JP2016092508A - Image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to an image display device.
観察者の網膜に光を走査することによって画像を表示させる画像表示装置が検討されている。この画像表示装置はヘッドマウントディスプレイやヘッドアップディスプレイに用いられる。この画像表示装置は画像を生成するための構成を簡易にすることができるため、装置を小型軽量にすることができる。 An image display device that displays an image by scanning light on the retina of an observer has been studied. This image display device is used for a head-mounted display or a head-up display. Since this image display apparatus can simplify the configuration for generating an image, the apparatus can be reduced in size and weight.
観察者の網膜にカラー画像を表示させる画像表示装置は赤、青、緑色のレーザー光を射出する光源を備えている。そして、光源が射出したレーザー光は描画部内の鏡を照射する。描画部は鏡を揺動させて、レーザー光の進行方向を制御して描画する。描画部から出力したレーザー光はホログラムミラーを照射する。ホログラムミラーには干渉縞が形成されており、ホログラムミラーは観察者の瞳に向けてレーザー光の進行方向を変える。 An image display device that displays a color image on the retina of an observer includes a light source that emits red, blue, and green laser beams. And the laser beam which the light source inject | emitted irradiates the mirror in a drawing part. The drawing unit swings the mirror and controls the direction of travel of the laser light for drawing. The laser beam output from the drawing unit irradiates the hologram mirror. Interference fringes are formed on the hologram mirror, and the hologram mirror changes the traveling direction of the laser light toward the observer's pupil.
観察者の視線の移動に応じて表示部を移動させる画像表示装置が特許文献１に開示されている。それによると、画像表示装置は瞳の位置を検出部が検出し、瞳の移動に応じて表示部を移動している。画像表示装置は表示部から瞳に向かう光と瞳から検出部へ向かう光を導く光学系を備えている。そして、この光学系と表示部とを移動させる移動部が設置されていた。 An image display device that moves a display unit in accordance with the movement of an observer's line of sight is disclosed in Patent Document 1. According to this, in the image display device, the detection unit detects the position of the pupil and moves the display unit in accordance with the movement of the pupil. The image display device includes an optical system that guides light from the display unit toward the pupil and light from the pupil toward the detection unit. And the moving part which moves this optical system and a display part was installed.
特許文献１においては右眼用の光学系と表示部とが一体になっており、左眼用の光学系と表示部とが一体になっていた。そして、右眼用の光学系と左眼用の光学系とが接続され、１つの移動部が右眼用の光学系及び左眼用の光学系を移動していた。そして、移動部は右眼用の光学系の右側に設置されていた。 In Patent Document 1, the optical system for the right eye and the display unit are integrated, and the optical system for the left eye and the display unit are integrated. Then, the optical system for the right eye and the optical system for the left eye are connected, and one moving unit moves the optical system for the right eye and the optical system for the left eye. And the moving part was installed in the right side of the optical system for right eyes.
移動部は光学系及び表示部を移動する力を発生するため、重い部位となっている。そして、重い移動部が右眼の右側にある構造のときには重さの平衡がとれないので画像表示装置の右側が下へ傾きやすくなる。そこで、重さのバランスがとれて傾き難い画像表示装置が求められていた。 Since the moving unit generates a force for moving the optical system and the display unit, the moving unit is a heavy part. When the heavy moving unit is on the right side of the right eye, the weight balance cannot be achieved, and the right side of the image display device tends to tilt downward. Therefore, an image display device that balances the weight and is difficult to tilt has been demanded.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can be realized as the following forms or application examples.
［適用例１］
本適用例にかかる画像表示装置であって、レーザー光を射出する光源部と、前記レーザー光を鏡に反射させ前記鏡を回動させて描画する描画部と、前記レーザー光を反射して虚像を形成する表示部と、前記描画部と前記表示部とを連動して移動する移動部と、前記虚像を観察する観察者の視線を検出する視線検出部と、前記視線の移動に応じて前記移動部を制御する制御部と、を備え、前記表示部は、前記観察者の右眼用の前記虚像を表示する第１表示部と、前記観察者の左眼用の前記虚像を表示する第２表示部と、を有し、前記移動部は前記第１表示部及び前記第２表示部を移動する第１移動部を有し、前記第１移動部の重心が前記第１表示部と前記第２表示部との間に位置することを特徴とする。
[Application Example 1]
An image display device according to this application example, wherein a light source unit that emits laser light, a drawing unit that draws the laser beam by reflecting the laser beam on a mirror, and a virtual image by reflecting the laser beam A display unit that forms an image, a moving unit that moves in conjunction with the drawing unit and the display unit, a line-of-sight detection unit that detects the line of sight of an observer who observes the virtual image, and the movement according to the movement of the line of sight A control unit that controls a moving unit, wherein the display unit displays a first display unit that displays the virtual image for the right eye of the observer, and a first unit that displays the virtual image for the left eye of the observer. Two display units, and the moving unit includes a first moving unit that moves the first display unit and the second display unit, and the center of gravity of the first moving unit is the first display unit and the first display unit It is located between the second display section.
本適用例によれば、光源部がレーザー光を射出する。射出されたレーザー光は描画部の鏡により反射され表示部を照射する。描画部は鏡を回動させて表示部に描画し、表示部は虚像を形成する。虚像を観察する観察者が視線を移動するとき、視線検出部が観察者の視線を検出する。そして、制御部が視線の動きに応じて移動部を制御し、移動部が描画部と表示部とを連動して移動する。これにより、画像表示装置は観察者の視線の動きに合わせて虚像を移動させる。そして、画像表示装置は観察者の瞳をレーザー光が通過するように虚像を投影することができる。 According to this application example, the light source unit emits laser light. The emitted laser light is reflected by the mirror of the drawing unit and irradiates the display unit. The drawing unit rotates the mirror to draw on the display unit, and the display unit forms a virtual image. When the observer observing the virtual image moves his / her line of sight, the line-of-sight detection unit detects the line of sight of the observer. Then, the control unit controls the moving unit according to the movement of the line of sight, and the moving unit moves in conjunction with the drawing unit and the display unit. Accordingly, the image display apparatus moves the virtual image in accordance with the movement of the observer's line of sight. The image display device can project a virtual image so that the laser light passes through the pupil of the observer.
表示部には、観察者の右眼用の虚像を表示する第１表示部と、左眼用の虚像を表示する第２表示部と、を有している。このとき、第１表示部は観察者の右眼と対向する場所に位置し、第２表示部は観察者の左眼と対向する場所に位置する。そして、第１表示部及び第２表示部を移動する第１移動部の重心は第１表示部と第２表示部との間に位置する。 The display unit includes a first display unit that displays a virtual image for the right eye of the observer and a second display unit that displays a virtual image for the left eye. At this time, the first display unit is located at a location facing the viewer's right eye, and the second display unit is located at a location facing the viewer's left eye. And the gravity center of the 1st moving part which moves the 1st display part and the 2nd display part is located between the 1st display part and the 2nd display part.
第１移動部は表示部を移動する力を発生する部位であるため、重い部位となっている。そして、重い第１移動部の重心が眼の右側または左側にある構造のときには重さの平衡がとれないので画像表示装置が傾きやすくなる。この構造に比べて本適用例の構造では第１移動部の重心が第１表示部と第２表示部との間に位置する為、画像表示装置を傾き難い装置にすることができる。 Since the first moving part is a part that generates a force to move the display part, it is a heavy part. When the center of gravity of the heavy first moving unit is on the right side or the left side of the eye, the weight balance cannot be balanced, and the image display apparatus is easily tilted. Compared to this structure, in the structure of this application example, the center of gravity of the first moving unit is located between the first display unit and the second display unit, so that the image display device can be made difficult to tilt.
［適用例２］
上記適用例にかかる画像表示装置において、前記移動部は前記描画部と前記表示部とを連結する連結部を有することを特徴とする。
[Application Example 2]
In the image display device according to the application example, the moving unit includes a connecting unit that connects the drawing unit and the display unit.
本適用例によれば、連結部が描画部と表示部とを連結している。そして、第１移動部が表示部を移動するとき、表示部と連動して描画部が移動する。従って、移動部は表示部と描画部とを連動して移動することができる。そして、表示部を移動させる移動部と描画部を移動させる移動部とを備えるときに比べて、移動部の個数を減らすことができる。その結果、移動部を減らすことができる為、製造しやすい構造にすることができる。 According to this application example, the connecting unit connects the drawing unit and the display unit. When the first moving unit moves the display unit, the drawing unit moves in conjunction with the display unit. Therefore, the moving unit can move the display unit and the drawing unit in conjunction with each other. And the number of moving parts can be reduced compared with the case where the moving part which moves a display part and the moving part which moves a drawing part are provided. As a result, since the moving part can be reduced, a structure that can be easily manufactured can be obtained.
［適用例３］
上記適用例にかかる画像表示装置において、前記移動部は、前記描画部を移動する第２移動部を有することを特徴とする。
[Application Example 3]
In the image display device according to the application example, the moving unit includes a second moving unit that moves the drawing unit.
本適用例によれば、第１移動部が表示部を移動し、第２移動部が描画部を移動する。第１移動部及び第２移動部は力を発生する部位であり重い部位である。このとき、移動部が複数の場所に分散する為、重い部位が分散して配置することができる。従って、画像表示装置を支持しやすい装置にすることができる。 According to this application example, the first moving unit moves the display unit, and the second moving unit moves the drawing unit. The first moving part and the second moving part are parts that generate force and are heavy parts. At this time, since the moving parts are dispersed in a plurality of locations, heavy parts can be dispersed and arranged. Accordingly, the image display device can be easily supported.
［適用例４］
上記適用例にかかる画像表示装置において、前記第１移動部は１つの駆動源で前記第１表示部及び前記第２表示部を移動することを特徴とする。
[Application Example 4]
In the image display device according to the application example described above, the first moving unit moves the first display unit and the second display unit with one driving source.
本適用例によれば、第１移動部は１つの駆動源で第１表示部及び第２表示部を移動している。第１表示部を駆動する駆動源と第２表示部を駆動する駆動源とを設けるときには駆動源が２つになる。このときに比べて、本適用例では駆動源の個数を減らすことができる。その結果、駆動源の数が少なく製造しやすい構造にすることができる。 According to this application example, the first moving unit moves the first display unit and the second display unit with one drive source. When a drive source for driving the first display unit and a drive source for driving the second display unit are provided, there are two drive sources. Compared to this case, the number of drive sources can be reduced in this application example. As a result, it is possible to make the structure easy to manufacture with a small number of drive sources.
本実施形態では、特徴的な構造を有するヘッドマウントディスプレイの実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
（第１の実施形態）
第１の実施形態にかかわるヘッドマウントディスプレイについて図１〜図１２に従って説明する。図１は、ヘッドマウントディスプレイの構成を示す概略斜視図である。図１に示すように、画像表示装置としてのヘッドマウントディスプレイ１は眼鏡と類似する形状をしており、人体頭部２に装着して用いられる。
In the present embodiment, an embodiment of a head mounted display having a characteristic structure will be described with reference to the drawings. In addition, each member in each drawing is illustrated with a different scale for each member in order to make the size recognizable on each drawing.
(First embodiment)
A head mounted display according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic perspective view showing a configuration of a head mounted display. As shown in FIG. 1, a head-mounted display 1 as an image display device has a shape similar to glasses, and is used by being mounted on a
ヘッドマウントディスプレイ１は一対の表示部としてのハーフミラー３とハーフミラー３を支持するハーフミラー枠４とを備えている。ハーフミラー３は凹面を有する略四角形の板状であり人体頭部２の眼と対向する場所に配置される。ハーフミラー３のうち右眼と対向する場所のハーフミラー３を第１表示部としての右ミラー３ａとし、左眼と対向する場所のハーフミラー３を第２表示部としての左ミラー３ｂとする。ハーフミラー３はミラー保護部５に設置され、ハーフミラー枠４はミラー保護部５の周囲を囲んでミラー保護部５を支持する。ハーフミラー３の間のハーフミラー枠４には人体頭部２側に突出する鼻当て６が設置され、鼻当て６は人体頭部２の鼻２ａに当接するように配置される。鼻当て６はヘッドマウントディスプレイ１を人体頭部２に当接し固定する機能を有する。
The head mounted display 1 includes a
人体頭部２の鼻２ａ及び後頭部をとおる方向を前後方向７ａとする。前後方向７ａと直交する方向を左右方向７ｂとする。左右方向７ｂは人体頭部２における右眼と左眼とが並ぶ方向である。前後方向７ａ及び左右方向７ｂと直交する方向を上下方向７ｃとする。人体頭部２を観察者８の頭とするとき上下方向７ｃは観察者８が立っている状態で観察者８の足と人体頭部２とを通過する方向である。
A direction passing through the
ハーフミラー枠４の上下方向７ｃにおいて図中上側には移動部及び第１移動部としてのミラー移動部９が設置されている。ミラー移動部９は左右方向７ｂに延在するねじ棒９ｂとねじ棒９ｂを回動させるねじ棒回転部９ａを備えている。ねじ棒９ｂの両端には軸受９ｄが設置され、ねじ棒９ｂは安定して回動することができる。ねじ棒回転部９ａと軸受９ｄとの間には２つの雌ネジ部９ｃが移動可能に設置され、雌ネジ部９ｃはハーフミラー３に固定されている。
A
ねじ棒９ｂの外周には雄ネジが形成されている。雌ネジ部９ｃには雌ネジが形成された孔を備え、雌ネジ部９ｃはねじ棒９ｂに螺合されている。そして、ねじ棒回転部９ａがねじ棒９ｂを回動させる。ねじ棒９ｂが回転するとき雌ネジ部９ｃは左右方向７ｂに移動する。雌ネジ部９ｃはハーフミラー３に固定されているので、雌ネジ部９ｃが移動するときハーフミラー３も移動する。ミラー移動部９はハーフミラー３を左右方向７ｂに移動させる直動機構になっている。ハーフミラー３の移動量は特に限定されないが本実施形態では、例えば、約１ｃｍになっている。
A male screw is formed on the outer periphery of the
ミラー移動部９は左右対称の形状をしており、ねじ棒回転部９ａのある場所がミラー移動部９の重心になっている。そして、ミラー移動部９の重心は右ミラー３ａと左ミラー３ｂとの間に位置している。前後方向７ａから見たとき、ミラー移動部９の重心はハーフミラー枠４の中央に位置している為、ヘッドマウントディスプレイ１は傾き難い装置になっている。従って、ヘッドマウントディスプレイ１は安定した状態で人体頭部２に装着することが可能になっている。
The
ハーフミラー枠４は両端側に略直方体状の描画装置１０を備えている。描画装置１０はハーフミラー３に対して鼻当て６の反対側に設置されている。１つのハーフミラー３に対して描画装置１０が１つ設置されている。ハーフミラー枠４には２つのハーフミラー３と２つの描画装置１０が設置されている。図中右側の描画装置１０を右側描画装置１０ａとし、図中左側の描画装置１０を左側描画装置１０ｂとする。
The
ハーフミラー枠４には描画装置１０を人体頭部２の前後方向７ａに移動可能に案内するガイド１１を備えている。図中右側のガイド１１を右側ガイド１１ａとし、図中左側のガイド１１を左側ガイド１１ｂとする。右側ガイド１１ａは右側描画装置１０ａを案内し、左側ガイド１１ｂは左側描画装置１０ｂを案内する。
The
ハーフミラー枠４にはミラー保護部５と描画装置１０との間に撮像装置１２が設置されている。撮像装置１２は人体頭部２の眼を撮影する。ハーフミラー枠４には２つの撮像装置１２が設置されている。ハーフミラー枠４の右側に設置された撮像装置１２を右側撮像装置１２ａとし、ハーフミラー枠４の左側に設置された撮像装置１２を左側撮像装置１２ｂとする。右側撮像装置１２ａは右眼を撮影し、左側撮像装置１２ｂは左眼を撮影する。
An
撮像装置１２にはＣＣＤイメージセンサー（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳイメージセンサー（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の固体撮像素子及び、電子管式の撮像装置を用いることができる。本実施形態では、例えば、撮像装置１２にＣＭＯＳイメージセンサーを用いている。
The
ハーフミラー枠４の両端からは人体頭部２の耳２ｂに向かって延在するつる部１３が設置されている。つる部１３は眼鏡と同様に耳２ｂに挟んで用いられる。つる部１３とハーフミラー枠４との間には蝶番１４が設置され、つる部１３は蝶番１４を中心にして回動可能になっている。つる部１３をハーフミラー枠４に対して折り曲げることによりヘッドマウントディスプレイ１を収納しやすい形態にすることが可能になっている。尚、ハーフミラー３、ハーフミラー枠４、ミラー保護部５及びつる部１３の形状は図に示す形状に限定されず多様な形状にすることができる。
A
ヘッドマウントディスプレイ１は左右のつる部１３と鼻当て６との３点で人体頭部２に設置されている。この３点は鼻当て６を通る前後方向７ａに対して左右対称となっている。そして、重量のあるミラー移動部９の重心が鼻当て６の上下方向７ｃに位置しているので、ヘッドマウントディスプレイ１は重量の分布が鼻当て６を通る前後方向７ａに対して左右対称となっている。この為、人体頭部２にヘッドマウントディスプレイ１を安定して設置することができる。
The head mounted display 1 is installed on the
左側のつる部１３において人体頭部２の後頭部側となる場所にはコネクター１５が設置され、コネクター１５には配線１６が接続されている。配線１６には制御部１７が接続されている。制御部１７はミラー移動部９、描画装置１０及び撮像装置１２を制御する装置である。制御部１７には配線１８を介して映像信号出力装置２１が接続されている。
A
映像信号出力装置２１は制御部１７にステレオ映像信号を出力する装置である。映像信号出力装置２１は、例えば、ブルーディスクプレーヤー、パーソナルコンピューター、スマートフォン等の携帯情報端末を示している。制御部１７は映像信号を入力して赤色、青色、緑色の各輝度信号に分離する。さらに、制御部１７は映像信号から垂直走査信号と水平走査信号との走査信号を抽出する。制御部１７は配線１６を介して、描画装置１０に垂直走査信号と水平走査信号との走査信号を出力する。さらに、描画装置１０には光源部４３が設置され、制御部１７は光源部４３に赤色、青色、緑色の輝度信号を出力する。
The video
図２（ａ）は、描画装置及びハーフミラーの構造を示す要部模式側断面図である。図２（ｂ）は、描画装置及びハーフミラーの構造を示す要部模式上面図である。図３（ａ）は、ミラー保護部及びハーフミラーの構造を示す要部模式上断面図である。図３（ｂ）は、ミラー移動部の構造を示す要部模式平断面図である。図２（ａ）〜図３（ｂ）はヘッドマウントディスプレイ１の右側を示している。ヘッドマウントディスプレイ１は略左右対称であり、ヘッドマウントディスプレイ１の左側は右側と同様の形状となっている。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、描画装置１０はハーフミラー３に向けてレーザー光２２を射出する。射出されたレーザー光２２はハーフミラー３にて反射し人体頭部２の眼球２ｃを照射する。描画装置１０及びハーフミラー３は映像信号に応じた虚像を形成し、観察者８は虚像を見ることにより映像を観賞することができる。
FIG. 2A is a schematic cross-sectional side view of a main part showing the structures of the drawing apparatus and the half mirror. FIG. 2B is a schematic top view of the main part showing the structures of the drawing apparatus and the half mirror. FIG. 3A is a schematic top cross-sectional view of the relevant part showing the structure of the mirror protection part and the half mirror. FIG. 3B is a schematic plan cross-sectional view of the main part showing the structure of the mirror moving part. FIG. 2A to FIG. 3B show the right side of the head mounted display 1. The head mounted display 1 is substantially symmetrical, and the left side of the head mounted display 1 has the same shape as the right side. As shown in FIGS. 2A and 2B, the
ハーフミラー３と描画装置１０とは移動部としての連結部２４により連結されている。連結部２４は可撓性がある材質により形成され、連結部２４の材質には金属や樹脂等を用いることができる。連結部２４の材質に金属を用いるときには座屈しない範囲で薄くするのが好ましい。連結部２４を変形させるのに必要な応力を小さくでき、連結部２４の疲労破壊を抑制することができる。図３（ａ）に示すように、ミラー保護部５の内部には左右方向７ｂに延在する空洞２５が設置され、空洞２５にはハーフミラー３が設置されている。ミラー保護部５には空洞２５を挟んで窓部としての第１窓部５ａ及び窓部としての第２窓部５ｂが設置されている。第１窓部５ａ及び第２窓部５ｂは光透過性の板状の部材により形成されている。
The
ハーフミラー３は半透明になっている。そして、第１窓部５ａ及び第２窓部５ｂはハーフミラー３を挟んで設置されている。従って、第２窓部５ｂを通過する光２６の一部はハーフミラー３を通過して、さらに、第１窓部５ａを通過して進行する。従って、観察者８は第１窓部５ａ、ハーフミラー３及び第２窓部５ｂを通過する光２６を受光することができる。これにより、観察者８はミラー保護部５を透過してくる光２６及びレーザー光２２を受光することができる。
The
第１窓部５ａは空洞２５に対して人体頭部２側に位置し、第２窓部５ｂは空洞２５に対して第１窓部５ａの反対側に位置している。第１窓部５ａ及び第２窓部５ｂにより観察者８はハーフミラー３に接触することが防止される。これにより、観察者８が移動するハーフミラー３に接触して擦れることを防止することができる。さらに、ハーフミラー３が塵や埃により汚れることを防止することができる。
The
ハーフミラー３は板状部材３ｃを備え、板状部材３ｃにおいて人体頭部２を向く側の面には凹面３ｄが設置されている。そして、凹面３ｄにはホログラムシート２７が設置されている。ホログラムシート２７はレーザー光２２を回折させてレーザー光２２の進行方向を変える。従って、ハーフミラー３の凹面３ｄを浅くすることができる。そして、レーザー光２２がホログラムシート２７に当たるときにも、ホログラムシート２７の熱がハーフミラー３の板状部材３ｃに伝導してホログラムシート２７の温度上昇を抑制することができる。また、板状部材３ｃはガラスであり耐熱性を有している。従って、レーザー光２２が照射されても板状部材３ｃが変形することを抑制することができる。
The
ハーフミラー３は空洞２５内を第１窓部５ａ及び第２窓部５ｂに沿って左右方向７ｂに移動可能になっている。ハーフミラー３は連結部２４により描画装置１０と連結されている。ミラー移動部９がハーフミラー３を移動するとき描画装置１０はハーフミラー３と連動する。従って、ミラー移動部９はハーフミラー３と描画装置１０とを連動して移動させる。
The
次に、ミラー移動部９について説明する。図３（ｂ）に示すように、ねじ棒回転部９ａの内部には駆動源としてのモーター２８が設置されている。モーター２８の回転軸には第１歯車２９が設置され、ねじ棒９ｂには第２歯車３０が設置されている。第１歯車２９と第２歯車３０とが噛合い、モーター２８のトルクがねじ棒９ｂに伝達される。第２歯車３０の近くにはねじ棒９ｂを回転可能に支える軸受３１が設置されている。モーター２８のトルクが確実にねじ棒９ｂに伝達されるように、軸受３１がねじ棒９ｂを支えている。
Next, the
ねじ棒回転部９ａの図中右側のねじ棒９ｂと図中左側のねじ棒９ｂはねじ山の巻方向が同じ巻方向であり、同じピッチのねじ山が設置されている。これにより、右ミラー３ａ及び左ミラー３ｂは左右方向７ｂにおいて同じ方向に移動する。そして、右ミラー３ａの移動量と左ミラー３ｂの移動量は同じになる。ミラー移動部９は左右対称の形状であり、ミラー移動部９の重心はねじ棒回転部９ａのある位置になっている。
The
ミラー移動部９は１つのモーター２８で右ミラー３ａ及び左ミラー３ｂを移動している。右ミラー３ａを駆動するモーターと左ミラー３ｂを駆動するモーターとを設けるときにはモーターが２つになる。このときに比べて、モーターの個数を減らすことができる為、ミラー移動部９を製造しやすい構造になっている。
The
モーター２８は、回転角度を制御可能であれば良く、モーター種類は特に限定されない。モーター２８には、ステッピングモーター、直流サーボモーター、交流サーボモーターを用いることができる。他にも、ねじ棒回転部９ａ、ねじ棒９ｂ及び雌ネジ部９ｃにて構成される部分をリニアモーターにしても良い。ハーフミラー３を直線に沿って移動する直動機構としてリニアモーターを用いることができる。
The
次に、描画装置１０について説明する。図４は描画装置の構成を示すブロック図である。図４に示すように、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸としてＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸が図示されており、その図示した矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」とする。また、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」と称す。また、Ｘ軸及びＹ軸の双方に平行な面を「ＸＹ平面」と称す。
Next, the
描画装置１０は、レーザー光２２を射出する光源ユニット３２を備えている。光源ユニット３２が射出するレーザー光２２はプリズム３３に出力する。プリズム３３はレーザー光２２の光軸を傾けるとともに横断面形状を変形させる。プリズム３３にはレーザー光２２の強度を検知する検出部３４が設置されている。プリズム３３を通過したレーザー光２２は描画部３５に出力する。描画部３５はレーザー光２２を走査する。そして、描画装置１０は描画制御部３６を備え、描画制御部３６は光源ユニット３２及び描画部３５の動作を制御する。描画装置１０を構成する各部材は筐体３７に収納されている。
The
光源ユニット３２は、赤色光源３８ｒ、青色光源３８ｂ及び緑色光源３８ｇを備えている。赤色光源３８ｒ、青色光源３８ｂ、緑色光源３８ｇはそれぞれ赤色レーザー光２２ｒ、青色レーザー光２２ｂ、緑色レーザー光２２ｇを射出する。
The
赤色光源３８ｒ、青色光源３８ｂ、緑色光源３８ｇの光軸上にはそれぞれ赤色用レンズ４１ｒ、青色用レンズ４１ｂ、緑色用レンズ４１ｇが設置されている。赤色用レンズ４１ｒ、青色用レンズ４１ｂ及び緑色用レンズ４１ｇはコリメーターレンズであり、赤色レーザー光２２ｒ、青色レーザー光２２ｂ、緑色レーザー光２２ｇをそれぞれ平行光線または略平行な光線にする。赤色用レンズ４１ｒ、青色用レンズ４１ｂ、緑色用レンズ４１ｇの光軸上にはそれぞれ赤色用ミラー４２ｒ、青色用ミラー４２ｂ、緑色用ミラー４２ｇが設置されている。青色用ミラー４２ｂ及び緑色用ミラー４２ｇはダイクロイックミラーである。
A
赤色光源３８ｒ、青色光源３８ｂ、緑色光源３８ｇとしては、例えば、端面発光半導体レーザー、面発光半導体レーザー等の半導体レーザーを用いることができる。半導体レーザーを用いることにより、赤色光源３８ｒ、青色光源３８ｂ、緑色光源３８ｇを小型にすることができる。
As the
赤色用ミラー４２ｒ、青色用ミラー４２ｂ及び緑色用ミラー４２ｇにより光合成部４２が構成されている。赤色用ミラー４２ｒは赤色レーザー光２２ｒを反射する。青色用ミラー４２ｂは青色レーザー光２２ｂを反射するとともに、赤色レーザー光２２ｒを透過する。緑色用ミラー４２ｇは緑色レーザー光２２ｇを透過するとともに、赤色レーザー光２２ｒ及び青色レーザー光２２ｂを反射する特性を有している。赤色用ミラー４２ｒ、青色用ミラー４２ｂ及び緑色用ミラー４２ｇによって、赤色レーザー光２２ｒ、青色レーザー光２２ｂ、緑色レーザー光２２ｇは光軸が一致または略一致するように合成され、１つのレーザー光２２が＋Ｘ軸方向に射出される。
The
プリズム３３はレーザー光２２の光軸を傾ける第１の機能と、レーザー光２２の断面形状を変形させる第２の機能と、レーザー光２２の放射角を制御する第３の機能とを有する。プリズム３３は、ガラスや水晶で構成された実質的に無色透明な多面体である。このようなプリズム３３としては、上記のような機能を有していれば特に限定されず、例えば、略三角柱状をなす三角プリズムを用いることができる。
The prism 33 has a first function for tilting the optical axis of the
プリズム３３は、レーザー光２２の光軸と垂直な断面の形状を略楕円形から略円形へ整形する。具体的には、プリズム３３は、入射したレーザー光２２の断面形状のＺ軸方向の幅をほぼ一定に保ちつつ、ＸＹ面内方向の幅を広くすることにより、レーザー光２２の断面形状を略円形に整形する。言い換えると、プリズム３３は、断面形状である楕円の短軸の長さを大きくし、短軸と長軸の比（アスペクト比）がほぼ１となるようにレーザー光２２の断面形状を整形する。このように、レーザー光２２の断面形状を略円形とすることにより、優れた画像表示特性を発揮することのできる描画装置１０となる。
The prism 33 shapes the shape of the cross section perpendicular to the optical axis of the
プリズム３３の射出面３３ａは、湾曲凸面で構成されており、集光レンズとして機能し、平行光としてプリズム３３に入射したレーザー光２２を集光させる。このようにレーザー光２２を集光させることにより、より鮮明で高解像度感の画像を表示することができる。
The
プリズム３３の一端には検出部３４が設置されている。プリズム３３の入射面３３ｂは、レーザー光２２を僅かに反射するように構成されており（例えば０．１％程度の反射率）、その反射光の光路上に検出部３４が位置している。検出部３４は、レーザー光２２の強度を検知する機能を有している。このような検出部３４はフォトダイオード等の受光素子を有している。受光素子からは、受光した反射光の光強度に応じた大きさの信号（電圧）が出力され、この信号に基づいて、赤色レーザー光２２ｒ、青色レーザー光２２ｂ、緑色レーザー光２２ｇの各光強度を検出することができる。赤色光源３８ｒ、青色光源３８ｂ、緑色光源３８ｇからプリズム３３までの部分を光源部４３とする。
A
検出部３４が検出した赤色レーザー光２２ｒ、青色レーザー光２２ｂ、緑色レーザー光２２ｇの光強度に関する情報は、描画制御部３６に送られる。描画制御部３６は受信した情報に基づいて赤色光源３８ｒ、青色光源３８ｂ、緑色光源３８ｇの駆動を制御する。
Information regarding the light intensities of the
描画部３５は、プリズム３３を通過したレーザー光２２を２次元走査する機能を有している。このような描画部３５としては、レーザー光２２を２次元走査することができれば、特に限定されない。描画部３５はレーザー光２２を反射する鏡としての光反射面４４を有する。光反射面４４の法線方向の軸を第１軸４４ａとし、光反射面４４の接線方向で直交する２つの軸を第２軸４４ｂ及び第３軸４４ｃとする。描画部３５では光反射面４４が第２軸４４ｂ及び第３軸４４ｃ周りに揺動する。そして、描画部３５はレーザー光２２を光反射面４４に反射させ光反射面４４を回動させて描画する。
The
筐体３７には、光透過性の窓部４５が設けられている。窓部４５は例えばガラス、プラスチック等の透明な部材で構成されている。窓部４５を介して、描画部３５によって２次元走査されたレーザー光２２が筐体３７の外へ射出される。
The
次に、描画部３５について説明する。図５は描画部が有する光走査部を示す平面図であり、図６は光走査部の側断面図である。また、図７は電圧印加部のブロック図である。図８は電圧発生部が発生する電圧を説明するための図である。
Next, the
図５及び図６に示すように、描画部３５は、可動部４６、一対の軸部４７、軸部４８（第１の軸部）を備えている。さらに描画部３５は、枠体部４９、２対の軸部５０、軸部５１、軸部５２、軸部５３（第２の軸部）と、支持部５４を備えている。さらに、描画部３５は永久磁石５５と、コイル５６と、磁心５７と、電圧印加部５８とを備えている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
可動部４６及び一対の軸部４７、軸部４８は、第２軸４４ｂ周りに揺動（往復回動）する第１の振動系を構成する。また、可動部４６、一対の軸部４７、軸部４８、枠体部４９、２対の軸部５０、軸部５１、軸部５２、軸部５３及び永久磁石５５は、第３軸４４ｃ周りに揺動（往復回動）する第２の振動系を構成する。また、永久磁石５５、コイル５６及び電圧印加部５８は、前述した第１の振動系及び第２の振動系を駆動させる駆動部を構成する。
The
可動部４６は、基部６１と基部６１に固定された光反射板６２とを有する。光反射板６２の上面には、光反射性を有する光反射面４４が設けられている。そして、光反射面４４がレーザー光２２を反射する。上述の通り、可動部４６は、第２軸４４ｂ及び第３軸４４ｃ周りに揺動する。すなわち、可動部４６を構成する基部６１、光反射板６２及び光反射面４４も、第２軸４４ｂ及び第３軸４４ｃ周りに揺動する。
The
また、光反射板６２の下面はスペーサー６３を介して基部６１に固定されている。これにより、光反射板６２が軸部４７、軸部４８、枠体部４９及び軸部５０〜軸部５３との接触を防止しつつ、光反射板６２を第２軸４４ｂ周りに揺動させることができる。
Further, the lower surface of the
枠体部４９は、枠状をなし、前述した可動部４６の基部６１を囲んで設けられている。言い換えると、可動部４６の基部６１は、枠状をなす枠体部４９の内側に設けられている。そして、枠体部４９は、軸部５０〜軸部５３を介して支持部５４に支持されている。また、可動部４６の基部６１は、軸部４７、軸部４８を介して枠体部４９に支持されている。
The
軸部４７、軸部４８及び軸部５０〜軸部５３は、それぞれ、弾性変形可能である。そして、軸部４７、軸部４８は、可動部４６を第２軸４４ｂ周りに揺動可能とするように、可動部４６と枠体部４９を連結している。また、軸部５０〜軸部５３は、枠体部４９を第２軸４４ｂに直交する第３軸４４ｃ周りに揺動可能とするように、枠体部４９と支持部５４を連結している。
The
軸部４７、軸部４８は、可動部４６の基部６１を介して対向する場所に配置されている。また、軸部４７、軸部４８は、それぞれ、第２軸４４ｂに沿った方向に延在する長手形状をなす。そして、軸部４７、軸部４８は、それぞれ、一端部が基部６１に接続され、他端部が枠体部４９に接続されている。また、軸部４７、軸部４８は、それぞれ、中心軸が第２軸４４ｂに一致するように配置されている。このような軸部４７、軸部４８は、それぞれ、第２軸４４ｂ周りの揺動に伴って捩れ変形する。
The
軸部５０〜軸部５３は、枠体部４９を介して対向する場所に配置されている。また、軸部５０〜軸部５３は、それぞれ、第３軸４４ｃに沿った方向に延在する長手形状をなす。そして、軸部５０〜軸部５３は、それぞれ、一端部が枠体部４９に接続され、他端部が支持部５４に接続されている。また、軸部５０、軸部５１は、第３軸４４ｃを介して互いに対向するように配置され、同様に、軸部５２、軸部５３は、第３軸４４ｃを介して互いに対向するように配置されている。このような軸部５０〜軸部５３は、枠体部４９の第３軸４４ｃ周りの揺動に伴って、軸部５０及び軸部５１の対及び軸部５２及び軸部５３の対がそれぞれ捩れ変形する。
The
このように、可動部４６を第２軸４４ｂ周りに揺動可能とするとともに、枠体部４９を第３軸４４ｃ周りに揺動可能とすることにより、光反射板６２を互いに直交する第２軸４４ｂ及び第３軸４４ｃの２軸周りに揺動させることができる。
As described above, the
枠体部４９の下面には、永久磁石５５が接合されている。永久磁石５５は、平面視にて、第２軸４４ｂ及び第３軸４４ｃに対して傾斜する方向に磁化されている。永久磁石５５は、第２軸４４ｂ及び第３軸４４ｃの両軸に対して傾斜する方向に延在する長手形状（棒状）をなす。そして、永久磁石５５は、その長手方向に磁化されている。すなわち、永久磁石５５は、一端部をＳ極とし、他端部をＮ極とするように磁化されている。また、永久磁石５５は、平面視にて、第２軸４４ｂと第３軸４４ｃとの交点を中心として対称となるように設けられている。
A
第３軸４４ｃに対する永久磁石５５の磁化の方向（延在方向）の傾斜角θは、３０°以上６０°以下であるのが好ましい。このように永久磁石５５を設けることで、円滑かつ確実に可動部４６を第３軸４４ｃ周りに揺動させることができる。永久磁石５５としては、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、ボンド磁石等を好適に用いることができる。永久磁石５５は、硬磁性体を着磁したものである。
The inclination angle θ in the magnetization direction (extending direction) of the
永久磁石５５の直下には、コイル５６が設けられている。これにより、コイル５６から発生する磁界を効率的に永久磁石５５に作用させることができる。コイル５６は、磁心５７に巻回されて設けられている。これにより、コイル５６で発生した磁界を効率的に永久磁石５５に作用させることができる。コイル５６は、電圧印加部５８に電気的に接続されている。そして、電圧印加部５８によりコイル５６に電圧が印加されることで、コイル５６から第２軸４４ｂ及び第３軸４４ｃに直交する磁束を有する磁界が発生する。
A
図７に示すように、電圧印加部５８は可動部４６を第２軸４４ｂ周りに回動させるための第１の電圧を発生させる第１の電圧発生部６４と、可動部４６を第３軸４４ｃ周りに回動させるための第２の電圧を発生させる第２の電圧発生部６５と、第１の電圧と第２の電圧とを重畳する電圧重畳部６６とを備え、電圧重畳部６６で重畳した電圧をコイル５６に印加する。
As shown in FIG. 7, the
電圧重畳部６６は、コイル５６に電圧を印加するための加算器６７を備えている。加算器６７は、第１の電圧発生部６４から第１の電圧を受けるとともに、第２の電圧発生部６５から第２の電圧を受け、これらの電圧を重畳しコイル５６に印加するようになっている。
The
図８（ａ）において、縦軸は第１の電圧を示し、図中上側が下側より高い電圧になっている。横軸は時間の推移を示す。第１電圧波形６８は第１の電圧発生部６４が出力する電圧波形を示している。第１電圧波形６８が示すように第１の電圧発生部６４は第１周期６９で周期的に変化する第１の電圧（主走査用電圧）を発生させる。第１電圧波形６８は、正弦波のような波形をなしている。第１の電圧の周波数は、例えば、１０〜４０ｋＨｚであるのが好ましい。第１の電圧の周波数は、可動部４６、一対の軸部４７、軸部４８で構成される第１の振動系の捩り共振周波数と等しくなるように設定されている。これにより、可動部４６の第２軸４４ｂ周りの回動角を大きくすることができる。
In FIG. 8A, the vertical axis indicates the first voltage, and the upper side in the figure is higher than the lower side. The horizontal axis shows the transition of time. A
図８（ｂ）において、縦軸は第２の電圧を示し、図中上側が下側より高い電圧になっている。横軸は時間の推移を示す。第２電圧波形７０は第２の電圧発生部６５が出力する電圧波形を示している。第２電圧波形７０が示すように第２の電圧発生部６５は第１周期６９と異なる第２周期７１で周期的に変化する第２の電圧（副走査用電圧）を発生させるものである。第２電圧波形７０は、鋸波のような波形をなしている。第２電圧波形７０の周波数は、第１電圧波形６８の周波数と異なっていればよく、例えば、３０〜８０Ｈｚ（６０Ｈｚ程度）であるのが好ましい。本実施形態では、第２電圧波形７０の周波数は、可動部４６、一対の軸部４７、軸部４８、枠体部４９、２対の軸部５０〜軸部５３及び永久磁石５５で構成された第２の振動系の捩り共振周波数（共振周波数）と異なる周波数となるように調整されている。
In FIG. 8B, the vertical axis indicates the second voltage, and the upper side in the figure is higher than the lower side. The horizontal axis shows the transition of time. A
このような第２電圧波形７０の周波数は、第１電圧波形６８の周波数よりも小さいことが好ましい。これにより、より確実かつより円滑に、可動部４６を第２軸４４ｂ周りに第１電圧波形６８の周波数で揺動させつつ、第３軸４４ｃ周りに第２電圧波形７０の周波数で揺動させることができる。描画制御部３６は光源部４３の制御に加え描画部３５の駆動も行っている。
The frequency of the
図９はヘッドマウントディスプレイの電気制御ブロック図である。図９において、ヘッドマウントディスプレイ１はヘッドマウントディスプレイ１の動作を制御する制御部１７を備えている。そして、制御部１７はプロセッサーとして各種の演算処理を行うＣＰＵ７２（中央演算処理装置）と、各種情報を記憶するメモリー７３とを備えている。ミラー移動部駆動装置７４、右側撮像装置１２ａ及び左側撮像装置１２ｂは入出力インターフェイス７５及びデータバス７６を介してＣＰＵ７２に接続されている。さらに、右側描画装置１０ａ、左側描画装置１０ｂ、入力装置７７及び出力装置７８も入出力インターフェイス７５及びデータバス７６を介してＣＰＵ７２に接続されている。
FIG. 9 is an electric control block diagram of the head mounted display. In FIG. 9, the head mounted display 1 includes a
ミラー移動部駆動装置７４はミラー移動部９を駆動する装置である。ミラー移動部駆動装置７４はＣＰＵ７２から指示信号を受信し、指示された状態にミラー移動部９を駆動して移動させる。ミラー移動部９には雌ネジ部９ｃの位置を検出する位置検出装置が設置されている。ミラー移動部駆動装置７４は位置検出装置を駆動して雌ネジ部９ｃの位置を検出する。雌ネジ部９ｃにはハーフミラー３が接続され、ハーフミラー３と描画装置１０とは連結部２４により連結されている。従って、ミラー移動部駆動装置７４はハーフミラー３及び描画装置１０の位置を検出することができる。
The mirror moving
右側撮像装置１２ａ及び左側撮像装置１２ｂの撮像装置１２は内部に固体撮像素子等からなるエリアセンサーを備え、エリアセンサーが撮像する画像を電気信号に変換して出力することが可能になっている。この固体撮像素子は受光する光の輝度と受光する時間とに応じて電荷を蓄積することにより、光の輝度を電圧信号として出力する。撮像装置１２はＣＰＵ７２から指示信号を受信し、指示信号に応じて撮影する。そして、撮影した画像のデータをメモリー７３に送信する。
The
入力装置７７には電源スイッチや操作用のスイッチの他、映像信号出力装置２１と有線又は無線の通信を行う装置が含まれる。これらの入力装置７７により各種のデータが入力されメモリー７３に記憶される。
The
出力装置７８は液晶式の表示装置の他、スピーカー、映像信号出力装置２１と有線又は無線の通信を行う装置等が含まれる。これにより、制御部１７はヘッドマウントディスプレイ１の状態や観察者８が設定した設定状態を表示し出力することが可能になっている。
The
メモリー７３は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等といった半導体メモリーや、ハードディスク、ＤＶＤ−ＲＯＭといった外部記憶装置を含む概念である。機能的には、ヘッドマウントディスプレイ１の動作の制御手順が記述されたプログラムソフト８１を記憶する記憶領域や、雌ネジ部９ｃの移動量を演算するときに用いるデータである表示位置関連データ８２を記憶するための記憶領域が設定される。他にも、撮像装置１２が撮影した画像に関するデータである撮影画像データ８３を記憶するための記憶領域が設定される。他にも、描画装置１０が描画する画像データである描画画像データ８４を記憶するための記憶領域が設定される。他にも、ＣＰＵ７２のためのワークエリアやテンポラリーファイル等として機能する記憶領域やその他各種の記憶領域が設定される。
The
ＣＰＵ７２は、メモリー７３内に記憶されたプログラムソフト８１に従って、ハーフミラー３に虚像を投影する制御を行うものである。具体的な機能実現部としてＣＰＵ７２は表示位置制御部８５を有する。表示位置制御部８５はミラー移動部駆動装置７４に指示信号を出力し、ミラー移動部９を駆動させてハーフミラー３及び描画装置１０を移動させる制御を行う。
The
他にも、ＣＰＵ７２は撮像制御部８６を有する。撮像制御部８６は撮像装置１２に撮影する指示信号を出力し、撮像装置１２に眼球２ｃを撮影させる制御をする。撮像装置１２は撮影した画像をメモリー７３に記憶する。他にも、ＣＰＵ７２は画像演算部８７を有する。画像演算部８７は眼球２ｃが撮影された撮影画像データ８３をメモリー７３から入力する。そして、撮影画像データ８３を用いて観察者８の視線の方向を演算する。撮像制御部８６、画像演算部８７及び撮像装置１２等により視線検出部が構成されている。
In addition, the
他にも、ＣＰＵ７２は描画装置制御部８８を有する。描画装置制御部８８は描画画像データ８４をメモリー７３から入力する。そして、描画画像データ８４及び描画の開始及び停止の指示信号を描画装置１０に転送する。
In addition, the
他にも、ＣＰＵ７２は描画情報通信部８９を有する。描画情報通信部８９は入力装置７７及び出力装置７８を介して映像信号出力装置２１と通信を行い、描画画像データ８４を受信する。そして、描画情報通信部８９は描画画像データ８４をメモリー７３に記憶する。尚、本実施形態では、上記の各機能がＣＰＵ７２を用いてプログラムソフトで実現することとしたが、上記の各機能がＣＰＵ７２を用いない単独の電子回路（ハードウェア）によって実現できる場合には、そのような電子回路を用いることも可能である。
In addition, the
次に、上述したヘッドマウントディスプレイ１を用いてハーフミラー３に虚像を描画する描画方法について図１０〜図１２にて説明する。図１０は描画方法を示すフローチャートである。図１１〜図１２は、描画方法を説明するための模式図である。図１０のフローチャートにおいて、ステップＳ１は撮影工程であり、撮像装置１２が眼球２ｃを撮影する工程である。次にステップＳ２に移行する。ステップＳ２は視線演算工程である。この工程は、観察者８の視線がハーフミラー３と交差する場所を演算する工程である。次にステップＳ３に移行する。ステップＳ３は表示位置移動工程である。この工程は、ミラー移動部９が描画装置１０及びハーフミラー３を移動させる工程である。次にステップＳ５に移行する。ステップＳ４は描画工程である。この工程は、描画装置１０がハーフミラー３に虚像を形成する工程である。次にステップＳ５に移行する。ステップＳ１〜ステップＳ３とステップＳ４とは並行して行われる。ステップＳ５は終了判断工程である。描画を終了しないとき、ステップＳ１及びステップＳ４に移行する。描画を終了するとき、ヘッドマウントディスプレイ１の駆動を終了する。以上の工程で描画が完了する。
Next, a drawing method for drawing a virtual image on the
次に、図１１〜図１２を用いて、図１０に示したステップと対応させて、描画方法を詳細に説明する。図１１（ａ）は、ステップＳ１の撮影工程に対応する図である。図１１（ａ）に示すように、撮像装置１２は眼球２ｃを撮影する。右側撮像装置１２ａは右眼を撮影し、左側撮像装置１２ｂは左眼を撮影する。眼球２ｃの白目、黒目、瞳２ｄの形状が撮影される。撮像制御部８６は撮像装置１２に撮影する指示信号を出力する。撮像装置１２は指示信号を入力して眼球２ｃを撮影し、撮影画像データ８３としてメモリー７３に記憶する。
Next, the drawing method will be described in detail with reference to FIGS. 11 to 12 in association with the steps shown in FIG. FIG. 11A is a diagram corresponding to the photographing process in step S1. As shown in FIG. 11A, the
図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）はステップＳ２の視線演算工程に対応する図である。図１１（ｂ）は観察者８が図中右側に視線を向けたときを示している。画像演算部８７は画像９０の中央である画像中央９０ａに対して瞳の像９１の中央である瞳中央９１ａとの距離９２を演算する。瞳中央９１ａの演算では瞳の像９１の重心を求めて瞳中央９１ａとしても良い。白目と黒目との境界線を用いて瞳中央９１ａを算出しても良い。
FIG. 11B and FIG. 11C are diagrams corresponding to the line-of-sight calculation step in step S2. FIG. 11B shows the case where the
表示位置関連データ８２には瞳２ｄの視線がハーフミラー３と交差する位置と距離９２との関係を示すデータ表が含まれている。そして、画像演算部８７はデータ表、距離９２のデータ及び瞳の像９１が右寄りである情報を用いて、視線がハーフミラー３と交差する位置を演算する。
The display position related
図１１（ｃ）は観察者８が図中左側に視線を向けたときを示している。このときにも同様に画像演算部８７は距離９２を演算する。そして、画像演算部８７はデータ表、距離９２のデータ及び瞳の像９１が左寄りである情報を用いて、視線がハーフミラー３と交差する位置を演算する。
FIG.11 (c) has shown the case where the
図１２（ａ）〜図１２（ｃ）はステップＳ３の表示位置移動工程及びステップＳ４の描画工程に対応する図である。図１２（ａ）に示すように、瞳２ｄが正面を向くとき視線９３は人体頭部２の正面に向かう。そして、ハーフミラー３には最適点３ｅが設定され、最適点３ｅが視線９３上にあるとき最適な画像が観察できるように凹面３ｄ及びホログラムシート２７が形成されている。ステップＳ３では表示位置制御部８５は視線９３がハーフミラー３と交差する位置に最適点３ｅが重なるようにミラー移動部９を制御する。ステップＳ４では描画装置１０がレーザー光２２を射出する。このとき、観察者８は鮮明な虚像を観察することができる。
FIGS. 12A to 12C are diagrams corresponding to the display position moving process in step S3 and the drawing process in step S4. As shown in FIG. 12A, the line of
図１２（ｂ）に示すように、瞳２ｄが図中左側を向くとき視線９３は人体頭部２の左側に向かう。そして、ステップＳ１では撮像装置１２が瞳２ｄを撮影し、ステップＳ２では視線９３がハーフミラー３と交差する位置を画像演算部８７が演算する。ステップＳ３では表示位置制御部８５がミラー移動部駆動装置７４を介してミラー移動部９の雌ネジ部９ｃの位置を検出する。雌ネジ部９ｃはハーフミラー３と接続されている。そして、表示位置関連データ８２には雌ネジ部９ｃに対する最適点３ｅの位置のデータが含まれている。表示位置制御部８５は表示位置関連データ８２と雌ネジ部９ｃの位置情報から最適点３ｅの位置を算出する。
As shown in FIG. 12B, the line of
次に、表示位置制御部８５は視線９３がハーフミラー３と交差する位置に最適点３ｅが重なるようにミラー移動部９を制御する。その結果、視線９３上に最適点３ｅが位置するので、ステップＳ４にて描画装置１０がレーザー光２２を射出するとき、観察者８は鮮明な虚像を観察することができる。
Next, the display
図１２（ｃ）に示すように、瞳２ｄが図中右側を向くとき視線９３は人体頭部２の右側に向かう。このときにも表示位置制御部８５は視線９３がハーフミラー３と交差する位置に最適点３ｅが重なるようにミラー移動部９を駆動する。その結果、視線９３上に最適点３ｅが位置するので、ステップＳ４にて描画装置１０がレーザー光２２を射出するとき、観察者８は鮮明な虚像を観察することができる。
As shown in FIG. 12C, the line of
観察者８が視線９３を左右に移動させるとき、撮像制御部８６、画像演算部８７は視線９３の方向を検出する。そして、表示位置制御部８５が視線９３上に最適点３ｅが位置するように、ハーフミラー３の位置を制御する。このとき、ハーフミラー３と共に描画装置１０の位置も制御される。これにより、描画装置１０はハーフミラー３を反射したレーザー光２２が瞳２ｄを通過する場所からレーザー光２２を射出する。従って、観察者８は鮮明な虚像を観察することができる。
When the
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、ハーフミラー３は観察者８の右眼用の虚像を表示する右ミラー３ａと、左眼用の虚像を表示する左ミラー３ｂと、を有している。右ミラー３ａは観察者８の右眼と対向する場所に位置し、左ミラー３ｂは観察者の左眼と対向する場所に位置する。そして、右ミラー３ａ及び左ミラー３ｂを移動するミラー移動部９の重心は右ミラー３ａと左ミラー３ｂとの間に位置する。
As described above, this embodiment has the following effects.
(1) According to the present embodiment, the
ミラー移動部９のねじ棒回転部９ａはハーフミラー３及び描画装置１０を移動する力を発生するため、重い部位となっている。そして、重いねじ棒回転部９ａが眼の右側または左側にある構造のときには重さの平衡がとれないのでヘッドマウントディスプレイ１が傾きやすくなる。この構造に比べて本実施形態の構造ではねじ棒回転部９ａが右ミラー３ａと左ミラー３ｂとの間に位置する。そして、ミラー移動部９の重心が右ミラー３ａと左ミラー３ｂとの間に位置する為、ヘッドマウントディスプレイ１を人体頭部２に対して傾き難くすることができる。
Since the screw
（２）本実施形態によれば、連結部２４が描画装置１０とハーフミラー３とを連結している。そして、ミラー移動部９がハーフミラー３を移動するとき、ハーフミラー３と連動して描画装置１０が移動する。従って、ミラー移動部９はハーフミラー３と描画装置１０とを連動して移動することができる。そして、ハーフミラー３を移動させる移動装置と描画装置１０を移動させる移動装置とを備えるときに比べて、ヘッドマウントディスプレイ１は移動装置の個数を減らすことができる。その結果、移動装置を減らすことができる為、製造しやすい構造にすることができる。
(2) According to the present embodiment, the connecting
（３）本実施形態によれば、ミラー移動部９は１つのモーター２８で右ミラー３ａ及び左ミラー３ｂを移動している。右ミラー３ａを駆動するモーターと左ミラー３ｂを駆動するモーターとを設けるときにはモーターが２つになる。このときに比べて、本実施形態ではモーターの個数を減らすことができる。その結果、モーターの個数を減らすことができる為、ヘッドマウントディスプレイ１を製造しやすい構造にすることができる。
(3) According to the present embodiment, the
（４）本実施形態によれば、虚像を観察する観察者８が視線９３を移動するとき、撮像装置１２、撮像制御部８６及び画像演算部８７が観察者８の視線９３を検出する。そして、制御部１７がミラー移動部９を制御し、ミラー移動部９が描画装置１０とハーフミラー３とを連動して移動する。これにより、観察者８の視線９３の動きに合わせて虚像を移動させることができる。そして、ヘッドマウントディスプレイ１は観察者８の瞳２ｄをレーザー光２２が通過するように虚像を投影することができる。従って、ヘッドマウントディスプレイ１は観察者８の視線９３に合わせて鮮明な画像を表示することができる。
(4) According to this embodiment, when the
（５）本実施形態によれば、ハーフミラー３はミラー保護部５内に設置されている。ミラー保護部５には光透過性の第１窓部５ａ及び第２窓部５ｂが対向して設置されている。レーザー光２２は第１窓部５ａを通してハーフミラー３に照射され、ハーフミラー３は虚像を形成することができる。ハーフミラー３がガイド１１により移動させられるとき、ハーフミラー３はミラー保護部５内に設置されミラー保護部５によって保護されている。従って、ハーフミラー３が観察者８と接触して擦れることを防止することができる。
(5) According to this embodiment, the
（６）本実施形態によれば、ハーフミラー３はホログラムシート２７が設置された板状部材３ｃを有している。ホログラムシート２７はレーザー光２２を回折させてレーザー光２２の進行方向を変える。従って、板状部材３ｃの凹凸を浅くすることができる。そして、レーザー光２２がホログラムシート２７に当たるときにも、ホログラムシート２７の熱を板状部材３ｃに伝導して温度上昇を抑制することができる。
(6) According to this embodiment, the
（７）本実施形態によれば、第１窓部５ａ及び第２窓部５ｂはハーフミラー３を挟んで設置されている。従って、第２窓部５ｂを通過する光２６の一部はハーフミラー３を通過して、さらに、第１窓部５ａを通過して進行することができる。従って、観察者８は第１窓部５ａ、第２窓部５ｂ及びハーフミラー３を通過する光２６を受光することができる。その結果、観察者８はヘッドマウントディスプレイ１を通して景色を見ることができる。さらに、ハーフミラー３には虚像が描画される為、観察者８は虚像と景色とを重ねて見ることができる。
(7) According to this embodiment, the
（第２の実施形態）
次に、ヘッドマウントディスプレイの一実施形態について図１３を用いて説明する。図１３は、ヘッドマウントディスプレイの構造を示す概略斜視図である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、連結部２４がなく描画装置１０を移動させるステージが設置されている点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, an embodiment of a head mounted display will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a schematic perspective view showing the structure of the head mounted display. This embodiment is different from the first embodiment in that a stage for moving the
すなわち、本実施形態では、図１３に示すように画像表示装置としてのヘッドマウントディスプレイ９６にはハーフミラー３と描画装置１０とを連結する連結部２４が設置されていない。そして、描画装置１０には描画装置１０を前後方向７ａに移動する移動部及び第２移動部としてのステージ９７が設置されている。ステージ９７は固定テーブル、移動テーブル、固定テーブルに対して移動テーブルを移動される直動機構を備えている。直動機構には、リニアモーター、カムと回転モーターとを組合せた装置、ネジ棒及びナットと回転モーターとを組合せた装置等各種の機構を用いることができる。
That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 13, the head mounted
固定テーブルはハーフミラー枠４に設置され、移動テーブルは描画装置１０と接続する。そして、直動機構が固定テーブルに対して移動テーブルを移動させるとき、ハーフミラー枠４に対して描画装置１０が前後方向７ａに移動する。
The fixed table is installed on the
虚像を観察する観察者８が視線９３を移動するとき、撮像装置１２、撮像制御部８６及び画像演算部８７が観察者８の視線９３を検出する。そして、制御部１７がミラー移動部９及びステージ９７を制御する。ステージ９７が描画装置１０を前後方向７ａに移動させる。ミラー移動部９がハーフミラー３を左右方向７ｂに移動させる。制御部１７はハーフミラー３と描画装置１０とを連動して移動する。これにより、観察者８の視線９３の動きに合わせて虚像を移動させることができる。そして、ヘッドマウントディスプレイ９６は観察者の瞳をレーザー光２２が通過するように虚像を投影することができる。従って、ヘッドマウントディスプレイ９６は観察者８の視線９３に合わせて鮮明な画像を表示することができる。
When the
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、ミラー移動部９がハーフミラー３を移動し、ステージ９７が描画装置１０を移動する。ミラー移動部９及びステージ９７は力を発生する部位であり重い部位である。このとき、重い部位が複数の場所に分散する為、ヘッドマウントディスプレイ９６を支持しやすい装置にすることができる。
As described above, this embodiment has the following effects.
(1) According to this embodiment, the
（第３の実施形態）
次に、ヘッドマウントディスプレイの一実施形態について図１４を用いて説明する。図１４は、ヘッドマウントディスプレイの構造を示す要部模式上断面図である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、ハーフミラーは枠部にホログラムシートが設置された構造となっている点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。右眼用のハーフミラーについて説明する。左眼用のハーフミラーも同様の構造及び作用を有しており、説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, an embodiment of a head mounted display will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of the main part showing the structure of the head mounted display. This embodiment is different from the first embodiment in that the half mirror has a structure in which a hologram sheet is installed in the frame portion. Note that description of the same points as in the first embodiment is omitted. The right-eye half mirror will be described. The left-eye half mirror also has the same structure and action, and a description thereof will be omitted.
すなわち、本実施形態では、図１４に示すように画像表示装置としてのヘッドマウントディスプレイ１００は表示部としてのハーフミラー１０１を備えている。ハーフミラー１０１はミラー保護部５の内部に設置されている。ハーフミラー１０１は長方形の枠形状の枠部１０１ａを備えている。枠部１０１ａはミラー保護部５の内周に沿って左右方向７ｂに移動可能になっている。
That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 14, a head mounted
枠部１０１ａの内側には薄膜１０１ｂが設置され、薄膜１０１ｂにおいて人体頭部２を向く面が凹面１０１ｃになっている。そして、凹面１０１ｃにホログラムシート２７が設置されている。ハーフミラー１０１はホログラムシート２７が設置された枠部１０１ａを有している。枠部１０１ａは剛性があるので構造物としての強度を有している。従って、レーザー光２２が照射される部分を薄くしてハーフミラー１０１を軽くすることができる。その結果、ハーフミラー１０１を小さな力で応答性良く移動させることができる。
A
（第４の実施形態）
次に、ヘッドマウントディスプレイの一実施形態について図１５を用いて説明する。図１５は、ヘッドマウントディスプレイの構造を示す要部模式上断面図である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、ハーフミラーには板状部材３ｃがなくホログラムシートがハーフミラーを構成している点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。右眼用のハーフミラーについて説明する。左眼用のハーフミラーも同様の構造及び作用を有しており、説明を省略する。
(Fourth embodiment)
Next, an embodiment of a head mounted display will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of the main part showing the structure of the head mounted display. This embodiment is different from the first embodiment in that the half mirror does not have the plate-
すなわち、本実施形態では、図１５に示すように画像表示装置としてのヘッドマウントディスプレイ１０４は表示部としてのハーフミラー１０５を備えている。ハーフミラー１０５はミラー保護部１０６の内部に設置されている。ハーフミラー１０５はホログラムシートからできている。ミラー保護部１０６は光透過性である板状の第１窓部１０６ａと第２窓部１０６ｂとで空洞２５を挟んだ構造になっている。
That is, in this embodiment, as shown in FIG. 15, the head mounted
ハーフミラー１０５は第１窓部１０６ａ及び第２窓部１０６ｂに沿って空洞２５内を移動する。第１窓部１０６ａ及び第２窓部１０６ｂが平坦であり、ハーフミラー１０５も平坦な薄板状の形状になっている。尚、第１窓部１０６ａ及び第２窓部１０６ｂに凹凸をつけてハーフミラー１０５を円弧状にしても良い。レーザー光２２を瞳２ｄに集光させ易くすることができる。
The
ハーフミラー１０５はホログラムシートからできている為、ハーフミラー１０５を軽くすることができる。その結果、ハーフミラー１０５を小さな力で応答性良く移動させることができる。
Since the
尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記第１の実施形態では、右側撮像装置１２ａ及び左側撮像装置１２ｂの２台の撮像装置１２を設置した。右側撮像装置１２ａまたは左側撮像装置１２ｂの一方の撮像装置１２を用いて視線９３を検出しても良い。そして、検出した視線９３のデータを用いて表示位置制御部８５が左右両方のハーフミラー３及び描画装置１０の位置を制御しても良い。構成要素が少なくなるので、ヘッドマウントディスプレイ１を製造し易い装置にすることができる。
Note that the present embodiment is not limited to the above-described embodiment, and various changes and improvements can be added by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. A modification will be described below.
(Modification 1)
In the first embodiment, two
（変形例２）
前記第１の実施形態では、ミラー保護部５の内側の面と摺動させてハーフミラー３を移動した。ハーフミラー３とミラー保護部５との間に低摩擦の摺動面を設置しても良い。また、ハーフミラー３とミラー保護部５との間にガイドレールを設置しても良い。小さな力でハーフミラー３を移動させることができる。
(Modification 2)
In the first embodiment, the
（変形例３）
前記第１の実施形態では、ミラー保護部５に第１窓部５ａ及び第２窓部５ｂを設置した。ヘッドマウントディスプレイ１を使用する用途によっては、第１窓部５ａだけ設置して第２窓部５ｂを開口にしても良い。第２窓部５ｂだけ設置して第１窓部５ａを開口にしても良い。さらに、第１窓部５ａ及び第２窓部５ｂを除いてハーフミラー３を露出させても良い。
(Modification 3)
In the first embodiment, the
（変形例４）
前記第１の実施形態では、ハーフミラー３に凹面３ｄを設置した。ホログラムシート２７だけでレーザー光２２の反射角を制御可能であるときには凹面３ｄを平面にしても良い。板状部材３ｃの形状が簡易になるので、板状部材３ｃを製造し易くすることができる。
(Modification 4)
In the first embodiment, the
（変形例５）
前記第１の実施形態では、ミラー保護部５をハーフミラー枠４に設置した構造となっている。ハーフミラー枠４とミラー保護部５とを一体にした構造にしても良い。部品点数が削減されるので、ヘッドマウントディスプレイ１を製造し易くすることができる。
(Modification 5)
In the first embodiment, the
（変形例６）
前記第１の実施形態では、ハーフミラー３を左右方向７ｂに移動した。さらに、ハーフミラー３を上下方向７ｃに移動させるステージを設置しても良い。視線９３が左右方向７ｂに加えて上下方向７ｃに移動するときにもハーフミラー３を移動して鮮明な虚像を表示することができる。
(Modification 6)
In the first embodiment, the
（変形例７）
前記第１の実施形態では、第２窓部５ｂを光透過性にして第２窓部５ｂを通して見える景色と虚像とを重ねて見えるようにした。第２窓部５ｂを光が透過しない材質にしても良い。ヘッドマウントディスプレイ１を虚像だけを見る装置にすることができる。
(Modification 7)
In the first embodiment, the
（変形例８）
前記第１の実施形態では、光源部４３を描画装置１０の中に設置した。光源部４３を制御部１７に設置して光ファイバーを用いてレーザー光２２を描画部３５に導光しても良い。描画装置１０を軽くすることができる為、ヘッドマウントディスプレイ１を装着したときの疲労を軽減することができる。
(Modification 8)
In the first embodiment, the
（変形例９）
前記第１の実施形態では、描画部３５は１つの電磁石で２方向の走査を実現している。描画部３５は２つの電磁石で２方向の走査を行う構造にしても良い。操作の制御を容易にすることができる。また、描画部３５は１つの光反射面４４で主走査と副走査とを行った。主走査用の反射面及び副走査用の反射面を設けても良い。走査の制御を容易にすることができる。また、描画部３５は電磁石以外にも圧電素子や静電気を用いた駆動素子にて光反射面４４を駆動しても良い。
(Modification 9)
In the first embodiment, the
（変形例１０）
前記第１の実施形態では、右側描画装置１０ａと左側描画装置１０ｂとの２つの描画装置１０を備えてステレオ表示にしている。１つの描画装置１０を備える単眼用の表示装置にしても良い。構成要素の数が減るのでヘッドマウントディスプレイ１を製造し易くすることができる。
(Modification 10)
In the first embodiment, the two
（変形例１１）
前記第１の実施形態では、第１歯車２９及び第２歯車３０を介してモーター２８のトルクをねじ棒９ｂに伝達した。ねじ棒９ｂをモーター２８の回転軸としても良い。第１歯車２９及び第２歯車３０が不要となるので、ヘッドマウントディスプレイ１を製造し易い構造にすることができる。
(Modification 11)
In the first embodiment, the torque of the
（変形例１２）
前記第３の実施形態では、ハーフミラー１０１の薄膜１０１ｂに凹面１０１ｃを形成して、凹面１０１ｃにホログラムシート２７を設置した。他にも、ホログラムシート２７を曲面状に形成して、枠部１０１ａに直接ホログラムシート２７を設置しても良い。ハーフミラー１０１の形状が簡易になるので、製造し易くすることができる。また、薄膜１０１ｂがないのでハーフミラー１０１を軽くすることができる。ホログラムシート２７が平坦な面でよいときには、枠部１０１ａに平坦なホログラムシート２７を設置しても良い。ホログラムシート２７を成形する工程を削減できる為、さらに、ハーフミラー１０１を製造し易くすることができる。
(Modification 12)
In the third embodiment, the
１，９６…画像表示装置としてのヘッドマウントディスプレイ、３…表示部としてのハーフミラー、３ａ…第１表示部としての右ミラー、３ｂ…第２表示部としての左ミラー、８…観察者、９…移動部及び第１移動部としてのミラー移動部、１２…視線検出部としての撮像装置、１７…制御部、２２…レーザー光、２４…移動部としての連結部、２８…駆動源としてのモーター、３５…描画部、４３…光源部、４４…鏡としての光反射面、８６…視線検出部としての撮像制御部、８７…視線検出部としての画像演算部、９７…移動部及び第２移動部としてのステージ。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記レーザー光を鏡に反射させ前記鏡を回動させて描画する描画部と、
前記レーザー光を反射して虚像を形成する表示部と、
前記描画部と前記表示部とを連動して移動する移動部と、
前記虚像を観察する観察者の視線を検出する視線検出部と、
前記視線の移動に応じて前記移動部を制御する制御部と、を備え、
前記表示部は、前記観察者の右眼用の前記虚像を表示する第１表示部と、
前記観察者の左眼用の前記虚像を表示する第２表示部と、を有し、
前記移動部は前記第１表示部及び前記第２表示部を移動する第１移動部を有し、
前記第１移動部の重心が前記第１表示部と前記第２表示部との間に位置することを特徴とする画像表示装置。 A light source unit for emitting laser light;
A drawing unit for drawing the laser beam by reflecting the laser beam on a mirror and rotating the mirror;
A display unit that reflects the laser beam to form a virtual image;
A moving unit that moves in conjunction with the drawing unit and the display unit;
A line-of-sight detector that detects the line of sight of an observer observing the virtual image;
A control unit that controls the moving unit according to the movement of the line of sight,
The display unit includes a first display unit that displays the virtual image for the right eye of the observer;
A second display unit that displays the virtual image for the left eye of the observer,
The moving unit includes a first moving unit that moves the first display unit and the second display unit,
An image display device, wherein the center of gravity of the first moving unit is located between the first display unit and the second display unit.
前記移動部は前記描画部と前記表示部とを連結する連結部を有することを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 1,
The image display apparatus according to claim 1, wherein the moving unit includes a connecting unit that connects the drawing unit and the display unit.
前記移動部は、前記描画部を移動する第２移動部を有することを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 1,
The image display apparatus, wherein the moving unit includes a second moving unit that moves the drawing unit.
前記第１移動部は１つの駆動源で前記第１表示部及び前記第２表示部を移動することを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to any one of claims 1 to 3,
The image display apparatus according to claim 1, wherein the first moving unit moves the first display unit and the second display unit with one driving source.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2014222468A JP2016092508A (en) | 2014-10-31 | 2014-10-31 | Image display device |
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