JP2005277497A - 頭部装着型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型軽量な表示ユニットを安定保持し画像を視認でき、装着者の頭部形状（頭長、額の傾斜等）にフィットして装着できる頭部装着型表示装置を提供する。
【解決手段】 後フレーム２ｂをヒンジ３で折り広げ、スライド板２８を連結部２３ａでスライドさせ、パッド４ａとパッド４ｂ間を頭部寸法以上に広げる。そして、パッド４ａを前頭部の片側に、パッド４ｂを後頭部片側に、パッド４ｃを後頭部片側に押圧する。そして、連結部２３ａで頭部形状に合わせて角度を調整し、パッド４ａの前頭部への押圧とパッド４ｂ、４ｃの後頭部への押圧具合を調整する。そして、後フレーム２ａの連結部２３ａでスライド板２８を引っ張って頭部に締め付ける。そして、表示ユニット５を眼前に位置させ、表示ユニット５の画像を視認する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表示ユニットを有する頭部装着型表示装置に係わり、特に、ウェアラブルＰＣ用表示器等、頭部に装着してＰＣ画面やＴＶ画像、あるいは作業等に関連する各種表示を視認するのに適した頭部装着型表示装置に関するものである。

従来の頭部装着型表示装置には、表示ユニットホルダと、そのホルダに連結される表示ユニットを備えた装置が知られている。その表示ユニットホルダとして、頭頂部と左右側頭部とに沿う部分を有するヘッドホン状のタイプ、前頭部と左右側頭部とに沿う部分を有するヘアバンド状のタイプ、頭部全周囲に沿う環状タイプのものがある。

図４に、従来の環状タイプの頭部装着型表示装置の全体構成を示す斜視図を示す。
表示部１０１は、頭部装着機構で装着者の頭部に着脱自在に装着され、ケーブル（図示せず）から供給される画像を表示し、装着者に提示するＬＣＤ等の表示部である。表示部１０１は、連結部材１０３を介して頭部装着機構のフロントフレーム１０２に取り付けられている。連結部材１０３は軸１０３ａを介して表示部１０１に、軸１０３ｂを介してフロントフレーム１０２にそれぞれ接続されており、各軸１０３ａ、１０３ｂは解除ボタン１０４が矢印Ａ方向に押されている状態では負荷無く自由に回転し、解除ボタン１０４を離せばその位置でロックするように構成される。従って、装着者は、表示部１０１の位置を装着後にかつ頭部装着機構を動かすことなく容易に変更可能である。
フロントフレーム１０２の内側には、装着者の前頭部を押圧するためのスポンジ状のパッド１１７がパッド取付台１１８を介して取り付けられている。さらにフロントフレーム１０２の左右両端にはフリクション１１５を介して、装着時に側頭部に対向する２つのサイドフレーム１０７が、所定角度の範囲で水平方向に回転自在に取り付けられている。また、バンド１０８は可撓性を有するバンドであり、その中央部には装着者の後頭都を押圧するためのリアパッド１０９が設けられている。
また、バンド１０８の両端部には、サイドフレーム１０７に設けられた溝１０７ａに沿って摺動可能なつまみ１０５が一体的に取り付けられている。解除ボタン１０６はその爪によりつまみ１０５と着脱可能に係合し、バンド１０８の矢印Ｃ方向（頭部装着機構による頭部押圧を緩める方向）への移動を制限する。
トップフレーム１１０は、フロントフレーム１０２に対し軸１１１を介して取り付けられ、摩擦部材及びワンウェイクラッチなどの機構により、下方（矢印Ｂ方向）に対しては自重等により軸１１１を中心に実質的に無負荷もしくは小さな負荷で回転し、上方（矢印Ｂ方向）に対しては摩擦部材によって決まる一定の荷重以上の力が作用したとき軸１１１を中心に回転するように構成されている。
信号ケーブル（図示せず）は、表示部１０１と表示制御を行うコントローラ（図示せず）とを結ぶ信号ケーブルであり、トップフレーム１１０の後頭部側端部からトップフレーム１１０内部を通って表示部１０１へ接続されるように引き回されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、ヘッドホン状タイプの頭部装着型表示装置が製品化されている。側頭部や眼球の上または下に表示ユニットを配し、これを非球面の反射光学系を用いて認識可能にするとともに、これらの表示ユニットをヘッドホン型の装着部位で頭部に固定する構造を有した頭部装着型表示装置がある。
しかし、これらのものは表示部が大きく装着者にとっては負荷が伴う問題があった。そこで、ヘッドバンド状タイプのホルダを有し、表示ユニットを眉毛付近から吊下げることで、少ない視野障害で安定した保持を確保しつつ表示ユニットを眼球に近づけ、小さい表示ユニットのまま適切な視野角を確保した頭部装着型表示装置が製品化されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００２−２４７４８２号公報 （第６頁、第１図） 特開２００３−１８７８９１号公報 （第１頁、第１図）

従来の頭部装着型表示装置は以上のように構成されているが、表示ユニットを側方から突き出したアームに固定する従来の方式は、表示ユニットが眼からある程度離れるため、視野角を大きく取ろうとすると、表示ユニットが大きくなってしまうという問題があった。例えば、従来方式の場合、小型軽量な表示ユニットのままでは本格的なＰＣ画面の精細さ（たとえば８００×６００のカラーＳＶＧＡ）の表示で細部を視認するのは困難である。
さらに、装着者の顔面形状（眼窩の窪み、額の傾斜等）は個人差が大きく、眼球と表示ユニットの間隔を最適な視認位置に合せるには、表示ユニットの複雑な調整機構が必要であった。そのため、表示ユニットの固定が不安定で、かつ、表示ユニットが頭にぶつかった際の安全性に課題があった。
また、ヘッドバンド型のホルダを有し、表示ユニットを眉毛付近から吊り下げる方式は、少ない視野障害で安定した保持を確保できるものの、装着者の頭部形状（頭長、額の傾斜等）は個人差が大きく、表示器ユニットの質量を支えるために、バンドが必要な場合があった。
また、特許文献１に示す構造では、寸法が大きくなり、デザイン／質量などの点で操作性が低くなる。また、この方式では両側で同時にスライドしないと頭にフィットさせることができない。さらに、ホルダの前後パッドの位置が同一平面上であり、頭部形状の個人差への対応が難しいという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、小型軽量な表示ユニットを安定して保持し、精細な表示で細部を視認することができ、装着者の頭部形状（頭長、額の傾斜等）にフィットして装着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。

上記の目的を達成するため、本発明の頭部装着型表示装置は、前頭部の左右いずれかの眼上位置に載架される単眼視型の表示ユニットと、頭部の全周または一部を包囲する枠体で前記表示ユニットを保持する表示ユニットホルダとからなり、表示ユニットには表示器を支持する支持体を有し、この支持体が前記表示ユニットホルダに対して頭部の前方または後方方向に位置調整可能に係合するよう構成されているものである。

また、本発明の頭部装着型表示装置は、表示ユニットホルダの後頭部に近接する部材を後頭部に沿って水平軸に対し角度調整できるようにしたものである。

また、本発明の頭部装着型表示装置は、前後方向の伸縮調整機構と水平軸に対する角度調整機構とを一体としたものである。

本発明の頭部装着型表示装置は上記のように構成されており、後頭部と前頭部の左右いずれかに近接する表示ユニットホルダを有し、単眼視型の表示ユニットを眉毛付近から吊下げることで、少ない視野障害で安定した保持を確保しつつ表示ユニットを眼球に近づけ、小型軽量な表示ユニットを用いて適切な視野角を確保する。そして、前後方向の伸縮調整機構と水平軸に対する角度調整機構とを一体として構成し、表示ユニットホルダを頭部の前後方向に調整可能とすることで装着者の頭長サイズのバラツキに対応する。また、表示ユニットホルダの後頭部に近接する部材を後頭部に沿って角度調整可能とすることで、装着者の後頭部形状に合わせてフィットさせる。

本発明の頭部装着型表示装置は上記のように構成されており、後頭部と前頭部の片側に近接する表示ユニットホルダを用い、小型軽量な単眼視型の表示ユニットを眼球に近づけ安定して保持し、容易に片側だけで適切な視野角を確保し細部を視認することができる。従来の環状タイプの装置の両眼視では、視野角を大きく取ろうとすると、表示ユニットが大きくなり、デザイン／質量などの点で操作性が低くなる。
そして、前後方向の伸縮調整機構と水平軸に対する角度調整機構とを一体として構成しているので、装着者の頭長サイズのバラツキに対応することができ、また、後頭部に沿って角度調整をすることができ、後頭部形状に合わせることができる。従来の環状タイプの装置では、両側で同時にスライドしないと頭にフィットさせることができず、さらに、ホルダの前後パッドの位置が同一平面上であり、頭部形状の個人差への対応が難しい。
本装置は、小型／軽量で装着時の違和感が少なく、また、片側だけなので容易に調整が可能となる。そして、角度調整でパッド位置を容易に変更できるため、個人差への対応が容易となる

本頭部装着型表示装置は、小型／軽量な単眼視型の表示ユニットを有し、装着者の頭部寸法と形状に合わせて、容易に前後方向の伸縮と角度調整ができ、頭部に安定してフィットする表示ユニットホルダを実現した。

本発明の頭部装着型表示装置の実施例を、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の頭部装着型表示装置の平面図を示す。
本発明の頭部装着型表示装置は、小型軽量な単眼視型の表示ユニット５と、前頭部の片側に押圧されるパッド４ａをＣ型アーム状の湾曲内側に有し前部に表示ユニット５を備えた前フレーム１と、後頭部に押圧されるパッド４ｂ、４ｃをＣ型アーム状の湾曲内側に有しヒンジ３で連結された後フレーム２ａ、２ｂと、後フレーム２ａに取り付けられ前フレーム１のスライド板２８に連結され前後方向の伸縮機構と角度調整機構が一体となる連結部２３ａとで構成される。

本発明の頭部装着型表示装置と従来の装置と異なるところは、従来の装置は、図４に示すように、構造では寸法が大きくなり、デザイン／質量などの点で操作性が低い。また、この方式では両側で同時にバンド１０８をスライドしないと頭部にフィットさせることができない。さらに、表示ユニットホルダの前後パッド（パッド１１７、リアパッド１０９）の位置が同一平面上であり、頭部形状の個人差への対応が難しい。
これに対し本発明の頭部装着型表示装置では、小型／軽量な単眼視型の表示ユニット５を前フレーム１に備え、前後方向の長さ調整も連結部２３ａでスライド板２８を前後に調整し、片側だけなので容易に調整が可能となる。そして、連結部２３ａで前フレーム１と後フレーム２ａの角度を調整して、頭部形状の個人差への対応が容易となる。そのため、装着時の違和感が少ない。

次に、本装置の各部構成について説明する。
前フレーム１は前頭部の片方に近接し押圧されるもので、前フレーム１の後方の端部近傍には、連結部２３ａを介して、後頭部に近接し押圧される後フレーム２ａ、２ｂが取付けられている。後フレーム２ａと２ｂは、ヒンジ３で取り付けられており、図に示す状態のＣ型形状まで開くと、ヒンジ３の突起が当たりこれ以上は開かない。このヒンジ３の回転軸の軸方向は、頭部装着時の上下方向に向いている。なお、前フレーム１及び後フレーム２ａ、２ｂが本装置の表示ユニットホルダに該当する。
また、前フレーム１及び後フレーム２ａ、２ｂには、頭部保護部材となるパッド４ａ、４ｂ、４ｃが取り付けられており、パッド４ａは、頭部装着時には眉毛を含む額部に接する。パッド４ａ、４ｂ、４ｃの材質は、ウレタンスポンジ、エラストマー、ゴム等の弾性力のある材料が用いられる。
前フレーム１において、装着者の左右いずれかの眼上位置（本実施例では左眼の上）に、表示ユニット５が取り付けられる。表示ユニット５は、前フレーム１に対し、上下反転して取り付けられる構造を有する。

図２に、表示ユニットホルダの前後方向の伸縮機構と角度調整機構が一体となる連結部２３ａの構造を示し、（ａ）は断面図を、（ｂ）は側面図を示す。
後フレーム２ａは、ベース２１に対し、スペーサ２２とチルト軸２３で狭まれ、ネジ２４で固定される。スペーサ２２は、樹脂、起毛布等で摺動性のある部材が用いられる。また、ネジ２４は緩み止めのため、接着や回転止め構造などが用いられる。チルト軸２３は筒状の形状であるため、ベース２１に対し、後フレーム２ａは回転することができる角度調整機構となる。
カバー２５には、バネ２６が内蔵され、バネ押え２７で固定される。その一体となったカバー２５をスライド板２８の穴２８ａに挟み込み、ベース２１に固定する。スライド板２８には穴２８ａが設けられており、バネ２６が穴２８ａに入り込むことでスライド板２８の位置が固定される。また、ストッパ２９は、スライド板２８の抜け防止のためのものである。この構造により、スライド板２８にある力が加えられるとバネ２６が変形し、ロックがはずれ、前方方向に調整可能になる。

図３に、表示ユニット５の内部構造を示す。
表示ユニット５の光学系は、光路分割機能を持つコンバイナ１１、ハーフミラー１２、ビームスプリッタ１３、光源１４、偏光板１５、反射型液晶素子１６で構成される。
偏光板１５は、光波を進行方向に垂直な面内で直角の方向に振動する２つの直線偏光の成分に分ける機能を有する薄板である。
反射型液晶素子１６は、予め特定の方向に配列してある液晶分子に、部分的に電界を印加してこの分子の配列を変え、液晶セル内で生じた屈折率の変化を利用し、文字、図形、画像などを表示する。裏面に反射面を備えた構造をし、液晶面に前面から光を照射することにより、その文字、図形、画像などが表示される素子である。
次に、光学系の原理について説明する。
光源１４から射出される光は、偏光板１５を透過し、Ｓ偏光（試料面に入射する光の電気ベクトルの振動方向が、試料面の法線と光の進行方向である波面の法線とを含む面に垂直な直線偏光）成分の光が抽出され、ビームスプリッタ１３に入射する。ビームスプリッタ１３に入射したＳ偏光成分の光が反射透過面１３ａで反射され、反射型液晶素子１６に入射する。入射したＳ偏光成分の光は、反射型液晶素子１６からＰ偏光（Ｓ偏光に対し、試料面に入射する光の電気ベクトルの振動方向が、入射面（試料面に立てた法線と光の進行方向を含む面）内に含まれる直線偏光）成分の画像表示光として出射される。反射型液晶素子１６から出射されたＰ偏光成分の光は、反射透過面１３ａを透過し、ハーフミラー１２で反射後、コンバイナ１１で反射され、ハーフミラー１２を透過し、使用者の眼に画像表示光として入射する。なお、図示していないが、表示ユニット５の内部には、反射型液晶素子１６及び光源１４を駆動するための駆動回路も収容されている。

次に、本頭部装着型表示装置の装着方法について図１、２にしたがって説明する。
まず、後フレーム２ｂをヒンジ３の突起に当たるまで広げ、後フレーム２ａと後フレーム２ｂをＣ型形状にする。そして、パッド４ａとパッド４ｂ間を頭部寸法以上に広げるために、スライド板２８に、ある力を加え引っ張ると、バネ２６が変形し、ロックがはずれる。そして、前方方向にスライド板２８を移動させ、適切な穴２８ａの位置で止めると、バネ２６が穴２８ａに入り込み、スライド板２８の位置が固定され、前後方向の長さが固定される。
そして、前フレーム１のパッド４ａを前頭部の片側に、パッド４ｂとパッド４ｃを後頭部に押圧する。そして、連結部２３ａで頭部形状に合わせて、後フレーム２ａを、チルト軸２３を中心に回転し、後頭部の形状に合わせて後フレーム２ａの角度を調整し、パッド４ａの前頭部への押圧と、パッド４ｂ、４ｃの後頭部への押圧具合を調整する。そして、スライド板２８を引っ張ってバネ２６によるロックをはずし、後方にスライド板２８を移動させ、適切な穴２８ａの位置で止め、バネ２６を穴２８ａに入り込ませ、スライド板２８の位置を固定し、頭部を締め付ける。
そして、単眼視型の表示ユニット５を眉毛付近から眼前に吊下げることで、安定した保持を確保しつつ、適切な視野角で、眼前に表示ユニット５の画像を視認する。

以上の機能により、本頭部装着型表示装置は、単眼視型の小型軽量な表示ユニット５を頭部保持用ホルダの前フレーム１で、眉毛付近から吊下げて安定した保持を確保し、適切な視野角を得ることができる。そして、装着者の頭長に合わせて表示ユニットホルダのスライド板２８を前後方向に調整し、後頭部形状に合わせて後フレーム２ａを角度調整することにより、装着感に優れ安定した保持が可能になる。

上記の実施例では、後フレーム２ａ、２ｂにパッド４ｂ、４ｃを貼り合わせているが、後フレーム２ａ、２ｂとパッド４ｂ、４ｃは一体の物であってもよく、バッド４ｂ、４ｃ以外にも、後フレーム２ａ、２ｂへのゴム塗装やゴムカバーで覆う形態でもよい。
また、前フレーム１および後フレーム２ａ、２ｂには、イヤホンを保持するホルダを設けてもよい。
また、光学系も図３の構成のものに限定されず、表示素子からの出射光を１枚のコンバイナ１１で反射させる方式でもよい。

本発明の頭部装着型表示装置の実施方法を示した説明図である。 本発明の頭部装着型表示装置のフレームの回転機構を示した図である。 本発明の頭部装着型表示装置の表示ユニットの機構を示した図である。 従来の頭部装着型表示装置を示した説明図である。

符号の説明

１ 前フレーム
２ａ、２ｂ 後フレーム
３ ヒンジ
４ａ、４ｂ、４ｃ、１１７ パッド
５ 表示ユニット
１１ コンバイナ
１２ ハーフミラー
１３ ビームスプリッタ
１４ 光源
１５ 偏光板
１６ 反射型液晶素子
２１ ベース
２２ スペーサ
２３ チルト軸
２３ａ 連結部
２４ ネジ
２５ カバー
２６ バネ
２７ バネ押え
２８ スライド板
２８ａ 穴
２９ ストッパ
１０１ 表示部
１０２ フロントフレーム
１０３ 連結部材
１０３ａ、１０３ｂ、１１１ 軸
１０４ 解除ボタン
１０５ つまみ
１０６ 解除ボタン
１０７ サイドフレーム
１０７ａ 溝
１０８ バンド
１０９ リアパッド
１１０ トップフレーム
１１８ パッド取付台

Claims (3)

1. 前頭部の左右いずれかの眼上位置に載架される単眼視型の表示ユニットと、頭部の全周または一部を包囲する枠体で前記表示ユニットを保持する表示ユニットホルダとからなり、表示ユニットには表示器を支持する支持体を有し、この支持体が前記表示ユニットホルダに対して頭部の前方または後方方向に位置調整可能に係合するよう構成されていることを特徴とする頭部装着型表示装置。
2. 表示ユニットホルダの後頭部に近接する部材を後頭部に沿って水平軸に対し角度調整できるようにしたことを特徴とした請求項１記載の頭部装着型装置。
3. 前後方向の伸縮調整機構と水平軸に対する角度調整機構とを一体としたことを特徴とする請求項２記載の頭部装着型表示装置。

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