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JP2011145578A - Head mounted display device - Google Patents

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JP2011145578A
JP2011145578A JP2010007852A JP2010007852A JP2011145578A JP 2011145578 A JP2011145578 A JP 2011145578A JP 2010007852 A JP2010007852 A JP 2010007852A JP 2010007852 A JP2010007852 A JP 2010007852A JP 2011145578 A JP2011145578 A JP 2011145578A
Authority
JP
Japan
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image
eye
optical system
visor
vision module
Prior art date
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Pending
Application number
JP2010007852A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukinobu Matsubara
行信 松原
Tsunehisa Ohashi
恒久 大橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Priority to JP2010007852A priority Critical patent/JP2011145578A/en
Publication of JP2011145578A publication Critical patent/JP2011145578A/en
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Abstract

【課題】 観察者が長時間使用しても観察者に疲労感を与えず、観察者に観察対象物を可能な限り正確な距離感で提供できる頭部装着型表示装置を提供する。
【解決手段】 バイザ(又はコンバイナ)21と、暗視モジュール(イメージインテンシファイア及び光学系)2と、それらが取り付けられた頭部保持装置20と、暗視モジュールで増幅した画像を、バイザ(又はコンバイナ)21にメイン光学系30を介して投影する画像伝送手段40とを備える頭部装着型表示装置1であって、画像伝送手段40は、複数本の光ファイバ41が束ねられたイメージングファイバ40であり、イメージングファイバ40は、屈曲可能となっており、各光ファイバ41の一端部40aで画像を入力し、伝送して、各光ファイバ41の他端部40bからそれぞれ出力することで、画像を投影することを特徴とする。
【選択図】図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a head-mounted display device capable of providing an observer with an observation object with a sense of distance as accurate as possible without giving the observer a feeling of fatigue even when the observer uses it for a long time.
A visor (or combiner) 21, a night vision module (image intensifier and optical system) 2, a head holding device 20 to which they are attached, and an image amplified by the night vision module are (Or combiner) 21 is a head-mounted display device 1 that includes an image transmission unit 40 that projects through a main optical system 30. The image transmission unit 40 includes an imaging fiber in which a plurality of optical fibers 41 are bundled. 40, the imaging fiber 40 is bendable, and an image is input at one end 40a of each optical fiber 41, transmitted, and output from the other end 40b of each optical fiber 41. An image is projected.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、頭部装着型表示装置に関し、特に、ヘリコプタや航空機のパイロットに、イメージインテンシファイアで取得した外界画像を提供する頭部装着型表示装置に関する。   The present invention relates to a head-mounted display device, and more particularly, to a head-mounted display device that provides an external image acquired by an image intensifier to a helicopter or an aircraft pilot.

装着者(観察者)の頭部に装着される形態の頭部装着型表示装置がある。頭部装着型表示装置では、夜間、目視確認が難しい状況で外界画像を取得、増幅して表示することが行われている。特に、外界画像を取得する手段として、イメージインテンシファイアを用いた表示装置は、目視で認識できない条件下でも、外界画像を取得し装着者に表示することができる。また、取得した外界画像を画像処理しさらに視認性を向上させた後、装着者に表示することもできる。したがって、ヘリコプタや航空機等での、夜間運用に有効である。   There is a head-mounted display device that is mounted on the head of a wearer (observer). In a head-mounted display device, an external image is acquired, amplified, and displayed at night, in a situation where visual confirmation is difficult. In particular, a display device using an image intensifier as a means for acquiring an external image can acquire an external image and display it to the wearer even under conditions that cannot be visually recognized. In addition, the acquired external image can be displayed on the wearer after image processing is performed to further improve the visibility. Therefore, it is effective for night operation in a helicopter or an aircraft.

現在、イメージインテンシファイアを用いた「NVG(Night Vision Goggle)」と呼ばれる暗視装置は航空機等の分野で既に使用されており、NVGを装着した装着者は、夜間等の環境下でも外界を視認できる。
NVGは、一般的に単眼鏡や双眼鏡に類似の外観を呈し、装着者の眼前に配置して使用されるものであり、そのNVGは、対物レンズ(光学系)とイメージインテンシファイアと接眼レンズ(光学系)とがこの順に並んだ3段構成となっている。このようなNVGでは、まず、対物レンズによって外界の微弱光の光学像を得る。次に、得られた微弱光の光学像は、次段のイメージインテンシファイアの入力面(光電面)に結像され、さらにイメージインテンシファイアの内部で一旦光電変換され、その電子は加速電圧を受けて電子増倍され、それが蛍光面に衝突することで、増幅された光学像(増幅光学像)としてイメージインテンシファイアの出力面(蛍光面)に再現される。最後に、装着者は、接眼レンズを通してイメージインテンシファイアの出力面を視認することになる。
Currently, night vision devices called “NVG (Night Vision Goggle)” using image intensifiers are already used in the field of aircraft and the like. Visible.
The NVG generally has an appearance similar to that of a monocular or binocular, and is used by being placed in front of the wearer's eyes. The NVG includes an objective lens (optical system), an image intensifier, and an eyepiece. (Optical system) has a three-stage configuration in which these are arranged in this order. In such NVG, first, an optical image of faint light in the outside world is obtained by an objective lens. Next, the obtained optical image of the weak light is imaged on the input surface (photoelectric surface) of the next image intensifier, and is further photoelectrically converted inside the image intensifier, and the electrons are accelerated. As a result, the electrons are multiplied and collide with the fluorescent screen, whereby an amplified optical image (amplified optical image) is reproduced on the output surface (fluorescent screen) of the image intensifier. Finally, the wearer views the output surface of the image intensifier through the eyepiece.

一方、近年、HMD(Helmet- ないし Head-Mounted Display)が開発されて普及の途上にある(例えば、特許文献1参照)。このようなHMDには、各種の形式があるが、暗視モジュール(イメージインテンシファイア及び光学系)をヘルメット(頭部保持装置)の側面等に配置し、暗視モジュールで取得した外界画像をリレー光学系及びメイン光学系を介してバイザ(又はコンバイナ)に投射し、無限遠表示として虚像を装着者に視認させている。
図6は、暗視モジュールを備えたHMDの概略構成の一例を示す側面図であり、図7は、図6に示すHMDの平面図である。HMD60は、バイザ(又はコンバイナ)21を有するヘルメット20と、左眼用外界画像を取得する左眼用暗視モジュール2Lと、右眼用外界画像を取得する右眼用暗視モジュール2Rと、左眼用画像をバイザ21に投影する左眼用メイン光学系30Lと、右眼用画像をバイザ21に投影する右眼用メイン光学系30Rと、左眼用暗視モジュール2Lと左眼用メイン光学系30Lとの間を画像伝送する左眼用リレー光学系32Lと、右眼用暗視モジュール2Rと右眼用メイン光学系30Rとの間を画像伝送する右眼用リレー光学系32Rとを備える。
On the other hand, in recent years, HMD (Helmet- or Head-Mounted Display) has been developed and is in widespread use (for example, see Patent Document 1). There are various types of such HMDs. A night vision module (image intensifier and optical system) is arranged on the side of a helmet (head holding device), etc., and an external image acquired by the night vision module is stored. The image is projected onto the visor (or combiner) via the relay optical system and the main optical system, and the wearer visually recognizes the virtual image as an infinite display.
FIG. 6 is a side view illustrating an example of a schematic configuration of an HMD including a night vision module, and FIG. 7 is a plan view of the HMD illustrated in FIG. The HMD 60 includes a helmet 20 having a visor (or combiner) 21, a left-eye night vision module 2L that acquires a left-eye external image, a right-eye night-vision module 2R that acquires a right-eye external image, Left-eye main optical system 30L for projecting an eye image onto the visor 21, right-eye main optical system 30R for projecting a right-eye image onto the visor 21, left-eye night vision module 2L, and left-eye main optics A left-eye relay optical system 32L that transmits images between the system 30L and a right-eye relay optical system 32R that transmits images between the right-eye night vision module 2R and the right-eye main optical system 30R. .

バイザ21は、所定の曲面形状であり、ハーフミラーやホログラム素子等により構成される。そして、バイザ21は、上下方向にスライド可能な状態でヘルメット20に支持されており、バイザ21を下げると装着者Pの左眼EL及び右眼ERの前方に配置されるようになっている。   The visor 21 has a predetermined curved surface shape and is configured by a half mirror, a hologram element, or the like. The visor 21 is supported by the helmet 20 so as to be slidable in the vertical direction. When the visor 21 is lowered, the visor 21 is arranged in front of the left eye EL and the right eye ER of the wearer P.

左眼用暗視モジュール2Lは、外界の光学像を入射する光学系と、入射した光学像を光電子像に変換する光電面と、当該光電子像の電子群を増倍する電子増倍管と、増倍された電子群から増幅光学像を生成する蛍光面とを有するものである。右眼用暗視モジュール2Rも、左眼用暗視モジュール2Lと同様な構造をしている。
そして、左眼用暗視モジュール2Lは、撮影方向が正面方向となるようにヘルメット20に配置されるとともに、右眼用暗視モジュール2Rも、撮影方向が正面方向となるようにヘルメット20に配置される。
The night vision module 2L for the left eye includes an optical system that inputs an optical image of the outside world, a photocathode that converts the incident optical image into a photoelectron image, an electron multiplier that multiplies an electron group of the photoelectron image, And a fluorescent screen that generates an amplified optical image from the multiplied electron group. The night-eye night-vision module 2R has the same structure as the left-eye night-vision module 2L.
The left-eye night-vision module 2L is arranged in the helmet 20 so that the photographing direction is the front direction, and the right-eye night-vision module 2R is also arranged in the helmet 20 so that the photographing direction is the front direction. Is done.

バイザ21の反射面は、曲面形状であり、かつ、バイザ21の正面には装着者Pの頭部が配置されるため、左眼用メイン光学系30Lから出射される左眼用画像表示光と右眼用メイン光学系30Rから出射される右眼用画像表示光とは装着者Pの頭部を避けるようにして、バイザ21の反射面に投影することになり、非同軸光学系を構成する。
このため、装着者Pの前方に歪のない虚像を形成するために、各リレー光学系32L、32R、各メイン光学系30L、30R及びバイザ21によってその光学歪を相殺するように、各リレー光学系32L、32R、各メイン光学系30L、30R及びバイザ21において多くのレンズが必要となる。
Since the reflective surface of the visor 21 has a curved surface shape and the head of the wearer P is disposed in front of the visor 21, the left-eye image display light emitted from the left-eye main optical system 30L The right-eye image display light emitted from the right-eye main optical system 30R is projected onto the reflecting surface of the visor 21 so as to avoid the head of the wearer P, thereby forming a non-coaxial optical system. .
For this reason, in order to form a virtual image without distortion in front of the wearer P, each relay optical system 32L, 32R, each main optical system 30L, 30R, and each visor 21 cancel each other optical distortion. Many lenses are required in the systems 32L and 32R, the main optical systems 30L and 30R, and the visor 21.

これにより、左眼用暗視モジュール2Lで取得された左眼用外界画像は、左眼用リレー光学系32Lを介して光学歪が相殺されながら、左眼用メイン光学系30Lに導かれ、その後、左眼用メイン光学系30Lから出射される左眼用画像表示光が、バイザ21の反射面で反射されることで、装着者Pの左眼ELに導かれるとともに、同様にして右眼用メイン光学系30Rから出射される右眼用画像表示光が、バイザ21の反射面で反射されることで、装着者Pの右眼ERに導かれる。よって、装着者Pは、観察対象物を視認できるとともに、バイザ21を透過する光により前方の外界も視認できるようになっている。   As a result, the left-eye external image acquired by the left-eye night vision module 2L is guided to the left-eye main optical system 30L through the left-eye relay optical system 32L while canceling the optical distortion. The left-eye image display light emitted from the left-eye main optical system 30L is reflected by the reflecting surface of the visor 21 so that it is guided to the left eye EL of the wearer P and is similarly used for the right eye. The right-eye image display light emitted from the main optical system 30 </ b> R is guided by the right eye ER of the wearer P by being reflected by the reflecting surface of the visor 21. Therefore, the wearer P can visually recognize the object to be observed and can also visually recognize the external environment in front by the light transmitted through the visor 21.

特開2006−189643号公報JP 2006-189634 A

しかしながら、装着者が、上述するようなNVGを装着する場合には、単眼鏡や双眼鏡のような突出する形状をしたNVGを眼前に縣下するようにヘルメットに固定しているため、ヘルメットの重心がかなり前方に偏るので、装着者には大きな負担であり、長時間使用すると、疲労してしまう原因となっていた。
さらに、NVGの筐体部分は、視野障害の要因となり、視認しにくく疲労感を助長する上に、操縦の安全性の面からも不安があった。
However, when the wearer wears the NVG as described above, the center of gravity of the helmet is fixed because the NVG having a protruding shape such as monoculars or binoculars is fixed to the helmet so as to hang down in front of the eyes. Is considerably biased forward, which is a heavy burden on the wearer and causes fatigue when used for a long time.
Furthermore, the housing portion of the NVG is a cause of visual field obstruction, is difficult to see, promotes a feeling of fatigue, and is uneasy from the aspect of handling safety.

一方、装着者PがHMD60を装着した場合には、NVGを固定したヘルメットのように重心が極端に前方に偏ることはなく、計器板等を容易に視認可能となるが、図7に示すように、左眼用暗視モジュール2Lがヘルメット20の左側方に所定の距離をあけて配置されるとともに、右眼用暗視モジュール2Rがヘルメット20の右側方に所定の距離をあけて配置されている。すなわち、外界画像を取得するための左眼用暗視モジュール2L及び右眼用暗視モジュール2Rの光軸は、装着者Pの左眼EL及び右眼ERの視軸と一致していない。これは、左眼用暗視モジュール2Lの画像を左眼用メイン光学系30Lに導くために、左眼用リレー光学系32Lを配置する必要があり、左眼用暗視モジュール2Lの光軸は、装着者Pの左眼ELの視軸と、かなり離れる状態となる。また、右眼用暗視モジュール2Rの光軸も、同様に装着者Pの右眼ERの視軸と、かなり離れる状態になる。   On the other hand, when the wearer P wears the HMD 60, the center of gravity does not deviate extremely forward like the helmet with the NVG fixed, and the instrument panel and the like can be easily visually recognized, but as shown in FIG. Further, the left-eye night-vision module 2L is arranged with a predetermined distance on the left side of the helmet 20, and the right-eye night-vision module 2R is arranged with a predetermined distance on the right side of the helmet 20. Yes. That is, the optical axes of the left-eye night-vision module 2L and the right-eye night-vision module 2R for acquiring an external image do not coincide with the visual axes of the wearer P's left-eye EL and right-eye ER. This is because the left-eye relay optical system 32L needs to be arranged in order to guide the image of the left-eye night-vision module 2L to the left-eye main optical system 30L, and the optical axis of the left-eye night-vision module 2L is Thus, the visual axis of the left eye EL of the wearer P is considerably separated. Similarly, the optical axis of the right-eye night-vision module 2R is considerably separated from the visual axis of the right eye ER of the wearer P.

よって、このようなHMD60では、装着者Pの左眼EL及び右眼ERの視軸と異なる位置から取得した外界画像を装着者Pの眼前に提供することになり、その結果、装着者Pにとって外界の認識の誤差を招いたり、両眼視効果による距離の違和感となって現れたりしていた。
そこで、本発明は、観察者が長時間使用しても観察者に疲労感を与えず、観察者に観察対象物を可能な限り正確な距離感で提供できる頭部装着型表示装置を提供することを目的とする。
Therefore, in such an HMD 60, an external image acquired from a position different from the visual axis of the wearer P's left eye EL and right eye ER is provided in front of the wearer P. As a result, for the wearer P It may cause errors in recognition of the outside world or appear as a sense of discomfort in distance due to binocular visual effects.
Therefore, the present invention provides a head-mounted display device that does not give the observer a feeling of fatigue even when the observer uses it for a long time and can provide the observer with an observation object with a sense of distance as accurate as possible. For the purpose.

上記課題を解決するためになされた本発明の頭部装着型表示装置は、光学系及びその光学系から入射した光を増幅する機能を有する暗視モジュールと、観察者の眼の前方に配置されるバイザ又はコンバイナと、前記暗視モジュール、並びに、バイザ又はコンバイナが取り付けられた頭部保持装置と、前記暗視モジュールで増幅した画像を、前記バイザ又はコンバイナにメイン光学系を介して投影する画像伝送手段とを備える頭部装着型表示装置であって、その暗視モジュールとメイン光学系との間を画像伝送する画像伝送手段として、複数本の光ファイバが束ねられたイメージングファイバを用い、前記イメージングファイバは、屈曲可能となっており、各光ファイバの一端部でそれぞれ画像を入力し、各光ファイバの他端部に画像をそれぞれ画像伝送することにより、前記イメージングファイバの他端部からバイザ又はコンバイナに画像を出力するようにしている。   The head-mounted display device of the present invention, which has been made to solve the above problems, is disposed in front of an optical system, a night vision module having a function of amplifying light incident from the optical system, and the eyes of the observer. The visor or combiner, the night vision module, the head holding device to which the visor or combiner is attached, and the image that is amplified by the night vision module is projected onto the visor or combiner via the main optical system. A head-mounted display device comprising a transmission means, and an image transmission means for transmitting an image between the night vision module and the main optical system, using an imaging fiber in which a plurality of optical fibers are bundled, The imaging fiber can be bent, and an image is input to one end of each optical fiber, and an image is input to the other end of each optical fiber. By image transmission, and to output the image to the visor or combiner from the other end of the imaging fiber.

ここで、「光を増幅する」とは、画像における光を増幅することをいい、例えば、微弱光の光学像(画像)を、目視で認識できるように光が増幅された光学像(画像)にすることをいう。このような光を増幅するものとして、例えば、イメージインテンシファイア等が挙げられる。
また、「頭部保持装置」とは、暗視モジュール、並びに、バイザ又はコンバイナを取り付けることができ、かつ、観察者の頭部に装着されることができるもののことをいい、例えば、ヘルメットやヘッドギア等が挙げられる。
本発明の頭部装着型表示装置によれば、イメージングファイバの一端部で画像を入力し、イメージングファイバの他端部から画像を出力する。そして、イメージングファイバは、屈曲可能となっている。これにより、イメージングファイバによって暗視モジュールとメイン光学系との間で画像を画像伝送する。このとき、イメージングファイバによって暗視モジュールとメイン光学系との間を画像伝送するので、リレー光学系のようにメイン光学系に光学的に結合した位置に配置する必要がなくなるため、暗視モジュールの光軸と観察者の眼の視軸とをより近くに配置することが可能となり、かつ、重心が極端に偏ることがないようなヘルメットにおける最適な位置に暗視モジュールを配置することができる。
Here, “amplifying light” means amplifying light in an image. For example, an optical image (image) obtained by amplifying light so that an optical image (image) of weak light can be visually recognized. It means to make. Examples of such amplifying light include an image intensifier.
The “head holding device” refers to a device to which a night vision module and a visor or a combiner can be attached and which can be attached to an observer's head, such as a helmet or headgear. Etc.
According to the head-mounted display device of the present invention, an image is input at one end of the imaging fiber and an image is output from the other end of the imaging fiber. The imaging fiber can be bent. Thereby, an image is transmitted between the night vision module and the main optical system by the imaging fiber. At this time, since the image is transmitted between the night vision module and the main optical system by the imaging fiber, it is not necessary to arrange at a position optically coupled to the main optical system like a relay optical system. It is possible to arrange the optical axis and the visual axis of the observer's eye closer, and it is possible to arrange the night vision module at an optimal position in the helmet so that the center of gravity does not extremely deviate.

したがって、本発明の頭部装着型表示装置によれば、観察者の視軸に可能な限り近い状態で観察対象物を視認させることができる。また、重心が極端に前方に偏ることもない。   Therefore, according to the head-mounted display device of the present invention, the observation object can be visually recognized in a state as close as possible to the observer's visual axis. Further, the center of gravity does not extremely bias forward.

(その他の課題を解決するための手段及び効果)
また、上記発明において、光ファイバの一端部の断面積のサイズと、当該光ファイバの他端部の断面積のサイズを異なった構成にすることにより、画像の拡大・縮小を行うこと、及び/又は、イメージングファイバの一端部における各光ファイバの配列と、当該イメージングファイバの他端部における各光ファイバの配列を異なった構成にすることにより、前記メイン光学系、並びに、バイザ又はコンバイナによって生じる光学歪を相殺するようにしてもよい。
さらに、上記発明において、表示画像を生成する制御部と、前記制御部で生成した表示画像を、暗視モジュールで増幅した画像に重畳し、メイン光学系を介してバイザ又はコンバイナに投影する表示手段とを備えるようにしてもよい。
(Means and effects for solving other problems)
Further, in the above invention, the size of the cross-sectional area of the one end of the optical fiber and the size of the cross-sectional area of the other end of the optical fiber are configured differently, thereby enlarging / reducing the image, and / or Alternatively, the arrangement of the optical fibers at one end of the imaging fiber and the arrangement of the optical fibers at the other end of the imaging fiber are different from each other, so that the optical generated by the main optical system and the visor or combiner. You may make it cancel distortion.
Furthermore, in the above invention, a control unit that generates a display image, and a display unit that superimposes the display image generated by the control unit on an image amplified by a night vision module and projects the image onto a visor or a combiner via a main optical system. May be provided.

本発明の一実施形態であるHMDの概略構成を示す側面図である。It is a side view which shows schematic structure of HMD which is one Embodiment of this invention. 図1に示すHMDの平面図である。It is a top view of HMD shown in FIG. 光学歪を相殺する方法について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of canceling an optical distortion. 本発明の一実施形態であるHMDの概略構成を示す側面図である。It is a side view which shows schematic structure of HMD which is one Embodiment of this invention. 図4に示すHMDの平面図である。It is a top view of HMD shown in FIG. 従来のHMDの概略構成を示す側面図である。It is a side view which shows schematic structure of the conventional HMD. 図6に示すHMDの平面図である。It is a top view of HMD shown in FIG.

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below, and it goes without saying that various aspects are included without departing from the spirit of the present invention.

<第一の実施形態>
図1は、本発明の一実施形態であるHMD(頭部装着型表示装置)の概略構成を示す側面図であり、図2は、図1に示すHMDの平面図である。なお、HMD60と同様のものについては、同じ符号を付している。
HMD1は、バイザ21を有するヘルメット20と、左眼用外界画像を取得する左眼用暗視モジュール2Lと、右眼用外界画像を取得する右眼用暗視モジュール2Rと、左眼用画像をバイザ21に投影する左眼用メイン光学系30Lと、右眼用画像をバイザ21に投影する右眼用メイン光学系30Rと、左眼用暗視モジュール2Lと左眼用メイン光学系30Lとの間を画像伝送する左眼用イメージングファイバ40Lと、右眼用暗視モジュール2Rと右眼用メイン光学系30Rとの間を画像伝送する右眼用イメージングファイバ40Rとを備える。
<First embodiment>
FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of an HMD (head-mounted display device) according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of the HMD shown in FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing similar to HMD60.
The HMD 1 includes a helmet 20 having a visor 21, a left-eye night-vision module 2L that acquires a left-eye external image, a right-eye night-vision module 2R that acquires a right-eye external image, and a left-eye image. The left-eye main optical system 30L that projects onto the visor 21, the right-eye main optical system 30R that projects the right-eye image onto the visor 21, the left-eye night vision module 2L, and the left-eye main optical system 30L A left-eye imaging fiber 40L that transmits an image between them, and a right-eye imaging fiber 40R that transmits an image between the right-eye night vision module 2R and the right-eye main optical system 30R.

左眼用イメージングファイバ40Lは、画像の必要解像度を確保可能な複数本の光ファイバ41が束ねられたイメージングファイバである。
光ファイバ41は、プラスチック製等の円柱形状であり、その一端部の円形状の断面で光を入力することで、その入力した光を他端部の円形状の断面から出力する。そして、複数本の光ファイバ41における一端部の断面を所定の配列で並べるとともに、複数本の光ファイバ41における他端部の断面を所定の配列で並べるように、複数本の光ファイバ41を束ねることにより、左眼用イメージングファイバ40Lが形成されている。
なお、右眼用イメージングファイバ40Rも、左眼用イメージングファイバ40Lと同様な構造をしている。
The left-eye imaging fiber 40L is an imaging fiber in which a plurality of optical fibers 41 capable of ensuring the necessary image resolution are bundled.
The optical fiber 41 has a cylindrical shape made of plastic or the like, and outputs light from a circular cross section at the other end by inputting light through a circular cross section at one end. The plurality of optical fibers 41 are bundled so that the cross sections of the one end portions of the plurality of optical fibers 41 are arranged in a predetermined arrangement and the cross sections of the other end portions of the plurality of optical fibers 41 are arranged in a predetermined arrangement. Thereby, the imaging fiber 40L for left eyes is formed.
The right-eye imaging fiber 40R has the same structure as the left-eye imaging fiber 40L.

そして、左眼用イメージングファイバ40Lの一端部を、左眼用暗視モジュール2Lの後に配置し、左眼用イメージングファイバ40Lの他端部を、左眼用メイン光学系30Lの前方に配置する。各光ファイバ41の一端部から入力した画像を、各光ファイバ41の他端部からそれぞれ出力することで、画像を出力するようにしている。
このとき、装着者Pの前方に歪のない虚像を形成するためには、左眼用メイン光学系30L及びバイザ21によって生じる光学歪を相殺するように、左眼用暗視モジュール2Lで取得された左眼用画像を、左眼用メイン光学系30Lに導く必要がある。
Then, one end of the left-eye imaging fiber 40L is disposed behind the left-eye night vision module 2L, and the other end of the left-eye imaging fiber 40L is disposed in front of the left-eye main optical system 30L. An image is output by outputting an image input from one end of each optical fiber 41 from the other end of each optical fiber 41.
At this time, in order to form a distortion-free virtual image in front of the wearer P, the left-eye night vision module 2L acquires the optical distortion caused by the left-eye main optical system 30L and the visor 21. It is necessary to guide the left-eye image to the left-eye main optical system 30L.

そこで、左眼用メイン光学系30L及びバイザ21によって生じる光学歪を相殺し、さらに画像の拡大・縮小を行うように、左眼用イメージングファイバ40Lの一端部40aのサイズと他端部40bのサイズを異なる構成にする(光ファイバ41の一端部のサイズと他端部のサイズとを異なる構成にする)とともに、左眼用イメージングファイバ40Lの一端部40aにおける各光ファイバ41の配列と、左眼用イメージングファイバ40Lの他端部40bにおける各光ファイバ41の配列を異なる構成にする。
ここで、左眼用メイン光学系30L及びバイザ21によって生じる光学歪を相殺する方法について説明する。図3は、光学歪を相殺する方法について説明するための図である。
図3(a)は、左眼用メイン光学系30L及びバイザ21によって生じる光学歪を相殺するように、左眼用イメージングファイバ40Lの一端部40aで画像を入力し、左眼用イメージングファイバ40Lの他端部40bから画像を出力したものであり、一方、図3(b)は、左眼用メイン光学系30L及びバイザ21によって生じる光学歪を相殺せずに、左眼用イメージングファイバ140Lの一端部140aで画像を入力し、左眼用イメージングファイバ140Lの他端部140bから画像を出力したものである。
Therefore, the size of the one end portion 40a and the other end portion 40b of the left-eye imaging fiber 40L are set so as to cancel the optical distortion caused by the left-eye main optical system 30L and the visor 21 and further enlarge and reduce the image. (The size of one end of the optical fiber 41 is different from the size of the other end), the arrangement of the optical fibers 41 at the one end 40a of the left-eye imaging fiber 40L, and the left eye The arrangement of the optical fibers 41 in the other end portion 40b of the imaging fiber 40L is made different.
Here, a method for canceling the optical distortion caused by the left-eye main optical system 30L and the visor 21 will be described. FIG. 3 is a diagram for explaining a method of canceling optical distortion.
In FIG. 3A, an image is input at one end 40a of the left-eye imaging fiber 40L so as to cancel the optical distortion caused by the left-eye main optical system 30L and the visor 21, and the left-eye imaging fiber 40L An image is output from the other end portion 40b. On the other hand, FIG. 3B shows one end of the imaging fiber 140L for the left eye without canceling the optical distortion caused by the main optical system 30L for the left eye and the visor 21. The image is input by the unit 140a, and the image is output from the other end 140b of the imaging fiber 140L for the left eye.

図3(b)では、左眼用イメージングファイバ140Lの一端部140aで入力した画像が、そのままの画像として導かれる。その後、その画像が、左眼用メイン光学系30Lとバイザ21の反射面とを通して、装着者Pの左眼ELに導かれる。その結果、装着者Pの左眼ELは、光学歪が生じた画像を認識することになる。
しかし、図3(a)では、左眼用イメージングファイバ40Lの一端部40aから入力した画像が、光学歪を考慮した画像として導かれる。その後、その画像が、左眼用メイン光学系30Lとバイザ21の反射面とを通して、装着者Pの左眼ELに導かれる。その結果、装着者Pの左眼ELは、光学歪を相殺した画像を認識することになる。
In FIG. 3B, the image input at the one end portion 140a of the left-eye imaging fiber 140L is guided as it is. Thereafter, the image is guided to the left eye EL of the wearer P through the main optical system 30L for the left eye and the reflecting surface of the visor 21. As a result, the left eye EL of the wearer P recognizes an image in which optical distortion has occurred.
However, in FIG. 3A, the image input from the one end portion 40a of the left-eye imaging fiber 40L is guided as an image considering optical distortion. Thereafter, the image is guided to the left eye EL of the wearer P through the main optical system 30L for the left eye and the reflecting surface of the visor 21. As a result, the left eye EL of the wearer P recognizes an image in which the optical distortion is canceled.

また、左眼用イメージングファイバ40Lは、プラスチック等で作成し、屈曲可能となっている。そのため、左眼用メイン光学系30Lの近傍という制約はなく、左眼用暗視モジュール2Lを配置することができる。よって、左眼用暗視モジュール2Lの光軸と装着者Pの左眼ELの視軸をより一致した状態にすることも可能となり、かつ、重心が極端に偏ることがないようなヘルメット20における最適な位置に左眼用暗視モジュール2Lを配置することができる。
なお、右眼用イメージングファイバ40Rも、左眼用イメージングファイバ40Lと同様に使用されている。
The left-eye imaging fiber 40L is made of plastic or the like and can be bent. Therefore, there is no restriction on the vicinity of the left-eye main optical system 30L, and the left-eye night-vision module 2L can be arranged. Therefore, in the helmet 20 in which the optical axis of the left-eye night-vision module 2L and the visual axis of the left eye EL of the wearer P can be made more coincident and the center of gravity is not extremely biased. The left-eye night-vision module 2L can be arranged at an optimal position.
The right-eye imaging fiber 40R is used in the same manner as the left-eye imaging fiber 40L.

以上のように、HMD1によれば、装着者Pに観察対象物を可能な限り両眼の視軸間隔を近づけることが可能となり、実際の距離感に近い状態で視認することができる。また、重心が極端に前方に偏ることもない。   As described above, according to the HMD 1, it is possible to bring the observation object close to the wearer P as close as possible to the visual axis distance of both eyes, and it is possible to visually recognize the object close to the actual sense of distance. Further, the center of gravity does not extremely bias forward.

<第二の実施形態>
図4は、本発明の一実施形態であるHMD(頭部装着型表示装置)の概略構成を示す側面図であり、図5は、図4に示すHMDの平面図である。なお、HMD1と同様のものについては、同じ符号を付している。
HMD1は、バイザ21を有するヘルメット20と、左眼用外界画像を取得する左眼用暗視モジュール2Lと、右眼用外界画像を取得する右眼用暗視モジュール2Rと、左眼用画像をバイザ21に投影する左眼用メイン光学系30Lと、右眼用画像をバイザ21に投影する右眼用メイン光学系30Rと、左眼用暗視モジュール2Lと左眼用メイン光学系30Lとの間を画像伝送する左眼用イメージングファイバ40Lと、右眼用暗視モジュール2Rと右眼用メイン光学系30Rとの間を画像伝送する右眼用イメージングファイバ40Rと、左眼用表示画像をバイザ21に投影する左眼用フラットパネル(左眼用表示手段)33Lと、右眼用表示画像をバイザ21に投影する右眼用フラットパネル(右眼用表示手段)33Rと、左眼用フラットパネル33L及び右眼用フラットパネル33Rに左眼用画像信号及び右眼用画像信号を出力する画像信号処理部(制御部)3とを備える。
<Second Embodiment>
FIG. 4 is a side view showing a schematic configuration of an HMD (head-mounted display device) according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a plan view of the HMD shown in FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing similar to HMD1.
The HMD 1 includes a helmet 20 having a visor 21, a left-eye night-vision module 2L that acquires a left-eye external image, a right-eye night-vision module 2R that acquires a right-eye external image, and a left-eye image. The left-eye main optical system 30L that projects onto the visor 21, the right-eye main optical system 30R that projects the right-eye image onto the visor 21, the left-eye night vision module 2L, and the left-eye main optical system 30L A left-eye imaging fiber 40L for transmitting an image between the right-eye night vision module 2R and the right-eye main optical system 30R, and a left-eye display image for a visor. Left-eye flat panel (left-eye display means) 33L projected onto the right eye 21, right-eye flat panel (right-eye display means) 33R onto which the right-eye display image is projected onto the visor 21, and left-eye flatness And an image signal processing unit (control unit) 3 which outputs an image signal and an image signal for the right eye left eye channel 33L and the right-eye flat panel 33R.

映像信号処理部3が実行する制御・演算内容を機能ごとに分けて説明すると、画像を生成する表示画像生成部3aと、左眼用画像信号を左眼用フラットパネル33Lに出力する左眼用画像信号出力部3bと、右眼用画像信号を右眼用フラットパネル33Rに出力する右眼用画像信号出力部3cとを有する。
表示画像生成部3aは、左眼用表示画像と右眼用表示画像とを生成する制御を行う。
The control and calculation contents executed by the video signal processing unit 3 will be described separately for each function. The display image generation unit 3a that generates an image and the left-eye image signal that is output to the left-eye flat panel 33L. The image signal output unit 3b and the right-eye image signal output unit 3c that outputs the right-eye image signal to the right-eye flat panel 33R.
The display image generation unit 3a performs control to generate a left eye display image and a right eye display image.

左眼用フラットパネル33Lは、左眼用画像信号に基づいて、左眼用表示画像を出射する。そして、左眼用フラットパネル33Lの前方には、光学カップリング素子34Lを配置する。光学カップリング素子34Lは、2方向から入力した画像を光学的に重畳する機能を有する。これにより、左眼用イメージングファイバ40Lから出射された左眼用画像と、左眼用フラットパネル33Lから出射された左眼用表示画像とが、光学カップリング34Lで重畳され、左眼用メイン光学系30L及びバイザ21を介して装着者Pの左眼ELに導かれる。よって、左眼用表示画像を左眼用画像に重畳して表示することができるようになっている。
なお、右眼用フラットパネル33R及び光学カップリング素子34Rも、左眼用フラットパネル33L及び光学カップリング素子34Lと同様に使用されている。
The left-eye flat panel 33L emits a left-eye display image based on the left-eye image signal. An optical coupling element 34L is arranged in front of the left eye flat panel 33L. The optical coupling element 34L has a function of optically superimposing images input from two directions. As a result, the left-eye image emitted from the left-eye imaging fiber 40L and the left-eye display image emitted from the left-eye flat panel 33L are superimposed by the optical coupling 34L, and the left-eye main optical It is guided to the left eye EL of the wearer P through the system 30L and the visor 21. Therefore, the left-eye display image can be displayed superimposed on the left-eye image.
The right-eye flat panel 33R and the optical coupling element 34R are used in the same manner as the left-eye flat panel 33L and the optical coupling element 34L.

以上のように、HMD50によれば、装着者Pに観察対象物を可能な限り正確な距離で視認させることができる。また、重心が前方に偏ることもない。   As described above, according to the HMD 50, the wearer P can visually recognize the observation object at the most accurate distance possible. Further, the center of gravity does not deviate forward.

本発明は、例えば、ヘリコプタや航空機のパイロット等に、外界画像を提供する頭部装着型表示装置等に利用することができる。   The present invention can be used for, for example, a head-mounted display device that provides an external image to a helicopter, an aircraft pilot, or the like.

1、50、60 HMD(頭部装着型表示装置)
2L 左眼用暗視モジュール(イメージインテンシファイア及び光学系)
2R 右眼用暗視モジュール(イメージインテンシファイア及び光学系)
20 ヘルメット(又はヘッドギア等の頭部保持装置)
21 バイザ(又はコンバイナ)
30L 左眼用メイン光学系
30R 右眼用メイン光学系
40L 左眼用イメージングファイバ
40R 右眼用イメージングファイバ
41 光ファイバ
EL 左眼
ER 右眼
P 装着者(観察者)
1, 50, 60 HMD (head-mounted display device)
2L Night-eye night vision module (image intensifier and optical system)
2R Night-eye night vision module (image intensifier and optical system)
20 Helmet (or head holding device such as headgear)
21 Visor (or combiner)
30L Main optical system for left eye 30R Main optical system for right eye 40L Imaging fiber for left eye 40R Imaging fiber for right eye 41 Optical fiber EL Left eye ER Right eye P Wearer (observer)

Claims (3)

光学系及びその光学系から入射した光を増幅する機能を有する暗視モジュールと、
観察者の眼の前方に配置されるバイザ又はコンバイナと、
前記暗視モジュール、並びに、バイザ又はコンバイナが取り付けられた頭部保持装置と、
前記暗視モジュールで増幅した画像を、前記バイザ又はコンバイナにメイン光学系を介して投影する画像伝送手段とを備える頭部装着型表示装置であって、
その暗視モジュールとメイン光学系との間を画像伝送する画像伝送手段として、複数本の光ファイバが束ねられたイメージングファイバを用い、
前記イメージングファイバは、屈曲可能となっており、
各光ファイバの一端部でそれぞれ画像を入力し、各光ファイバの他端部に画像をそれぞれ画像伝送することにより、前記イメージングファイバの他端部からバイザ又はコンバイナに画像を出力することを特徴とする頭部装着型表示装置。
An optical system and a night vision module having a function of amplifying light incident from the optical system;
A visor or combiner placed in front of the observer's eyes;
A head holding device to which the night vision module and a visor or combiner are attached;
A head-mounted display device comprising image transmission means for projecting an image amplified by the night vision module onto the visor or combiner via a main optical system,
As an image transmission means for transmitting an image between the night vision module and the main optical system, an imaging fiber in which a plurality of optical fibers are bundled is used.
The imaging fiber is bendable,
An image is input to one end of each optical fiber, and an image is transmitted to the other end of each optical fiber, thereby outputting an image from the other end of the imaging fiber to a visor or combiner. Head-mounted display device.
光ファイバの一端部の断面積のサイズと、当該光ファイバの他端部の断面積のサイズとを異なった構成にすることにより、画像の拡大・縮小を行うこと、及び/又は、イメージングファイバの一端部における各光ファイバの配列と、当該イメージングファイバの他端部における各光ファイバの配列とを異なった構成にすることにより、前記メイン光学系、並びに、バイザ又はコンバイナによって生じる光学歪を相殺することを特徴とする請求項1に記載の頭部装着型表示装置。 By making the cross-sectional area size of one end of the optical fiber different from the cross-sectional area size of the other end of the optical fiber, the image can be enlarged / reduced and / or the imaging fiber By making the arrangement of the optical fibers at one end different from the arrangement of the optical fibers at the other end of the imaging fiber, the optical distortion caused by the main optical system and the visor or combiner is canceled out. The head-mounted display device according to claim 1. 表示画像を生成する制御部と、
前記制御部で生成した表示画像を、暗視モジュールで増幅した画像に重畳し、メイン光学系を介してバイザ又はコンバイナに投影する表示手段とを備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の頭部装着型表示装置。
A control unit for generating a display image;
3. A display unit that superimposes a display image generated by the control unit on an image amplified by a night vision module and projects the image on a visor or a combiner via a main optical system. The head-mounted display device described in 1.
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