DE112018005082T5

DE112018005082T5 - Head-mounted display

Info

Publication number: DE112018005082T5
Application number: DE112018005082.3T
Authority: DE
Inventors: Toshimi Kobayashi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2018-07-26
Publication date: 2020-08-06
Also published as: JP2019082531A; WO2019087483A1; US11500213B2; US20200319468A1

Abstract

[Problem]Vorschlagen eines Head-Mounted Displays, das in der Lage ist, Verformung oder Beschädigung einer Bildanzeigevorrichtung durch eine externe Kraft, die auf einen Abschnitt der Bildanzeigevorrichtung ausgeübt wird, zu unterdrücken.[Lösung]Ein Head-Mounted Display umfasst ein Gestell, das an dem Kopf eines Betrachters zu montieren ist, und eine Bildanzeigevorrichtung, die mit der Mitte in der horizontalen Richtung des Gestells gekoppelt ist. Die Bildanzeigevorrichtung umfasst eine Bilderzeugungsvorrichtung und ein Optikelement, das mit der Bilderzeugungsvorrichtung gekoppelt und vor dem rechten und linken Auge des Betrachters angeordnet ist. Das Head-Mounted Display umfasst einen Drehungseinschränkungsteil, der dem Optikelement oder einem Erweiterungsteil, der sich um einen vorgeschriebenen Abstand in der Längsrichtung von dem Optikelement erstreckt, gegenüberliegend angeordnet ist.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Head-Mounted Display.
Hintergrund
Seit einigen Jahren sind Head-Mounted Displays bekannt, die durch Tragen auf einem Kopf eines Betrachters (Benutzers) verwendet werden. Das Head-Mounted Display bewirkt, dass ein Optiksystem für virtuelle Bilder ein durch eine Bilderzeugungsvorrichtung erzeugtes zweidimensionales Bild als vergrößertes virtuelles Bild anzeigt und veranlasst zum Beispiel den Betrachter, das Bild zu betrachten.
Die Patentdokumente 1 und 2 offenbaren eine Struktur, bei der in einem Head-Mounted Display für Binokularsehen Lichtleiterplatten für ein linkes und rechtes Optikmodul durch ein Verbindungselement miteinander verbunden sind und das Verbindungselement an einem Mittelteil montiert ist, der sich zwischen dem linken und rechten Auge eines Betrachters an einem Vorderteil eines Gestells befindet. Ferner offenbart das Patentdokument 3 eine Struktur, bei der in einem Head-Mounted Display für Binokularsehen eine Bildanzeigevorrichtung, in der Lichtleiterplatten von einem linken und rechten Optikmodul durch eine Verbindungsplatte verbunden sind, an einem Mittelteil montiert ist, der sich zwischen dem linken und rechten Auge eines Betrachters an einem Vorderteil eines Gestells befindet.
Bei den in den Patentdokumenten 1 bis 3 offenbarten Strukturen ist es möglich, eine Verformung der Optikmodule zu verhindern, selbst wenn das Gestell gebogen wird, weil ein Bügelteil nach außen gedehnt wird, wenn ein Benutzer das Gestell auf dem Kopf trägt. Daher ist es möglich, eine Variation zwischen dem linken und rechten Konvergenzwinkel zu reduzieren.
Anführungsliste
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 4674634
Patentdokument 2: Japanisches Patent Nr. 4858512
Patentdokument 3: Japanisches Patent Nr. 5678460

Kurzdarstellung
Technisches Problem
Wenn jedoch bei den in den Patentdokumenten 1 und 2 beschriebenen Head-Mounted Displays eine externe Kraft direkt auf die Bildanzeigevorrichtung ausgeübt wird, können die Konvergenzwinkel aufgrund der Verformung der Lichtleiterplatten variieren. Wenn außerdem die direkt auf die Bildanzeigevorrichtung ausgeübte externe Kraft übermäßig zunimmt, können die Lichtleiterplatten beschädigt werden. Zum Beispiel, falls das Gestell festsitzt, wenn der Benutzer das Head-Mounted Display vom Kopf abnimmt, während er das linke und rechte Optikmodul hält, bewegen sich nur die Optikmodule, und eine Drehkraft um eine Verbindungsposition des Verbindungselements bei Ansicht des Kopfes von oben wirkt auf die Lichtleiterplatten. Aufgrund dieser Kraft können die Lichtleiterplatten verformt werden, und die Konvergenzwinkel können variieren, oder die Lichtleiterplatten können beschädigt werden.
Um eine Verformung und Beschädigung der Lichtleiterplatten, wie oben beschrieben, zu verhindern und die Konvergenzwinkel zu sichern, kann es möglich sein, ein äußerst starres Element, z. B. aus Magnesium-Druckguss oder Aluminium-Druckguss, mit hoher Genauigkeit zu verarbeiten und die Peripherien der Lichtleiterplatten abzustützen, wie z. B. bei der Fassung einer Brille. Wenn jedoch die Peripherien der Lichtleiterplatten durch das äußerst starre Element abgestützt werden, wie oben beschrieben, kann das Element in einem Sichtfeld erscheinen, und die Sichtbarkeit kann reduziert werden.
Außerdem sind bei dem in Patentdokument 3 beschriebenen Head-Mounted Display die Lichtleiterplatten des linken und rechten Optikmoduls mittels der Verbindungsplatte verbunden, so dass die Beeinträchtigung der Sichtbarkeit reduziert wird. Bei dem in Patentdokument 3 beschriebenen Head-Mounted Display besteht jedoch trotzdem die Möglichkeit, dass die Lichtleiterplatten abhängig von der Stärke der Verbindungsplatte verformt oder beschädigt werden können.
Daher wird in der vorliegenden Offenbarung ein neuartiges und modifiziertes Head-Mounted Display vorgeschlagen, das fähig ist, Verformung oder Beschädigung einer Bildanzeigevorrichtung aufgrund von Konzentration einer externen Kraft auf einen Teil der Bildanzeigevorrichtung zu verhindern.
Lösung des Problems
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein Head-Mounted Display bereitgestellt, das Folgendes einschließt: ein Gestell, das auf einem Kopf eines Betrachters getragen wird; eine Bildanzeigevorrichtung, die mit einem Mittelteil des Gestells in einer Links-Rechts-Richtung verbunden ist und eine Bilderzeugungsvorrichtung enthält; und ein Optikelement, das mit der Bilderzeugungsvorrichtung verbunden und vor dem linken und rechten Auge des Betrachters angeordnet ist; und eine Drehungseinschränkungseinheit, die gegenüber dem Optikelement und einem erweiterten Teil, der sich von dem Optikelement erstreckt, über einem vorbestimmten Spalt in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung des Optikelements angeordnet ist.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Wie oben beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Offenbarung möglich, ein Head-Mounted Display bereitzustellen, das fähig ist, Verformung oder Beschädigung einer Bildanzeigevorrichtung aufgrund von Konzentration einer externen Kraft auf einen Teil der Bildanzeigevorrichtung zu verhindern.
Ferner sind die oben beschriebenen Effekte nicht einschränkend. Das heißt, mit den obigen Effekten oder an ihrer Stelle kann jeder der in dieser Spezifikation beschriebenen Effekte, oder ein anderer Effekt, der anhand dieser Spezifikation erkennbar ist, erzielt werden.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht eines Head-Mounted Displays gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine Vorderansicht des Head-Mounted Displays gemäß der Ausführungsform.
3 ist eine perspektivische Vorderansicht des Head-Mounted Displays gemäß der Ausführungsform.
4 ist eine perspektivische Rückansicht des Head-Mounted Displays gemäß der Ausführungsform.
5 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Head-Mounted Displays gemäß der Ausführungsform.
6 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Optikmoduls des Head-Mounted Displays gemäß der Ausführungsform.
7 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Zustands, in dem eine externe Kraft auf ein konventionelles Head-Mounted Display ausgeübt wird.
8 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Konfigurationsbeispiels einer Drehungseinschränkungseinheit gemäß der Ausführungsform.
9 ist eine Querschnittsansicht, die ein Konfigurationsbeispiel der Drehungseinschränkungseinheit gemäß der Ausführungsform darstellt.
10 ist eine Querschnittsansicht, die ein Konfigurationsbeispiel einer Drehungseinschränkungseinheit gemäß der Ausführungsform darstellt.
11 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Grenzverschiebungsbetrag einer Lichtleiterplatte und einer Verbindungsplatte in Bezug auf eine Last darstellt.
12 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Verschiebungsbetrags eines einzelnen Verstärkungselements in Bezug auf eine Last.
13 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Konfigurationsbeispiels einer Auf-Ab-Bewegungseinschränkungseinheit gemäß der Ausführungsform.
14 ist eine perspektivische Vorderansicht des Head-Mounted Displays gemäß einer ersten Modifikation.
15 ist eine Querschnittsteilansicht des Head-Mounted Displays gemäß der ersten Modifikation.
16 ist eine perspektivische Vorderansicht des Head-Mounted Displays gemäß einer zweiten Modifikation.
17 ist eine perspektivische Vorderansicht des Head-Mounted Displays gemäß einer dritten Modifikation.

Beschreibung der Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. In dieser Spezifikation und in den Zeichnungen werden Strukturelemente, die im Wesentlichen die gleichen Funktionen und Konfigurationen haben, durch die gleichen Referenzsymbole gekennzeichnet, und wiederholte Erläuterungen der Strukturelemente werden ausgelassen.
Darüber hinaus werden im Folgenden Erläuterungen in der folgenden Reihenfolge gegeben.

1. Gesamtes Konfigurationsbeispiel des Head-Mounted Displays
2. Konfigurationsbeispiel und Betrieb des Optikmoduls
3. Drehungseinschränkungseinheit
4. Modifikationen der Drehungseinschränkungseinheit

In dieser Spezifikation gibt eine „Vorwärts-Rückwärts-Richtung“ eine Richtung an, die entlang einer Vorwärtsrichtung verläuft, in die das Gesicht eines Benutzers gewendet wird, wenn der Benutzer (Betrachter) das Head-Mounted Display auf seinem Kopf trägt, und eine „Links-Rechts-Richtung“ gibt eine Richtung an, die entlang einer Links-Rechts-Richtung des Benutzergesichts verläuft, wenn der Benutzer das Head-Mounted Display auf seinem Kopf trägt. In dieser Spezifikation wird der Begriff „rechts“ oder „links“ in Bezug auf einen Zustand verwendet, in dem das Benutzergesicht von vorn betrachtet wird. Wenn außerdem auf eine „Oberseite“ oder eine „Rückseite“ Bezug genommen wird, gibt die „Oberseite“ eine Vorderseite in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung an, und die „Rückseite“ gibt eine Rückseite in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung an.
<Gesamtes Konfigurationsbeispiel des Head-Mounted Displays>
Zunächst wird ein gesamtes Konfigurationsbeispiel des Head-Mounted Displays 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben. 1 ist eine Draufsicht des Head-Mounted Displays 10. 2 ist eine Vorderansicht des Head-Mounted Displays 10. 3 ist eine perspektivische Vorderansicht des Head-Mounted Displays 10. 4 ist eine perspektivische Rückansicht des Head-Mounted Displays 10. 5 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Head-Mounted Displays 10.
Das Head-Mounted Display 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform schließt ein Gestell 100 und eine Bildanzeigevorrichtung 200 ein. Das Gestell 100 ist ein Teil, das an einem Kopf eines Benutzers montiert wird. Das Gestell 100 umfasst einen Vorderteil 100a, der auf der Vorderseite des Kopfes angeordnet ist, und zwei Bügelteile 100b, die mit dem linken und rechten Ende des Vorderteils 100a verbunden sind. Das Gestell 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die eines für eine normale Brille verwendeten Gestells haben. Ein Material, aus dem das Gestell 100 besteht, kann das gleiche sein wie ein Material, z. B. Metall, Legierung, Kunststoff oder eine Kombination dieser Materialien, aus dem eine normale Brille besteht.
Unterdessen ist das Gestell 100 in der vorliegenden Ausführungsform so konfiguriert, dass der Vorderteil 100a und die Bügelteile 100b einstückig verbunden sind, doch das Gestell 100 kann so konfiguriert sein, dass der Vorderteil 100a und die Bügelteile 100b an einem als Stützpunkt verwendeten Scharnier geklappt werden können.
Die Bildanzeigevorrichtung 200 umfasst ein linkes und ein rechtes Optikmodul 200L und 200R, eine Verbindungsplatte 300, ein Verstärkungselement 600 und ein Verbindungselement 400.
Die beiden Optikmodule 200L und 200R erzeugen virtuelle Bilder für ein linkes und ein rechtes Auge und emittieren Licht zu dem jeweiligen Auge. Das Optikmodul 200L umfasst eine Bilderzeugungsvorrichtung 210L und eine Lichtleitereinheit 230L, die eine Lichtleiterplatte 220L aufweist. Die Bilderzeugungsvorrichtung 210L und die Lichtleiterplatte 220L sind mit einem Klebemittel oder dergleichen miteinander verklebt, so dass eine Position der Bilderzeugungsvorrichtung 210L relativ zu der Lichtleiterplatte 220L nicht falsch ausgerichtet wird. Die Lichtleitereinheit 230L ist an der mittleren Seite in der Links-Rechts-Richtung des Benutzergesichts relativ zu der Bilderzeugungsvorrichtung 210L angeordnet.
Ebenso umfasst das Optikmodul 200R eine Bilderzeugungsvorrichtung 210R und eine Lichtleitereinheit 230R, die eine Lichtleiterplatte 220R aufweist. Die Bilderzeugungsvorrichtung 210R und die Lichtleiterplatte 220R sind mit einem Klebemittel oder dergleichen miteinander verklebt, so dass eine Position der Bilderzeugungsvorrichtung 210R relativ zu der Lichtleiterplatte 220R nicht falsch ausgerichtet wird. Die Lichtleitereinheit 230R ist an einer mittleren Seite in der Links-Rechts-Richtung des Benutzergesichts relativ zu der Bilderzeugungsvorrichtung 210R angeordnet. Auf diese Weise sind die Bilderzeugungsvorrichtungen 210L und 210R einzeln mit den Lichtleiterplatten 220L und 220R verbunden, die als Ganzes auf der mittleren Seite des Gesichts des Benutzers relativ zu den Bilderzeugungsvorrichtungen 210L und 210R angeordnet sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Lichtleiterplatten 220L und 220R ein Beispiel einer optischen Platte in der Technologie der vorliegenden Offenbarung.
Die Lichtleitereinheiten 230L und 230R umfassen Polarisationsplatten (nicht dargestellt) zusätzlich zu den Lichtleiterplatten 220L und 220R und bewirken, dass von den Bilderzeugungsvorrichtungen 210L und 210R emittiertes Licht in die Lichtleiterplatten 220L und 220R eintritt. Die Lichtleitereinheiten 230L und 230R leiten Licht durch Wiederholen von Totalreflexion an den Lichtleiterplatten 220L und 220R und emittieren das Licht auf die Augen des Benutzers. Detaillierte Konfigurationen und der Betrieb der Optikmodule 200L und 200R, die die Lichtleitereinheiten 230L und 230R umfassen, werden später beschrieben.
Die Verbindungsplatte 300 ist mit der Oberseitenfläche der linken und rechten Lichtleiterplatte 220L und 220R verklebt und verbindet das linke und rechte Optikmodul 200L und 200R. Die Verbindungsplatte 300 ist eine transparente Flachglasplatte und besteht zum Beispiel aus gehärtetem Glas. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Verbindungsplatte 300 eine flache Platte, aber sie muss nicht unbedingt eine flache Platte sein, solange es möglich ist, die Lichtleiterplatten 220L und 220R darauf zu montieren.
Insbesondere sind eine Rückseitenfläche der Verbindungsplatte 300 und die Oberseitenflächen der beiden Lichtleiterplatten 220L und 220R an entsprechenden Umfangsabschnitten der Lichtleiterplatten 220L und 220R, zum Beispiel unter Einbeziehung von Wulstabstandshaltern mit Durchmessern von etwa 30 Mikrometern (µm) (nicht dargestellt), mittels Klebemitteln verklebt. Dementsprechend sind die beiden Lichtleiterplatten 220L und 220R in einer Weise mit der Verbindungsplatte 300 verklebt, dass ein Mikroluftraum zwischen der Verbindungsplatte 300 und jeder der Lichtleiterplatten 220L und 220R gebildet wird, so dass die beiden Optikmodule 200L und 200R miteinander verbunden werden. In der vorliegenden Ausführungsform müssen die Oberseitenflächen der beiden Lichtleiterplatten 220L und 220R als interne Totalreflexionsflächen fungieren, so dass ein Luftraum zwischen der Verbindungsplatte 300 und jeder der Lichtleiterplatten 220L und 220R gebildet wird.
Unterdessen sind in der vorliegenden Ausführungsform die Lichtleiterplatten 220L und 220R als ein Beispiel einer optischen Platte, die Polarisationsplatte (nicht dargestellt) und die Verbindungsplatte 300 vor dem linken und rechten Auge des Benutzers einstückig angeordnet und besitzen Funktionen als Optikelement in der Technologie der vorliegenden Offenbarung. Außerdem kann das Optikelement ein Deckglas einschließen, das eine entgegengesetzte Seite der Verbindungsplatte 300 über die Lichtleiterplatten 220L und 220R, d. h. die Lichtleiterplatten 220L und 220R, die auf den Rückseitenflächen der Lichtleiterplatten 220L und 220R angeordnet sind, schützt.
Das Verbindungselement 400 verbindet die Bildanzeigevorrichtung 200 mit dem Vorderteil 100a des Gestells 100. Das Verbindungselement 400 ist mit einem Mittelteil der Verbindungsplatte 300 auf der Rückseitenfläche der Verbindungsplatte 300, die der Seite des Benutzergesichts zugewandt ist, verklebt. Als Material des Verbindungselements 400 sind Kunststoff, Glasfaser, Kohlenstoff, Metall wie z. B. Aluminium, Magnesium, Edelstahl oder Titan, Legierung oder eine Kombination dieser Materialien wünschenswert.
Das Verbindungselement 400 umfasst eine Metallplatte 400a als Verstärkungsmaterial und ein Gestellmontageelement 450. Ein Nasenpad 500 ist an dem Verbindungselement 400 angebracht. Die Metallplatte 400a und das Gestellmontageelement 450 sind als integrierte Strebe ausgebildet, und die Metallplatte 400a und das Gestellmontageelement 450 sind mit einem Klebemittel oder dergleichen in der Links-Rechts-Richtung mit dem Mittelteil der Verbindungsplatte 300 verklebt. Das Verbindungselement 400 kann in einer beliebigen Form, z. B. als Rechteck, ausgebildet sein.
Das Verbindungselement 400 ist, zum Beispiel mittels einer Schraube, an einem Mittelteil (der einem Brückenteil einer normalen Brille entspricht) des Vorderteils 100a, der sich zwischen den beiden Augen des Benutzers befindet, befestigt. Daher ist die Bildanzeigevorrichtung 200 nur mit dem Mittelteil des Vorderteils 100a in der Links-Rechts-Richtung verbunden. Das Verbindungselement 400 hat außerdem die Funktion, den Mittelteil der Verbindungsplatte 300 in der Links-Rechts-Richtung zu verstärken und die Steifigkeit der Verbindungsplatte 300 zu erhöhen.
Das Verstärkungselement 600 verstärkt die Verbindungsplatte 300 auf einer Oberseitenfläche des Mittelteils der Verbindungsplatte 300. Ein Mittelteil des Verstärkungselements 600 ist mit dem Mittelteil der Verbindungsplatte 300 auf der Oberseitenfläche der Verbindungsplatte 300, die der entgegengesetzten Seite der Benutzergesichtsseite zugewandt ist, verklebt. Mit anderen Worten, der Mittelteil des Verstärkungselements 600 ist mit einer Rückflächenseite einer Klebefläche in Bezug auf das Verbindungselement 400 in der Verbindungsplatte 300 verklebt. Das Verstärkungselement 600 ist, zum Beispiel mit einem Klebemittel oder dergleichen, mit dem Mittelteil der Verbindungsplatte 300 verklebt. Als Material des Verstärkungselements 600 sind Kunststoff, Glasfaser, Kohlenstoff, Metall wie z. B. Aluminium, Magnesium, Edelstahl oder Titan, Legierung oder eine Kombination dieser Materialien wünschenswert.
Bei dem Head-Mounted Display 10 in Brillenausführung gemäß der vorliegenden Ausführungsform verbindet und stützt die Verbindungsplatte 300 die beiden linken und rechten Optikmodule 200L und 200R. Die Lichtleiterplatten 220L und 220R sind jeweils mit der linken und rechten Seite der Verbindungsplatte 300, mit Ausnahme des Mittelteils der Verbindungsplatte 300, verklebt und mit der Verbindungsplatte 300 integriert. Die Verbindungsplatte 300 hat eine Aussparung an dem Mittelteil, die einer Position einer Nase des Benutzers entspricht, und daher neigt die Verbindungsplatte 300 zum Verziehen, weshalb die Durchschlagsfestigkeit in der Nähe der Aussparung wahrscheinlich reduziert ist. Daher ist das Verbindungselement 400 mit der Rückseitenfläche des Mittelteils der Verbindungsplatte 300 verklebt, und der Mittelteil des Verstärkungselements 600 ist mit der Oberseitenfläche des Mittelteils der Verbindungsplatte 300 verklebt. Bei dieser Konfiguration wird der Mittelteil der Verbindungsplatte 300 verstärkt.
Außerdem sind die Verbindungsplatte 300 und die Lichtleiterplatten 220L und 220R durch Schienen 800 an den Außenkantenabschnitten beider Enden davon verstärkt und an den Oberseiten der beiden Bilderzeugungsvorrichtungen 210L und 210R befestigt (siehe 3 und 5). Bei dem Head-Mounted Display 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Metallplatte 400a des Verbindungselements 400 und der Mittelteil des Verstärkungselements 600 mit dem Mittelteil der Verbindungsplatte 300 verklebt, und die beiden Kanten der Verbindungsplatte 300 und der Lichtleiterplatten 220L und 220R werden von den Schienen 800 gehalten, so dass die Durchschlagsfestigkeit der Verbindungsplatte 300 erhöht wird.
Das Verstärkungselement 600 weist Verstärkungsteile 610L und 610R auf, die sich von dem mit der Verbindungsplatte 300 verklebten Mittelteil nach links und rechts erstrecken, und hat eine horizontal symmetrische Form. Die Verstärkungsteile 610L und 610R weisen Einschränkungsrippen 620L und 620R auf, die von den Oberseiten nach oben vorstehen. Teile der Einschränkungsrippen 620L und 620R sind in den Einschränkungsnuten 110L und 110R angeordnet, die unterhalb einer Unterseite des Vorderteils 100a des Gestells 100 angeordnet sind (siehe 1). Die Einschränkungsrippen 620L und 620R des Verstärkungselements 600 und die Einschränkungsnuten 110L und 110R des Vorderteils 100a haben Funktionen, die einen Bewegungsbereich einer relativen Drehung zwischen dem Gestell 100 und der Bildanzeigevorrichtung 200 in einer kooperativen Weise einschränken.
Zum Beispiel sind in dem einen Optikmodul 200R die Einschränkungsrippe 620R des Verstärkungselements 600 und die Einschränkungsnut 110R des Vorderteils 100a so angeordnet, dass sie in einem Zustand, in dem keine externe Kraft auf die Bildanzeigevorrichtung 200 ausgeübt wird, zumindest in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung nicht miteinander in Kontakt kommen. Insbesondere die Einschränkungsrippe 620R ist gegenüber mindestens einer Seitenfläche unter den Seitenflächen der Einschränkungsnut 110R des Vorderteils 100a, die der Benutzergesichtsseite zugewandt ist, über einem vorbestimmten Spalt in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung angeordnet. Bei dem anderen Optikmodul 200L ist die Einschränkungsrippe 620L ist gegenüber mindestens einer Seitenfläche unter den Seitenflächen der Einschränkungsnut 110L des Vorderteils 100a, die der Benutzergesichtsseite zugewandt ist, über einem vorbestimmten Spalt in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung angeordnet. Bei dieser Konfiguration ist es möglich, eine Verformung der Bildanzeigevorrichtung 200 zu reduzieren, wenn der linke und rechte Bügelteil 100b des Gestells 100 in einem Fall, in dem der Benutzer das Head-Mounted Display 10 auf dem Kopf trägt, gedehnt werden.
Darüber hinaus, wenn der Benutzer beispielsweise die Bilderzeugungsvorrichtung 210R hält und nach vorn bewegt, und falls das Gestell 100 am Gesicht festsitzt und nur die Bildanzeigevorrichtung 200 sich dreht, kommt die auf dem Verstärkungsteil 610R des Verstärkungselements 600 angeordnete Einschränkungsrippe 620R mit einer Seitenfläche der Einschränkungsnut 110R des Vorderteils 100a des Gestells 100 in Kontakt. Bei dieser Konfiguration wird ein Bewegungsbereich einer relativen Drehung der Bildanzeigevorrichtung 200 um eine Verbindungsposition, an der das Gestell 100 und die Bildanzeigevorrichtung 200 durch das Verbindungselement 400 verbunden sind, eingeschränkt. Daher, wenn eine externe Kraft auf die Bildanzeigevorrichtung 200 ausgeübt wird, ist es möglich, eine Verformung oder Beschädigung des Verbindungselements 400 aufgrund einer übermäßigen Zunahme einer Kraft, die auf das Verbindungselement 400 wirkt, zu verhindern.
Die Formen der Einschränkungsrippen 620L und 620R und der Einschränkungsnuten 110L und 110R sind nicht speziell begrenzt. Die Einschränkungsrippen 620L und 620R können in Balkenformen oder Plattenformen ausgebildet sein, oder sie können in anderen geeigneten dreidimensionalen Formen ausgebildet sein. Die Einschränkungsnuten 110L und 110R können in geeigneten Formen ausgebildet sein, solange zumindest Teile der Einschränkungsrippen 620L und 620R in den Einschränkungsnuten 110L und 110R angeordnet werden können. In diesem Fall können die Einschränkungsnuten 110L und 110R so ausgebildet sein, dass von oberhalb des Benutzers betrachtete dreidimensionale Formen oder zweidimensionale Formen den dreidimensionalen Formen oder zweidimensionalen Formen der Einschränkungsrippen 620L und 620R ähnlich sind oder davon abweichen.
Darüber hinaus sind die Einschränkungsnuten 110L und 110R nicht auf konkave Abschnitte, die auf der Unterseite des Vorderteils 100a angeordnet sind, beschränkt, sondern können als Löcher ausgebildet sein, die den Vorderteil 100a in einer vertikalen Richtung durchdringen.
Unterdessen ist es ausreichend, dass der Spalt zwischen der Einschränkungsrippe 620R, die ein Teil der Bildanzeigevorrichtung 200 ist, und der Seitenfläche der Einschränkungsnut 110R, die ein Teil des Gestells 100 ist, zumindest dann gebildet wird, wenn das Head-Mounted Display 10 getragen wird. Mit anderen Worten, es ist ausreichend, dass der Spalt in einer Weise gebildet wird, dass der linke und rechte Bügelteil 100b des Gestells 100 gedehnt werden, wenn das Head-Mounted Display 10 getragen wird.
Außerdem weisen die Verstärkungsteile 610L und 610R Nutenabschnitte 630L und 630R auf (siehe 1 und 5), in denen die oberen Endabschnitte der Lichtleiterplatten 220L und 220R des linken und rechten Optikmoduls 200L und 200R und der Verbindungsplatte 300 angeordnet sind. Die Nutenabschnitte 630L und 630R sind auf den jeweiligen Unterseiten des linken und rechten Verstärkungsteils 610L und 610R angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform haben die Nutenabschnitte 630L und 630R des Verstärkungselements 600 Funktionen zum Einschränken der Drehbewegungsbereiche der Lichtleiterplatten 220L und 220R und der Verbindungsplatte 300.
Eingriffsnuten 31 sind in beiden Endabschnitten des linken und rechten Verstärkungsteils 610L und 610R angeordnet. Die Eingriffsnuten 31 stehen mit Eingriffsvorsprüngen 41, die an den Bilderzeugungsvorrichtungen 210L und 210R angeordnet sind, im Eingriff. Die Eingriffsnuten 31 des Verstärkungselements 600 und die Eingriffsvorsprünge 41 der Bilderzeugungsvorrichtungen 210L und 210R haben Funktionen, um eine Verlagerung zwischen den Lichtleiterplatten 220L und 220R, der Verbindungsplatte 300 und den Nutenabschnitten 630L und 630R in einer vertikalen Richtung in einer kooperativen Weise einzuschränken.
Eine Verdrahtung 700, die zum Beispiel mit einem Personal Computer (PC) verbunden ist, erstreckt sich von der Bilderzeugungsvorrichtung 210L, die eine der beiden Bilderzeugungsvorrichtungen 210L und 210R ist (siehe 1), und Bilddaten werden von dem PC zu der Bilderzeugungsvorrichtung 210L übertragen. Die eine Bilderzeugungsvorrichtung 210L und die andere Bilderzeugungsvorrichtung 210R sind über ein flexibles Verdrahtungssubstrat (nicht dargestellt), das zum Beispiel auf einer Oberseite der Verbindungsplatte 300 angeordnet ist, miteinander verbunden, und Bilddaten werden von dem PC auch zu der anderen Bilderzeugungsvorrichtung 210R übertragen. Die Verdrahtung 700 kann mit der anderen Bilderzeugungsvorrichtung 210R verbunden sein. Ferner kann die Verdrahtung mit jeder der beiden Bilderzeugungsvorrichtungen 210L und 210R verbunden sein. Der PC und die beiden Bilderzeugungsvorrichtungen 210L und 210R können Datenkommunikation in einer drahtlosen Weise durchführen.
<Konfigurationsbeispiel und Betrieb des Optikmoduls>
Ein Konfigurationsbeispiel und der Betrieb der beiden Optikmodule 200L und 200R werden nachstehend unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist ein konzeptuelles Diagramm des Optikmoduls 200R, das eines der beiden Optikmodule 200L und 200R ist. Das Optikmodul 200L ist so angeordnet, dass es bilateral symmetrisch zu dem Optikmodul 200R ist, und hat die gleiche Struktur wie die des Optikmoduls 200R, weshalb eine Erläuterung des Optikmoduls 200L ausgelassen wird.
Das Optikmodul 200R weist die Bilderzeugungsvorrichtung 210R und die Lichtleitereinheit 230R auf. Die Bilderzeugungsvorrichtung 210R weist eine Bilderzeugungseinheit 211 und eine Kollimatoroptik 212 auf. Die Bilderzeugungseinheit 211 und die Kollimatoroptik 212 sind in einem Gehäuse 213 (durch eine Kettenlinie angegeben) untergebracht. Eine Öffnung (nicht dargestellt) ist in dem Gehäuse 213 angeordnet, und Licht wird von der Kollimatoroptik 212 durch die Öffnung emittiert. Das Gehäuse 213 ist mit der Lichtleitereinheit 230R verklebt.
Die Bilderzeugungseinheit 211 weist eine Vielzahl von Pixeln auf, die in der Weise einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind. Die Kollimatoroptik 212 bewirkt, dass das von den Pixeln der Bilderzeugungseinheit 211 emittierte Licht paralleles Licht wird. Das Licht, das durch die Kollimatoroptik 212 in paralleles Licht umgewandelt wird, trifft auf die Lichtleiterplatte 220R auf, von wo es geleitet und emittiert wird.
Die Bilderzeugungseinheit 211 umfasst eine Lichtquelle 211a, eine Flüssigkristalldisplay (LCD)-Vorrichtung 211b und einen polarisierenden Strahlteiler 211c. Die Flüssigkristalldisplayvorrichtung 211b und der polarisierende Strahlteiler 211c stellen eine reflektive Raumlichtmodulationseinheit dar. Die Flüssigkristalldisplayvorrichtung 211b ist zum Beispiel mit einem Flüssigkristall auf Silizium (LCOS) als Glühlampe ausgebildet. Der polarisierende Strahlteiler 211c reflektiert einen Teil des von der Lichtquelle 211a emittierten Lichts, leitet das Licht zu der Flüssigkristalldisplayvorrichtung 211b, überträgt einen Teil des von der Flüssigkristalldisplayvorrichtung 211b reflektierten Lichts, und leitet das Licht zu der Kollimatoroptik 212.
Die Flüssigkristalldisplayvorrichtung 211b weist eine Vielzahl von Pixeln auf, die in der Weise einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind. Der polarisierende Strahlteiler 211c kann eine bekannte Konfiguration oder Struktur haben. Von der Lichtquelle 211a emittiertes nicht polarisiertes Licht trifft auf den polarisierenden Strahlteiler 211c auf. In diesem Fall passiert eine p-polarisierte Komponente des Lichts durch den polarisierenden Strahlteiler 211c und wird zur Außenseite des Systems emittiert. Dagegen wird eine s-polarisierte Komponente des Lichts durch den polarisierenden Strahlteiler 211c reflektiert, trifft auf die Flüssigkristalldisplayvorrichtung 211b auf, wird innerhalb der Flüssigkristalldisplayvorrichtung 211b reflektiert, und wird von der Flüssigkristalldisplayvorrichtung 211b emittiert.
Hier, unter dem von der Flüssigkristalldisplayvorrichtung 211b emittierten Licht, weist das von „Weiß“ repräsentierenden Pixeln emittierte Licht eine große Menge an p-polarisierten Komponenten auf, und das von „Schwarz“ repräsentierenden Pixeln emittierte Licht weist eine große Menge an s-polarisierten Komponenten auf. Daher passieren die p-polarisierten Komponenten in Licht, das von der Flüssigkristalldisplayvorrichtung 211b emittiert wird und auf den polarisierenden Strahlteiler 211c auftrifft, durch den polarisierenden Strahlteiler 211c und werden zu der Kollimatoroptik 212 geleitet. Dagegen werden die s-polarisierten Komponenten durch den polarisierenden Strahlteiler 211c reflektiert und zu der Lichtquelle 211a zurückgeführt.
Die Flüssigkristalldisplayvorrichtung 211b weist zum Beispiel Pixel von 320 x 240 auf, die in der Weise einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind (die Anzahl von Flüssigkristallzellen ist zum Beispiel das Dreifache der Anzahl von Pixeln). Beispielsweise ist die Kollimatoroptik 212 zum Beispiel mit einer Konvexlinse ausgebildet, und die Flüssigkristalldisplayvorrichtung 211b ist an einer Position an einer Brennweite in der Kollimatoroptik 212 angeordnet, um paralleles Licht zu erzeugen. Ferner setzt sich ein einzelner Pixel aus folgenden Subpixeln zusammen: einem Rotlicht emittierenden Subpixel, der eine rote Farbe emittiert, einem Grünlicht emittierenden Subpixel, der eine grüne Farbe emittiert, und einem Blaulicht emittierenden Subpixel, der eine blaue Farbe emittiert.
Die Lichtleitereinheit 230R umfasst eine Lichtleiterplatte 220R, eine erste Polarisationseinheit 240 und eine zweite Polarisationseinheit 250. Einfallendes Licht breitet sich aus, während es innerhalb der Lichtleiterplatte 220 völlig reflektiert wird, und wird emittiert.
Die erste Polarisationseinheit 240 reflektiert das auf die Lichtleiterplatte 220R auftreffende Licht, so dass das auf die Lichtleiterplatte 220R auftreffende Licht innerhalb der Lichtleiterplatte 220R völlig reflektiert wird. Die erste Polarisationseinheit 240 ist zum Beispiel aus Metall ausgebildet, das Aluminium oder Legierung enthält, und kann mit einer optischen Reflexionsbeschichtung (einer Art von Spiegel) versehen sein, die Licht reflektiert, das auf die Lichtleiterplatte 220R oder ein Diffraktionsgitter (zum Beispiel einen Hologramm-Diffraktionsgitterfilm), das auf die Lichtleiterplatte 220R auftreffendes Licht beugt, auftrifft.
Die zweite Polarisationseinheit 250 ist dazu ausgelegt, Licht, dass sich ausgebreitet hat, während es innerhalb der Lichtleiterplatte 220R völlig reflektiert wird, wiederholt zu übertragen und zu reflektieren. Die zweite Polarisationseinheit 250 ist zum Beispiel mit einem mehrschichtigen optischen Reflexionsfilm konfiguriert, der eine mehrschichtige laminierte Struktur aufweist, und emittiert eine Vielzahl von Lichtstrahlen von der Lichtleiterplatte 220R. Bei dieser Konfiguration ist ein Spiegel innerhalb einer Einfallsseite angeordnet, ein Halbspiegelfilm ist auf einer Emissionsseite angeordnet, die erste Polarisationseinheit 240 fungiert als ein Reflexionsspiegel, und die zweite Polarisationseinheit 250 fungiert als ein halbdurchlässiger Spiegel.
Die zweite Polarisationseinheit 250 kann mit einer mehrschichtigen laminierten Struktur, in der eine Vielzahl von dielektrischen laminierten Filmen laminiert ist, einem Halbspiegel, einem polarisierenden Strahlteiler oder einem Hologramm-Diffraktionsgitterfilm konfiguriert sein. Die dielektrischen laminierten Filme werden zum Beispiel mit einem TiO₂-Film als Material mit hoher Dielektrizitätskonstante und einem SiO₂-Film als Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante hergestellt. Die mehrschichtige laminierte Struktur, in der eine Vielzahl von dielektrischen laminierten Filmen laminiert ist, wird in der offengelegten japanischen Patentpublikation Nr. 2005-521099 offenbart. In den Zeichnungen sind sechs dielektrische laminierte Filme dargestellt, doch Ausführungsformen sind nicht darauf beschränkt. Ein dünner Abschnitt, der aus dem gleichen Material wie das Material der Lichtleiterplatte 220R besteht, ist zwischen einem dielektrischen laminierten Film und einem weiteren dielektrischen laminierten Film eingefügt.
Unterdessen wird in der ersten Polarisationseinheit 240 das auf die Lichtleiterplatte 220R auftreffende parallele Licht reflektiert (oder gebeugt), so dass das auf die Lichtleiterplatte 220R auftreffende parallele Licht innerhalb der Lichtleiterplatte 220R völlig reflektiert wird. Dagegen wird in der zweiten Polarisationseinheit 250 das parallele Licht, das sich durch völliges Reflektieren innerhalb der Lichtleiterplatte 220R ausgebreitet hat, wiederholt reflektiert (oder gebeugt) und in dem Zustand des parallelen Lichts von der Lichtleiterplatte 220R emittiert.
Die erste Polarisationseinheit 240 kann so ausgebildet sein, dass eine Flanke zum Bilden der ersten Polarisationseinheit 240 in der Lichtleiterplatte 220R vorbereitet wird, indem ein Abschnitt 240a, auf dem die erste Polarisationseinheit 240 der Lichtleiterplatte 220R anzuordnen ist, ausgeschnitten wird, ein optischer Reflexionsfilm auf die Flanke aufgedampft wird, und danach der ausgeschnittene Abschnitt 240a der Lichtleiterplatte 220R mit der ersten Polarisationseinheit 240 verklebt wird. Ferner kann die zweite Polarisationseinheit 250 so ausgebildet sein, dass eine mehrschichtige laminierte Struktur, in der das gleiche Material (zum Beispiel Glas) wie das Material der Lichtleiterplatte 220R und dielektrische laminierte Schichten (die zum Beispiel durch ein Vakuumabscheidungsverfahren gebildet werden) verwendet wird, ausgebildet wird, eine Flanke durch Ausschneiden eines Abschnitts S, auf dem die zweite Polarisationseinheit 250 der Lichtleiterplatte 220R anzuordnen ist, vorbereitet wird, die mehrschichtige laminierte Struktur mit der Flanke verklebt wird, und Schleifen oder dergleichen zum Anpassen einer äußeren Form durchgeführt wird. Bei dieser Konfiguration wird die Lichtleitereinheit 230R, die die erste Polarisationseinheit 240 und die zweite Polarisationseinheit 250 umfasst, innerhalb der Lichtleiterplatte 220R gebildet.
Die Lichtleiterplatte 220R weist zwei parallele Oberflächen (eine erste Oberfläche F und eine zweite Oberfläche R) auf, die sich parallel zu einer Achsenlinie (Y-Richtung) der Lichtleiterplatte erstrecken. Die erste Oberfläche F und die zweite Oberfläche R sind einander zugewandt. Hier, falls angenommen wird, dass eine Oberfläche, auf der Licht auf die Lichtleiterplatte 220R einfällt, als eine Lichtleiterplatten-Einfallsoberfläche bezeichnet wird, und eine Oberfläche, von der Licht in der Lichtleiterplatte 220R emittiert wird, als Lichtleiterplatten-Emissionsoberfläche bezeichnet wird, kann die erste Oberfläche F als die Lichtleiterplatten-Einfallsoberfläche und die Lichtleiterplatten-Emissionsoberfläche konfiguriert werden, oder die zweite Oberfläche R kann als die Lichtleiterplatten-Einfallsoberfläche und die Lichtleiterplatten-Emissionsoberfläche konfiguriert werden. In diesem Beispiel fällt paralleles Licht auf die erste Oberfläche F, die der Lichteinfallsoberfläche entspricht, ein, breitet sich aus, während es vollständig und intern reflektiert wird, und wird danach von der zweiten Oberfläche R, die der Lichtemissionsoberfläche entspricht, emittiert.
Beispiele eines Materials, aus dem die Lichtleiterplatte 220R besteht, umfassen ein Glas, einschließlich Quarzglas, ein optisches Glas, wie z. B. BK7, und ein Kunststoffmaterial (zum Beispiel PMMA, Polykarbonatharz, Acrylharz, amorphes Polypropylenharz, Styrolharz, einschließlich AS-Harz). Eine Form der Lichtleiterplatte 220R ist nicht auf eine flache Platte beschränkt, sondern kann auch eine gekrümmte Form sein.
Bei dieser Konfiguration, wie oben beschrieben, leiten die in dem Head-Mounted Display 10 angeordneten Lichtleitereinheiten 230L und 230R das von den Bilderzeugungsvorrichtungen 210L und 210R emittierte Licht, indem sie bewirken, dass das Licht durch die Lichtleiterplatten 220L und 220R wiederholt und vollständig reflektiert wird. Die Verbindungsplatte 300 ist mit den Totalreflexionsflächen der Lichtleiterplatten 220L und 220R verklebt. Das Licht, das sich durch die Lichtleiterplatten 220L und 220R ausbreitet, wird geleitet, während es total reflektiert wird, und daher, falls die Lichtleiterplatten 220L und 220R beschädigt oder verschmutzt werden, kann die Wellenleitung gestoppt werden, oder ein optischer Weg kann abgelenkt werden. Daher schützt die Verbindungsplatte 300 die Lichtleiterplatten 220L und 220R und verhindert, dass die Oberflächen der Lichtleiterplatten 220L und 220R beschädigt oder verschmutzt werden, so dass die Totalreflexion auf den Lichtleiterplatten 220L und 220R zuverlässig durchgeführt werden kann. Ebenso besteht der Grund, warum die Lufträume zwischen der Verbindungsplatte 300 und der jeweiligen Lichtleiterplatte 220L und 220R gebildet werden, darin, zuverlässig dafür zu sorgen, dass das Licht mit Hilfe der Lufträume total reflektiert wird.
<Drehungseinschränkungseinheit>
Die Drehungseinschränkungseinheit, die einen Bewegungsbereich relativer Drehung zwischen dem Gestell 100 und der Bildanzeigevorrichtung 200 einschränkt, wird nachstehend ausführlich beschrieben.
(3.1. Notwendigkeit der Drehungseinschränkungseinheit)
Zunächst wird die Notwendigkeit der Drehungseinschränkungseinheit unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. 7 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Zustands, in dem eine externe Kraft auf ein konventionelles Head-Mounted Display 1000 ausgeübt wird, das keine Drehungseinschränkungseinheit aufweist.
Beispielsweise wird angenommen, dass, wenn ein Benutzer das Head-Mounted Display 1000 von seinem Gesicht abnimmt, der Benutzer die Bilderzeugungsvorrichtung 210L des linken Optikmoduls 200L hält und nach vorn bewegt. Wenn das Gestell 100 und die Bildanzeigevorrichtung 200 nur an einem Mittelteil in der Links-Rechts-Richtung verbunden sind, und falls das Gestell 100 aus irgendwelchen Gründen an dem Gesicht festsitzt, bewegt sich nur die Bildanzeigevorrichtung 200. In diesem Fall, bei Ansicht von oberhalb des Benutzers, wirkt eine Kraft in einer Drehrichtung im Uhrzeigersinn um eine Verbindungsposition C, an der die Bildanzeigevorrichtung 200a und das Gestell 100 durch das Verbindungselement 400 verbunden sind, auf die Bildanzeigevorrichtung 200. Dann, falls die auf die Bildanzeigevorrichtung 200 wirkende Kraft übermäßig zunimmt, können die Konvergenzwinkel aufgrund einer Verformung der Lichtleiterplatten 220L und 220R verändert werden, oder die Lichtleiterplatten 220L und 220R können beschädigt werden.
Wie oben beschrieben, wird in dem Head-Mounted Display 1000 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Bewegungsbereich relativer Drehung zwischen dem Gestell 100 und der Bildanzeigevorrichtung 200 durch die an dem Gestell 100 angeordnete Einschränkungsnut 110L und die an dem Verstärkungselement 600 angeordnete Einschränkungsrippe 620L eingeschränkt. Daher, wenn die relative Drehung zwischen der Lichtleiterplatte 220L, der Verbindungsplatte 300 und dem Verstärkungselement 600 nicht eingeschränkt wird, und falls eine externe Kraft auf die Bilderzeugungsvorrichtung 210L ausgeübt wird, kann der Konvergenzwinkel aufgrund einer Verformung der Lichtleiterplatte 220L oder der Verbindungsplatte 300 verändert werden, oder die Lichtleiterplatte 220L oder die Verbindungsplatte 300 kann beschädigt werden.
Insbesondere, wenn der Benutzer die Bilderzeugungsvorrichtung 210L hält und das Head-Mounted Display 1000 von seinem Gesicht entfernt, befindet sich eine Position, an der eine externe Kraft auf die Bildanzeigevorrichtung 200 ausgeübt wird, am weitesten von dem Mittelteil entfernt, an dem das Verbindungselement 400 und das Verstärkungselement 600 verklebt sind. Daher bewirkt sogar eine relativ kleine Kraft, dass die Bildanzeigevorrichtung 200 verformt oder beschädigt wird.
Wenn dagegen der Bewegungsbereich der relativen Drehung um die Verbindungsposition C zwischen dem Gestell 100, der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 eingeschränkt wird, wird es möglich, eine Verformung oder Beschädigung der Bildanzeigevorrichtung 200 zu verringern.
(Konfigurationsbeispiel der Drehungseinschränkungseinheit)
8 und 9 sind Diagramme zum Erläutern der an dem linken Optikmodul 200L angeordneten Drehungseinschränkungseinheit. 8 ist ein perspektivische Ansicht, die einen Querschnitt des Head-Mounted Displays 10 an einer Position I-I in 1 aufweist, und 9 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Bereichs X in 8 in dem Querschnitt I-I. In der vorliegenden Ausführungsform fungieren die Seitenflächen der Nutenabschnitte 630L und 630R als die Drehungseinschränkungseinheit, und die Drehungseinschränkungseinheit des linken Optikmoduls 200L und die Drehungseinschränkungseinheit des rechten Optikmoduls 200R haben die gleiche Konfiguration. Hier wird die Drehungseinschränkungseinheit des linken Optikmoduls 200L als Beispiel beschrieben.
Wie in 9 dargestellt, ist ein Nutenabschnitt 630L auf einer Unterseite des Verstärkungsteils 610L des Verstärkungselements 600 ausgebildet. In dem Nutenabschnitt 630L sind die oberen Endabschnitte der Lichtleiterplatte 220L des Optikmoduls 200L und der Verbindungsplatte 300 angeordnet. Eine Oberseitenfläche des oberen Endabschnitts der Verbindungsplatte 300 ist über einem vorbestimmten Spalt 21 in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung gegenüber einer dem Benutzergesicht zugewandten Seitenfläche 11 unter den Seitenflächen des Nutenabschnitts 630L des Verstärkungselements 600 angeordnet. Ferner ist eine Rückseitenfläche des oberen Endabschnitts der Lichtleiterplatte 220L über einem vorbestimmten Spalt 23 in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung gegenüber einer von dem Benutzergesicht abgewandten Seitenfläche 13 unter den Seitenflächen des Nutenabschnitts 630L des Verstärkungselements 600 angeordnet. Darüber hinaus ist ein Spalt 25 zwischen jeder der oberen Endflächen der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 und einer Unterseite des Nutenabschnitts 630L (einer nach unten gerichteten Oberfläche) angeordnet.
Bei dieser Konfiguration sind die Lichtleiterplatte 220L und die Verbindungsplatte 300 nicht vollständig an dem Verstärkungsteil 610L, der sich von dem Mittelteil des Verstärkungselements 600 nach links erstreckt, befestigt. Mit anderen Worten, das Verstärkungselement 600 ist nicht an Positionen außer dem Mittelteil in der Links-Rechts-Richtung an der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 befestigt. Die Spalte 21, 23 und 25 sind jeweils zwischen der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 und dem Verstärkungsteil 610L des Verstärkungselements 600 angeordnet, so dass der Konvergenzwinkel nicht durch das Verstärkungselement 600 beeinflusst wird, solange keine externe Kraft auf die Bildanzeigevorrichtung 200 ausgeübt wird.
Wenn jedoch eine externe Kraft auf das Optikmodul 200L ausgeübt wird, können sich zum Beispiel das Verstärkungselement 600 und jede der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 relativ um den Mittelteil drehen, der ein Klebeabschnitt dieser Teile ist. Der obere Endabschnitt der Verbindungsplatte 300 kommt mit der Seitenfläche 11 des Nutenabschnitts 630L in Kontakt, so dass der Bewegungsbereich der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 in einer Vorwärtsrichtung relativ zu dem Verstärkungsteil 610L des Verstärkungselements 600 eingeschränkt wird. Mit anderen Worten, die Seitenfläche 11 des Nutenabschnitts 630L fungiert als die Drehungseinschränkungseinheit, die den Bewegungsbereich der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 in der Vorwärtsrichtung einschränkt. Ferner kommt der obere Endabschnitt der Lichtleiterplatte 220L mit der Seitenfläche 13 des Nutenabschnitts 630L in Kontakt, so dass der Bewegungsbereich der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 in einer Rückwärtsrichtung relativ zu dem Verstärkungsteil 610L des Verstärkungselements 600 eingeschränkt wird. Mit anderen Worten, die Seitenfläche 13 des Nutenabschnitts 630L fungiert als die Drehungseinschränkungseinheit, die den Bewegungsbereich der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 in der Rückwärtsrichtung einschränkt.
Daher, verglichen mit einem Fall, in dem der Bewegungsbereich der relativen Drehung zwischen dem Verstärkungsteil 610L des Verstärkungselements 600 und jeweils der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 nicht eingeschränkt wird, ist es möglich, den Grad der Verformung der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 zu reduzieren. Bei dieser Konfiguration ist es leicht möglich, den Konvergenzwinkel zu sichern und die Möglichkeit einer Beschädigung der Bildanzeigevorrichtung 200 zu reduzieren, selbst wenn eine externe Kraft auf die Bildanzeigevorrichtung 200 ausgeübt wird.
Unterdessen, um den Bewegungsbereich der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 einzuschränken, wenn das Head-Mounted Display 10 vom Kopf abgenommen wird, ist es ausreichend, dass zumindest die Oberseitenfläche der Verbindungsplatte 300 und die dem Benutzergesicht zugewandte Seitenfläche 11 unter den Seitenflächen des Nutenabschnitts 630L einander entgegengesetzt angeordnet sind.
Der Nutenabschnitt 630L kann in einer geeigneten Form ausgebildet sein, solange die oberen Endabschnitte der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 intern in dieser Form angeordnet werden können. In diesem Fall kann eine dreidimensionale Form des Nutenabschnitts 630L oder eine zweidimensionale Form des Nutenabschnitts 630L bei Betrachtung von oberhalb des Benutzers einer dreidimensionalen Form oder einer zweidimensionalen Form der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 in dem miteinander verklebten Zustand ähnlich oder unterschiedlich dazu sein. Ferner ist der Nutenabschnitt 630L nicht auf einen an der Unterseite des Verstärkungsteils 610L des Verstärkungselements 600 angeordneten konkaven Abschnitt beschränkt, sondern kann als ein Loch ausgebildet sein, das den Verstärkungsteil 610L in der vertikalen Richtung durchdringt.
10 bis 12 sind Diagramme zum Erläutern einer Designbedingung des Spalts 21 zwischen der Oberseitenfläche der Verbindungsplatte 300 und der Seitenfläche 11 des Nutenabschnitts 630L des Verstärkungselements 600, die einander entgegengesetzt angeordnet sind. 10 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand darstellt, in dem die oberen Endabschnitte der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 innerhalb des Nutenabschnitts 630L des Verstärkungsteils 610L des Verstärkungselements 600 angeordnet sind. 11 stellt einen Verschiebungsgrenzbetrag L der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 in Bezug auf eine Last F dar, und 12 stellt einen Verschiebungsbetrag L0 des einzelnen Verstärkungselements 600 in Bezug auf die Last F dar.
Um eine Verformung oder Beschädigung der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 zu reduzieren, ist es wünschenswert, dass eine Breite t des Spalts 21 die nachstehende Gleichung (1) erfüllt. $0 < t \leq L - L0$

L: Ein Designgrenzen-Verschiebungsbetrag der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 in Bezug auf die Last F
L0: Ein Verschiebungsbetrag des einzelnen Verstärkungselements 600 in Bezug auf die Last F

Mit anderen Worten, um einen Verschiebungsbetrag der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 in Bezug auf die Last F auf den Verschiebungsgrenzbetrag L zu reduzieren, ist es ausreichend, die Breite t des Spalts 21 auf einen Wert einzustellen, der gleich einem oder niedriger als ein Wert ist, der durch Subtrahieren des Verschiebungsbetrags L0 des einzelnen Verstärkungselements 600 von dem Verschiebungsgrenzbetrag L erhalten wird. Der Verschiebungsgrenzbetrag L der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 ist ein Verschiebungsbetrag, um den die Lichtleiterplatte 220L und die Verbindungsplatte 300, die miteinander verklebt sind, verschoben werden können, ohne verformt oder beschädigt zu werden, und ist ein Verschiebungsbetrag, der festgelegt wird, indem ein Sicherheitsfaktor berücksichtigt wird, der auf der Basis einer Material- oder Designbedingung der Lichtleiterplatte 220L oder der Verbindungsplatte 300 bestimmt wird.
Falls die Breite t des Spalts 21 zwischen der Oberseitenfläche der Verbindungsplatte 300 und der Seitenfläche 11 des Nutenabschnitts 630L des Verstärkungselements 600 die obige Gleichung (1) erfüllt, ist es möglich, den Effekt zum Reduzieren einer Verformung oder Beschädigung der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 zu verbessern, wenn eine externe Kraft auf die Bildanzeigevorrichtung 200 ausgeübt wird.
Bezüglich einer Breite t des Spalts 23 zwischen der Rückseitenfläche der Lichtleiterplatte 220L und der Seitenfläche 13 des Nutenabschnitts 630L des Verstärkungselements 600 ist es wünschenswert, die obige Gleichung (1) in Bezug auf eine Last in einer Richtung entgegen der Richtung der Last F zu erfüllen, wie in 11 und 12 dargestellt.
Unterdessen sind die Seitenflächen 11 und 13 des Nutenabschnitts 630L, die als die Drehungseinschränkungseinheit fungieren, in dem ganzen Bereich von dem Mittelteil des Verstärkungselements 600 bis zu einem Endabschnitt des Verstärkungsteils 610L angeordnet; aber die Lichtleiterplatte 220L und die Verbindungsplatte 300 können entgegengesetzt zu den Seitenflächen 11 und 13 des Nutenabschnitts 630L in einem Teil des Bereichs von dem Mittelteil des Verstärkungselements 600 bis zu dem Endabschnitt des Verstärkungsteils 610L angeordnet sein. In diesem Fall ist es wünschenswert, die Lichtleiterplatte 220L und die Verbindungsplatte 300 entgegengesetzt zu den Seitenflächen 11 und 13 an einer Position näher dem Endabschnitt des Verstärkungsteils 610L relativ zu dem Mittelteil des Verstärkungselements 600 anzuordnen. Bei dieser Konfiguration ist es möglich, eine relative Drehbewegung um den Klebeabschnitt des Verstärkungselements 600 und der Verbindungsplatte 300 mit einer kleineren Kraft einzuschränken.
(Auf-Ab-Bewegungseinschränkungseinheit)
Die Drehungseinschränkungseinheit des Head-Mounted Displays 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist oben beschrieben worden. Um die Funktionen der Drehungseinschränkungseinheit zu gewährleisten, weist das Head-Mounted Display 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Auf-Ab-Bewegungseinschränkungseinheit auf. Das linke Optikmodul 200L und das rechte Optikmodul 200R weisen die Auf-Ab-Bewegungseinschränkungseinheiten auf, die die gleiche Konfiguration haben. Hier wird die Auf-Ab-Bewegungseinschränkungseinheit des linken Optikmoduls 200L als Beispiel beschrieben.
13 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Bereichs Y in 4. Die Eingriffsnut 31 ist in dem Endabschnitt des Verstärkungsteils 610L angeordnet, der sich von dem Mittelteil des Verstärkungselements 600 nach links erstreckt. Die Eingriffsnuten 31 stehen mit den Eingriffsvorsprüngen 41, die an den Bilderzeugungsvorrichtungen 210L und 210R angeordnet sind, im Eingriff. Die Eingriffsnuten 31 und die Eingriffsvorsprünge 41 fungieren in einer kooperativen Weise als Auf-Ab-Bewegungseinschränkungseinheit 30. Bei dieser Konfiguration ist es möglich, die Möglichkeit zu reduzieren, dass der Endabschnitt des Verstärkungsteils 610L des Verstärkungselements 600 relativ zu den oberen Endabschnitten der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 nach oben verschoben und unfähig wird, als die Drehungseinschränkungseinheit zu funktionieren.
Insbesondere, in einem Gehäuse der Bilderzeugungsvorrichtung 210L, ist der Eingriffsvorsprung 41, der in Richtung der Mittelteilseite vorsteht, auf einer Oberfläche ausgebildet, die dem Mittelteil in der Links-Rechts-Richtung des Head-Mounted Displays 10 zugewandt ist. Ferner ist ein konkaver Abschnitt 43 an den Eingriffsvorsprung 41 angrenzend unterhalb des Eingriffsvorsprungs 41 ausgebildet. Die in der vertikalen Richtung zwischen einem oberen Wandabschnitt 33 und einem unteren Wandabschnitt 35 sandwichartig eingefügte Eingriffsnut 31 ist auf dem Endabschnitt des Verstärkungsteils 610L des Verstärkungselements 600 ausgebildet.
Der in dem Gehäuse der Bilderzeugungsvorrichtung 210L gebildete Eingriffsvorsprung 41 ist innerhalb der Eingriffsnut 31 des Verstärkungsteils 610L angeordnet. Ferner ist der untere Wandabschnitt 35 des Verstärkungsteils 610L innerhalb des konkaven Abschnitts 43 angeordnet, der in dem Gehäuse der Bilderzeugungsvorrichtung 210L ausgebildet ist. Bei dieser Konfiguration ist der Bereich relativer Bewegung zwischen dem Verstärkungsteil 610L des Verstärkungselements 600 und der Bilderzeugungsvorrichtung 210L in der vertikalen Richtung eingeschränkt.
Ein Spalt ist zwischen einer externen Oberfläche des Eingriffsvorsprungs 41 und einer internen Oberfläche der Eingriffsnut 31 angeordnet, und der Eingriffsvorsprung 41 ist locker innerhalb der Eingriffsnut 31 angeordnet. Ein Spalt ist zwischen einer externen Oberfläche des unteren Wandabschnitts 35 und einer internen Oberfläche des konkaven Abschnitts 43 angeordnet, und der untere Wandabschnitt 35 ist locker innerhalb des konkaven Abschnitts 43 angeordnet. Daher wird in einem Zustand, in dem keine externe Kraft auf die Bildanzeigevorrichtung 200 ausgeübt wird, verhindert, dass die Lichtleiterplatte 220L und die Verbindungsplatte 300 über die Bilderzeugungsvorrichtung 210L aufgrund des Einflusses des Verstärkungselements 600 verformt werden.
Unterdessen ist die Konfiguration der in 13 dargestellten Auf-Ab-Bewegungseinschränkungseinheit 30 ein Beispiel, und es kann möglich sein, andere Konfigurationen einzubeziehen, solange es möglich ist, den Bereich der relativen Bewegung zwischen dem Verstärkungsteil 610L des Verstärkungselements 600 und jeweils der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 in der vertikalen Richtung entsprechend einzuschränken. Zum Beispiel kann es in 13 möglich sein, einen unteren Wandabschnitt 45 des konkaven Abschnitts 43 in dem Gehäuse der Bilderzeugungsvorrichtung 210L auszulassen.
Ferner kann in 13 der obere Wandabschnitt 33 des Verstärkungselements 600 ausgelassen werden. In diesem Fall fungiert der untere Wandabschnitt 35 des Verstärkungselements 600 als ein Eingriffsvorsprung, und der konkave Abschnitt 43 des Gehäuses der Bilderzeugungsvorrichtung 210L fungiert als eine Eingriffsnut, so dass die Auf-Ab-Bewegungseinschränkungseinheit ausgebildet wird. Insbesondere kommt der untere Wandabschnitt 35 des innerhalb des konkaven Abschnitts 43 angeordneten Verstärkungselements 600 mit dem Eingriffsvorsprung 41 und dem unteren Wandabschnitt 45 des Gehäuses der Bilderzeugungsvorrichtung 210L in Kontakt, so dass ein Bewegungsbereich des Endabschnitts des Verstärkungsteils 610L des Verstärkungselements 600 in der vertikalen Richtung eingeschränkt wird.
Ferner wird die in 13 dargestellte Auf-Ab-Bewegungseinschränkungseinheit 30 konfiguriert, indem ein Teil des Verstärkungselements 600 und ein Teil der Bilderzeugungsvorrichtung 210L in Eingriff gebracht werden; es kann jedoch möglich sein, die Auf-Ab-Bewegungseinschränkungseinheit zu konstruieren, indem ein Teil des Verstärkungselements 600 und ein Teil der Lichtleiterplatte 220L oder der Verbindungsplatte 300 in Eingriff gebracht werden. Alternativ kann es möglich sein, die Auf-Ab-Bewegungseinschränkungseinheit zu konstruieren, indem ein Teil des Verstärkungselements 600 und ein mit der Lichtleiterplatte 220L oder der Verbindungsplatte 300 verbundener Komponententeil in Eingriff gebracht werden.
<Modifikation der Drehungseinschränkungseinheit>
Das Head-Mounted Display 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist oben beschrieben worden, doch das Head-Mounted Display, das die Drehungseinschränkungseinheit aufweist, kann auf verschiedene Arten modifiziert werden. Im Folgenden werden mehrere Modifikationen des Head-Mounted Displays beschrieben.
(Erste Modifikation)
14 und 15 sind Diagramme zum Erläutern eines Head-Mounted Displays 10A gemäß einer ersten Modifikation. 14 ist eine perspektivische Vorderansicht des Head-Mounted Displays 10A gemäß der ersten Modifikation, und 15 ist eine perspektivische Ansicht, die Querschnitte einer Drehungseinschränkungseinheit 50L, der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 des Head-Mounted Displays 10A gemäß der ersten Modifikation aufweist. Das Head-Mounted Display 10A gemäß der ersten Modifikation enthält nicht das Verstärkungselement 600 des Head-Mounted Displays 10 gemäß der Ausführungsform, wie oben beschrieben, und die Drehungseinschränkungseinheit 50L und eine Drehungseinschränkungseinheit 50R, die gegenüber der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 über vorbestimmten Spalten in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung angeordnet sind, sind als ein Teil des Gestells 100 ausgebildet.
Insbesondere sind in dem Vorderteil 100a des Gestells 100 die Drehungseinschränkungseinheiten 50L und 50R, die von dem Gestell 100 nach unten ausgebildet sind, auf der linken und rechten Seite über den Mittelteil angeordnet, mit dem die Bildanzeigevorrichtung 200 verbunden ist. Die Drehungseinschränkungseinheit 50L, die auf der linken Seite relativ zu dem Mittelteil in der Links-Rechts-Richtung des Gestells 100 angeordnet ist, weist eine vordere Rippe 51L auf, die gegenüber der Oberseitenfläche der Verbindungsplatte 300 angeordnet ist, und eine hintere Rippe 53L, die gegenüber der Rückseitenfläche der Lichtleiterplatte 220L angeordnet ist. Die vordere Rippe 51L ist gegenüber der Benutzergesichtsseite über einem Spalt 55 auf einem Teil des oberen Endabschnitts der Verbindungsplatte 300 angeordnet. Die hintere Rippe 53L ist auf der Benutzergesichtsseite über einem Spalt 57 auf einem Teil des oberen Endabschnitts der Lichtleiterplatte 220L angeordnet.
Ebenso weist die Drehungseinschränkungseinheit 50R, die auf der rechten Seite relativ zu dem Mittelteil in der Links-Rechts-Richtung des Gestells 100 angeordnet ist, eine vordere Rippe 51R auf, die gegenüber der Oberseitenfläche der Verbindungsplatte 300 angeordnet ist, und eine hintere Rippe 53R, die gegenüber der Rückseitenfläche der Lichtleiterplatte 220R angeordnet ist. Die vordere Rippe 51R ist gegenüber der Benutzergesichtsseite über einem Spalt auf einem Teil des oberen Endabschnitts der Verbindungsplatte 300 angeordnet. Die hintere Rippe 53R ist auf der Benutzergesichtsseite über einem Spalt auf einem Teil des oberen Endabschnitts der Lichtleiterplatte 220R angeordnet.
Eine Breite der jeweiligen Spalte 55 und 57 kann größer als die Breite t festgelegt werden, die im Einklang mit der Designbedingung festgelegt wurde, die durch die Gleichung (1) in der oben beschriebenen Ausführungsform repräsentiert wird. Zum Beispiel kann es möglich sein, die Breiten der Spalte 55 und 57 unter Berücksichtigung von Bewegungsbeträgen der Drehungseinschränkungseinheiten 50L und 50R und Stärken der Lichtleiterplatten 220L und 220R sowie der Verbindungsplatte 300 festzulegen, zu dem Zeitpunkt, da der Bügelteil 100b des Gestells 100 gedehnt wird, wenn der Benutzer das Head-Mounted Display 10A trägt. Während die Spalte 55 und 57 den oben beschriebenen Zustand haben, wenn der Bügelteil 100b des Gestells 100 gedehnt wird, ist es möglich, den Grad der Verformung der Lichtleiterplatten 220L und 220R sowie der Verbindungsplatte 300 zu reduzieren.
Unterdessen sind die in 14 und 15 dargestellten Drehungseinschränkungseinheiten 50L und 50R an Positionen auf der linken und rechten Seite von dem Mittelteil des Gestells 100 getrennt angeordnet, doch die Positionen und die Bereiche, in denen die Drehungseinschränkungseinheiten 50L und 50R angeordnet sind, können entsprechend festgelegt werden.
In dem Head-Mounted Display 10A gemäß der ersten Modifikation beschränken die an dem Gestell 100 angeordneten Drehungseinschränkungseinheiten 50L und 50R den Bewegungsbereich der relativen Drehung der Lichtleiterplatten 220L und 220R sowie der Verbindungsplatte 300 in Bezug auf das Gestell 100. Bei dieser Konfiguration ist es leicht möglich, den Grad der Verformung der Lichtleiterplatten 220L und 220R sowie der Verbindungsplatte 300 zu reduzieren, die Konvergenzwinkel zu sichern und die Möglichkeit einer Beschädigung der Bildanzeigevorrichtung 200 zu reduzieren, selbst wenn eine externe Kraft auf die Bildanzeigevorrichtung 200 ausgeübt wird.
Da außerdem die Spalte 55 und 57 zwischen den Drehungseinschränkungseinheiten 50L und 50R und den Lichtleiterplatten 220L und 220R sowie der Verbindungsplatte 300 angeordnet sind, ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine Kraft von dem Gestell 100 auf die Lichtleiterplatten 220L und 220R und die Verbindungsplatte 300 übertragen wird, geringer. Bei dieser Konfiguration ist es leicht möglich, den Grad der Verformung der Lichtleiterplatten 220L und 220R sowie der Verbindungsplatte 300 zu reduzieren, die Konvergenzwinkel zu sichern und die Möglichkeit einer Beschädigung der Bildanzeigevorrichtung 200 zu reduzieren, wenn der Bügelteil 100b des Gestells 100 gedehnt wird.
(Zweite Modifikation)
16 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Head-Mounted Displays 10B gemäß einer zweiten Modifikation. 16 ist eine perspektivische Ansicht, die Querschnitte eines erweiterten Teils 60L, der Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 des Head-Mounted Displays 10B gemäß der zweiten Modifikation enthält. In dem Head-Mounted Display 10B gemäß der zweiten Modifikation umfasst die Bildanzeigevorrichtung 200 die Bilderzeugungsvorrichtung 210R (die Bilderzeugungsvorrichtung 210L ist nicht dargestellt), die Lichtleiterplatten 220L und 220R und die Verbindungsplatte 300 als das Optikelement, und die erweiterten Teile 60L und 60R, die sich von den miteinander verklebten Lichtleiterplatten 220L und 220R und der Verbindungsplatte 300 erstrecken. In dem Head-Mounted Display 10B gemäß der zweiten Modifikation fungieren Teile des Gestells 100 als die Drehungseinschränkungseinheiten, die gegenüber den Lichtleiterplatten 220L und 220R und der Verbindungsplatte 300 über den vorbestimmten Spalten 66 und 68 angeordnet sind.
Insbesondere ist in dem Head-Mounted Display 10B gemäß der zweiten Modifikation ein Verstärkungselement 601 mit nur einem Teil ausgebildet, der an der Oberseitenfläche des Mittelteils der Verbindungsplatte 300 befestigt ist, und weist keine Verstärkungsteile auf, die sich von dem Mittelteil nach links und rechts erstrecken. Der erweiterte Teil 60L ist an den oberen Endabschnitten der linken Lichtleiterplatte 220L und der Verbindungsplatte 300 montiert, und der erweiterte Teil 60R ist an den oberen Endabschnitten der rechten Lichtleiterplatte 220R und der Verbindungsplatte 300 montiert. Die erweiterten Teile 60L und 60R weisen jeweils die Klebeabschnitte 62L und 62R auf, die verklebt werden, während sie die Lichtleiterplatten 220L und 220R und die Verbindungsplatte 300, die vorderen Rippen 61L und 61R, die sich auf einer Vorderseite des Vorderteils 100a des Gestells 100 befinden, und die hinteren Rippen 63L und 63R, die sich auf einer Rückseite des Vorderteils 100a befinden, sandwichartig einschließen.
Die vorderen Rippen 61L und 61R sind gegenüber den Oberseitenflächen 65L und 65R des Vorderteils 100a über dem Spalt 66 angeordnet. In diesem Fall sind die Oberseitenflächen 65L und 65R des Vorderteils 100a auf der Benutzergesichtsseite relativ zu den vorderen Rippen 61L und 61R angeordnet. Die hinteren Rippen 63L und 63R sind gegenüber den Rückseitenflächen 67L und 67R des Vorderteils 100a über dem Spalt 68 angeordnet. In diesem Fall sind die Rückseitenflächen 67L und 67R des Vorderteils 100a gegenüber der Benutzergesichtsseite relativ zu den hinteren Rippen 63L und 63R angeordnet.
Ähnlich der ersten Modifikation kann eine Breite der jeweiligen Spalte 66 und 68 größer als die Breite t festgelegt werden, die im Einklang mit der Designbedingung festgelegt wurde, die durch die Gleichung (1) in der oben beschriebenen Ausführungsform repräsentiert wird. Während die Spalte 66 und 68 den oben beschriebenen Zustand haben, wenn der Bügelteil 100b des Gestells 100 gedehnt wird, ist es möglich, den Grad der Verformung der Lichtleiterplatten 220L und 220R sowie der Verbindungsplatte 300 zu reduzieren.
Unterdessen sind die in 16 dargestellten erweiterten Teile 60L und 60R an Positionen auf der linken und rechten Seite von dem Mittelteil des Gestells 100 getrennt angeordnet, doch die Positionen und die Bereiche, in denen die erweiterten Teile 60L und 60R angeordnet sind, können entsprechend festgelegt werden.
In dem Head-Mounted Display 10B gemäß der zweiten Modifikation sind die erweiterten Teile 60L und 60R, die mit den Lichtleiterplatten 220L und 220R und der Verbindungsplatte 300 verklebt sind, gegenüber den Oberseitenflächen 65L und 65R oder den Rückseitenflächen 67L und 67R des Vorderteils 100a des Gestells 100 über den Spalten 66 und 68 angeordnet. Bei dieser Konfiguration ist der Bewegungsbereich der relativen Drehung der Lichtleiterplatten 220L und 220R und der Verbindungsplatte 300 in Bezug auf das Gestell 100 eingeschränkt. Daher ist es leicht möglich, den Grad der Verformung der Lichtleiterplatten 220L und 220R und der Verbindungsplatte 300 zu reduzieren, die Konvergenzwinkel zu sichern und die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der Bildanzeigevorrichtung 200 zu reduzieren, selbst wenn eine externe Kraft auf die Bildanzeigevorrichtung 200 ausgeübt wird.
Da außerdem die Spalte 66 und 68 zwischen den erweiterten Teilen 60L und 60R und den Lichtleiterplatten 220L und 220R und der Verbindungsplatte 300 angeordnet sind, ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine Kraft von dem Gestell 100 auf die Lichtleiterplatten 220L und 220R und die Verbindungsplatte 300 übertragen wird, geringer. Bei dieser Konfiguration ist es leicht möglich, den Grad der Verformung der Lichtleiterplatten 220L und 220R und der Verbindungsplatte 300 zu reduzieren, die Konvergenzwinkel zu sichern und die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der Bildanzeigevorrichtung 200 zu reduzieren, wenn der Bügelteil 100b des Gestells 100 gedehnt wird.
(Dritte Modifikation)
In den Head-Mounted Displays gemäß der Ausführungsform und den Modifikationen, wie oben beschrieben, umfasst die Bildanzeigevorrichtung 200 die beiden linken und rechten Bilderzeugungsvorrichtungen 210L und 210R sowie das Optikelement, das mit jeder der Bilderzeugungsvorrichtungen 210L und 210R verbunden und auf der Mittelseite in der Links-Rechts-Richtung des Benutzergesichts relativ zu den Bilderzeugungsvorrichtungen 210L und 210R angeordnet ist; die Bilderzeugungsvorrichtung kann jedoch zum Beispiel an einem oberen Teil des Gestells angeordnet sein.
17 ist eine perspektivische Ansicht eines Head-Mounted Displays 10C, in dem eine Bilderzeugungsvorrichtung 1210 an einem oberen Teil eines Gestells 1100 gemäß einer dritten Modifikation angeordnet ist. Das Head-Mounted Display 10C gemäß der dritten Modifikation umfasst die Bilderzeugungsvorrichtung 1210 und ein Optikelement 1220, das mit der Bilderzeugungsvorrichtung 1210 verbunden und vor dem linken und rechten Auge des Benutzers angeordnet ist. Die Bilderzeugungsvorrichtung 1210 ist an dem oberen Teil des Gestells 100 montiert und erzeugt virtuelle Bilder für das linke und rechte Auge. Ferner umfasst das Optikelement 1220 zum Beispiel eine Lichtleiterplatte und eine Polarisationsplatte, leitet das von der Bilderzeugungsvorrichtung 1210 emittierte Licht, und gibt das Licht zu den Augen des Benutzers aus.
In dem Head-Mounted Display 10C ist das Optikelement 1220 zum Beispiel an einem Mittelteil 1310 in der Links-Rechts-Richtung mit dem Gestell 1100 verbunden. Ferner sind obere Endabschnitte der linken und rechten Teile 1220L und 1220R des Optikelements 1220 innerhalb der Nutenabschnitte 1300L und 1300R angeordnet, die in dem Gestell 1100 angeordnet sind. In den Nutenabschnitten 1300L und 1300R sind die Oberseitenflächen der oberen Endabschnitte der linken und rechten Teile 1220L und 1220R des Optikelements 1220 gegenüber den Seitenflächen unter den Seitenflächen der Nutenabschnitte 1300L und 1300R über vorbestimmten Spalten dem Benutzergesicht zugewandt angeordnet. Ferner sind die Rückseitenflächen der oberen Endabschnitte der linken und rechten Teile 1220L und 1220R des Optikelements 1220 gegenüber den Seitenflächen unter den Seitenflächen der Nutenabschnitte 1300L und 1300R über vorbestimmten Spalten von dem Benutzergesicht abgewandt angeordnet.
Selbst in dem Head-Mounted Display 10C gemäß der dritten Modifikation ist es leicht möglich, den Grad der Verformung des Optikelements 1220 zu reduzieren, die Konvergenzwinkel zu sichern und die Möglichkeit einer Beschädigung des Optikelements 1220 zu reduzieren, wenn eine externe Kraft auf das Optikelement 1220 ausgeübt wird. Ferner sind die Spalten zwischen jedem der Nutenabschnitte 1300L und 1300R des Gestells 1100 und dem Optikelement 1220 angeordnet, so dass die Wahrscheinlichkeit, dass eine Kraft von dem Gestell 1100 auf das Optikelement 1220 übertragen wird, geringer ist. Selbst in einem Zustand, in dem keine externe Kraft auf das Optikelement 1220 ausgeübt wird, ist es leicht möglich, den Grad der Verformung des Optikelements 1220 zu reduzieren, die Konvergenzwinkel zu sichern und die Möglichkeit einer Beschädigung des Optikelements 1220 zu reduzieren.
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist oben unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben worden, während die Technik nicht auf obige Beispiele beschränkt ist. Ein Fachmann ist in der Lage, verschiedene Alternationen und Modifikationen innerhalb des Umfangs der angehängten Ansprüche zu verstehen, und es versteht sich, dass diese natürlich unter den technischen Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
Zum Beispiel ist in dem Head-Mounted Display gemäß der Ausführungsform, wie oben beschrieben, das Verbindungselement auf der Rückseitenfläche des Mittelteils der Verbindungsplatte verklebt, und das Verstärkungselement ist auf der Oberseitenfläche verklebt, aber die Techniken der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf dieses Beispiel beschränkt. In einer Konfiguration, in der das Verbindungselement und das Verstärkungselement integriert sind, so dass das Verbindungselement die beiden Optikmodule auf der linken und rechten Seite abstützt und der Mittelteil des Verbindungselements mit dem Gestell verbunden ist, kann das Verbindungselement in der gleichen Weise wie das Verstärkungselement der Ausführungsform ausgelegt sein, wie oben beschrieben. Zum Beispiel können die Lichtleiterplatten und die Verbindungsplatte innerhalb des Nutenabschnitts des Verbindungselements angeordnet sein.
Darüber hinaus verbindet die Verbindungsplatte 300 in dem Head-Mounted Display gemäß der Ausführungsform die beiden Optikmodule 200L und 200R auf der linken und rechten Seite, und die Verbindungsplatte 300 und das Verstärkungselement 600 sind nur mit einer Oberfläche des Mittelteils gegenüber dem Benutzergesicht in der Verbindungsplatte 300 verklebt; doch die Techniken der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Zum Beispiel können das linke und rechte Optikmodul 200L und 200R direkt mit dem Verstärkungselement 600 verbunden und dadurch abgestützt sein, ohne die Verbindungsplatte zu benutzen. In diesem Fall hat das Verstärkungselement 600 sowohl die Funktion des Abstützens des linken und rechten Optikmoduls 200L und 200R als auch die Funktion des Verbesserns der Steifigkeit der Lichtleiterplatten 220L und 220R.
Außerdem umfasst das Head-Mounted Display gemäß der Ausführungsform das Optikmodul, einschließlich der ersten Polarisationseinheit und der zweiten Polarisationseinheit, die auf Abschnitten ausgebildet sind, die von der Lichtleiterplatte ausgeschnitten sind; doch die Techniken der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Das Head-Mounted Display kann das Optikmodul aufweisen, in dem die erste Polarisationseinheit und die zweite Polarisationseinheit, die zum Beispiel mit reflektiven Volumen-Hologramm-Diffraktionsgittern ausgebildet sind, auf einer Oberseite der Lichtleiterplatte angeordnet sind.
Darüber hinaus sind in dem Head-Mounted Display gemäß der Ausführungsform, wie oben beschrieben, sowohl die Lichtleiterplatte als auch die Verbindungsplatte, die das Optikelement bilden, innerhalb des Nutenabschnitts des Verstärkungselements angeordnet, und die Lichtleiterplatte und die Verbindungsplatte sind jeweils gegenüber der Drehungseinschränkungseinheit angeordnet; doch die Techniken der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Zum Beispiel kann es sein, dass entweder nur die Lichtleiterplatte oder die Verbindungsplatte vorstehend ausgeführt ist, damit sie nicht mit der anderen Lichtleiterplatte oder Verbindungsplatte überlappt, und kann innerhalb des Nutenabschnitts des Verstärkungselements angeordnet sein.
Außerdem umfassen die vor dem linken und rechten Auge des Benutzers angeordneten Optikelemente in dem Head-Mounted Display gemäß der Ausführungsform, wie oben beschrieben, die Lichtleiterplatten 220L und 220R, die Polarisationsplatte und die Verbindungsplatte 300; doch die Techniken der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Das Optikelement des Head-Mounted Displays kann dazu ausgelegt sein, eine optisch reflektierende Platte, eine optische Übertragungsplatte oder eine Linse aufzuweisen. Mit anderen Worten, das Head-Mounted Display kann eine Vorrichtung eines Übertragungstyps, eines Nicht-Übertragungstyps, eines Projektionstyps von virtuellen Bildern und eines Netzhautprojektionstyps sein. Außerdem kann das Head-Mounted Display eine Vorrichtung sein, die eine Virtual Reality (VR)-Funktion aufweist, oder eine Vorrichtung, die eine Augmented Reality (AR)-Funktion aufweist. In dem Head-Mounted Display, das eines der Optikelemente aufweist, ist es möglich, eine Änderung der Konvergenzwinkel und eine Beschädigung des Optikelements aufgrund einer Verformung des Optikelements zu reduzieren, wenn eine externe Kraft auf die Bildanzeigevorrichtung ausgeübt wird.
Darüber hinaus sind die in dieser Spezifikation beschriebenen Effekte lediglich illustrative oder beispielhafte Effekte, die nicht einschränkend sind. Das heißt, dass die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung mit oder anstelle der obigen Effekte andere Effekte erzielen kann, die dem Fachmann aus der Beschreibung dieser Spezifikation klar sind.
Zusätzlich kann die vorliegende Technologie auch wie folgt ausgelegt sein.

(1) Head-Mounted Display, das Folgendes umfasst:
- ein Gestell, das auf einem Kopf eines Betrachters getragen wird;
- eine Bildanzeigevorrichtung, die mit einem Mittelteil des Gestells in einer Links-Rechts-Richtung verbunden ist und Folgendes umfasst:
  - eine Bilderzeugungsvorrichtung; und
  - ein Optikelement, das mit der
  - Bilderzeugungsvorrichtung verbunden und vor dem linken und rechten Auge des Betrachters angeordnet ist; und
eine Drehungseinschränkungseinheit, die gegenüber einem des Optikelements und einem erweiterten Teil, der sich von dem Optikelement erstreckt, über einem vorbestimmten Spalt in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung angeordnet ist.
(2) Head-Mounted Display gemäß (1), wobei die Drehungseinschränkungseinheit gegenüber einem Gesicht des Betrachters relativ zu mindestens einem des Optikelements und des erweiterten Teils angeordnet ist.
(3) Head-Mounted Display gemäß (1) oder (3), wobei die Bildanzeigevorrichtung ein Verstärkungselement aufweist, das mit dem Mittelteil des Optikelements verbunden ist, und die Drehungseinschränkungseinheit ein Teil des Verstärkungselements ist.
(4) Head-Mounted Display gemäß (3), wobei ein Teil des Optikelements innerhalb eines Nutenabschnitts angeordnet ist, der in dem Verstärkungselement gebildet ist, und die Drehungseinschränkungseinheit eine Seitenfläche des Nutenabschnitts ist.
(5) Head-Mounted Display gemäß (1) oder (2), wobei die Drehungseinschränkungseinheit ein Teil des Gestells ist.
(6) Head-Mounted Display gemäß (5), wobei die Drehungseinschränkungseinheit eine an dem Gestell gebildete Rippe ist.
(7) Head-Mounted Display gemäß einem der Punkte (1) bis (6), wobei, wenn das Optikelement sich um den Mittelteil dreht, die Drehungseinschränkungseinheit und eines des Optikelements und des erweiterten Teils, die einander entgegengesetzt angeordnet sind, miteinander in Kontakt kommen.
(8) Head-Mounted Display gemäß einem der Punkte (1) bis (7), das ferner Folgendes umfasst:
- eine Auf-Ab-Bewegungseinschränkungseinheit, die einen relativen Bewegungsbereich der Drehungseinschränkungseinheit und eines des Optikelements und des erweiterten Teils in einer vertikalen Richtung einschränkt, in Kooperation mit mindestens einer einer linken Seite und einer rechten Seite, die einen Mittelteil der Bildanzeigevorrichtung in einer Links-Rechts-Richtung sandwichartig einschließen.
(9) Head-Mounted Display gemäß (8), wobei die Bildanzeigevorrichtung ein Verstärkungselement aufweist, das mit dem Mittelteil des Optikelements verbunden ist, ein Teil des Optikelements innerhalb eines Nutenabschnitts angeordnet ist, der in dem Verstärkungselement gebildet ist, die Drehungseinschränkungseinheit eine Seitenfläche des Nutenabschnitts ist, und die Auf-Ab-Bewegungseinschränkungseinheit eine Eingriffsnut aufweist, die an einem des Verstärkungselements und der Bilderzeugungsvorrichtung ausgebildet ist, und einen Eingriffsvorsprung, der auf dem anderen des Verstärkungselements und der Bilderzeugungsvorrichtung ausgebildet ist.
(10) Head-Mounted Display gemäß einem der Punkte (1) bis (10), wobei das Optikelement Folgendes umfasst:
- zwei linke und rechte optische Platten; und
- eine Verbindungsplatte, die die beiden linken und rechten optischen Platten verbindet.
(11) Head-Mounted Display gemäß einem der Punkte (1) bis (10), wobei das Optikelement eine Lichtleiterplatte aufweist.
(12) Head-Mounted Display gemäß einem der Punkte (1) bis (10), wobei das Optikelement eine optisch reflektierende Platte aufweist.
(13) Head-Mounted Display gemäß einem der Punkte (1) bis (10), wobei das Optikelement eine optische Übertragungsplatte aufweist.
(14) Head-Mounted Display gemäß einem der Punkte (1) bis (10), wobei das Optikelement eine Linse aufweist.

Bezugszeichenliste

10: Head-Mounted Display
11, 13: Seitenfläche (Drehungseinschränkungseinheit)
21, 23: Spalt
30: Auf-Ab-Bewegungseinschränkungseinheit
31: Eingriffsnut
41: Eingriffsvorsprung
50L, 50R: Drehungseinschränkungseinheit
51L, 51R: Vordere Rippe
53L, 53R: Hintere Rippe
60L, 60R: Erweiterter Teil
65L, 65R: Oberseitenfläche (Drehungseinschränkungseinheit)
67L, 67R: Rückseitenfläche (Drehungseinschränkungseinheit)
100: Gestell
100a: Vorderteil
200: Bildanzeigevorrichtung
200L, 200R: Optikmodul
210L, 210R: Bilderzeugungsvorrichtung
220L, 220R: Lichtleiterplatte
300: Verbindungsplatte
400: Verbindungselement
600: Verstärkungselement
610L, 610R: Verstärkungsteil
630L, 630R: Nutenabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4674634 [0004]
JP 4858512 [0004]
JP 5678460 [0004]
JP 2005521099 [0050]

Claims

Head-Mounted Display, das Folgendes umfasst: ein Gestell, das auf einem Kopf eines Betrachters getragen wird; eine Bildanzeigevorrichtung, die mit einem Mittelteil des Gestells in einer Links-Rechts-Richtung verbunden ist und Folgendes umfasst: eine Bilderzeugungsvorrichtung; und ein Optikelement, das mit der Bilderzeugungsvorrichtung verbunden und vor dem linken und rechten Auge des Betrachters angeordnet ist; und eine Drehungseinschränkungseinheit, die gegenüber einem des Optikelements und einem erweiterten Teil, der sich von dem Optikelement erstreckt, über einem vorbestimmten Spalt in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung angeordnet ist.
Head-Mounted Display gemäß Anspruch 1, wobei die Drehungseinschränkungseinheit gegenüber einem Gesicht des Betrachters relativ zu mindestens einem des Optikelements und des erweiterten Teils angeordnet ist.
Head-Mounted Display gemäß Anspruch 1, wobei die Bildanzeigevorrichtung ein Verstärkungselement aufweist, das mit dem Mittelteil des Optikelements verbunden ist, und die Drehungseinschränkungseinheit ein Teil des Verstärkungselements ist.
Head-Mounted Display gemäß Anspruch 3, wobei ein Teil des Optikelements innerhalb eines Nutenabschnitts angeordnet ist, der in dem Verstärkungselement gebildet ist, und die Drehungseinschränkungseinheit eine Seitenfläche des Nutenabschnitts ist.
Head-Mounted Display gemäß Anspruch 1, wobei die Drehungseinschränkungseinheit ein Teil des Gestells ist.
Head-Mounted Display gemäß Anspruch 5, wobei die Drehungseinschränkungseinheit eine an dem Gestell gebildete Rippe ist.
Head-Mounted Display gemäß Anspruch 1, wobei, wenn das Optikelement sich um den Mittelteil dreht, die Drehungseinschränkungseinheit und eines des Optikelements und des erweiterten Teils, die einander entgegengesetzt angeordnet sind, miteinander in Kontakt kommen.
Head-Mounted Display gemäß Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: eine Auf-Ab-Bewegungseinschränkungseinheit, die einen relativen Bewegungsbereich der Drehungseinschränkungseinheit und eines des Optikelements und des erweiterten Teils in einer vertikalen Richtung einschränkt, in Kooperation mit mindestens einer einer linken Seite und einer rechten Seite, die einen Mittelteil der Bildanzeigevorrichtung in einer Links-Rechts-Richtung sandwichartig einschließen.
Head-Mounted Display gemäß Anspruch 8, wobei die Bildanzeigevorrichtung ein Verstärkungselement aufweist, das mit dem Mittelteil des Optikelements verbunden ist, ein Teil des Optikelements innerhalb eines Nutenabschnitts angeordnet ist, der in dem Verstärkungselement gebildet ist, die Drehungseinschränkungseinheit eine Seitenfläche des Nutenabschnitts ist, und die Auf-Ab-Bewegungseinschränkungseinheit eine Eingriffsnut aufweist, die an einem des Verstärkungselements und der Bilderzeugungsvorrichtung ausgebildet ist, und einen Eingriffsvorsprung, der auf dem anderen des Verstärkungselements und der Bilderzeugungsvorrichtung ausgebildet ist.
Head-Mounted Display gemäß Anspruch 1, wobei das Optikelement Folgendes umfasst: zwei linke und rechte optische Platten; und eine Verbindungsplatte, die die beiden linken und rechten optischen Platten verbindet.
Head-Mounted Display gemäß Anspruch 1, wobei das Optikelement eine Lichtleiterplatte aufweist.
Head-Mounted Display gemäß Anspruch 1, wobei das Optikelement eine optisch reflektierende Platte aufweist.
Head-Mounted Display gemäß Anspruch 1, wobei das Optikelement eine optische Übertragungsplatte aufweist.
Head-Mounted Display gemäß Anspruch 1, wobei das Optikelement eine Linse aufweist.