JP2008271054A

JP2008271054A - 身体装着型ディスプレイ

Info

Publication number: JP2008271054A
Application number: JP2007109784A
Authority: JP
Inventors: Masaki Otsuki; 正樹大槻
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2007-04-18
Publication date: 2008-11-06

Abstract

【課題】ユーザの眼前に画像を投影するための調整を効率的かつ簡単に行うこと。
【解決手段】光学系を備え、ユーザの少なくとも一方の眼前に画像を投影する画像表示部と、前記ユーザの身体に装着するための装着部と、一方の端部が第１の関節部を介して前記装着部と接続され、他方の端部が第２の関節部を介して前記画像表示部と接続される支持部とを備え、前記第１の関節部は、投影された前記画像の上下に前記画像表示部を移動するために、前記装着部に対して前記支持部を回転可能な第１の回転軸を有し、前記第２の関節部は、投影された前記画像の上下に前記光学系の射出瞳の位置を移動するために、前記支持部に対して前記画像表示部を回転可能な第２の回転軸を有し、前記第１の回転軸のトルクは、前記第２の回転軸のトルクよりも大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ユーザの身体に装着し、その眼前に画像を投影する身体装着型ディスプレイに関する。

従来より、ユーザの身体に装着し、その眼前に画像を投影するいわゆる身体装着型ディスプレイが考えられている。このような身体装着型ディスプレイには、眼前に画像を投影するための調整部分が複数ある。例えば、特許文献１の発明では、ビューワー部や筐体を変位させるのに要する力を、必要に応じて調節することにより、調整を簡単に行う技術が開示されている。
特開２００２−２４７４８３号公報

しかし、ユーザの眼前に画像を投影して、身体装着型ディスプレイにおいて好適な観察を行うためには、多岐にわたる調整部分を効率的かつ簡単に調整することが求められる。

本発明の身体装着型ディスプレイは、ユーザの眼前に画像を投影するための調整を効率的かつ簡単に行うことを目的とする。

本発明の身体装着型ディスプレイは、光学系を備え、ユーザの少なくとも一方の眼前に画像を投影する画像表示部と、前記ユーザの身体に装着するための装着部と、一方の端部が第１の関節部を介して前記装着部と接続され、他方の端部が第２の関節部を介して前記画像表示部と接続される支持部とを備え、前記第１の関節部は、投影された前記画像の上下に前記画像表示部を移動するために、前記装着部に対して前記支持部を回転可能な第１の回転軸を有し、前記第２の関節部は、投影された前記画像の上下に前記光学系の射出瞳の位置を移動するために、前記支持部に対して前記画像表示部を回転可能な第２の回転軸を有し、前記第１の回転軸のトルクは、前記第２の回転軸のトルクよりも大きいことを特徴とする。

なお、好ましくは、前記支持部を前記第１の回転軸で回転させるために必要な力は、前記画像表示部を前記第２の回転軸で回転させるために必要な力よりも大きくても良い。

また、好ましくは、前記第１の関節部と前記第２の関節部との少なくとも一方はクリック機構を有し、前記クリック機構の構成により前記第１の回転軸のトルクおよび前記第２の回転軸のトルクの大小関係を実現しても良い。

また、好ましくは、前記装着部は、前記身体装着型ディスプレイを前記ユーザの頭部に装着しても良い。

本発明の身体装着型ディスプレイによれば、ユーザの眼前に画像を投影するための調整を効率的かつ簡単に行うことができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、本発明の身体装着型ディスプレイの一例であるヘッドマウントディスプレイを用いて説明する。図１は、本実施形態のヘッドマウントディスプレイ１００の概要を示す図である。

ヘッドマウントディスプレイ１００は、ユーザの頭部に装着して使用される。ヘッドマウントディスプレイ１００は、図１に示すように、ユーザの頭部に接触してヘッドマウントディスプレイ１００を頭部に固定するスピーカー部１（固定部材）を左右に有する。スピーカー部１内にはスピーカーが内蔵され、それぞれの耳に音声を出力する。

スピーカー部１は、保持部２、３に、それぞれ結合部４、５を介して保持されている。また、左右の保持部２、３には、それぞれヘッドホーンアーム部７、８が接続されており、ヘッドバンド部６内に差し込まれるような形で、ヘッドバンド部６に対して摺動自在に結合されている。ヘッドバンド部６は、弾性力を有し、左右のスピーカー部１で装着者の頭部（耳部）を挟み込むような付勢力を与えている。

図１の右側の保持部３には、画像表示部９が表示部アーム１０を介して接続されている。右側の保持部３と表示アーム１０とは第１関節部１１を介して接続されている。また、画像表示部９と表示部アーム１０とは第２関節部１２を介して接続されている。画像表示部９は、不図示の表示素子、光学系などを備える。

図２は、第１関節部１１の詳細を示す図である。第１関節部１１は、図２に示すように第１関節２０および第２関節２１を内部に備える。第１関節２０は、紙面に対して垂直な方向の軸Ｘ１を中心として、第１関節部１１に対して表示アーム１０を矢印Ｂの方向に回動するための関節である。また、第２関節２１は、軸Ｘ１と垂直な方向の軸Ｘ２を中心として、保持部２に対して第１関節部１１および表示アーム１０を、ユーザの頭頂近傍の位置（図１の位置）とユーザの眼前近傍の位置とを結ぶ方向（矢印Ｃの方向）に回動するための関節である。

ユーザは、第１関節部１１の２つの関節（第１関節２０および第２関節２１）によって表示アーム１０を移動することにより、画像表示部９をユーザの眼前近傍に配置するための調整を行うことができる。

図３は、図１の矢印Ａの方向から見た第２関節部１２の詳細を示す図である。第２関節部１２は、図３に示すように第３関節３０、第４関節３１、および第５関節３２を内部に備える。第３関節３０は、図３に示すようにバネ４０とワッシャー４１とピン４２とを備える。第３関節３０は、表示アーム１０と第４関節３１との間に位置する。

また、第３関節３０は、軸Ｘ３を中心として、表示アーム１０に対して画像表示部９を矢印Ｄの方向に回動するための関節である。ピン４２は軸Ｘ３の位置に挿入される。また、バネ４０は、ピン４２と表示アーム１０との間および第４関節３１が他方に形成されている外装体４３とピン４２との間に定常状態より縮んだ状態で収められている。このバネ４０の弾性力によりワッシャー４１の間に摩擦力が生じる。また、バネ４０の弾性力を変えることで、この摩擦力が変化し、矢印Ｄの方向に画像表示部９を回動させるために必要な力を設定することができる。

また、第４関節３１は、軸Ｘ４を中心として、表示アーム１０に対して画像表示部９を矢印Ｅの方向に回動するための関節である。また、第５関節３２は、軸Ｘ５を中心として、表示アーム１０に対して画像表示部９を矢印Ｆの方向に回動するための関節である。第４関節３１および第５関節３２は共に上述した第３関節３０と同様の関節構造を有する。

ユーザは、第２関節部１２の３つの関節（第３関節３０、第４関節３１、および第５関節３２）によって画像表示部９を移動することにより、画像表示部９の詳細な配置を調整することができる。より具体的には、画像表示部９内の光学系の射出瞳の位置を調整することができる。

ところで、第１の関節部１１および第２の関節部１２による調整の順番を考えると、まず、第１関節部１１によって画像表示部９をユーザの眼前近傍に配置するための調整を行い、その後に、第２の関節部１２によって画像表示部９の詳細な配置を調整するのが好ましい。このとき、第２の関節部１２による調整の際に第１の関節部１１が動いてしまうと調整が行い辛い。そこで、第１の関節部１１と第２の関節部１２とのうち関連がある部分の関節を適切に構成するのが好ましい。

図４に、画像表示部９をユーザの眼前近傍に配置した際のヘッドマウントディスプレイ１００を図１の矢印Ｇの方向から見た模式図を示す。図４では、第１の関節部１１と第２の関節部１２とのうち関連がある部分の関節として、第１の関節部１１の軸Ｘ２（第２関節２１）と第２の関節部１２の軸Ｘ３（第３関節３０）とを示す。

図４に示す状態において、ユーザは、まず、画像表示部９を手で持ち、軸Ｘ２（第２関節２１）を中心として画像表示部９を回動させ、画像表示部９を眼前近傍に配置するための調整を行う。次に、ユーザは、画像表示部９を手で持ち、軸Ｘ３（第３関節３０）を中心として画像表示部９を回動させ、画像表示部９の詳細な配置を調整する。第３関節３０により軸Ｘ３を中心として画像表示部９を回動させる際に、軸Ｘ２（第２関節２１）が動いてしまうと、ユーザは、第２関節２１により画像表示部９を眼前近傍に配置するための調整をやり直さなければならなくなる。

そこで、第２関節２１のトルクＴａおよび第３関節３０のトルクＴｂは、以下の式１を満たすように構成される。

Ｔａ＞Ｔｂ …（式１）
ただし、第２関節２１のトルクＴａは、少なくとも画像表示部９の自重で落下しないだけのトルクを持つことが必要である。また、第２関節２１のトルクＴａの上限は、第２関節２１を動かそうとしたときにヘッドバンド部６が動かない程度とすることが望ましい。

第２関節２１および第３関節３０をこのように構成することにより、第３関節３０により軸Ｘ３を中心として画像表示部９を回動させる際に、軸Ｘ２（第２関節２１）が動いてしまうのを防ぐことができる。なお、上述したトルクＴａおよびＴｂは、各関節内に設けられたバネの弾性力を調整することにより、実現すれば良い。また、関節に電磁石を配置し、電流量を制御することにより実現しても良い。

さらに、第２関節２１および第３関節３０を回動させるのに必要な力について考える。第２関節２１を回動させる際に、ユーザは、画像表示部９を手で持ち第２関節２１を回動させる。したがって、支点は軸Ｘ２に対応し、力点は軸Ｘ３に対応する。そのため、第２関節２１における支点と力点との距離は図４中の距離Ｄａとなる。一方、第３関節３０を回動させる際に、ユーザは、画像表示部９を手で持ち第３関節３０を回動させる。したがって、支点は軸Ｘ３に対応し、力点は画像表示部９の外装のうち、軸Ｘ３からの距離が最大である部分Ｐ１に対応する。そのため、第３関節３０における支点と力点との距離は図４中の距離Ｄｂとなる。

第２関節２１を回動させるのに必要な力Ｆａは、以下の式２で表される。

Ｆａ＝Ｔａ×Ｄａ …（式２）
また、第３関節３０を回動させるのに必要な力Ｆｂは、以下の式３で表される。

Ｆｂ＝Ｔｂ×Ｄｂ …（式３）
さらに、そして、第２関節２１を回動させるのに必要な力Ｆａおよび第３関節３０を回動させるのに必要な力Ｆｂは、以下の式４を満たすように構成される。

Ｆａ＞Ｆｂ …（式４）
以上説明したように、本実施形態によれば、光学系を備え、一方の眼前に画像を投影する画像表示部と、ユーザの身体に装着するための装着部と、一方の端部が第１の関節部を介して装着部と接続され、他方の端部が第２の関節部を介して画像表示部と接続される支持部とを備え、第１の関節部は、投影された画像の上下方向に画像表示部を移動するために、装着部に対して支持部を回転可能な第１の回転軸を有し、第２の関節部は、投影された画像の上下に光学系の射出瞳の位置を移動するために、支持部に対して画像表示部を回転可能な第２の回転軸を有し、第１の回転軸のトルクは、第２の回転軸のトルクよりも大きい。したがって、ユーザの眼前に画像を投影するための調整を効率的かつ簡単に行うことができる。

また、本実施形態によれば、支持部を第１の回転軸で回転させるために必要な力は、画像表示部を第２の回転軸で回転させるために必要な力よりも大きい。したがって、第２の回転軸を回動させる際に、第１の回転軸が動いてしまうのを防ぐことができる。そのため、ユーザの眼前に画像を投影するための調整を効率的に行うことができる。

なお、本実施形態において、段階的に回動可能なクリック機構を有する関節を、第２関節２１および第３関節３０として採用し、このクリック機構におけるクリック力によりトルクＴａおよびＴｂの大小関係を実現しても良い。

また、本実施形態において、図４で説明した支点と力点との距離ＤａおよびＤｂは、ヘッドマウントディスプレイの構成に応じて定めれば良い。例えば、表示アーム１０の途中に第２関節２１を回動させる際にユーザが把持可能な握り部を備える場合には、軸Ｘ２から握り部までの距離をＤａとすれば良い。また、画像表示部９が、本実施形態のように矩形でない場合には、力点に応じて距離Ｄｂを定めれば良い。

また、本実施形態で説明した構成以外のヘッドマウントディスプレイにも本発明を同様に適用することができる。例えば、ユーザの両眼の眼前に画像を投影するヘッドマウントディスプレイにも本発明を同様に適用することができる。また、本実施形態ではユーザの側頭部に配置した第１の関節部（第１関節部１１）を、支持部（表示アーム１０）の途中に設ける構成のヘッドマウントディスプレイにも本発明を同様に適用することができる。さらに、頭部に装着する代わりに、ユーザの肩など身体に装着する構成の身体装着型ディスプレイにも本発明を同様に適用することができる。

本実施形態のヘッドマウントディスプレイ１００の概要を示す図である。第１関節部１１の詳細を示す図である。第２関節部１２の詳細を示す図である。第１の関節部１１および第２の関節部１２について説明する図である。

符号の説明

１００…ヘッドマウントディスプレイ，９…画像表示部，１０…表示アーム，１１・１２…関節部，２１・２２・３０・３１・３２…関節

Claims

光学系を備え、ユーザの少なくとも一方の眼前に画像を投影する画像表示部と、
前記ユーザの身体に装着するための装着部と、
一方の端部が第１の関節部を介して前記装着部と接続され、他方の端部が第２の関節部を介して前記画像表示部と接続される支持部とを備え、
前記第１の関節部は、投影された前記画像の上下に前記画像表示部を移動するために、前記装着部に対して前記支持部を回転可能な第１の回転軸を有し、
前記第２の関節部は、投影された前記画像の上下に前記光学系の射出瞳の位置を移動するために、前記支持部に対して前記画像表示部を回転可能な第２の回転軸を有し、
前記第１の回転軸のトルクは、前記第２の回転軸のトルクよりも大きい
ことを特徴とする身体装着型ディスプレイ。
請求項１に記載の身体装着型ディスプレイにおいて、
前記支持部を前記第１の回転軸で回転させるために必要な力は、前記画像表示部を前記第２の回転軸で回転させるために必要な力よりも大きい
ことを特徴とする身体装着型ディスプレイ。
請求項１または請求項２に記載の身体装着型ディスプレイにおいて、
前記第１の関節部と前記第２の関節部との少なくとも一方はクリック機構を有し、前記クリック機構の構成により前記第１の回転軸のトルクおよび前記第２の回転軸のトルクの大小関係を実現する
ことを特徴とする身体装着型ディスプレイ。
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の身体装着型ディスプレイにおいて、
前記装着部は、前記身体装着型ディスプレイを前記ユーザの頭部に装着する
ことを特徴とする身体装着型ディスプレイ。