JPH07311361A

JPH07311361A - 眼球投影型映像表示装置

Info

Publication number: JPH07311361A
Application number: JP10095994A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Okamura; 俊朗岡村
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-05-16
Filing date: 1994-05-16
Publication date: 1995-11-28

Abstract

(57)【要約】【目的】観察者の眼球に投影する画像表示素子からの
光束と眼球との位置関係を調整することなく画像表示素
子の画像を観察できるようにする。【構成】位置関係検出部４６は眼球４４の瞳およびそ
の付近を観察し、ＬＣＤ４２からの光束がどの位置に投
影されているかを検出する。光束が瞳からずれているこ
とが検出されると、モータ５２ａおよび５２ｂを駆動し
てＬＣＤ４２、バックライト４３および接眼レンズ４５
を支持する第１支持部５０ａと、第２支持部５０ｂとを
移動させ、光束が瞳を透過するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、観察者の顔面または頭
部に装着され、映像表示素子に表示された画像を観察す
ることができる眼球投影型映像表示装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来の眼球投影型映像表示装置の光学系
としては、例えば図１４や、特開平第2-136818号公報に
記載された図１５に示すようなものが知られている。図
１４に示す光学系では、ＬＣＤ１をバックライト２で照
明し、接眼レンズ３と観察者の眼球４のレンズ５を介し
てＬＣＤ１の画像が眼球４の網膜６に結像される。

【０００３】図１５に示す光学系では、点光源１１を用
いてＬＣＤ１２を照明し、接眼レンズ１３と観察者の眼
球１４のレンズ１５を介してＬＣＤ１２の画像が眼球１
４の網膜１６に投影される。この場合眼球１４の瞳上で
点光源１１が結像しているので、視力に関係なくＬＣＤ
１２の画像を観察することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】眼球投影型映像表示装
置を使用するに当たり、観察者がＬＣＤの画像を観察す
るためには、照明されたＬＣＤからの光束を観察者の眼
球に投影しなければならず、このためにはＬＣＤの画像
の光束と眼球との位置関係を調整することが必要となる
場合がある。眼球の瞳上の光束が大きい場合には、光束
と眼球との位置関係をほとんど調整することなく像を観
察することができるが、図１４の光学系では光束が大き
い場合には収差が大きくなり、光学系の設計が困難にな
るために不都合である。また、図１５の光学系では点光
源が結像しているために光束が非常に小さい。したがっ
て、いずれの場合にもＬＣＤの画像の光束を観察者の眼
球に投影するためには光束と眼球との位置関係を、観察
者によって正確に調整する必要がある。

【０００５】本発明の目的は、観察者の眼球に投影する
画像表示素子からの光束と眼球との位置関係を自動的に
調整すなわち光学系の瞳と観察者の瞳との位置合わせを
自動的に行うことができる眼球投影型映像表示装置を提
供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の眼球投影型映像
表示装置は、映像表示素子と、この映像表示素子を照明
する照明手段と、この照明手段によって照明された前記
映像表示素子からの光束を観察者の眼球に投影する投影
手段と、観察者の眼球に投影する光束と観察者の眼球と
の間の位置関係を検出する位置関係検出手段と、この位
置関係検出手段によって検出された位置関係に応じて観
察者の眼球に投影する光束を移動させる光束移動手段と
を具えることを特徴とするものである。

【０００７】前記照明手段を点光源とし、前記投影手段
を、観察者の瞳上で点光源の像を結像するように配置す
ることは、観察者の視力に関係なく画像を観察できると
いう点で好ましい。またこの場合、瞳を透過する光束が
非常に小さくなるために、観察者の眼球に投影する画像
表示部からの光束と眼球との位置関係を自動的に調整す
る本発明の眼球投影型映像表示装置がより有用になる。
また、前記光束移動手段は、前記点光源を移動するよう
に構成したことは、移動部分が小さくなることにより本
発明の眼球投影型映像表示装置に用いるアクチュエータ
を小型化することができるため、装置全体を小型化でき
るという点で好ましい。

【０００８】

【作用】本発明の眼球投影型映像表示装置では、照明手
段によって照明された映像表示素子から観察者の眼球に
投影する光束と観察者の眼球との間の位置関係が、位置
関係検出手段によって検出される。この光束が眼球の瞳
からずれていると、光束移動手段は光束を移動させ、光
束が観察者の眼球に投影されるようにする。したがっ
て、映像表示素子からの光束が眼球に投影されるよう自
動的に調整されるので、観察者の眼球に投影する画像表
示素子からの光束と眼球との位置関係を観察者が調整す
ることなく表示部の画像を観察することができる。

【０００９】

【実施例】本発明の眼球投影型映像表示装置の実施例を
図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の眼球投
影型映像表示装置を用いた頭部装着装置（ＨＭＤ）をテ
レビジョンチューナに接続した場合の全体図である。Ｈ
ＭＤ２１は、図示しない映像表示素子、この映像表示素
子を照明する光源、この光源によって照明された映像表
示素子からの光束を観察者の眼球に投影する接眼レンズ
系、撮影レンズとＣＣＤとを有する位置関係検出部およ
び観察者の眼球に投影する光束と観察者の眼球との間の
位置関係に応じて観察者の眼球に投影する光束を移動さ
せる光束移動部とを有する顔面装着部２２と、観察者の
頭部に保持するヘッドバンド２３とを具える。図１にお
いてＨＭＤ２１は、接続線２４を介してテレビジョンチ
ューナ２５に接続する。本例においてテレビジョンチュ
ーナ２５は、テレビジョンチューナ２５のＯＮ／ＯＦＦ
動作を行うＯＮ／ＯＦＦスイッチ２６と、テレビジョン
チャネルに同調させる調節つまみ２７と、テレビジョン
信号を受信するアンテナ２８と、このアンテナ２８によ
って受信されたテレビジョン信号の音声信号が送信され
るイヤホン２９とを具える。

【００１０】図２はＨＭＤの装着状態を示す図である。
以下、ＨＭＤ２１の使用方法を説明する。ＨＭＤ２１を
ヘッドバンド２３で観察者の頭部に保持するとともに、
イヤホン２９を観察者の耳に付ける。スイッチ２６をＯ
Ｎにし、調節つまみ２７を用いて所望のテレビジョンチ
ャネルに同調させる。アンテナ２８によって受信された
テレビジョンチャネルの同調テレビジョンチャネルのう
ち、音声信号がイヤホン２９に送信され、かつ、映像信
号が接続線２４を介してＨＭＤ２１に送信される。観察
者はイヤホン２９を介して音声を聴くとともに、顔面装
着部２２に写された映像を観察する。

【００１１】図３は本発明の眼球投影型映像表示装置を
用いたＨＭＤをビデオデッキに接続した場合の全体図で
ある。ＨＭＤ３１は、図示しない映像表示素子、この映
像表示素子を照明する光源、この光源によって照明され
た映像表示素子からの光束を観察者の眼球に投影する接
眼レンズ系、撮像レンズとＣＣＤとを有する位置関係検
出部および観察者の眼球に投影する光束と観察者の眼球
との間の位置関係に応じて観察者の眼球に投影する光束
を移動させる光束移動部とを有する顔面装着部３２と、
観察者の頭部に保持するヘッドバンド３３と、ビデオデ
ッキ３４から映像処理部３５を介して音声信号が送信さ
れるヘッドホン３６とを具える。図３においてＨＭＤ３
１は、接続線３７を介してビデオデッキ３４の映像処理
部３５に接続する。本例においてビデオデッキ３４は、
ビデオテープを挿入するテープ挿入部３８と、音量およ
び音質を調節する調節つまみ３９と、映像信号を処理す
る映像信号処理部３５とを具える。ＨＭＤ３１の使用方
法は図２の場合とほぼ同様であるのでここでは省略す
る。

【００１２】図４は、本発明の眼球投影型映像表示装置
の第１実施例の概略構成図である。眼球投影型映像表示
装置４１は、ＬＣＤ４２と、拡散光源としてこのＬＣＤ
４２を照明するバックライト４３と、このバックライト
４３によって照明されたＬＣＤ４２からの光束を観察者
の眼球４４に投影する接眼レンズ４５と、眼球４４に投
影する光束と眼球４４との間の位置関係を検出する位置
関係検出部４６と、この位置関係検出部４６によって検
出された位置関係に応じて眼球４４に投影する光束を移
動させる光束移動部４７ａおよび４７ｂとを具える。位
置関係検出部４６は、眼球４４の瞳およびその付近を観
察する２次元のＣＣＤ４８および撮影レンズ４９を有す
る。光束移動部４７ａは、ＬＣＤ４２、バックライト４
３および接眼レンズ４５を支持する第１支持部５０ａ
を、図に対して垂直方向に移動させるポールネジ５１ａ
およびモータ５２ａを有する。光束移動部４７ｂは、第
１支持部５０ａと、この第１支持部５０ａを移動させる
光束移動部４７ａとを支持する第２支持部５０ｂを、図
において上下方向に移動させるポールネジ５１ｂおよび
モータ５２ｂを有する。本例では一方の眼球についての
み示すが、他方の眼球についても同様である。

【００１３】本例の動作を説明する。バックライト４３
によって照明されたＬＣＤ４２からの光束が眼球４４に
投影されている場合には、この光束は接眼レンズ４５お
よび眼球４４のレンズ５３を透過し、その結果ＬＣＤ４
２の画像が眼球４４の網膜５４に結像される。図５に示
すように光束５５ａが瞳５６ａからずれている場合、観
察者はＬＣＤ４２（図４）の画像を観察することができ
ない。

【００１４】図６は、第１実施例の位置関係検出部およ
び光束移動部のブロックダイヤグラムである。位置関係
検出部４６（図４）は、ＣＣＤコントローラ５７の制御
下で眼球４４（図４）の瞳５６ａ（図５）とその付近と
を観察し、光束５５ａ（図５）がどの位置に投影されて
いるかを画像処理ボード５８で測定する。光束５５ａが
瞳５６ａからずれていることが検出されると、モータコ
ントローラ５９によってモータ５２ａおよび５２ｂを駆
動して第１支持部５０ａおよび第２支持部５０ｂすなわ
ちＬＣＤ４２、バックライト４３および接眼レンズ４５
を移動させ、光束５５ａが瞳５６ａを透過するようにす
る。光束５５ｂが瞳５６ｂからずれている場合にも同様
の動作を行う。

【００１５】本例によれば、眼球投影型映像表示装置の
装着者が変わった場合でも、眼球投影型映像表示装置装
着時に眼球に投影する光束と眼球との間の位置関係を検
出して光束が瞳を透過するように自動的に調整されるの
で、眼球に投影する光束と眼球との間の位置関係を観察
者が調整することなく映像表示素子の画像を観察するこ
とができる。また、光束の小さい投影光学系を使用する
ことができるので、光学系の設計が容易になる。

【００１６】図７は、本発明の眼球投影型映像表示装置
の第２実施例の概略構成図である。本例でも一方の眼球
についてのみ示すが、他方の眼球についても同様であ
る。眼球投影型映像表示装置６１の構成は、バックライ
ト４３（図４）の代わりに点光源６２を設け、ＣＣＤ４
８ａおよび撮影レンズ４９ａを有する他の位置関係検出
部４６ａを精度を高めるために追加した点を除けば第１
実施例と同様である。また本例では、点光源６２で照射
されたＬＣＤ４２の画像は、接眼レンズ４５を介して観
察者の瞳５６ａ（図５）上に結像され、直接網膜５３に
投影されるようにしている。

【００１７】本例の動作を説明する。図８は、第２実施
例の位置関係検出部および光束移動部のブロックダイヤ
グラムである。位置関係検出部４６および４６ａ（図
７）はＣＣＤコントローラ５７ａおよび５７ｂの制御下
で眼球４４（図７）の瞳５６ａ（図５）とその付近とを
観察し、光束５５ａ（図５）がどの位置に投影されてい
るかを画像処理ボード５８で測定する。光束５５ａが瞳
５６ａからずれていることが検出されると、モータコン
トローラ５９によってモータ５２ａおよび５２ｂを駆動
して第１支持部５０ａおよび第２支持部５０ｂすなわち
ＬＣＤ４２、バックライト４３および接眼レンズ４５を
移動させ、点光源６２で照射されたＬＣＤ４２の画像
は、接眼レンズ４５を介して直接網膜５４に投影される
ようにしている。また、光束５５ｂが瞳５６ｂからずれ
ている場合も同様の動作を行う。他の動作は第１実施例
とほぼ同様である。

【００１８】本例においても、眼球に投影する光束と眼
球との間の位置関係を観察者が調整することなく映像表
示素子の画像を観察することができる。また本例では点
光源が観察者の瞳上に結像しているので、観察者の視力
に関係なくＬＣＤの画像を観察することができる。な
お、本例では瞳を透過する光束が小さいので、本発明の
眼球投影型映像表示装置の機能は非常に有効なものとな
る。

【００１９】図９は、本発明の眼球投影型映像表示装置
の第３実施例の概略構成図である。本例では、アクチュ
エータ６３ａを用いて点光源６２を移動させることによ
り眼球４４に投影する光束５５ａ（図５）を移動させる
点を除いては、構成および動作は第１および第２実施例
とほぼ同様である。

【００２０】本例によれば、第１および第２実施例の効
果に加え、光束移動部が小型化されるためにピックアッ
プなどに使用されるようなトルクの小さいアクチュエー
タを使用できる。したがって小型のアクチュエータを使
用することができ、装置全体を小型化することができ
る。

【００２１】図１０は、本発明の眼球投影型映像表示装
置の第４実施例の概略構成図である。本例では、アクチ
ュエータ６３ｂを用いて接眼レンズ４５を移動させるこ
とにより眼球４４に投影する光束５５ａ（図５）を移動
させる点を除いては、構成および動作は第１および第２
実施例とほぼ同様である。

【００２２】本例によれば第３実施例と同様に、第１お
よび第２実施例の効果に加え、光束移動部が小型化され
るためにピックアップなどに使用されるようなトルクの
小さいアクチュエータを使用できる。したがって小型の
アクチュエータを使用することができ、装置全体を小型
化することができる。

【００２３】図１１は、本発明の眼球投影型映像表示装
置の第５実施例の概略構成図である。本例では、アクチ
ュエータ６３ｃおよび６３ｄを用いてＬＣＤ４２および
接眼レンズ４５をそれぞれ移動させることにより眼球４
４に投影する光束を移動させる点を除いては、構成およ
び動作は第１および第２実施例とほぼ同様である。

【００２４】本例によれば、第３および第４実施例と同
様に、第１および第２実施例の効果に加え、光束移動部
が小型化されるためにピックアップなどに使用されるよ
うなトルクの小さいアクチュエータを使用できる。した
がって小型のアクチュエータを使用することができ、装
置全体を小型化することができる。

【００２５】点光源を移動させる第３実施例の場合に
は、点光源６２がＬＣＤ４２を照射する範囲がずれるた
めに観察される範囲がずれ、接眼レンズ４５を移動させ
る第４実施例の場合には、観察される範囲はずれないが
接眼レンズ４５の移動に応じて網膜５４上の像が動く
が、本例のようにＬＣＤ４２を接眼レンズ４５と同一方
向に移動させることにより、これらの不都合を回避する
ことができる。

【００２６】図１２は、本発明の眼球投影型映像表示装
置の第６実施例の概略構成図である。本例では、点光源
６２からの光束を折り返す可動ミラー６４を設け、この
可動ミラー６４を動かすことにより眼球４４に投影する
光束を移動させる点を除いて、構成および動作は第１お
よび第２実施例とほぼ同様である。

【００２７】本例によれば、第１〜３実施例の効果に加
え、可動ミラー６４により点光源６２からの光束を折り
返すように構成することによって装置の構成素子の配置
の自由度が向上する。

【００２８】図１３は、本発明の眼球投影型映像表示装
置の第７実施例の概略構成図である。本例では、点光源
６２とＬＣＤ４２との間にコリメータレンズ６５を配置
し、このコリメータレンズ６５を移動することにより眼
球４４に投影する光束を移動させる点を除いては第１お
よび第２実施例の構成および動作とほぼ同様である。

【００２９】本例によれば、第１〜３実施例の効果に加
え、コリメータレンズ６５を配置することによりＬＣＤ
４２を平行光で照明でき、したがってＬＣＤの視角特性
の影響を受けにくくなる。第３〜第７実施例においても
一方の眼球についてのみ構成および動作を示したが、他
方の眼球の構成および動作についても同様である。

【００３０】本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではなく、幾多の変更および変形が可能である。例え
ば、第１〜７実施例では接眼光学系として接眼レンズを
用いたが、凹面鏡、プリズムその他の光学系を使用して
も同様な効果を得ることができる。

【００３１】本発明の実施態様は下記の通りである。１．前記光束移動手段は、前記映像表示素子及び前記投
影手段を移動するように構成したことを特徴とする請求
項２記載の眼球投影型映像表示装置。２．前記光束移動手段は、前記点光源からの光束を折り
返す可動反射手段を設け、この可動反射手段を動かすよ
うに構成したことを特徴とする請求項２記載の眼球投影
型映像表示装置。３．前記光束移動手段は、前記点光源と前記映像表示素
子との間にコリメータレンズを配置し、このコリメータ
レンズを移動するように構成したことを特徴とする請求
項２記載の眼球投影型映像表示装置。

【００３２】

【発明の効果】上述したように本発明の眼球投影型映像
表示装置によれば、映像表示素子からの光束が眼球に投
影されるよう自動的に調整されるので、観察者の眼球に
投影する画像表示素子からの光束と眼球との位置関係を
観察者が調整することなく映像表示素子の画像を観察す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の眼球投影型映像表示装置を用いたＨＭ
Ｄをテレビジョンチューナに接続した場合の全体図であ
る。

【図２】ＨＭＤの装着状態を示す図である。

【図３】本発明の眼球投影型映像表示装置を用いたＨＭ
Ｄをビデオデッキに接続した場合の全体図である。

【図４】本発明の眼球投影型映像表示装置の第１実施例
の概略構成図である。

【図５】眼球投影型映像表示装置によって観察者の眼球
に投影する光束が観察者の瞳からずれている場合の図で
ある。

【図６】第１実施例の位置関係検出部および光束移動部
のブロックダイヤグラムである。

【図７】本発明の眼球投影型映像表示装置の第２実施例
の概略構成図である。

【図８】第２実施例の位置関係検出部および光束移動部
のブロックダイヤグラムである。

【図９】本発明の眼球投影型映像表示装置の第３実施例
の概略構成図である。

【図１０】本発明の眼球投影型映像表示装置の第４実施
例の概略構成図である。

【図１１】本発明の眼球投影型映像表示装置の第５実施
例の概略構成図である。

【図１２】本発明の眼球投影型映像表示装置の第６実施
例の概略構成図である。

【図１３】本発明の眼球投影型映像表示装置の第７実施
例の概略構成図である。

【図１４】従来の眼球投影型映像表示装置の概略構成図
である。

【図１５】従来の他の眼球投影型映像表示装置の概略構
成図である。

【符号の説明】

２１，３１ＨＭＤ２２，３２顔面装着部２３，３３ヘッドバンド２４，３７接続線２５テレビジョンチューナ２６ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２７，３９調節つまみ２８アンテナ２９イヤホン３４ビデオデッキ３５映像処理部３６ヘッドホン３８ビデオテープ挿入部４１，６１眼球投影型映像表示装置４２ＬＣＤ４３バックライト４４眼球４５接眼レンズ４６，４６ａ位置関係検出部４７ａ，４７ｂ光束移動部４８，４８ａＣＣＤ４９，４９ａ撮影レンズ５０ａ第１支持部５０ｂ第２支持部５１ａ，５１ｂボールネジ５２ａ，５２ｂモータ５２５３レンズ５４網膜５５ａ，５５ｂ光束５６ａ，５６ｂ瞳５７，５７ａ，５７ｂＣＣＤコントローラ５８画像処理ボード５９モータコントローラ６２点光源６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄアクチュエータ６４可動ミラー６５コリメータレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】映像表示素子と、この映像表示素子を照
明する照明手段と、この照明手段によって照明された前
記映像表示素子からの光束を観察者の眼球に投影する投
影手段と、観察者の眼球に投影する光束と観察者の眼球
との間の位置関係を検出する位置関係検出手段と、この
位置関係検出手段によって検出された位置関係に応じて
観察者の眼球に投影する光束を移動させる光束移動手段
とを具えることを特徴とする眼球投影型映像表示装置。
【請求項２】前記照明手段を点光源とし、前記投影手
段を、観察者の瞳上で点光源の像を結像するように配置
することを特徴とする請求項１記載の眼球投影型映像表
示装置。
【請求項３】前記光束移動手段は、前記点光源を移動
させるように構成したことを特徴とする請求項２記載の
眼球投影型映像表示装置。