JP2004233778A - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】左眼用と右眼用とに切り換える際に、電気的に映像を反転させる必要のないヘッドマウントディスプレイを提供する。
【解決手段】ヘッドマウントディスプレイ本体部１を、図の矢印のように左右を反転させて、１８０°回転させれば、ディスプレイアーム３と表示部４は顔面の右側に移動し、そのままの状態で表示部４は右眼前方に位置するようになり、右眼用として使用できるようになる。そのとき、表示部４をこのピン６を中心にして１８０°回動させれば、どちらの眼でみた場合でも画像の方向が同じとなる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は頭部に装着して映像を観測するヘッドマウントディスプレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶パネル（ＬＣＤ）等の表示デバイス上に表示された映像を、接眼レンズやハーフミラー等を有する光学系を介して拡大した虚像として観察する眼鏡タイプの映像表示装置が種々提案され、ヘッドマウントディスプレイと呼ばれている。
【０００３】
この映像表示装置は、多くの場合、頭に巻いた形で頭部に装着する構成とされ、両眼に対応する位置に映像表示系を形成した両眼タイプと左右眼の一方の眼に対応する位置に映像表示系を形成した片眼タイプとがある。このうち、両眼タイプのものは、主として映像を楽しむための目的に使用される。片眼タイプのものは、例えばウエアラブルパソコン等の表示装置等や、作業者に指示を表示する表示装置としての使用方法が期待されている。
【０００４】
片眼タイプのヘッドマウントディスプレイの場合、使用者の好みに従って、左右どちらの眼に映像を表示するかを選択できることが好ましい。このような要求を満たすものとして、従来、特開平８−３２０４５３号公報（特許文献１）のように額部に左右どちらにも表示部を取り付けられる部材を使用する手法、特開平９−３１８９０５号公報に記載されるように、顔面を中心に表示部を回転させる手法が用いられていた。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３２０４５３号公報
【特許文献２】特開平９−３１８９０５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１、特許文献２のいずれに記載される技術においても、顔面に余計な部材が常に存在し、デザイン的によくないという問題がある。さらに後者の場合には、映像を表示する部分に回転機構が２つ必要であり、構造が複雑となると言う問題点がある。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、単に反転させるだけで左眼用と右眼用とに切り換えて使用可能な、簡単な構成の片眼用ヘッドマウントディスプレイであって、左眼用と右眼用とに切り換える際に、電気的に映像を反転させる必要のないものを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、頭部に装着された接眼光学系を用いて表示デバイスの虚像を観測する片眼用ヘッドマウントディスプレイであって、頭部に装着される部分（ヘッドマウントディスプレイ本体部）が、頭部に装着するためのリアアームと、画像表示のための表示部とを有し、前記ヘッドマウントディスプレイ本体部を回転させることによって左眼用、右眼用のいずれにも使用可能とされているものにおいて、左眼用に使用する場合と右眼用に使用する場合の切り換えの際に、前記表示部に映し出される映像を電気的に回転させることが不要とされていることを特徴とするもの（請求項１）である。
【０００９】
本手段は、ヘッドマウントディスプレイ本体部を回転させることのみで左眼用、右眼用のいずれにも使用可能であるので、構造が簡単になる。そして、左眼用に使用する場合と右眼用に使用する場合の切り換えの際に、前記表示部に映し出される映像を電気的に回転させることが不要とされているので、画像出力の電気的制御が簡単になる。
【００１０】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記表示部が、それを支持する部材に対して、前記表示部の略中心に位置し視線に略平行な回動軸の周りに、１８０°以上回動可能とされていることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００１１】
本手段においては、表示部が、それを支持する部材に対して、前記表示部の略中心に位置し視線に略平行な回動軸の周りに、１８０°以上回動可能とされているので、ヘッドマウントディスプレイを１８０°回転して左眼用と右眼用を切り換えた場合、この表示部を１８０°回動させておけば、左眼用と右眼用で画像の上下左右が同じとなり、画像出力の電気的制御が簡単になる。「視線に略平行」とは、表示部の回転面を視線に略垂直な面内とするための条件であり、表示部を左眼用として使用する場合と右眼用として使用する場合とで、眼に対する表示部の平面位置があまり変わらないようにするための条件である。
【００１２】
従って、略とは、表示部を左眼用として使用する場合と右眼用として使用する場合で、この平面の傾きの差が実用上問題とならない範囲であれば、ある程度平行でないことが許されることを意味する。又、視線とは、表示部の画像を見るときの視線を言うことは言うまでもない。
【００１３】
「表示部の略中心に位置」するの略も、表示部を左眼用として使用する場合と右眼用として使用する場合とで、表示部の視線に対する位置が実用上問題にならない範囲で中心から外れてもよいことを意味する。
【００１４】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記２の手段であって、前記表示部が、前記回動軸に対して、左右の重量バランスがとれたものとされていることを特徴とするもの（請求項３）である。
【００１５】
本手段においては、表示部が、回動軸に対して、左右の重量バランスがとれたものとされているので、表示部が左右方向に傾くことが無く、どちらの眼で使用する場合でも、装着感が同じものとなる。なお、左右の重量バランスがとれているとは、例えば、回動軸の周りの左右の重力による回転モーメントのバランスがとれていることを言う。
【００１６】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第２の手段又は第３の手段であって、前記表示部の重心が、前記回動軸の下側にあることを特徴とするもの（請求項４）である。
【００１７】
本手段においては、表示部の重心が回動軸の下側にあるので、ヘッドマウントディスプレイを１８０°回転させた場合に、自然に表示部が１８０°回転して、上下方向が本来の上下方向に保たれるようにすることが可能となる。
【００１８】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第２の手段から第４の手段のいずれかであって、前記回動軸が、ヘッドマウントディスプレイを装着したときに眼の中心に位置する部分の近傍を通るように設けられていることを特徴とするもの（請求項５）である。
【００１９】
本手段においては、回動軸が、ヘッドマウントディスプレイを装着したときに眼の中心に位置する部分の近傍を通るように設けられているので、表示部の回転に伴って視線の位置と表示される画像の位置が異なってくるのを防止することができる。
【００２０】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第１の手段であって、表示部中の表示デバイスが、それを支持する部材に対して、前記表示デバイスの略中心に位置し視線に略平行な回動軸の周りに、１８０°以上回動可能とされていることを特徴とするもの（請求項６）である。
【００２１】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第６の手段であって、前記表示デバイスが、前記回動軸に対して、左右の重量バランスがとれたものとされていることを特徴とするもの（請求項７）である。
【００２２】
前記課題を解決するための第８の手段は、前記第６の手段又は第７の手段であって、前記表示デバイスの重心が、前記回動軸の下側にあることを特徴とするもの（請求項８）である。
【００２３】
前記課題を解決するための第９の手段は、前記第６の手段から第８の手段のいずれかであって、前記回動軸が、ヘッドマウントディスプレイを装着したときに眼の中心に位置する部分の近傍を通るように設けられていることを特徴とするもの（請求項９）である。
【００２４】
前記第２の手段から第５の手段においては、表示部がその回動軸の周りに回動するようになっていたが、これら第６の手段から第９の手段においては、表示部ではなく、表示部内の表示デバイスが回動軸の周りに回動するようになっている。表示デバイスとは、例えば画像を形成するＬＣＤのようなデバイスであり、これが回動することにより、表示部が回動したのと同じ効果が得られる。
【００２５】
前記課題を解決するための第１０の手段は、前記第２の手段から第９の手段のいずれかであって、前記表示部又は前記表示デバイスの、それを支持する部材に対する方向を検出する検出器が設けられていることを特徴とするもの（請求項１０）である。
【００２６】
本手段においては、表示部又は表示デバイスの、それを支持する部材に対する方向を検出することができるので、これにより、ヘッドマウントディスプレイが左眼用として使用されているのか右眼用として使用されているのかを検出することができる。
【００２７】
前記課題を解決するための第１１の手段は、前記第１０の手段であって、左右にヘッドホーンを有し、当該左右のヘッドホーンに出力する音声を、前記表示部又は前記表示デバイスの、それを支持する部材に対する方向に応じて切り換える音声切り換え手段を有することを特徴とするもの（請求項１１）である。
【００２８】
本手段によれば、ヘッドマウントディスプレイが左眼用として使用されている場合でも右眼用として使用されている場合でも、左右のヘッドホーンから適正な音声を出力することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態であるヘッドマウントディスプレイの、頭部に装着される部分（ヘッドマウントディスプレイ本体部）を頭部に装着した様子を示す概要図である。（ａ）は全体の斜視図、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ部分の部分断面図である。
【００３０】
ヘッドマウントディスプレイ本体部１は、頭部の後部に装着されて、頭部を挟み込むような弾性を有するリアアーム２と、リアアーム２に出し入れが可能なように嵌め込まれたディスプレイアーム３と、ディスプレイアーム３の先端部３ａに取り付けられ、画像の表示を行う表示部４と、リアアーム２に取り付けられた左右のヘッドホーン５を主要部として構成されている。図においては、表示部４は、ディスプレイアーム３の引き出し長さを調節することにより、左眼前方に位置するように調整されており、左眼用として使用される。
【００３１】
このヘッドマウントディスプレイ本体部１を、図の矢印のように左右を反転させて、１８０°回転させれば、ディスプレイアーム３と表示部４は顔面の右側に移動し、そのままの状態で表示部４は右眼前方に位置するようになり、右眼用として使用できるようになる。
【００３２】
しかしながら、このような状態では、表示部４の方向は、左眼用として使用する場合と右眼用として使用する場合で１８０°反転してしまう。よって、表示部４に映し出される映像を、電気的に１８０°回転させてやる必要がある。そこで、この実施の形態においては、このような電気的な操作を不要とするような構成とされている。
【００３３】
すなわち、ディスプレイアーム３の先端部３ａは、折れ曲がって、視線の方向と略直角となるようにされており、（ｂ）に示すように、表示部４はこの先端部３ａにピン６で止められ、ピン６の周りに少なくとも１８０°以上回動可能とされている。ピン６は、表示部４の中心近傍に設けられている。よって、ヘッドマウントディスプレイ本体部１を回転させて、左眼用と右眼用の切り換えを行った際に、表示部４をこのピン６を中心にして１８０°回動させれば、どちらの眼でみた場合でも画像の方向が同じとなる。
【００３４】
このような構造において、表示部４は、ピン６に対して左右の重量（正常な位置における重力による回転モーメント）が同じとなるように構成されていることが好ましい。このようにすれば、表示部４が正常な位置から傾くことが無くなり、左眼用として使用する場合でも、右眼用として使用する場合でも、正常な位置を保つようにすることができる。
【００３５】
さらに、表示部４の重心は、ピン６よりも下側にあることが望ましい。このようにすれば、ヘッドマウントディスプレイ本体部１を１８０°反転したときに、表示部４は、重力により自然に１８０°反転し、画像の向きが変わらないようにすることができる。
【００３６】
又、ピン６は、その中心軸の延長線が、ヘッドマウントディスプレイ本体部１を装着したときに眼の中心に位置する部分の近傍を通る位置にあるようにすることが好ましい。これにより、ピン６によって形成される表示部４の回動軸が眼の中心位置近傍に位置するので、表示部４を回動しても、視線の位置と画像の位置のずれが少なくて済む。近傍とは、この視線の位置と画像の位置のずれが実用上問題とならないような範囲をいう。
【００３７】
図２は、本発明の第２の実施の形態であるヘッドマウントディスプレイの表示部４の近傍を示した図である。この実施の形態であるヘッドマウントディスプレイの基本構成は図１に示した第１の実施の形態と同じであり、表示部近傍が異なるだけであるので、異なる部分のみを説明する。なお、図２において、図１に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略することがある。
【００３８】
図２において（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面に対応する断面図であり、（ｂ）は（ａ）の下側から見た正面図である。この実施の形態においては、ディスプレイアーム３の先端部３ａには表示部４が固定されている。そして、カバー４ａ中に収納されたＬＣＤ４ｂ（表示デバイス）にノブ７が取り付けられ、ＬＣＤ４ｂがノブ７を回動することによって回動するようになっている。ＬＣＤ４ｂ上の画像は、レンズ４ｃと透明樹脂４ｄを介して眼球（図示せず）の網膜状に結像する。
【００３９】
ヘッドマウントディスプレイ本体部１を１８０°回転して左眼用と右眼用とを入れ替えたとき、ノブ７を回動することにより、ＬＣＤ４ｂを１８０°回動する。ノブ７はＬＣＤ４ｂの略中心付近に設けられている。これにより、ＬＣＤ４ｂの上下左右は左眼用として使用するときと右眼用として使用するときで同じになり、電気的手段により、画像を切り換える必要がなくなる。
【００４０】
このような構造において、ＬＣＤ４ｂは、ノブ７に対して左右の重量（正常な位置における重力による回転モーメント）が同じとなるように構成されていることが好ましい。このようにすれば、表示部４が正常な位置から傾くことが無くなり、左眼用として使用する場合でも、右眼用として使用する場合でも、正常な位置を保つようにすることができる。
【００４１】
さらに、ＬＣＤ４ｂの重心は、ノブ７よりも下側にあることが望ましい。このようにすれば、ヘッドマウントディスプレイ本体部１を１８０°反転したときに、ＬＣＤ４ｂは、重力により自然に１８０°反転し、画像の向きが変わらないようにすることができる。
【００４２】
又、ノブ７は、中心軸のその延長線が、ヘッドマウントディスプレイ本体部１を装着したときに眼の中心に位置する部分の近傍を通る位置にあるようにすることが好ましい。これにより、ノブ７によって形成されるＬＣＤ４ｂの回動軸が眼の中心位置近傍に位置するので、ＬＣＤ４ｂを回動しても、視線の位置と画像の位置のずれが少なくて済む。近傍とは、この視線の位置と画像の位置のずれが実用上問題とならないような範囲をいう。
【００４３】
なお、前記第１の実施の形態においては、ディスプレイアーム３の先端部３ａに対する表示部４の位置を、前記第２の実施の形態においては、ディスプレイアーム３の先端部３ａ又は表示部４に対するＬＣＤ４ｂの位置を、それぞれ検出可能なようなセンサを取り付けることが好ましい。これは、近接スイッチ等を用いることにより容易に実現することができる。
【００４４】
そして、このセンサにより、表示部４やＬＣＤ４ｂの位置が分かれば、ヘッドマウントディスプレイ本体部１が左眼用として使用されているのか、右眼用として使用されているのかを検出できる。よって、それに応じて、ヘッドホーン５の左右に出力する音声が逆にならないように切り換えることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、単に反転させるだけで左眼用と右眼用とに切り換えて使用可能な、簡単な構成の片眼用ヘッドマウントディスプレイであって、左眼用と右眼用とに切り換える際に、電気的に映像を反転させる必要のないものを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１の例であるヘッドマウントディスプレイ本体部を頭部に装着した様子を示す概要図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態であるヘッドマウントディスプレイの表示部の近傍を示した図である。
【符号の説明】
１…ヘッドマウントディスプレイ本体部、２…リアアーム、３…ディスプレイアーム、３ａ…先端部、４…表示部、４ａ…カバー、４ｂ…ＬＣＤ、４ｃ…レンズ、４ｄ…透明樹脂、５…ヘッドホーン、６…ピン、７…ノブ

Claims (11)

1. 頭部に装着された接眼光学系を用いて表示デバイスの虚像を観測する片眼用ヘッドマウントディスプレイであって、頭部に装着される部分（ヘッドマウントディスプレイ本体部）が、頭部に装着するためのリアアームと、画像表示のための表示部とを有し、前記ヘッドマウントディスプレイ本体部を回転させることによって左眼用、右眼用のいずれにも使用可能とされているものにおいて、左眼用に使用する場合と右眼用に使用する場合の切り換えの際に、前記表示部に映し出される映像を電気的に回転させることが不要とされていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
2. 請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイであって、前記表示部が、それを支持する部材に対して、前記表示部の略中心に位置し視線に略平行な回動軸の周りに、１８０°以上回動可能とされていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
3. 請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイであって、前記表示部が、前記回動軸に対して、左右の重量バランスがとれたものとされていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
4. 請求項２又は請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイであって、前記表示部の重心が、前記回動軸の下側にあることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
5. 請求項２から請求項４のうちいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイであって、前記回動軸が、ヘッドマウントディスプレイを装着したときに眼の中心に位置する部分の近傍を通るように設けられていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
6. 請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイであって、前記表示部中の表示デバイスが、それを支持する部材に対して、前記表示デバイスの略中心に位置し視線に略平行な回動軸の周りに、１８０°以上回動可能とされていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
7. 請求項６に記載のヘッドマウントディスプレイであって、前記表示デバイスが、前記回動軸に対して、左右の重量バランスがとれたものとされていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
8. 請求項６又は請求項７に記載のヘッドマウントディスプレイであって、前記表示デバイスの重心が、前記回動軸の下側にあることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
9. 請求項６から請求項８のうちいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイであって、前記回動軸が、ヘッドマウントディスプレイを装着したときに眼の中心に位置する部分の近傍を通るように設けられていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
10. 請求項２から請求項９のうちいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイであって、前記表示部又は前記表示デバイスの、それを支持する部材に対する方向を検出する検出器が設けられていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
11. 請求項１０に記載のヘッドマウントディスプレイであって、左右にヘッドホーンを有し、当該左右のヘッドホーンに出力する音声を、前記表示部又は前記表示デバイスの、それを支持する部材に対する方向に応じて切り換える音声切り換え手段を有することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。

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