JP2000122567A - 頭部装着型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】表示画像の形成位置を容易に微調節でき、観察
者の負担が小さく視界を十分に確保可能な頭部装着型表
示装置を提供する。 【解決手段】観察者２の顔面の前方であって正面を見る
観察者２の視軸から径方向に離れた位置から、前方に向
かい表示光を出射する表示器１１の駆動用信号生成部１
４は、観察者２の頭部の側方においてマウント３に連結
される。その像表示光は、その表示器１１の前方におい
て、その視軸から径方向に離れた位置で、その表示器１
１に接続された光学系１３により、観察者２の一方の目
に導かれるように光路変更される。その表示器１１は、
観察者２の顔面の前方において、その駆動用信号生成部
１４に球面に沿って運動可能に連結されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、頭部に装着される
小型軽量の表示器により各種情報を簡便に確認するのに
適する頭部装着型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像の表示光を出射する表示器と、その
表示光を観察者の目に導くため光路変更する光学系と、
その表示器の駆動用信号生成部と、観察者の頭部に装着
可能なマウントとを備える頭部装着型表示装置は、装着
時における観察者の負担重量の軽減が望まれる。また、
頭部装着型表示装置を作業の支援に用いる場合、観察者
の視野の全域に画像を表示すると、その画像や光学系が
作業の邪魔になってしまう。

【０００３】そこで、その駆動用信号生成部を観察者の
頭部の側方においてマウントに連結し、その表示器を顔
面の前方に配置し、その光学系を表示器の前方に配置
し、正面を見る観察者の視軸から径方向に離れた位置に
おいて、表示器から前方に向かい出射される表示光を光
学系により反射して観察者の一方の目に導く単眼視タイ
プの頭部装着型表示装置が提案されている。これによ
り、装着時に観察者に作用する重量バランスの最適化と
観察者の視野確保を図っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の構成では、観察
者の頭部に対するマウントの位置は、頭部の形状や大き
さ等の個人差に基づき変動する。そこで、表示画像を視
認に適した位置で欠けることなく視認するため、その駆
動用信号生成部とマウントの連結位置を変更調節可能に
することが考えられる。しかし、その駆動用信号生成部
とマウントの連結位置は頭部の側方であり、表示器は顔
面の前方に位置し、光学系は表示器の前方に位置する。
そのため、その駆動用信号生成部とマウントの連結位置
を僅かに変更しただけで、観察者の視界に対して画像の
位置は大きく変動し、微調節が困難である。また、その
表示器と光学系を左右方向軸回りに回転させることが考
えられるが、それでは画像位置を上下方向においてしか
調節できない。

【０００５】本発明は、上記問題を解決することのでき
る頭部装着型表示装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本件発明の頭部装着型表
示装置は、画像の表示光を出射する表示器と、その表示
光を観察者の一方の目に導くため光路変更する光学系
と、その表示器の駆動用信号を生成するための回路を含
む駆動用信号生成部と、観察者の頭部に装着可能なマウ
ントとを備え、その駆動用信号生成部は観察者の頭部の
側方において前記マウントに連結され、その表示器は、
観察者の顔面の前方であって、正面を見る観察者の視軸
から径方向に離れた位置から前方に向かい表示光を出射
するように配置され、その光学系は、その表示器の前方
であって、その視軸から径方向に離れた位置に配置され
るように表示器に接続され、その表示器は、観察者の顔
面の前方において、前記駆動用信号生成部に球面に沿っ
て運動可能に連結されていることを特徴とする。本発明
の構成によれば、観察者の顔面の前方において駆動用信
号生成部に対して表示器を球面に沿って運動させること
で、その表示器と光学系を観察者の頭部の少なくとも上
下方向と左右方向とに沿う軸回りに回転させ、その光学
系により光路変更される画像表示光の進行方向を調節で
きる。これにより、観察者の頭部の形状が多様であって
も、画像を視認に適した位置に形成できる。しかも、そ
の表示器を観察者の顔面の前方において運動させるの
で、その画像の位置を容易に微調節できる。

【０００７】その駆動用信号生成部は、観察者の頭部の
側方において、そのマウントに球面に沿って運動可能に
連結されているのが好ましい。これにより、観察者の頭
部の側方において駆動用信号生成部をマウントに対して
球面に沿って運動させ、しかる後に、観察者の顔面の前
方において駆動用信号生成部に対して表示器を球面に沿
って運動させることで、画像の位置を迅速に微調節でき
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１、図２に示す頭部装着型表示
装置１は、観察者２の頭部に装着可能なマウント３と、
観察者２の頭部の一側方においてマウント３に連結され
る表示ユニット４とを有する。

【０００９】そのマウント３は、観察者２の左右側頭部
における耳を囲む領域に押し当てられる左右側頭側パッ
ド５１、各側頭側パッド５１を保持する左右ホルダー５
２、左右ホルダー５２を連結する連結部５３、この連結
部５３に連結されて観察者２の頭頂部の左右上部に押し
当てられる左右頭頂側パッド５６、後頭部の後方に配置
されると共に両ホルダー５２を連結する後頭側ベルト５
５を有する。その連結部５３は、頭頂部の上方において
前後に間隔をおいて配置される一対のバンド５３ａと、
両バンド５３ａの各端に一体化される左右連結片５３ｃ
とを有する。この連結部５３による連結により、左右の
側頭側パッド５１の間隔は、観察者２の頭部の左右幅よ
りも小さくされる。その左右側頭側パッド５１の間隔
は、そのバンド５３ａの弾性変形により拡げることが可
能とされている。これにより、そのバンド５３ａの弾性
変形に基づく弾力により、観察者２の左右側頭部におけ
る耳を囲む領域に左右側頭側パッド５１を押し当てるこ
とができる。

【００１０】その表示ユニット４は、表示ユニット４と
マウント３との連結位置の前方位置において、前方に向
かい画像表示光を出射する表示器１１と、その表示器１
１の前方において、その表示器１１から出射される画像
表示光を観察者２の一方の目に導くため光路変更する光
学系１３と、その表示器１１と光学系１３を接続する接
続部材１２と、その表示器１１を覆うケーシング２４
と、その表示器１１の駆動用信号生成部１４とを有す
る。

【００１１】その表示器１１は、例えば公知のバックラ
イト付き液晶表示装置等により構成でき、その駆動用信
号生成部１４からケーブル２９を介して送られる駆動信
号に応じて画像表示光を出射する。

【００１２】その接続部材１２は、その表示器１１のケ
ーシング２４の下部から観察者２の前方に向かい延び、
この接続部材１２の前端に光学系１３が取り付けられ
る。

【００１３】その光学系１３は、例えばコンバイナや全
反射ミラー等の一枚の光学素子によって構成できる。そ
の光学系１３をコンバイナにより構成する場合、前方か
らの光を透過させて観察者２の目に導くことができ、観
察者２は画像と前方の実在物の双方を視認できる。その
コンバイナは、ハーフミラーやホログラム素子によって
構成でき、ハーフミラーを用いる場合は反射により画像
表示光の光路を変更し、ホログラム素子を用いる場合は
回折により画像表示光の光路を変更する。画像を観察者
２の目から遠方に離した位置にボケなく形成するため
に、その光学素子１３の反射曲面を非球面とするのが好
ましい。

【００１４】その駆動用信号生成部１４は、映像信号発
生源（図示省略）にケーブル２９を介して接続され、そ
の映像信号に応じて表示器１１の駆動信号を生成する回
路と、この回路を覆うハウジング１５とを有する。その
映像信号発生源は、映像信号を発生可能であれば特に限
定されず、例えば映像信号を出力するコンピュータによ
り構成できる。

【００１５】その駆動信号生成回路は、本実施形態では
アナログＲＧＢ信号と同期信号を処理する。図３は駆動
用信号生成部１４の機能ブロック図を示し、映像信号を
構成するＲ信号（赤色）、Ｇ信号（緑色）、Ｂ信号（青
信号）はビデオレシーバ４１にて適切な信号振幅に変換
され、画質調整回路４２にてコントラストやガンマ補正
等の調整が行われる。また、映像信号を構成する水平、
垂直同期信号はシンクレシーバ４３にて適切な信号電圧
（Ｈ−Ｓｙｎｃ、Ｖ−Ｓｙｎｃ）に変換された後にタイ
ミングジェネレータ４４に入力される。そのタイミング
ジェネレータ４４においては、ＰＬＬ回路４５から出力
されるドットクロックを基準として、映像信号反転クロ
ック（Ｖｉｄｅｏ Ｉｎｖｅｒｔ Ｃｌｏｃｋ）、サン
プリングパルス（Ｓａｍｐｌｉｎｇ Ｐｕｌｓｅ）、表
示素子点灯パルス（ＢＬ Ｐｕｌｓｅ）、液晶表示素子
２１の駆動用クロックが生成される。上記画質調整回路
４２から出力されたＲＧＢ信号は、ＲＧＢドライバ４６
にて、タイミングジェネレータから入力される映像反転
クロックに応じて、液晶表示素子２１への入力用の信号
振幅に変換された後に、サンプルホールド回路４７にて
サンプリングパルスに応じて相展開されて液晶表示素子
２１に入力される。なお、その相展開は、一般的に液晶
表示パネルの映像の書き込み特性に応じて行われ、例え
ば高解像度の映像信号を表示する液晶表示パネルでは４
相〜６相に展開される場合が多く、ＮＴＳＣ等の比較的
低解像度の映像信号を表示する液晶表示パネルでは相展
開は不必要で、この場合サンプルホールド回路も不要に
なる。そのタイミングジェネレータ４４から、液晶表示
素子２１の駆動用クロックとして、Ｘ軸ドライバに送ら
れるＸ軸ドライブ信号（Ｘ−Ｄｒｉｖｅ Ｃｌｏｃｋ）
とＹ軸ドライバに送られるＹ軸ドライブ信号（Ｙ−Ｄｒ
ｉｖｅ Ｃｌｏｃｋ）とが出力される。それらＸ軸ドラ
イブ信号、Ｙ軸ドライブ信号、および相展開されたＲＧ
Ｂ信号が、液晶表示素子２１のＸ軸ドライバとＹ軸ドラ
イバに入力され、それらドライバにより液晶表示素子２
１の液晶表示素子が駆動されることにより映像が表示さ
れる。なお一般的な小型の液晶素子の場合、Ｘ軸ドライ
バとＹ軸ドライバは一体となっているが、これ以外の場
合は液晶素子とＸ軸ドライバ、Ｙ軸ドライバは別に構成
されてもよい。また、タイミングジェネレータ４４から
出力される点灯パルスは、点灯パルス調整回路４８に
て、上記バックライトの設定輝度に応じて適切なパルス
デューティ或いはパルス周期（点灯、消灯の周期）に変
換され、インバータ２３に入力され、これによりバック
ライトが点灯される。すなわち駆動用信号生成部１４
は、表示器１１の駆動用信号として液晶表示素子２１の
Ｘ軸ドライバとＹ軸ドライバとを生成し、また、バック
ライトを点灯させるためのインバータ２３に送られる信
号を生成する。なお、駆動信号生成回路は、表示器や映
像信号に応じたものを適宜採用すればよい。

【００１６】そのハウジング１５は、観察者２の頭部の
一側方において、連結機構７０を介して球面に沿って運
動可能にマウント３に連結される。すなわち、図４に示
すように、その連結機構７０は、そのマウント３に取り
付けられる受け部材７２と、上記ハウジング１５に一体
化されている接合部材７３と、リテーナ７４と、圧縮コ
イルバネ７５と、バネ押さえ７６とを有する。その受け
部材７２は、中央孔７２ａを有するリング状とされ、そ
の一側面は球面の一部からなる受け部材側第１摺動面７
２ｂとされ、その他側面は、その球面と同心の球面の一
部からなる受け部材側第２摺動面７２ｃとされている。
その接合部材７３の表面は、その球面と同心の球面の一
部からなる接合部材側摺動面７３ａとされ、この接合部
材側摺動面７３ａ上に円柱部７３ｂが形成されている。
この円柱部７３ｂの軸心は、その球面の中心を通る。そ
のリテーナ７４は、一側面が上記球面と同心の球面の一
部からなるリテーナ側摺動面７４ａとされ、中央孔７４
ｂと、この中央孔７４ｂを囲むバネ挿入用凹部７４ｃを
有する。そのバネ押さえ７６は、円筒部７６ａと、この
円筒部７６ａの一端のフランジ部７６ｂとを有する。上
記円柱部７３ｂが、受け部材７２の中央孔７２ａ、リテ
ーナ７４の中央孔７４ｂ、バネ押さえ７６の円筒部７６
ａに挿通される。その圧縮コイルバネ７５は、リテーナ
７４のバネ挿入用凹部７４ｃに挿入され、そのバネ押さ
え７６のフランジ部７６ｂにより抜け出しが防止され
る。そのバネ押さえ７６はネジ７８により円柱部７３ｂ
に固定される。その受け部材７２の中央孔７２ａの径
は、バネ押さえ７６の円筒部７６ａの径よりも、上記球
面運動を行えるように充分に大きくされている。そのバ
ネ７５の弾力によって、リテーナ側摺動面７４ａが受け
部材側第２摺動面７２ｃに押し付けられ、受け部材側第
１摺動面７２ｂが接合部材側摺動面７３ａに押し付けら
れることで、接合部材７３は受け部材７２に各摺動面７
３ａ、７２ｂ、７２ｃ、７４ａを介して適度な摩擦力の
作用下において相対的に球面運動可能とされている。す
なわち、その表示ユニット４を観察者２の頭部の側方に
おいて、頭部の上下方向と左右方向と前後方向とに沿う
軸回りに回転させることができる。

【００１７】その表示器１１は、観察者２の顔面の前方
において、上記駆動用信号生成部１４に接続機構６０を
介して球面に沿って運動可能に連結されている。すなわ
ち、図５〜図７に示すように、その接続機構６０は一対
の接続片６１ａ、６１ｂを有する。各接続片６１ａ、６
１ｂは、互いに間隔をおいて並列する複数の略Ｕ字形の
プレート状ガイド部分６１ａ′、６１ｂ′と、各ガイド
部分６１ａ′、６１ｂ′の連結部分６１ａ″、６１ｂ″
とを有する。上記ハウジング１５は、観察者２の頭部の
側面に沿う部分と、顔面に沿う部分とを有するように、
平面視略Ｌ字状とされている。そのハウジング１５の前
端近傍は、直方体状の受け部１５ａとされている。その
受け部１５ａに、上記両接続片６１ａの連結部分６１
ａ″、連結部分６１ｂ″が嵌め合わされ、これにより、
一方の接続片６１ａのガイド部分６１ａ′と他方の接続
片６１ｂのガイド部分６１ｂ′は互いを挟むように交互
に並列する。両接続片６１ａ、６１ｂは、そのハウジン
グ１５の外周の段差部１５ｂと前端フランジ１５ｃとで
挟み込まれる。その交互に並列するガイド部分６１
ａ′、６１ｂ′の外周面は球面に沿う。上記表示器１１
のケーシング２４の内周に、そのガイド部分６１ａ′、
６１ｂ′の外周面に沿う球面に沿う受け面２４′が設け
られる。そのケーシング２４は、ガイド部分６１ａ′、
６１ｂ′を挟み込むように前後２部材２４ａ、２４ｂを
ネジ（図示省略）により連結することで形成される。こ
れにより、その受け面２４′はガイド部分６１ａ′、６
１ｂ′の外周面に嵌め合わされる。そのガイド部分６１
ａ′、６１ｂ′の外周面が沿う球の直径は、その受け面
２４′が沿う球の直径よりも大きくされている。両接続
片６１ａ、６１ｂは弾性材により構成され、さらに、自
己潤滑性を持つ共に耐磨耗性に優れたポリアセタール等
の合成樹脂製であるのが好ましい。これにより、その弾
性に基づきガイド部分６１ａ′、６１ｂ′の外周面は受
け面２４′に押し付けられるので、表示器１１はハウジ
ング１５に対して球面に沿う摺動面を介して適度な摩擦
力の作用下において相対的に球面に沿って運動可能であ
る。すなわち、その表示器１１と光学系１３をハウジン
グ１５に対して観察者２の頭部の上下方向と左右方向と
前後方向とに沿う軸回りに回転させることができる。な
お、表示器１１と光学系１３はハウジング１５に対して
観察者２の頭部の少なくとも上下方向と左右方向とに沿
う軸回りに回転させることができれば足りる。図６に示
すようにケーシング２４にストッパ２４″を設け、この
ストッパ２４″が一方のＵ字状ガイド部分６１ａ′の内
周部に接することで、その左右方向に沿う軸回りの回転
は一定範囲に規制される。また、その上下方向に沿う軸
回りの回転と前後方向に沿う軸回りの回転は、ケーシン
グ２４がハウジング１５に当たることで一定範囲に規制
される。

【００１８】図８に示すように、上記頭部装着型表示装
置１を観察者２に装着した状態では、上記表示器１１
は、観察者２の顔面の前方において、観察者２の顔面に
間隔をおいて対向すると共に、正面を見る観察者２の視
軸Ｅから径方向に離れた位置から前方に向かい表示光Ｌ
を出射するように、観察者２の頭部の左右側面間におい
て視軸Ｅの直下に配置される。上記光学系１３は、その
表示器１１の前方に間隔をおいて配置されると共に、観
察者２の頭部の左右側面間において視軸Ｅから径方向に
離れた位置で画像表示光Ｌの光路を変更するように、そ
の視軸Ｅの直下に配置される。さらに、その表示器１１
と光学系１３は観察者２の顔面に可及的に近接して配置
されている。その表示器１１から出射される画像表示光
Ｌは、前方に向かった後に光学系１３により光路変更さ
れて観察者２の目に導かれる。これにより観察者２に画
像が視認される。本実施形態では、その画像表示光Ｌの
光路中心線と上記視軸Ｅとを含む面が鉛直面内に存在す
るものとされる。

【００１９】上記構成によれば、観察者２の顔面の前方
においてハウジング１５に対して表示器１１を球面に沿
って運動させることで、その表示器１１と光学系１３を
観察者２の頭部の少なくとも上下方向と左右方向とに沿
う軸回りに回転させ、その光学系１３により光路変更さ
れる画像表示光の進行方向を調節できる。これにより、
観察者２の頭部の形状が多様であっても、画像を視認に
適した位置に形成できる。しかも、その表示器１１を観
察者２の顔面の前方において運動させるので、その画像
の位置を容易に微調節できる。さらに、観察者２の頭部
の側方においてハウジング１５をマウント３に対して球
面に沿って運動させ、しかる後に、観察者２の顔面の前
方においてハウジング１５に対して表示器１１を球面に
沿って運動させることで、画像の位置を迅速に微調節で
きる。

【００２０】なお、本発明は上記実施形態に限定されな
い。例えば、上記実施形態では接続片自体の弾性に基づ
きガイド部分の外周面は受け面に押し付けられたが、そ
の押し付けのための弾力を付与するバネ等の弾性部材を
別途設けてもよい。また、画像を左右何れの目によって
も視認できるように、駆動用信号生成部をマウントに頭
部の左方と右方の双方で着脱可能としてもよい。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、表示画像の形成位置を
容易かつ迅速に微調節でき、観察者の負担が小さく視界
を十分に確保可能な頭部装着型表示装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の斜視
図

【図２】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の平面
図

【図３】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の駆動
用信号生成回路の機能ブロック図

【図４】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の部分
断面図

【図５】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の要部
の分解斜視図

【図６】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の要部
の断面図

【図７】図６のＶＩＩ‐ＶＩＩ線断面図

【図８】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の作用
説明図

【符号の説明】

１ 頭部装着型表示装置 ２ 観察者 ３ マウント ４ 表示ユニット １１ 表示器 １３ 光学系 １４ 駆動用信号生成部 １５ ハウジング

フロントページの続き (72)発明者 畠中 浩之 京都府京都市中京区西ノ京桑原町１番地株 式会社島津製作所三条工場内 Ｆターム(参考） 5G435 AA01 BB12 BB15 DD03 EE13 EE16 EE50 GG08 GG09

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像の表示光を出射する表示器と、 その表示光を観察者の一方の目に導くため光路変更する
   光学系と、 その表示器の駆動用信号を生成するための回路を含む駆
   動用信号生成部と、 観察者の頭部に装着可能なマウントとを備え、 その駆動用信号生成部は観察者の頭部の側方において前
   記マウントに連結され、 その表示器は、観察者の顔面の前方であって、正面を見
   る観察者の視軸から径方向に離れた位置から前方に向か
   い表示光を出射するように配置され、 その光学系は、その表示器の前方であって、その視軸か
   ら径方向に離れた位置に配置されるように表示器に接続
   され、 その表示器は、観察者の顔面の前方において、前記駆動
   用信号生成部に球面に沿って運動可能に連結されている
   ことを特徴とする頭部装着型表示装置。
2. 【請求項２】 その駆動用信号生成部は、観察者の頭部
   の側方において、そのマウントに球面に沿って運動可能
   に連結されている請求項１に記載の頭部装着型表示装
   置。