である。

そこで、イメージインテンシファイアを用いた「ＮＶＧ（Night Vision Goggle）」と呼ばれる暗視機能を備えた頭部装着型表示装置が航空機等の分野で既に使用されている。これにより、ＮＶＧを装着した装着者は、夜間等の環境下でも外界を視認できる。
ＮＶＧは、一般的に単眼鏡や双眼鏡に類似の外観を呈し、装着者の眼前に配置して使用されるものであり、そのＮＶＧの内部構造は、対物レンズとイメージインテンシファイアと接眼レンズとがこの順に並んだ３段構成となっている。このようなＮＶＧでは、まず、対物レンズによって外界の微弱光の光学像を得る。次に、得られた微弱光の光学像は、次段のイメージインテンシファイアの入力面に結像され、さらにイメージインテンシファイアの内部で一旦光電変換されて電子像となり、そして電子は加速電圧を受けて電子増倍され、それが蛍光面に衝突することで、増強された光学像としてイメージインテンシファイアの出力面に再現される。最後に、装着者は、接眼レンズを通してイメージインテンシファイアの出力面を視認することになる。
また、ＮＶＧの対物レンズのさらに前段に、シンボル表示光を導入する光学装置を取り付けることによって、イメージインテンシファイアの出力面に表示された光学像（画像）にシンボル情報を重畳するものも実用化されている。

一方、近年、装着者が頭部に装着して装着者に対して画像を表示することができるＨＭＤ（Helmet- ないしHead-Mounted Display）が開発されて普及の途上にある（例えば、特許文献１参照）。このようなＨＭＤには、各種の形式があるが、代表的なものは、小型のＣＲＴやＬＣＤ等（以下、「表示素子」ともいう）をヘルメットに配置し、表示素子からの画像表示光を光学系を介してヘルメットのバイザ又はコンバイナに投射することで、無限遠表示として虚像を装着者に視認させている。これにより、表示素子に各種の情報を表示すれば、装着者はバイザ又はコンバイナを通して外界に重畳した形で表示素子上の情報を視認することができる。

そして、装着者がＨＭＤにより夜間等の環境下でも外界を視認できるようにするためには、イメージインテンシファイアを用いた暗視カメラ装置をＨＭＤのヘルメットに配置することにより、暗視カメラ装置で取得した外界からの画像を表示素子に表示させることになる。
図５は、暗視カメラ装置を備えたＨＭＤの概略構成の一例を示す図であり、図６は、図５に示すＨＭＤの正面図である。ＨＭＤ５０は、半球形状のヘルメット２０と、左眼用画像を取得する左眼用暗視カメラ装置２Ｌと、右眼用画像を取得する右眼用暗視カメラ装置２Ｒと、左眼用表示光を出射する左眼用ＬＣＤ１１Ｌと、右眼用表示光を出射する右眼用ＬＣＤ１１Ｒと、左眼用光学ユニット２１Ｌと、右眼用光学ユニット２１Ｒと、左眼用暗視カメラ装置２Ｌから左眼用画像信号及び右眼用暗視カメラ装置２Ｒから右眼用画像信号が入力され、かつ、左眼用ＬＣＤ１１Ｌ及び右眼用ＬＣＤ１１Ｒに左眼用画像信号及び右眼用画像信号を出力する画像信号処理部４０とを備える。

左眼用暗視カメラ装置２Ｌは、ヘルメット２０の左側面に配置されるとともに、右眼用暗視カメラ装置２Ｒは、ヘルメット２０の右側面に配置される。そして、左眼用暗視カメラ装置２Ｌ及び右眼用暗視カメラ装置２Ｒは、各撮影方向が前方方向となるように設置されている。
また、左眼用ＬＣＤ１１Ｌは、ヘルメット２０の左上方に配置されるとともに、右眼用ＬＣＤ１１Ｒは、ヘルメット２０の右上方に配置される。そして、左眼用ＬＣＤ１１Ｌ及び右眼用ＬＣＤ１１Ｒは、各出射方向が左眼用光学ユニット２１Ｌ及び右眼用光学ユニット２１Ｒに向かうように下方方向を向いて設置されている。
そして、左眼用光学ユニット２１Ｌは、遠方表示を行う左眼用レンズ群１２Ｌと、装着者Ｐの左眼ＥＬの前方に配置される半透明な平板形状のコンバイナ１９Ｌとを有する。また、右眼用光学ユニット２１Ｒは、遠方表示を行う右眼用レンズ群１２Ｒと、装着者Ｐの右眼ＥＲの前方に配置される半透明な平板形状のコンバイナ１９Ｒとを有する。

これにより、図７に示すように、右眼用ＬＣＤ１１Ｒから下方に向かって出射される右眼用表示光は、右眼用レンズ群１２Ｒを通過して、コンバイナ１９Ｒの反射面で反射されることにより、装着者Ｐの右眼ＥＲに導かれるとともに、同様にして左眼用ＬＣＤ１１Ｌから下方に向かって出射される左眼用表示光は、左眼用レンズ群１２Ｌを通過して、コンバイナ１９Ｌの反射面で反射されることにより、装着者Ｐの左眼ＥＬに導かれる。よって、装着者Ｐは、観察対象物を立体的に視認できるとともに、半透明なコンバイナ１９Ｒ、１９Ｌを透過する光により前方実在物も視認できる。
特開２００６−１８９６４３号公報

ここで、装着者が、上述するようなＮＶＧを装着する場合には、通常、眼前に縣下するようにＮＶＧをヘルメットに固定して、このヘルメットを着用する形態をとる。しかしながら、単眼鏡や双眼鏡のような突出する形状をしたＮＶＧを眼前に縣下するようにヘルメットに固定しているため、ヘルメットの重心がかなり前方に偏るので、装着者にとっては大きな負担であり、長時間使用すると、疲労してしまう原因となっていた。このような疲労は、通常のヘリコプタ（回転翼機）でも大きな問題であるが、機動性が高く大きなＧのかかる固定翼機のパイロットには、更に大きな問題となっていた。
さらに、航空機に設置された計器板等を視認したいときには、暗視機能を有するＮＶＧを介さずに視認した方が見やすいため、ＮＶＧと眼との間の数ミリ程度の僅かな隙間から覗き見るような態勢をとっていた。つまり、航空機の計器板等を直接視認するには、覗き見るような態勢をとる必要があり、視認しにくく疲労感を助長する上に、操縦の安全性の面からも不安があった。

一方、装着者ＰがＨＭＤ５０を装着した場合には、ＮＶＧを固定したヘルメットのように重心が極端に前方に偏ることはなく、計器板等を容易に視認可能となるが、図５及び図６に示すように、左眼用暗視カメラ装置２Ｌがヘルメット２０の左側方に配置されるとともに、右眼用暗視カメラ装置２Ｒがヘルメット２０の右側方に配置されている。すなわち、画像を取得するための左眼用暗視カメラ装置２Ｌ及び右眼用暗視カメラ装置２Ｒの光軸は、装着者Ｐの左眼ＥＬ及び右眼ＥＲの視軸と一致していなかった。したがって、このようなＨＭＤ５０を用いると、装着者Ｐの左眼ＥＬ及び右眼ＥＲの視軸と異なる位置から取得した画像を装着者Ｐの眼前に提供することになり、その結果、装着者Ｐにとって外界の認識の誤差を招いたり、両眼視効果による距離の違和感となって現れたりしていた。このように外界の認識の誤差を招いたり、両眼視効果による距離の違和感となって現れたりするので、装着者が航空機等の操作を誤る可能性もある。

ここで、左眼用暗視カメラ装置２Ｌ、右眼用暗視カメラ装置２Ｒ、装着者Ｐの左眼ＥＬ及び右眼ＥＲと、物体Ｓとの関係について説明する。図８は、左眼用暗視カメラ装置２Ｌ、右眼用暗視カメラ装置２Ｒ、左眼ＥＬ及び右眼ＥＲと、物体Ｓとの関係を説明するための図である。
図８に示すように、装着者Ｐの左眼ＥＬと右眼ＥＲと間の距離は、両眼間距離Ａとなる。一方、左眼用暗視カメラ装置２Ｌと右眼用暗視カメラ装置２Ｒとの間の距離は、カメラ間距離Ｂとなる。すなわち、カメラ間距離Ｂは両眼間距離Ａより大きくなる。よって、装着者Ｐから距離Ｃの位置にある物体Ｓを視認する場合を考えると、装着者Ｐが自身の左眼ＥＬと右眼ＥＲとで視認する視差はΦＡとなるのに対して、左眼用暗視カメラ装置２Ｌと右眼用暗視カメラ装置２Ｒとで取得する視差はΦＢとなる。すなわち、視差ΦＢは視差ΦＡより大きくなる。
したがって、上述したＨＭＤ５０においては、装着者Ｐには視差ΦＢの画像が提供されることになるので、両眼間距離Ａにおいて視差がΦＢとなる距離Ｃ’まで近接しているように装着者Ｐは物体Ｓを認識することになる。なお、距離Ｃ’は下記式（１）のように表される。

そこで、本発明は、装着者が長時間使用しても装着者に疲労感を与えず、かつ、暗視機能等を介さずに計器板等を容易に装着者が視認できるとともに、観察対象物を正確な距離感で提供できる頭部装着型画像取得装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、装着者が長時間使用しても装着者に疲労感を与えず、かつ、暗視機能等を介さずに計器板等を容易に装着者が視認できるとともに、装着者に観察対象物を正確な距離感で提供できる頭部装着型表示装置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頭部装着型画像取得装置は、左眼用画像を取得する左眼用画像取得部と、右眼用画像を取得する右眼用画像取得部と、左眼用表示光を出射する左眼用表示素子と、右眼用表示光を出射する右眼用表示素子と、前記左眼用画像取得部から左眼用画像信号及び右眼用画像取得部から右眼用画像信号が入力され、かつ、前記左眼用表示素子に左眼用画像信号を出力するとともに、前記右眼用表示素子に前記右眼用画像信号を出力する画像信号処理部と、装着者の左眼の前方が視認可能となるように半透明材料を用いて形成され、当該装着者の左眼前に配置され、かつ、前記左眼用表示光の光路を変更することにより、左眼用表示光を装着者の左眼に導く左眼用第二光学素子と、前記装着者の右眼の前方が視認可能となるように半透明材料を用いて形成され、前記装着者の右眼前に配置され、かつ、前記右眼用表示光の光路を変更することにより、右眼用表示光を装着者の右眼に導く右眼用第二光学素子とを備える頭部装着型表示装置であって、前記装着者の左眼の前方が視認可能となるように半透明材料を用いて形成され、当該装着者の左眼前に配置される左眼用第一光学素子と、前記装着者の右眼の前方が視認可能となるように半透明材料を用いて形成され、前記装着者の右眼前に配置される右眼用第一光学素子とを備え、前記左眼用第一光学素子は、前方からの光束の一部を透過させ、かつ、透過させない残りの光束のうち、左眼に導かれていた光束の光路を変更することにより、左眼に導かれていた光束を左眼用画像取得部に導くとともに、前記右眼用第一光学素子は、前方からの光束の一部を透過させ、かつ、透過させない残りの光束のうち、右眼に導かれていた光束の光路を変更することにより、右眼に導かれていた光束を右眼用画像取得部に導き、平板形状の左眼用第一光学素子と平板形状の左眼用第二光学素子とが側方から見るとＸ字状となり、かつ、平板形状の右眼用第一光学素子と平板形状の右眼用第二光学素子とが側方から見るとＸ字状となり、前記左眼用画像取得部、右眼用画像取得部、左眼用表示素子及び右眼用表示素子は、前記装着者の上方に配置されるようにしている。

ここで、「左眼用画像取得部、及び、右眼用画像取得部」としては、例えば、赤外線カメラ装置、可視光カメラ装置、暗視カメラ装置等が挙げられる。
また、「半透明材料」とは、少なくとも可視光領域の光束の一部を透過するもののことをいう。
本発明の頭部装着型画像取得装置によれば、装着者の前方が視認可能となるように半透明材料を用いて形成された第一光学素子が、装着者の眼前に配置される。そして、前方からの光束の一部は、第一光学素子を透過する。一方、第一光学素子を透過しない光束のうち、左眼に導かれていた光束の光路が変更されることにより、左眼に導かれていた光束が左眼用画像取得部に導かれるとともに、右眼に導かれていた光束の光路が変更されることにより、右眼に導かれていた光束が右眼用画像取得部に導かれる。すなわち、画像を取得するための左眼用画像取得部及び右眼用画像取得部の光軸は、装着者の左眼及び右眼の視軸とそれぞれ一致する。これにより、画像信号処理部には左眼用画像信号及び右眼用画像信号が入力される結果、画像信号処理部は、左眼及び右眼の位置から観察されたとされる左眼用画像信号及び右眼用画像信号を出力する。

したがって、本発明の頭部装着型画像取得装置によれば、左眼及び右眼の位置から観察されたとされる左眼用画像信号及び右眼用画像信号を取得できる。また、暗視機能を有した突出する形状のＮＶＧ等が装着者の前方に配置されていないため、重心が極端に前方に偏ることもなく、さらに計器板等を容易に視認できる。

（その他の課題を解決するための手段及び効果）
また、本発明の頭部装着型画像取得装置は、左眼用画像を取得する左眼用画像取得部と、右眼用画像を取得する右眼用画像取得部と、左眼用表示光を出射する左眼用表示素子と、右眼用表示光を出射する右眼用表示素子と、前記左眼用画像取得部から左眼用画像信号及び右眼用画像取得部から右眼用画像信号が入力され、かつ、前記左眼用表示素子に左眼用画像信号を出力するとともに、前記右眼用画像信号を出力する画像信号処理部と、装着者の左眼の前方が視認可能となるように半透明材料を用いて形成され、当該装着者の左眼前に配置され、かつ、前記左眼用表示光の光路を変更することにより、左眼用表示光を装着者の左眼に導く左眼用第二光学素子と、前記装着者の右眼の前方が視認可能となるように半透明材料を用いて形成され、前記装着者の右眼前に配置され、かつ、前記右眼用表示光の光路を変更することにより、右眼用表示光を装着者の右眼に導く右眼用第二光学素子とを備える頭部装着型表示装置であって、前記装着者の左眼の前方が視認可能となるように半透明材料を用いて形成され、前記装着者の左眼前に配置される左眼用第一光学素子と、前記装着者の右眼の前方が視認可能となるように半透明材料を用いて形成され、前記装着者の右眼前に配置される右眼用第一光学素子とを備え、前記左眼用第一光学素子は、前方からの光束の一部を透過させ、かつ、透過させない残りの光束のうち、左眼に導かれていた光束の光路を変更することにより、左眼に導かれていた光束を左眼用画像取得部に導き、前記右眼用第一光学素子は、前方からの光束の一部を透過させ、かつ、透過させない残りの光束のうち、右眼に導かれていた光束の光路を変更することにより、右眼に導かれていた光束を右眼用画像取得部に導くようにしている。
本発明によれば、左眼及び右眼の位置から観察されたとされる左眼用画像信号及び右眼用画像信号を取得でき、その結果、取得した画像を表示素子に表示することにより、装着者に観察対象物を正確な距離で視認させることができる。

上記発明において、前記左眼用画像取得部及び右眼用画像取得部は、それぞれ左眼用暗視カメラ装置及び右眼用暗視カメラ装置であり、前記左眼用第一光学素子は、第一設定波長未満の光束を透過させ、かつ、第一設定波長以上の光束のうち、左眼に導かれていた光束の光路を変更することにより、左眼に導かれていた光束を左眼用画像取得部に導き、前記右眼用第一光学素子は、前記第一設定波長未満の光束を透過させ、かつ、第一設定波長以上の光束のうち、右眼に導かれていた光束の光路を変更することにより、右眼に導かれていた光束を右眼用画像取得部に導き、前記左眼用表示光及び右眼用表示光は、第三設定波長以上第二設定波長以下の光であり、かつ、当該第二設定波長は第一設定波長より小さく、前記左眼用第二光学素子は、前記第三設定波長未満の光束と第二設定波長を越える光束とを透過させ、かつ、第三設定波長以上第二設定波長以下の光である左眼用表示光の光路を変更することにより、左眼用表示光を装着者の左眼に導き、前記右眼用第二光学素子は、前記第三設定波長未満の光束と第二設定波長を越える光束とを透過させ、かつ、第三設定波長以上第二設定波長以下の光である右眼用表示光の光路を変更することにより、右眼用表示光を装着者の右眼に導くようにしてもよい。

本発明によれば、前方からの第二設定波長を越えかつ第一設定波長未満の光束と、第三設定波長未満の光束（例えば、眼で認識できる可視光領域を含む光束）は、第一光学素子と第二光学素子とを透過する。一方、第一光学素子を透過しない第一設定波長以上の光束（例えば、眼で認識できない赤外線領域の光束）のうち、左眼に導かれていた光束の光路が変更されることにより、左眼に導かれていた光束が左眼用暗視カメラ装置に導かれるとともに、右眼に導かれていた光束の光路が変更されることにより、右眼に導かれていた光束が右眼用暗視カメラ装置に導かれる。また、左眼用表示素子及び右眼用表示素子からの第三設定波長以上第二設定波長以下の光束（例えば、眼の感度が最大である緑色領域の光束）は、第二光学素子で反射されるとともに、第一光学素子を透過する。これにより、現実の輝度レベルでは眼で認識できない条件下でも外界からの画像を取得することができ、取得した画像を装着者に視認可能とする等（赤外線領域の光束を緑色領域の光束に変換して表示する等）の処理を実行することができ、その結果、装着者は、夜間等の環境下でも外界を視認できるようになる。

上記発明において、前記左眼用画像取得部、右眼用画像取得部、左眼用表示素子及び右眼用表示素子は、前記装着者の上方に配置されるようにしてもよい。
本発明によれば、頭部装着型画像取得装置の重心が極端に前方に偏ることをなくすことができ、その結果、装着者が長時間使用しても装着者に疲労感を与えることを低減することができる。

上記発明において、前記左眼用第一光学素子、右眼用第一光学素子、左眼用第二光学素子及び右眼用第二光学素子は、それぞれ平面鏡であり、前記左眼用画像取得部及び左眼用表示素子と、前記左眼用第一光学素子及び左眼用第二光学素子との間には、遠方表示を行う左眼用表示光学系が配置され、前記右眼用画像取得部及び右眼用表示素子と、前記右眼用第一光学素子及び右眼用第二光学素子との間には、遠方表示を行う右眼用表示光学系が配置されるようにしてもよい。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。

図１は、本発明の一実施形態であるＨＭＤ（頭部装着型表示装置）の概略構成を示す図であり、図２は、図１に示すＨＭＤの正面図である。また、図３は、右眼用ＬＣＤ（右眼用表示素子）から出射される右眼用表示光が右眼に導かれる光路を示す図であり、図４は、装着者の右眼の前方からの光束が右眼用暗視カメラ装置（右眼用画像取得部）に導かれる光路を示す図である。
ＨＭＤ１は、半球形状のヘルメット２０と、左眼用画像を取得する左眼用暗視カメラ装置（左眼用画像取得部）２Ｌと、右眼用画像を取得する右眼用暗視カメラ装置（右眼用画像取得部）２Ｒと、左眼用表示光を出射する左眼用ＬＣＤ（左眼用表示素子）１１Ｌと、右眼用表示光を出射する右眼用ＬＣＤ（右眼用表示素子）１１Ｒと、左眼用光学ユニット１０Ｌと、右眼用光学ユニット１０Ｒと、左眼用暗視カメラ装置２Ｌから左眼用画像信号及び右眼用暗視カメラ装置２Ｒから右眼用画像信号が入力され、かつ、左眼用ＬＣＤ１１Ｌ及び右眼用ＬＣＤ１１Ｒに左眼用画像信号及び右眼用画像信号を出力する画像信号処理部４０とを備える。
ヘルメット２０は、半球形状であり、装着者Ｐの頭部に装着されるものである。なお、装着者Ｐは、左眼ＥＬの前方にはコンバイナ１４Ｌ（後述する）がくるとともに、右眼ＥＲの前方にはコンバイナ１４Ｒ（後述する）がくるように、ヘルメット２０を装着することになる。

また、装着者Ｐの負担を軽減するために、左眼用暗視カメラ装置２Ｌは、ヘルメット２０の左上方に配置されるとともに、右眼用暗視カメラ装置２Ｒは、ヘルメット２０の右上方に配置される。そして、左眼用暗視カメラ装置２Ｌ及び右眼用暗視カメラ装置２Ｒは、左眼用光学ユニット１０Ｌ及び右眼用光学ユニット１０Ｒから受光するように各撮影方向が前方方向となるように設置されている。
また、左眼用暗視カメラ装置２Ｌ及び右眼用暗視カメラ装置２Ｒは、取り込んだ赤外光（例えば、６１０ｎｍ以上の波長）の光量を増幅する暗視機能を有するものである。これにより、夜間等の環境下でも外界の赤外光を発したり反射したりする観察対象物を確認できるようになる。
さらに、装着者Ｐの負担を軽減するために、左眼用ＬＣＤ１１Ｌは、ヘルメット２０の左上方に配置されるとともに、右眼用ＬＣＤ１１Ｒは、ヘルメット２０の右上方に配置される。そして、左眼用ＬＣＤ１１Ｌ及び右眼用ＬＣＤ１１Ｒは、各出射方向が左眼用光学ユニット１０Ｌ及び右眼用光学ユニット１０Ｒに向かうように下方方向を向いて設置されている。

右眼用光学ユニット１０Ｒは、波長が６１０ｎｍ（第一設定波長）以上である光を反射するとともに、波長が６１０ｎｍ未満である光を透過する平板形状の半透鏡１３Ｒと、遠方表示を行う右眼用レンズ群（右眼用表示光学系）１２Ｒと、装着者Ｐの右眼ＥＲの前方に配置される半透明なコンバイナ１４Ｒとを有する。さらに、コンバイナ１４Ｒは、波長が概ね５２０ｎｍ（第三設定波長）〜５８０ｎｍ（第二設定波長）である光の一部を反射するとともに、反射した光以外を透過する平板形状の第二半透鏡（右眼用第二光学素子）１４ａと、波長が６１０ｎｍ以上である光を反射するとともに、波長が６１０ｎｍ未満である光を透過する平板形状の第一半透鏡（右眼用第一光学素子）１４ｂとが側方から見るとＸ字状となるように、第二半透鏡１４ａと第一半透鏡１４ｂとを有する。
これにより、図３に示すように、右眼用ＬＣＤ１１Ｒから下方に向かって出射される右眼用表示光（波長が５５０ｎｍ近辺にピークを持つ５２０ｎｍ〜５８０ｎｍの光）は、半透鏡１３Ｒを透過して、さらに右眼用レンズ群１２Ｒを通過して、コンバイナ１４Ｒの第二半透鏡１４ａで反射されることにより、装着者Ｐの右眼ＥＲに導かれる。
また、図４に示すように、前方から右眼ＥＲに向かって入射してきた光束のうち、波長が６１０ｎｍ以上である光束は、コンバイナ１４Ｒの第一半透鏡１４ｂで上方に向かうように反射され、右眼用レンズ群１２Ｒを通過して、さらに半透鏡１３Ｒで反射されることにより、右眼用暗視カメラ装置２Ｒに導かれる。これにより、右眼用暗視カメラ装置２Ｒには、右眼ＥＲに導かれていた光束の光路を変更することにより、右眼ＥＲに導かれていた光束が導かれることになる。すなわち、画像を取得するための右眼用暗視カメラ装置２Ｒの光軸は、装着者Ｐの右眼ＥＲの視軸と一致する。
なお、第二半透鏡１４ａと第一半透鏡１４ｂとは、波長が６１０ｎｍ未満であり、かつ、第二半透鏡１４ａで反射される５２０ｎｍ〜５８０ｎｍである光の一部以外の光を透過させることにより、装着者Ｐは前方実在物を視認できる。

左眼用光学ユニット１０Ｌも、右眼用光学ユニット１０Ｒと同様な構成であり、波長が６１０ｎｍ以上である光を反射するとともに、波長が６１０ｎｍ未満である光を透過する平板形状の半透鏡１３Ｌと、遠方表示を行う左眼用レンズ群（左眼用表示光学系）１２Ｌと、装着者Ｐの左眼ＥＬの前方に配置される半透明なコンバイナ１４Ｌとを有する。さらに、コンバイナ１４Ｌは、波長が概ね５２０ｎｍ（第三設定波長）〜５８０ｎｍ（第二設定波長）である光の一部を反射するとともに、反射した光以外を透過する平板形状の第二半透鏡（左眼用第二光学素子）と、波長が６１０ｎｍ以上である光を反射するとともに、波長が６１０ｎｍ未満である光を透過する平板形状の第一半透鏡（左眼用第一光学素子）とが側方から見るとＸ字状となるように、第二半透鏡と第一半透鏡とを有する。
なお、左眼用光学ユニット１０Ｌによる光路は、右眼用光学ユニット１０Ｒによる光路と同様となるので、ここでは説明を省略することとする。

映像信号処理部（ＣＰＵ）４０が実行する制御・演算内容を機能ごとに分けて説明すると、図１に示すように、左眼用暗視カメラ装置２Ｌから入力された左眼用画像信号を左眼用ＬＣＤ１１Ｌに出力する左眼用画像信号処理部３０Ｌと、右眼用暗視カメラ装置２Ｒから入力された右眼用画像信号を右眼用ＬＣＤ１１Ｒに出力する右眼用画像信号処理部３０Ｒとを有する。
このとき、左眼用暗視カメラ装置２Ｌ及び右眼用暗視カメラ装置２Ｒで、眼で認識できない赤外線領域の光の強度を取得するとともに、左眼用ＬＣＤ１１Ｌ及び右眼用ＬＣＤ１１Ｒから、赤外線領域の光の強度を、眼の感度が最大である緑色領域の光の強度に変換して出力することになる。
これにより、装着者は、夜間等の環境下でも、あたかも外界を直視しているかのごとく視認できるようになる。

以上のように、ＨＭＤ１によれば、左眼ＥＬ及び右眼ＥＲの位置から観察されたとされる左眼用画像信号及び右眼用画像信号を取得でき、その結果、取得した画像を左眼用ＬＣＤ１１Ｌ及び右眼用ＬＣＤ１１Ｒに表示することにより、装着者Ｐに観察対象物を正確な距離で視認させることができる。また、暗視機能を有した突出する形状のＮＶＧ等が装着者Ｐの前方に配置されていないため、重心が極端に前方に偏ることもなく、さらに計器板等を容易に視認できる。

本発明は、例えば、ヘリコプタや航空機のパイロット、訓練用シミュレータの使用者等に、画像を提供する頭部装着型表示装置等に利用することができる。

本発明の一実施形態であるＨＭＤの概略構成を示す図である。図１に示すＨＭＤの正面図である。右眼用ＬＣＤから出射される右眼用表示光が右眼に導かれる光路を示す図である。装着者の右眼の前方からの光束が右眼用暗視カメラ装置に導かれる光路を示す図である。従来のＨＭＤの概略構成の一例を示す図である。図５に示すＨＭＤの正面図である。右眼用ＬＣＤから出射される右眼用表示光が右眼に導かれる光路を示す図である。左眼用暗視カメラ装置、右眼用暗視カメラ装置、左眼及び右眼と、観察対象物との関係を説明するための図である。

符号の説明

１、５０ＨＭＤ（頭部装着型表示装置）
２Ｌ左眼用暗視カメラ装置（左眼用画像取得部）
２Ｒ右眼用暗視カメラ装置（右眼用画像取得部）
１１Ｌ左眼用ＬＣＤ（左眼用表示素子）
１１Ｒ右眼用ＬＣＤ（右眼用表示素子）
１２Ｌ左眼用レンズ群（左眼用表示光学系）
１２Ｒ右眼用レンズ群（右眼用表示光学系）
１４ａ第一半透鏡（右眼用第二光学素子）
１４ｂ第一半透鏡（右眼用第一光学素子）
３０Ｌ左眼用画像信号処理部
３０Ｒ右眼用画像信号処理部
４０画像信号処理部
ＥＬ左眼
ＥＲ右眼
Ｐ装着者

Claims

左眼用画像を取得する左眼用画像取得部と、
右眼用画像を取得する右眼用画像取得部と、
左眼用表示光を出射する左眼用表示素子と、
右眼用表示光を出射する右眼用表示素子と、
前記左眼用画像取得部から左眼用画像信号及び右眼用画像取得部から右眼用画像信号が入力され、かつ、前記左眼用表示素子に左眼用画像信号を出力するとともに、前記右眼用表示素子に前記右眼用画像信号を出力する画像信号処理部と、
装着者の左眼の前方が視認可能となるように半透明材料を用いて形成され、当該装着者の左眼前に配置され、かつ、前記左眼用表示光の光路を変更することにより、左眼用表示光を装着者の左眼に導く左眼用第二光学素子と、
前記装着者の右眼の前方が視認可能となるように半透明材料を用いて形成され、前記装着者の右眼前に配置され、かつ、前記右眼用表示光の光路を変更することにより、右眼用表示光を装着者の右眼に導く右眼用第二光学素子とを備える頭部装着型表示装置であって、
前記装着者の左眼の前方が視認可能となるように半透明材料を用いて形成され、前記装着者の左眼前に配置される左眼用第一光学素子と、
前記装着者の右眼の前方が視認可能となるように半透明材料を用いて形成され、前記装着者の右眼前に配置される右眼用第一光学素子とを備え、
前記左眼用第一光学素子は、前方からの光束の一部を透過させ、かつ、透過させない残りの光束のうち、左眼に導かれていた光束の光路を変更することにより、左眼に導かれていた光束を左眼用画像取得部に導き、
前記右眼用第一光学素子は、前方からの光束の一部を透過させ、かつ、透過させない残りの光束のうち、右眼に導かれていた光束の光路を変更することにより、右眼に導かれていた光束を右眼用画像取得部に導き、
平板形状の左眼用第一光学素子と平板形状の左眼用第二光学素子とが側方から見るとＸ字状となり、かつ、平板形状の右眼用第一光学素子と平板形状の右眼用第二光学素子とが側方から見るとＸ字状となり、
前記左眼用画像取得部、右眼用画像取得部、左眼用表示素子及び右眼用表示素子は、前記装着者の上方に配置されることを特徴とする頭部装着型表示装置。
前記左眼用画像取得部及び右眼用画像取得部は、それぞれ左眼用暗視カメラ装置及び右眼用暗視カメラ装置であり、
前記左眼用第一光学素子は、第一設定波長未満の光束を透過させ、かつ、第一設定波長以上の光束のうち、左眼に導かれていた光束の光路を変更することにより、左眼に導かれていた光束を左眼用画像取得部に導き、
前記右眼用第一光学素子は、前記第一設定波長未満の光束を透過させ、かつ、第一設定波長以上の光束のうち、右眼に導かれていた光束の光路を変更することにより、右眼に導かれていた光束を右眼用画像取得部に導き、
前記左眼用表示光及び右眼用表示光は、第三設定波長以上第二設定波長以下の光であり、かつ、当該第二設定波長は第一設定波長より小さく、
前記左眼用第二光学素子は、前記第三設定波長未満の光束と第二設定波長を越える光束とを透過させ、かつ、第三設定波長以上第二設定波長以下の光である左眼用表示光の光路を変更することにより、左眼用表示光を装着者の左眼に導き、
前記右眼用第二光学素子は、前記第三設定波長未満の光束と第二設定波長を越える光束とを透過させ、かつ、第三設定波長以上第二設定波長以下の光である右眼用表示光の光路を変更することにより、右眼用表示光を装着者の右眼に導くことを特徴とする請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
前記左眼用画像取得部及び左眼用表示素子と、前記左眼用第一光学素子及び左眼用第二光学素子との間には、遠方表示を行う左眼用表示光学系が配置され、
前記右眼用画像取得部及び右眼用表示素子と、前記右眼用第一光学素子及び右眼用第二光学素子との間には、遠方表示を行う右眼用表示光学系が配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の頭部装着型表示装置。