WO2004017120A1 - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

　日常生活で使用しても違和感の少ない、頭部に装着して使用するタイプの画像表示装置を提供する。　画像表示装置１は、使用者の頭部に装着可能とされた本体１０と、使用者が本体１０を頭部に装着して正面を正視したときにその視界から外れるとともに、使用者が正面から視線をずらしたときにのみ視界に入るように所定の画像を表示する表示部２０と、を備えている。表示部２０は、右目用、左目用の２つとされ、使用者以外の者からは直接見ることができないようにして、本体１０上の所定位置に設けられている。

Description

明 細 書 画像表示装置 技術分野

本発明は、 頭部に装着して使用可能な小型の画像表示装置に関する。 発明の背景

頭部に装着して使用され、 使用者の眼前に画像を表示するへッドマウントディ スプレイ （HMD) が、 バーチャルリアリティをはじめ種々の分野で利用されて いる。 HMDは、 通常、 外光を遮断して画像のみを表示するようにゴーグルある いは大型のメガネのフレーム形状に形成される。 HMDを使用すると、 使用者は どの方向を向いていても画像を見ることができる反面、 外界を見ることはできな くなる。

近年、 画像を視界の一部に表示し、 外界を見つつ画像を見ることを可能にした 小型の画像表示装置が提案されている。 この画像表示装置は、 画像を見ることに 特化したものではなく、 日常生活を補助することを主たる目的としており、 表示 される画像は、 従来の HMDとは異なり文字や数字等である。

例えば、 日本国公開特許公報（平成 7年特許出願公開第 2 0 9 6 0 0号） 〖こは、 液晶表示装置 （L C D)、 反射ミラ一、 接眼レンズ等を 1つの筐体に収容し、 筐体 をメガネゃサングラスのフレームに装着する構成とした画像表示装置が提案され ている。 筐体はメガネの左右のレンズのいずれかの前方上部に取り付けられ、 L C Dに表示された画像が反射ミラーと接眼レンズ、 さらにメガネのレンズを介し て、 使用者の一方の眼に斜め上方から与えられる。

ところで、 上記公報に開示される画像表示装置では、 画像表示装置をメガネに 取り付ける構成としているために、 見映えがよくない。 そのために、 日常生活の 中で上記のような画像表示装置を使用すると、 非常に違和感を多く感じることに なる。

本発明の課題は、 日常生活で使用しても違和感の少ない、 頭部に装着して使用 するタイプの画像表示装置を提供することにある。 発明の開示

以上のような本発明の課題を解決する画像表示装置は、 使用者の頭部に装着可 能とされた本体と、 前記使用者が前記本体を頭部に装着して正面を正視したとき にその視界から外れるとともに、 前記使用者が正面から視線をずらしたときにの み視界に入るように所定の画像を表示する表示手段と、 を備えており、 前記表示 手段は、 前記使用者以外の者からは直接見ることができない前記本体上の位置に 設けられている。

このような画像表示装置は、 表示手段が使用者以外の者からは見えないように 設けられているので、 日常生活で用いても、他者が表示手段に気付くことはなく、 違和感が少ない。

例えば、 前記本体を、 メガネのフレーム形状に形成して、 そのフレーム枠の少 なくとも一部を、 前記使用者が前記本体を頭部に装着して正面を正視したときに その視界から外れるように位置させ、 前記表示手段を、 前記フレーム枠の前記一 部に設けるようにする。 このようにすると従来のメガネを使用しているのと同じ なので、 日常生活においてもまったく違和感がない。

前記本体は、 また、 前記本体が前記使用者の頭部に取付けられたときに、 前記 使用者の両目の前方に当該両目と平行な方向に配される細長い形状とされた正面 部と、 この正面部を前記使用者の頭部に装着する固定部と、 を備えるものとする ことができる。 この場合、 前記表示手段は、 前記正面部に設けられる。 このよう な本体は、 本体を、 メガネのフレーム形状とする場合に比べれば日常生活にはな じまないかもしれないが、 構成が簡単であり、 デザイン的にも優れている。 この 場合における正面部は、 例えば、棒状、又は幅の狭い薄板状とすることができる。 棒状である場合の正面部の直径は、 例えば 1 0 mm〜3 O mm程度、 薄板状であ る場合の正面部の幅は例えば 1 0 mm〜5 0 mm程度にすることができる。 棒状 である場合の正面部の直径、 及び薄板状である場合の正面部の幅は、 すべての部 分で同じになっている必要はない。

なお、 正面部は、 使用者の顔に対して上下方向の多少の湾曲を持っていてもよ いし、 使用者の顔に対して左右方向の多少の湾曲を持っていてもよい。

表示手段としては様々な形態を取り得るが、その一例として、前記表示手段は、 前記本体の内部に、 光源と、 この光源をバックライトとして用いる液晶表示手段 と、 この液晶表示手段により表示された画像を前記本体の外部に導くための光学 系と、 を備えた構成とすることができる。

また、 前記本体が、 外部から画像を表示するための画像信号を有線又は無線の いずれかで受信するようにして、 前記表示手段が、 この手段により受信した前記 画像信号に応じた画像を表示するように構成すると、 画像表示装置を小型化する ことができる。 画像信号にはビデオ信号や R G B信号などがある。

前記表示手段は、前記使用者の左右の目のそれぞれに 1対 1に対応するように、 前記本体に 2つ設けるようにしてもよい。表示手段は、使用者に装着された際に、 使用者の目に近い位置に画像を表示するので、 左右の目にそれぞれ対応した表示 手段を設けることで、 立体画像などの高度な画像を容易に表示することができる ようになる。

また表示手段は、 前記使用者が前記本体を頭部に装着して、 正面から視線を下 方にずらしたときにのみ、 表示する前記画像が前記使用者の視界に入るように構 成してもよい。 このような構成により、 表示手段による画像を見ながら自分の足 下を確認できるので、 移動しながらの使用が容易になる。

本発明の他の画像表示装置は、 メガネのフレーム形状をした本体と、 この本体 に設けられて使用者に画像を提供する表示手段とを備えており、前記表示手段は、 前記本体の内部に、 光源と、 この光源をバックライトとして用いる液晶表示手段 と、 この液晶表示手段により表示された画像を前記本体外部に導くための反射ミ ラーと、 前記画像を使用者に提供するための接眼レンズと、 を備えており、 前記 接眼レンズは、 前記本体を装着している使用者が正面を正視したときは視界外に あり、 正面から視線をずらしたときにのみ視認可能で、 且つ前記使用者以外の者 からは直接見ることができない位置に設けられるものとできる。

本発明の他の画像表示装置は、 また、 細長い形状とされた正面部、 及びこの正 面部を使用者の頭部に装着する固定部を備えている本体と、 この本体に設けられ て前記使用者に画像を提供する表示手段とを備えており、 前記表示手段は、 前記 本体の内部に、 光源と、 この光源をバックライトとして用いる液晶表示手段と、 この液晶表示手段により表示された画像を前記本体外部に導くための反射ミラー と、 前記画像を使用者に提供するための接眼レンズと、 を備えており、 前記正面 部は、 前記本体が前記使用者の頭部に取付けられたときに、 前記使用者の両目の 前方に当該両目と平行な方向に配されるようにされているとともに、 前記接眼レ ンズは、 前記本体を装着している使用者が正面を正視したときは視界外にあり、 正面から視線をずらしたときにのみ視認可能で、 且つ前記使用者以外の者からは 直接見ることができない位置に設けられているものとすることもできる。 図面の簡単な説明

図 1は、 本実施形態の画像表示装置の全体を示す図である。

図 2は、 表示部の詳細を示す図である。

図 3 Aは、 画像表示装置を装着した使用者が正面を正視した状態を示す図であ り、 図 3 Bは、 使用者が表示部を見ている状態を示す図である。

図 4は、 第 1変形例にかかる画像表示装置の斜視図である。

図 5は、 使用者が図 4に示す画像表示装置を頭部に装着した状態を概略的に表 す側面図である。

図 6は、 第 2変形例にかかる画像表示装置の斜視図である。

図 7は、 使用者が図 6に示す画像表示装置を頭部に装着した状態を概略的に表 す側面図である。 発明を実施するための最良の形態

以下に、 本発明の実施の形態を、 図面を参照して詳細に説明する。

図 1は、 本発明の画像表示装置 1の外観図である。

この画像表示装置 1は、 メガネのフレーム形状をした本体 1 0と、 画像を表示 するための表示部 2 0と、 を含んで構成される。 この画像表示装置 1は、 図外の 画像処理装置からビデオ信号や R G B信号などの画像信号を有線又は無線で受信 して、 この画像信号による画像を表示部 2 0により表示する装置である。

本体 1 0は、 使用者が頭部に装着できるようにされている。 本体 1 0は、 使用 者が頭部に装着する際に使用者の耳に掛けられることになるつる 1 1と、 表示部 2 0が設けられるフレーム枠 1 3とから構成される。 フレーム枠 1 3には、 通常 のメガネゃサングラス等と同様にレンズ 1 4を入れることが可能である。 フレー ム枠 1 3には、 装着した際に画像表示装置 1が安定するようにノーズパッド 1 5 が形成されている。

本体 1 0には、 つる 1 1にスピーカやイヤホンのような音を使用者に対して出 力するための音出力装置 1 2がー体に設けられている。 画像表示装置 1を装着し たときに、 使用者の耳の近傍に音出力装置 1 2を設けることができるため、 音出 力装置 1 2からの出力音をそれほど大きくする必要がない。

また、 図示を省略するが、 本体 1 0には、 画像処理装置からの画像信号を有線 又は無線で受信するために、 ケーブル或いはアンテナが設けられる。 受信した画 像信号は、 表示部 2 0へ送られる。 なお、 音出力装置 1 2から出力される音は、 画像処理装置から画像信号と同時に受信するようにすると、 画像と音とを容易に 同期の取れたものにすることができる。

表示部 2 0は、 本体 1 0のフレーム枠 1 3に設けられている。 表示部 2 0は、 図 2に示すような構成を備えている。 表示部 2 0は、 フレーム枠 1 3の内部に、 光源 2 1、 液晶表示装置 2 2、 反射ミラー 2 3、 2 4を備えており、 さらにフレ ーム枠 1 3に接眼レンズ 2 5を備えている。 液晶表示装置 2 2は、 光源 2 1をバ ックライトとしており、 本体 1 0により受信された画像信号に応じた画像を生成 する。光源 2 1及び液晶表示装置 2 2により生成された画像は、反射ミラー 2 3、 2 4及び接眼レンズ 2 5により形成された光学系を介してフレーム枠 1 3の外部 へと導き出される。

接眼レンズ 2 5は、 フレーム枠 1 3に設けられているために、 この画像表示装 置 1を装着した使用者が正面を正視する場合には、接眼レンズ 2 5からの画像は、 使用者の視界外に位置することになる （図 3 A)。本実施形態の場合、接眼レンズ 2 5からの画像を見る場合には、 使用者は、 視線を下方に向けてフレーム枠 1 3 の下部を見るようにする必要がある （図 3 B)。

なお、 接眼レンズ 2 5は、 これに限らず、 フレーム枠 1 3の上部や側部に設け るようにしてもよい。 いずれにせよ、 接眼レンズ 2 5からの画像は、 使用者が正 面を正視している状態では使用者が見ることはできず、 視線を接眼レンズ 2 5の 方向へずらしたときにのみ見ることができるようになつている。

また、 接眼レンズ 2 5は使用者が画像表示装置 1を装着したときに使用者のみ が見ることが可能となるように、 フレーム枠 1 3の使用者側に設けられる。 その ために、 使用者以外の者からは、 接眼レンズ 2 5を確認することができない。 このように表示部 2 0は、 接眼レンズ 2 5以外の構成要素をフレーム枠 1 3の 内部に設け、 また接眼レンズ 2 5を使用者以外からは見えないように取り付けて いるために、 使用者以外の他者が表示部 2 0に気付くことはない。 そのために、 日常生活でこのような画像表示装置 1を使用しても、 他者が違和感を感じること はない。

以上のような画像表示装置 1は、 通常のメガネと同様の使用が可能である。 つ まり、 使用者は、 画像表示装置 1を装着して正面を正視した状態では、 その視界 に表示部 2 0による画像を捉えることはない。 そのために、 従来のメガネ、 サン グラス等と何等かわることなく使用することができる。 使用者は、 視線を接眼レ ンズ 2 5に移したときのみ、 画像を視認することができるようになる。

《第 1変形例》

画像表示装置 1は、 図 4、 図 5に示したように変形することができる。

なお、 図 4は、 第 1変形例にかかる画像表示装置 I Xの斜視図、 図 5は、 同画 像表示装置 I Xの使用状態を示す側面図である。 なお、 図 4、 図 5における符号 で、 図 1〜図 3に示したのと同一の符号は、 図 1〜図 3に示した符号と同一のも のを指すものとする。 また、 重複する説明は省略する。

図 4、 図 5に示した画像表示装置 I Xは、 基本的に、 上述の実施形態で説明し た画像表示装置 1と同様に構成されている。

画像表示装置 1 Xが画像表示装置 1と異なる点は、 画像表示装置 1における本 体 1 0は、 つる 1 1とフレーム枠 1 3を備えてメガネフレーム形状に構成されて いるのに対して、 画像表示装置 1 Xにおける本体 1 0は、 つる 1 1と正面部 1 6 を備えて構成されていることである。

この画像表示装置 1 Xにおける正面部 1 6は細長い形状、 より詳細には、 幅の 狭い薄板状の形状に構成されている。 正面部 16には、画像表示装置 1が備えていたのと同様の表示部 20 (2 OR, 20L) が設けられている。 この表示部 20は、 薄板状とされた正面部 16の裏 側 （本体 10が使用者の頭部に装着された場合に使用者の顔に面する側） に設け られる。 また、 必ずしもそうされている必要はないが、 この実施形態では、 表示 部 20は、 本体 10を頭部に装着した使用者を正面から見た場合に、 それが見え ないようにして正面部 16に取付けられている。 正面部 16の幅は、 必ずしもこ の限りではないが 15 mmとされている。

なお、 この変形例 1における表示部 20 R、 20 Lはそれぞれ、 略直方体とさ れ、 その一面が開口になっている、 正面部 16の裏側に設けられた中空のソケッ ト 17 (右目用のソケット 17 R、 左目用のソケット 17 L) の内部に嵌め込ま れることで、 正面部 16の裏側に取付けられるようになつている。

図 5に使用者が画像表示装置 1 Xを頭部に装着した状態を概略的に表す側面図 を示す。 この図 5から明らかなように、 この画像表示装置 IXにおける表示部 2 0も、 使用者が下向きに視線を落としたときにそれが生成する画像を使用者が見 られるような角度で正面部 16に取付けられている。 また、 正面部 16は、 使用 者が下向きに視線を落としたときに表示部 20が生成する画像を見られるように、 本体部 10を頭部に装着したときに使用者の目よりもやや下側に位置するように されている。 表示部 20の構成は画像表示装置 1の場合と同様である。

なお、 この実施形態では、 これには限らないが、 頭部が正面を向いた状態から、 視線を 45° 落としたときに、 右目で右目用の表示部 2 ORに表示される画像を、 左目で左目用の表示部 20Lに表示される画像を見ることができるようになって いる （図 5参照）。 この角度は、 表示部 20R、 20Lに表示される画像を見ない 場合における使用者の正面方向の視野を確保するため、 少なくとも 20° 以上に するのがよい。 また、 余りにもこの角度が大きくなりすぎると、 表示部 20R、 20 Lに表示される画像を見ることが難しくなるから、 上記角度は、 70° 以下 としておくのが好ましい。 上述のような角度で使用者が表示部 20R、 20Lを 見られるような角度で、 ソケット 17R、 17Lは、 正面部 16に固定されてい る。

《第 2変形例》 画像表示装置 1の他の変形例 （第 2変形例） を、 図 6、 図 7に示す。 なお、 図 6、 図 7における符号で、 図 4、 図 5に示したのと同一の符号は、 図 4、 図 5に 示した符号と同一のものを指すものとする。 また、 重複する説明は省略する。 図 6は、 第 2変形例にかかる画像表示装置 1 Yの斜視図である。 図 7は、 使用 者が画像表示装置 1 Yを頭部に装着した状態を概略的に表す側面図である。

図 6に示された画像表示装置 1 Yは、 画像表示装置 1 Xと構成のほとんどを同 じくする。

両者の間で異なるのは、 それらが備える正面部 1 6の形状である。 第 1変形例 における画像表示装置 1 Xが備える正面部 1 6は薄板状であつたが、 第 2変形例 による画像表示装置 1 Yが備える正面部 1 6はこの実施形態では断面略円形状の 棒状体とされている。 正面部 1 6の直径は、 必ずしもこの限りではないが 1 3 m mとされている。

画像表示装置 1 Yでも、 正面部 1 6に表示部 2 0 ( 2 O R, 2 0 L) が設けら れる。 この表示部 2 0は、 画像表示装置 1 Xのときと同様に、 正面部 1 6の裏側 (本体 1 0が使用者の頭部に装着された場合に使用者の顔に面する側） に設けら れる。 また、 必ずしもそうされている必要はないが、 この実施形態では、 表示部 2 0は、 本体 1 0を頭部に装着した使用者を正面から見た場合に、 それが見えな いようにして正面部 1 6に取付けられている。

なお、 この実施形態では、 棒状体とされた正面部 1 6の裏側に凹部 1 6 Aを使 用者の左右両目のそれぞれに対応させて設け（図 6参照)、そこに表示部 2 0を嵌 め込むことで、 本体 1 0を頭部に装着した使用者を正面から見た場合に表示部 2 0が見えにくくなるようにしている。

画像表示装置 1 Yにおける表示部 2 0も、 図 7から明らかなように、 使用者が 下向きに視線を落としたときにそれが生成する画像を使用者が見られるような角 度で正面部 1 6に取付けられている。 また、 正面部 1 6は、 使用者が下向きに視 線を落としたときに表示部 2 0が生成する画像を見られるように、 本体部 1 0を 頭部に装着したときに使用者の目よりもやや下側に位置するようにされている。 なお、 この実施形態では、 これには限らないが、頭部が正面を向いた状態から、 視線を 4 5 ° 落としたときに、 右目で右目用の表示部 2 0 Rに表示される画像を、 左目で左目用の表示部 20 Lに表示される画像を見ることができるようになって いる （図 7参照)。 この角度は、 表示部 20R、 20 Lに表示される画像を見ない 場合における使用者の正面方向の視野を確保するため、 少なくとも 20° 以上に するのがよい。 また、 余りにもこの角度が大きくなりすぎると、 表示部 20R、 20Lに表示される画像を見ることが難しくなるから、 上記角度は、 70° 以下 としておくのが好ましい。 上述のような角度で使用者が表示部 20R、 20Lを 見られるような角度で、 凹部 16Aは、 正面部 16に設けられている。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 使用者の頭部に装着可能とされた本体と、

前記使用者が前記本体を頭部に装着して正面を正視したときにその視界から外 れるとともに、 前記使用者が正面から視線をずらしたときにのみ視界に入るよう に所定の画像を表示する表示手段と、 を備えており、

前記表示手段は、 前記使用者以外の者からは直接見ることができない前記本体 上の位置に設けられている、

画像表示装置。

2 . 前記本体は、 メガネのフレーム形状に形成されて、 そのフレーム枠の少な くとも一部が、 前記使用者が前記本体を頭部に装着して正面を正視したときにそ の視界から外れるように位置しており、

前記表示手段は、 前記フレーム枠の前記一部に設けられている、

請求の範囲第 1項記載の画像表示装置。

3 . 前記本体は、

前記本体が前記使用者の頭部に取付けられたときに、 前記使用者の両目の前方 に当該両目と平行な方向に配される細長い形状とされた正面部と、

この正面部を前記使用者の頭部に装着する固定部と、

を備えてなり、

前記表示手段は、 前記正面部に設けられている、

請求の範囲第 1項記載の画像表示装置。

4. 前記正面部は、 棒状、 又は幅の狭い薄板状とされている、

請求の範囲第 3項記載の画像表示装置。

5 . 前記表示手段は、 前記本体の内部に、

光源と、 この光源をバックライトとして用いる液晶表示手段と、 この液晶表示 手段により表示された画像を前記本体の外部に導くための光学系と、 を備えて構 成されている、

請求の範囲第 1項記載の画像表示装置。

6 . 前記本体は、 外部から画像を表示するための画像信号を有線又は無線のい ずれかで受信するための手段を備えており、 前記表示手段は、 この手段により受 信した前記画像信号に応じた画像を表示するように構成されている、

請求の範囲第 1項記載の画像表示装置。

7 . 前記表示手段は、 前記使用者の左右の目のそれぞれに 1対 1に対応するよ うに、 前記本体に 2つ設けられている、

請求の範囲第 1項記載の画像表示装置。

8 . 前記表示手段は、 前記使用者が前記本体を頭部に装着して、 正面から視線 を下方にずらしたときにのみ、 表示する前記画像が前記使用者の視界に入るよう に構成されている、

請求の範囲第 1項記載の画像表示装置。

9 . メガネのフレーム形状をした本体と、 この本体に設けられて使用者に画像 を提供する表示手段とを備えており、

前記表示手段は、 前記本体の内部に、

光源と、 この光源をバックライトとして用いる液晶表示手段と、 この液晶表示 手段により表示された画像を前記本体外部に導くための反射ミラーと、 前記画像 を使用者に提供するための接眼レンズと、 を備えており、

前記接眼レンズは、 前記本体を装着している使用者が正面を正視したときは視 界外にあり、 正面から視線をずらしたときにのみ視認可能で、 且つ前記使用者以 外の者からは直接見ることができない位置に設けられている、

1 0 . 細長い形状とされた正面部、 及びこの正面部を使用者の頭部に装着する 固定部を備えている本体と、 この本体に設けられて前記使用者に画像を提供する 表示手段とを備えており、

前記表示手段は、 前記本体の内部に、

光源と、 この光源をバックライトとして用いる液晶表示手段と、 この液晶表示 手段により表示された画像を前記本体外部に導くための反射ミラーと、 前記画像 を使用者に提供するための接眼レンズと、 を備えており、

前記正面部は、 前記本体が前記使用者の頭部に取付けられたときに、 前記使用 者の両目の前方に当該両目と平行な方向に配されるようにされているとともに、 前記接眼レンズは、 前記本体を装着している使用者が正面を正視したときは視 界外にあり、 正面から視線をずらしたときにのみ視認可能で、 且つ前記使用者以 外の者からは直接見ることができない位置に設けられている、