JP7027987B2 - Head-mounted display device and display system - Google Patents
Head-mounted display device and display system Download PDFInfo
- Publication number
- JP7027987B2 JP7027987B2 JP2018050259A JP2018050259A JP7027987B2 JP 7027987 B2 JP7027987 B2 JP 7027987B2 JP 2018050259 A JP2018050259 A JP 2018050259A JP 2018050259 A JP2018050259 A JP 2018050259A JP 7027987 B2 JP7027987 B2 JP 7027987B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- head
- display device
- mounted display
- light guide
- guide plates
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
Description
本発明は、頭部装着型表示装置および表示システムに関する。 The present invention relates to a head-mounted display device and a display system.
近年、多くのメガネ型の頭部装着型表示装置(形状に応じてヘッドマウントディスプレイ(HMD)、VR(Virtual Reality)ゴーグル、VRグラス、スマートグラス、AR(Augmented Reality)グラス、グラスディスプレイ、グラスデバイスなどと呼称される)が開発されている。眼前のディスプレイに仮想映像を表示したり、現実の背景に仮想画像を重畳して表示したりすることで、従来の卓上型ディスプレイ、スマートフォン、およびタブレット端末とは全く異なる体験を得ることができる。頭部装着型表示装置は、主に以下の3つのタイプに分けられる。 In recent years, many glasses-type head-mounted displays (head-mounted display (HMD), VR (Virtual Reality) goggles, VR glasses, smart glasses, AR (Augmented Reality) glasses, glass displays, glass devices depending on the shape) Is called) has been developed. By displaying a virtual image on the display in front of you or superimposing a virtual image on the actual background, you can get a completely different experience from conventional desktop displays, smartphones, and tablet terminals. Head-mounted display devices are mainly classified into the following three types.
1つ目は、ディスプレイが眼前にあり、直接、またはレンズを通して見るタイプである。このタイプは、両眼非透過型のVR表示をするヘッドマウントディスプレイ、または小型単眼型のヘッドマウントディスプレイなどで用いられる。例えば、1つ目のタイプとして、左右2ユニットの画像表示素子、駆動回路および光学系をそれぞれ眼前に設置して、視野角90度以上の大画面表示を可能とする両眼非透過型のヘッドマウントディスプレイが開示されている(特許文献1を参照)。また、眼前に小型の画像表示素子、駆動回路および光学系を1ユニットだけ搭載して、重量が30g程度の軽量を可能とする小型単眼型のヘッドマウントディスプレイが開示されている(特許文献2を参照)。 The first is the type in which the display is in front of the eyes and is viewed directly or through a lens. This type is used in a binocular non-transmissive VR display head-mounted display, a small monocular head-mounted display, or the like. For example, as the first type, a binocular non-transmissive head that enables a large screen display with a viewing angle of 90 degrees or more by installing two left and right image display elements, a drive circuit, and an optical system in front of each eye. A mounted display is disclosed (see Patent Document 1). Further, a small monocular head-mounted display is disclosed in which a small image display element, a drive circuit, and an optical system are mounted in front of the eyes to enable a light weight of about 30 g (Patent Document 2). reference).
2つ目は、画像表示素子から出る画像光を投射し、眼前にあるミラーまたはハーフミラー等の半透過素子で反射させることにより見るタイプである。このタイプは、画像表示素子と、ミラーまたはハーフミラー等の半透過素子とを離して設置することができるため、画像表示素子を眼球表面より後ろ側に配置することで眼前の重量を軽減し、鼻への負担を減らすことができる。例えば、2つ目のタイプとして、顔の横から眼前のミラーまたはハーフミラー等の半透過素子に画像光を投射する表示装置が開示されている(特許文献3を参照)。 The second type is a type in which the image light emitted from the image display element is projected and reflected by a semi-transmissive element such as a mirror or a half mirror in front of the eye. In this type, since the image display element and the semitransmissive element such as a mirror or a half mirror can be installed separately, the weight in front of the eye is reduced by arranging the image display element behind the surface of the eyeball. The burden on the nose can be reduced. For example, as a second type, a display device that projects image light from the side of the face onto a transflective element such as a mirror or a half mirror in front of the eyes is disclosed (see Patent Document 3).
3つ目は、画像表示素子から出る画像光を、導光板を通して見るタイプである。このタイプは、例えば、両眼透過型のAR表示をするヘッドマウントディスプレイなどで用いられる。このタイプは、画像表示素子から出る画像光を、コリメートレンズまたはミラーで導光板に導き、当該導光板を通して眼に対して入射させる。このように、画像光を導光板に通すことで、視野角20度以上の画像表示が可能となり、導光板の構造によっては視野角が60度程度の大画像表示も可能となる。例えば、3つ目のタイプとして、画像表示素子、コリメートレンズ、ミラーおよび導光板が一体型となった構造を有し、当該構造体の重心が眼球表面よりも前に位置する表示装置が開示されている(特許文献4~6を参照)。 The third type is to see the image light emitted from the image display element through the light guide plate. This type is used, for example, in a head-mounted display that displays a binocular transmissive AR display. In this type, the image light emitted from the image display element is guided to the light guide plate by a collimating lens or a mirror, and is incident on the eye through the light guide plate. By passing the image light through the light guide plate in this way, it is possible to display an image having a viewing angle of 20 degrees or more, and depending on the structure of the light guide plate, it is possible to display a large image having a viewing angle of about 60 degrees. For example, as a third type, a display device having a structure in which an image display element, a collimating lens, a mirror, and a light guide plate are integrated and the center of gravity of the structure is located in front of the eyeball surface is disclosed. (See Patent Documents 4 to 6).
しかしながら、1つ目のタイプでは次のような問題がある。例えば、特許文献1に記載されたような両眼非透過型のヘッドマウントディスプレイは、視野角90度以上の大画面表示が可能であるが、左右2ユニットの画像表示素子、駆動回路および光学系をそれぞれ眼前に設置する構造であるため、眼前の総重量が500g以上となる場合が多い。そのため、重い構造体を長時間装着し続けることは困難である。また、上記両眼非透過型のヘッドマウントディスプレイは、当該構造体を折り畳んだり分解したりすることは難しく、持ち運ぶ場合、かさばってしまう。また、特許文献2に記載されたような小型単眼型のヘッドマウントディスプレイは、眼前に小型の画像表示素子、駆動回路および光学系を1ユニットだけ搭載するため、重量が30g程度と軽量ではあるが、視野角が15度程度であるため、表示画面が小さく、利用範囲が限られる。また、上記小型単眼型のヘッドマウントディスプレイは、画像表示素子と光学系とが一体型となった構造であるため、持ち運びのときにコンパクトに畳むことができない。 However, the first type has the following problems. For example, a binocular non-transmissive head-mounted display as described in Patent Document 1 is capable of displaying a large screen with a viewing angle of 90 degrees or more, but has two left and right image display elements, a drive circuit, and an optical system. Since each of the structures is installed in front of the eyes, the total weight in front of the eyes is often 500 g or more. Therefore, it is difficult to keep wearing a heavy structure for a long time. In addition, the binocular non-transmissive head-mounted display is difficult to fold or disassemble, and is bulky when carried. Further, a small monocular head-mounted display as described in Patent Document 2 has a small image display element, a drive circuit, and an optical system mounted in front of the eyes, so that the weight is as light as about 30 g. Since the viewing angle is about 15 degrees, the display screen is small and the range of use is limited. Further, since the compact monocular head-mounted display has a structure in which an image display element and an optical system are integrated, it cannot be folded compactly when carried.
また、2つ目のタイプでは次のような問題がある。例えば、特許文献3に記載されたような表示装置は、顔の横から眼前のミラーまたはハーフミラー等の半透過素子に投射することから、大画面を表示させることが難しい。また、このタイプは、現在、公表されているものでも、視野角が10度以下のような小さい画面しか表示できない。 In addition, the second type has the following problems. For example, it is difficult for a display device as described in Patent Document 3 to display a large screen because it projects from the side of the face onto a transflective element such as a mirror or a half mirror in front of the eyes. Moreover, even if this type is currently published, it can display only a small screen having a viewing angle of 10 degrees or less.
また、3つ目のタイプでは次のような問題がある。例えば、特許文献4~6に記載されたような表示装置は、画像表示素子、コリメートレンズ、ミラーおよび導光板が一体型となった構造であることにより、当該構造体の重心が眼球表面より前にあるため、少なくとも以下の3点の問題点がある。 In addition, the third type has the following problems. For example, the display device as described in Patent Documents 4 to 6 has a structure in which an image display element, a collimating lens, a mirror, and a light guide plate are integrated, so that the center of gravity of the structure is in front of the surface of the eyeball. Therefore, there are at least the following three problems.
1点目の問題点は、鼻に対する荷重負担の問題である。具体的には、特許文献4~6に記載されたような表示装置は、画像表示素子、コリメートレンズ、ミラーおよび導光板が一体型となった構造であるため、40gから100g程度の重量である。さらに重心位置より鼻パッドと耳パッドでの重量比は8:2~9:1となり、鼻パッド部には30gから80g程度の荷重がかかる。近視矯正眼鏡では鼻パッドへの荷重は10g程度であることから、通常の近視矯正眼鏡の3倍から8倍もの荷重が鼻にかかる。このため、当該構造体を長時間装着すると、鼻パッド付近の皮膚が炎症して痛みが発生する可能性がある。 The first problem is the load burden on the nose. Specifically, a display device as described in Patent Documents 4 to 6 has a structure in which an image display element, a collimating lens, a mirror, and a light guide plate are integrated, and therefore weighs about 40 g to 100 g. .. Further, the weight ratio between the nose pad and the ear pad is 8: 2 to 9: 1 from the position of the center of gravity, and a load of about 30 g to 80 g is applied to the nose pad portion. Since the load on the nose pad of myopia-correcting spectacles is about 10 g, a load of 3 to 8 times that of normal myopia-correcting spectacles is applied to the nose. Therefore, if the structure is worn for a long time, the skin near the nose pad may be inflamed and pain may occur.
2点目の問題点は、視野に関する問題である。両眼透過型ヘッドマウントディスプレイは、現実世界を見ながら画像表示情報を同時に見たり、画像をAR重畳させたりして利用するため、装着しながら歩いたり作業をしたりすることを前提とする。しかしながら、特許文献4~6に記載されたような表示装置は、画像表示素子、コリメートレンズ、ミラーおよび導光板が一体型となった構造であるため、当該構造体が、装着者の左右の周辺視野を塞ぐ形態となっている。一般的な人間の視野は180度以上であるが、当該構造体を装着すると100度以下に低下する可能性があるため、視野が狭い状態で動いたり作業をしたりすることは危険を伴い、装着時の安全性が低下する可能性がある。 The second problem is the problem of visual field. Since the binocular transmissive head-mounted display is used by simultaneously viewing image display information while viewing the real world and by superimposing images on AR, it is premised on walking or working while wearing it. However, since the display device as described in Patent Documents 4 to 6 has a structure in which an image display element, a collimating lens, a mirror, and a light guide plate are integrated, the structure is around the left and right sides of the wearer. It is a form that blocks the field of view. A general human field of view is 180 degrees or more, but when the structure is attached, it may drop to 100 degrees or less, so it is dangerous to move or work in a narrow field of view. There is a possibility that the safety when wearing it will be reduced.
3点目の問題点は、大きさに関する問題である。ヘッドマウントディスプレイは、外出先などで大画面表示をするときに有効であるが、持ち運びやすいように形状がコンパクトであることも重要な要素である。例えば、ヘッドマウントディスプレイを持ち運ぶために折り畳んだり、簡易に分解または組み立てができたりするとよい。しかしながら、特許文献4~6に記載されたような表示装置は、画像表示素子、コリメートレンズ、ミラーおよび導光板が一体型であるゆえに、形状がコンパクトではなく、例えば、折り畳みや分解ができない構造となっている。 The third problem is the size. A head-mounted display is effective when displaying a large screen on the go, but it is also an important factor that the shape is compact so that it can be easily carried. For example, it may be possible to fold the head-mounted display for carrying around, and to easily disassemble or assemble it. However, the display device as described in Patent Documents 4 to 6 is not compact in shape because the image display element, collimating lens, mirror, and light guide plate are integrated, and has a structure that cannot be folded or disassembled, for example. It has become.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、眼前の大画面表示を可能とし、なおかつ、装着時の鼻への荷重負荷を軽減し、また、装着者の左右の周辺視野を確保し、また、形状をコンパクトにすることができる頭部装着型表示装置および表示システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and enables a large screen display in front of the eyes, reduces the load on the nose when worn, and secures the left and right peripheral visual fields of the wearer. Further, it is an object of the present invention to provide a head-mounted display device and a display system capable of making the shape compact.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、レーザー光源から出射されたレーザー光を伝播する光ファイバーと、光ファイバーから伝播されたレーザー光の角度を変更するマイクロミラーデバイスと、マイクロミラーデバイスにより角度が変更されたレーザー光を装着者の瞳に導く導光板とを有し、前記導光板は、導光部と、前記導光部を経由した光を反射する複数の反射部を備え、マイクロミラーデバイスは、導光板のレーザー光を瞳に導く面と異なる面に配置されていることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the present invention has an optical fiber propagating laser light emitted from a laser light source, a micromirror device that changes the angle of the laser light propagating from the optical fiber, and a micro. It has a light guide plate that guides a laser beam whose angle has been changed by a mirror device to the pupil of the wearer, and the light guide plate includes a light guide portion and a plurality of reflection portions that reflect light that has passed through the light guide portion. The micromirror device is characterized in that it is arranged on a surface different from the surface that guides the laser beam of the light guide plate to the pupil.
本発明によれば、眼前の大画面表示を可能とし、なおかつ、装着時の鼻への荷重負荷を軽減し、また、装着者の左右の周辺視野を確保し、また、形状をコンパクトにすることができる。 According to the present invention, it is possible to display a large screen in front of the eyes, reduce the load on the nose at the time of wearing, secure the left and right peripheral visual fields of the wearer, and make the shape compact. Can be done.
以下に添付図面を参照して、頭部装着型表示装置および表示システムの実施の形態を詳細に説明する。なお、各実施形態及び図面において、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the head-mounted display device and the display system will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In each embodiment and drawings, the same components may be designated by the same reference numerals, and duplicate description may be omitted.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10を備えた表示システム1の構成の一例を示す図である。ここで、図1に示す頭部装着型表示装置10は、一般の眼鏡と類似の形態を有するが、この形態に限定されるものではない。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a display system 1 provided with a head-mounted
図1に示すように、表示システム1は、レーザー光源20と、頭部装着型表示装置10とを備えている。頭部装着型表示装置10は、装着者に装着される装置である。レーザー光源20は、装着者に装着されない装置であり、頭部装着型表示装置10にレーザー光を出射する。
As shown in FIG. 1, the display system 1 includes a
頭部装着型表示装置10は、導光板100a、100bと、光ファイバー200と、マイクロミラーデバイス300a、300bと、ブリッジ400と、テンプル500a、500bとを備えている。
The head-mounted
テンプル500a、500bは、装着者の左右の耳にかかる部材であり、それぞれ、左右の導光板100a、100bの一端部150a、150bに取り付けられている。テンプル500a、500bは、装着者の耳にかかることにより、装着者から頭部装着型表示装置10が落下しないように、頭部装着型表示装置10を支持する。
The
ブリッジ400は、左右の導光板100a、100bの他端部を繋ぎ、装着者の鼻にかかる部材である。また、ブリッジ400には、装着者の鼻を両脇から挟んで頭部装着型表示装置10を支持するためのパッド(鼻あて)が取り付けられている。
The
光ファイバー200は、その一部がテンプル500a、500bに沿ってそれぞれ設けられている。以下、光ファイバー200の一部を、光ファイバー200a、200bと記載する。光ファイバー200a、200bは、それぞれ、左右の導光板100a、100bの一端部150a、150bに取り付けられている。光ファイバー200a、200bは、レーザー光源20から出射されたレーザー光を伝播する。
A part of the
マイクロミラーデバイス300a、300bは、光ファイバー200a、200bから伝播されたレーザー光の角度を変更する。マイクロミラーデバイス300a、300bは、それぞれ、マイクロミラー310a、310bと、ミラー制御部320a、320bとを有する。ミラー制御部320a、320bは、それぞれ、レーザー光の導光板100a、100bへの入射角が変更されるように、マイクロミラー310a、310bの角度を変更する。
The
導光板100a、100bは、それぞれ、その本体に、導光部110a、110bと、反射部120a、120bとを有する。導光部110a、110bは、それぞれ、マイクロミラーデバイス300a、300bにより角度が変更されたレーザー光を全反射させながら導光する部分である。反射部120a、120bは、それぞれ、導光部110a、110bにより導光されたレーザー光を、装着者の瞳800a、800bに導くように反射させる部分である。
The
導光板100a、100bにおいて、一端部150a、150bは、例えば、頭部装着型表示装置10を上から見た場合は三角形状であり、第1面と、第2面と、第3面とを有する。一端部150a、150bの第1面は、それぞれ、導光板100a、100bの本体に接する面である。一端部150a、150bの第2面は、それぞれ、例えば第1面に直交する面であり、テンプル500a、500bと光ファイバー200a、200bとが取り付けられる。一端部150a、150bの第3面は、それぞれ、例えば第1面および第2面と交差する面であり、マイクロミラーデバイス300a、300bが取り付けられ、マイクロミラー310a、310bと対向する。
In the
この導光板100a、100bの形状により、マイクロミラーデバイス300a、300bは、それぞれ、導光板100a、100bのレーザー光を瞳800a、800bに導く側とは反対側に配置されている。
Due to the shapes of the
第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10の処理について説明する。まず、レーザー光源20から出射された光が光ファイバー200a、200bで導光板100a、100bまで導かれる。次に、導光板100a、100bの瞳800a、800bとは反対側の表面(外側表面)に位置するマイクロミラーデバイス300a、300bに光照射される。マイクロミラーデバイス300a、300bで反射されたレーザー光は導光板100a、100bの中を導光して瞳800a、800bに入る。ここで、マイクロミラーデバイス300a、300bは高速でミラーの角度が変わるデバイスであるため、画像信号に応じてミラーの角度を変えることで、装置者は導光板100a、100bから画像として認識することができる。
The processing of the head-mounted
このように、第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10は、マイクロミラーデバイス300a、300bを備える構造であるため、装着時の鼻への荷重負荷を軽減し、また、装着者の左右の周辺視野を確保し、また、形状をコンパクトにすることができる。
As described above, since the head-mounted
例えば、従来の頭部装着型表示装置(呼称としてヘッドマウントディスプレイ(HMD)、VRゴーグル、VRグラス、スマートグラス、ARグラス、グラスディスプレイ、グラスデバイスなど)は、画像表示素子として光源、ディスプレイ、レンズが一体型であり、大きく、重量のある構造である。近年のディスプレイ技術の発展で画素数1280×720を有する画面サイズが0.5インチ以下のマイクロディスプレイが製造されているが、光源、レンズを合わせてパッケージングすると1辺あたり20mm以上の筐体となり、重量も20g以上となる。 For example, a conventional head-mounted display device (named as head-mounted display (HMD), VR goggles, VR glasses, smart glasses, AR glasses, glass display, glass device, etc.) has a light source, a display, and a lens as image display elements. Is an integrated type, and has a large and heavy structure. With the development of display technology in recent years, micro-displays with a pixel count of 1280 x 720 and a screen size of 0.5 inch or less have been manufactured, but when the light source and lens are packaged together, the housing becomes 20 mm or more per side. The weight is also 20 g or more.
一方、第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10では、レーザー光源20を備えていない構造であるため、レーザー光源20が装着者に装着されない。また、第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10では、コリメーターレンズ等を使用せずに、マイクロミラーデバイス300a、300bを備える構造であるため、マイクロミラーデバイス300a、300bの角度変化だけで導光板100a、100bに画像光を入れることができる。頭部装着型表示装置10は、マイクロミラーデバイス300a、300bの制御部分を含めて10g以下であり、小型、軽量の頭部装着型表示装置となる。このように、第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10では、鼻、耳の重量負担を軽減することができ、長時間着用し続けられる。また、第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10では、コリメーターレンズ等を使用しないため、装着者の左右の周辺視野を確保することができる。また、第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10では、マイクロミラーデバイス300a、300bが、それぞれ、導光板100a、100bのレーザー光を瞳800a、800bに導く側とは反対側に配置されているため、形状をコンパクトにすることができる。
On the other hand, the head-mounted
ここで、マイクロミラーデバイス300a、300bへ電源供給、画像信号の伝達部分は頭部装着型表示装置10の内部にあっても外部にあっても構わないが、装置の小型軽量化を考慮すると、頭部装着型表示装置10の外部にあり、有線で繋がれていることが望ましい。例えば電源線、画像信号を伝達するための信号線が光ファイバー200a、200bと並行して通っており、レーザー光源20と並んで電源、画像制御ユニットがあればよい。
Here, the power supply to the
また、第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10は、導光板100a、100bを備える構造であるため、大画面表示を可能とする。
Further, since the head-mounted
例えば、レーザー光源20とマイクロミラーデバイス300a、300bを用いた頭部装着型表示装置としては、レーザー光源を装置者の網膜に直接結像させる網膜投射型表示装置が一般的に知られている。網膜投射型表示装置は装置者の視力や視力矯正の状況に関わらず焦点が合うことが特長であるが、一方でレーザー光を網膜上に集光させるため大きな反射ミラーを使用するなど小型化が難しい。また大画面表示も難しい。第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10は網膜投射型ではなく、導光板100a、100bを備える構造であるため、導光板100a、100bを用いることで薄型、軽量でありながら大画面表示を可能とする。導光板100a、100bは、ハーフミラーを使うタイプ、ポログラム素子を使うタイプ、多段反射など幾何構造を持つタイプなど様々なものがあるが、いずれを用いても構わない。
For example, as a head-mounted display device using the
ここで、レーザー光源20は一般的なもので構わないが、眼にレーザー光を入れるため、光強度の管理は十分に行う必要がある。一定以上の光強度にならないようなストッパー構造があることが望ましい。第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10では、単色でも文字表示や矢印など記号表示ができるので、情報アシスト機能として十分な価値があるが、赤、緑、青の3種類のレーザーを使い、高速で切り替えることにより、フルカラーを表示することができる。フルカラー表示できれば、画像、動画など多くの表現ができ、使用価値を大きく上げることができる。レーザーは3種類であるが、光源側で高速に切り替える機構をもたせれば、光ファイバー200は1本あればよい。
Here, the
光ファイバー200a、200bは、ガラス製、プラスチック製のどちらを用いても構わない。ガラス製は、耐久性が高く、また、プラスチック製は軽量であるので、用途に応じて選択すればよい。光ファイバー200a、200bから出た光は、マイクロミラーデバイス300a、300bに確実に照射する必要があるため、位置や角度がずれないように、テンプル500a、500bに対して固定することが望ましい。
The
以上の説明により、第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10は、眼前の大画面表示を可能とし、なおかつ、装着時の鼻への荷重負荷を軽減し、また、装着者の左右の周辺視野を確保し、また、形状をコンパクトにすることができる。
According to the above description, the head-mounted
なお、第1の実施形態において、頭部装着型表示装置10の導光板100a、100bの眼とは反対側の表面には、非透過状態と透過または半透過状態とに切り替える機構を付与してもよい。切り替える機構としては、サングラスのような遮光板をヒンジなどの可動部材を介して導光板100a、100bの前面に付ければいい。VRを表示するために非透過型装置にしたい場合は遮光板を導光板100a、100bの前面に置く。また、AR表示をする透過型装置にしたい場合は、遮光板が導光板100a、100bの前面に位置しないように上下左右方向に動かせばよい。
In the first embodiment, the surfaces of the
また、第1の実施形態において、透過状態と透過または半透過状態とに切り替える機構としては、電気的に透過状態と非透過状態を切り替えられる調光素子を用いればよい。調光素子としては液晶素子、エレクトロクロミック素子などがある。特にエレクトロクロミック素子は透過状態と非透過状態とのコントラストが大きく、没入感のある非透過型装置と現実世界の視認性が高い透過型装置とに切り替えることができる。 Further, in the first embodiment, as a mechanism for switching between the transmissive state and the transmissive or semi-transmissive state, a dimming element capable of electrically switching between the transmissive state and the non-transmissive state may be used. Examples of the dimming element include a liquid crystal element and an electrochromic element. In particular, the electrochromic element has a large contrast between the transmissive state and the non-transmissive state, and it is possible to switch between a non-transmissive device having an immersive feeling and a transmissive device having high visibility in the real world.
また、第1の実施形態において、頭部装着型表示装置10には外部の映像の撮影や位置の検出、対象物の確認などに使用するカメラや、使用者の姿勢、動作方向、向きなどを検出するためのセンサを含んでもよい。頭部装着型表示装置10の両端の位置に二台のカメラを設置した場合、撮影した二つの画像には位置がずれた結果が得られる。この得られた画像から、視差を求めることで、頭部装着型表示装置10と対象物との距離を求めることができる。
Further, in the first embodiment, the head-mounted
また、第1の実施形態において、頭部装着型表示装置10に9軸センサ(加速度、角速度、地磁気)を付与してもよい。9軸センサを付与することで、頭部装着型表示装置10を装着した人物(装着者)の頭の方向や傾きがリアルタイムで把握することができ、頭の方向や傾きに応じてオブジェクトを表示させたり、消去したりといったことができる。
Further, in the first embodiment, a 9-axis sensor (acceleration, angular velocity, geomagnetism) may be attached to the head-mounted
また、第1の実施形態において、頭部装着型表示装置10にデプスセンサを付与してもよい。デプスセンサを付与することで、頭部装着型表示装置10を装着した人物(装着者)が実空間の何処にいるか把握できるので、頭部装着型表示装置10で表示するオフジェクトを自由に配置したり、固定したりすることができる。また、頭部装着型表示装置10を装着した人物が移動した場合であっても実空間が把握できているので、当該固定したオブジェクトが異なる位置に移動することなく表示させることができる。
Further, in the first embodiment, the head-mounted
また、第1の実施形態において、頭部装着型表示装置10にアイトラッカーを付与してもよい。アイトラッカーを付与することにより、頭部装着型表示装置10を装着した人物(装着者)の視線が何処を向いているか分かるので、見た文字や物を認識することができ、適切な付加情報(ポップアップ)を表示することができる。
Further, in the first embodiment, an eye tracker may be attached to the head-mounted
また、第1の実施形態において、頭部装着型表示装置10に骨伝導スピーカーを付与してもよい。骨伝導スピーカーを付与することで、頭部装着型表示装置10を装着した作業者(装着者)が耳を塞がずにガイダンスや、遠隔地からの指示などの音声が聞けるので、効率よく作業を進めることかでき、周囲の音も同時に聞こえるので安全に作業することができる。
Further, in the first embodiment, the head-mounted
なお、第1の実施形態において、図1に示した頭部装着型表示装置10は、両眼眼鏡型のヘッドマウントディスプレイであるが、これに限定されるものではなく、片眼用のヘッドマウントディスプレイであってもよい。また、頭部装着型表示装置10を眼鏡のように直接掛けてもよいが、例えば、ヘルメットや帽子などに取り付けてもよし、ゴーグルなどに入れて使用してもよい。
In the first embodiment, the head-mounted
(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る頭部装着型表示装置10について、第1の実施形態に係る頭部装着型表示装置10と相違する点を中心に説明する。
(Second embodiment)
The head-mounted
図2~図4は、第2の実施形態に係る頭部装着型表示装置10のマイクロミラーデバイス300a、300bの動作の一例を示す図である。ここで、図2~図4には、右側の機構、すなわち、右側の導光板100b、光ファイバー200b、マイクロミラーデバイス300bおよびテンプル500bの図示を省略する。
2 to 4 are views showing an example of the operation of the
第2の実施形態に係る頭部装着型表示装置10では、マイクロミラーデバイス300a、300bは、それぞれ、二次元に動作する1つのマイクロミラー310a、310bを有する。マイクロミラーデバイス300a、300bがそれぞれ1つのマイクロミラー310a、310bのみを用いることで、デバイスの大きさは小さくなり、制御もシンプルになる。このため、マイクロミラー310a、310bとミラー制御部320a、320bとをそれぞれ搭載する制御基板も小さくすることができる。
In the head-mounted
例えば、図2、図3、図4に示すように、マイクロミラー310a、310bの角度を変えることで、レーザー光の導光板100a、100bへの入射角を変えることができ、導光板100a、100bからの出射角が変わる。マイクロミラー310a、310bの角度走査を高速に行うことで、装着者の瞳800a、800bには残像効果により二次元画像が見える。ミラーの振り角が±15度の制御が可能なマイクロミラーデバイス300a、300bを用いると、振り角の2倍の±30度の角度を付けて、導光板100a、100bに光を入射することができる(ミラーへの入射角、反射角が各々15度であるため)。従って、導光板100a、100bから出射される画像光は視野角60度の広角を有しており、従来の頭部装着型表示装置と比較して大きな面積の画像を表示できる。
For example, as shown in FIGS. 2, 3, and 4, by changing the angles of the micromirrors 310a and 310b, the angle of incidence of the laser beam on the
また、画素数はレーザー径と点滅速度とに依存するが、フルHD(1920×1080画素)を周波数60Hzで描画する程度は十分に可能である。既存のマイクロディスプレイである液晶、有機EL(Electro-Luminescence)などと比較しても優位である。 Further, although the number of pixels depends on the laser diameter and the blinking speed, it is sufficiently possible to draw a full HD (1920 × 1080 pixels) at a frequency of 60 Hz. It is also superior to existing micro-displays such as liquid crystals and organic EL (Electro-Luminescence).
(第3の実施形態)
第3の実施形態に係る頭部装着型表示装置10について、第2の実施形態に係る頭部装着型表示装置10と相違する点を中心に説明する。
(Third embodiment)
The head-mounted
図5は、第3の実施形態に係る頭部装着型表示装置10の構成の一例を示す図である。第3の実施形態に係る頭部装着型表示装置10は、テンプル500a、500bを折り畳む、または取り外す機構を有する。例えば、その機構として、導光板100a、100bとテンプル500a、500bとの接触部分に、それぞれ、ヒンジ部600a、600bが設けられている。
FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the head-mounted
ここで、従来の頭部装着型表示装置は、マイクロディスプレイ、レンズ、導光板100a、100bが一体型になっている構造であり、光軸がずれないように筐体で固定化されている。従って、一般的な矯正眼鏡のようにレンズとテンプル500a、500b(つる)の部分で折り曲げて小さく収納することはできない。マイクロディスプレイの後ろのテンプル500a、500bの部分に折り畳み機構を設けても50mm程度の幅は必要となり、収納ケースも大きくなる。頭部装着型表示装置10の使い場所としては、オフィスのデスク作業というより、外出時、屋外、作業現場などが想定され、持ち運びの便利さは重要な要素となる。
Here, the conventional head-mounted display device has a structure in which a microdisplay, a lens, and
第3の実施形態に係る頭部装着型表示装置10の構成では、マイクロミラーデバイス300a、300bは導光板100a、100bの外側表面に付いており、テンプル500a、500bと並行して光ファイバー200a、200bと電源/信号ケーブルがあるだけであるので、テンプル500a、500bに対して、光ファイバー200a、200bと電源/信号ケーブルを固定しておけば、導光板100a、100b部分とテンプル500a、500b部分は切り離すことができる。例えば一般的な矯正眼鏡のようにヒンジ部600a、600bを付けて折り畳む機構をつければ、導光板100a、100bの厚さとテンプル500a、500bの幅に折り畳むことができ、30mm程度の幅にまとめることができる。また、テンプル500a、500bを取り外せる機構を設けておけば、よりコンパクトに収納できる。
In the configuration of the head-mounted
(第4の実施形態)
第4の実施形態に係る頭部装着型表示装置10について、第3の実施形態に係る頭部装着型表示装置10と相違する点を中心に説明する。
(Fourth Embodiment)
The head-mounted
図6は、第4の実施形態に係る頭部装着型表示装置10の構成の一例を示す図である。第4の実施形態に係る頭部装着型表示装置10は、テンプル500a、500bが折り畳んだ状態、または取り外された状態ではレーザー光が出射されない機構を有する。例えば、その機構として、導光板100a、100bとテンプル500a、500bとの接触部分に、それぞれ、上記機構が設けられている。第4の実施形態に係る頭部装着型表示装置10は、レーザー光源20を使用するため、扱いはより慎重にしなければならない。特に装置を使用していないときにレーザー光が出射されてしまうと、誤って直接に眼に入ってしまう可能性があるため危険である。従って、頭部装着型表示装置10が使用されていない状態であるテンプル500a、500bが折り畳まれているとき、またはテンプル500a、500bが取り外されているときはレーザー光が出射されないようにする機構は有用である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the configuration of the head-mounted
その機構は、どのようなものでも構わないが、例えば、導光板100a、100bとテンプル500a、500bとの接触部分にそれぞれセンサを設け、導光板100a、100bとテンプル500a、500bとが一定以上近づいたときだけ、レーザー光源20をONさせる制御信号をレーザー光源20に送信したり、導光板100a、100bへのレーザー光の入射を禁止したりする方法が考えられる。あるいは、導光板100a、100bとテンプル500a、500bとの接触部分にそれぞれプッシュ型スイッチ700a、700bを設け、テンプル500a、500bが導光板100a、100bと接してプッシュ型スイッチ700a、700bがONになったときだけ、レーザー光源20をONさせる制御信号をレーザー光源20に送信したり、導光板100a、100bへのレーザー光の入射を禁止したりする方法が考えられる。
The mechanism may be any, but for example, sensors are provided at the contact portions between the
上述のように、表示システム1は、レーザー光源20と頭部装着型表示装置10とを備え、頭部装着型表示装置10は、導光板100a、100bと、光ファイバー200と、マイクロミラーデバイス300a、300bと、ブリッジ400と、テンプル500a、500bとを備えている。以下、頭部装着型表示装置10を備えた表示システム1の実施例を記載する。
As described above, the display system 1 includes a
(実施例1)
実施例1では、レーザー光源20、マイクロミラーデバイス300a、300b、導光板100a、100bおよび光ファイバー200を図1に示すような配置とした。
・導光板100a、100b:アクリル樹脂、厚み5mm、長さ45mm、高さ25mm、出射部に角度45度でハーフミラー
・レーザー光源20:住友電工RGB CANユニット(SLM-RGB-T20-F)
・光ファイバー200:三菱電線工業 ST100E
・マイクロミラーデバイス300a、300b:浜松ホトニクス S12237-03P
(Example 1)
In Example 1, the
・
・ Optical fiber 200: Mitsubishi Cable Industries ST100E
-
<実施内容>
マイクロミラーデバイス300a、300bはX、Y軸方向に各々±15度ずつ振れる。XY軸を180Hzでスキャンさせることで、RGB各波長のレーザー光を順次導光板に光入射した。レーザーはX軸を1回走査する間に1920ドット点灯し、Y軸を1回走査する間に1080ドット点灯させた。レーザー強度は最大30マイクロワットから0まで256段階で調整し、階調表示させた。
<Details of implementation>
The
<実施結果>
マイクロミラーデバイス300a、300bの大きさは制御基板込みで約14mm×8mm×4mmであり、導光板100a、100bの隅に設置した場合、視界を塞ぐことはなかった。重量も5g程度であり、軽量であった。所望の画像信号に応じて画像表示をしたところ、導光板越に装着者は視野角60度相当の大画面をみることができた。
<Implementation result>
The size of the
(実施例2)
実施例2において、頭部装着型表示装置10は、実施例1の構成に対して、導光板100a、100bとテンプル500a、500bとの接触部分にそれぞれ設けられたヒンジ部600a、600bを備えている。実施例2では、ヒンジ部600a、600bを図5に示すような配置とした。
・ヒンジ部600a、600b:スガツネ工業 HG-TS型
(Example 2)
In the second embodiment, the head-mounted
-Hinges 600a, 600b: Sugatsune Industry HG-TS type
<実施結果>
ヒンジ部600a、600bでテンプル500a、500bが折り畳まれ、コンパクトな大きさ(幅28mm)になった。
<Implementation result>
The
(実施例3)
実施例3において、頭部装着型表示装置10は、実施例2の構成に対して、導光板100a、100bとテンプル500a、500bとの接触部分にそれぞれ設けられたプッシュ型スイッチ700a、700bを備えている。実施例3では、プッシュ型スイッチ700a、700bを図6に示すような配置とした。
・プッシュ型スイッチ700a、700b:Leye電子工学
(Example 3)
In the third embodiment, the head-mounted
-Push
<実施内容>
プッシュ型スイッチ700a、700bとレーザー光源20のスイッチとを連動させ、プッシュ型スイッチ700a、700bがONでない場合はレーザー光源20のスイッチがONにならないようにした。
<Details of implementation>
The push-
<実施結果>
ヒンジ部600a、600bでテンプル500a、500bが折り畳まれている場合、プッシュ型スイッチ700a、700bがONにならず、レーザー光源20が誤発射することはなかった。
<Implementation result>
When the
1 表示システム
10 頭部装着型表示装置
20 レーザー光源
100a、100b 導光板
110a、110b 導光部
120a、120b 反射部
150a、150b 一端部
200、200a、200b 光ファイバー
300a、300b マイクロミラーデバイス
310a、310b マイクロミラー
320a、320b ミラー制御部
400 ブリッジ
500a、500b テンプル
600a、600b ヒンジ部
700a、700b プッシュ型スイッチ
800a、800b 瞳
1
Claims (5)
前記光ファイバーから伝播された前記レーザー光の角度を変更するマイクロミラーデバイスと、
前記マイクロミラーデバイスにより角度が変更された前記レーザー光を装着者の瞳に導く導光板と、
を有し、
前記導光板は、導光部と、前記導光部を経由した光を反射する複数の反射部を備え、
前記マイクロミラーデバイスは、前記導光板の前記レーザー光を前記瞳に導く面とは異なる面に配置されている頭部装着型表示装置。 An optical fiber that propagates the laser light emitted from the laser light source,
A micromirror device that changes the angle of the laser beam propagated from the optical fiber, and
A light guide plate that guides the laser beam whose angle has been changed by the micromirror device to the wearer's pupil, and
Have,
The light guide plate includes a light guide portion and a plurality of reflection portions that reflect light that has passed through the light guide portion.
The micromirror device is a head-mounted display device arranged on a surface different from the surface of the light guide plate that guides the laser beam to the pupil.
前記テンプルを折り畳む、または取り外す機構と、
を更に有する請求項1または2に記載の頭部装着型表示装置。 A temple that supports the head-mounted display device by touching the wearer's ear,
A mechanism for folding or removing the temple,
The head-mounted display device according to claim 1 or 2, further comprising.
を更に有する請求項3に記載の頭部装着型表示装置。 A mechanism in which the laser beam is not emitted when the temple is folded or removed.
The head-mounted display device according to claim 3, further comprising.
前記装着者に装着されない装置であり、前記頭部装着型表示装置にレーザー光を出射するレーザー光源と、
を有する表示システム。 The head-mounted display device according to any one of claims 1 to 4, which is worn by the wearer.
A device that is not worn by the wearer, and is a laser light source that emits laser light to the head-mounted display device.
Display system with.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018050259A JP7027987B2 (en) | 2018-03-16 | 2018-03-16 | Head-mounted display device and display system |
JP2022022667A JP7235146B2 (en) | 2018-03-16 | 2022-02-17 | Head-mounted display and display system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018050259A JP7027987B2 (en) | 2018-03-16 | 2018-03-16 | Head-mounted display device and display system |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022022667A Division JP7235146B2 (en) | 2018-03-16 | 2022-02-17 | Head-mounted display and display system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019159286A JP2019159286A (en) | 2019-09-19 |
JP7027987B2 true JP7027987B2 (en) | 2022-03-02 |
Family
ID=67996196
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018050259A Active JP7027987B2 (en) | 2018-03-16 | 2018-03-16 | Head-mounted display device and display system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7027987B2 (en) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005070671A (en) | 2003-08-27 | 2005-03-17 | Brother Ind Ltd | Retina scanning display device |
JP2008083539A (en) | 2006-09-28 | 2008-04-10 | Brother Ind Ltd | Optical system for light beam transfer, and retinal scanning display using the same |
JP2013178549A (en) | 2004-03-29 | 2013-09-09 | Sony Corp | Image display apparatus |
JP2016224345A (en) | 2015-06-02 | 2016-12-28 | セイコーエプソン株式会社 | Image display device |
JP2017500605A (en) | 2013-11-27 | 2017-01-05 | マジック リープ, インコーポレイテッド | Virtual and augmented reality systems and methods |
WO2017151670A1 (en) | 2016-03-01 | 2017-09-08 | Magic, Inc. | Reflective switching device for inputting diifferent wavelengths of light into waveguides |
JP2017529635A5 (en) | 2015-06-13 | 2018-05-31 | ||
US20180164599A1 (en) | 2016-12-08 | 2018-06-14 | Darwin Hu | See-through display glasses for viewing 3D multimedia |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR930020867A (en) * | 1992-03-02 | 1993-10-20 | 빈센트 비.인그라시아 | Remote Sensing Units and Drivers |
AU2015274283B2 (en) * | 2014-06-14 | 2020-09-10 | Magic Leap, Inc. | Methods and systems for creating virtual and augmented reality |
WO2016116733A1 (en) * | 2015-01-20 | 2016-07-28 | Milan Momcilo Popovich | Holographic waveguide lidar |
-
2018
- 2018-03-16 JP JP2018050259A patent/JP7027987B2/en active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005070671A (en) | 2003-08-27 | 2005-03-17 | Brother Ind Ltd | Retina scanning display device |
JP2013178549A (en) | 2004-03-29 | 2013-09-09 | Sony Corp | Image display apparatus |
JP2008083539A (en) | 2006-09-28 | 2008-04-10 | Brother Ind Ltd | Optical system for light beam transfer, and retinal scanning display using the same |
JP2017500605A (en) | 2013-11-27 | 2017-01-05 | マジック リープ, インコーポレイテッド | Virtual and augmented reality systems and methods |
JP2016224345A (en) | 2015-06-02 | 2016-12-28 | セイコーエプソン株式会社 | Image display device |
JP2017529635A5 (en) | 2015-06-13 | 2018-05-31 | ||
JP2018512562A5 (en) | 2016-01-19 | 2019-01-10 | ||
WO2017151670A1 (en) | 2016-03-01 | 2017-09-08 | Magic, Inc. | Reflective switching device for inputting diifferent wavelengths of light into waveguides |
US20180164599A1 (en) | 2016-12-08 | 2018-06-14 | Darwin Hu | See-through display glasses for viewing 3D multimedia |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019159286A (en) | 2019-09-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7514968B2 (en) | Gradient Array-Based Displays | |
US10725535B2 (en) | Head-worn image display apparatus for stereoscopic microsurgery | |
CN107533227B (en) | Effective thin curved eyepiece for see-through head mounted display | |
EP3134763B1 (en) | Compact architecture for near-to-eye display system | |
JP6994940B2 (en) | Head-mounted imaging device using optical coupling | |
US7992996B2 (en) | Spectacles-type image display device | |
JP6755074B2 (en) | Head-mounted imaging device using optical coupling | |
WO2016143245A1 (en) | Image display device | |
JP2018528446A (en) | Addition of prescription correction to eyepiece for see-through head wearable display | |
JP2011059444A (en) | Spectacles-type image display device | |
US9662014B2 (en) | Methods and apparatus for visual cues for eye alignment | |
JP2010145718A (en) | Head mount image display | |
CN102099725B (en) | Head-mounted display | |
JP6812649B2 (en) | Image display device | |
JP2009229676A (en) | Spectacle type image display device | |
JP7235146B2 (en) | Head-mounted display and display system | |
JP2003043409A (en) | Image display device | |
JP7027987B2 (en) | Head-mounted display device and display system | |
JP5477310B2 (en) | Head-mounted image display device | |
JPH09243956A (en) | Head-mounted display device | |
KR102412293B1 (en) | Optical System of Near to Eye Display | |
JPH06110014A (en) | Spectacle type video display device | |
JPH06110013A (en) | Spectacle type video display device | |
JP2024086588A (en) | Head-mounted display device and eyeglasses | |
JP2024120139A (en) | Position adjustment mechanism for visual device and visual device having the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210118 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20211005 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20211019 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211207 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220118 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220131 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7027987 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |