JP2002523002A - 可撓性を有する表示モジュールの支持体を備えた頭部取付式表示システム - Google Patents

可撓性を有する表示モジュールの支持体を備えた頭部取付式表示システム

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JP2002523002A JP2000565526A JP2000565526A JP2002523002A JP 2002523002 A JP2002523002 A JP 2002523002A JP 2000565526 A JP2000565526 A JP 2000565526A JP 2000565526 A JP2000565526 A JP 2000565526A JP 2002523002 A JP2002523002 A JP 2002523002A
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バーチャル ビジョン，インコーポレイティド
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Abstract

(57)【要約】 頭部取付式表示システム（１０）は改良された画像表示モジュール（１４）と可撓性を有する支持体（９０）とを備え、この支持体により使用者は表示される画像を望んだ位置にどこにでも配置することができるようになる。支持体は複数のかみ合い式ボール・ソケット部材から形成された可撓性を有する支持アームを備える。このボール・ソケット部材では、画像表示モジュール（１４）を直交する三つの軸線に沿って同時に調整することができるように且つ同様に回転させることができるように、各部材を隣り合った部材に対して揺動させ且つ回転させることができる。しかしながら、可撓性を有する支持アームは位置が定められた時に画像表示モジュール（１４）の位置を維持するのに十分なほど固い。さらに、頭部取付式表示システムは表示モジュール内に焦点整合用光学部材の取付部材を備え、この取付部材は光学部材を回転させないように軸線方向に移動させることができる。さらにこの取付部材は極端に小型であり、頭部取付式表示システム（１０）の画像表示モジュール（１４）に適している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の背景 表示装置やこの表示装置を見るための協働する光学部材が定位置に取付けられ
た両眼用および単眼用の頭部取付式表示システムが公知である。表示装置が定位
置にある単眼用システムの例は、ファーネス（Furness）他の米国特許第５１６
２８２８号およびヒーコック（Heacock）他の同第５５３９４２２号に開示され
ている。これらシステムでは、表示装置とそれと協働する光学部材とが使用者の
右眼または左眼のいずれか一方に対してフレームに取付けられており、使用者は
一方の眼で表示装置から使用者の眼までの光路長よりも遠くに使用者から離れた
位置に、表示装置に表示された画像の拡大画像を見ることができる。しかしなが
ら、ほとんどの人は右眼か左眼の一方が利き眼である。右眼が利き眼の人はその
人の左眼の前方のみに映し出される画像を見るのに問題がある。同様に、左眼が
利き眼の人とはその人の右眼の前方のみに映し出される画像を見るのに問題があ
る。このように、右眼表示システムは右眼が利き眼である人にとって好ましく、
左眼表示システムは左眼が利き眼である人にとって好ましい。公知の頭部取付式
表示システムにおいて表示装置は一般に画像を見る単一の眼に対してフレームの
定位置に取付けられるので、一つのシステムを右眼が利き眼の使用者と左眼が利
き目の使用者とで共用することはできない。
【０００２】 定位置にある表示装置および／またはそれと協働する光学部材を備えた両眼用
頭部取付式表示システムにおいては、このようなシステムに適応することができ
る人の数に制限がある。例えば、幾つかの両眼用頭部取付式表示システムは、単
眼用システムと同様に、表示装置と協働する光学部材が使用者の眼に対して特定
の位置にあることを必要とする。人の頭の大きさおよび瞳孔間の距離は様々であ
るため、多数の使用者に適応することのできるシステムを設計することは非常に
難しい。
【０００３】 さらに、様々な状況で表示装置および／または光学部材の位置を変更すること
が求められる。例えば、幾つかの状況では、使用者の視界の正面に表示された画
像があることが望まれる。しかし、別の状況では使用者は別の位置に表示された
画像があることを望む。大抵、使用者は頭部取付式表示システムを頭から外すこ
となく一時的に表示された画像をその視界外に移動させたがる。そして、公知の
頭部取付式表示システムはこのような融通性を持たない。
【０００４】 さらに、使用者がシステムの焦点を変更させることができることが望まれる。
このことは画面または画像面に対して軸線方向にレンズを移動させることによっ
て行われる。しかしながら、公知の頭部取付式表示システムでは、レンズの軸線
方向に移動させることは一般的にレンズを回転移動させることによって行われる
。例えば、レンズは、レンズが回転せしめられるとレンズを軸線方向に移動させ
る螺旋状トラックやその均等物に追従するように取付けられる。レンズが球面で
ある場合、レンズが回転してもシステムの光学的特性に影響を及ぼさない。しか
し、レンズが非球面、正方形、矩形等である場合、レンズの回転は光学的特性に
影響を及ぼし、ひずみを起こしてしまう。
【０００５】 発明の簡単な開示 本発明によれば、従来の頭部取付式表示システムの欠点が改善される。本発明
の頭部取付式表示システムは、映し出された画像を使用者が望む位置に配置する
ことができるように表示モジュールの取付の融通性を有する。そして、本発明の
頭部取付式表示システムは従来よりもより多くの使用者のグループに適応するこ
とができる。
【０００６】 より詳細には本発明の頭部取付式表示システムは使用者の頭部に着用されるフ
レームを有する。画像表示モジュールはモジュールハウジングと、少なくとも一
つの表示装置と、表示された画像を拡大するためのハウジングに取付けられた少
なくとも一つの光学部材とを備える。画像表示モジュールを支持するために支持
アームが一方の端部においてフレームに取付けられる。支持アームは、画像表示
モジュールの位置を互いに垂直な三つの軸線に沿って同時に調整することができ
るように且つ同様に回転または揺動させることができるように、支持アームの長
さ方向の少なくとも一部に亘って可撓性を有する。支持アームは極めて高い可撓
性を有するが、調整した時に画像表示モジュールの位置を維持するのに十分な固
さである。
【０００７】 本発明の一つの実施例において、支持アームの可撓性を有する部分は複数のか
み合いボール・ソケット部材から形成される。各部材は、画像表示モジュールが
鉛直、水平、使用者の眼に向かう方へまたは離れる方へ移動することができるよ
うに、および使用者の眼に対して回転または傾斜することができるように、隣り
合った部材に対して揺動または回転することができる。ボールとソケットとの嵌
め合いは適度にきつく、可撓性支持アームが或る位置に移動せしめられると支持
アームはその位置に維持せしめられる。
【０００８】 単眼用頭部取付式表示システムを用いると、可撓性支持アームによりシステム
を簡単に右眼表示装置から左眼用表示装置に切り換えすることができるようにな
る。さらに、単眼または両眼用頭部取付式表示システムを用いても、可撓性支持
アームにより使用者は使用者が望む場所に表示された画像を配置することができ
るようになる。
【０００９】 本発明の別の特徴によれば、表示モジュールは光学部材を軸線方向に移動させ
つつその回転を防止するように取付けられた焦点整合用光学部材を備える。焦点
整合用光学部材の取付部材は非球面レンズ、正方形レンズ等を表示装置または画
像平面に対して移動することができる。取付部材が非常にコンパクトであるため
、この取付部材は頭部取付式表示システムに特に適している。
【００１０】 本発明のこれらおよび別の利点、新たな特徴、図示した実施例の詳細は以下の
説明および図面からより完全に理解される。
【００１１】 発明の詳細な説明 本発明の頭部取付式表示システム（head mounted display system）１０は、
図１に示したように、フレーム１２と可動式の支持アーム１６の端部１５に支持
された画像表示モジュール１４とを有する。画像表示モジュール１４は小型表示
装置（miniature display）または超小型表示装置（micro-display）とそれと協
働する光学システムとを有し、この光学システムは表示装置から使用者の眼まで
の光路長よりも遠くに使用者から離れた位置に、表示装置に表示された画像の拡
大画像を映し出す。
【００１２】 フレーム１２は、頭部取付式表示システム１０を着用した時に使用者の額から
外側に向かって延びる前方部分または庇１８を備える。庇１８は画像をより見や
すくするために使用者の眼と表示モジュールとに上方の光からの影を作る。フレ
ーム１２を使用者の頭部に支持するために庇１８から後方へ一対の側方部分また
はつる部分（temple）２０および２２が延びる。側方部分２０および２２は、頭
部取付式表示システム１０が使用されていない時に眼鏡と同様にフレーム１２を
折畳むことができるように、それぞれ連結部材２４および２６によって庇１８に
揺動可能に連結されるのが好ましい。
【００１３】 後述するように頭部取付式表示システム１０を右単眼用表示システムから左単
眼用表示システムに切り換えるために画像表示モジュールを庇１８の上方および
下方に移動させることができるように、揺動式連結部材２８を介してフレーム１
２の一方の側方部分２２に支持アーム１６が揺動可能に取付けられる。支持アー
ム１６は、画像表示モジュールの位置を直交する三つの軸線に沿って同時に調整
せしめられることができるように、支持アーム１６の長さ方向の少なくとも一部
に亘って可撓性を有する。また、支持アームが可撓性を有することにより、表示
モジュールを揺動または回転させることができるようになる。支持アームが可撓
性を有することによって使用者が望む位置にどこにでも表示モジュールを配置す
ることができるので、頭部取付式表示システム１０は従来よりも簡単に様々な使
用者に適応することができる。しかしながら、支持アーム１６は位置が定められ
た時にその位置を維持するのに十分なほど固い。
【００１４】 一つの適切な構成において支持アーム１６は複数のかみ合い部材３０備える。
各かみ合い部材３０は一方の端部にボール３２を、他方の端部にソケット３３を
有する。かみ合い部材３０は或るかみ合い部材のボール３２をそれと隣り合った
かみ合い部材のソケット３３に挿入またはスナップ嵌めすることによって連結さ
れる。ボール・ソケット連結により、各かみ合い部材３０はそれと隣り合ったか
み合い部材３０に対して揺動および／または回転することができるようになる。
しかしながら、ボールとソケットとの間の嵌め合いは、支持アームが或る位置に
移動せしめられると支持アームがその位置のままになるように適切にきつい。支
持アームがこのように可撓性を有することにより、画像表示モジュール１４を使
用者の眼に対して鉛直な方向にまたは水平な方向に、および使用者の眼に向かう
方向および離れる方向に移動させることができるように、支持アームを調整する
ことができるようになる。支持アームの構成により、表示モジュールは直交する
三つの軸に対して同時に移動することができるようになる。さらに、この支持ア
ームの構成により、画像表示モジュール１４を如何なる位置にも回転させること
ができるようになり、これにより使用者の眼に対して画像表示モジュール１４を
傾斜させることができるようになる。よって、支持アーム１６が可撓性を有する
ことにより、非常に簡単に頭部取付式表示システム１０を様々な使用者に適応さ
せることができるようになる。なお、かみ合い部材３０は、かみ合い部材３０が
不意に外れてしまうのを防止するために、および位置が定められた時に支持アー
ム１６の位置を維持するのを補助するために、プラスチックで形成されたような
熱収縮性のカバーまたはケースに収容される。しかしながら、かみ合い部材の相
互連結状態によっては、このようなカバーは不必要である。
【００１５】 支持アーム１６のかみ合い部材３０はその中央を通過して延びる開口３１を備
えるのが好ましい。このかみ合い部材３０の開口３１を介して支持アーム１６の
長さ方向に沿って画像表示モジュール１４からケーブル２７が送られ、そしてこ
のケーブル２７は支持アーム１６の端部３５から出る。図４および図５に示した
ように、ケーブル２７にループ４３を形成するのにグロメット３７が用いられ、
この場合、ケーブル２７はグロメット３７の開口を二度通過する。ループ４３は
、支持アーム１６が取付けられる側方部分２２の反対側のフレームの側方部分２
０にあるフック４５または突起部周りに留められる。このような構成により、フ
レームが様々な大きさの頭にしっかりと保持されるように、ケーブル２７がフレ
ームを使用者の頭部周りにしっかり締めつけることができるようになる。さらに
、このことにより、ケーブル２７がシステム１０の後方に向かって移動し、よっ
てケーブル２７が使用者に押しつけられることがなくなる。ケーブル２７は表示
モジュール用の簡易型コントローラまたはその均等物に接続される。
【００１６】 単眼用の頭部取付式表示システムにおける視野闘争の問題を克服するために、
画像を見ていない方の眼において実存世界に対する使用者の視界を部分的に遮断
する半透明アイシェード３６が設けられる。アイシェード３６は暗いサングラス
のレンズのように半透明であることが好ましく、使用者はこのアイシェード３６
を介して見ることができるが、アイシェード３６を通して見える像は実質的に暗
いことまたは見づらいことによって抑制されている。アイシェードは、さらにア
イシェードを介して見える像を抑制するために、アイシェード３６を介する視界
を曇らせる拡散被覆を有してもよい。アイシェード３６の大きさは前方から見た
ときにバランスのとれた外観になるように表示モジュール１４の大きさとほぼ同
一である。しかしながら、アイシェード３６は使用者の周囲の視界を遮ることの
ないほどに十分に小さいのが好ましい。なお、画像を見ていない方の眼からの使
用者の視界の中央部分のみを見にくくするようにアイシェード３６の大きさを小
さくしつつ、視野闘争の問題を克服するようにしてもよい。さらに、所望であれ
ば、アイシェード３６は視界を全体的に遮断してもよい。瞳孔間距離が様々であ
る使用者に適応させるために、アイシェード３６は画像表示モジュール１４に対
して移動することができるように取付られる。さらに詳細には、小さいアームま
たはロッド３８がその一方の端部にロッド３８に対して垂直に延びるフランジ４
７を有する。フランジ４７はロッド３８を画像表示モジュール１４のハウジング
３９に取付けるためのコネクタ４９の開口を通って延びる。ロッド３８は画像表
示モジュール１４から外側に向かって横方向に、アイシェード３６に取付けられ
たコネクタ４０の開口４１を通って延びる。ロッド３８は、瞳孔間距離が様々で
ある使用者に適応させるためにアイシェード３６を画像表示モジュール１４に近
づけてまたは遠ざけて配置することができるように、コネクタ４０の開口４１内
で移動可能であるのが好ましい。さらに、ロッド３８のフランジ４７は、アイシ
ェード３６を同様に鉛直方向に調整することができるようにコネクタ４９内で移
動可能であるのが好ましい。
【００１７】 本発明のフレーム１２は概して、庇１８の右端部から左端部まで庇１８の中央
を通って延びる水平軸線５０に対して対称である。対称であることにより、フレ
ーム１２を逆転位置に裏返して左単眼用表示装置として着用しても、フレーム１
２は図１に示した初期位置で着用した場合と視覚的に同一に見える。したがって
、フレームの底部６０、特に庇１８の底部はフレームおよび／または庇１８の頂
部６２とほぼ同一に見える。フレーム１２はほぼ対称であるが、完全に対称であ
る必要はない。例えば、好適な実施例において、フレーム１２のつる部分または
側方部分２０および２２は、これらつる部分２０および２２が折畳まれた時に互
いに干渉しないように、僅かに鉛直方向にオフセットせしめられる。
【００１８】 頭部取付式表示システム１０を図１に示した右単眼用表示装置から左単眼用表
示装置に切り換えるために、画像表示モジュール１４がフレーム１２の前方部分
または庇１８の下方に配置される位置から、図２に示したように逆転位置でない
位置において画像表示モジュール１４がフレーム１２の庇１８の上方に配置され
る位置へ支持アーム１６を移動させる。その後、フレーム１２は、庇１８の長さ
方向および軸線５０に対してほぼ垂直な方向であってフレーム１２の側方部分２
０および２２の少なくとも一部とほぼ平行な方向に延びる軸線５２周りでフレー
ムを１８０°回転させることによって裏返される。フレーム１２が逆転位置に裏
返されると、画像表示モジュール１４は庇１８の下方に配置され、そして使用者
は左眼で画像表示モジュール１４によって作り出される画像を見ることができる
ようになる。逆転位置では、庇１８の頂部６２は下方を向いており、庇１８の底
部６０は上方を向いている。よって、まずフレーム１２を裏返し、そして画像表
示モジュール１４を庇１８の反対側に配置するように支持アーム１６を移動させ
ることによって、頭部取付式表示システム１０を右単眼用表示システムから左単
眼用表示システムに切り換えることができることが分かる。さらに、フレームが
逆転位置にあると左単眼用表示装置であるように説明したが、右単眼用表示装置
用のフレームが逆転位置にある場合を初期位置と考えることもできる。
【００１９】 適切な画像表示モジュール１４は非球面レンズ７４を介して見られる小型表示
装置または超小型表示装置７２を備える。非球面レンズ７４は「非球面光学部材
を備えた頭部取付式表示システム（Head Mounted Display System With Aspheri
c Optics）」というタイトルの米国特許第５５４３８１６号に記載されているよ
うなレンズである。非球面レンズ７４は表示システムにおける色収差を補正する
ために面７６、面７８、またはこれら両面に屈折率補正手段を備える。さらに、
所望であれば、表示装置７２と非球面レンズ７４との間に別の補正用光学部材を
配置してもよい。別の適切な画像表示モジュールは１９９８年１２月２２日に出
願された米国特許出願第０９／２１９０６５号に記載されており、参照すること
で本願の一部を形成する。このシステムでは、極めて小型で軽量にするために最
小限の数の光学部材を備える反射式超小型表示装置を用いている。よって、この
システムは本発明の画像表示モジュールに特に適している。しかしながら、本発
明において別の型の画像表示モジュールが用いられてもよい。例えば、当業者に
は公知なように、画像表示モジュール１４のハウジング３９内において図６に示
した表示装置７２の位置に対して垂直な位置に表示装置７２を取付け、そして反
射部材または部分反射部材を使用して画像を表示装置から使用者の眼７０に反射
させるようにてもよい。
【００２０】 なお、図６に示した画像表示モジュール１４において、頭部取付式表示システ
ム１０が上述したように右眼用画像表示装置から左眼用画像表示装置に切り換え
られると、切り換え前に表示装置の左上に現れた一部の画像は切り換え後に表示
装置の右下に現れ、切り換え前に表示装置の右下に現れた一部の画像は切り換え
後に表示装置の左上に現れる。同様に、切り換え前に表示装置の左下に表示され
た一部の画像は切り換え後に表示の右上に現れ、切り換え前に表示装置の右上に
現れた一部の画像は切り換え後に表示装置の左下に現れる。そして、画像が表示
装置７２上で逆転されなければ、画像は切り換え後に上下、左右が逆さまに現れ
る。
【００２１】 右単眼用表示構成にある頭部取付式表示システム１０で見る時でも、図３に示
したように左単眼用表示構成にある頭部取付式表示システム１０で使用者の左眼
で見る時でも画像が同様に現れるように表示装置７２に表示される画像を逆転さ
せるために、頭部取付式表示システム１０はフレーム１２が逆転位置で着用され
た時に表示装置７２の画像を逆転させるためのコントローラ８４を備える。フレ
ーム１２、モジュール１４またはコントローラ８４にスイッチ８０が取付けられ
、このスイッチ８０は右眼位置８２および左眼位置８３との間でそれぞれ移動可
能である。スイッチ８０が右眼位置８２にある時、マイクロプロセッサまたはそ
の均等物を備えるコントローラ８４は、表示装置７２に表示すべき画像のビット
マップ画像を提供するように、左から右および上から下という方法または順序で
表示装置７２に表示すべき画像データをビデオバッファ８６に書き込む。スイッ
チ８０が右眼位置８２にあると、コントローラ８４はデータが画像バッファに書
き込まれたの同様な方法で画像バッファからデータを読み出す。スイッチ８０が
左眼位置８３に移動せしめられると、コントローラ８４は左単眼用表示位置の選
択に応答して、画像データをバッファ８６に書き込む時にまたは画像データをバ
ッファ８６から表示７２に読み出す時に画像を逆転させる。より詳細には、デー
タをバッファ８６に書き込む時に画像データを逆転させる場合には、コントロー
ラはスイッチが右眼位置８２にある時にデータを蓄えたのと逆の方法でデータを
蓄え、こうすることで例えばデータが右から左および下から上へバッファ８６に
書き込まれる。この実施例では、データは、スイッチ８０が位置８２にある時に
データが表示部材７２に読み出されるのと同様な方法で、左から右および上から
下へビデオバッファから読み出される。したがって、スイッチ８０が左眼位置８
３にある時に表示装置７２に表示される画像は、スイッチ８０が右眼位置８２に
ある時に表示装置８２に表示される画像に対して逆転せしめられ、これにより画
像は頭部取付式表示システムが右眼位置にある時に見ても左眼位置にある時に見
て同様に現れるようになる。あるいは、コントローラ８４は、スイッチ８０が右
眼位置８２にある時にデータがビデオバッファ８６に書き込まれるのと同様な方
法で画像データをビデオバッファ８６に書き込むことによって、左眼位置８３に
あるスイッチ８０に応答してもよい。しかしながら、この実施例では、画像バッ
ファ８６にあるデータは、スイッチ８０が左眼位置８３にある時において、スイ
ッチ８０が右眼位置８２にある時にデータが読み出される方法とは逆の方法で表
示装置７２に読み出される。詳細には、この実施例ではスイッチ８０が左眼位置
にあると、データは右から左および下から上へビデオバッファ８６から読み出さ
れる。
【００２２】 図８および図９に示したように本発明の第二の実施例では、可撓性を有する支
持アーム９０は、支持アーム１６と同様なかみ合い用ボール・ソケット構成であ
る。しかしながら、各かみ合い部材３０はそのソケット部分９２とそのボール部
分９４との間で傾斜している。さらに、画像表示モジュール１４はモジュールハ
ウジング９８に取付けられた焦点調整ノブまたは焦点調整リング９６を備える。
焦点調整ノブ９６は、焦点を調整するのに焦点整合用レンズまたは焦点整合用光
学部材を表示装置または画像平面に対して軸線方向に移動させるために、使用者
によって手動で回転可能である。
【００２３】 図９に詳細に示したように、焦点調整ノブまたは焦点調整リング９６を回転さ
せると、表示装置（display）１０２に対して、また別の実施例では画像平面に
対してレンズ１００を軸線方向に移動させることになる。レンズ１００が非球面
または正方形であるので、例えばレンズ１００はレンズ１００が回転してしまう
のを防止しながらモジュールハウジング９８と協働するようにレンズ支持部材１
０４に取付けられる。同様に、リング９６は回転することができるが、モジュー
ル９８によりリング９６が軸線方向に移動してしまうのが防止される。
【００２４】 より詳細には、焦点調整ノブまたは焦点調整リング９６は、モジュールハウジ
ング９８の戻り止めまたは開口１０８内に位置するフランジ１０６を備える。開
口１０８を形成する壁面は、フランジ１０６に対する停止部を提供することによ
りリング９６が軸線方向に移動してしまうのを防止する。しかしながら、開口１
０８はフランジをその中で回転させることができる。リング９６の内面にはレン
ズ支持部材１０４の外面にある螺旋状のネジ山１１０と係合するためのネジ山が
ついている。螺旋状のネジ山１１０はレンズ支持体１０４の外周の全体に亘って
は延びない。代わりに、支持部材１０４はハウジング９８の壁面１１４に当接す
る少なくとも一つの平坦な側面１１２を有する。壁面１１４とレンズ支持体１０
４の平坦な側面１１２とは、リング９６が回転するのに伴ってレンズ支持体１０
４およびレンズ１００が回転してしまうのを防止する。よって、リング９６を回
転させると、リング９６のネジ山がレンズ支持体１０４のネジ山１１０と係合し
てレンズ支持体１０４が、したがってレンズ１００が表示装置１０２または画像
平面に対して軸線方向に移動せしめられる。
【００２５】 図９に示した実施例の更なる特徴は、アイシェード３６をモジュールハウジン
グ９８に取り付けることにある。この取り付けでは、アイシェード３６が使用者
の画像を見ていない方の眼を遮ることのないようにアイシェード３６を回転させ
ることまたは開き上げることができるようになっている。より詳細には、アイシ
ェードは湾曲ロッド１２０に取付けられる。湾曲ロッド１２０は湾曲ロッドが９
０°回転せしめられた時に、アイシェードが使用位置に対してほぼ垂直な位置に
くるようになっている。アイシェードが使用位置から９０°ほど回転せしめられ
ると、アイシェードは使用者の直接の視界をブロックすることのないような使用
者の眼の上方に位置する。図示した湾曲ロッドをさらに９０°、すなわち使用位
置から１８０°回転させると、アイシェードおよび湾曲ロッドをモジュールハウ
ジング９８から取り外すことができるようになる。
【００２６】 図９に示したように、湾曲ロッド１２０の一方の端部１２４はモジュールハウ
ジング９８に形成された開口１２５に取付けられる。湾曲ロッドの端部１２４は
そこから外側へ向かって延びる突出部１２６を有し、突出部１２６はアイシェー
ド３６を使用位置に保持するようにバネ１２７によって停止部１２８に付勢され
る。モジュールハウジング９８に形成された停止部１２８は、湾曲ロッドが使用
位置から９０°回転せしめられた時にもアイシェード３６を開き上げ位置（flip
ped up position）に保持するために突出部１２６と係合し続ける。しかしなが
ら、湾曲ロッド１２０が使用位置から１８０°回転せしめられると、突出部１２
６は湾曲ロッド１２０がハウジング９８の開口１２５から摺動して出られるよう
に停止部との係合が解除され、これによりアイシェード３６が取り外される。
【００２７】 本発明の頭部取付式表示システム１０は極めて軽量、小型であって融通性が高
い。単眼用システムとして、右眼が利き眼の使用者も左眼が利き眼の使用者も使
用することができる。本発明の可撓性を有する支持アームは同様に両眼用表示モ
ジュールを支持するのに用いられてもよい。このようなシステムでは、支持すべ
き表示モジュールの重さに応じて付加的な支持アームを用いてもよい。単眼用シ
ステムまたは両眼用システムのいずれにおいても、可撓性を有する支持アームに
より、多くの使用者に適応することができるように表示モジュールの位置を簡単
に調整することができるようになる。
【００２８】 本発明では上述した技術に対して多くの修正および変更をすることができる。
したがって、特許請求の範囲内で上述したのとは異なるように本発明を実施する
ことができることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 表示された拡大画像を右眼で見る本発明の頭部取付式表示システムの前方斜視
図である。
【図２】 図１のように配置されたフレームを備えた頭部取付式表示システムの前面図で
あり、画像表示モジュールがフレームの上方に配置されるように支持アームが移
動せしめられている。
【図３】 図２の頭部取付式表示システムの前方斜視図であり、左単眼用表示システムを
提供するために逆転位置に裏返されている。
【図４】 図２の頭部取付式表示システムの上方斜視図である。
【図５】 図３の頭部取付式表示システムの上面図である。
【図６】 使用者の眼に関して示した、画像表示モジュールの表示装置とそれと協働する
光学システムとの側面図である。
【図７】 フレームがある位置に着用された時に見るための画像を作り出すため、および
フレームが逆転位置に着用されたときに見るための逆転画像を作り出すための画
像表示用コントローラのブロック線図である。
【図８】 本発明の頭部取付式表示システムの第二の実施例の斜視図である。
【図９】 図８に示した本発明の実施例のための焦点整合機構とアイシェード取付部とを
示す、表示モジュールの切断部分斜視図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ (72)発明者 ウィリアムス，ウェス アメリカ合衆国，ワシントン 98223，ア ーリントン，ナインティファースト アベ ニュ ノース イースト 15720 (72)発明者 コーン，ジョージ ダブリュ． アメリカ合衆国，ワシントン 98053，レ ッドモンド，トゥーハンドレッドトゥウェ ンティサード プレイス ノース イース ト 2425 (72)発明者 ソワード，ダラス アメリカ合衆国，ワシントン 98012，ボ ースウェル，サウス イースト，トゥーハ ンドレッドス ストリート 4906

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 頭部取付式表示システムにおいて、 使用者の頭部に着用されるフレームと、 モジュールハウジングと少なくとも一つの表示装置と前記モジュールハウジン
    グ内に取付けられる表示された画像を拡大するための少なくとも一つの光学部材
    とを備える画像表示モジュールと、 該画像表示モジュールを支持するために前記フレームに取付けられる少なくと
    も一つの支持アームとを具備し、該支持アームは前記画像表示モジュールの位置
    を直交する三つの軸線に沿って同時に調整することおよび回転させることができ
    るように前記支持アームの長さ方向の少なくとも一部に亘って可撓性を有し、該
    可撓性を有する部分はその位置が定められた時に前記画像表示モジュールの位置
    を維持するのに十分な固さである頭部取付式表示システム。
  2. 【請求項２】 前記光学部材は軸線方向にのみ移動するように前記モジュー
    ルハウジング内に取付けられた非球面光学部材である請求項１に記載の頭部取付
    式表示システム。
  3. 【請求項３】 前記光学部材は軸線方向にのみ移動するように前記モジュー
    ルハウジング内に取付けられた正方形レンズである請求項１に記載の頭部取付式
    表示システム。
  4. 【請求項４】 前記画像表示モジュールは手動で回転可能なリングを備え、
    該リングはネジ山付き開口およびフランジを有し、該リングは前記フランジがモ
    ジュールハウジング内に形成された戻り止め内に配置され、これにより前記リン
    グが軸線方向の移動を防止されながらも回転することができるように前記モジュ
    ールハウジング内に取付けられ、前記画像表示モジュールは前記光学部材を支持
    するために前記モジュールハウジング内に取付けられたレンズ支持体を備え、該
    レンズ支持体は前記リングのネジ山付き開口と係合するようなネジ山と、前記リ
    ングが回転せしめられた時に前記レンズ支持体が回転してしまうのを防止しなが
    らも表示された画像に対して軸線方向に移動することができるように前記モジュ
    ールハウジングの表面と当接するネジ山のない面とを有する請求項１に記載の頭
    部取付式表示システム。
  5. 【請求項５】 前記画像表示モジュールに取付けられたアイシェードを備え
    、該アイシェードは、該アイシェードが使用者の画像を見ていない方の眼の少な
    くとも一部を遮る第一の位置と、該第一の位置から約９０°の第二の位置との間
    で移動可能である請求項１に記載の頭部取付式表示システム。
  6. 【請求項６】 前記アイシェードは湾曲部材を介して前記画像表示モジュー
    ルに取付けられ、該湾曲部材は前記アイシェードと共に移動可能であり、これに
    より該アイシェードが第二の位置で使用者の視界を遮ることのないように該アイ
    シェードが配置せしめられる請求項１に記載の頭部取付式表示システム。
  7. 【請求項７】 前記アイシェードは該アイシェードを前記画像表示モジュー
    ルから取り外すことができる第三の位置に移動可能である請求項５に記載の頭部
    取付式表示システム。
  8. 【請求項８】 前記アイシェードはロッドの第一の端部に取付けられ、該ロ
    ッドは第一の位置と第二の位置と第三の位置との間で回転するように前記モジュ
    ールハウジングの開口内に取付けられる第二の端部を有し、該ロッドの第二の端
    部は第一の位置または第二の位置にある時に前記アイシェードを所定位置に維持
    するためにバネによって停止部に対して付勢される突出部を有し、前記突出部は
    前記第三の位置にある時に前記アイシェードを取り外すことができるように前記
    停止部との係合が解除される請求項７に記載の頭部取付式表示システム。
  9. 【請求項９】 頭部取付式表示システムであって、 使用者の頭部に着用されるフレームと、 モジュールハウジングと少なくとも一つの表示装置と該モジュールハウジング
    内に取付けられる表示された画像を拡大するための少なくとも一つの光学部材と
    を備える画像表示モジュールと、 該画像表示モジュールを支持するために前記フレームに取付けられる少なくと
    も一つの可撓性を有する支持アームとを具備し、該可撓性を有する支持アームは
    複数のかみ合い用ボール・ソケット部材から形成され、各部材は隣り合った部材
    に対して揺動することまたは回転することができ、前記可撓性を有する支持アー
    ムは位置が定められた時に表示モジュールの位置を維持するのに十分なほど固い
    頭部取付式表示システム。
  10. 【請求項１０】 前記可撓性を有する支持アームは熱収縮性のカバーを有す
    る請求項９に記載の頭部取付式表示システム。
  11. 【請求項１１】 前記かみ合い用ボール・ソケット部材はその内部に開口を
    有し、該開口を通って前記画像表示モジュールからのケーブルが延びる請求項９
    に記載の頭部取付式表示システム。
  12. 【請求項１２】 前記フレームは前記ケーブルに形成されたループと係合す
    ることができるように前記支持アームが取付けられる側の該フレームの側部とは
    反対側の前記フレームの側部に突出部を有する請求項１１に記載の頭部取付式表
    示システム。
  13. 【請求項１３】 前記光学部材は軸線方向にのみ移動するように前記ハウジ
    ングに取付けられた非球面光学部材である請求項９に記載の頭部取付式表示シス
    テム。
  14. 【請求項１４】 前記光学部材は軸線方向にのみ移動するように前記ハウジ
    ングに取付けられた正方形レンズである請求項９に記載の頭部取付式表示システ
    ム。
  15. 【請求項１５】 前記画像表示モジュールは前記光学部材が軸線方向に移動
    しながらも回転が防止されるような前記光学部材用の取付部材を備える請求項９
    に記載の頭部取付式表示システム。
  16. 【請求項１６】 前記表示モジュールに取付けられたアイシェードを備え、
    該アイシェードは該アイシェードが使用者の表示装置を見ていない方の眼の少な
    くとも一部を遮る第一の位置と該第一の位置から約９０°の第二の位置との間で
    移動可能である請求項９に記載の頭部取付式表示システム。
  17. 【請求項１７】 前記アイシェードは前記表示モジュールから該アイシェー
    ドが取り外される第三の位置に移動可能である請求項１６に記載の頭部取付式表
    示システム。
  18. 【請求項１８】 頭部取付式表示システムにおいて、 使用者の頭部に着用されるフレームと、 該フレームに取付けられた画像表示モジュールであって、モジュールハウジン
    グと、少なくとも一つの表示装置と、表示された画像を拡大するための少なくと
    も一つの光学部材と、手動で回転可能なリングと、前記光学部材の支持体とを備
    え、該リングが軸線方向に移動することができないが回転することができるよう
    に前記ハウジングに取付けられ、該光学部材支持体が該支持体および前記光学部
    材を回転移動させることはできないが軸線方向に移動させることができるように
    前記ハウジングに取付けられ、前記リングが回転した時に前記光学部材支持体が
    軸線方向に移動せしめられるように該光学部材支持体が前記リングと係合せしめ
    られる画像表示モジュールとを具備する頭部取付式表示システム。
  19. 【請求項１９】 前記リングはネジ付き開口とフランジとを有し、前記リン
    グは前記フランジが前記モジュールハウジング内に形成された戻り止めに配置さ
    れて前記リングの軸線方向の移動を防止するように前記モジュールハウジング内
    に取付けられ、前記光学部材支持体は前記リングのネジ山付き開口と係合するネ
    ジ山と、前記リングが回転せしめられた時に前記光学部材が軸線方向に移動する
    ことができ且つ光学部材支持体の回転が防止されるように前記モジュールハウジ
    ングの停止部と当接するネジ山のない面とを有する請求項１８に記載の頭部取付
    式表示システム。
  20. 【請求項２０】 前記表示モジュールに取付けられたアイシェードを有し、
    該アイシェードは該アイシェードが使用者の表示装置を見ていない方の眼の少な
    くとも一部を遮る第一の位置と該第一の位置から約９０°である第二の位置との
    間で移動可能である請求項１８に記載の頭部取付式表示システム。
  21. 【請求項２１】 前記アイシェードは該アイシェードを前記表示モジュール
    から取り外すことができる第三の位置に移動可能である請求項２０に記載の頭部
    取付式表示システム。
  22. 【請求項２２】 前記アイシェードはロッドの第一の端部に取付けられ、該
    ロッドは第一の位置と第二の位置と第三の位置との間で回転するように前記モジ
    ュールハウジングの開口に取付けられ、前記ロッドの第二の端部は第一の位置ま
    たは第二の位置にある時に前記アイシェードを所定位置に維持するためにバネに
    よって停止部に付勢される突出部を有し、該突出部は前記アイシェードを取り外
    すことができるようになる第三の位置に移動せしめられた時に前記停止部との係
    合が解除される請求項２１に記載の頭部取付式表示システム。
  23. 【請求項２３】 前記アイシェードは、該アイシェードが第二の位置におい
    て使用者の視界を遮ることのないように、該アイシェードと共に移動可能な湾曲
    部材を介して前記画像表示モジュールに取付けられる請求項２０に記載の頭部取
    付式表示システム。
  24. 【請求項２４】 頭部取付式表示システムにおいて、 使用者の頭部に着用されるフレームと、 該フレームに取付けられた画像表示モジュールであって、モジュールハウジン
    グと、少なくとも一つの表示装置と、該モジュールハウジングにある支持体に取
    付けられる少なくとも一つの光学部材と、手動で回転可能なノブとを備える画像
    表示モジュールとを具備し、前記光学部材支持体の外面の一部にはネジ山が設け
    られ、前記光学部材支持体の外面の一部は平坦であって前記光学部材支持体が軸
    線方向に移動することができるように且つその回転が防止されるように前記ハウ
    ジングの停止部と当接し、前記ノブは軸線方向の移動が防止されるように前記ハ
    ウジングに取付けられてその内面にネジ山を有し、このネジ山は該ノブが回転せ
    しめられると光学部材支持体が軸線方向に移動するように前記光学部材支持体の
    ネジ状部分と係合する頭部取付式表示システム。
  25. 【請求項２５】 頭部取付式表示システムにおいて、 使用者の頭部に着用されるフレームと、 該フレームに取付けられる少なくとも一つの支持アームと、 前記支持アームに取付けられ、表示装置と表示された画像を拡大するための少
    なくとも一つの光学部材とを有する画像表示モジュールと、 少なくとも部分的に透明であるアイシェードとを具備し、該アイシェードは第
    二の支持アームによって前記画像表示モジュールに取付けられ、該第二の支持ア
    ームは前記モジュールハウジングの開口内に延びる端部を有し、前記第二の支持
    アームは前記アイシェードが使用者の画像を見ていない方の眼の一部を少なくと
    も部分的に遮断する第一の位置と、該アイシェードが該第一の位置から約９０°
    にあって前記画像表示モジュールに取付けられて維持されるが使用者の直接の視
    界を遮らない第二の位置と、前記モジュールハウジングの開口から第二の支持ア
    ームを摺動させて出すことによって当該頭部取付式表示システムから前記アイシ
    ェードおよび第二の支持アームを取り外すことができる第三の位置との間で移動
    可能である頭部取付式表示システム。
  26. 【請求項２６】 前記アイシェードは拡散被覆を有する請求項２５に記載の
    頭部取付式表示システム。
  27. 【請求項２７】 右眼用表示装置から左眼用表示装置に切り換えることがで
    きる単眼用頭部取付式表示システムにおいて、 初期位置で使用者の頭部に着用され、裏返されると逆転位置で着用されるフレ
    ームと、 画像を作り出すための画像表示モジュールと、 該画像表示モジュールを支持するための前記フレームに取付けられた支持アー
    ムとを具備し、該支持アームは前記画像表示モジュールを初期位置において前記
    フレームの上方または下方に配置するように移動可能であり、前記画像表示モジ
    ュールが初期位置において前記フレームの下方に配置された場合には作り出され
    る画像を使用者の一方の眼によって見ることができ、前記画像表示モジュールが
    初期位置において前記フレームの上方に配置されて前記フレームが逆転位置に裏
    返されると、画像表示モジュールは逆転位置において前記フレームの下方に位置
    し且つ作り出された画像を使用者の他方の眼によって見ることができる単眼用頭
    部取付式表示システム。
  28. 【請求項２８】 前記フレームは概して水平軸線周りで対称的であり、前記
    フレームが初期位置で着用されても該フレームが逆転位置に裏返されても同様に
    見ることができる請求項２７に記載の右眼用表示装置から左眼用表示装置に切り
    換えできる単眼用頭部取付式表示システム。
  29. 【請求項２９】 前記支持アームは前記画像表示モジュールを使用者の眼に
    対して鉛直な方向に、使用者の眼に対して水平な方向に、および使用者の眼に向
    かう方向にまたは離れる方向に移動させることができるように調整可能である請
    求項２７に記載の右眼用表示装置から左眼用表示装置に切り換えできる単眼用頭
    部取付式表示システム。
  30. 【請求項３０】 前記支持アームは様々な使用者に適応することができるよ
    うに互いに垂直な三つの軸線に沿って画像表示モジュールの位置を調整できるよ
    うに該支持アームの長さ方向の少なくとも一部に亘って可撓性を有するが、該支
    持アームは位置が定められた時に位置を維持するほど十分固い請求項２７に記載
    の右眼用表示装置から左眼用表示装置に切り換えできる単眼用頭部取付式表示シ
    ステム。
  31. 【請求項３１】 前記支持アームは周りに熱収縮性のカバーを備えたボール
    ・ソケット連結部を有する複数のかみ合い部材を備える請求項３０に記載の右眼
    用表示装置から左眼用表示装置に切り換えできる単眼用頭部取付式表示システム
    。
  32. 【請求項３２】 前記画像表示モジュールは表示装置を備え、該表示装置は
    フレームが初期位置で着用されたか逆転位置で着用されたかに応じて表示するよ
    うに画像または逆転画像を表すデータを貯蔵する画像バッファに接続される請求
    項２７に記載の右眼用表示装置から左眼用表示装置に切り換えできる単眼用頭部
    取付式表示システム。
  33. 【請求項３３】 前記画像表示モジュールは表示装置を備え、該表示装置は
    画像を表すデータを貯蔵する画像バッファに接続され、画像データはフレームが
    初期位置にあると或る順序で前記画像バッファから読み出され、且つフレームが
    逆転位置にあると逆の順序で前記画像バッファから読み出される請求項２７に記
    載の右眼用表示装置から左眼用表示装置に切り換えできる単眼用頭部取付式表示
    システム。
  34. 【請求項３４】 使用者の画像を見ていない方の眼の視野の中央部の少なく
    とも一部に配置されるように、前記画像表示モジュールに取付けられた半透明の
    アイシェードを備える請求項２７に記載の右眼用表示装置から左眼用表示装置に
    切り換えできる単眼用頭部取付式表示システム。
  35. 【請求項３５】 前記アイシェードは様々な瞳孔間距離に適応するように前
    記表示モジュールに調整可能に取付けられる請求項３４に記載の右眼用表示装置
    から左眼用表示装置に切り換えできる単眼用頭部取付式表示システム。
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