JP6582398B2 - 画像表示装置 - Google Patents
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この特許文献1に記載の虚像表示装置は、観察者の左右にそれぞれ設けられる第1像形成本体部及び第2像形成本体部と、これら像形成本体部により形成される画像光を観察者の右眼及び左眼にそれぞれ導く導光部材とを備えるシースルー型のHMDとして構成されている。更に、当該虚像表示装置は、観察者の鼻に当接される鼻当て部材を備える枠部と、枠部に設けられ、観察者のこめかみ付近に当接されるつる部分とを備える。そして、当該虚像表示装置は、それぞれのつる部分を左右のこめかみに応じた位置に配置させるとともに、鼻当て部材を鼻に当てることにより、各導光部材が観察者の眼前に配置されるように装着される。
上記一態様によれば、観察者の頭部に沿う本体部は、観察者の頭部に沿う円弧状の外形を有し、観察者の前額部に沿って配置されて、アーム部が接続される本体ケースと、本体ケースにおいて観察者の頭部と対向する内面に取り付けられて、本体ケースを前額部に固定するバンドと、を備える。これによれば、アーム部を介して表示部と接続される本体ケースは、本体ケースが前額部に沿って配置された状態で、バンドによって観察者の頭部に固定されるので、画像表示装置の荷重が観察者の鼻に加わることを抑制できる。従って、画像表示装置の使用時における観察者の負荷を軽減でき、使用感を向上させることができる。
また、表示部は、本体部に対して接離する方向に移動する。これによれば、観察者の眼の位置に応じて、視方向に重なるように表示部の位置を調整しやすくすることができる。従って、観察者に応じて表示部の位置を調整でき、画像表示装置の利便性及び汎用性を向上させることができる。
上記一態様では、前記アーム部は、前記本体ケースとの接続部位を中心として回動可能に構成され、回動されることによって前記表示部の位置を調整可能な調整部であることが好ましい。
上記一態様によれば、アーム部を回動させることにより、本体ケースに対する表示部の位置や角度を調整できる。これによれば、装着時の観察者の視線方向に応じた位置に表示部を位置させて、当該表示部によって表示される画像の視認性を向上させることができる。また、上記画像を視認しない場合には、観察者の眼前から表示部を退避させることができる。従って、画像表示装置の利便性を向上させることができる。
上記一態様によれば、アーム部は、上記回動軸を中心として回動可能に本体ケースに接続されている。これによれば、アーム部に対する回動操作によって、表示部の位置を簡易に調整できる他、上記画像を視認しない場合に、観察者の眼前から表示部を確実に退避させることができる。従って、画像表示装置の利便性を確実に向上させることができる。
上記一態様によれば、撮像部により、観察者の視野における一部の領域を撮像できるので、例えば、撮像部による撮像画像を表示部に表示したり、或いは、当該撮像画像を外部に出力することにより、観察者の周囲の状況を、当該観察者又は他者が把握できる。
ここで、表示部に撮像部が位置する場合には、撮像部の荷重によって画像表示装置の重量バランスがずれることが考えられる。これに対し、撮像部は、上記固定部位に固定される本体ケースに設けられていることにより、表示部の重量を低減できるだけでなく、画像表示装置の重量バランスを適正化しやすくすることができる。従って、観察者への負荷を一層軽減できる。
上記一態様では、前記撮像部は、透光性部材によって覆われる窓部を有するモジュール筐体と、前記モジュール筐体の内部に収納され、前記窓部を介して前記少なくとも一部の領域を撮像するカメラと、前記モジュール筐体の内部に収納され、前記窓部を介して入射される外光の照度を検出する照度センサーと、を有することが好ましい。
上記一態様では、前記本体ケースは、前記モジュール筐体の姿勢を調整することによって前記カメラの撮像方向を調整する調整機構を有することが好ましい。
上記一態様によれば、観察者の視線方向に応じた位置に、カメラの撮像方向を調整できる。従って、撮像部によって、観察者の視野における少なくとも一部の領域を確実に撮像できる。
上記一態様によれば、制御部が、上記固定部位に固定される本体部内に配置されていることにより、上記撮像部と同様に、表示部に制御部が設けられる場合と比べて、表示部の重量を低減できるだけでなく、画像表示装置の重量バランスを適正化しやすくすることができる。従って、観察者への負荷を一層軽減できる。
上記一態様では、前記表示部から延出し、前記アーム部内を通って前記本体ケース内に侵入して、前記制御部と接続される第2ケーブルを備え、前記第1ケーブルは、前記本体ケースの一端から外部に延出することが好ましい。
なお、第2ケーブルとしては、表示される画像の画像情報や表示部の動作を制御する制御情報を表示部に伝送するためのケーブルを例示できる。
ここで、表示部から第2ケーブルを直接外部に延出させる場合には、第2ケーブルが動くことを考慮して、表示部の外形を構成する筐体の強度を高める必要がある。また、表示部から第2ケーブルが外部に延出していると見た目がよくないという問題がある。
これに対し、上記一態様によれば、表示部から延出する第2ケーブルは、アーム部内を通って本体ケース内に侵入して、制御部と接続されるので、当該表示部の筐体の強度を高める必要がない他、画像表示装置の外観を良好なものにすることができる。
上記一態様によれば、本体部を頭部に沿う円弧状とすることにより、装着感を向上させることができる他、画像表示装置の装着時の外観を良好なものとすることができる。
上記一態様では、左眼用表示部及び右眼用表示部により、観察者の左目及び右目にて、それぞれ同じ画像を視認させることができるだけでなく、それぞれ異なる画像を視認させることができる。従って、画像表示装置の利便性及び汎用性を向上させることができる。
上記一態様では、導光部材を介して、上記画像と観察者の周囲とを観察できる。このため、画像を視認中の観察者に安心感を付与できる他、周囲の風景に重ね合わせた画像を視認させることにより、拡張現実を実現できる。従って、画像表示装置の利便性及び汎用性を一層向上させることができる。
[虚像表示装置の概略構成]
図1は、本実施形態に係る虚像表示装置1が観察者に装着された状態を示す斜視図である。また、図2及び図3は、虚像表示装置1を正面側及び背面側から見た斜視図である。換言すると、図2は、虚像表示装置1を観察者側とは反対側から見た斜視図であり、図3は、観察者側から見た斜視図である。
本実施形態に係る虚像表示装置1は、本発明の画像表示装置に相当する。この虚像表示装置1は、図1に示すように、観察者USの頭部やヘルメット等に装着されて使用されるヘッドマウントディスプレイ(HMD:Head Mounted Display)であり、詳しくは、観察者によって視認可能に虚像を表示するとともに、外光を透過させて外界を観察可能とするシースルー型のHMDである。この虚像表示装置1は、図1〜図3に示すように、観察者の頭部又は頭部に装着されたヘルメット等に装着される本体部としてのヘッドバンド部2と、虚像を表示する表示部3と、ヘッドバンド部2に対して回動可能に取り付けられ、これらヘッドバンド部2及び表示部3を接続する一対のアーム部4と、表示部3をアーム部4に対して移動させる移動機構5(図6参照)とを備える。
ヘッドバンド部2は、後述するアーム部4の一端が取り付けられるとともに、虚像表示装置1における機能の一部を制御するものである。
このヘッドバンド部2は、観察者USの頭部に沿う円弧状の外形を有し、図2に示すように、観察者USの頭部に沿って配置される本体ケース21と、当該ヘッドバンド部2を観察者USの頭部やヘルメット等の固定部位に固定する固定部としてのバンド22と、撮像部23と、制御部24とを有する。なお、固定部位は、観察者USの頭部(詳しくは、眉及び耳を通る頭部の外周線より上側の部位)に応じた位置であり、頭部とヘッドバンド部2との間にヘルメット等が介在していてもよい。
これらのうち、制御部24は、撮像部23を制御するとともに、当該撮像部23による撮像画像を、ケーブルCB(図5参照)を介して外部に出力する。
また、ヘッドバンド部2は、図示を省略するが、虚像表示装置1に対する観察者による各種入力操作を受け付けるコントローラーが接続されている。
本体ケース21は、図4に示すように、観察者US(図4における点線で輪郭を示す観察者US)の前額部に沿って配置され、頭部にバンド22によって固定される。この本体ケース21は、上記制御部24(図2参照)やケーブルCB(図5参照)等を内部に収納し、かつ、撮像部23やアーム部4を支持する筐体である。
この本体ケース21は、観察者USの前額部及び側頭部の形状に沿う略半円形状(略U字状)の外形を有する。すなわち、本体ケース21において、観察者USの前額部から側頭部に対向する内面211は、Y方向側から見て、観察者USの頭部に沿って湾曲している。
また、図5に示すように、本体ケース21の円弧状の両端近傍には、それぞれのアーム部4の一端を回動可能に軸支する回動軸部25が設けられている。なお、後に詳述するが、各アーム部4における当該一端は、本体ケース21の内部に配置されている。
バンド本体221は、図3及び図4に示すように、両端に帯部222を取り付ける環状部221Aを有する。
帯部222は、図4に示すように、バンド本体221の両端の環状部221Aに取り付けられ、バンド本体221とともに環状のバンド22を構成する。帯部222は、例えば、伸縮性を有する帯状の部材で形成される。この帯部222が、バンド本体221側に向かって観察者USの頭部やヘルメット等の装着対象を押圧することにより、バンド22ひいてはヘッドバンド部2が、観察者USの頭部に固定される。
また、モジュール筐体234のX方向に交差する側面234Aには、当該側面234AからX方向に沿って突出する回動軸部236が設けられている。詳述すると、回動軸部236は、側面234AにおけるY方向とは反対側の位置に突設されている。この回動軸部236は、モジュール筐体234が配置される本体ケース21の凹部213に設けられた軸受け部(図示省略)によって支持されている。これら回動軸部236及び軸受け部等により、本発明の調整機構が構成される。なお、図2では、2つの側面234AのX方向の基端側における回動軸部236のみを図示しているが、X方向の先端側の側面の対応する位置にも回動軸部が設けられている。
このようなモジュール筐体234は、回動軸部236によって規定されるX方向に平行な回動軸R1を中心として所定範囲内にて回動可能である。このため、本体ケース21に対するモジュール筐体234の姿勢を調整することにより、ステレオカメラ231の撮像方向(すなわち、撮像部23による撮像方向)を調整できる。
表示部3は、入力される画像情報に応じた画像を形成して、当該画像を虚像として観察者に視認させる。この表示部3は、観察者の右眼と左眼のそれぞれに対して配置される一対の光学装置31(左眼用及び右眼用光学装置を、それぞれ31L,31Rとする)と、一対の光学装置31を保持する略U字状のフレーム部32とを備える。一対の光学装置31のうちの左眼用光学装置31Lは、本発明の左眼用表示部に相当し、右眼用光学装置31Rは、本発明の右眼用表示部に相当する。なお、左眼用光学装置31Lと、右眼用光学装置31Rとは、互いに鏡面対称の関係を有する。
一対の光学装置31のそれぞれは、カバー部材311と、光学ユニット312(図6参照)と、導光部材313(図3参照)とを有する。
カバー部材311は、光学ユニット312を内部に収納する筐体である。
光学ユニット312は、カバー部材311の内部に配置されており、光源装置から入射された光を、光変調装置によって、入力される画像情報に応じた画像光に変調し、対応する導光部材313に当該画像光を出射する。なお、光変調装置としては、例えば、液晶パネルやMEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラー等のマイクロミラーを用いたデバイスを採用できる。
一対のアーム部4は、図2及び図3に示したように、ヘッドバンド部2の本体ケース21と、表示部3の各カバー部材311とを接続するとともに、当該本体ケース21に対して回動可能に構成されている。これらアーム部4における本体ケース21側の端部は、図5に示すように、当該本体ケース21の下面214(Y方向とは反対側の面214)に形成された開口部214Aを介して、本体ケース21の内に回動自在に支持されている。これらアーム部4は、それぞれ、第1端部41及び第2端部42を有する。
本実施形態では、図7に示すように、アーム部4は、表示部3及びアーム部4のいずれかがヘッドバンド部2と接触するまで、当該ヘッドバンド部2側に上記回動軸R2を中心として回動可能である。一方、アーム部4は、開口部214AのZ方向とは反対側の端部と、アーム部4とが接触するまで、上記とは逆方向に回動可能である。
このようにアーム部4を回動させることにより、表示部3の位置や角度を調整でき、図7に示すように、虚像を視認しづらくなる位置、すなわち、外界(観察者USの周囲)を観察しやすい位置に当該表示部3を移動させることができる。
移動機構5は、表示部3とアーム部4とを接続するとともに、アーム部4に対して表示部3を、ヘッドバンド部2に接離する方向(すなわちY方向及びY方向とは反対方向)に移動可能に構成されている。この移動機構5は、図6に示すように、ガイドレール51及びスライド部材52を2組備える。
スライド部材52は、上記のように、各アーム部4の第2端部42におけるZ方向側の面から突設されている。このスライド部材52は、ガイドレール51の軸方向に沿って摺動可能に係合されている。これにより、図8に示すように、表示部3がY方向に移動され、ヘッドバンド部2と表示部3との距離を調整することができる。
以上説明した本実施形態に係る虚像表示装置1によれば、以下の効果がある。
観察者USの頭部に沿う本体部としてのヘッドバンド部2は、当該ヘッドバンド部2とアーム部4を介して接続される表示部3によって表示される虚像が観察者USによって視認可能な位置に固定される。これによれば、ヘッドバンド部2は、額に沿って配置された状態で、観察者USの額等の固定部位に固定されるので、虚像表示装置1の荷重が観察者の鼻に加わることを抑制できる。従って、虚像表示装置1の使用時における観察者USへの負荷を軽減でき、使用感を向上させることができる。
ここで、表示部3に撮像部23が位置する場合には、撮像部23の荷重によって虚像表示装置1の重量バランスがずれることが考えられる。これに対し、撮像部23は、上記固定部位に固定されるヘッドバンド部2に位置することにより、表示部3の重量を低減できるだけでなく、虚像表示装置1の重量バランスを適正化しやすくすることができる。従って、観察者USへの負荷を一層軽減できる。
これに対し、表示部3から延出したケーブルCRは、アーム部4内及びヘッドバンド部2内を通って制御部24に接続される。また、制御部24から延出したケーブルCBは、ヘッドバンド部2内を通って外部に延出する。これによれば、カバー部材311やフレーム部32等の強度を高める必要がない他、虚像表示装置1の外観を良好なものにすることができる。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上記実施形態では、一対のアーム部4を備え、これら一対のアーム部4が表示部3をX方向の両側から支持する構成を例示した。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、1つのアーム部4を備える構成としてもよい。この際、アーム部4は、表示部3のX方向における略中央と接続されていてもよく、X方向における一端側に接続されていてもよい。このような構成では、虚像表示装置1を構成する部品点数を減らすことができ、軽量化を図ることができる。なお、表示部3を一対のアーム部4で両側から支持する構成では、1箇所で支持するよりも、表示部3を安定的に支持することができる。
例えば、1つのアーム部4で表示部3を支持する構成や、上述のように左側のアーム部4で左眼用光学装置31Lを、右側のアーム部4で右眼用光学装置31Rを個別に支持する構成において、Y軸に平行な回動軸を中心にアーム部4を回動可能としてもよい。
また、例えば、ZX面に沿い、かつ、観察者USの視方向と交差する回動軸を中心にアーム部4を回動可能としてもよい。
具体的には、固定部の構成として、固定部位を覆って装着されるヘッドキャップ型や、固定部位に沿う複数のバンドが頭頂部において交差する交差バンド型や、固定部位の周囲を囲み配置されるベルト型の構成を採用してもよい。また、固定部は、観察者の前後方向や、左右方向から、固定部位を挟むように当接される2以上の当接部材と、当該当接部材を支持する支持部と、を備える構成であってもよい。
また、移動機構5は、ガイドレール51に沿ってスライド部材52を摺動させる構成に限らず、表示部3とアーム部4とを相対的に移動させることで、ヘッドバンド部2に対して表示部3を接離させることができる移動機構であればよい。例えば、表示部3に接続されたアーム部4が、本体部としてのヘッドバンド部2に対してY方向に沿って移動可能に構成されていてもよい。
上記実施形態では、ケーブルCBがヘッドバンド部2の内部を引き回され、ケーブルCRがアーム部4の内部を引き回された後、ヘッドバンド部2の内部を引き回されて制御部24に接続される構成を例示した。しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば、ケーブルCB,CRが、ヘッドバンド部2やアーム部4の外側を引き回された構成としてもよい。
例えば、コントローラーが接続される構成において、虚像表示装置1(画像表示装置)とコントローラーとのうちの一方が、観察者の操作に応じた操作情報を取得する機能と、画像情報を取得して当該画像情報に応じて表示部3を駆動させる機能と、電力を供給する機能の少なくともいずれかを有し、他方が、残りの機能を有するように構成してもよい。
また、虚像表示装置1(画像表示装置)が、コントローラーを介して画像供給装置(PC等)に接続されてもよく、コントローラーを介さずに当該画像供給装置に直接接続されてもよい。このような構成において、虚像表示装置1は、画像供給装置における画像表示部分として用いられ、虚像表示装置1の各種動作は、画像供給装置によって制御される構成としてもよい。なお、この場合、画像供給装置が、虚像表示装置1を駆動させる電力を供給してもよい。
また、虚像表示装置1(例えば、ヘッドバンド部2や表示部3)にバッテリーや、画像処理装置等の制御装置が配置されてもよく、更に、メモリーカード等のスロットが設けられていてもよい。更に、虚像表示装置1に、観察者の操作を受け付ける操作部を設けてもよく、タップ操作を検出可能な構成を設けてもよい。すなわち、コントローラーは無くてもよい。
また、レーザー網膜投影型のHMDに対して本発明を適用することも可能である。例えば、表示部が、レーザー光源と、レーザー光源を使用者の眼に導く光学系とを備え、レーザー光を使用者の眼に入射させて網膜上を走査し、網膜に結像させることにより、使用者に画像を視認させるHMDに、本発明を適用してもよい。
Claims (14)
- 観察者の頭部に沿う本体部と、
前記観察者によって視認可能に画像を表示する表示部と、
前記本体部と前記表示部とを接続するアーム部と、
前記表示部及び前記アーム部のうちの一方に設けられるガイドレールと、
前記表示部及び前記アーム部のうちの他方に設けられるスライド部材と、を備え、
前記本体部は、
前記観察者の頭部に沿う円弧状の外形を有し、前記観察者の前額部に沿って配置されて、前記アーム部が接続される本体ケースと、
前記本体ケースにおいて前記観察者の頭部と対向する内面に取り付けられて、前記本体ケースを前記前額部に固定するバンドと、を備え、
前記ガイドレール及び前記スライド部材のうち一方が他方に沿って移動することによって、前記表示部は、前記本体部に対して接離する方向に移動することを特徴とする画像表示装置。 - 請求項1に記載の画像表示装置において、
前記バンドは、
前記本体ケースに取り付けられるバンド本体と、
前記バンド本体の両端に接続され、前記バンド本体とともに環状の前記バンドを構成する帯部と、を有し、
前記帯部は、伸縮性を有することを特徴とする画像表示装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の画像表示装置において、
前記アーム部は、前記本体ケースとの接続部位を中心として回動可能に構成され、回動されることによって前記表示部の位置を調整可能な調整部であることを特徴とする画像表示装置。 - 請求項3に記載の画像表示装置において、
前記アーム部は、前記画像を前記観察者が視認する際の視方向と略直交する回動軸を中心として回動可能に前記本体ケースに接続されていることを特徴とする画像表示装置。 - 請求項3又は請求項4に記載の画像表示装置において、
前記本体ケースは、内部にて前記アーム部の一部を回動可能に支持することを特徴とする画像表示装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の画像表示装置において、
前記本体ケースに設けられ、前記観察者の視野における少なくとも一部の領域を撮像する撮像部を備えることを特徴とする画像表示装置。 - 請求項6に記載の画像表示装置において、
前記撮像部は、前記本体ケースにおいて前記内面とは反対側の外面の略中央に配置されていることを特徴とする画像表示装置。 - 請求項6又は請求項7に記載の画像表示装置において、
前記撮像部は、
透光性部材によって覆われる窓部を有するモジュール筐体と、
前記モジュール筐体の内部に収納され、前記窓部を介して前記少なくとも一部の領域を撮像するカメラと、
前記モジュール筐体の内部に収納され、前記窓部を介して入射される外光の照度を検出する照度センサーと、を有することを特徴とする画像表示装置。 - 請求項8に記載の画像表示装置において、
前記本体ケースは、前記モジュール筐体の姿勢を調整することによって前記カメラの撮像方向を調整する調整機構を有することを特徴とする画像表示装置。 - 請求項6から請求項9のいずれか1項に記載の画像表示装置において、
前記本体ケース内に配置され、前記撮像部を制御する制御部を備えることを特徴とする画像表示装置。 - 請求項10に記載の画像表示装置において、
前記本体ケース内に一部が配置され、一端が前記制御部と接続され、他端が前記本体ケースの外部に延出する第1ケーブルを備えることを特徴とする画像表示装置。 - 請求項11に記載の画像表示装置において、
前記表示部から延出し、前記アーム部内を通って前記本体ケース内に侵入して、前記制御部と接続される第2ケーブルを備え、
前記第1ケーブルは、前記本体ケースの一端から外部に延出することを特徴とする画像表示装置。 - 請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の画像表示装置において、
前記表示部は、前記画像を前記観察者の左眼及び右眼のそれぞれにて視認させる左眼用表示部及び右眼用表示部を有することを特徴とする画像表示装置。 - 請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の画像表示装置において、
前記表示部は、前記画像を形成する光を前記観察者の眼に導光するとともに、外光を透過する導光部材を有することを特徴とする画像表示装置。
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