JPH0879657A

JPH0879657A - 頭部装着型ディスプレイ装置

Info

Publication number: JPH0879657A
Application number: JP20670794A
Authority: JP
Inventors: Akira Kawamura; 彰川村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-08-31
Filing date: 1994-08-31
Publication date: 1996-03-22

Abstract

(57)【要約】【目的】使用者が観視する像の表示位置を上下への移
動が簡便で、ハーフミラーの反射効率の低下が起こりに
くい頭部装着型ディスプレイ装置を提供する。【構成】小型ＶＴＲ部１３から回路ボックス１２を介
して、液晶ディスプレイ１ａまたは１ｂで表示される像
は、ミラー２ａ、レンズ３ａ及びハーフミラー４、ある
いはミラー２ｂ、レンズ３ｂ及びハーフミラー４を介し
て、使用者は観視できる。ハーフミラー４を回転可能な
状態で支持する回転機構部を設けることで、ハーフミラ
ー４を回転させ、使用者が観視する像の表示位置の上下
移動が可能である。また、ハーフミラー４の反射層を二
枚の透明基板で挟むことで、上記反射層の表面の保護が
可能になり、この表面の状態が変化しないので、反射効
率の低下を防ぐことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヴァーチャルリアリテ
ィ等に使用される外界確認型の頭部装着型ディスプレイ
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来の頭部装着型ディスプレイ
装置の概略を示す図である。

【０００３】図８において、筐体７０内部の上方に液晶
ディスプレイ７１が設置されている。レンズ７２が光軸
が液晶ディスプレイ７１の表示画面の中心を通るように
設置され、液晶ディスプレイ７１からレンズ７２を介し
て送られる透過光が約４５度で反射するようにハーフミ
ラー７３が固定される。また、液晶シャッタ７４は、外
界からの入射光、いわゆる外光を透過させるが、この透
過する際の透過率を調節することができる。ここで、ハ
ーフミラー７３は、液晶シャッタ７４にて透過率が調節
された外光を透過させ、液晶ディスプレイ７１からレン
ズ７２を介して送られる像は反射させる機能を持つ。ま
た、筐体７０には、頭部装着部７５が設置される。

【０００４】ここで、図８によれば、ユーザは、外界を
確認しながら、液晶ディスプレイ７１からの像を虚像と
して、視界範囲で表示させることができる。さらに、ユ
ーザは、上記外界の輝度を液晶シャッタ７４にて調節す
ることで、外界を確認しながら上記虚像を眺めることが
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図８で示し
た頭部装着型ディスプレイ装置を使用する際に、液晶デ
ィスプレイ７１からレンズ７２を介して得られる像が、
ハーフミラー７３の反射層にて反射してユーザの視界範
囲に虚像として表示される表示位置を上下方向に変更し
たい場合、一度頭部より装置本体を外して、装着位置を
調節しながら再度頭部に装着し直さなければならなく、
操作性に不便さを感じていた。

【０００６】また、図８で示した頭部装着型ディスプレ
イ装置を軽量化するためにハーフミラー７３を露出した
構造をとらせた場合、従来のハーフミラーの構造は、図
９に示したように、反射層７６の片側にのみ透明基板７
７が貼着されていたため、指先で反射層７６の鏡面に直
接触れてしまったり、使用する環境での周辺温度が変化
して反射層７６の表面に結露したりといったこと等、反
射層７６の表面の状態が変化して、反射効率の低下を招
いていた。

【０００７】そこで、本発明は上述した実情に鑑みてな
されたものであり、液晶ディスプレイからの像のユーザ
の視界範囲における表示位置を上下方向に変更するのが
簡便で、また、ハーフミラーの反射層の表面の状態が変
化して反射効率の低下を防ぐことのできる頭部装着型デ
ィスプレイ装置を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る頭部装着型
ディスプレイ装置は、上述した問題を解決するために、
任意の像を表示する画像表示手段、例えば液晶ディスプ
レイと、上記画像表示手段に表示された像を拡大するた
めのレンズと、上記レンズにより拡大された像を使用者
が観視可能にするためのハーフミラーと、上記ハーフミ
ラーを回転可能に支持するハーフミラー回転機構部とを
有している。

【０００９】また、上記ハーフミラーは、反射層を透明
基板で挟んだ構造をとることが好ましい。

【００１０】また、本発明に係る頭部装着型ディスプレ
イ装置は、上述した問題を解決するために、任意の像を
表示する画像表示手段、例えば液晶ディスプレイと、上
記画像表示手段に表示された像を拡大するためのレンズ
と、上記レンズにより拡大された像を使用者が観視可能
にするためのハーフミラーとを有し、上記ハーフミラー
は反射層を透明基板で挟んだ構造をとるようにしてい
る。

【００１１】

【作用】本発明に係る頭部装着型ディスプレイ装置によ
れば、ハーフミラー回転機構部を設けて、ハーフミラー
を回転させることで、画像表示手段で得られる像を使用
者の視界範囲に向けて表示させた表示位置を上下方向に
移動させることができる。

【００１２】また、本発明に係る頭部装着型ディスプレ
イ装置によれば、ハーフミラーの反射層の両側に透明基
板を貼着させることで、上記装置本体に上記ハーフミラ
ーが露出する構造をとらせても、上記反射層が直接表面
に露出することがなくなり、上記反射層の表面の状態が
変化するのを防ぐことができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係る頭部装着型ディスプレイ
装置が適用される好ましい実施例について、図面を参照
しながら詳細に説明する。

【００１４】図１は、本発明に係る頭部装着型ディスプ
レイ装置の第一の実施例の概略構成を示す図である。

【００１５】図１において、本実施例の頭部装着型ディ
スプレイ装置は、大きく分けて、ディスプレイ装置本体
部、回路ボックス部１２及び小型ＶＴＲ部１３に分けら
れる。上記ディスプレイ装置本体部は、液晶ディスプレ
イ１ａ及び１ｂ、ミラー１ａ及び１ｂ、レンズ３ａ及び
３ｂ、ハーフミラー４、液晶シャッタ５、筐体６、頭部
装着部７、後述する液晶シャッタ駆動部の液晶シャッタ
駆動制御部及び後述する液晶ディスプレイ制御部のバッ
クライトから構成されている。また、回路ボックス部１
２は、ボリウムつまみ１１、後述する上記液晶シャッタ
駆動部の制御部及び上記液晶ディスプレイ制御部の液晶
ディスプレイ制御回路部から構成される。また、上記デ
ィスプレイ装置本体部と回路ボックス部１２とは伝送線
８で接続され、回路ボックス部１２と小型ＶＴＲ部１３
とは制御線９で接続される。

【００１６】ここで、図１によれば、小型ＶＴＲ部１３
から回路ボックス部１２を介して送られる映像は、液晶
ディスプレイ１ａ及び１ｂに表示される。ここで、液晶
ディスプレイ１ａに表示される映像は、ミラー２ａで光
路を４５度曲げられた後、レンズ３ａで拡大され、ハー
フミラー４で光路を曲げられ、ユーザの視界範囲で表示
される。また、液晶ディスプレイ１ｂに表示される映像
は、ミラー２ｂで光路を４５度曲げられた後、レンズ３
ｂで拡大され、ハーフミラー４で光路を曲げられ、ユー
ザの視界範囲で表示される。すなわち、ユーザは、上記
映像を虚像として眺めることができる。さらに、ハーフ
ミラーは、上記映像は反射させ、外界からの入射光、い
わゆる外光を透過させる機能を有しているので、外界を
確認しながら上記虚像を眺めることが可能となる。

【００１７】図２は、本実施例の頭部装着型ディスプレ
イ装置の動作原理を説明する図である。

【００１８】図２において、液晶ディスプレイ１が表示
画面が重力方向と平行となるように設置され、ミラー２
が液晶ディスプレイ１から映し出される像の光路を４５
度曲げるような所定位置に設置され、また、レンズ３が
ミラー２で曲げられた上記光路が光軸を透過するように
設置される。また、ハーフミラー４は、反射層とレンズ
３の接線を含む面に対し平行な面とで成す角度５５が鋭
角の範囲である程度変化するように設置される。また、
回転軸５１はハーフミラー４上に固定されて、さらに回
転軸５１は軸受５２により適当な摩擦力で保持されてい
る。また、外界からの入射光、いわゆる外光の光量を調
節する液晶シャッタ５が、ハーフミラー４にほぼ平行
で、かつハーフミラー４が回転可能な所定位置に設置さ
れる。

【００１９】ここで、図２によれば、小型ＶＴＲ等から
の映像は、液晶ディスプレイ１で映し出され、ミラー２
にて反射して、レンズ３にて拡大され、さらにハーフミ
ラー４で反射し、虚像５４ａあるいは５４ｂとして眼球
５３に届く。すなわち、ユーザの視界範囲に虚像５４ａ
あるいは５４ｂが映し出される。また、ユーザは、ハー
フミラー４の端を手で動かして回転させることで、角度
５５を変化させ、虚像５４ａまたは５４ｂを覗く角度、
すなわち虚像５４ａまたは５４ｂが視線方向に対し位置
する角度を変えることができる。すなわち、矢印５６ａ
で示される方向にハーフミラー４を回転させると虚像は
上方に移動するように見えて、矢印５６ｂに示される方
向にハーフミラー４を回転させると上記虚像は下方に移
動するように見える。

【００２０】また、図３は、本発明に係る頭部装着型デ
ィスプレイ装置に用いられるハーフミラー回転機構部の
概略を示す図である。回転軸５１がハーフミラー４上で
留具５７で固定され、さらに適当な形状の筐体５８内部
に設置された軸受５２にて適当な摩擦力で支持されるよ
うすを示している。

【００２１】図４は、本発明に係る頭部装着型ディスプ
レイ装置に用いられるハーフミラーの断面を示す図であ
る。

【００２２】図４で、反射層６２は、透明基板６１ａ及
び６１ｂで挟まれた構造をとっている。このため、反射
層６２は、直接表面に現れることはなく、手動にてハー
フミラー４を回転操作したときに反射層６２の表面が汚
れたり、あるいは周辺温度が変化して反射層６２の表面
で結露したり、あるいは何らかの刺激等により反射層６
２がとれたり、または化学変化を起こすといったことが
防止される。一般にミラーの反射層が、表面が汚れた
り、結露したりして表面の状態が変化するとミラーの反
射効率が下がる。ここでは、図４に示すように、反射層
６２を透明基板６１ａ及び６１ｂで挟むことで、上記反
射効率の低下を防ぐことができる。

【００２３】図５は、本実施例における液晶ディスプレ
イの動作を制御する液晶ディスプレイ制御部の概略構成
を示すブロック回路図である。

【００２４】図５で、液晶ディスプレイ制御部は、大き
く分けて、ビデオ信号入力端子４１と、ＮＴＳＣ信号デ
コーダ４２、同期分離回路４３、ビデオ反転回路４４、
タイミング信号発生回路４５及びバックライト制御回路
４６で構成される液晶ディスプレイ制御回路部４８とか
ら構成される。また、ビデオ信号入力端子４１は図１で
示した小型ＶＴＲ部１３側に設置され、液晶ディスプレ
イ制御回路部４８は図１で示した回路ボックス部１２内
に設置される。

【００２５】ここで、図５によれば、小型ＶＴＲ部１３
からビデオ信号入力端子４１を介して入力されたＮＴＳ
Ｃ（National Television System Committee ）方式
のテレビジョン信号、いわゆるＮＴＳＣ信号は、液晶デ
ィスプレイ制御回路部４８内のＮＴＳＣ信号デコーダ４
２及び同期分離回路４３に送られる。ＮＴＳＣ信号デコ
ーダ４２に送られたＮＴＳＣ信号は復号化され、ＲＧＢ
ビデオ信号となり、ビデオ反転回路４４に送られ、ビデ
オ反転回路４４で赤色（Ｒ）信号と、緑色（Ｇ）信号
と、青色（Ｂ）信号とを水平同期信号のタイミングで正
負反転した信号となり、液晶ディスプレイ１に送られ
る。また、同期分離回路４３に送られたＮＴＳＣ信号
は、同期部分が抽出され、この同期信号がタイミング信
号発生回路４５とバックライト制御回路４６とに送られ
る。タイミング信号発生回路４５は、上記同期信号から
各種のクロック周波数を持つ信号を発生させ、このクロ
ック信号を液晶ディスプレイ１に送る。また、バックラ
イト制御回路４６は、上記同期信号からバックライト制
御信号を発生させ、バックライト４７に送る。

【００２６】図５において、液晶ディスプレイ１は、上
記Ｒ信号、上記Ｇ信号、上記Ｂ信号及び上記各種のクロ
ック周波数を持つ信号に基づいて、画面表示を行う。

【００２７】図６は、本実施例における液晶シャッタの
動作を制御する液晶シャッタ駆動部の概略構成を示すブ
ロック回路図である。

【００２８】図６で、液晶シャッタ駆動部は、大きく分
けて、制御部２８と液晶シャッタ駆動制御部３５とに分
けられる。制御部２８は、水晶発振回路２１、カウンタ
回路２２、抵抗２３及び２５、ボリウム２４、直流バイ
アス設定回路２６及びバッファ２７で構成され、液晶シ
ャッタ駆動制御部３５は、非反転増幅演算器３０及び反
転増幅演算器３１、抵抗３２ａ及びコンデンサ３３ａま
たは抵抗３２ｂ及びコンデンサ３３ｂとから成る直流バ
イアスカット回路３４ａ及び３４ｂから構成される。ま
た、制御部２８と液晶シャッタ駆動制御部３５とは信号
線２９で接続される。

【００２９】ここで、図６において、水晶発振回路２１
で発生したクロック信号は、カウンタ回路２２に送られ
る。カウンタ回路２２は、上記クロック信号のうちカウ
ンタ値が最上位ビットを示す信号の周波数が、フリッカ
を感じない周波数、例えば８２ヘルツの周波数になるよ
うに設定する。ここで設定する周波数は、テレビの垂直
同期周波数と照明光の周波数の両者から離れた周波数と
する。また、カウンタ回路２２にて設定された信号は、
抵抗２３及び２５とボリウム２４とに送られる。この抵
抗２３及び２５とボリウム２４の値は、液晶シャッタ５
の透過率を効果的に制御できる所定の値に選定される。
ボリウム２４の出力に対して直流バイアスを直流バイア
ス設定回路２６にて設定した制御信号は、バッファ２７
を介して信号線２９にて本実施例の装置本体内の液晶シ
ャッタ駆動制御部３５内の非反転増幅演算器３０及び反
転増幅演算器３１に送られる。非反転増幅演算器３０で
演算処理されて得られる非反転出力信号は、直流バイア
スカット回路３４ａに送られ、抵抗３２ａ及びコンデン
サ３３ａにて直流バイアス部分が除去され、液晶シャッ
タ５の印加端子３６に印加される。同様に、反転増幅演
算器３１で演算処理されて得られる反転出力信号は、直
流バイアスカット回路３４ｂに送られ、抵抗３２ｂ及び
コンデンサ３３ｂにて直流バイアス部分が除去され、液
晶シャッタ５の印加端子３７に印加される。

【００３０】また、図６によれば、制御部２８で発生さ
せた上記制御信号を非反転あるいは反転増幅させた信号
の直流バイアス部分を液晶シャッタ５に印加する以前に
除去することで、液晶の劣化を防ぐことができる。

【００３１】図７は、本発明に係る頭部装着型ディスプ
レイ装置の第二の実施例を示す図である。

【００３２】図７で、液晶ディスプレイ１は、小型ＶＴ
Ｒ等に接続されるが、図１とは異なり、筐体５０内部で
上面に設置される。レンズ３は、液晶ディスプレイ１の
画面で表示される像の光路が光軸を通るように設置され
る。ハーフミラー４は、反射層とレンズ３の接線１００
を含む面に対し平行な面とで成す角度が、鋭角の範囲で
ある程度変化するように設置される。なお、図１で示し
たミラー２は、図７においては省かれている。また、外
光の光量を調節する液晶シャッタ５が、ハーフミラー４
にほぼ平行で、かつハーフミラー４が回転可能となる所
定位置に設置される。また、ハーフミラー４に回転軸５
１が取り付けられ、回転軸５１は筐体５０に設置された
軸受５２により支持される。上記小型ＶＴＲからの映像
は、液晶ディスプレイ１、レンズ３を介して、ハーフミ
ラー４の反射面にて反射して眼球５３に届く。すなわ
ち、上記映像はユーザの視界範囲内にて虚像として表示
される。また、ユーザは、装置本体を頭部装着部７にて
頭部に装着して上記虚像を視認することができる。

【００３３】ここで、図７において、筐体５０が図１で
示した頭部装着型ディスプレイ装置のものと同様、下方
部を斜めに切った形状を有するのは、装置本体の重量を
抑えるためである。また、ハーフミラー４は、回転軸５
１を中心として回転可能な構造を有し、ハーフミラー４
を回転させることで、ユーザが上記虚像を覗く角度、す
なわち上記虚像が視線方向に対し位置する角度を変化さ
せることができる。

【００３４】以上のように構成することで、本発明に係
る頭部装着型ディスプレイ装置にて眺めることのできる
虚像のユーザの視界範囲での表示の上下位置を、ハーフ
ミラーを手動で回転させることで、装置本体を一度頭部
より外し再度装着し直すことなく、変化させることがで
きる。また、上記ハーフミラーの反射層を二つの透明基
板の層で挟むことで、上記反射層が表面に露出すること
がないため、上記反射層を回転させる際に直接手で触れ
たり、周辺温度が変化して上記反射層の表面で結露した
り、または、何らかの刺激により上記反射層がとれた
り、上記反射層の表面で化学変化を起こすといったこと
が防止される。従って、上記ハーフミラーの反射層での
反射効率の低下を防ぐことができる。

【００３５】なお、本実施例では、液晶ディスプレイに
映し出す映像を、小型ＶＴＲ装置から得る例を示した
が、これに限定されることはなく、ビデオ出力のあるコ
ンピュータを接続して、このコンピュータからの画像を
液晶ディスプレイに映し出してもよい。

【００３６】また、本実施例では、透明基板で挟んだハ
ーフミラーを用いる例としてハーフミラーを回転させる
頭部装着型ディスプレイ装置を挙げたが、これに限定さ
れることはなく、ハーフミラー固定した頭部装着型ディ
スプレイ装置に用いても同様の効果を得ることは言うま
でもない。

【００３７】また、本実施例では、液晶シャッタを駆動
する信号の持つ周波数を、８２ヘルツに設定したが、こ
れに限定されることはなく、照明光の持つ周波数や外部
の表示装置、例えばテレビ、モニタ等の持つ周波数から
離れた周波数に設定すれば、同様の効果を得ることは言
うまでもない。

【００３８】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係る
頭部装着型ディスプレイ装置によれば、任意の像を表示
する画像表示手段、例えば液晶ディスプレイと、上記画
像表示手段に表示された像を拡大するためのレンズと、
上記レンズにより拡大された像を使用者が観視可能にす
るためのハーフミラーと、上記ハーフミラーを回転可能
に支持するハーフミラー回転機構部とを有しているた
め、使用者の視界範囲内での上記レンズにより拡大され
た像の表示位置を上下方向に変更するのが簡便になる。

【００３９】また、本発明に係る頭部装着型ディスプレ
イ装置によれば、任意の像を表示する画像表示手段、例
えば液晶ディスプレイと、上記画像表示手段に表示され
た像を拡大するためのレンズと、上記レンズにより拡大
された像を使用者が観視可能にするためのハーフミラー
とを有し、上記ハーフミラーは反射層を透明基板で挟ん
だ構造をとるようにしているため、ハーフミラーの反射
層の表面の状態が変化することによる反射効率の低下を
防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る頭部装着型ディスプレイ装置の第
一の実施例の概略構成を示す図である。

【図２】本実施例の頭部装着型ディスプレイ装置の動作
原理を説明する図である。

【図３】本発明に係る頭部装着型ディスプレイ装置の第
一の実施例のハーフミラー回転機構部を説明する図であ
る。

【図４】本発明に係る頭部装着型ディスプレイ装置の実
施例のハーフミラーの断面を示す図である。

【図５】本実施例の頭部装着型ディスプレイ装置の液晶
ディスプレイ制御部の概略構成を示す図である。

【図６】本実施例の頭部装着型ディスプレイ装置の液晶
シャッタ駆動部の概略構成を示す図である。

【図７】本発明に係る頭部装着型ディスプレイ装置の第
二の実施例の概略構成を示す図である。

【図８】従来の頭部装着型ディスプレイ装置の概略構成
を示す図である。

【図９】従来のハーフミラーの断面を示す図である。

【符号の説明】

１、１ａ及び１ｂ液晶ディスプレイ３、３ａ及び３ｂレンズ４ハーフミラー５液晶シャッタ６筐体７頭部装着部８伝送線９制御線１１ボリウムつまみ１２回路ボックス部１３小型ＶＴＲ部２１水晶発振回路２２カウンタ回路２３抵抗２４ボリウム２５抵抗２６直流バイアス設定回路２７バッファ２８制御部２９信号線３０非反転増幅演算器３１反転増幅演算器３２ａ、３２ｂ抵抗３３ａ、３３ｂコンデンサ３４ａ、３４ｂ直流バイアスカット回路３５液晶シャッタ駆動制御部４１ビデオ信号入力端子４２ＮＴＳＣ信号デコーダ４３同期分離回路４４ビデオ反転回路４５タイミング信号発生回路４６バックライト制御回路４７バックライト４８液晶ディスプレイ制御回路部５０筐体５１回転軸５２軸受５３眼球５４ａ、５４ｂ虚像５７留具５８筐体６１ａ、６１ｂ透明基板６２反射層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外界確認型の頭部装着型ディスプレイ装
置であって、任意の像を表示する画像表示手段と、上記画像表示装置に表示された像を拡大するためのレン
ズと、上記レンズにより拡大された像を使用者が観視可能にす
るためのハーフミラーと、上記ハーフミラーを回転可能に支持するハーフミラー回
転機構部とを有することを特徴とする頭部装着型ディス
プレイ装置。
【請求項２】上記ハーフミラーは、反射層を透明基板
で挟んだ構造を有することを特徴とする請求項１記載の
頭部装着型ディスプレイ装置。
【請求項３】外界確認型の頭部装着型ディスプレイ装
置であって、任意の像を表示する画像表示手段と、上記任意の像を拡大して虚像を得るためのレンズと、上記レンズにより拡大された像を使用者が観視可能にす
るためのハーフミラーとを有し、上記ハーフミラーは、反射層を透明基板で挟んだ構造を
有することを特徴とする頭部装着型ディスプレイ装置。