JP5467287B2

JP5467287B2 - ディスプレイユニット

Info

Publication number: JP5467287B2
Application number: JP2008303696A
Authority: JP
Inventors: 哲生小崎; 祐史加藤; 栄二鈴木
Original assignee: Tokai Optical Co Ltd
Current assignee: Tokai Optical Co Ltd
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2028-11-28
Also published as: JP2010128246A

Description

本発明はカメラで撮影した映像あるいは外部データに基づく画像や映像等をディスプレイ装置によって目前に展開させるようにしたディスプレイユニットに関するものである。

従来からカメラ等で撮影した映像や映画のような外部データに基づく映像等をユーザーの眼球の近傍あるいは網膜に直接映し出す技術が開発されている。
ホログラム技術を利用したディスプレイ装置の一例として特許文献１及び２を示す。また、透過型ディスプレイ装置としてユーザーの網膜に直接映像を映し出す網膜走査ディスプレイ装置を使用することも可能である。そのような網膜走査ディスプレイ装置の一例として特許文献３を示す。更に、小型の映像モニターを利用したディスプレイ装置の一例として特許文献４を示す。
これらディスプレイ装置の応用の一例として例えば弱視の視覚障害者用に利用することが考えられる。つまり、ユーザーとなる視覚障害者の周囲（特に前方）の景色をカメラで映像化し、ディスプレイ装置によってユーザーの目前に展開させて視覚補助とするものである。一般に残存視覚を有する「弱視」の視覚障害者は大きな光エネルギーが網膜によくないことから、遮光機能を有するレンズ（以下、そのようなレンズをサングラスレンズという）をかけて外光が眼に入るのを制限するようにしている。
サングラスレンズを併用した視覚補助用のディスプレイユニットとしては例えば図８や図９のような構成が想定される。
図８はホログラム技術を利用した透過型ディスプレイ装置を利用した一例である。最も外側（つまり物体側）にサングラスレンズ１０１が配置されその内側に透過型ディスプレイ装置１０２が配置されている。透過型ディスプレイ装置１０２は透明基板とその上部に配置された映像投影部１０４を備えている。そして透過型ディスプレイ装置１０２の内側（つまり眼球寄り）に所定のレンズ度数の設定された視度補正用のレンズ１０５が配置されている。透過型ディスプレイ装置１０２では透明基板１０３を通した実像とホログラムの虚像との両方を重複状態で目視できるため「透過型」と呼ぶ。
また、図９は非透過型ディスプレイ装置を利用した一例である。最も外側にサングラスレンズ１０６が配置されその内側に非透過型ディスプレイ装置の映像モニター１０７が配置されている。上記透過型と異なり非透過型では映像モニター１０７の周囲しか実像は目視できない。
特開２００６−８５０１１号公報特開２００６−９８８２７号公報実開２００１−２８１５９４号公報実開平６−８７９２０号公報

しかしながら、上記の図８の場合ではレンズを前後方向に３層重ねることとなって、構造としても複雑であまり見栄えのよいものではない。そのため、図１０のようにサングラスレンズ１０１とレンズ１０５を一緒にし、サングラス機能を有するレンズ１０８を透過型ディスプレイ装置１０２の眼球側に配置することが望ましい。
また、図９の非透過型ディスプレイ装置では一般に視度調整機能があるためレンズは不要であるものの映像モニター１０７の厚みがある場合には外光を遮光しにくくなるというデメリットと、サングラスレンズ１０６部分が眼から前方に大きく離れてしまうため装用者が違和感を感じてしまうこととなる。そのため、図１１のようにサングラスレンズ１０６を映像モニター１０７よりも眼球側に配置することが望ましい。
ところが、図１２の透過特性グラフに示すようにサングラスレンズ１０１，１０６には通常エネルギーの大きな短波長側をカットするような特性、具体的には青色付近から紫外線側がカットされるような特性を与える場合が多い。つまり、外光として可視光は青色以外の光が残り黄色みを帯びることとなる。ところが、カラー映像はＲＧＢの光の３原色を組み合わせて映像を再現するようにしているためこの図１０や図１１のように、サングラスレンズの方がディスプレイ装置よりも眼球寄りにある構成を採用した場合には、やはり図１２のグラフようにディスプレイ装置の映像のうちＢ光がほとんどカットされてしまうことからカラー映像も青色が抜けて全体に黄味を帯びることとなる。一方、サングラスレンズ自体も元々青色側がカットされているため、結局色の違い（色相）がなくユーザーの目前では全体として黄色の景色となってしまい、明度の違いのみで実像と虚像を区別しなければならなくなってしまう。そのため実像と虚像の区別がつけにくくなってしまう。

一方で、図８や図９のようにサングラスレンズ１０１，１０６がディスプレイ装置よりも外方（物体側）にある場合であっても、夜間の景色を目視した場合には景色が暗くて彩度が少なくなるため、サングラスレンズ１０１，１０６を透過した実像と重なったホログラムの虚像の区別をすることが困難な場合がある。つまり、ディスプレイ装置の映像をサングラスレンズ１０１，１０６を透過させずに目視した場合であっても状況によって実像と区別しにくい場合が生じるわけである。以上はサングラスレンズとディスプレイ装置を併用した場合に視覚障害者用に顕著な問題として説明したが、視覚障害者用以外においてもサングラスレンズとディスプレイ装置を併用した場合に同様に生じる問題である。
そのため、サングラスレンズとディスプレイ装置の位置関係に関わらず実像と映像とを容易に区別できるようにする技術が求められていた。
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、サングラスレンズとディスプレイ装置の位置関係に関わらずユーザーに実像と映像とを容易に区別させることが可能なディスプレイユニットを提供することである。

上記課題を解決するための請求項１の発明では、映像データ出力手段と、前記映像データ出力手段から出力される映像データを映像化し、ユーザーの眼にその映像を認識可能に投影する映像投影手段と、前記映像投影手段が搭載され、ユーザーの鼻背及び耳輪基部を支持部分としてセットされるフレーム体と、同フレーム体に直接的又は間接的に配設されユーザーの眼球の前方に配置される所定の透過特性を有するサングラスレンズとを備え、同サングラスレンズは所定の波長域の可視光の透過率が特異的に低く設定されており、その波長域の可視光以外の他の波長域の可視光の透過率を特異的に高く設定し、前記映像投影手段によって映像化された映像光の発色をＲＧＢの３原色のいずれか１つの光で構成し、その光を前記サングラスレンズの透過率を特異的に高く設定した波長域であって、前記サングラスレンズの透過率を特異的に低く設定した波長域には含まれない色の光とすることで前記サングラスレンズを透過した外光による実像に対して映像光が異なる色相となるようにしたことをその要旨とする。
また、請求項２の発明では請求項１の発明の構成に加え、前記映像投影手段は前記映像データ出力手段から供給される映像を表示する映像投影モニターを有する透過型ディスプレイ装置であって、前記サングラスレンズは透明基板の前後方向に重複状に配置されるようにしたことをその要旨とする。
また、請求項３の発明では請求項１の発明の構成に加え、前記映像投影手段は前記映像データ出力手段から供給される映像を表示する映像投影モニターを有する非透過型ディスプレイ装置であって、前記サングラスレンズは前記映像投影モニターの前後方向に重複状に配置されるようにしたことをその要旨とする。
また、請求項４の発明では請求項２に記載の発明の構成に加え、前記サングラスレンズは前記透明基板よりも眼球側にあることをその要旨とする。
また、請求項５の発明では請求項３に記載の発明の構成に加え、前記サングラスレンズは前記映像投影モニターよりも眼球側にあることをその要旨とする。
また、請求項６の発明では請求項１〜５のいずれか発明の構成に加え、前記映像データ出力手段は撮影手段であることをその要旨とする。
また、請求項７の発明では請求項１〜６のいずれか発明の構成に加え、前記サングラスレンズは視度補正レンズを兼ねていることをその要旨とする。
また、請求項８の発明では請求項１〜７のいずれか発明の構成に加え、前記映像光の色相は前記サングラスレンズの透過可視光の色相とは異なる青、緑色又は赤色のいずれかであることをその要旨とする。

このような構成では、映像投影手段では映像データ出力手段から出力される映像データに基づいて映像化した映像をユーザーの眼に認識させる。この時、映像光はサングラスレンズを透過して眼球に達する外光からなる実像とは異なる色相、つまり色が違っているため映像と実像との差異が明確になるためユーザーは映像と実像を混同することなく別の像として認識することができる。例えば、レンズ（つまりサングラスレンズ）において可視光のうち青色のみをカットすると残った波長域の光線によってレンズを透過する外光は黄色となる。この場合には映像光として黄色以外の色を使用することが可能である。
ここに、サングラスレンズとして所定の波長域の可視光の透過率を特異的に低く設定する、とはその波長域の可視光を必ずしも１００％カットすることに限定されるものではない。つまり、サングラスレンズとしてカットしたい所定の波長域の可視光が概ねカットできていればよい。また、可視光以外の領域、紫外線領域や近赤外線領域を含めて透過率を特異的に低く設定することも自由である。また、透過光をカットする場合には光の反射作用又は吸収作用のいずれ（あるいは両方）を用いてもよい。所定の波長域の可視光とはある一定の連続した幅の可視光をいう。
サングラスレンズに所定の透過特性を与えるためには例えば、所定の波長域に対する吸収と透過の特性を示す顔料を含んだ色ガラス等を使用することが一般的であるが、特定の波長を反射させる場合には例えば干渉フィルターを使用することも可能である。干渉フィルターとは、光のスペクトルから特定の波長光だけを選択し透過させるフィルターであって、任意の誘電体薄膜や金属薄膜を所望の透過特性を与えるために任意の順序で積層して構成される多層構造体である。また、サングラスレンズはレンズを兼ねていてもよい。尚、レンズには近視や乱視の矯正用の度数が設定されていなくともよい。

映像投影手段としては例えば映像データ出力手段から供給される映像を表示する映像投影モニターを有する透過型ディスプレイ装置、より具体的には例えば映像データ出力手段から出力される映像データに基づいて映像化し、その映像光を内部の反射光学素子に導く透明基板とを有する透過型ディスプレイ装置や、映像データ出力手段から供給される映像を表示する映像投影モニターを有する非透過型ディスプレイ装置が挙げられる。ここに反射光学素子とは透明基板内においてユーザーの目の注視方向線に対して交差する面を有する素子で、外界光を透過させるとともに透明基板内で反射されて導かれた映像光が投影される面を有する素子であり、例えばホログラム素子やハーフミラーが挙げられる。また、非透過型ディスプレイ装置としては反射光学素子を使用しないユーザーの網膜に直接レーザー光線のようなコヒーレントな可視光を二次元走査して、映像として知覚させる網膜走査ディスプレイを使用することも可能である。
透明基板を備えた透過型ディスプレイ装置ではサングラスレンズは透明基板よりも内側に配置する場合に、また、映像投影モニターを備えた非透過型ディスプレイ装置ではサングラスレンズはモニタよりも内側に配置する場合に本発明を適用することが好適である。これらの場合には外光の強弱に関わらず常に映像光はサングラスレンズを透過して可視光が変調させられているからである。映像データ出力手段は撮影手段であってもよい。つまり、上位概念としては実際に撮影した映像データ以外を目視させるような場合も含める意である。

また、カラー画像はＲＧＢの３原色から合成されるが、このうちの１色のみを使用することで容易に実像との区別のある色相とすることができる。特に、人の最大感度波長は明所視では５６０ｎｍ付近、暗所視では５００ｎｍ付近であるため、ちょうど緑色に該当する波長域である。そのため、緑色を映像の色として使用することで、映像をより認識しやすくなる。
また、映像光は撮影手段によって撮影した画像をＲＧＢの３原色のいずれかで投影したものであることが好ましい。

上記各請求項の発明では、ディスプレイ装置によってユーザーの目前に展開される映像を実像と異なる色相としたためそれらの差異が明確になりユーザーは映像と実像を混同することなく別の像として認識することが容易にできることとなる。

以下、本発明のディスプレイユニットの実施例について図面に従って説明をする。
図１及び図２に示すように、視覚補助用のディスプレイユニット（以下、ディスプレイユニット）１１はフレーム体１２に搭載された透過型ディスプレイ装置１３及び視度補正用のレンズ１４とより構成されている。フレーム体１２は主フレーム１５と主フレームの両端に蝶番１６によって連結された一対のテンプル１７から構成されている。主フレーム１５の中央内面にはブラケット１８が取着されている。
透過型ディスプレイ装置１３は撮影手段としてのカメラ２０と映像投影部２１と映像投影モニターとしての透明基板２２から構成されている。カメラ２０は本実施例では左側の主フレーム１５の端寄りに着脱可能に取着されている。映像投影部２１は本実施例では右側の透明基板２２の上端に取り付けられているが、左側の透明基板２２あるいは両側共に取り付けるようにしてもよい。カメラ２０と映像投影部２１とはケーブル２３によって接続されている。尚、本実施例ではカメラ２０及び映像投影部２１への電源は図示を省略している。

図３に示すように、本実施例のカメラ２０の光学系はビームスプリッター及びプリズムから構成されるＲＧＢ分割光学回路２５と、ＲＧＢ分割光学回路２５の後方に配置されたＲＧＢの各光に応じて配置された３つの集光レンズ２６及び撮像菅２７を備えている。撮像菅２７はアンプ２８及び制御回路２９に接続されている。撮影された映像はＲＧＢ分割光学回路２５においてＲＧＢの３原色に分割されてそれぞれ撮像菅２７に導かれて信号化される。そして各撮像菅２７で信号化されたＲＧＢの映像はそれぞれアンプ２８及び制御回路２９によって処理され所定の信号方式に乗っ取って映像投影部２１に出力されることとなる。

図４に示すように、本実施例の映像投影部２１は筐体３０に収容された発光ダイオード（ＬＥＤ）３１と、集光レンズ３２と液晶表示素子（ＬＣＤ）３３から構成されている。本実施例ではＬＥＤ３１はすべて緑色を発光する緑色発光ダイオードとされている。従って、上記ＲＧＢの３原色に分割された映像データは緑色で投影されることとなる。カメラ２０からケーブル２３を介して出力された画像データは映像投影部２１においてＬＥＤ３１から集光レンズ３２方向に投影され、ＬＣＤ３３によって変調されて映像光束となって透明基板２２上部の補正プリズム２２ａから内部に入射する。透明基板２２は全反射プリズムとなって映像光束を全反射し、映像光束は内部で反射しながら透明基板２２内のホログラム素子３４に導かれ、回析反射されて瞳に入射する。これによってユーザーはＬＣＤ３３に展開された映像の虚像を目視することとなる。

図５は本実施例のレンズ１４の透過特性をホログラム素子３４のＧ光と重ねて示すグラフである。本実施例では４５０ｎｍ以下の波長域をカットしてサングラスレンズを兼用している。そのため、レンズ１４は可視光外光の内、青色系がカットされるため、レンズ１４を透過して目視される実像は黄味を帯びた色相（色調）となる。
一方、上記のように透明基板２２のホログラム素子３４にはＧ光による虚像が表示されることとなる。例えば図６に示すように、ユーザーの視野にはレンズ１４を透過する黄味を帯びた実像ＲＬに対してそれよりも小さな領域で緑色の虚像Ｖが重なって目視されることとなる。

このような構成とすることで実施例では次のような効果を奏する。
（１）サングラスレンズを兼用した視度補正用のレンズ１４を透過型ディスプレイ装置１３の透明基板２２よりも眼球側に配置した場合には、サングラスレンズの透過特性によってレンズ１４を通して目視する実像ＲＬと透明基板２２のホログラム素子３４に表示される虚像Ｖとが同系統の色相となってしまう可能性があったが、本実施例ではホログラム素子３４に表示される虚像Ｖを緑色で表示し、背景となるレンズ１４を通して目視される黄味を帯びた実像ＲＬとは異なるコントラストとなるため、両者の差異を容易に判別することができる。特に、緑色は人の眼で認識しやすい波長帯であるため判別しやすくなっている。
（２）ホログラム素子３４に表示される虚像Ｖは撮影された画像データからＲ光とＢ光をカットするのではなく、Ｇ光で投影するようにしているため、映像としての情報が劣化することはない。

尚、この発明は、次のように変更して具体化することも可能である。
・図７に示すように、Ｇ光ではなくＲ光で虚像Ｖを表示するようにしてもよい。また、レンズ１４の透過特性が代わればＢ光で虚像Ｖを表示するようにしてもよい。また、レンズの透過特性は図５や図７以外の特性でももちろん構わない。
・上記実施例ではＲ光とＢ光をＧ光で投影するようにしたが、Ｒ光とＢ光あるいはＧ光とＢ光をカットするようにしてもよい。また、Ｒ光とＢ光を制御回路２９においてそれらの波長光のピークがＧ光に変調してもよい。
・上記実施例ではホログラム技術を利用した透過型ディスプレイ装置について例示したが、ホログラム技術以外の透過型ディスプレイ装置や非透過型ディスプレイ装置について応用することももちろん可能である。
・映像投影部２１の構成は一例であって、上記以外の光学系を設定することも可能である。また、カメラ２０の構成も一例であって、上記以外の手段でＧ光のみによる虚像を表示するようにしてもよい。
・カメラ２０はフレーム体１２に取着されていたが、フレーム体１２以外の場所にセットするようにしてもよい。
・上記では視覚補助用のディスプレイユニット１１に特化して説明したが、視覚補助用以外の用途で実施することも自由である。
その他本発明の趣旨を逸脱しない態様で実施することは自由である。

本発明の実施例の視覚補助用のディスプレイユニットの斜視図。同じ視覚補助用のディスプレイユニットの平面図。カメラの光学系と電気的構成を説明するブロック図。映像投影部の光学的構成を説明する説明図。レンズの透過特性をホログラム素子のＧ光と重ねて示すグラフ。ユーザーが目視する景色の一例を模式化した説明図。別例においてレンズの透過特性をホログラム素子のＲ光と重ねて示すグラフ。透過型ディスプレイ装置において最も外側にサングラスレンズを配置した模式図。非透過型ディスプレイ装置において最も外側にサングラスレンズを配置した模式図。透過型ディスプレイ装置においてサングラスレンズと視度補正レンズを一体化した模式図。非透過型ディスプレイ装置において最も内側にサングラスレンズを配置した模式図。サングラスレンズの透過特性とディスプレイ装置を透過する映像光の関係を示すグラフ。

１１…視覚補助用のディスプレイユニット、１２…フレーム体、１３…透過型ディスプレイ装置、１４…レンズ、２０…撮影手段としてのカメラ、２２…透明基板、３４…ホログラム素子。

Claims

映像データ出力手段と、
前記映像データ出力手段から出力される映像データを映像化し、ユーザーの眼にその映像を認識可能に投影する映像投影手段と、
前記映像投影手段が搭載され、ユーザーの鼻背及び耳輪基部を支持部分としてセットされるフレーム体と、
同フレーム体に直接的又は間接的に配設されユーザーの眼球の前方に配置される所定の透過特性を有するサングラスレンズとを備え、
同サングラスレンズは所定の波長域の可視光の透過率が特異的に低く設定されており、その波長域の可視光以外の他の波長域の可視光の透過率を特異的に高く設定し、
前記映像投影手段によって映像化された映像光の発色をＲＧＢの３原色のいずれか１つの光で構成し、その光を前記サングラスレンズの透過率を特異的に高く設定した波長域であって、前記サングラスレンズの透過率を特異的に低く設定した波長域には含まれない色の光とすることで前記サングラスレンズを透過した外光による実像に対して映像光が異なる色相となるようにしたことを特徴とするディスプレイユニット。
前記映像投影手段は前記映像データ出力手段から供給される映像を表示する映像投影モニターを有する透過型ディスプレイ装置であって、前記サングラスレンズは透明基板の前後方向に重複状に配置されることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイユニット。
前記映像投影手段は前記映像データ出力手段から供給される映像を表示する映像投影モニターを有する非透過型ディスプレイ装置であって、前記サングラスレンズは前記映像投影モニターの前後方向に重複状に配置されることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイユニット。
前記サングラスレンズは前記透明基板よりも眼球側にあることを特徴とする請求項２に記載のディスプレイユニット。
前記サングラスレンズは前記映像投影モニターよりも眼球側にあることを特徴とする請求項３に記載のディスプレイユニット。
前記映像データ出力手段は撮影手段であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のディスプレイユニット。
前記サングラスレンズは視度補正レンズを兼ねていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のディスプレイユニット。
前記映像光の色相は前記サングラスレンズの透過可視光の色相とは異なる青、緑色又は赤色のいずれかであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のディスプレイユニット。