JP2009065309A - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】映像表示装置１に対するケーブル３の重量負荷を軽減し、長時間使用時の観察者の使用負担を軽減するとともに、安定した装着を可能にする。
【解決手段】駆動電力および映像信号がケーブル３を介して映像表示装置１に供給されることにより、映像表示装置１は映像を表示して観察者に提供することが可能となる。上記のケーブル３は、支持手段２のフレーム２２で支持されるテンプル２１Ｒの内部を通り、テンプル２１Ｒにおいてフレーム２２で支持される位置とは異なる高さ位置に設けられている露出面２１Ｒ_Sから引き出されて映像表示装置１と接続されている。このような接続方式では、ケーブル３がテンプル２１Ｒで一旦支持された状態で映像表示装置１と接続されるので、ケーブル３の重量が映像表示装置１に直接加わることがない。しかも、ケーブル３は、観察者の側頭部と当接するテンプル２１Ｒによって安定した状態で支持される。
【選択図】図１

Description

本発明は、観察者の頭部に搭載され、表示素子（例えばＬＣＤ）に表示された映像を観察者に観察させるヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤとも称する）に関するものである。

従来から、いわゆるＨＭＤと呼ばれる頭部搭載型の映像表示装置が種々提案されている。このようなＨＭＤは、例えば特許文献１に記載のように、映像表示部を収納する外装体の左右に固定された各支持フレームを、観察者の側頭部に当接させることによって使用される。

特開平１１−３５２９０４号公報

ところで、ＨＭＤの上記の映像表示部には、通常、外部の制御手段からの駆動電力や映像信号がケーブルを介して供給されるが、特許文献１では、このケーブルが観察者の眼前に位置する外装体の側方に直接接続された構成となっている。この構成では、ケーブルの重量が外装体の側方に直接加わるため、観察者がＨＭＤを長時間使用する際に、ＨＭＤの前方（例えば鼻当て部分）が重く感じされ、疲労感や不快感が増大するとともに、左右前後の重量バランスの崩れによって観察者はＨＭＤを安定して装着することができなくなるという問題が生ずる。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、映像表示装置に対するケーブルの重量負荷を軽減することができ、これによって、長時間使用時の観察者の使用負担を軽減するとともに、安定した装着を可能にし得るＨＭＤを提供することにある。

本発明のＨＭＤは、映像を表示する映像表示装置と、上記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持手段と、少なくとも駆動電力および映像信号を上記映像表示装置に供給するケーブルとを有するＨＭＤであって、上記支持手段は、観察者の側頭部に当接する左右一対のテンプルと、上記各テンプルを回動可能に支持するとともに、上記映像表示装置を支持するフレームとを有しており、上記各テンプルは、上記フレームで支持される位置とは異なる高さ位置で前方に露出した面を有しており、上記ケーブルは、各テンプルの少なくとも一方の内部を通り、上記露出面から引き出されて上記映像表示装置と接続されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、（例えば制御手段から）少なくとも駆動電力および映像信号がケーブルを介して映像表示装置に供給され、映像表示装置にて映像が表示される。この映像表示装置は、支持手段によって観察者の眼前で支持される。

ここで、上記のケーブルは、支持手段のフレームで支持される左右一対のテンプルの少なくとも一方の内部を通り、テンプルにおいてフレームで支持される位置とは異なる高さ位置に設けられている露出面から引き出されて映像表示装置と接続されている。つまり、上記のケーブルは、テンプルで一旦支持された状態で映像表示装置と接続される。

これにより、ケーブルが映像表示装置に直接接続される場合のように、ケーブルの重量が映像表示装置に直接加わることがなく、観察者の使用負担を軽減することができる。つまり、観察者がＨＭＤを長時間使用しても、疲労感や不快感が増大するのを回避することができる。

また、テンプルは、それ自身の観察者の側頭部との当接により、安定した状態でケーブルを支持することができる。したがって、たとえ左右の一方のテンプルでケーブルを支持する場合でも、観察者は安定してＨＭＤを装着することが可能となる。

本発明のＨＭＤにおいて、上記各テンプルは、フレームに対して回動可能に連結される第１テンプル部と、上記露出面を有し、上記第１テンプル部と高さ方向に並べて配置される第２テンプル部とを有しており、上記ケーブルは、第２テンプル部の内部を通り、上記露出面から引き出されて上記映像表示装置と接続されていてもよい。

各テンプルを第１テンプル部と第２テンプル部との２段構成とすることにより、各テンプルにおいてフレームで支持される位置（連結位置）と、上記露出面の位置とは、高さ方向に確実に異なることになる。これにより、フレームとテンプル（第１テンプル部）とを回動可能に連結した状態で、ケーブルをテンプル（第２テンプル部）の内部から露出面を介して外部に引き出すことが確実に可能となる。つまり、ケーブルをテンプル（第２テンプル部）で確実に支持した状態で映像表示装置と接続することが可能となる。

本発明のＨＭＤにおいて、上記第１テンプル部および上記第２テンプル部は、前後方向に長尺状に形成されており、かつ、上記第１テンプル部が上記第２テンプル部に対して前方にずれた状態で互いに連結されていてもよい。

第１テンプル部および第２テンプル部を、必要最小限の厚さ（高さ）でそれぞれ細く形成しながら、これらを高さ方向に並べて配置することができる。これにより、テンプル全体を小型で軽量にすることができる。また、第１テンプル部が第２テンプル部に対して前方にずれた状態で連結されているので、フレームに対して第１テンプル部を回動させたときに、第２テンプル部が第１テンプル部よりも内側に折りたたまれ、コンパクトな収納形態となる。

本発明のＨＭＤにおいて、上記第１テンプル部は、上記第２テンプル部よりも上方に位置していることが望ましい。

例えば、第２テンプル部を観察者の耳の上部に位置させた状態では、第２テンプル部よりも上方に位置する第１テンプル部は、観察者の眼よりも上方に位置することになる。したがって、少なくとも観察者の前方から側方にかけて、第１テンプル部と連結されるフレームを観察者の眼よりも上方に位置させることができ、観察者の視界を広く確保することが可能となる。また、観察者が眼鏡をかけた状態でも、ＨＭＤのフレームが眼鏡のテンプルやフレームと干渉しにくくなり、ＨＭＤと眼鏡との併用が容易となる。

本発明のＨＭＤにおいて、上記ケーブルは、第２テンプル部において観察者の耳と接触する位置よりも後方の位置から、第２テンプル部の内部に進入していることが望ましい。

例えば、第２テンプル部を観察者の耳の上部に位置させた状態では、ケーブルが第２テンプル部において観察者の耳と接触する位置よりも後方の位置から内部に進入し、そして、その内部を通り（観察者の耳の上部を通り）、映像表示装置に向かう。このようにケーブルを配線したときには、ケーブルが観察者の耳よりも後方で垂れ下がるので、観察者の耳を基準とした前後方向の重量バランスを良好にすることができ（ケーブルの重みで前方に重量が偏ることがなく）、観察者の使用負担の増大を確実に低減することができる。また、観察者の耳の前方でケーブルが垂れ下がることがないので、ケーブルが観察者の側方の視界を遮って邪魔になることもなくなる。

本発明のＨＭＤにおいて、上記第２テンプル部において、観察者の側頭部と当接する面は、平面または略平面であることが望ましい。

この場合、第２テンプル部は、線接触する場合と比べて大きな接触面積で観察者の側頭部と当接するので、観察者はＨＭＤを安定して装着することが可能となり、また、左右の第２テンプル部によって頭部を挟む力が分散し、観察者は違和感なくＨＭＤを長時間使用することが可能となる。

本発明のＨＭＤにおいて、上記第２テンプル部は、音声を出力するイヤホンを保持するイヤホン保持部を有していてもよい。

この場合、例えば、第２テンプル部を観察者の耳の上部に位置させた状態では、観察者は第２テンプル部のイヤホン保持部にてイヤホンを保持させたまま（イヤホンを耳に差し込まなくても）、音声を聞くことができる。

本発明のＨＭＤにおいて、上記映像表示装置は、光源と、光源からの光を変調して映像を表示する表示素子と、表示素子に表示された映像の光を光学瞳に導く接眼光学系とを有しており、上記接眼光学系は、体積位相型で反射型のホログラム光学素子を含み、上記ホログラム光学素子は、表示素子からの映像光を回折反射させて光学瞳に導く構成であってもよい。

上記構成では、光源からの光は表示素子にて変調され、映像光として接眼光学系を介して光学瞳に導かれる。したがって、光学瞳の位置では、観察者は表示素子にて表示された映像の虚像を観察することが可能となる。

ここで、接眼光学系に用いられる体積位相型で反射型のホログラム光学素子は、回折効率が高く、しかも、回折効率ピークの半値波長幅が狭い。したがって、このようなホログラム光学素子を用い、表示素子からの映像光をホログラム光学素子にて回折反射させて光学瞳に導く構成とすることにより、明るく、色純度の高い映像を観察者に観察させることができる。

また、ホログラム光学素子を用いて接眼光学系を構成することにより、接眼光学系ひいては映像表示装置を小型軽量にすることができる。これにより、ＨＭＤ装着時の安定性が向上し、さらに眼鏡併用時には眼鏡との干渉も起こりにくくなる。

本発明のＨＭＤにおいて、上記ホログラム光学素子は、表示素子からの映像光と外光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナであってもよい。この場合、観察者は、ホログラム光学素子を介して、表示素子から提供される映像と外界像とを同時に観察することができる。

本発明のＨＭＤにおいて、上記ホログラム光学素子は、軸非対称な正の光学パワーを有していることが望ましい。この場合、映像表示装置を構成する各光学部材の配置の自由度を高めることができ、映像表示装置を小型化することが容易となる。

本発明のＨＭＤにおいて、上記接眼光学系は、表示素子からの映像光を内部で全反射させて観察者の瞳に導く一方、外光を透過させて観察者の瞳に導く第１の透明基板を有している構成であってもよい。この構成では、表示素子からの映像を観察可能としながらも、外光の透過率が高くなるので、明るい外界像を観察することができる。また、第１の透明基板での全反射を利用しているので、第１の透明基板を薄く形成することができる。

本発明のＨＭＤにおいて、上記接眼光学系は、第１の透明基板での外光の屈折をキャンセルするための第２の透明基板を有していることが望ましい。この場合、観察者が接眼光学系を介して観察する外界像に歪みが生じるのを防止することができる。

本発明のＨＭＤにおいて、第１の透明基板および第２の透明基板の前方に、半透明板がフレームに対して着脱可能に保持されていてもよい。

この構成では、外光が半透明板を介して観察者の瞳に導かれる際に、外光の透過率が減少するため、観察者は明るい場所でも表示素子にて表示された映像を観察しやすくなる。また、半透明板はフレームに対して着脱可能であるので、例えば外界の明るさによっては半透明板を外して使用したり、外界の明るさに応じて透過率の異なる透明板をフレームに装着して使用することも可能となる。

本発明によれば、ケーブルがテンプルで支持された状態で映像表示装置と接続されるので、映像表示装置に対するケーブルの重量負荷を軽減することができる。これにより、長時間使用時の観察者の使用負担を軽減することができ、また、観察者は安定してＨＭＤを装着することが可能となる。

本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
（１．ＨＭＤについて）
図１は、本実施形態に係るＨＭＤの概略の構成を示す斜視図であり、図２は、ＨＭＤを観察者が装着した状態でのＨＭＤの側面図である。ＨＭＤは、映像表示装置１と、支持手段２と、ケーブル３とを有して構成されている。

映像表示装置１は、映像を表示して観察者に提供するものであり、支持手段２は、映像表示装置１を観察者の眼前で支持する。本実施形態では、支持手段２は、映像表示装置１を観察者の右眼の前に位置するように支持しているが、映像表示装置１を２つ設け、これらを両眼の前に位置するように支持してもよい。いずれにしても、映像表示装置１を支持手段２で支持することにより、観察者は映像表示装置１に表示される映像をハンズフリーで観察することが可能となる。ケーブル３は、外部の制御手段と映像表示装置１とを接続し、制御手段からの少なくとも駆動電力および映像信号を映像表示装置１に供給する。以下、映像表示装置１および支持手段２について詳細に説明する。

（２．映像表示装置について）
図３は、映像表示装置１の概略の構成を示す断面図であり、図４は、映像表示装置１の斜視図である。映像表示装置１は、光源１１と、一方向拡散板１２と、集光レンズ１３と、表示素子１４と、接眼光学系１６とを有している。光源１１、一方向拡散板１２、集光レンズ１３および表示素子１４は、筐体１５内に収容されており、接眼光学系１６の一部（後述する接眼プリズム１７の一部）も筐体１５内に位置している。上記したケーブル３は、筐体１５を貫通して設けられ（図４参照）、光源１１や表示素子１４に駆動電力や映像信号が供給される。

なお、以下での説明の便宜上、方向を以下のように定義しておく。まず、表示素子１４の表示領域の中心と、接眼光学系１６によって形成される光学瞳Ｅの中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とする。そして、光源１１から光学瞳Ｅまでの光路を展開したときの光軸方向をＺ方向とする。また、接眼光学系１６の後述するホログラム光学素子１９への光軸の入射面に垂直な方向をＸ方向とし、ＺＸ平面に垂直な方向をＹ方向とする。なお、ホログラム光学素子１９への光軸の入射面とは、ホログラム光学素子１９における入射光の光軸と反射光の光軸とを含む平面、すなわち、ＹＺ平面を指す。以下、上記入射面を単に入射面または光軸入射面と称する。なお、本実施形態では、ＸＹＺの各方向において正負は問わないものとする。

光源１１は、表示素子１４を照明するものであり、例えば、光強度のピーク波長および光強度半値の波長幅で４６２±１２ｎｍ（Ｂ光）、５２５±１７ｎｍ（Ｇ光）、６３５±１１ｎｍ（Ｒ光）となる３つの波長帯域の光を発するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されている。このように、光源１１が所定の波長幅の光を出射することにより、表示素子１４を照明して得られる映像光に所定の波長幅を持たせることができ、後述するホログラム光学素子１９にて映像光を回折させたときに、光学瞳Ｅの位置にて観察画角全域にわたって観察者に映像を観察させることができる。また、光源１１の各色についてのピーク波長は、ホログラム光学素子１９の後述する回折効率のピーク波長の近傍に設定されており、光利用効率の向上が図られている。

また、光源１１は、ＲＧＢの光を出射するＬＥＤで構成されているので、光源１１を安価に実現することができるとともに、表示素子１４を照明したときに、表示素子１４にてカラー映像を表示することが可能となり、そのカラー映像を観察者に提供することが可能となる。また、各ＬＥＤは、発光波長幅が狭いので、そのようなＬＥＤを複数用いることにより、色再現性が高く、明るい映像表示が可能となる。

一方向拡散板１２は、光源１１からの出射光を拡散させるものであるが、その拡散度は方向によって異なっている。より詳細には、一方向拡散板１２は、Ｘ方向には入射光を約４０゜拡散させ、Ｙ方向には入射光を約０．５゜拡散させる。なお、一方向拡散板１２の配置を省略することも可能である。

集光レンズ１３は、一方向拡散板１２にて拡散された光をＹ方向に集光するシリンダレンズで構成されており、その拡散光が効率よく光学瞳Ｅを形成するように配置されている。

表示素子１４は、光源１１からの出射光を画像データに応じて変調して映像を表示するものであり、光が透過する領域となる各画素をマトリクス状に有する透過型の液晶表示素子で構成されている。表示素子１４は、矩形の表示領域の長辺方向がＸ方向となり、短辺方向がＹ方向となるように配置されている。なお、表示素子１４は、反射型であってもよい。反射型の表示素子１４としては、例えば反射型の液晶表示素子や、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device；米国テキサスインスツルメント社製）を用いることができる。

接眼光学系１６は、表示素子１４に表示された映像の光を光学瞳Ｅに導き、表示素子１４の表示映像の拡大虚像を観察者に提供する拡大光学系であり、接眼プリズム１７（第１の透明基板）と、偏向プリズム１８（第２の透明基板）と、ホログラム光学素子１９とを有して構成されている。

接眼プリズム１７は、面１７ａを介して入射する表示素子１４からの映像光を、対向する２つの面１７ｂ・１７ｃで全反射させ、ホログラム光学素子１９を介して観察者の瞳に導く一方、外光を透過させて観察者の瞳に導くものであり、偏向プリズム１８とともに、例えばアクリル系樹脂で構成されている。この接眼プリズム１７は、平行平板の下端部を下端に近くなるほど薄くして楔状にし、その上端部を上端に近くなるほど厚くした形状で構成されている。また、接眼プリズム１７は、その下端部に配置されるホログラム光学素子１９を挟むように、偏向プリズム１８と接着剤で接合されている。

偏向プリズム１８は、平面視で略Ｕ字型の平行平板で構成されており（図１、図４参照）、接眼プリズム１７の下端部および両側面部（左右の各端面）と貼り合わされたときに、接眼プリズム１７と一体となって略平行平板となるものである。この偏向プリズム１８を接眼プリズム１７に接合することにより、観察者が接眼光学系１６を介して観察する外界像に歪みが生じるのを防止することができる。

つまり、例えば、接眼プリズム１７に偏向プリズム１８を接合させない場合、外光は接眼プリズム１７の楔状の下端部を透過するときに屈折するので、接眼プリズム１７を介して観察される外界像に歪みが生じる。しかし、接眼プリズム１７に偏向プリズム１８を接合させて一体的な略平行平板を形成することで、外光が接眼プリズム１７の楔状の下端部を透過するときの屈折を偏向プリズム１８でキャンセルすることができる。その結果、シースルーで観察される外界像に歪みが生じるのを防止することができる。

なお、接眼プリズム１７および偏向プリズム１８の互いに対向する２面は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。後者の場合、接眼光学系１６に矯正眼鏡レンズとしての機能を持たせることができる。

ホログラム光学素子１９は、表示素子１４から出射される映像光（３原色に対応した波長の光）を回折反射して光学瞳Ｅに導き、表示素子１４に表示される映像を拡大して観察者の瞳に虚像として導く体積位相型の反射型ホログラムである。このホログラム光学素子１９は、例えば、回折効率のピーク波長および回折効率半値の波長幅で４６５±５ｎｍ（Ｂ光）、５２１±５ｎｍ（Ｇ光）、６３４±５ｎｍ（Ｒ光）の３つの波長域の光を回折（反射）させるように作製されている。ここで、回折効率のピーク波長とは、回折効率がピークとなるときの波長のことであり、回折効率半値の波長幅とは、回折効率が回折効率ピークの半値となるときの波長幅のことである。

反射型のホログラム光学素子１９は、高い波長選択性を有しており、上記波長域（露光波長近辺）の波長の光しか回折反射しないので、回折反射される波長以外の波長を含む外光はホログラム光学素子１９を透過することになり、高い外光透過率を実現することができる。

また、ホログラム光学素子１９は、軸非対称な正の光学パワーを有している。つまり、ホログラム光学素子１９は、正のパワーを持つ非球面凹面ミラーと同様の機能を持っている。これにより、装置を構成する各光学部材の配置の自由度を高めて装置を容易に小型化することができるとともに、良好に収差補正された映像を観察者に提供することができる。

次に、上記構成の映像表示装置１の動作について説明する。光源１１から出射された光は、一方向拡散板１２にて拡散され、集光レンズ１３にて集光されて表示素子１４に入射する。表示素子１４に入射した光は、画像データに基づいて各画素ごとに変調され、映像光として出射される。つまり、表示素子１４には、カラー映像が表示される。

表示素子１４からの映像光は、接眼光学系１６の接眼プリズム１７の内部にその上端面（面１７ａ）から入射し、対向する２つの面１７ｂ・１７ｃで複数回全反射されて、ホログラム光学素子１９に入射する。ホログラム光学素子１９に入射した光は、そこで反射され、面１７ｂを透過して光学瞳Ｅに達する。光学瞳Ｅの位置では、観察者は、表示素子１４に表示された映像の拡大虚像を観察することができる。

一方、接眼プリズム１７、偏向プリズム１８およびホログラム光学素子１９は、外光をほとんど全て透過させるので、観察者はこれらを介して外界像を観察することができる。したがって、表示素子１４に表示された映像の虚像は、外界像の一部に重なって観察されることになる。

このように、映像表示装置１では、表示素子１４から出射される映像光を接眼プリズム１７内での全反射によって導光し、ホログラム光学素子１９を介して観察者の瞳に導くので、通常の眼鏡レンズと同様に、接眼プリズム１７および偏向プリズム１８の厚さを３ｍｍ程度にすることができ、映像表示装置１を小型化、軽量化することができる。また、表示素子１４からの映像光を内部で全反射させる接眼プリズム１７を用いることにより、高い外光の透過率を確保して、明るい外界像を観察者に提供することができる。

また、体積位相型の反射型のホログラム光学素子１９は、回折効率半値の波長幅が狭く、回折効率が高いので、このようなホログラム光学素子１９を用いることにより、色純度が高く、明るい映像を提供することができるとともに、外光の透過率が高くなるので、観察者は明るい外界像を観察することができる。

また、上記の説明からもわかるように、ホログラム光学素子１９は、表示素子１４からの映像光と外光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナとして機能している。これにより、観察者は、ホログラム光学素子１９を介して、表示素子１４から提供される映像と外界像とを同時に観察することができる。

ところで、図５は、本実施形態のＨＭＤの他の構成例を模式的に示す分解斜視図である。同図に示すように、接眼プリズム１７および偏向プリズム１８の前方に半透明板２０を配置するようにしてもよい。この半透明板２０は、例えば、支持手段２の後述するフレーム２２に対して着脱可能に保持される。

この構成では、半透明板２０によって外光の透過率が落ちるので、観察者は明るい場所でも表示素子１４にて表示された映像を容易に観察することが可能となる。また、半透明板２０はフレーム２２に対して着脱可能であるので、例えば外界の明るさに応じた透過率の半透明板２０を選択して使用したり、外界の明るさに応じて半透明板２０の着脱自体を自由に決めることが可能となる。

（３．支持手段について）
次に、支持手段２について、図１および図２に基づいて説明する。
支持手段２は、テンプル２１と、フレーム２２とを有している。テンプル２１は、観察者の側頭部に当接する左右一対のテンプル２１Ｒ・２１Ｌからなっている。フレーム２２は、各テンプル２１Ｒ・２１Ｌを回動可能に支持するとともに、上記した映像表示装置１を支持するものであり、略Ｔ字形で形成されている。テンプル２１およびフレーム２２は、例えば樹脂で構成されており、可撓性を有している。また、フレーム２２には、観察者の鼻と当接する左右一対の鼻当て２３が設けられている。

本実施形態では、テンプル２１Ｒは、第１テンプル部２１Ｒ₁と、第２テンプル部２１Ｒ₂とが一体化されて構成されている。同様に、テンプル２１Ｌは、第１テンプル部２１Ｌ₁と、第２テンプル部２１Ｌ₂とが一体化されて構成されている。第１テンプル部２１Ｒ₁・２１Ｌ₁および第２テンプル部２１Ｒ₂・２１Ｌ₂は、それぞれ、前後方向に長尺状に形成されており、第２テンプル部２１Ｒ₂・２１Ｌ₂は、第１テンプル部２１Ｒ₁・２１Ｌ₁よりも若干長く形成されている。

第１テンプル部２１Ｒ₁・２１Ｌ₁は、フレーム２２の左右端において、フレーム２２に対してそれぞれ回動可能に連結されているとともに、第２テンプル部２１Ｒ₂・２１Ｌ₂に対して前方にずれた状態でその上方に位置するように連結されている。

第２テンプル部２２Ｒ₂・２１Ｌ₂は、第１テンプル部２１Ｒ₁・２１Ｌ₁を介してフレーム２２に支持されている。第２テンプル部２１Ｒ₂は、前後方向に移動可能にイヤホン２５を保持するイヤホン保持部２４を有しており、観察者はイヤホン保持部２４にイヤホン２５を保持させたまま（イヤホン２５を耳に差し込まなくても）、音声を聞くことが可能となっている。

また、第２テンプル部２２Ｒ₂・２１Ｌ₂は、フレーム２２に対する第１テンプル部２１Ｒ₁・２１Ｌ₁の支持位置とは異なる高さ位置で前方に露出する露出面２１Ｒ_S・２１Ｌ_Sを有している。そして、上述したケーブル３は、例えば第２テンプル部２１Ｒ₂の内部を通り、露出面２１Ｒ_Sから引き出されて映像表示装置１と接続されている。このような接続方式により、以下の第１〜第４の効果を得ることができる。

第１に、ケーブル３は、テンプル２１Ｒ（第２テンプル部２１Ｒ₂）で一旦支持された状態で映像表示装置１と接続されるので、ケーブル３が映像表示装置１に直接接続される場合のように、ケーブル３の重量が映像表示装置１に直接加わることがない。その結果、観察者がＨＭＤを長時間使用しても、疲労感や不快感が増大するのを回避することができ、長時間使用における観察者の使用負担を軽減することができる。

特に、本実施形態では、テンプル２１Ｒが第１テンプル部２１Ｒ₁と第２テンプル部２１Ｒ₂との２段構成であるので、テンプル２１Ｒにおいてフレーム２２で支持される位置（第１テンプル部２１Ｒ₁とフレーム２２との連結位置）と、露出面２１Ｒ_Sの位置とを高さ方向に確実に異ならせることができる。これにより、フレーム２２と第１テンプル部２１Ｒ₁とを回動可能に連結した状態で、ケーブル３を第２テンプル部２１Ｒ₂の内部から露出面２１Ｒ_Sを介して外部に引き出すことが確実に可能となり、上記の接続方式を採用することが確実に可能となる。

第２に、テンプル２１Ｒは、観察者の側頭部との当接により、安定した状態でケーブル３を支持することができるので、本実施形態のように一方のテンプル２１Ｒでケーブル３を支持する場合でも、観察者は安定してＨＭＤを装着することが可能となる（ＨＭＤが前後左右にぐらつくことはない）。

第３に、ケーブル３は、テンプル２１Ｒの露出面２１Ｒ_Sを介してフレーム２２とは異なる高さ位置を通ることになるので、フレーム２２に対するテンプル２１Ｒの回動時に、ケーブル３が回動部分に巻き付き、テンプル２１Ｒの回動を阻害することはない。したがって、テンプル２１Ｒを容易に折りたたむことが可能となる。

第４に、ケーブル３がフレーム２２の内部を通らないので、フレーム２２を必要以上に太く形成しなくても済む。これにより、フレーム２２が観察者の頭部の大きさに合わせて変形しやすくなり、観察者はＨＭＤを安定して違和感なく装着することが可能となる。

また、ケーブル３は、図２に示すように、第２テンプル部２１Ｒ₂において観察者の耳と接触する位置よりも後方の位置から、第２テンプル部２１Ｒ₂の内部に進入している。これにより、ケーブル３は観察者の耳よりも後方で垂れ下がるので、観察者の耳を基準とした前後方向の重量バランスを良好にすることができ、観察者の使用負担を確実に軽減することができる。また、ケーブル３が観察者の側方の視界を遮って邪魔になることもなくなる。

また、第１テンプル部２１Ｒ₁および第２テンプル部２１Ｒ₂は、前後方向に長尺状に形成されており、かつ、第１テンプル部２１Ｒ₁が第２テンプル部２１Ｒ₂に対して前方にずれた状態で互いに連結されているので、第１テンプル部２１Ｒ₁および第２テンプル部２１Ｒ₂を、必要最小限の厚さ（高さ）でそれぞれ細く形成して、テンプル２１Ｒ全体を小型で軽量にすることができる。それに加えて、フレーム２２に対して第１テンプル部２１Ｒ₁を回動させたときに、第２テンプル部２１Ｒ₂が第１テンプル部２１Ｒ₁よりも内側に折りたたまれ、第２テンプル部２１Ｒ₂が外に張り出すことがなく、ＨＭＤをコンパクトに収納することが可能となる。

また、第１テンプル部２１Ｒ₁は、第２テンプル部２１Ｒ₂よりも上方に位置しているので、観察者の頭部へのＨＭＤの装着時には（第２テンプル部２１Ｒ₂が観察者の耳の上部に位置するときには）、第１テンプル部２１Ｒ₁は、観察者の眼よりも上方に位置することになる。したがって、少なくとも観察者の前方から側方にかけて、第１テンプル部２１Ｒ₁と連結されるフレーム２２を観察者の眼よりも上方に位置させることができ、観察者の視界を広く確保することが可能となる。また、観察者が一般の眼鏡をかけた状態でも、ＨＭＤのフレーム２２が眼鏡のテンプルやフレームと干渉しにくくなり、ＨＭＤと眼鏡との併用が容易となる。

ところで、第２テンプル部２１Ｒ₂・２１Ｌ₂において、観察者の側頭部と当接する面は、平面または略平面であることが望ましい。本実施形態では、図１に示すように、第２テンプル部２１Ｒ₂・２１Ｌ₂の外形に沿って縁取られた面が平面となっている。これにより、第２テンプル部２１Ｒ₂・２１Ｌ₂は、線接触の場合に比べて、観察者の側頭部との接触面積が大きくなるので、観察者はＨＭＤを安定して装着することが可能となる。また、左右の第２テンプル部２１Ｒ₂・２１Ｌ₂によって頭部を挟む力が分散し、観察者は違和感なくＨＭＤを長時間使用することが可能となる。

なお、テンプル２１の形状は、図１および図２に示した形状に限定されるわけではない。例えば、図６（ａ）〜図６（ｅ）は、テンプル２１Ｒの他の形状を模式的に示す側面図である。なお、テンプル２１Ｌの形状は、テンプル２１Ｒと対称な形状にすればよいため、ここではその説明を省略し、以下ではテンプル２１Ｒの形状について説明する。

図６（ａ）では、第１テンプル部２１Ｒ₁と第２テンプル部２１Ｒ₂とを連結部２１Ｒ_Pで連結してクランク状にテンプル２１Ｒを構成している。つまり、連結部２１Ｒ_Pは、第１テンプル部２１Ｒ₁および第２テンプル部２１Ｒ₂の長尺方向（水平方向）に対して垂直に延びている。この構成によれば、第１テンプル部２１Ｒ₁を第２テンプル部２１Ｒ₂に対してさらに上方に位置させることができるので、観察者の視界を広く確保したり、ＨＭＤと眼鏡との併用が容易になる効果をさらに高めることができる。

図６（ｂ）は、連結部２１Ｒ_Pを、第１テンプル部２１Ｒ₁および第２テンプル部２１Ｒ₂の長尺方向（水平方向）に対して斜めに延ばした例である。図６（ｂ）の構成は、図６（ａ）と技術的な効果は同じであるが、視覚的な効果が若干増す。

図６（ｃ）および図６（ｄ）は、第１テンプル部２１Ｒ₁の後端（フレーム２２側とは反対側の端部）を第２テンプル部２１Ｒ₂の後端まで延ばした例を示しており、図６（ｃ）は第１テンプル部２１Ｒ₁および第２テンプル部２１Ｒ₂を個別に製造して、その後、接着した例を、図６（ｄ）は第１テンプル部２１Ｒ₁および第２テンプル部２１Ｒ₂を一体的に形成した例をそれぞれ示している。このような形状であっても、上記した本実施形態と同様の効果を得ることができる。

図６（ｅ）は、テンプル２１Ｒを、第１テンプル部２１Ｒ₁、第２テンプル部２１Ｒ₂、第３テンプル部２１Ｒ₃の３段構成とした例を示している。なお、テンプル２１Ｒを４段以上の個別のテンプル部で構成することも勿論可能である。この場合であっても、上記した本実施形態と同様の効果を得ることができる。また、テンプル２１Ｒをｎ段（ｎ≧３）で構成する場合は、ケーブル３を引き出す露出面２１Ｒ_Sが高さ方向に（ｎ−１）個現れるため、ケーブル３を引き出す高さ位置の選択肢が広がる利点がある。

なお、以上では、映像表示装置１を観察者の右眼の前に配置することを前提としてケーブル３を配線する場合について説明したが、映像表示装置１を観察者の左眼の前に配置する場合には、ケーブル３をテンプル２１Ｌの露出面２１Ｌ_Sから引き出して各映像表示装置１と接続すればよい。また、２つの映像表示装置１を観察者の両眼の前に配置する場合には、支持手段２を左右対称に構成するとともに、右眼用および左眼用の映像表示装置１のそれぞれに対応するケーブル３を、テンプル２１Ｒ・２１Ｌの露出面２１Ｒ_S・２１Ｌ_Sから引き出して各映像表示装置１と接続すればよい。

本発明の実施の一形態に係るＨＭＤの概略の構成を示す斜視図である。 観察者が装着した状態での上記ＨＭＤの側面図である。 上記ＨＭＤが有する映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。 上記映像表示装置の斜視図である。 上記ＨＭＤの他の構成例を模式的に示す分解斜視図である。 （ａ）〜（ｅ）は、テンプルの形状を模式的に示す側面図である。

符号の説明

１ 映像表示装置
２ 支持手段
３ ケーブル
１１ 光源
１４ 表示素子
１６ 接眼光学系
１７ 接眼プリズム（第１の透明基板）
１８ 偏向プリズム（第２の透明基板）
１９ ホログラム光学素子
２０ 半透明板
２１ テンプル
２１Ｒ テンプル
２１Ｒ₁ 第１テンプル部
２１Ｒ₂ 第２テンプル部
２１Ｒ_S 露出面
２１Ｌ テンプル
２１Ｌ₁ 第１テンプル部
２１Ｌ₂ 第２テンプル部
２１Ｌ_S 露出面
２２ フレーム
２４ イヤホン保持部
２５ イヤホン

Claims (13)

1. 映像を表示する映像表示装置と、
   上記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持手段と、
   少なくとも駆動電力および映像信号を上記映像表示装置に供給するケーブルとを有するヘッドマウントディスプレイであって、
   上記支持手段は、
   観察者の側頭部に当接する左右一対のテンプルと、
   上記各テンプルを回動可能に支持するとともに、上記映像表示装置を支持するフレームとを有しており、
   上記各テンプルは、上記フレームで支持される位置とは異なる高さ位置で前方に露出した面を有しており、
   上記ケーブルは、各テンプルの少なくとも一方の内部を通り、上記露出面から引き出されて上記映像表示装置と接続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. 上記各テンプルは、
   フレームに対して回動可能に連結される第１テンプル部と、
   上記露出面を有し、上記第１テンプル部と高さ方向に並べて配置される第２テンプル部とを有しており、
   上記ケーブルは、第２テンプル部の内部を通り、上記露出面から引き出されて上記映像表示装置と接続されていることを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
3. 上記第１テンプル部および上記第２テンプル部は、前後方向に長尺状に形成されており、かつ、上記第１テンプル部が上記第２テンプル部に対して前方にずれた状態で互いに連結されていることを特徴とする請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
4. 上記第１テンプル部は、上記第２テンプル部よりも上方に位置していることを特徴とする請求項２または３に記載のヘッドマウントディスプレイ。
5. 上記ケーブルは、第２テンプル部において観察者の耳と接触する位置よりも後方の位置から、第２テンプル部の内部に進入していることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
6. 上記第２テンプル部において、観察者の側頭部と当接する面は、平面または略平面であることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
7. 上記第２テンプル部は、音声を出力するイヤホンを保持するイヤホン保持部を有していることを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
8. 上記映像表示装置は、
   光源と、
   光源からの光を変調して映像を表示する表示素子と、
   表示素子に表示された映像の光を光学瞳に導く接眼光学系とを有しており、
   上記接眼光学系は、体積位相型で反射型のホログラム光学素子を含み、
   上記ホログラム光学素子は、表示素子からの映像光を回折反射させて光学瞳に導くことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
9. 上記ホログラム光学素子は、表示素子からの映像光と外光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナであることを特徴とする請求項８に記載のヘッドマウントディスプレイ。
10. 上記ホログラム光学素子は、軸非対称な正の光学パワーを有していることを特徴とする請求項８または９に記載のヘッドマウントディスプレイ。
11. 上記接眼光学系は、表示素子からの映像光を内部で全反射させて観察者の瞳に導く一方、外光を透過させて観察者の瞳に導く第１の透明基板を有していることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
12. 上記接眼光学系は、第１の透明基板での外光の屈折をキャンセルするための第２の透明基板を有していることを特徴とする請求項１１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
13. 第１の透明基板および第２の透明基板の前方に、半透明板がフレームに対して着脱可能に保持されていることを特徴とする請求項１２に記載のヘッドマウントディスプレイ。

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