JP2008165063A - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】眼鏡に取り付けるタイプの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１は、ディスプレイを内蔵したケース１０、自由曲面プリズム２０を備えている。ヘッドマウントディスプレイ１は、眼鏡１００のブリッジ１０５にケース１０が取り付けられて使用される。ディスプレイを内蔵したケース１０と自由曲面プリズム２０とは、使用者が眼鏡１００を装着したときに、使用者から見て横方向に並ぶように接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、使用者の頭部に装着して使用するヘッドマウントディスプレイに関する。

頭部などの身体に装着して使用され、使用者の眼前に画像を表示するヘッドマウントディスプレイが、バーチャルリアリティをはじめ、画像を表示するための種々の分野で利用されている。ヘッドマウントディスプレイは、一般的にはゴーグル形状、あるいは大型の眼鏡のフレーム形状に形成される。また、眼鏡のフレーム形状の装着部材に取り付けて用いるタイプのヘッドマウントディスプレイ（以下、「取り付けタイプのＨＭＤ（Head Mount Display）」という。）もある。
ヘッドマウントディスプレイは一般的に、小型であればあるほどよい。特に、ヘッドマウントディスプレイは、使用者の頭部に取付けた場合に使用者が煩わしく思わない大きさ、形状であるほど、デザイン性に優れたものとなる。

取り付けタイプのＨＭＤでは、ヘッドマウントディスプレイを装着しているときでも、使用者がヘッドマウントディスプレイによる画像の他に風景を見ることができるようになっている。ヘッドマウントディスプレイが小型であるほど、風景を見るための視界が確保されて使用者の使い勝手もよくなる。

取り付けタイプのＨＭＤでは装着部材のリムの上部にディスプレイを備えた表示機構が設けられ、表示機構から出力される画像が、所定の倍率で画像を拡大する導光手段を介して使用者の眼に入るようになっている。導光手段は、通常、装着部材の眼鏡レンズに相当する位置に設けられる。このような導光手段により、使用者の眼には画像が略正面から映るようになっている。表示機構と導光手段とは、使用者が装着部材を装着した場合に縦方向に並ぶように接続されている。このような構成では、表示機構が装着部材の上部に突出して設けられるために、デザイン性が優れたものとは言い難い。
そこで、ヘッドマウントディスプレイを小型化するための方策が種々提案されている。

例えば、ヘッドマウントディスプレイの小型化のために、自由曲面プリズムを用いた、例えば特許文献１のようなヘッドマウントディスプレイがある。特許文献１のヘッドマウントディスプレイは、画像を表示するためのディスプレイと、このディスプレイからの光を使用者の眼に導くための自由曲面プリズムとを備えている。
特開２００１−１３３７２４号公報

特許文献１に開示されるヘッドマウントディスプレイをそのまま取り付けタイプのＨＭＤに用いて、ディスプレイ及び自由曲面プリズムを装着部材に取り付けると、ディスプレイが装着部材のリムの上部に設けられ、リムの下部に位置する眼鏡レンズの前方（この明細書では、使用者が装着部材を装着した際の、装着部材の使用者側を「後方」、その反対側を「前方」という。）に自由曲面プリズムを設けた構成になる。このような構成でも、ディスプレイと自由曲面プリズムとは、使用者が装着部材を装着した場合に縦方向に並ぶように接続される。

そのために、特許文献１のヘッドマウントディスプレイを取り付けタイプのＨＭＤに応用しても、表示機構が装着部材の上部に突出して設けられるという問題は、依然として解消されない。
また、リムの上部にディスプレイがあると、ヘッドマウントディスプレイを装着中に使用者が目線を上方に移しても、ディスプレイを視界に捉えることになり、視界が悪くなるという問題もある。

本発明は、かかる課題を解消するものであり、眼鏡等の装着部材に取り付けるタイプのヘッドマウントディスプレイを小型化するための技術を提供することをその課題とする。

上記の課題を解決する本発明のヘッドマウントディスプレイは、画像を表示するための表示手段と、表示手段により表示される画像を所定の倍率で拡大して使用者の眼に導くための導光手段とを備えており、眼鏡形状の装着部材に取り付けられて使用されるヘッドマウントディスプレイである。このヘッドマウントディスプレイは、前記表示手段と前記導光手段とが、前記使用者が前記装着部材を装着したときに、前記使用者から見て横方向に並ぶように接続されている。

本発明のヘッドマウントディスプレイは、従来とは異なり、表示手段と導光手段とが、使用時に使用者から見て横方向に並ぶ。そのために、従来、縦方向に並ぶために生じた上記の問題が解決する。即ち、導光手段は、通常、その画像の出射位置が使用者の眼の近傍であり、装着部材が眼鏡の場合には、眼鏡のレンズの位置に設けられる。表示手段は導光手段の横方向に並んで設けられるために、眼鏡フレームのリムの上部に表示手段が設けられることはない。そのために表示手段が装着部材の上部に突出して設けられることを避けることができる。ヘッドマウントディスプレイの使用時のこのような外観は、デザイン性に優れたものとなり、また、使用者の上方視界を確保することができる。

前記表示手段は、例えば、前記装着部材の眼鏡レンズに相当する位置の中間に取り付けられる。このように取り付けられることで、使用者の両目の間に表示手段が設けられることになり、表示手段が使用者の視界から完全に消えることになる。
表示手段は、装着部材の前方、後方どちらに取り付けてもよいが、後方、即ち、前記装着部材を前記使用者が装着した際に前記装着部材よりも前記使用者側に位置するように前記装着部材に取り付けると、使用時に表示手段を装着部材により隠すことができる。これにより、更に見栄えがよくなる。

前記導光手段には、例えば、前記画像を内部で所定の回数反射させて前記使用者の眼に導く自由曲面プリズムを用いることができる。自由曲面プリズムを用いると、ヘッドマウントディスプレイ全体の小型化を容易に実現できる。また、自由曲面プリズムに限らず、導光手段は、画像を導く導光路と画像を拡大するレンズとを備えた構成で、あればその機能を保持したまま、より小型に実現できる。導光路は、画像を所定の回数反射するものであってもよい。

このようなヘッドマウントディスプレイでは、前記表示手段及び前記導光手段を前記装着部材の前記ブリッジと智との間でスライドさせる移動機構を有していてもよい。移動機構を有することで、前記導光手段から出力される前記画像の位置が、可変になる。そのために、使用者の眼の位置に合わせて最適な位置で画像を提供できる。
このような前記移動機構は、例えば、前記表示手段に一端が接続されたラック部と、使用者により操作可能なピニオン部と、を備えて構成することができる。前記ピニオン部の回転により前記ラック部がスライドして前記表示手段及び前記導光手段がスライドする。

また、ヘッドマウントディスプレイは、前記表示手段を前記導光手段の方向に移動可能にする調整機構を更に備えていてもよい。このような構成では、表示手段から導光手段までの距離を使用者の視度に合わせて最適にすることで、視度補正された画像を使用者に提供することができるようになる。

本発明の他のヘッドマウントディスプレイは、画像を表示するための表示手段と、表示手段により表示される画像を所定の倍率で拡大して使用者の眼に導くための導光手段と、眼鏡形状の装着部材と、を備えておりヘッドマウントディスプレイであって、前記表示手段は、前記装着部材の眼鏡レンズに相当する位置の中間に取り付けられており、前記表示手段と前記導光手段とは、前記使用者が前記装着部材を装着したときに、前記使用者から見て横方向に並ぶように接続される。

以下、本発明の好ましい一実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

この実施形態におけるヘッドマウントディスプレイ１は、図１に示したような眼鏡フレームの形状をした眼鏡１００に取り付けて用いる取り付けタイプのＨＭＤである。この実施形態では、ヘッドマウントディスプレイ１が眼鏡１００の後方に取り付けられる。使用時には、ヘッドマウントディスプレイ１が使用者と眼鏡１００との間に位置する。そのために、使用者以外からはヘッドマウントディスプレイ１の存在がわかりづらくなっている。但し、ヘッドマウントディスプレイ１が眼鏡１００の前方に設けられていても本発明により得られる効果を妨げるものではない。

眼鏡１００は、眼鏡フレーム１０１に眼鏡レンズ１０２がはめ込まれた、通常の眼鏡と同様の構成である。眼鏡フレーム１０１は、左右のつる１０３と、左右のリム１０４と、左右のリム１０４をつなぐブリッジ１０５と、を備えている。左右のつる１０３はそれぞれ左右のリム１０４にヒンジ接続されており、つる１０３をリム１０４に対して平行になるような向きで折畳めるようになっている。つる１０３の先端を使用者の両耳にそれぞれ係止するか、或いは２本のつる１０３により使用者の頭部を挟み込むことで、使用者の頭部に眼鏡１００が固定される。

この実施形態では、ヘッドマウントディスプレイ１が眼鏡１００の後方に位置するために、つる１０３の長さが通常の眼鏡フレームよりも長めになっている。また、つる１０３の先端は使用者の耳に係止し易いように形成されてもよいが、直線状であるほうが、ヘッドマウントディスプレイ１の有無に関わらず使用者の使用感が変わらない。

ヘッドマウントディスプレイ１は、ディスプレイを内部に有するケース１０と、ケース１０に可動部１６を介して接続される左右の自由曲面プリズム２０と、ケース１０に接続されるノーズパッド３０と、を備えている。
ケース１０は、眼鏡１００のブリッジ１０５に、眼鏡１００の後方に位置するように取り付けられる。自由曲面プリズム２０は、使用者が眼鏡１００を装着したときに使用者から見てケース１０の横方向に並ぶように、ケース１０に接続される。ノーズパッド３０は、ケース１０のさらに後方に位置するように取り付けられる。ディスプレイに表示される画像は、自由曲面プリズム２０により所定の倍率で拡大されて、自由曲面プリズム２０から後方に出力される。後方に出力された画像は、眼鏡１００を装着した使用者の眼に入ることになる。画像は、例えば自由曲面プリズム２０の点線で囲まれた領域から出力される。

ヘッドマウントディスプレイ１は、図２に示すようにして、眼鏡１００に取り付けられる。眼鏡１００のブリッジ１０５には、第１取付部材４０が形成されている。この実施形態では、第１取付部材４０が、ブリッジ１０５に接続される第１軸部４０ａ及び第１軸部４０ａの先端に設けられる第１ボール部４０ｂにより構成される。第１取付部材４０は、眼鏡１００と一体に形成されていてもよいが、眼鏡１００に汎用の眼鏡フレームを使用するために、接着剤等で眼鏡１００に取り付けできるように、眼鏡１００とは別部材として形成する方がよい。

ヘッドマウントディスプレイ１のケース１０には、眼鏡１００側の面に第１嵌合孔１０ａが形成されている。眼鏡１００への取り付け時には、第１嵌合孔１０ａに第１取付部材４０の第１ボール部４０ｂが嵌合される、いわゆるボールジョイントになる。

またケース１０の第１嵌合孔１０ａが設けられる面とは反対側の面に、第１取付部材４０と同じ構成、大きさの第２取付部材５０が形成されている。第２取付部材５０は、ケース１０に接続される第２軸部５０ａ及び第２軸部５０ａの先端に設けられる第２ボール部５０ｂにより構成される。第２取付部材５０は、ケース１０と一体に形成されていてもよいが、接着剤等でケース１０に取り付けるようにしてもよい。

ノーズパッド３０のケース１０に接続される部分には、第２嵌合孔３０ａが形成されている。第２嵌合孔３０ａは、第１嵌合孔１０ａと同じ大きさである。ケース１０への取り付け時には、第２嵌合孔３０ａに第２取付部材５０の第２ボール部５０ｂが嵌合される、いわゆるボールジョイントになる。

第１取付部材４０と第２取付部材５０、第１嵌合孔１０ａと第２嵌合孔３０ａは、それぞれ同じ形状、大きさで形成される。そのために、第１取付部材４０を第２嵌合孔３０ａに嵌合することも可能である。これにより、ケース１０、可動部１６、及び自由曲面プリズム２０を除いて、ノーズパッド３０のみを眼鏡１００に直接取り付けて、通常の眼鏡フレームとして用いることも可能である。

次いで、ヘッドマウントディスプレイ１について、詳細に説明する。

図３は、ヘッドマウントディスプレイ１を図１中の上側から見た図である。
ケース１０は、略矩形の中空である。ケース１０は、必ずしもそうである必要はないが、本実施形態では樹脂製である。ケース１０の上面には、視度を調整するための視度調整つまみ１２と、自由曲面プリズム２０の位置を調整するためのプリズム位置調整つまみ１３とが設けられている。

視度調整つまみ１２は、これを操作することで、ケース１０内部のディスプレイを画像の光軸方向に進退動させるものである。本実施形態では、左右の眼のそれぞれの視度を調整できるように２つ設けられている。
プリズム位置調整つまみ１３は、これを操作することで、ケース１０に対する自由曲面プリズム２０の位置を所定の範囲で移動させるものである。プリズム位置調整つまみ１３の近傍には目盛りが設けてあり、プリズム位置調整つまみ１３の操作量に対する自由曲面プリズム２０の移動量が直感的にわかるようになっている。

図４は、ケース１０の内部を示す、ケース１０を上面からみた一部断面図である。
ケース１０の内部には、視度調整つまみ１２と、視度調整板１１と、ディスプレイ１４と、制御基板１５と、視度調整つまみ１２と、視度調整板１１と、ディスプレイ１４及び制御基板１５を内包して自由曲面プリズム３０に連結される可動部１６と、ピニオン部１７とが設けられている。
本実施形態においては、可動部１６及び自由曲面プリズム３０は２つずつ設けられているものとして説明するが、必ずしもそうである必要はなく、１つずつ設けられていてもよい。つまり両目用の他に、右目或いは左目の一方にのみ用いられる構成であってもよい。

ディスプレイ１４は、画像を表示するものであり、この実施形態では、矩形の液晶ディスプレイとされている。ディスプレイ１４は、使用者が眼鏡１００を装着した場合に、その短辺方向が使用者から見て縦方向になり、自由曲面プリズム２０の一面に所定の角度で画像を入射するように、可動部１６に取り付けられる。
制御基板１５は、図示しない外部装置から有線又は無線により画像についてのデータを取得して、これを処理し、処理結果をディスプレイ１４に送ることで、ディスプレイ１４に画像を表示させるものである。
外部装置には、例えば、ハードディスクプレイヤ、ＤＶＤプレイヤ、テレビジョン放送用のチューナ、パーソナルコンピュータ、携帯電話、コンピュータゲームを実行するためのゲーム装置、画像処理機能を有したＭＰ３プレイヤなどを用いることができる。

可動部１６は、ディスプレイ１４に表示される画像が自由曲面プリズム２０の一面に所定の角度で画像を入射するように配置されており、ディスプレイ１４が画像を表示した場合、その画像による光が自由曲面プリズム２０に送られるように、自由曲面プリズム２０を支持する。
可動部１６には、ピニオン部１７と接触するようにラック部１６ａが形成されている。各ラック部１６ａは、ピニオン部１７に向いている面に歯が形成されている。
ピニオン部１７は、プリズム位置調整つまみ１３と連結されており、プリズム位置調整つまみ１３が回転することでピニオン部１７も回転する。ピニオン部１７は、円柱形であり、側面に円柱の軸方向に平行な歯が形成されている。ピニオン部１７の歯とラック部１６ａの歯は、噛み合うようになっておりピニオン部１７の回転に応じて、ラック部１６ａが移動する。

すなわち、図５に示すように、プリズム位置調整つまみ１３を左向きに回転させると、ラック部１６ａの基端がピニオン部１７から離れる方向に移動して、２つの可動部１６が離れる方向にスライドする。逆に、プリズム位置調整つまみ１３を右向きに回転させると、ラック部１６ａの基端がピニオン部１７に近づく方向に移動して、２つの可動部１６が近づく方向にスライドする。可動部１６と自由曲面プリズム２０は連結されているので、このような可動部１６のスライドに伴って、自由曲面プリズム２０も同様にスライドする。このように、プリズム位置調整つまみ１３を回転させることで、ケース１０を眼鏡１００に取り付けた際、可動部１６に取り付けられた自由曲面プリズム２０をブリッジ１０５と眼鏡１００の智との間でスライドさせることができるようになっている。自由曲面プリズム２０がスライドすることで、自由曲面プリズム２０から出力される画像の位置もスライドする。これにより、使用者の眼の位置に、画像が出力される位置を合わせることができる。
なお、ピニオン部１７は、プリズム位置調整つまみ１３と一体的に構成されていてもよい。ラック部１６ａ及びピニオン部１７により、自由曲面プリズム２０をブリッジ１０５と智との間でスライドさせる移動機構を構成している。

可動部１６に内包される視度調整つまみ１２及び視度調整板１１は、ディスプレイ１４から自由曲面プリズム２０までの距離を変動させて使用者の視度に合わせた画像を提供するための調整機構を構成する。図６は、可動部１６を拡大して調整機構を詳細に説明するための図である。図７は、調整機構の動作を説明するための図である。

視度調整つまみ１２は、ケース１０の外部に突出する頭部に溝が形成されており、中程がクランク状に折れ曲がったクランク部１２ａを有する構成になっている。溝に平板を差し込んで回転させると、クランク部１２ａが回転中心の周りを回転する。
視度調整板１１は、一辺が制御基板１５に接続されており、該一辺に対向する辺の近傍に、該一辺の延びる方向に長辺が設けられた、面取りされた矩形状の調整穴１１ａが設けられる。調整穴１１ａには、視度調整つまみ１２のクランク部１２ａが貫通して設けられる。調整穴１１ａの短辺は、このクランク部１２ａの大きさに応じた長さで形成される。

図７の状態で視度調整つまみ１２を回転させると、クランク部１２ａが回転中心の周りを回転する。調整穴１１ａは、クランク部１２ａが貫通しているので、クランク部１２ａが回転すると、その動きに応じて制御基板１５の方向へ付勢される。そのために、視度調整板１１は制御基板１５を付勢する方向に移動する。制御基板１５が移動するためにディスプレイ１４が自由曲面プリズム２０の方向へ移動する。ディスプレイ１４と自由曲面プリズム２０との間の距離を可変にすることで、視度を調整することができる。
視度調整つまみ１２は回転するので、視度調整板１１の動きはピストン状になる。そのために、ディスプレイ１４が動きすぎて自由曲面プリズム２０に衝突し、お互いが破損することはない。使用者は、使用時に視度調整つまみ１２を回転させてディスプレイ１４の位置を自身の眼の視度に最適な位置に調整することができる。

図８は、自由曲面プリズム２０による導光路を説明する図である。自由曲面プリズム２０は、ディスプレイ１４からの光を使用者の少なくとも一方の眼に導くと共に、ディスプレイ１４に表示された画像を拡大するものである。
自由曲面プリズム２０は、それぞれ自由曲面である第１面Ｓ１、第２面Ｓ２、第３面Ｓ３という３つの面を備えた断面略三角形状に構成される。
第１面Ｓ１は、ディスプレイ１４に臨まされており、ディスプレイ１４に表示された画像についてのディスプレイ１４からの光を通過させて自由曲面プリズム２０の内部に導く。ディスプレイ１４からの光は、第１面Ｓ１を通過するときに屈折しディスプレイ１４に表示された画像が拡大されるように変化する。
第２面Ｓ２は、第１面Ｓ１を通過した光を反射（通常は全反射である。）するようにされている。第１面Ｓ１を通過した光は、第２面Ｓ２で反射されることによりその方向を大きく変え、また、ディスプレイ１４に表示された画像が拡大されるように変化する。第２面Ｓ２は、また、第３面Ｓ３で反射された光を通過させる。これについては、後述する。
第３面Ｓ３は、第２面Ｓ２で反射された光を反射させるようになっている。第２面Ｓ２で反射された光は、第３面Ｓ３で反射されることによりその方向を大きく変え、また、ディスプレイ１４に表示された画像が拡大されるように変化する。なお、第３面Ｓ３で行われる反射は、全反射であっても、金属による反射であっても構わない。第３面Ｓ３で行われる反射が全反射である場合には、第２面Ｓ２で反射された光が第３面Ｓ３に至る場合の入射角が全反射角以下となるように第３面Ｓ３の曲面が設計される。第３面Ｓ３で行われる反射が金属による反射である場合には、第３面Ｓ３の外側に、金属が、例えば蒸着によって付着されている。なお第３面Ｓ３の外側に、金属を付着させる代わりに、誘電体多層膜を形成することができる。この場合の反射は、誘電体多層膜によりなされる。
上述したように第３面Ｓ３で反射された光は、第２面Ｓ２に再び向い、第２面Ｓ２を通過する。第２面Ｓ２を通過する光は、第２面Ｓ２を通過するときに屈折しディスプレイ１４に表示された画像が拡大されるように変化する。ディスプレイ１４に表示された画像は、図９に示すように、自由曲面プリズム２０の点線部分に表示されることとなる。
以上のような自由曲面プリズム２０は、ケース１０を眼鏡１００に取り付けた際、少なくともその一部がヘッドマウントディスプレイ１の使用時に使用者の少なくとも一方の眼の前に位置するものとされ、ディスプレイ１４からの光を使用者の眼に射出するように、ケース１０に接続されている。
自由曲面プリズム２０は、眼鏡１００を装着した使用者から見てケース１０に縦方向に接続されるのではなく、横方向に接続されて配置される。すなわち、ヘッドマウントディスプレイ１全体の形状は、横方向に伸びた形状となっている。

図１０ａ、図１０ｂは、それぞれヘッドマウントディスプレイ１を取り付けた眼鏡１００を前方から見た状態を示す図である。
これらの図に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１を取り付けた状態の眼鏡１００を前方から見た場合、ヘッドマウントディスプレイ１は、眼鏡レンズ１０２の後方にほぼ隠れるようになる。
本実施形態のヘッドマウントディスプレイ１は、本体１０と自由曲面プリズム２０が横方向に並ぶように接続されるために、ケース１０を眼鏡１００の後方に取り付けると、ヘッドマウントディスプレイ１の大部分が眼鏡１００の前方から見えないようにすることができる。すなわち、ヘッドマウントディスプレイ１の眼鏡１００からのはみ出し量を極力少なくすることができ、デザイン性を損なうことがない。
また、本実施形態のヘッドマウントディスプレイ１は、使用者の上下方向の視野を遮るものではないので、自由曲面プリズム２０に表示された画像を見ている状態であっても、自由曲面プリズム２０の周囲は多少ぼやけてはいるが見える状態にある。よって、視線を自由曲面プリズム２０に向けている状態でも簡単な作業を行うことができ、便利である。また、視線を自由曲面プリズム２０に向けている状態でも足元を見ることができ、安全である。さらに、視線を自由曲面プリズム２０から外せば、周囲をより良く見ることができるようになる。

次に、このヘッドマウントディスプレイ１の使用方法について説明する。
このヘッドマウントディスプレイ１を使用するには、ヘッドマウントディスプレイ１を取り付けた状態の眼鏡１００を使用者の頭部へ固定する。ヘッドマウントディスプレイ１を取り付けた状態の眼鏡１００の使用者の頭部への固定は、上述したように、眼鏡１００のつるを、使用者の耳へ係止するか、ヘッドマウントディスプレイ１００のつるで使用者の頭部を挟み込むことで行う。

この状態で使用者は、上記の外部装置を操作して、ヘッドマウントディスプレイ１で表示すべき画像についてのデータを、ヘッドマウントディスプレイ１に入力する。制御基板１５は、画像についてのデータによりディスプレイ１４に画像を表示する。
ディスプレイ１４に表示された画像の光は、ディスプレイ１４から出て、自由曲面プリズム２０の第１面Ｓ１に入力される。自由曲面プリズム２０内では、光が図８に示すようにして第２面Ｓ２から射出される。射出された光により、使用者は、両眼で、適当な大きさになった画像を見ることになる。
この際、使用者は、視度調整つまみ１２を操作することで、ディスプレイ１４から自由曲面プリズム２０への光の入射角を変化させないように、自由曲面プリズム２０に対してディスプレイ１４を近づけたり遠ざけたりすることができる。すなわち、ディスプレイ１４の画像の出射方向で進退動させることができる。これにより、使用者の視力に合った画像を表示することができるように調整することができる。
また、使用者は、プリズム位置調整つまみ１３を操作することで、ディスプレイ１４の位置を使用者の目の位置に適した場所に動かして、ディスプレイ１４の位置を適宜調整することができる。
また、使用者は、図示しないイヤホンを耳に着用することにより、画像に併せた音を聴くことができる。

なお、ケース１０は、本実施形態では、眼鏡１００のブリッジ１０５の略中心に取り付けられるものとして記載したが、これに限られず、ケース１０は、眼鏡１００の他の部分に取り付けられるようにしてもよい。

また、本発明の導光手段として、本実施形態では、断面略三角形状とされている自由曲面プリズム２０を使用して説明したが、少なくともその一部がヘッドマウントディスプレイ１の使用時に使用者の少なくとも一方の眼の前に位置するものとされ、ディスプレイ１４からの光を使用者の少なくとも一方の眼に導くと共に、ディスプレイ１４に表示された画像を拡大するようになっていれば、どのようなものを用いても構わない。
例えば、第１面、第２面、第３面、及び第４面の４つの面を持ち、ディスプレイ１４からの光に前記第１面を通過させ、第１面を通過させた光を第２面で反射させ、第２面で反射させた光を第３面で反射させ、第３面で反射させた光に第４面を通過させることで、その内部に導いた光の方向を変化させるとともに、ディスプレイ１４に表示された画像を拡大する自由曲面プリズムであってもよい。
第１面ないし第４面は、それぞれ連続しない面であってもよいが、第１面ないし第４面のうちの少なくとも二つの面が、連続する滑らかにつながった一面であってもよい。なお、本実施形態では、第２面と第４面が連続する滑らかにつながった一面とされている。

また本発明の導光手段は、図１１に示すように、ディスプレイ１４からの画像を拡大する第１レンズ７１と、第１レンズ７１からの光を反射させ、その光の方向を変化させる第１反射鏡７２と、第１反射鏡７２により反射された光を反射させ、その光の方向を変化させる第２反射鏡７３と、第２反射鏡７３からの光を透過するとともに、画像を拡大する第２レンズ７４と、を有しているものとしてもよい。反射の回数及び画像をどの程度拡大するかは、ディスプレイ１４と使用者の眼の位置関係などにより決まる。

また、導光手段は、図１２に示すように、自由曲面プリズム２０と、レンズ７５またはレンズ７６の少なくとも一方と、を備えているものとしてもよい。レンズ７５およびレンズ７６は、ディスプレイ１４に表示された画像を拡大するためのものである。これらのレンズ７５、７６は、板状のレンズであるものとして説明するが、これに限られず、部分的に屈折率を変えるレンズとして機能するものであれば、どのようなものであってもよい。

レンズ７５は、ディスプレイ１４と自由曲面プリズム２０の第１面Ｓ１との間のいずれかの位置に取り付けられており、ディスプレイ１４からの光が、レンズ７５を介して、自由曲面プリズム２０の第１面Ｓ１に入力されるようになっている。レンズ７５を通過する光は、その通過時に屈折し、ディスプレイ１４に表示された画像が拡大されるように変化する。すなわち、このようなレンズ７５により、自由曲面プリズム２０に入射される前に、ディスプレイ１４に表示された画像を拡大することができる。

レンズ７６は、自由曲面プリズム２０の第２面Ｓ２の外側に貼り付けられており、自由曲面プリズム２０の第２面Ｓ２から出射されたディスプレイ１４からの光が、レンズ７６を介して、使用者の眼に射出されるようになっている。レンズ７６を通過する光は、その通過時に屈折し、ディスプレイ１４に表示された画像が拡大されるように変化する。すなわち、このようなレンズ７６により、自由曲面プリズム２０から出射されたディスプレイ１４に表示された画像を、適切な大きさに拡大して、使用者の眼に射出することができる。

また、本実施形態では、ケース１０は、視度を調整する視度調整つまみ１２と、自由曲面プリズム２０の位置を調整するプリズム位置調整つまみ１３とを有するような構成となっているが、これらは必須ではなく、これらを有しないような構成とすることもできる。

また、以上のヘッドマウントディスプレイ１が取り付けられる眼鏡１００は、本実施形態ではブリッジ１０５を有する眼鏡であるものとして記載するが、これに限られず、図１０ｂのようにブリッジ１０５を有しない眼鏡であってもよい。また、市販の眼鏡ではなく、ヘッドマウントディスプレイ１に専用の眼鏡であってもよい。例えば、イヤホンが眼鏡１００のつるに内蔵してある眼鏡としてもよい。

本実施形態のヘッドマウントディスプレイを眼鏡に取り付けた状態を示す図。 ヘッドマウントディスプレイの眼鏡への取り付け方法の説明図。 ケースの上面図。 ケースの内部構成を示す一部断面図。 移動機構の動作説明図。 調整機構の詳細な構成図。 調整機構の動作説明図。 自由曲面プリズム内の導光路の説明図。 本実施形態のヘッドマウントディスプレイを後方から見た図。 本実施形態のヘッドマウントディスプレイを取り付けた状態の眼鏡を前方から見た図。 本実施形態のヘッドマウントディスプレイを取り付けた状態の眼鏡を前方から見た図。 本発明の自由曲面プリズムの変形例の構成図。 本発明の自由曲面プリズムの変形例の構成図。

符号の説明

１…ヘッドマウントディスプレイ、１０…ケース、１０ａ…第１嵌合孔、１１…視度調整板、１１ａ…調整穴、１２…視度調整つまみ、１２ａ…クランク部、１３…プリズム位置調整つまみ、１４…ディスプレイ、１５…制御基板、１６…可動部、１６ａ…ラック部、１７…ピニオン部、２０…自由曲面プリズム、３０…ノーズパッド、３０ａ…第２嵌合孔、４０…第１取付部材、４０ａ…第１軸部、４０ｂ…第１ボール部、５０…第２取付部材、５０ａ…第２軸部、５０ｂ…第２ボール部、７１…第１レンズ、７２…第１反射鏡、７３…第２反射鏡、７４…第２レンズ、７５、７６…レンズ、１００…眼鏡、１０１…眼鏡フレーム、１０２…眼鏡レンズ、１０３…つる、１０４…リム、１０５…ブリッジ、Ｓ１…第１面、Ｓ２…第２面、Ｓ３…第３面

Claims (9)

1. 画像を表示するための表示手段と、表示手段により表示される画像を所定の倍率で拡大して使用者の眼に導くための導光手段とを備えており、眼鏡形状の装着部材に取り付けられて使用されるヘッドマウントディスプレイであって、
   前記表示手段と前記導光手段とは、前記使用者が前記装着部材を装着したときに、前記使用者から見て横方向に並ぶように接続されている、
   ヘッドマウントディスプレイ。
2. 前記表示手段は、前記装着部材の眼鏡レンズに相当する位置の中間に取り付けられる、
   請求項１記載のヘッドマウントディスプレイ。
3. 前記表示手段は、前記装着部材を前記使用者が装着した際に前記装着部材よりも前記使用者側に位置するように前記装着部材に取り付けられる、
   請求項１記載のヘッドマウントディスプレイ。
4. 前記導光手段は、前記画像を内部で所定の回数反射させて前記使用者の眼に導く自由曲面プリズムである、
   請求項１記載のヘッドマウントディスプレイ。
5. 前記導光手段は、前記画像を所定の回数反射させて導く導光路と、前記画像を拡大するレンズとを備えている、
   請求項１記載のヘッドマウントディスプレイ。
6. 前記表示手段及び前記導光手段を前記装着部材の前記ブリッジと智との間でスライドさせる移動機構を有しており、前記導光手段から出力される前記画像の位置が、可変になっている、
   請求項１記載のヘッドマウントディスプレイ。
7. 前記移動機構は、前記表示手段に一端が接続されたラック部と、使用者により操作可能なピニオン部と、を備えて構成されており、前記ピニオン部の回転により前記ラック部がスライドして前記表示手段及び前記導光手段がスライドするようになっている、
   請求項６記載のヘッドマウントディスプレイ。
8. 前記表示手段を前記導光手段の方向に移動可能にする調整機構を更に備える、
   請求項１記載のヘッドマウントディスプレイ。
9. 画像を表示するための表示手段と、表示手段により表示される画像を所定の倍率で拡大して使用者の眼に導くための導光手段と、眼鏡形状の装着部材と、を備えておりヘッドマウントディスプレイであって、
   前記表示手段は、前記装着部材の眼鏡レンズに相当する位置の中間に取り付けられており、
   前記表示手段と前記導光手段とは、前記使用者が前記装着部材を装着したときに、前記使用者から見て横方向に並ぶように接続されている、
   ヘッドマウントディスプレイ。

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