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発明の名称 ディスプレイ装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−27410
公開日 平成6年(1994)2月4日
出願番号 特願平4−182111
出願日 平成4年(1992)7月9日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 川添 豪 / 冨田 鎭弘 / 高橋 宣景 / 野末 辰裕
要約 目的
頭部装着部を小型化・軽量化し、機動性に富み、携帯可能にし、自然な使用感を有し、利用者が視認する画像の外周視界を自由に見通せると共に、どんな場所においても画像の良好な視認性を保ち、電力浪費,安全対策もされている頭部装着型ディスプレイ装置を提供することにある。

構成
頭部装着部と画像供給部を離して配置しこの間を対物レンズ,イメージファイバ,接眼レンズで接続し、また、イメージファイバを一対とし両眼に異なった経路の画像を入力するようにした。利用者が画像の外周視界を自由に見通すために前記接眼レンズを内有する頭部装着部のフレームを眼鏡型や透明なプラスティックケース型にて構成した。さらに、このフレームに光電素子や近接センサを設け、使用場所の如何にかかわらず画像の良好な視認性を保ち、スイッチの点滅不注意等による電力浪費,安全対策もできるように構成した。
特許請求の範囲
【請求項1】虚像としての画像を視認するための光学レンズ系を有する頭部装着部と画像を表示する画像表示素子を有する画像供給部とからなるディスプレイ装置において、当該ディスプレイ装置に表示する対象画像を画像供給部からイメージファイバの光信号として頭部装着部の光学レンズ系へ入力することを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項2】虚像としての画像を視認するための光学レンズ系を有する頭部装着部と画像を表示する画像表示素子を有する画像供給部とからなるディスプレイ装置において、当該ディスプレイ装置に表示する対象画像を画像供給部から一対のイメージファイバの光信号として頭部装着部の光学レンズ系へ入力することを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項3】ディスプレイ装置の対象画像は、CRT画面あるいは液晶画面に表示された画像のいずれか一つを対象とする請求項1記載のディスプレイ装置。
【請求項4】ディスプレイ装置の対象画像は、紙画面あるいはフイルム画面に表示された画像のいずれか一つを対象とする請求項1記載のディスプレイ装置。
【請求項5】頭部装着部は、透視できる部材で構成した請求項1記載のディスプレイ装置。
【請求項6】虚像としての画像を視認するための光学レンズ系を有する頭部装着部と画像を表示する画像表示素子を有する画像供給部とからなるディスプレイ装置において、周囲の明度を検知するためのセンサと前記センサの出力に応じて表示画像の輝度を変化させる制御回路とを設け、表示画像の視認性を自動調整する手段を備えたことを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項7】虚像としての画像を視認するための光学レンズ系を有する頭部装着部と画像を表示する画像表示素子を有する画像供給部とからなるディスプレイ装置において、該頭部が装着状態にあることを検知するセンサを設け、非装着状態にあっては自動的に画像を消去する手段を備えたことを特徴とするディスプレイ装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ディスプレイ装置、特に、利用者の頭部に装着して使用されるディスプレイ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】外部からの画像信号の入力に従って画像情報を可視化するディスプレイ装置の中で、利用者の頭部に装着して使用される方式のものがある。
【0003】その基本構成は、画像表示素子の画像面を利用者の眼の直前に配置し、利用者が、この画像面の前面に置かれた接眼レンズ系を通して虚像としての画像を視認するものである。
【0004】このような頭部装着型ディスプレイ装置は、携帯性に富み、かつ、大きな画角と装置の小型化とを同時に実現し、さらに、左右の眼に異なる画像信号を入力して立体感の効果が得られること等が望まれていた。
【0005】従来、上記ディスプレイ装置の画像表示素子としては、CRTや液晶パネル等が用いられているが、これらの画像表示素子およびその駆動回路を装置内に組み込んだ場合は、画像を表示する画像表示素子を有する画像供給部と虚像としての画像を視認するための光学レンズ系を有する頭部装着部とを一体化するかまたは近接しておかなければならず、この面から小型化・軽量化の点で十分でなかった。このことから生ずる使用時の不便さが、頭部装着型ディスプレイ装置の利用の一般化を防げている大きな要因の一つでもあった。
【0006】また、自然な使用感をえるためには左右の眼に異なった経路を通ってきた画像信号を入力しなければならない。そのためには、従来の頭部装着型ディスプレイ装置では一対の画像表示素子等を備えなければならず、装置が更に大型化しコストが増大するという問題があった。
【0007】これに対して最新の技術として、直線状に配置された多数のLEDの点滅をその光路上に設けた反射鏡の振動に同期させ視覚の残像効果を利用し、2次元的な画像として視認させる方法も考えられたが、画像のカラー化および高速応答性の点で未解決である。
【0008】また、従来の頭部装着型ディスプレイ装置は、ほとんど利用者の眼が視認する画像と外界とを光学的に完全に遮断するものである。これは、外界からの画像面への入射光の反射による視認される表示画像の不鮮明を防止するためである。
【0009】しかし、一般的な製品への組込および一般的な利用方法を考慮した場合、利用者が、視認される画像の外周視界を自由に見通せる構造であることが多くの場合に求めらることになる。
【0010】また、頭部装着型ディスプレイ装置は、機動性に富むというその特質を活かすためには、入力装置や電源装置等を含めた全システムが携帯可能な形にまとめられなければならない。そしてこのことが、使用範囲と応用範囲とを拡大するものである。
【0011】以上のことをさらに進めると、利用している場所の照明状況が変化しても画像の良好な視認性が保たれ、携帯電源により電力が供給されることからスイッチの点滅不注意等による電力浪費および安全対策も実用上重要となる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の頭部装着型ディスプレイ装置では、前述の如く画像を表示する画像表示素子を有する画像供給部と虚像としての画像を視認するための光学レンズ系を有する頭部装着部とを一体化するかまたは近接しておくため、小型化・軽量化が不十分であるという問題があった。
【0013】また、自然な使用感を得るためには左右の眼に異なった経路の画像信号を入力する必要があり、そのため一対の画像表示素子およびそれらの駆動回路を要し、益々装置が大型化すると共にコストが増大するという問題があった。
【0014】また、外界からの画像面への入射光の反射による視認する画像の不鮮明を防止するため、利用者の眼が視認する画像面と外界とを光学的に完全に遮断していたが、一般的な製品への組込および一般的な利用方法を考慮した場合、利用者が視認する画像面の外周視界を自由に見通せる構造で無ければならないという問題があった。
【0015】さらにまた、頭部装着型の機動性に富むというその特質を活かすためには、入力装置や電気装置等を含めた全システムが携帯可能な形にまとめられなければならない。さらに進めると、利用している場所の照明状況が変化しても画像の良好な視認性が保たれ、携帯電源により電力が供給されることからスイッチの点滅不注意等による電力浪費対策も実用上重要な問題であった。
【0016】本発明の第一の目的は、頭部装着部を小型化・軽量化することにより機動性に富み、携帯可能な頭部装着型ディスプレイ装置を提供することにある。
【0017】また、本発明の第二の目的は、左右の眼に自然な使用感が得られる画像信号を入力することが出来る頭部装着型ディスプレイ装置を提供することにある。
【0018】さらに、本発明の第三の目的は、利用している場所の照明状況の変化にかかわらず、画像の良好な視認性が保もつことが出来る頭部装着型ディスプレイ装置を提供することにある。
【0019】さらに、本発明の第四の目的は、スイッチの点滅不注意等による電力浪費および安全対策もなされている頭部装着型ディスプレイ装置を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】上記第一の発明の目的を達成するために、本発明の頭部装着型ディスプレイ装置の構成は、虚像として表示する対象画像を視認するための光学レンズ系を有する頭部装着部と画像を表示する画像表示素子を有する画像供給部とからなるディスプレイ装置において、当該ディスプレイ装置の表示画像を画像供給部からイメージファイバの光信号として頭部装着部の光学レンズ系へ入力するものである。
【0021】上記第二の発明の目的を達成するために、本発明の頭部装着型ディスプレイ装置の構成は、虚像として表示する対象画像を視認するための光学レンズ系を有する頭部装着部と画像を表示する画像表示素子を有する画像供給部とからなるディスプレイ装置において、当該ディスプレイ装置の表示画像を画像供給部から一対のイメージファイバの光信号として異なる経路により頭部装着部の光学レンズ系へ入力するものである。
【0022】上記第三の発明の目的を達成するために、本発明の頭部装着型ディスプレイ装置の構成は、虚像として表示する対象画像を視認するための光学レンズ系を有する頭部装着部と画像を表示する画像表示素子を有する画像供給部とからなるディスプレイ装置において、周囲の明度を検知するためのセンサと前記センサの出力に応じて表示画像の輝度を変化させる制御回路とを設け、表示画像の視認性を自動調整する手段を備えるものである。
【0023】上記第四の発明の目的を達成するために、本発明の頭部装着型ディスプレイ装置の構成は、虚像として表示する対象画像を視認するための光学レンズ系を有する頭部装着部と画像を表示する画像表示素子を有する画像供給部とからなるディスプレイ装置にあって、該頭部が装着状態にあることを検知するセンサを設け、非装着状態においては自動的に画像を消去する手段を備えるものである。
【0024】
【作用】上記第一の発明の構成によれば、イメージファイバは、画像供給部の表示画像を光信号として、画像供給部から頭部装着部の光学レンズ系に近接して配置されている当該イメージファイバの端部まで、伝送することが出来る。
【0025】これにより画像供給部と頭部装着部とを離隔して配置することが出来るので小型化・軽量化を計れる。
【0026】上記第二の発明の構成によれば、一対のイメージファイバは、画像供給部の表示画像をこの一対のイメージファイバの光信号として、画像供給部から頭部装着部の光学レンズ系に近接して配置されている当該イメージファイバの端部まで、伝送することが出来る。
【0027】これにより単一の画像表示素子の表示画像を異なる経路により視差をつけて両眼へ入力しうる。
【0028】上記第四の発明の構成によれば、この装置の使用場所周囲の明度を検知するためのセンサと、前記センサの出力に応じて表示画像の輝度を変化させる制御回路とを設けることにより、表示画像の視認性を自動調整することができる。
【0029】これにより利用者は周囲の照明環境に応じた最適な輝度の画像を視認しうる。
【0030】上記第五の発明の構成によれば、頭部装着部が装着状態にあることを検知するセンサを設け、センサは、装置への頭部の接触または近接を検知し、画像表示素子の動作または非動作のいずれかに切替え、非装置状態にあっては自動的に表示画像を消去する。
【0031】これにより電力の無駄な消費を抑え、また、安全対策が行うことができる。
【0032】
【実施例】以下本発明の各実施例を図1ないし図2を参照して説明する。
【0033】(実施例 1)図1は本発明の一実施例に係る頭部装着型ディスプレイ装置の構成図である。
【0034】本実施例の装置は、虚像としての画像を視認するための光学レンズ系を有する頭部装着部1と画像を表示する画像表示素子を有する画像供給部2とこの両者を接続する一対のイメージファイバ3,4とから構成されている。
【0035】図1において、顔面部と接するフレーム11は、眼鏡型あるいはプラスチックケース型が使用される。前記フレーム11には前記頭部装着部1の各構成部材が取り付けられ、バンド12により利用者の頭部に装着される。頭部装着部1と画像供給部2とを接続する2本のイメージファイバ3,4は前記フレーム11に接続されている。
【0036】利用者の左右の眼前に置かれる接眼レンズ系13,14は前記フレーム11内における前記イメージファイバ3,4の一方の端面に近接して配設されている。
【0037】外界の光を受けてその強さを電圧の大小に変換する光電素子15は頭部装着部1の所定の位置および向きに取付けられている。その位置および向きは利用者の肉眼に入射する周辺光の強さを正確に検知できることを条件として決められる。
【0038】また、頭部装着部1には、頭部装着部1への物体の接触または近接を検出するためのセンサ、例えば、近接センサ16が利用者が頭部装着部1を装着または非装着状態にあることを峻別できるように所定の位置に取付けられている。
【0039】前記画像供給部2には、画像信号の入力を基にした画像表示素子駆動回路24からの信号を受けて、画像信号を可視化する働きを持つ画像表示素子21が備えられ、該画像表示素子21の画像表示面の前面には、1対の対物レンズ系22,23および前記イメージファイバ3,4の他の一方の端面が配置され、画像表示素子21の表示画像をイメージファイバ3,4により前記頭部装着部に光信号として伝送する構成となっている。
【0040】また、画像供給部2内に設けられる画像輝度制御回路25は、前記光電素子15および近接センサ16からの出力信号を入力して画像の輝度を調整するようになっている。
【0041】上記構成の実施例の動作を説明する。
【0042】画像表示素子21の表示画像は対物レンズ系22,23を介してイメージファイバ3,4を通じ光信号として伝送する。このことにより頭部装着部1と画像供給部2とを離して配置しうる。この画像表示素子21としては、例えば、小型かつ高精細度のCRTが使用される。対物レンズ系22,23はその倍率及び視点を変えられるので、画像表示素子21の同一の表示画像に対して異なる虚像信号を送ることが出来る。
【0043】伝送された光信号は、接眼レンズ系13,14によって捕捉される。この接眼レンズ系13,14には、例えば、凸レンズによる組合わせレンズが用いられ、伝送されてくる表示画像を拡大する。この拡大された画像を虚像として視認することにより、利用者が視認する画像の大きさとこの画像までの距離を自由に調節することが出来る。
【0044】また、接眼レンズ系13,14の光軸が、イメージファイバ3,4の近接する端面に対して垂直に、かつ、その前側近軸焦点を拡大された前記画像表示面上のほぼ中央に結ぶばせることにより、該端部が接眼レンズ系13,14から離れて配置される場合には光信号の経路を鏡等の光学的手段にて変えることができる。したがってディスプレイ装置全体を小型化することが可能である。
【0045】前記光軸の間隔が利用者の左右の瞳の間隔と同一になるように、例えばネジを用いた機構により、利用者が調整することができる。また、両眼の視力に応じてイメージファイバ3,4の近接する端面と接眼レンズ系13,14の間隔を左右独立にそれぞれ変化させることにより前記端面に現れる画像を、利用者は鮮明な虚像として両眼で視認することができる。
【0046】フレーム11は、前述の如く頭部装着部1と画像供給部2とを離して配置しうるので眼鏡型や透明なプラスティックケース型とすることができるため、頭部に装着された場合利用者の外周囲に対する広い視界が確保される。これにより非常に操作しやすくなる。
【0047】前述の如く、光電素子15は、外界の光を受けてその強さを電圧の大小に変換し信号を出力し、近接センサ16は、頭部装着部1を利用者が装着しているかどうかの信号を出力する。
【0048】これらの信号を入力した画像供給部2内の画像輝度制御回路25は、画像表示素子21に表示される画像の輝度を光電素子15で検出した周囲の明るさに応じて最適に制御し、また、近接センサ16の信号により、頭部装着部1が非装着状態にある場合には、輝度を最小とする。
【0049】上記実施例は一例をあげたものであり、各構成部材および各構成部材間の位置関係を使用状態に応じて変更してもよく、例えば、眼に疲労を感じるときは、イメージファイバ3,4の端部に対する接眼レンズ系13,14の位置を動かし、楽に利用者がイメージファイバから伝送された画像を虚像として視認できるように配置する。
【0050】また、対物レンズ系22,23を一組にまとめて、伝送経路上で2つに分岐させることも可能である。さらに、片目のみの画像しか必要ない場合は、イメージファイバ,接眼レンズ系および対物レンズを一組の構成とする。
【0051】(実施例 2)本発明の他の実施例について説明する。
【0052】図2は本発明の他の一実施例に係る頭部装着型ディスプレイ装置の構成図である。図中、図1と同一符号のものは同等部分であるから説明を省略する。
【0053】図2において、図1における画像供給部2の画像表示素子21に変えて、スライドまたはマイクロフィルムもしくは紙面を表示面とし、そこに表示された画像26および該表示面を照射する光源27を配置することで、投影機の機能を代替することができる。
【0054】
【発明の効果】頭部装着部と画像供給部を離して配置しこの間をイメージファイバで接続することにより、頭部装着部を小型化・軽量化し、機動性に富ませ、携帯可能な頭部装着型ディスプレイ装置を提供することができる。
【0055】また、イメージファイバを一対とし左右の眼に異なった経路の画像信号を入力することができ、自然な使用感のある頭部装着型ディスプレイ装置を提供することができる。
【0056】さらに、頭部装着部のフレームに光電素子を設けることにより、利用している場所の照明状況の変化にかかわらず、画像の良好な視認性が保もつことが出来る頭部装着型ディスプレイ装置を提供することができる。
【0057】さらに、頭部装着部のフレームに近接センサを設けることにより、スイッチの点滅不注意等による電力浪費および安全対策もなされている頭部装着型ディスプレイ装置を提供することができる。




 

 


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