JP4531002B2

JP4531002B2 - 映像付与装置

Info

Publication number: JP4531002B2
Application number: JP2006072162A
Authority: JP
Inventors: 孝久安東
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2026-03-16
Also published as: US7808714B2; US20070217001A1; JP2007251593A

Description

この発明は、観察者に映像を観察させる映像付与装置に関する。

従来より、空間光変調素子にて変調して得られた映像光を観察者の瞳孔中心に集光させてマックスウェル視によって観察者に映像を観察させる映像付与装置が知られている。図１２（ａ）（ｂ）は従来の映像付与装置１００を観察者Ａが装着している状態を示している。光学系筐体１０１と頭部装着部１０２とはボールジョイント１０３によって連結されており、前記ボールジョイント１０３によって光学系筐体１０１と頭部装着部１０２とがそれらの相対位置を変化させることができる（特許文献１参照）。かかる映像付与装置であれば、図１３（ａ）（ｂ）に示しているように、観察者Ａの瞳孔中心線に対して光学系筐体１０１の光軸を上下左右に移動させること、光学系筐体１０１を観察者Ａの眼球に近づけたり遠ざけたりすること（アイレリーフの長短に対する調整）、及び、光学系筐体１０１を傾ける（回転させる）ことが容易に行える。
特開２００５−５５５６０号公報

しかしながら、上記従来の映像付与装置では、アイレリーフの長短に対する調整を行うと、光学系筐体１０１の光軸中心位置が上下方向に変位する。例えば、図１２（ｂ）に示すように、光学系筐体１０１を観察者Ａの眼に近づけると、光学系筐体１０１の光軸中心位置は上方向に変位する。この場合、頭部装着部１０２における鼻当て部材（図示せず）を当該頭部装着部１０２に対して上方向にずらすことで光学系筐体１０１を下方に位置変位させて前記光軸中心を観察者Ａの瞳孔中心に一致させることができるが、前記鼻当て部材を一々調節するのは手間である。

この発明は、上記の事情に鑑み、連結部材で頭部装着部と光学系筐体とを連結して成る映像付与装置において、観察者の眼球に対する光学系筐体の遠近調節を行っても、観察者の眼球に対する光学系筐体の上下方向の位置変位を前記連結部材で調節することができる映像付与装置を提供することを目的とする。

この発明の映像付与装置は、上記の課題を解決するために、観察者に映像を付与するための映像付与光学系が収容された光学系筐体と、観察者の頭部に装着される頭部装着部と、前記頭部装着部に設けられた支持部材と、前記支持部材の下方側で当該支持部材に前記光学系筐体を連結する連結部材と、から成り、前記連結部材は棒状部材の両端にボール部を備えて円錐状可動範囲を有し、一端側のボール部が前記支持部材側で姿勢維持可能に設けられると共に他端側のボール部が前記光学系筐体側で姿勢維持可能に設けられており、前記棒状部材は各々が屈曲形状を有する第１屈曲部材と第２屈曲部材とから成り、これら第１屈曲部材と第２屈曲部材とが可動に且つ姿勢維持可能に連結されていることを特徴とする。

上記の構成であれば、第１屈曲部材と第２屈曲部材のなす角度を変えることができ、この角度調節によって、前記二つのボール部間の距離を調節できる。この距離調節によって、観察者の眼球に対する光学系筐体の遠近調節を行っても、観察者の眼球に対する光学系筐体の上下方向の位置変位を前記連結部材で調節することができる。そして、前記棒状部材は第１屈曲部材と第２屈曲部材とから成るので、これらが真っ直ぐな部材からなる場合に比べ、前記円錐状可動範囲内での前記ボール部間の距離調節が広い範囲で行えることになる。

上記構成の映像付与装置において、前記ボール部の表面はゴム材から成るのがよい。

これら構成の映像付与装置において、前記第１屈曲部及び第２屈曲部は一端側にそれぞれ連結部を有し、これら連結部がゴム材を介在させて押圧連結されていてもよい。

或いは、これら構成の映像付与装置において、前記第１屈曲部及び第２屈曲部は一端側にそれぞれ連結部となるボール部を有し、前記ボール部はそれぞれ中間連結部材の異なる位置に連結されていてもよい。或いは、これら構成の映像付与装置において、前記第１屈曲部及び第２屈曲部の一方は一端側に連結部となるボール部を有し、他方は一端側に球状空洞部を有する中空部材を有し、前記ボール部が前記中空部に嵌合連結されていてもよい。前記連結部となるボール部の表面はゴム材から成るのがよい。

これら構成の映像付与装置において、前記支持部材には可撓片が設けられており、前記支持部材側で姿勢維持可能に設けられる前記ボール部は、前記可撓片に接触しており、前記可撓片はねじによる押圧の程度によって前記ボール部に対する押圧の程度を変化させることとしてもよい。

これら構成の映像付与装置において、前記光学系筐体には可撓片が設けられており、前記光学系筐体側で姿勢維持可能に設けられる前記ボール部は、前記可撓片に接触しており、前記可撓片はねじによる押圧の程度によって前記ボール部に対する押圧の程度を変化させることとしてもよい。

この発明であれば、観察者の眼球に対する光学系筐体の遠近調節を行っても、観察者の眼球に対する光学系筐体の上下方向の位置変位を前記連結部材で調節することができる効果を奏する。

以下、この発明の実施形態の映像付与装置を図１乃至図１１に基づいて説明していく。

映像付与装置は、光源及び映像光集光のための光学系を含めて一体化した光学系筐体を具備する。図１に光学系筐体４における光学部材の配置構造を例示している。この光学系筐体４は後方側からの光源出射光を２回に渡って光路変更することで観察者Ａの眼球Ａｅに映像光を集光させるタイプとなっている。光学系筐体４は、例えば光源としてチップタイプ（非モールド）のＬＥＤ４１を備える。ＬＥＤ４１はコリメータレンズ４２の焦点位置に配置されており、ＬＥＤ４１からの出射光はコリメータレンズ４２によって平行光化される。この平行光を液晶表示パネル（空間光変調素子）４３に透過させて得られる映像光は再回折光学系に導かれる。再回折光学系は、レンズ４４とピンホール４５とレンズ４６とから成る。レンズ４４とレンズ４６は両者の焦点距離を足した距離だけ離間して配置されており、光線の絞り位置で映像光が前記ピンホール４５を通過するようにしている。また、上記再回折光学系内において光路を９０°変更すべくミラー４７を配置している。再回折光学系を経た映像光は、光路を９０°変更するミラー４８を経て集光レンズ（接眼光学系）４９に導かれる。このような構成により、ピンホール４５の共役点を眼球Ａｅの瞳孔中心におくことが可能となり、観察者Ａに広い視野を与えることができる。また、光学系筐体４には、液晶表示パネル４３を駆動する回路基板６が設けられている。回路基板６には電力供給線や映像信号供給線が接続される。映像信号供給線には例えばＣＣＤカメラやテレビジョンなどからの映像信号が供給される。

図２は映像付与装置１を示した斜視図である。また、図３（ａ）は映像付与装置１の装着状態の平面図であり、図３（ｂ）は映像付与装置１の装着状態の側面図である。映像付与装置１は、ヘッドセット（頭部装着部）３に前記光学系筐体４が取り付けられた構造を有する。ヘッドセット３は観察者Ａの額前方に位置する支持部材３１、観察者Ａの耳に掛けられる耳掛け部３２、観察者Ａの後頭部に位置する調節部３３からなる。観察者Ａの頭部の大きさの違いに対する調節は前記調節部３３に設けられた調節摘まみ３３ａを回すことで行うことができる。

前記支持部材３１の下方に前記光学系筐体４がボールジョイント（連結部材）５によって円錐状可動範囲を有して支持されている。図４にボールジョイント５を示す。図４（ｂ）（ｃ）に示すように、ボールジョイント５は、棒状部材の一端側及び他端側にボール部５４・５５を有して成るものであり、一端側（上端側）のボール部５４が前記支持部材３１に姿勢維持可能に装着されると共に他端側（下端側）のボール部５５が前記光学系筐体４に姿勢維持可能に装着される。姿勢維持は、ボール部５４・５５の表面と当該ボール部の収容部の当接面との摩擦力（押圧力）の設定で行える他、前記収容部にばね部材を設けたり、或いはボールジョイントを磁性体とし、前記収容部に磁石を設けるなど磁力によって実現することもできる。この実施形態では、前記ボール部５４・５５はウレタンゴム（硬度は６０度〜９０度程度とするのが望ましい）から成る。

前記棒状部材は各々が屈曲形状を有する第１屈曲部材５１と第２屈曲部材５２とから成り、これら第１屈曲部材５１と第２屈曲部材５２とが可動に且つ姿勢維持可能に連結されている。より具体的には、図４（ｄ）に示すように、第１屈曲部５１及び第２屈曲部５２は、それぞれ一端側に円形平板形状の連結部５１ａ，５２ａを有する。そして、これら連結部５１ａ，５２ａは、ゴム板５６を介在させてボルト５７とナット５８とによって押圧状態で連結されている。前記ボルト５７が連結部５１ａ，５２ａの回動軸になり、この回動軸の方向は光学系筐体４の光軸方向に概ね直交する。前記ゴム板５６は、例えば、ウレタンゴムから成り、その硬度は６０度〜９０度程度であるのが望ましい。第１屈曲部材５１と第２屈曲部材５２とが上記のごとく連結されていることで、図４（ｂ）に示しているごとく、第１屈曲部材５１と第２屈曲部材５２のなす角度（θ）を変えることができる。そして、この角度調節によって、ボール部５４とボール部５５との間の距離を調節できる。

第１屈曲部５１及び第２屈曲部５２は、図４（ａ）にも示しているように、それぞれ他端側に係止凸部５１ｂ，５２ｂを有する。前記ボール部５４，５５は係止凸部５１ｂ，５２ｂの形成箇所において、球状に成形される。

図５（ａ）（ｂ）は映像付与装置１を観察者Ａが装着している状態を簡略化して示している。前記ボールジョイント５によって光学系筐体４とヘッドセット３とがそれらの相対位置を変化させることができる。しかも、かかる映像付与装置１であれば、アイレリーフの長短に対する調整を行うときでも、第１屈曲部材５１と第２屈曲部材５２のなす角度（θ）を変えてボール部５４とボール部５５との間の距離を調節できるから、光学系筐体４の光軸中心を瞳孔中心に一致させることができる。

図６はボールジョイント５の他の例としてボールジョイント５Ａを示した説明図である。第１屈曲部材５１Ａと第２屈曲部材５２Ａとは同一形状を有する。各屈曲部材の両端にボール部が成形されている。すなわち、第１屈曲部材５１Ａはボール部５４に加えてもう一つのボール部を有しており、同様に、第２屈曲部材５２Ａはボール部５５に加えてもう一つのボール部を有する。これらもう一つのボール部はそれぞれ中間連結部材５００の異なる位置に円錐状可動範囲を有して且つ姿勢維持可能に装着される。中間連結部材５００は二つの分割ブロックからなり、それぞれに半球形状の凹部が二つ形成されている。二つの分割ブロックの半球形状の凹部を合わせると前記ボール部が収容される空間が二つ形成される。空間内に前記ボール部が収容され、前記二つの分割ブロックはねじ留めされる。中間連結部材５００は樹脂或いは軽金属などから成る。

図７はボールジョイント５の他の例としてボールジョイント５Ｂを示した説明図である。第１屈曲部材５１Ｂは一端側にボール部５４が形成されており、他端側に球状空洞部を有する中空部材５０１を有する。第２屈曲部材５２Ｂはボール部５５に加えてもう一つのボール部を有する。前記もう一つのボール部は、前記中空部材５０１に嵌入連結されており、円錐状可動範囲を有して且つ姿勢維持可能に装着される。中空部材５０１は樹脂或いは軽金属などから成る。

図８はヘッドセット３における支持部材３１及びこの支持部材３１に取り付けられた支持ブロック３５を示した斜視図であり、図９（ａ）（ｂ）は前記支持ブロック３５にボールジョイント５が装着された状態を示した縦断面図である。支持ブロック３５は二つの分割ブロック３５ａ，３５ｂからなり、それぞれに半球形状の凹部３５ｃ，３５ｃが形成されている。二つの分割ブロック３５ａ，３５ｂの半球形状の凹部３５ｃ，３５ｃを合わせると前記ボール部５４が収容される空間が形成される。前記二つの分割ブロック３５ａ，３５ｂには、ねじ挿通穴が二つ形成されており、このねじ挿通穴に挿入されるねじにて分割ブロック３５ａ，３５ｂは互いに固定される。支持ブロック３５は樹脂或いは軽金属などから成る。

図１０は前記支持ブロック３５の横断面図である。分割ブロック３５ｂの裏面側中央部には可撓片３５ｄが設けられている。分割ブロック３５ｂに切り込みを入れることで当該分割ブロック３５ｂの一部が前記可撓片３５ｄをなす。そして、この可撓片３５ｄに凹部３５ｃが形成されており、また、可撓片３５ｄと分割ブロック３５ａの手前側面との間には隙間が存在する。支持ブロック３５側で姿勢維持可能に設けられる前記ボール部５４は、前記可撓片３５ｄ（凹部３５ｃ）に接触している。更に、前記分割ブロック３５ｂにはねじ３５ｅが螺合されている。ねじ３５ｅの先端は前記可撓片３５ｄに接触している。前記可撓片３５ｄはねじ３５ｅによる押圧の程度によって前記ボール部５４に対する押圧の程度を変化させる。経年で押圧力が緩んでも、前記ねじ３５ｅで前記緩みを解消して最適な押圧力を維持することができる。

図１１は光学系筐体４における支持ブロック６を示した横断面図である。支持ブロック６は二つの分割ブロック６１，６２からなり、それぞれに半球形状の凹部６１ａ，６２ａが形成されている。二つの分割ブロック６１，６２の半球形状の凹部６１ａ，６２ａを合わせると前記ボール部５５が収容される空間が形成される。前記二つの分割ブロック６１，６２には、図の左側箇所において一つのねじ挿通穴が形成されており、この一つのねじ挿通穴に挿入されるねじにて分割ブロック６１，６２は互いに固定される。支持ブロック６は樹脂或いは軽金属などから成る。

前記分割ブロック６２は、図において左端側が前記一つのねじにて固定され、右端側は自由端、すなわち、可撓片６２ｂとなる。この可撓片６２ｂと分割ブロック６１の手前側面との間には隙間が存在する。前記ボール部５５は、前記可撓片６２ｂ（凹部６２ａ）に接触している。更に、分割ブロック６１の図の右端部分は、可撓片６２ｂの手前側に回り込んで張り出している。この張出箇所にねじ穴が形成されている。このねじ穴にはねじ６３が螺合されている。ねじ６３の先端は前記可撓片６２ｂに接触している。前記可撓片６２ｂはねじ６３による押圧の程度によって前記ボール部５５に対する押圧の程度を変化させる。経年で押圧力が緩んでも、前記ねじ６３で前記緩みを解消して最適な押圧力を維持することができる。

なお、前記支持ブロック３５を支持部材３１の左右対象位置に２カ所形成しておき、光学系筐体４を右眼用の位置と左眼用の位置に付け替えられるようにしてもよい。勿論、両眼用に光学系筐体４を二つ設けてもよい。二つの光学系筐体４から視差映像を付与すると観察者Ａは立体視が行える。また、映像付与装置はマックスウェル視によって観察者に映像を観察させるものに限らない。

この発明の実施形態の映像付与装置における光学系筐体を例示すると共に映像光の眼球への導かれ方を示した説明図である。この発明の実施形態の映像付与装置の斜視図である。同図（ａ）はこの発明の実施形態の映像付与装置の装着状態を示した平面図であり、同図（ｂ）は同側面図である。ボールジョイントを示した図であって、同図（ａ）は正面図（ボール部となるゴム球を取り除いた状態を示している）、同図（ｂ）は正面図（ボール部となるゴム球が装着された状態を示しており、当該ゴム球については断面で表している）、同図（ｃ）は側面図（連結部を断面で表している）、同図（ｄ）は連結部の拡大断面図である。この発明の実施形態の映像付与装置の装着状態を示した図であって、同図（ａ）（ｂ）はボールジョイントの変位とアイレリーフ調整との関係を示した説明図である。ボールジョイントの他の例を示した図であって、同図（ａ）はボールジョイントの一部をなす屈曲部の正面図（ボール部となるゴム球を取り除いた状態を示している）、同図（ｂ）はボールジョイントの一部をなす屈曲部の正面図（ボール部となるゴム球の装着状態であって当該ゴム球については断面で表している）、同図（ｃ）はボールジョイントの側面図（ボール部となるゴム球の装着状態であって当該ゴム球については断面で表している）、同図（ｄ）はボールジョイントの正面図である（ボール部となるゴム球の装着状態であって当該ゴム球については断面で表している）。ボールジョイントの他の例を示した図であって、同図（ａ）はボールジョイントの正面図（第１屈曲部と第２屈曲部とを分解した状態を示しており、第２屈曲部についてはボール部となるゴム球を取り除いた状態を示している）、同図（ｂ）はボールジョイントの正面図（ボール部となるゴム球の装着状態であって当該ゴム球及び連結部については断面で表している）、同図（ｃ）はボールジョイントの正面図（ボールジョイントが支持ブロック３５に装着された状態を示している）、同図（ｄ）はボールジョイントの正面図である（ボールジョイントが支持ブロック３５と支持ブロック６とに装着された状態を示している）。ヘッドセットにおける支持部材及びこの支持部材に取り付けられた支持ブロックを示した斜視図である。同図（ａ）は支持ブロックにボールジョイントが装着された状態を示した正面図であって、ブロック部分を断面で表した図であり、同図（ｂ）は支持ブロックにボールジョイントが装着された状態を示した側面図であって、ブロック部分を断面で表した図である。支持ブロック（支持部材側）の横断面図である。支持ブロック（光学系筐体側）を示した図であって、同図（ａ）は光学系筐体の全体を示した図（支持ブロックについては断面で表している）であり、同図（ｂ）は支持ブロックの拡大断面図である。従来の映像付与装置を示した図であって、同図（ａ）（ｂ）はボールジョイントの変位とアイレリーフ調整との関係を示した説明図である。同図（ａ）（ｂ）は光学系筐体に要求される動き（姿勢）を説明するための説明図である。

符号の説明

１映像付与装置
４光学系筐体
５ボールジョイント
６支持ブロック
３５支持ブロック
５１第１屈曲部
５２第２屈曲部
５３連結部

Claims

観察者に映像を付与するための映像付与光学系が収容された光学系筐体と、観察者の頭部に装着される頭部装着部と、前記頭部装着部に設けられた支持部材と、前記支持部材の下方側で当該支持部材に前記光学系筐体を連結する連結部材と、から成り、前記連結部材は棒状部材の両端にボール部を備えて円錐状可動範囲を有し、一端側のボール部が前記支持部材側で姿勢維持可能に設けられると共に他端側のボール部が前記光学系筐体側で姿勢維持可能に設けられており、前記棒状部材は各々が屈曲形状を有する第１屈曲部材と第２屈曲部材とから成り、これら第１屈曲部材と第２屈曲部材とが可動に且つ姿勢維持可能に連結されていることを特徴とする映像付与装置。
請求項１記載の映像付与装置において、前記ボール部の表面はゴム材から成ることを特徴とする映像付与装置。
請求項１又は請求項２に記載の映像付与装置において、前記第１屈曲部及び第２屈曲部は一端側にそれぞれ連結部を有し、これら連結部がゴム材を介在させて押圧連結されていることを特徴とする映像付与装置。
請求項１又は請求項２に記載の映像付与装置において、前記第１屈曲部及び第２屈曲部は一端側にそれぞれ連結部となるボール部を有し、前記ボール部はそれぞれ中間連結部材の異なる位置に連結されていることを特徴とする映像付与装置。
請求項１又は請求項２に記載の映像付与装置において、前記第１屈曲部及び第２屈曲部の一方は一端側に連結部となるボール部を有し、他方は一端側に球状空洞部を有する中空部材を有し、前記ボール部が前記中空部に嵌合連結されていることを特徴とする映像付与装置。
請求項４又は請求項５に記載の映像付与装置において、前記連結部となるボール部の表面はゴム材から成ることを特徴とする映像付与装置。
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の映像付与装置において、前記支持部材には可撓片が設けられており、前記支持部材側で姿勢維持可能に設けられる前記ボール部は、前記可撓片に接触しており、前記可撓片はねじによる押圧の程度によって前記ボール部に対する押圧の程度を変化させることを特徴とする映像付与装置。
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の映像付与装置において、前記光学系筐体には可撓片が設けられており、前記光学系筐体側で姿勢維持可能に設けられる前記ボール部は、前記可撓片に接触しており、前記可撓片はねじによる押圧の程度によって前記ボール部に対する押圧の程度を変化させることを特徴とする映像付与装置。