JP2005252591A - 画像表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】小型で軽量なヘッドマウント部を有するヘッドマウント型およびスクリーン投影型兼用の画像表示システムを提供する。
【解決手段】ヘッドマウントディスプレイと、ヘッドマウントディスプレイの少なくとも一部を装着可能なベース部とからなる画像表示システムであって、画像を表示する二次元表示素子と、二次元表示素子を照明する第１の照明部と、光源と導光路とを有するとともに、二次元表示素子を照明する第２の照明部と、第１の照明部と第２の照明部との少なくとも一方によって照明された二次元表示素子に表示された画像を投影対象に対して投影する投影光学系と、第１の照明部と第２の照明部との少なくとも一方からの光束を二次元表示素子に導く切換部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヘッドマウント型およびスクリーン投影型兼用の画像表示システムに関する。

従来より、ユーザの頭部に装着可能なヘッドマウント型およびスクリーン投影型兼用の画像表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような画像表示装置では、ヘッドマウント部をベース部に取り付けることにより、スクリーン投影型の画像表示が実現される。そして、ヘッドマウント型で使用時の第１の光源がヘッドマウント部内の表示部に設けられ、スクリーン投影型で使用時の第２の光源がベース部分に設けられる。
特開平９−１８２１１２号公報

しかし、前述した画像表示装置では、スクリーン投影型での使用に十分な光量を得るため、第２の光源は、ベース部内のうち、ヘッドマウント部内の表示部に隣接する位置に設けられる必要があった。そして、このように配置に制約があるため、ヘッドマウント部の十分な小型化および軽量化を図ることができなかった。
本発明は、小型で軽量なヘッドマウント部を有するヘッドマウント型およびスクリーン投影型兼用の画像表示システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の画像表示システムは、表示部と、前記表示部を保持する保持部と、前記表示部と前記保持部とを観察者の頭部に固定可能な固定部とを備えたヘッドマウントディスプレイと、前記ヘッドマウントディスプレイの少なくとも一部を装着可能なベース部とからなる画像表示システムであって、画像を表示する二次元表示素子と、前記二次元表示素子の近傍に備えられ、前記二次元表示素子を照明する第１の照明部と、光源と導光路とを有するとともに、前記導光路の入射端を前記光源の近傍に備え、前記導光路の射出端を前記二次元表示素子の近傍に備え、前記二次元表示素子を照明する第２の照明部と、前記第１の照明部と前記第２の照明部との少なくとも一方によって照明された前記二次元表示素子に表示された画像を投影対象に対して投影する投影光学系と、前記第１の照明部と前記第２の照明部との少なくとも一方からの光束を前記二次元表示素子に導く切換部とを備え、前記二次元表示素子と、前記第１の照明部と、前記第２の照明部の前記導光路の射出端と、前記投影光学系と、前記切換部とは、前記ヘッドマウントディスプレイに設けられ、前記第２の照明部の前記光源と前記導光路の入射端は、前記ベース部に設けられることを特徴とする。

請求項２に記載の画像表示システムは、請求項１に記載の画像表示システムにおいて、前記投影光学系による画像の投影対象が前記観察者であるか否かを認識する投影対象認識部を備え、前記投影対象認識部が、前記投影対象が前記観察者であることを認識すると、前記切換部は、少なくとも前記第１の照明部からの光束を前記二次元表示素子に導くことを特徴とする。

請求項３に記載の画像表示システムは、請求項１に記載の画像表示システムにおいて、前記観察者が前記二次元表示素子に表示された前記画像を観察中であるか否かを認識する観察状態認識部を備え、前記観察状態認識部が、前記観察者が観察中であることを認識すると、前記切換部は、少なくとも前記第１の照明部からの光束を前記二次元表示素子に導くことを特徴とする。

請求項４に記載の画像表示システムは、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の画像表示システムにおいて、前記二次元表示素子と前記投影光学系との距離を変更する変更部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、小型で軽量なヘッドマウント部を有するヘッドマウント型およびスクリーン投影型兼用の画像表示システムを提供することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。本発明の画像表示システムは、ヘッドマウントディスプレイ装置と、ベース部とからなる。まず、ヘッドマウントディスプレイ装置について説明する。
図１Ａは、本実施形態のヘッドマウントディスプレイ装置１の外観を示す図である。ヘッドマウントディスプレイ装置１は、図１Ａに示すように、湾曲したリアアーム２、リアアーム２の両端に固定された右音声出力部３および左音声出力部４を備える。右音声出力部３および左音声出力部４は、リアアーム２の湾曲しようとする付勢力によってユーザの両耳に当接する。すなわち、リアアーム２、右音声出力部３、左音声出力部４は、ヘッドマウントディスプレイ装置１をユーザの頭部に係止するためのものである。また、ヘッドマウントディスプレイ装置１は、リアアーム２の左端から伸縮自在なディスプレイアーム５を備え、ディスプレイアーム５の端には表示部６を備える。ディスプレイアーム５は、ユーザ操作または自動で伸縮自在であり、伸縮することにより表示部６の位置を調整可能である。また、表示部６は、後述する表示デバイスおよびレンズを備え、ユーザの視野に画像を表示する。

さらに、ヘッドマウントディスプレイ装置１は、ディスプレイアーム５および表示部６とそれ以外の本体との間で着脱可能である。すなわち、ディスプレイアーム５および表示部６は、図１Ａのように本体と一体化した状態から、図１Ｂに示すように本体から取り外し可能である。ディスプレイアーム５は、図１Ｂに示すように、本体への着脱部に接続部５１を備える。接続部５１は、ディスプレイアーム５および表示部６が本体と一体化している状態（図１Ａの状態）において、リアアーム２内に填め込まれている。そのため、ヘッドマウントディスプレイ装置１の使用時（図１Ａの状態）には、接続部５１がヘッドマウントディスプレイ装置１の外部に露出しない構成になっている。

また、ヘッドマウントディスプレイ装置１は、図２の機能ブロック図に示すように、制御部７を備えるとともに、外部の再生装置などとのインタフェースを取る外部インタフェース部８を備える。さらに、ヘッドマウントディスプレイ装置１は、ユーザ操作を受け付ける操作部９を備える。
右音声出力部３、左音声出力部４、操作部９は、それぞれ、接続部１０、接続部１１、接続部１２を介して、制御部７と接続される。接続部１０、接続部１１、接続部１２は、制御部７とそれぞれ相互に接続され、接続部１０の出力は右音声出力部３に供給され、接続部１１の出力は左音声出力部４に供給される。また、操作部９の出力は、接続部１２に供給される。

また、制御部７の出力は、表示部６にも供給され、外部インタフェース部８は制御部７と相互に接続される。
次に、ディスプレイアーム５および表示部６について説明する。ディスプレイアーム５は、図１Ｂに示すように、その内部に光ファイバ５２を備える。光ファイバ５２は、表示部６内に射出端５４を備える。

図３Ａは表示部６の断面の概要図である。表示部６は、図３Ａに示すように、ＬＣＤなどの表示素子６１、光源６２、ハーフミラー６３、ミラー６４、レンズ６５を備える。光源６２は、ヘッドマウント型において使用時の表示素子６１のバックライトとして使用される。また、この光源６２は、ハーフミラー６３に対して、前述した光ファイバ５２の射出端５４と共役な位置に配置される。また、表示素子６１からの光束は、ミラー６４を介してレンズ６５に導かれる。

なお、表示部６は図３Ｂに示す構成であっても良い。すなわち、ハーフミラー６３に代えて、可動式ミラー６６を備え、光ファイバ５２の射出端５４と光源６２との何れかからの光束を表示素子６１に導くようにしても良い。
次に、ディスプレイアーム５および表示部６を用いて、スクリーン投影型の表示装置として用いる場合について、図４を用いて説明する。

図４は、ベース部２０に、ディスプレイアーム５および表示部６を装着した場合を示す図である。ここで、ベース部２０は、ディスプレイアーム５および表示部６を装着可能な装着部２１、光源２２、集光レンズ２３を備える。図４に示すように、ベース部２０に、ディスプレイアーム５および表示部６が装着されると、ディスプレイアーム５の接続部５１が不図示のベース部２０の接続部に接続されるとともに、光ファイバ５２の入射端５３が、前述した集光レンズ２３の焦点位置に配置される。

なお、表示部６、制御部７は、請求項の「表示部」に対応し、ディスプレイアーム５は、請求項の「保持部」に対応し、リアアーム２、右音声出力部３、左音声出力部４は、請求項の「固定部」に対応する。また、ベース部２０は、請求項の「ベース部」に対応する。
また、表示素子６１は、請求項の「二次元表示素子」に対応し、光源６２は、請求項の「第１の照明部」に対応する。さらに、光源２２および集光レンズ２３は、請求項の「光源」に対応し、光ファイバ５２は、請求項の「導光路」に対応する。また、レンズ６５は、請求項の「投影光学系」に対応し、ハーフミラー６３（または可動式ミラー６６）は、請求項の「切換部」に対応する。

以上説明したような構成の画像表示システムを、ヘッドマウント型およびスクリーン投影型のぞれぞれで使用する際の使用方法について説明する。
本発明の画像表示システムでは、基本的に、図１に示すヘッドマウント型として使用する際には、表示部６内の光源６２を使用し、図４に示すスクリーン投影型として使用する際には、ベース部２０内の光源２２を使用する。

制御部７は、画像表示システムの投影対象を認識することにより、前述した２つの光源のうち、どちらの光源を使用するかを決定する。ここで、投影対象とは、ヘッドマウント型として使用する際には、観察者であり、スクリーン投影型として使用する際には、スクリーン６０（図４参照）である。
投影対象の認識には以下の各方法がある。
・接続部５１の接続対象の認識。

接続部５１がリアアーム２に接続されている場合には、投影対象は観察者である（ヘッドマウント型として使用）。一方、接続部５１が、ベース部２０内の不図示の接続部に接続されている場合には、投影対象はスクリーンである（スクリーン投影型として使用）。
・左音声出力部３および右音声出力部４の近傍に設けた接触センサによる検知。
接触センサにより検知されれば、投影対象は観察者である（ヘッドマウント型として使用）。一方、検知されなければ、投影対象はスクリーンである（スクリーン投影型として使用）。

さらに、制御部７は、ヘッドマウント型として使用している際に、観察者が画像を観察中であるか否かを認識し、観察中のみ表示部６内の光源６２を点灯する。
観察中であるか否かの認識には以下の各方法がある。
・視線検出
表示部６の近傍に視線認識センサを設け、観察者の視線が表示部６の表示素子６１を向いている場合のみ観察中とする。
・ディスプレイアーム５の状態検出
ディスプレイアーム５が伸びている状態では、観察者が観察中であるとし、ディスプレイアーム５が縮んでいる状態（リアアーム２内に収納されている状態）では、観察中でないと認識する。

なお、表示部６内には、スクリーン投影型として使用する際のピント調整用に、表示素子６１とレンズ６５との距離を変更する機構を備えると良い。小型化、軽量化を実現するためには、表示素子６１を、レンズ６５の光軸方向に移動するか、レンズ６５を、その光軸方向に移動するのが好ましい。また、レンズ６５として、厚みを変更可能なレンズを用いても良い。なお、ズームレンズを配置するようにしても良い。

以上説明したように、本実施形態によれば、画像を表示する二次元表示素子と、二次元表示素子の近傍に備えられ、二元表示素子を照明する第１の照明部と、光源と導光路とを有するとともに、導光路の入射端を光源の近傍に備え、導光路の射出端を二次元表示素子の近傍に備え、二次元表示素子を照明する第２の照明部と、第１の照明部と第２の照明部との少なくとも一方によって照明された二次元表示素子に表示された画像を投影対象に対して投影する投影光学系と、第１の照明部と第２の照明部との少なくとも一方からの光束を二次元表示素子に導く切換部とを備える。そして、二次元表示素子と、第１の照明部と、第２の照明部の導光路の射出端と、投影光学系と、切換部とは、ヘッドマウントディスプレイに設けられ、第２の照明部の光源と導光路の入射端は、ベース部に設けられる。

したがって、第２の照明部の配置の自由度が向上し、さらに、ヘッドマウントディスプレイ装置の小型化および軽量化を図ることができる。また、スクリーン投影型として使用する際の光源を、表示素子６１から離して配置し、光ファイバを用いて光を導くことにより、表示素子６１の部分（具体的には表示部６の部分）を自由に動かすことができるので、投影の自由度も向上する。

また、本実施形態によれば、画像の投影対象が観察者であるか否かを認識し、投影対象が観察者であることを認識すると、切換部は、少なくとも第１の照明部からの光束を二次元表示素子に導く。したがって、ヘッドマウント型として使用している場合には、第１の照明部が自動的に選択され、省電力化を図ることができる。
また、本実施形態によれば、観察者が二次元表示素子に表示された画像を観察中であるか否かを認識し、観察者が観察中であることを認識すると、切換部は、少なくとも第１の照明部からの光束を二次元表示素子に導く。したがって、ヘッドマウント型として使用中において、観察中にのみ光源を使用し、観察中でない場合には、省電力化を図ることができる。

なお、本実施形態では、表示部６内の光源６２とベース部２０内の光源２２との何れか一方を使用する例を示したが、使用状況に応じて、両方の光源を同時に点灯して使用するようにしても良い。このような場合、表示部６は図３Ａで説明したハーフミラー６３を用いた構成が好ましい。
また、本実施形態では、左側にのみ表示部６を備える例を示したが、両側にディスプレイアームおよび表示部を備えるようにしても良い。また、１本のディスプレイアームに両目用の表示部を保持させるようにしても良い。

また、本実施形態では、リアアーム２に対してディスプレイアーム５を伸縮させる構成である例を示したが、図５に示すようにディスプレイアーム５とリアアーム２との接合点およびその近傍で、ディスプレイアーム５を、図５Ｂに示すように跳ね上げられる構成であっても良い。このような場合、図５Ａのようにディスプレイアーム５が跳ね上げられていない状態では、画像を観察中であると判定し、図５Ｂのようにディスプレイアーム５が跳ね上げられている状態では、画像を観察中でないと判定することができる。同様に、図６に示すように表示部６を水平方向に回転させる構成にしても良いし、他の方法で退避させる構成にしても良い。

また、本実施形態では、画像および音声のソースについて言及しなかったが、ソースはどこであっても良い。すなわち、ヘッドマウントディスプレイ装置１内に設けても良いし、べース部２０内に設けても良いし、外部に設けて無線や有線でヘッドマウントディスプレイ装置１に接続するようにしても良い。
また、本実施形態では、ヘッドマウントディスプレイ装置１のうち、ディスプレイアーム５および表示部６をそのほかの本体から着脱して、ベース部２０に接続する例を示したが、他の部分（例えば、表示部６のみ）を着脱してベース部２０に接続するようにしても良いし、ヘッドマウントディスプレイ装置１全体をベース部２０に接続するようにしても良い。何れの場合でも、光ファイバ５２の射出端５４は、表示部６内の表示素子６１の近傍に設け、入射端５３は、ベース部２０内の光源２２の近傍に設ける。

また、本実施形態では、図１に示すような形態のヘッドマウントディスプレイ装置１を用いて説明を行ったが、ユーザの頭部に係止可能であれば、ヘルメット型やメガネ型であっても良い。例えば、メガネ型の場合、ツルの部分の内部に光ファイバ５２を設け、その部分を本体から着脱可能にしても良い。

ヘッドマウントディスプレイ装置１の外観を示す図である。 ヘッドマウントディスプレイ装置１の機能ブロック図である。 表示部６の断面の概要図である。 スクリーン投影型の表示装置として用いる場合を説明する図である。 ヘッドマウントディスプレイ装置１の別の外観を示す図である。 ヘッドマウントディスプレイ装置１の別の外観を示す図である。

符号の説明

１ ヘッドマウントディスプレイ装置
２ リアアーム
３ 右音声出力部
４ 左音声出力部
５ ディスプレイアーム
６ 表示部
７ 制御部
８ 外部インタフェース部
９ 操作部
１０，１１，１２，５１ 接続部
２０ ベース部
２１ 装着部
２２，６２ 光源
２３ 集光レンズ
５２ 光ファイバ
５３ 入射端
５４ 射出端
６０ スクリーン
６１ 表示素子
６３ ハーフミラー
６４ ミラー
６５ レンズ
６６ 可動式ミラー

Claims (4)

1. 表示部と、前記表示部を保持する保持部と、前記表示部と前記保持部とを観察者の頭部に固定可能な固定部とを備えたヘッドマウントディスプレイと、前記ヘッドマウントディスプレイの少なくとも一部を装着可能なベース部とからなる画像表示システムであって、
   画像を表示する二次元表示素子と、
   前記二次元表示素子の近傍に備えられ、前記二次元表示素子を照明する第１の照明部と、
   光源と導光路とを有するとともに、前記導光路の入射端を前記光源の近傍に備え、前記導光路の射出端を前記二次元表示素子の近傍に備え、前記二次元表示素子を照明する第２の照明部と、
   前記第１の照明部と前記第２の照明部との少なくとも一方によって照明された前記二次元表示素子に表示された画像を投影対象に対して投影する投影光学系と、
   前記第１の照明部と前記第２の照明部との少なくとも一方からの光束を前記二次元表示素子に導く切換部とを備え、
   前記二次元表示素子と、前記第１の照明部と、前記第２の照明部の前記導光路の射出端と、前記投影光学系と、前記切換部とは、前記ヘッドマウントディスプレイに設けられ、
   前記第２の照明部の前記光源と前記導光路の入射端は、前記ベース部に設けられる
   ことを特徴とする画像表示システム。
2. 請求項１に記載の画像表示システムにおいて、
   前記投影光学系による画像の投影対象が前記観察者であるか否かを認識する投影対象認識部を備え、
   前記投影対象認識部が、前記投影対象が前記観察者であることを認識すると、前記切換部は、少なくとも前記第１の照明部からの光束を前記二次元表示素子に導く
   ことを特徴とする画像表示システム。
3. 請求項１に記載の画像表示システムにおいて、
   前記観察者が前記二次元表示素子に表示された前記画像を観察中であるか否かを認識する観察状態認識部を備え、
   前記観察状態認識部が、前記観察者が観察中であることを認識すると、前記切換部は、少なくとも前記第１の照明部からの光束を前記二次元表示素子に導く
   ことを特徴とする画像表示システム。
4. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載の画像表示システムにおいて、
   前記二次元表示素子と前記投影光学系との距離を変更する変更部を備える
   ことを特徴とする画像表示システム。

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