JP6841326B2 - 頭部装着型表示装置 - Google Patents
頭部装着型表示装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6841326B2 JP6841326B2 JP2019519909A JP2019519909A JP6841326B2 JP 6841326 B2 JP6841326 B2 JP 6841326B2 JP 2019519909 A JP2019519909 A JP 2019519909A JP 2019519909 A JP2019519909 A JP 2019519909A JP 6841326 B2 JP6841326 B2 JP 6841326B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- head
- display device
- mounted display
- axis
- visor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N9/00—Details of colour television systems
- H04N9/12—Picture reproducers
- H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
- G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
- G02B27/0176—Head mounted characterised by mechanical features
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/02—Viewing or reading apparatus
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N5/00—Details of television systems
- H04N5/64—Constructional details of receivers, e.g. cabinets or dust covers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N5/00—Details of television systems
- H04N5/74—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
- G02B2027/013—Head-up displays characterised by optical features comprising a combiner of particular shape, e.g. curvature
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0149—Head-up displays characterised by mechanical features
- G02B2027/0154—Head-up displays characterised by mechanical features with movable elements
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
Description
断面が円形の一部を切り取った形状である球形状のバイザ100は、使用者Hの頭部を被う一方、使用者Hの顔面前方が開放された形状である図示しないヘルメットに上下にスライド可能な状態で取り付けられている。バイザ100は使用者Hに向いた内面が反射面100aであり、該反射面100aには、表示光の一部を反射するとともに、外界から到来する光の一部を透過する被膜層が形成されている。
水平前方を向いた使用者の左右両眼の間の中央の位置を原点O、使用者から見て原点Oから前方に向かう軸をZ軸、Z軸に対し直交し使用者から見て上方向に向かう軸をY軸、Z軸及びY軸に共に直交する軸をX軸として定義するとともに、前記バイザの反射作用面への入射光線の光軸と該反射作用面との交点をO’、該反射作用面における前記交点O’での法線をZ’軸、該Z’軸に直交し、且つ、前記入射光線の光軸と該入射光線に対し前記反射作用面で反射して使用者の眼に向かって進行する出射光線の光軸とが含まれる平面をZ’軸とでなす軸をY’軸、Y’軸及びZ’軸に共に直交する軸をX’軸、として定義したとき、
前記投射光学系の内部、又は該投射光学系と前記反射作用面との間の光路上の、Y−Z平面に平行な面内とX−Z平面に平行な面内のいずれにおいても中間像が形成され、
前記バイザは、前記ヘルメットに対しX軸に平行な軸を中心に回転可能であり、上方へスライドすることで使用者が前記ヘルメットを着脱することを可能とする一方、当該バイザの使用時には使用者の眼前でその反射作用面の上側が外方に倒れるように傾斜した状態に保持され、
該バイザの反射作用面の形状は、該反射作用面に対する表示光の入射角の相違による光学的パワーの差異に相当する分だけ、Y’−Z’平面内の曲率がX’−Z’平面内の曲率よりも小さな非球面形状であることを特徴としている。
本発明に係る頭部装着型表示装置の一実施態様として、前記バイザの反射作用面は自由曲面形状であり、使用者の両眼にそれぞれ対応したY’軸に対し面対称形状である構成とすることができる。
これにより、バイザ自体の基材の種類や厚さに依らずに、適切な反射及び外光の透過を実現可能な反射作用面を形成することができる。
これにより、バイザ自体の基材の種類や厚さに依らずに、反射を低減しゴースト像を抑制可能な反射低減面を形成することができる。
なお、この構成において、前記レンズは屈折率ndが1.58以上であるものとするとよい。
このように屈折率が高いレンズを用いることにより、光学的パワーが増加し、レンズ枚数を少なくすることができ、重量、サイズ、コスト等を低減することができる。
この構成によれば、例えば、一般的な情報の表示と緊急を要する情報の表示とを異なる色として、より的確に情報を使用者に伝えることができる。
例えば本発明に係る頭部装着型表示装置の一実施態様として、前記表示部は、透過型の表示素子、及び、該表示素子に背面側から照明光を照射するバックライト照明部、を含む構成とすることができる。
図1は本実施例のHMDのバイザを含む光学系の概略構成図であり、(a)は概略縦断面図、(b)は概略横断面図である。また、図2及び図3はそれぞれ図1(a)及び(b)において、光学系の構成をより詳細に示した図である。また、図4は表示光の概略光路を示す斜視図である。図4ではバイザ等の記載を省略している。
図1、図4中に示すように、使用者Hの左眼EL及び右眼ERの中間の位置を原点Oとし、使用者Hから見てその原点Oから前方へ向かう軸をZ軸、該Z軸に直交する方向で使用者Hから見て上方向となる軸をY軸、Y軸及びZ軸の両方に直交する軸で使用者Hから見て左外方となる軸をX軸、と定める。また、投射光学系12(12L、12R)から出射してバイザ10に到達するまでの光線の光軸C1とバイザ10の反射面10aとの交点を交点O’、その交点O’におけるバイザ10の法線方向で使用者Hから見て外方向に向かう軸をZ’軸、該Z’軸に直交する方向であってバイザ10で反射する前の光線の光軸C1と反射したあとの光線の光軸C2とが共にY’−Z’平面上に存在するような軸をY’軸、Y’軸及びZ’軸の両方に直交する軸をX’軸と定める。なお、交点O’は左眼EL、右眼ERに対応してそれぞれ存在するから、図4に示すように、X’軸、Y’軸、Z’軸も左右それぞれ存在する。
バイザ10は図示しないヘルメットに対してX軸周りに回転可能に取り付けられている。図1(a)及び図2に示すように、バイザ10が完全におろされた状態(つまりは使用状態)では、使用者Hの眼前において反射面10aはその上部側が前方に倒れるように傾斜した状態となっている。交点O’におけるその傾斜角(交点O’における反射面10aの接平面と直立する平面とのなす角度)は10°以上である。
図5〜図7はそれぞれ、表示部について異なる構成の例を示す概略図である。
10…バイザ
10a…反射面
11、11A、11B、11C、11L、11R…画像表示部
111…バックライト照明部
112…透過型表示素子
12、12L、12R…投射光学系
121…レンズ
122(122L、122R)…裏面反射型ミラー
122a…屈折面
122b…反射面
123…平板状ミラー
C1…入射光束の光軸
C2…出射光束の光軸
EL…左眼
ER…右眼
H…使用者
Claims (21)
- 使用者が頭部に装着するヘルメットと、該ヘルメットに取り付けられ、使用者の眼前に配置される外方に膨出した曲面状のバイザと、表示画像を形成する表示部と、該表示部による表示画像を情報として含む表示光を前記バイザの反射作用面に投影する投射光学系と、を具備し、前記バイザを通して視認される外界の光景に前記表示画像による虚像を形成する頭部装着型表示装置であって、
水平前方を向いた使用者の左右両眼の間の中央の位置を原点O、使用者から見て原点Oから前方に向かう軸をZ軸、Z軸に対し直交し使用者から見て上方向に向かう軸をY軸、Z軸及びY軸に共に直交する軸をX軸として定義するとともに、前記バイザの反射作用面への入射光線の光軸と該反射作用面との交点をO’、該反射作用面における前記交点O’での法線をZ’軸、該Z’軸に直交し、且つ、前記入射光線の光軸と該入射光線に対し前記反射作用面で反射して使用者の眼に向かって進行する出射光線の光軸とが含まれる平面をZ’軸とでなす軸をY’軸、Y’軸及びZ’軸に共に直交する軸をX’軸、として定義したとき、
前記投射光学系の内部、又は該投射光学系と前記反射作用面との間の光路上の、Y−Z平面に平行な面内とX−Z平面に平行な面内のいずれにおいても中間像が形成され、
前記バイザは、前記ヘルメットに対しX軸に平行な軸を中心に回転可能であり、上方へスライドすることで使用者が前記ヘルメットを着脱することを可能とする一方、当該バイザの使用時には使用者の眼前でその反射作用面の上側が外方に倒れるように傾斜した状態に保持され、
該バイザの反射作用面の形状は、該反射作用面に対する表示光の入射角の相違による光学的パワーの差異に相当する分だけ、Y’−Z’平面内の曲率がX’−Z’平面内の曲率よりも小さな非球面形状であることを特徴とする頭部装着型表示装置。 - 請求項1に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記バイザの反射作用面は自由曲面形状であり、使用者の両眼にそれぞれ対応したY’軸に対し面対称形状であることを特徴とする頭部装着型表示装置。 - 請求項1に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記バイザの反射作用面は、Z−Y平面上に位置する頂点に対し回転対称である非球面形状であることを特徴とする頭部装着型表示装置。 - 請求項1に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記バイザの反射作用面は、Y’−Z’平面内とX’−Z’平面内とで曲率が互いに相違するトロイダル面形状であることを特徴とする頭部装着型表示装置。 - 請求項1に記載の頭部装着型表示装置であって、
交点O’における前記反射作用面の傾斜角は10°以上であり、該反射作用面のY’−Z’平面内とX’−Z’平面内とでの曲率半径は共に50〜500mmの範囲内であり、該バイザの厚さは0.1〜10mmの範囲内であることを特徴とする頭部装着型表示装置。 - 請求項5に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記バイザは、その内面又は外面に該バイザの基材と異なる材料による表面層が形成されていることを特徴とする頭部装着型表示装置。 - 請求項1に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記投射光学系は少なくとも1枚の反射鏡を含み、該反射鏡の反射作用面は非球面形状であることを特徴とする頭部装着型表示装置。 - 請求項7に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記反射鏡の反射作用面は凹面であることを特徴とする頭部装着型表示装置。 - 請求項8に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記反射鏡は裏面反射鏡であり、反射作用に加えて屈折作用も有することを特徴とする頭部装着型表示装置。 - 請求項9に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記屈折作用を有する面は非球面形状であることを特徴とする頭部装着型表示装置。 - 請求項1に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記投射光学系は両面に屈折作用を有するレンズを少なくとも1枚含み、該レンズの少なくとも一面は非球面形状であることを特徴とする頭部装着型表示装置。 - 請求項11に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記レンズは屈折率ndが1.58以上であることを特徴とする頭部装着型表示装置。 - 請求項1に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記表示部は二色以上の表示を行うものであることを特徴とする頭部装着型表示装置。 - 請求項1に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記表示部から出射される表示光の視野中心となる主光線は、該表示部の表示面に対し非直交方向の角度で出射するように該表示部及び前記投射光学系が配置されていることを特徴とする頭部装着型表示装置。 - 請求項1に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記表示部から出射される表示光の視野中心となる主光線は、該表示部の表示面の中心を外れた位置から出射するように該表示部及び前記投射光学系が配置されていることを特徴とする頭部装着型表示装置。 - 請求項1に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記表示部は、透過型の表示素子、及び、該表示素子に背面側から照明光を照射するバックライト照明部、を含んで構成されていることを特徴とする頭部装着型表示装置。 - 請求項1に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記表示部は、反射型の表示素子、照明光を出射する照明部、及び、前記照明光を前記表示素子の表示面側に照射するとともに該表示面で反射した光を案内する反射型光学系と、を含んで構成されていることを特徴とする頭部装着型表示装置。 - 請求項1に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記表示部は、自発光型の表示素子を含むことを特徴とする頭部装着型表示装置。 - 請求項1に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記表示部は、小型プロジェクタ及び小型スクリーンを含むことを特徴とする頭部装着型表示装置。 - 請求項13に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記表示部は、透過型の表示素子、及び、該表示素子に背面側から照明光を照射するものであって少なくとも一部が小型プロジェクタであるバックライト照明部、を含むことを特徴とする頭部装着型表示装置。 - 請求項1に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記表示部及び前記投射光学系は使用者の両眼に対応して左右一対設けられ、該左右一対の投射光学系を構成する光学素子の一部は両眼に共通に利用されていることを特徴とする頭部装着型表示装置。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2017/019590 WO2018216176A1 (ja) | 2017-05-25 | 2017-05-25 | 頭部装着型表示装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2018216176A1 JPWO2018216176A1 (ja) | 2020-01-09 |
JP6841326B2 true JP6841326B2 (ja) | 2021-03-10 |
Family
ID=64396440
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019519909A Active JP6841326B2 (ja) | 2017-05-25 | 2017-05-25 | 頭部装着型表示装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20200186759A1 (ja) |
EP (1) | EP3633435B1 (ja) |
JP (1) | JP6841326B2 (ja) |
TW (1) | TWI681211B (ja) |
WO (1) | WO2018216176A1 (ja) |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1985004961A1 (en) * | 1984-04-16 | 1985-11-07 | Hughes Aircraft Company | Biocular holographic helmet mounted display |
US5035474A (en) * | 1984-04-16 | 1991-07-30 | Hughes Aircraft Company | Biocular holographic helmet mounted display |
US4897715A (en) * | 1988-10-31 | 1990-01-30 | General Electric Company | Helmet display |
GB9213603D0 (en) * | 1992-06-26 | 1992-10-07 | Marconi Gec Ltd | Helmet mounted display systems |
US5309169A (en) * | 1993-02-01 | 1994-05-03 | Honeywell Inc. | Visor display with fiber optic faceplate correction |
JP3346640B2 (ja) * | 1994-02-07 | 2002-11-18 | オリンパス光学工業株式会社 | 映像表示装置 |
FR2726438B1 (fr) * | 1994-11-04 | 1997-01-17 | Intertechnique Sa | Equipement de protection pour pilote d'aeronefs militaires et procede de personnalisation de l'equipement |
FR2792174B1 (fr) * | 1999-04-16 | 2001-09-21 | Sextant Avionique | Visiere pour casque |
TWI262339B (en) * | 2002-11-19 | 2006-09-21 | Headplay Inc | Multiple imaging arrangements for head mounted displays |
JP4911129B2 (ja) * | 2008-07-08 | 2012-04-04 | 株式会社島津製作所 | 表示装置 |
US20110194163A1 (en) * | 2008-11-26 | 2011-08-11 | Konica Minolta Opto, Inc. | Image display device and head-mounted display |
AU2010243329B2 (en) * | 2009-04-29 | 2014-01-30 | Snap Inc. | Head mounted display |
JP5888003B2 (ja) * | 2012-02-29 | 2016-03-16 | 日本精機株式会社 | ヘッドアップディスプレイ装置 |
JP2015154420A (ja) | 2014-02-18 | 2015-08-24 | 株式会社島津製作所 | 表示装置 |
JP6464708B2 (ja) * | 2014-12-08 | 2019-02-06 | セイコーエプソン株式会社 | 画像表示装置 |
WO2016138438A1 (en) * | 2015-02-27 | 2016-09-01 | LAFORGE Optical, Inc. | Augmented reality eyewear |
GB201508006D0 (en) * | 2015-05-11 | 2015-06-24 | The Technology Partnership Plc | Optical system for a display with an off axis projector |
US20180067317A1 (en) * | 2016-09-06 | 2018-03-08 | Allomind, Inc. | Head mounted display with reduced thickness using a single axis optical system |
IL248845B (en) * | 2016-11-08 | 2018-03-29 | Elbit Systems Ltd | Fault-tolerant display |
-
2017
- 2017-05-25 US US16/615,533 patent/US20200186759A1/en not_active Abandoned
- 2017-05-25 EP EP17911344.4A patent/EP3633435B1/en active Active
- 2017-05-25 WO PCT/JP2017/019590 patent/WO2018216176A1/ja active Application Filing
- 2017-05-25 JP JP2019519909A patent/JP6841326B2/ja active Active
-
2018
- 2018-03-20 TW TW107109498A patent/TWI681211B/zh not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2018216176A1 (ja) | 2020-01-09 |
EP3633435B1 (en) | 2022-12-21 |
US20200186759A1 (en) | 2020-06-11 |
TW201901242A (zh) | 2019-01-01 |
TWI681211B (zh) | 2020-01-01 |
WO2018216176A1 (ja) | 2018-11-29 |
EP3633435A1 (en) | 2020-04-08 |
EP3633435A4 (en) | 2020-07-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6595619B2 (ja) | シースルーヘッドウェアラブルディスプレイのための効率的な薄い湾曲したアイピース | |
JP5290092B2 (ja) | 眼鏡型画像表示装置 | |
JP6065630B2 (ja) | 虚像表示装置 | |
JP6369017B2 (ja) | 虚像表示装置 | |
JP6065631B2 (ja) | 虚像表示装置 | |
JP6111635B2 (ja) | 虚像表示装置 | |
JP6221732B2 (ja) | 虚像表示装置 | |
JP5290091B2 (ja) | 眼鏡型画像表示装置 | |
JP6111636B2 (ja) | 虚像表示装置 | |
JP4911129B2 (ja) | 表示装置 | |
JP6221731B2 (ja) | 虚像表示装置 | |
US20200278547A1 (en) | Light guide for an hmd, hmd and method for transmitting an image in an hmd | |
JP6020113B2 (ja) | 虚像表示装置 | |
JPWO2019082540A1 (ja) | 頭部装着型表示装置 | |
CN112236716B (zh) | 包括用于头戴式显示器的光导的光学设备 | |
JPH07104209A (ja) | 表示装置 | |
KR101590825B1 (ko) | 헤드 마운티드 디스플레이 장치용 복합 렌즈 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 | |
JP6793372B2 (ja) | 網膜投影装置、網膜投影システム | |
JP6841326B2 (ja) | 頭部装着型表示装置 | |
JP6955388B2 (ja) | 画像表示装置 | |
WO2017109857A1 (ja) | 接眼投影光学装置 | |
JP6417657B2 (ja) | 虚像表示装置 | |
KR101875293B1 (ko) | 허상 투영 디스플레이용 광학장치 | |
JP2019179083A (ja) | 画像表示装置 | |
JP2004078241A (ja) | 表示装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190801 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190801 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200818 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20201002 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210119 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210201 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6841326 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |