JP6734532B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置に関する。

従来、使用者の頭部に装着される表示装置が知られている。例えば、カメラモジュールを備えており、ケーブルを介してカメラモジュールからのデジタル信号を制御装置に送信し、制御装置で生成した映像を使用者に視認させる表示装置が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−３１０１３０号公報

しかしながら、ケーブルを介してデジタル信号を送信する表示装置では、例えば、デジタル信号としてＨＤＭＩ（登録商標）信号を伝送する場合には、ケーブルに含まれる信号線の数が増えるため、ケーブルの柔軟さが失われる。

また、デジタル信号としてＨＤＭＩ信号を伝送する場合や、デジタル信号としてＨＤＭＩ信号以外の信号を送る場合、何れについても不要輻射が生じるおそれがある。

また、送信するデジタル信号の圧縮や伸長を行うための特別なＩＣやメモリが必要となり、表示装置がコストアップする問題がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、不要輻射やコストアップを低減すると共に、ケーブルの柔軟さを確保した表示装置を提供することを目的とする。

本表示装置（１）は、使用者の頭部に装着可能な装着部（１０）と、前記装着部（１０）を制御する制御装置（２０）と、前記装着部（１０）と前記制御装置（２０）とを接続する伝送ケーブル（３０）と、を備えた表示装置（１）であって、撮影部（１４）と、前記撮影部（１４）からのデジタル信号をアナログ信号に変換する第１の変換部（１１）と、前記アナログ信号をビデオ信号に変換する第２の変換部（２１）と、前記ビデオ信号に応じて変調されたレーザ光を生成するレーザ光生成部（２５、２６、２８）と、前記レーザ光を走査する光走査部（１５）と、走査された前記レーザ光を投影して映像を形成する投影光学系（１６）と、を有し、前記撮影部（１４）、前記第１の変換部（１１）、前記光走査部（１５）、及び前記投影光学系（１６）は、前記装着部（１０）に配置され、前記第２の変換部（２１）、及び前記レーザ光生成部（２５、２６、２８）は、前記制御装置（２０）に配置され、前記アナログ信号、及び前記レーザ光は、前記伝送ケーブル（３０）を介して伝送されることを要件とする。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

開示の技術によれば、不要輻射やコストアップを低減すると共に、ケーブルの柔軟さを確保した表示装置を提供できる。

本実施の形態に係る表示装置の外観を例示する斜視図である。 本実施の形態に係る表示装置の投影光学系を例示する模式図である。 本実施の形態に係る表示装置のブロック図の一例である。 比較例に係る表示装置のブロック図の一例である。

以下、図面を参照して、実施の形態の説明を行う。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

［本実施の形態に係る表示装置］
図１は、本実施の形態に係る表示装置の外観を例示する斜視図である。図２は、本実施の形態に係る表示装置の投影光学系を例示する模式図である。

図１及び図２に示す表示装置１は、使用者の眼の網膜に映像を直接投影する網膜走査型のヘッドマウントディスプレイである。網膜走査型であるため、視力に関わらず映像（虚像）を視認することができる。そのため、例えば、視力の弱い人を支援するための装置として利用することができる。

表示装置１は、主要な構成要素として、使用者（装着者）の頭部に装着可能な装着部１０と、装着部１０を制御する制御装置２０（後述）を内蔵する制御ボックス２０Ｂとを有している。制御ボックス２０Ｂは、例えば直方体の筐体であり、必要に応じ各種スイッチや表示部等を設けることができる。装着部１０と制御ボックス２０Ｂ内の制御装置２０とは、光ファイバや電線を含む伝送ケーブル３０により接続されている。

本実施の形態では、一例として装着部１０は眼鏡型をしており、左右に１組ずつ略対称に設けられたフロント１０ｆ及びテンプル１０ｔにより構成されている。フロント１０ｆには、レンズ（度数がゼロである場合も含む）が保持されている。

フロント１０ｆまたはテンプル１０ｔには、撮影部１４が配置されている。撮影部１４は、装着部１０の使用者の視界に入る外景の全部または一部を撮影する機能を有する。撮影部１４は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ、及びその駆動回路等を備えたカメラモジュールである。

左右の何れか一方のテンプル１０ｔ（図１では左眼側）には、図２に示す光走査部１５、レンズ１６１及びハーフミラー１６２を備えた投影光学系１６が実装されている。すなわち、表示装置１では、光走査部１５及び投影光学系１６が片眼側にのみ実装されている。光走査部１５及び投影光学系１６は、右眼側にも左眼側にも配置可能であり、配置された側の眼の網膜に映像を投影する機能を有している。

光走査部１５は、入射するレーザ光を２次元に走査し、走査されたレーザ光はレンズ１６１及びハーフミラー１６２を介して表示装置１の装着者の眼球５００の網膜に直接投影され２次元の映像を形成する。

光走査部１５は、例えば、直交する２軸に対して揺動する１つのミラーを備えている。光走査部１５は、例えば、半導体プロセス等で作製されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）とすることができる。光走査部１５のミラーは、例えば、圧電素子の変形力を駆動力とするアクチュエータにより駆動することができる。なお、投影光学系１６は、レンズ１６１、及びハーフミラー１６２以外の光学部品等を備えていてもよい。

撮影部１４で撮影した映像は、伝送ケーブル３０を介して制御装置２０に送られる。そして、制御装置２０においてビデオ信号に応じてＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各色に強度変調されたレーザ光が生成される。レーザ光は、伝送ケーブル３０を介して装着部１０の光走査部１５に照射されて走査され、投影光学系１６により装着部１０の網膜に映像が直接投影される。

図３は、本実施の形態に係る表示装置のブロック図の一例である。図３に示すように、装着部１０は、撮影部１４からのデジタル信号をアナログ信号に変換する第１の変換部１１を有している。ここでは、アナログ信号としてＮＴＳＣ信号を用いる例を示すが、これには限定されず、ＨＤＭＩ（High-Definition Multimedia Interface）よりも取り扱うデータ量の少ない任意のアナログ信号を選択することができる。

第１の変換部１１は、カメラ信号映像信号変換回路１１１と、映像画質変換回路１１２と、デジタル映像アナログ映像変換回路１１３と、ＮＴＳＣモジュレーション回路１１４とを有している。

カメラ信号映像信号変換回路１１１は、撮影部１４から出力されたカメラ用の信号を所定のフォーマットの映像信号に変換する回路である。映像画質変換回路１１２は、カメラ信号映像信号変換回路１１１から得た映像信号を必要な画面のサイズに変換（例えば、７２０ｐを４８０ｉに変換）する回路である。

なお、７２０ｐは、デジタルテレビ放送の映像信号形式の１つで、有効走査線７２０本（総走査線７５０本）、フレーム周波数６０Ｈｚの順次走査（プログレッシブスキャン）方式の映像である。画素数は１２８０×７２０のアスペクト比１６：９である。

また、４８０ｉは、デジタルテレビ放送の映像信号形式の１つで、有効走査線４８０本（総走査線５２５本）、フレーム周波数３０Ｈｚの飛び越し走査（インターレーススキャン）方式の映像である。画素数は７２０×４８０のアスペクト比１６：９、或いは６４０×４８０の４：３であり、後者はＮＴＳＣと近似している。

デジタル映像アナログ映像変換回路１１３は、映像画質変換回路１１２から得たデジタルの映像信号をアナログの映像信号に変換するＤＡ変換回路である。ＮＴＳＣモジュレーション回路１１４は、デジタル映像アナログ映像変換回路１１３から得たアナログの映像信号を変調してＮＴＳＣ信号を生成する回路である。

ＮＴＳＣモジュレーション回路１１４が生成したＮＴＳＣ信号は、電線３０１を介して、制御装置２０の第２の変換部２１に送られる。なお、電線３０１は、例えば、信号線の周囲をＧＮＤ線でシールドした同軸ケーブルである。

第２の変換部２１は、ＮＴＳＣ信号をビデオ信号（ＲＧＢ信号）に変換するブロックであり、ＮＴＳＣデモジュレーション回路２１１と、アナログ映像デジタル映像変換回路２１２と、画像復調回路２１３と、ビデオ信号変換回路２１４とを有している。

ＮＴＳＣデモジュレーション回路２１１は、ＮＴＳＣ信号を復調してアナログの映像信号を生成する回路である。アナログ映像デジタル映像変換回路２１２は、ＮＴＳＣデモジュレーション回路２１１から得たアナログの映像信号をデジタルの映像信号に変換するＡＤ変換回路である。

画像復調回路２１３は、アナログ映像デジタル映像変換回路２１２から得たデジタルの映像信号を画像データに復調する回路である。ビデオ信号変換回路２１４は、画像復調回路２１３から得た画像データからビデオ信号（ＲＧＢ信号）を生成する回路である。

制御装置２０は、第２の変換部２１の他に、電源部２２と、電池２３と、制御部２４と、駆動制御回路２５と、レーザ駆動回路２６と、ミラー駆動回路２７と、レーザモジュール２８とを有している。

第２の変換部２１、制御部２４、駆動制御回路２５、レーザ駆動回路２６、及びミラー駆動回路２７には、電源部２２から所定電圧の電源が供給される。電源部２２は、ＡＣ電圧を所定のＤＣ電圧に変換する回路や、電池２３から供給される電圧と、ＡＣ電圧から変換したＤＣ電圧とを選択する回路等を備えている。電池２３は、例えば、リチウムイオン電池である。

制御部２４は、制御装置２０の全体的な制御を司ると共に、電線３０２を介して撮影部１４を制御する。電線３０２には、撮影部１４を制御する２本の制御線、装着部１０の回路ブロック全体（第１の変換部１１、光走査部１５、その他ブロック）へ電源供給するための電源、及びＧＮＤの計４本の線が含まれている。

制御部２４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、メインメモリ等を含む構成とすることができる。この場合、制御部２４の各種機能は、ＲＯＭ等に記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現できる。但し、制御部２４の一部または全部は、ハードウェア（ＡＳＩＣ等）のみにより実現されてもよい。

駆動制御回路２５は、ビデオ信号変換回路２１４から得たビデオ信号（ＲＧＢ信号）に基づいて、レーザ駆動回路２６及びミラー駆動回路２７を制御する。

レーザ駆動回路２６は、駆動制御回路２５からのビデオ信号に基づいて、レーザモジュール２８を駆動する。レーザモジュール２８は、電流値に応じて出射光量が変化する赤（例えば、波長６４０ｎｍ）、緑（例えば、波長５３０ｎｍ）、青（例えば、波長４４５ｎｍ）の３色のレーザや、各レーザの出射光量をモニタする光量検出センサ等を備えている。

レーザ駆動回路２６は、レーザモジュール２８の各レーザに所定の電流を供給する。これにより、各レーザがビデオ信号に応じて変調された赤色、緑色、及び青色のレーザ光を発し、これらを合成することでビデオ信号に応じたカラー画像を形成することができる。

この際、駆動制御回路２５は、レーザモジュール２８に設けられた光量検出センサ（図示せず）の出力をモニタし、レーザモジュール２８の各レーザの光量制御を行う。つまり、各レーザは、駆動制御回路２５により所定の出力（光量）になるように電流制御される。

各レーザから出射された各波長のレーザ光は、ダイクロイックミラー等により合成され、必要に応じ減光フィルタ等により所定の光量に減光され、光ファイバ３０３を介して光走査部１５のミラーに照射される。なお、駆動制御回路２５、レーザ駆動回路２６、及びレーザモジュール２８は、本発明に係るレーザ光生成部の代表的な一例である。

ミラー駆動回路２７は、９本の制御線を含む電線３０４を介して光走査部１５と接続されており、駆動制御回路２５からのビデオ信号に基づいて、光走査部１５のミラーの振れ角制御を行う。

具体的には、駆動制御回路２５は、例えば、光走査部１５に設けられた水平変位センサや垂直変位センサで得られる光走査部１５のミラーの水平方向及び垂直方向の傾きをモニタし、ミラー駆動回路２７に角度制御信号を供給する。そして、ミラー駆動回路２７は、駆動制御回路２５からの角度制御信号に基づいて、光走査部１５の圧電素子を駆動し、ミラーを所定角度に走査する。

図３に示した電線３０１、電線３０２、光ファイバ３０３、及び電線３０４は、図１に示す１本の伝送ケーブル３０にまとめられ、装着部１０と制御装置２０との間を接続する。

前述のように、電線３０１は例えば同軸ケーブルであり、２本の線が含まれている。また、電線３０２には、２本の制御線、電源、及びＧＮＤの４本の線が含まれている。また、光ファイバ３０３は、コア及びクラッドを有する１本の線である。また、電線３０４には、９本の制御線が含まれている。よって、伝送ケーブル３０は、これらを合計した１６本の線から構成されることになる。

［比較例に係る表示装置］
図４は、比較例に係る表示装置のブロック図の一例である。図４に示すように、比較例に係る表示装置は、装着部１０Ｘと制御装置２０Ｘとを有している。図４に関し、図３との相違点を中心に説明する。

装着部１０Ｘは、撮影部１４からのデジタル信号をアナログ信号に変換する第１の変換部１１が、画像処理回路１１８及びＨＤＭＩ送信回路１１９に置換された点が装着部１０と相違する。また、制御装置２０Ｘは、ＮＴＳＣ信号をビデオ信号に変換する第２の変換部２１が、画像データビデオ信号変換回路２１８に置換された点が制御装置２０と相違する。

画像処理回路１１８は、撮影部１４から出力されたカメラ用の信号をＨＤＭＩフォーマットの映像信号に変換する回路である。ＨＤＭＩ送信回路１１９は、画像処理回路１１８から得たＨＤＭＩフォーマットの映像信号を送信する回路である。ＨＤＭＩフォーマットの映像信号は、ＨＤＭＩケーブル３０５を介して、ＨＤＭＩ送信回路１１９から制御装置２０Ｘの画像データビデオ信号変換回路２１８に送信される。ＨＤＭＩケーブル３０５は、１９ピンのケーブルである。

制御装置２０Ｘの画像データビデオ信号変換回路２１８は、ＨＤＭＩフォーマットの映像信号を受信してビデオ信号（ＲＧＢ信号）に変換する回路である。

図４に示した電線３０２、光ファイバ３０３、電線３０４、及びＨＤＭＩケーブル３０５は、図１に示す伝送ケーブル３０と同様の１本の伝送ケーブル３０Ｘ（図示せず）にまとめられる。

前述のように、電線３０２には、２本の制御線、電源、及びＧＮＤの４本の線が含まれている。また、光ファイバ３０３は、コア及びクラッドを有する１本の線である。また、電線３０４には、９本の制御線が含まれている。また、ＨＤＭＩケーブル３０５には、１９本の線が含まれている。よって、伝送ケーブル３０Ｘは、これらを合計した３３本の線から構成されることになる。

このように、本実施の形態に係る表示装置１では、撮影部１４から伝送ケーブル３０を介して伝送する信号として、ＨＤＭＩ等のデジタル信号ではなく、ＮＴＳＣ等のアナログ信号を用いている。これにより、撮影部１４からの信号に所定の処理を施して、信号線とＧＮＤ線の２本で伝送可能となり、ＨＤＭＩを用いた場合の１９本に比べて大幅に線数を削減できる。

すなわち、本実施の形態に係る表示装置１において、伝送ケーブル３０は１６本の線から構成することができ、比較例に係る表示装置の伝送ケーブル３０Ｘ（３３本の線から構成）と比べると、１７本の線が削減できる。

これにより、伝送ケーブル３０を軽量・小型でかつ柔軟（曲げやすい）な構造とすることができる。また、伝送ケーブル３０からの不要輻射を低減できる。

また、ＮＴＳＣ等の標準的なアナログのビデオ信号は、廉価な汎用のＩＣで機能実現可能となるため、表示装置１の製造コストを低減できる。

ところで、ＨＤＭＩ信号は１秒間での転送データが多い。例えば７２０ｐの場合、映像信号量は、１２８０ｄｏｔ（横）×７２０ｄｏｔ（縦）×２４ｂｉｔ（色の深さ）×６０（フレーム周波数）＝１６７ＭＢ／ｓと試算される。

データ容量が大きい場合、映像信号の圧縮・伸長を行い、映像信号量を圧縮することで伝送するデータ量を削減することができる。しかし、圧縮・伸長する処理時間により、映像表示に遅延が生じる問題がある。また、圧縮・伸長処理のためには、高速処理と圧縮・伸長用のメモリが必要となり、コストアップに繋がる。

これに対して、ＮＴＳＣの場合４８０ｉ（画素数６４０×４８０、フレーム周波数６０Ｈｚ）相当の画質であってデータ容量が小さいため、映像信号の圧縮・伸長を行う必要がない。そのため、映像の伝送遅延が抑制できる。また、高速処理と圧縮・伸長用のメモリが不要となり、コスト削減に繋がる。なお、ＮＴＳＣはＨＤＭＩに比べると画質的には劣化するが、ヘッドマウントディスプレイの用途で用いるには必要十分な画質であると考えられる。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上記の実施の形態では、装着部を眼鏡型としたが、装着部は必ずしも眼鏡型としなくてもよい。例えば、投影光学系を内蔵した装着部を、装着者が頭部に装着する一般的な眼鏡に着脱可能な形状としてもよい。この場合、眼鏡の右眼側と左眼側の何れの側にも着脱可能に構成することで、様々なユーザが利き眼に合わせて利用できる。

また、上記の実施の形態に係る表示装置は、網膜走査型のヘッドマウントディスプレイのみならず、各種ウェアラブル端末において遅延のない映像信号を達成するための方法として使用できる。

１ 表示装置
１０ 装着部
１０ｆ フロント
１０ｔ テンプル
１１ 第１の変換部
１４ 撮影部
１５ 光走査部
１６ 投影光学系
２０ 制御装置
２０Ｂ 制御ボックス
２１ 第２の変換部
２２ 電源部
２３ 電池
２４ 制御部
２５ 駆動制御回路
２６ レーザ駆動回路
２７ ミラー駆動回路
２８ レーザモジュール
１１１ カメラ信号映像信号変換回路
１１２ 映像画質変換回路
１１３ デジタル映像アナログ映像変換回路
１１４ ＮＴＳＣモジュレーション回路
１６１ レンズ
１６２ ハーフミラー
２１１ ＮＴＳＣデモジュレーション回路
２１２ アナログ映像デジタル映像変換回路
２１３ 画像復調回路
２１４ ビデオ信号変換回路
３０１、３０２、３０４ 電線
３０３ 光ファイバ
５００ 眼球

Claims (5)

1. 使用者の頭部に装着可能な装着部と、前記装着部を制御する制御装置と、前記装着部と前記制御装置とを接続する伝送ケーブルと、を備えた表示装置であって、
   撮影部と、
   前記撮影部からのデジタル信号をアナログ信号に変換する第１の変換部と、
   前記アナログ信号をビデオ信号に変換する第２の変換部と、
   前記ビデオ信号に応じて変調されたレーザ光を生成するレーザ光生成部と、
   前記レーザ光を走査する光走査部と、
   走査された前記レーザ光を投影して映像を形成する投影光学系と、を有し、
   前記撮影部、前記第１の変換部、前記光走査部、及び前記投影光学系は、前記装着部に配置され、
   前記第２の変換部、及び前記レーザ光生成部は、前記制御装置に配置され、
   前記アナログ信号、及び前記レーザ光は、前記伝送ケーブルを介して伝送されることを特徴とする表示装置。
2. 前記投影光学系は、前記使用者の眼の網膜に前記映像を投影することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記第１の変換部は、前記アナログ信号としてＮＴＳＣ信号を生成する回路を備え、
   前記第２の変換部は、前記ＮＴＳＣ信号を復調する回路、及び復調された前記ＮＴＳＣ信号に基づいて前記ビデオ信号を生成する回路を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記アナログ信号は、前記伝送ケーブルに含まれる１本の信号線及び１本のＧＮＤ線により伝送されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の表示装置。
5. 前記１本の信号線及び前記１本のＧＮＤ線は同軸ケーブルであることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。