(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察者の顔面に押し付けられた状態で、その観察者により視認可能な画像を表示する画像表示部と、
その画像表示部の顔面への押し付け力を検知する手段と、
その画像表示部を、顔面への近接方向と顔面からの離反方向とに移動可能な移動機構と、
その移動機構を、その押し付け力に応じて制御可能な制御手段とを備える表示装置。
【請求項２】
その押し付け力が予め設定した値を超えた場合は、前記制御手段が前記移動機構を制御することで、その移動機構により画像表示部を顔面から離反させる請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
その画像表示部は、流体を封入した弾性変形可能な中空部材を介して顔面に押し付けられる請求項１に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、観察者の顔面に密着される表示装置であって、例えば、各種シミュレータ、人工現実感体験空間形成システム、ゲーム装置等において利用できるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＶＲ（仮想現実）技術の分野において、頭部装着型表示装置が注目されている。例えば、ゴーグル型の表示装置を観察者が頭部に装着することで、その表示世界に没入できるものである。
【０００３】
従来の頭部装着型表示装置として、画像表示光を出射する部分と、表示画像を観察者の視認可能位置に結像させる光学系とを有する画像表示部を、ゴーグル型、ヘルメット型、バンド型等の保持部により、観察者の頭部に固定する構造のものがあった。また、その画像表示部をボックス型とし、展望室にある望遠鏡のように、観察者が覗き込む形態のものも存在する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
画像表示部を保持部によって観察者に固定する構造は、例えばＶＲ画像を視認しながらゲーム等を行なう場合のように、観察者が頻繁に頭部を動かす場合には適している。
【０００５】
しかし、ＶＲ画像を、例えば安楽椅子等に腰掛けた観察者がゆったりと楽しむような場合、観察者は頭部を頻繁に動かすことはない。また、このような場合は観察者が眠ってしまう場合もある。このような場合に画像表示部が観察者に固定されていると、観察者が寝返り等により頭部を動かした時に、観察者の顔面の一部が画像表示部により大きな力で圧迫されるおそれがある。
【０００６】
また、画像表示部を観察者が覗き込む形態のものは、安楽椅子等に腰掛けて使用することはできない。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決することのできる表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の表示装置は、観察者の顔面に押し付けられた状態で、その観察者により視認可能な画像を表示する画像表示部と、その画像表示部の顔面への押し付け力を検知する手段と、その画像表示部を、顔面への近接方向と顔面からの離反方向とに移動可能な移動機構と、その移動機構を、その押し付け力に応じて制御可能な制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、画像表示部の顔面への押し付け力が大きくなった場合に、移動機構により画像表示部を顔面から離反する方向へ移動させることで、観察者が顔面に感じる圧迫感を自動的に軽減できる。
また、顔面への押し付け力が設定値になるまで画像表示部を顔面への近接方向へ移動させることで、画像表示部を観察者の顔面に自動的に適度な力で押し付けることができる。
【００１０】
その押し付け力が予め設定した値を超えた場合は、その移動機構により画像表示部を顔面から離反させるのが好ましい。これにより、観察者が顔面に圧迫感を感じるのを確実に防止できる。
【００１１】
その画像表示部は、流体を封入した弾性変形可能な中空部材を介して顔面に押し付けられるのが好ましい。
これにより、画像表示部の顔面への押し付け力を均一化することができる。この場合、その押し付け力は中空部材の内圧に対応するので、その内圧の検知手段を設けることで画像表示部の顔面への押し付け力を検知できる。また、弾性変形可能な中空部材の場合、様々な顔の形状に適応して変形し易いため、顔面と画像表示部との間に隙間が生じにくく、外部から表示領域への光の侵入を少なくできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１３】
図１に示す表示装置１は、安楽椅子２に座る観察者３に画像を視認させるものであって、画像表示部４と、この画像表示部４の移動機構５と、コントローラ６とを備え、そのコントローラ６は画像信号生成装置７に接続される。
【００１４】
その画像表示部４は、観察者３の顔面に押し付けられた状態で、その観察者３により視認可能な画像を表示するもので、図２に示す画像形成装置９と、この画像形成装置９を覆うハウジング１０と、そのハウジング１０に取り付けられた中実のパッド１１とを有し、そのパッド１１を介して観察者３に押し付けられる。本実施形態では、そのパッド１１に図２に示すような感圧センサ１２が内蔵されている。これにより、そのパッド１１の変形量に対応する画像表示部４の顔面への押し付け力が、その感圧センサ１２により検知される。
【００１５】
その移動機構５は、そのコントローラ６のハウジングに取り付けられた支柱１６と、この支柱１６の上端に取り付けられた固定アーム１７と、この固定アーム１７の先端に取り付けられた可動アーム１８とを有する。その可動アーム１８の先端に画像表示部４が取り付けられている。
【００１６】
そのコントローラ６は、画像信号生成装置７により生成された画像を画像表示部４に表示させると共に、移動機構５を制御する。すなわち、図２に示すように、そのコントローラ６は、ＣＰＵ２１と、メモリ２２と、入力インターフェイス２３と、出力インターフェイス２４とをバスラインにより接続することで構成される。その入力インターフェイス２３は、画像信号生成装置７と感圧センサ１２と入力装置２６に接続される。その出力インターフェイス２４は、画像形成装置９とアンプ２５とに接続され、そのアンプ２５は移動機構５に接続される。なお、そのコントローラ６は画像形成装置９と移動機構５と感圧センサ１２とに、例えばケーブルにより接続される。その入力装置２６は、画像表示部４の下降指示スイッチ、原点復帰指示スイッチ、画像表示指示スイッチ、画像表示解除指示スイッチ等を有し、観察者３自身やオペレータにより操作可能なものとされる。
【００１７】
その画像信号生成装置７は、例えば、記憶媒体に記録された画像データに基づき画像信号を生成するコンピュータにより構成でき、その画像信号をコントローラ６に出力する。そのコントローラ６は、入力された画像信号を、記憶したプログラムに従い画像表示部４に出力する。例えば、入力装置２６からの画像表示開始信号の入力により画像信号の出力を開始し、画像表示終了信号の入力により画像信号の出力を停止する。その画像形成装置９は、その入力された画像信号に応じた画像表示光Ｌを出射する画像表示光出射部３１と、その画像表示光Ｌの光路を変更することで観察者３の視認可能位置に画像を結像させる光学系３２とを有する。その画像表示光出射部３１としては、例えばバックライト付液晶表示装置を用いることができ、その光学系３２としては、例えばハーフミラー３２ａと凹面鏡３２ｂを用いることができる。
【００１８】
その移動機構５は、固定アーム１７に減速機構３９を介して取り付けられるブレーキ付モータ４０により、固定アーム１７内に組み込まれた駆動側タイミングプーリ４１と従動側タイミングプーリ４２に巻き掛けられるタイミングベルト４３を周回させることで、その従動側タイミングプーリ４２に固定される可動アーム１８を水平軸中心に上下揺動させる。その可動アーム１８に画像表示部４が、ピン４５と連結具４６とを介して水平軸中心に回転可能に連結されている。これにより、図２における矢印方向へのモータ４０、タイミングベルト４１、可動アーム１８の動きにより、画像表示部４は観察者３の顔面からの離反方向に移動し、逆方向への動きにより画像表示部４は顔面への近接方向に移動する。
【００１９】
本実施形態では、その感圧センサ１２は複数とされ、上記パッド１１における顔面と接触する位置に取り付けられる。各感圧センサ１２からの押し付け力検知信号が入力されると、コントローラ６は記憶したプログラムに従い、複数の感圧センサ１２の中で最も大きな押し付け力を検知したものの検出値に応じて、移動機構５の駆動信号を出力し、その駆動信号はアンプ２５により増幅される。その駆動信号によりモータ４０が駆動されることで、その押し付け力に応じて移動機構５が制御される。
【００２０】
図３に示すフローチャートに基づき、上記コントローラ６による移動機構５の制御手順を説明する。
【００２１】
まず、安楽椅子２に観察者３が座った状態で、画像表示部４は観察者３の上方の原点に位置される。その原点位置の画像表示部４は、観察者３が安楽椅子２から立ち上がるのを邪魔することはない。この状態で入力装置２６から下降指示信号が入力されると（ステップ１）、モータ４０に駆動信号が出力され、移動機構５により画像表示部４は下降される（ステップ２）。
【００２２】
次に、画像表示部４の顔面への押し付け力の感圧センサ１２による検出値Ｐが、予め定めた第１設定値未満か否かが判断される（ステップ３）。その第１設定値は、例えば、画像表示部４が自重により顔面に押し付けられる時の押し付け力Ｐｏの１／２とされる。その検出値Ｐが第１設定値未満であればステップ２に戻る。その検出値Ｐが第１設定値以上になると、モータ４０の駆動信号が解除され、モータ４０のブレーキは作動しないものとされる。これにより、画像表示部４はフリーの状態になり、自重のみで観察者３の顔面に押し付けられる（ステップ４）。この状態で、観察者３は圧迫感を感じることなく画像表示部４により表示される画像を視認できる。
【００２３】
次に、その検出値Ｐが、予め定めた第２設定値を超えるか否かが判断される（ステップ５）。その第２設定値は、観察者３が圧迫感を感じるか否かにより設定でき、例えば、画像表示部４が自重により顔面に押し付けられる時の押し付け力Ｐｏの１．５倍とされる。
【００２４】
その検出値Ｐが第２設定値を超えなければ、入力装置２６から原点復帰指示信号が入力されているか否かを判断する（ステップ６）。原点復帰指示信号が入力されていなければステップ４に戻る。原点復帰指示信号が入力されると、モータ４０に駆動信号が出力され、移動機構５により画像表示部４は上昇される（ステップ７）。次に、画像表示部４が原点に復帰したか否かが判断される（ステップ８）。この判断は、例えば、原点位置において可動アーム１８を検知するリミットスイッチからの信号をコントローラ６に入力することで行なえる。原点に復帰していなければステップ７に戻り、原点に復帰していればモータ４０を制動する（ステップ９）。
【００２５】
ステップ５において、検出値Ｐが第２設定値を超える場合、モータ４０に駆動信号が出力され、移動機構５により画像表示部４は上昇される（ステップ１０）。次に、画像表示部４が予め定めた設定位置に達したか否かが判断される（ステップ１１）。この判断は、例えば、その設定位置において可動アーム１８を検知するリミットスイッチからの信号をコントローラ６に入力することで行なえる。その設定位置は、原点位置よりも顔面に近い位置とされる。その設定位置に達していなければステップ１０に戻り、設定位置に達していればモータ４０を制動する（ステップ１２）。これにより、観察者３が寝返り等により頭部を動かすことで、観察者３の顔面の一部が画像表示部４により大きな力で圧迫された場合、画像表示部４を顔面から自動的に離すことができる。次に、入力装置２６から下降指示信号が入力されているか否かを判断する（ステップ１３）。下降指示信号が入力されていればステップ２に戻り、画像表示部４を再度顔面に押し付ける。この際、その設定位置が原点位置よりも顔面に近い位置とされることで、画像表示部４を顔面に再度押し付けるまでの時間を短かくできる。ステップ１３において下降指示信号が入力されていなければ、入力装置２６から原点復帰指示信号が入力されているか否かを判断する（ステップ１４）。原点復帰指示信号が入力されていなければステップ１２に戻る。原点復帰指示信号が入力されていればステップ７に戻る。
【００２６】
なお、画像表示部４による画像の表示は、任意の時点で、入力装置２６からコントローラ６に画像表示指示信号を入力することで開始し、画像表示解除指示信号を入力することで終了させるようにできる。
【００２７】
上記実施形態によれば、画像表示部４の顔面への押し付け力が大きくなった場合に、移動機構５により画像表示部４を顔面から離反する方向へ移動させることで、観察者３が顔面に感じる圧迫感を自動的に軽減できる。また、顔面への押し付け力が設定値になるまで画像表示部４を顔面への近接方向へ移動させることで、画像表示部４を観察者３の顔面に自動的に適度な押し付け力で押し付けることができる。
【００２８】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では画像表示部４は中実のパッド１１を介して顔面に押し付けられるが、流体を封入した弾性変形可能な中空部材を介して顔面に押し付けられてもよい。例えば、図４に示すように、中空のエアバッグによりパッド１１′を構成できる。そのパッド１１′には配管５０を介してハンドポンプ５１が接続され、その内部に空気を送り込むことが可能とされている。その配管５０に開閉可能な排気バルブ５３が設けられることで、その内部の空気を排出することが可能とされている。また、パッド１１′の内圧を検知する圧力センサ５２が、その配管５０に設けられ、コントローラ６に接続されている。その内圧は画像表示部４の顔面への押し付け力に対応するので、その圧力センサ５２を感圧センサ１２の代わりに用いることができる。また、そのパッド１１′に感圧センサを取り付け、その押し付け力を圧力センサ５２と感圧センサの双方により検知するようにし、一方のセンサを他方のセンサの補完用として用いてもよい。このようなエアバッグを介して画像表示部を顔面に押し付けることで、その押し付け力を均一化することができる。また、エアバッグの場合、様々な顔の形状に適応して変形し易いため、顔面と画像表示部との間に隙間が生じにくく、外部から表示領域への光の侵入を少なくできる。
【００２９】
また、画像表示部の移動機構として上記実施形態のもの以外に、例えば、駆動源として空気圧を用いたシリンダ、ロータリーアクチュエータ等を用いることができる。また、図５に示すように、その移動機構としてゴムバッグ６０であって、その上部からオイルや水などの流体を注入することによって伸長し、下部から流体を排出することで２点鎖線で示すように収縮するものを介し、画像表示部を移動させてもよい。また、モータによりボールスクリューを回転させることでボールナットを移動させ、そのボールナットに画像表示部を連結したり、モータを可動アームの関節に直結して可動アームを揺動させ、その可動アームに画像表示部を連結することで、その移動機構を構成してもよい。さらに、図６に示すように、固定アーム７０に横軸中心に揺動可能に連結された可動アーム７１に画像表示部４を連結し、その可動アーム７１に連結したワイヤ７２を、固定アーム７０に取り付けたプーリ７３を介して、固定アーム７０に取り付けたモータ７４により巻取り又は繰り出すことで、その移動機構を構成してもよい。
【００３０】
また、移動機構により画像表示部を常に支持し、画像表示部がフリーの状態にならないようにし、画像表示部の顔面への押し付け力が常に画像表示部の全重量よりも小さくなるようにしてもよい。
【００３１】
また、画像以外に音声を出力可能なスピーカー等を併せて設けてもよい。また、画像生成装置７をコントローラ６に組み込んでもよい。さらに、上記実施形態では移動機構５の制御と画像表示部４の制御とを個別に行なうが、画像表示部４が所定の押しつけ力で観察者３の顔面に押し付けられた時に、自動的に画像が表示され、画像表示部４が顔面から離れると自動的に画像表示を停止するようにしてもよい。また、画像生成装置７は、画像信号を出力できればよく、コンピュータに限定されず、例えば、レーザディスクやビデオデッキの駆動装置によって構成するようにしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の表示装置によれば、画像表示部を観察者の顔面に押し付ける場合に、観察者に圧迫感を与えるのを防止でき、適度な力で押し付けることができ、また、その押し付け力の均一化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の表示装置の斜視図
【図２】本発明の実施形態の表示装置の構成説明図
【図３】本発明の実施形態の移動機構の制御手順を示す図
【図４】本発明の変形例のパッドの斜視図
【図５】本発明の変形例の移動機構用ゴムバッグの正面図
【図６】本発明の変形例の移動機構の正面図
【符号の説明】
３  観察者
４  画像表示部
５  移動機構
６  コントローラ
１１′  パッド
１２  感圧センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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