JPH0584923U - 頭部装着型立体画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 周囲の状況を確認しながら安全に作業を行
い、容易に周囲の風景を見る。 【構成】 表示素子５の像６を見る場合には、切り換え
ミラー１８を、図２（Ａ）に示すように、対物レンズ１
６から出射する像６の入射光軸に対して４５度に配置す
る。この場合、表示素子５の像６は、ミラー１５に反射
し、対物レンズ１６に入射する。そして、対物レンズ１
６によって拡大された像６は、切り換えミラー１８に反
射し、接眼レンズ１９に入射する。像６は、接眼レンズ
１９によって再び拡大された後、装着者の目に入射す
る。装着者は、像空間焦点１７付近に結像した像６を見
る。一方、周囲の風景の像１３を見る場合には、切り換
えミラー１８を図２（Ｂ）に示すようにはね上げる。こ
の場合、周囲の風景の像１３は、逆焦点レンズ２０を介
して、接眼レンズ１９に入射し、さらに、装着者の目８
に入射する。装着者は肉眼で見る倍率と同一倍率で、周
囲の風景の像１３を見る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、ＣＧ（コンピュータ・グラフィックス）やテレビ画像のような人 工的につくられた立体画像において、高度な遠隔操作やシミュレーション等の作 業を行うための頭部装着型立体画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

周知のように、遠隔操作やシミュレーションの作業をするための装置としては 、図４に示すような頭部装着型立体画像表示装置（Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＨＭＤ）が主流になっている。この図において、頭部装着型立 体画像表示装置１は、表示装置２、ヘルメット３から構成されている。表示装置 ２は、ヘルメット３に設けられており、内部において、ＣＧやテレビ画像等が表 示される。このような構成において、頭部装着型立体画像表示装置１は、人間の 頭部に装着され（以下、頭部装着型立体画像表示装置を装着した人のことを「装 着者」と記す）、装着者は、表示装置２の内部に表示されるＣＧやテレビ画像を 見ながら自由に移動し、両手を使って他の作業（遠隔操作など）を行う。

【０００３】 図５は上述した頭部装着型立体画像表示装置１の光学系である。表示素子５に は、ＣＧ画像が表示され、表示素子５の像６がレンズ７を通過して目８に到達す る。このとき、装着者は、レンズ７によって拡大された像６を見る。装着者にお いては、人間の明視の距離（通常は３０ｃｍ前後）だけ離れたところに結像した 、表示素子５の虚像９を見ることになるので、表示素子５の像６は自然な像とし て認識される。さらに、光学系４が両眼に対応して別々に設けられているため、 装着者は、この像を自然な立体画像（この場合ステレオ画像）として認識する。 このとき、装着者は、眼前にひろがる立体画像のなかに存在している錯覚を覚え る。このような頭部装着型立体画像表示装置において、自らの手、足などの位置 情報を頭部装着型立体画像表示装置に入力することによって、この立体画像のな かで、装着者は実際に作業や行動をしているように認識する。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上述した頭部装着型立体画像表示装置においては、装着者は、完全 に周囲の環境から隔離されるため、周囲の風景を見ることができないという問題 が生じた。 例えば、ロボットの教示（ティーチング）またはシミュレーション作業におい て、装着者は、周囲の風景と表示素子の画像とを、随時、見る必要が生じる場合 がある。しかし、装着者は表示素子の画像しか見ることができないので、周囲の 風景を見る場合においては、その都度、頭部装着型立体画像表示装置を頭部から 取り外さなければならず、容易に周囲の風景を見ることができないと共に、安全 に作業を行うことができない。

【０００５】 この考案は上述した事情に鑑みてなされたものであり、請求項１記載の考案に おいては、容易に周囲の風景を見ることができる頭部装着型立体画像表示装置を 提供することを目的としている。 また、請求項２記載の考案においては、上述した目的に加えて、より現実に近 い認識や遠隔操作をすることができる頭部装着型立体画像表示装置を提供するこ とを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上述した問題点を解決するために、請求項１記載の考案では、 表示素子と、 前記表示素子に対向する少なくとも１枚の対物レンズと、前記対物レンズを通 過した像を目に入射させる少なくとも１枚の接眼レンズとから成る光学系と、 目までの光軸が一直線である周囲の風景の像と、前記対物レンズから出射する 前記表示素子の像とのいずれか一方を選択的に切り換えて、目に入射させる切り 換え手段とを具備し、 前記表示素子の像の光軸の一部と、前記周囲の風景の像の光軸の一部とが一致 することを特徴とする。 また、請求項２記載の考案では、 前記切り換え手段が、 前記周囲の風景の像および前記表示素子の像とのいずれか一方の像と、 前記周囲の風景の像と前記表示素子の像との双方が合成された像と、 前記周囲の風景の像の一部と前記表示素子の像の一部とに分割された像とのい ずれかを、選択的に切り換えて、目に入射させる切り換え手段であることを特徴 とする。

【０００７】

【作用】

請求項１記載の考案によれば、対物レンズを通過した表示素子の像と、目まで の光軸が一直線である周囲の風景の像とのいずれかを、切り換え手段によって選 択的に切り換え、目に入射させる。 また、請求項２記載の考案によれば、上述した表示素子の像と、上述した周囲 の風景の像と、前記周囲の風景の像と前記表示素子の像とが合成された像と、前 記周囲の風景の像の一部と前記表示素子の像の一部とに分割された像とのいずれ かを、切り換え手段によって選択的に切り換え、目に入射させる。

【０００８】

【実施例】

次に図面を参照してこの考案の実施例について説明する。ただし、以下に図示 する図面において、上述した図４、および、図５と対応する部分には同一の符号 を付して、その説明を省略する。

【０００９】 図１はこの考案の第１の実施例の構成を示す頭部装着型立体画像表示装置の斜 視図である。この図において、頭部装着型立体画像表示装置１０は、表示装置１ １、ヘルメット３から構成されている。表示装置１１には、入射口１２，１２が 設けられており、内部には前述した表示素子５および後述する光学系が設けられ ている。この光学系には、前述した表示素子５の像６および入射口１２，１２を 通過した周囲の風景の像１３，１３が入射する。

【００１０】 図２（Ａ）は、この考案の第１の実施例による、表示素子５から出射する像６ を見る場合の光学系の構成を示す概念図である。この図において、表示素子５に 表示された像６は、ミラー１５へ出射する。ミラー１５は、該像６の入射光軸に 対して、４５度の角度で設けられており、前記像６を対物レンズ１６へ反射させ る。次に、対物レンズ１６は、入射した像６を拡大させた後、切り換えミラー１ ８へ出射させる。該切り換えミラー１８は、像６の入射光軸に対して４５度の角 度で設けられており、像６を接眼レンズ１９へ反射させる。接眼レンズ１９は、 対物レンズ１６の図示する像空間焦点１７付近に結像した像６を拡大させ、目８ へ出射させる。

【００１１】 上述した構成において、表示素子５に表示された像６は、ミラー１５によって 反転されるが、切り換えミラー１８によって再び反転されるので正常な像に戻る 。なお、表示素子５において像６を予め反転させるようにすれば、ミラー１５を 取り除いてもよく、この場合、部品点数を削減することができる。

【００１２】 図２（Ｂ）は、上述した光学系において、入射口１２より入射した実際の風景 を見る場合の構成を示す概念図である。この図において、逆焦点レンズ２０は、 接眼レンズ１９に対して逆焦点であり、正の焦点距離を有する接眼レンズ１９に 対して、同じ値の負の焦点距離を有している。この逆焦点レンズ２０は、入射口 １２の風景の像１３の入射光軸が、点ｘから目８において、前述した像６の入射 光軸と一致するように設けられている。したがって、目には、通常、肉眼で見る 倍率と同一倍率の風景の像が入射する。また、実際の風景の像１３を見る場合に は、切り換えミラー１８は、図示するように、表示素子５の像６を遮断し、かつ 、実際の風景の像１３が目８に到達するように、はね上げられる。

【００１３】 ところで、図２（Ａ）において、逆焦点レンズ２０は図示されてないが、切り 換えミラー１８によって、周囲の風景の像１３は遮られて目８に到達しないため 、逆焦点レンズ２０をあらかじめ設置しておいても良い。

【００１４】 次に、上述した図２（Ａ）を参照して、表示素子５の像６を見る場合について 説明する。切り換えミラー１８は、図示するように、対物レンズ１６から出射す る像６の入射光軸に対して４５度に配置される。この場合、表示素子５の像６は 、ミラー１５に反射し、対物レンズ１６に入射する。そして、対物レンズ１６に よって拡大された像６は、切り換えミラー１８に反射し、接眼レンズ１９に入射 する。像６は、接眼レンズ１９によって再び拡大された後、装着者の目に入射す る。装着者は、像空間焦点１７付近に結像した像６を見る。このとき、風景の像 １３は切り換えミラー１８によって遮断されるため目８には到達しない。

【００１５】 次に、上述した図２（Ｂ）を参照して、周囲の風景の像１３を見る場合につい て説明する。まず、切り換えミラー１８を図示するようにはね上げる。この場合 、周囲の風景の像１３は、逆焦点レンズ２０を介して、接眼レンズ１９に入射し 、さらに、目８に入射する。この場合、周囲の風景の像１３は、逆焦点レンズ２ ０と接眼レンズ１９を通過しているので、装着者は肉眼で見る倍率と同一倍率で 、周囲の風景の像１３を見る。このとき、表示素子５の像６は、切り換えミラー １８によって遮断されるため、目８には到達しない。このように第１の実施例で は、表示素子５の像６と、周囲の風景の像１３とのいずれか一方を選択して見る ことができる。

【００１６】 次に、図３は第２の実施例による光学系の構成を示す概念図である。前述した 図２（Ａ）、（Ｂ）と対応する部分には、同一の符号を付して、その説明を省略 する。この図においては、切り換えミラー１８の代わりにハーフミラー２２が設 けられ、逆焦点レンズ２０の前にシャッター２３が設けられている。

【００１７】 次に、上述した図３の光学系２１の構成において、表示素子５の像６を見る場 合、周囲の風景の像１３を見る場合、周囲の風景の像１３と表示素子５の像６と の双方が合成された像を見る場合、周囲の風景の像１３の一部と表示素子５の像 ６の一部とに分割された像を見る場合のそれぞれについて説明する。

【００１８】 まず、表示素子５の像６を見る場合について説明する。この場合、周囲の風景 の像１３が目８に到達しないように、シャッター２３を閉じ、かつ、ハーフミラ ー２２を対物レンズ１６から出射する像６の光軸に対して４５度に配置する。こ のような構成によって、図２（Ａ）の場合と同様に、装着者は、表示素子５の像 ６を見ることができる。

【００１９】 次に、周囲の風景の像１３を見る場合について説明する。この場合、シャッタ ー２３を開き、かつ、表示素子５の像６が目８に到達しないように、ハーフミラ ー２２を上方にはね上げる。このような構成によって、図２（Ｂ）の場合と同様 に、装着者は肉眼で見る倍率と同一倍率で、周囲の風景の像１３を見ることがで きる。

【００２０】 次に、周囲の風景の像１３と表示素子５の像６との双方が重ね合わされた像を 見る場合について説明する。この場合、シャッター２３を開き、かつ、表示素子 ５の像６が目８に入射するように、ハーフミラー２２を対物レンズ１６から出射 する像６の光軸に対して４５度に配置する。この場合、点ｘから目８においては 、周囲の風景の像１３の光軸と表示素子５の像６の光軸とが一致しているため、 周囲の風景の像１３は、ハーフミラー２２を通って目８に到達し、表示素子５の 像６はハーフミラー２２に反射して目８に到達する。このとき、装着者は、周囲 の風景の像１３と表示素子５の像６との双方が合成された像を見ることができる 。

【００２１】 実用においては、例えば、土地の風景（周囲の風景の像１３）とＣＧの立体画 像（表示素子５の像６）による建築物の画像とが合成されることによって、その 土地に建築物を建てたときの構想図を見ることができ、より現実に近い認識を得 ることができる。

【００２２】 次に、周囲の風景の像１３の一部と表示素子５の像６の一部とに分割された像 を見る場合について説明する。像１３と像６とは、装着者の視野角の範囲内で分 割される。例えば上下に分割される場合、周囲の風景の像１３が視野角の下側の 所定領域に入射するようにシャッター２３を開き、かつ、表示素子５の像６を上 側の所定領域だけ表示させるとともに、ハーフミラー２２を対物レンズ１６から 出射する像６の光軸に対して４５度に配置する。このとき、装着者は、視野角の 下半分の範囲に周囲の風景の像１３、視野角の上半分の範囲に表示素子５の像６ を見る。

【００２３】 実用においては、例えば、車両の遠隔操作に利用することができる。この場合 、装着者の視野角の上半分の範囲にＣＧによる風景の画像、下半分の範囲に目の 前の車両の操作パネルが見えるようにしておく。そのため、表示素子５のＣＧ画 像を見ながら、同時に、操作パネル系を見ることができるので、画像の切り換え をしないで、より現実に近い遠隔操作をすることができる。

【００２４】 このように第２の実施例では、表示素子の像と、周囲の風景の像と、周囲の風 景の像と表示素子の像とが合成された像と、周囲の風景の像の一部と表示素子の 像の一部とに分割された像とのいずれか１つを選択して見ることができる。

【００２５】

【考案の効果】

以上、説明したように、請求項１記載の考案によれば、対物レンズを通過した 表示素子の像と、目までの光軸が一直線である周囲の風景の像とのいずれかを、 切り換え手段によって選択的に切り換え、目に入射させるため、容易に周囲の風 景を見ることができるという効果が得られる。 また、請求項２記載の考案によれば、上述した表示素子の像と、上述した周囲 の風景の像と、前記周囲の風景の像と前記表示素子の像とが合成された像と、前 記周囲の風景の像の一部と前記表示素子の像の一部とに分割された像とのいずれ かを、切り換え手段によって選択的に切り換え、目に入射させるため、前述した 効果に加えて、より現実に近い認識や遠隔操作をすることができるという効果も 得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の構成を示す斜視図である。

【図２】（Ａ）は、第１の実施例による、表示素子５の
画像を見る場合の光学系の構成を示す概念図、（Ｂ）
は、第１の実施例による、風景を見る場合の光学系の構
成を示す概念図である。

【図３】本考案の第２の実施例による、光学系の構成を
示す概念図である。

【図４】従来の頭部装着型立体画像表示装置の構成を示
す斜視図である。

【図５】図４の光学系の構成を示す概念図である。

【符号の説明】

５ 表示素子 １０ 頭部装着型立体画像表示装置 １５ ミラー １６ 対物レンズ １８ 切り換えミラー １９ 接眼レンズ ２０ 逆焦点レンズ ２２ ハーフミラー ２３ シャッター

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】表示素子と、 前記表示素子に対向する少なくとも１枚の対物レンズ
   と、前記対物レンズを通過した像を目に入射させる少な
   くとも１枚の接眼レンズとから成る光学系と、 目までの光軸が一直線である周囲の風景の像と、前記対
   物レンズから出射する前記表示素子の像とのいずれか一
   方を選択的に切り換えて、目に入射させる切り換え手段
   とを具備し、 前記表示素子の像の光軸の一部と、前記周囲の風景の像
   の光軸の一部とが一致することを特徴とする頭部装着型
   立体画像表示装置。
2. 【請求項２】前記切り換え手段は、 前記周囲の風景の像および前記表示素子の像とのいずれ
   か一方の像と、 前記周囲の風景の像と前記表示素子の像との双方が合成
   された像と、 前記周囲の風景の像の一部と前記表示素子の像の一部と
   に分割された像とのいずれかを、選択的に切り換えて、
   目に入射させる切り換え手段を具備することを特徴とす
   る請求項１記載の頭部装着型立体画像表示装置。