JP2011233958A - 頭部装着型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示部の幅間隔と傾斜角度の両方を容易に調節可能にする。
【解決手段】使用者の頭部に着脱可能に装着する装着部２と、該装着部２を使用者の頭部に装着した状態で、使用者の左右の眼前に対向して配置される左右一対の表示部３と、該各表示部３を、該表示部３同士の間隔方向に平行な軸線Ｘ−Ｘ’回りの表示部３同士の相対角度を一定に維持しつつ、間隔方向に移動可能に支持するガイドレール部材４ａ，４ｂと、該ガイドレール部材４ａ，４ｂを、軸線Ｘ−Ｘ’回りに揺動可能に、装着部２に取り付ける揺動機構５とを備える頭部装着型映像表示装置１を提供する。
１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、頭部装着型映像表示装置に関するものである。

従来、頭部装着型映像表示装置（ＨＭＤ；Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ）において、使用者の眼幅や視線方向に合わせて表示部同士の幅間隔と表示部の上下方向の傾斜角度とを調節する構成を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第３２９８９７７号公報

しかしながら、特許文献１のＨＭＤの場合、表示部の幅間隔と傾斜角度とを別々の操作で調節しなければならないので、手順が煩雑であるという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、表示部の幅間隔と傾斜角度の両方を容易に調節可能である頭部装着型映像表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、使用者の頭部に着脱可能に装着する装着部と、該装着部を使用者の頭部に装着した状態で、前記使用者の左右の眼前に対向して配置される左右一対の表示部と、該各表示部を、該表示部同士の間隔方向に平行な軸線回りの前記表示部同士の相対角度を一定に維持しつつ、前記間隔方向に移動可能に支持するガイドレール部材と、該ガイドレール部材を、前記軸線回りに揺動可能に、前記装着部に取り付ける揺動機構とを備える頭部装着型映像表示装置を提供する。

本発明によれば、使用者は、装着部を頭部に装着することにより、外部から表示部に入力された映像を眼前で観察することができる。
この場合に、使用者は表示部を手で保持して、ガイドレール部材に沿って表示部を一方ずつ移動させることにより幅間隔を調節し、揺動機構により表示部を上下方向に揺動させることにより視線に対する傾斜角度を調節する。これにより、手を持ち替えることなく簡便な操作で幅間間隔と傾斜角度とを調節することができ、また、表示部の幅間隔を自身の眼幅に容易に一致させることができる。

上記発明においては、前記ガイドレール部材が、前記表示部を、該表示部が前記眼前に対向して配置されたときに上端側に配置される位置において支持してもよい。
このようにすることで、表示部の観察が不要なときなどに、表示部を上方に揺動させることにより、表示部を眼前から退かすことができる。

また、上記発明においては、前記揺動機構が、前記ガイドレール部材を、前記表示部が前記眼前に対向して配置されたときに前記表示部より高い位置に配置される前記軸線回りに揺動可能に、前記装着部に取り付けてもよい。
このようにすることで、表示部を上方に揺動させたときに使用者の眼より高い位置まで表示部が跳ね上げられる。これにより、表示部の観察が不要なときなどに、使用者の視界から表示部を外してより広い視野を確保することができる。

また、上記発明においては、前記ガイドレール部材が、互いに平行に配置され前記表示部をそれぞれ前記間隔方向に移動可能に支持する複数のレールを備えてもよい。
このようにすることで、簡便な構成で表示部同士の相対角度を同一に維持できるとともに、表示部を幅方向に移動させたときおよび揺動軸線回りに揺動させたときにかかる負荷を２本のレールに分配させて強度を向上することができる。

また、上記発明においては、前記表示部の前記間隔方向の移動に対して、前記表示部の光学瞳径以内の距離間隔で所定の大きさの抵抗力を発生させるスライドクリック機構を備えていてもよい。
このようにすることで、使用者が表示部を間隔方向に、該表示部の光学瞳径以内の距離移動させる毎にクリック感触が得られる。これにより、表示部の光学瞳全体が使用者の瞳に投影される位置に容易に表示部の幅方向の位置を調節することができる。

また、上記発明においては、前記表示部の前記間隔方向の移動に対して、所定の距離間隔で前記表示部の重量以上の抵抗力を発生させるスライドクリック機構を備えていてもよい。
このようにすることで、表示部の位置をその間隔方向に移動させたときに、表示部を自重に抗して所定の位置に十分に安定に保持することができる。

また、上記発明においては、前記表示部の前記軸線回りの揺動に対して、前記表示部の光学偏心許容値以内の角度間隔で所定の大きさの抵抗力を発生させる揺動クリック機構を備えていてもよい。
このようにすることで、使用者が表示部を、光学偏心許容値以内の角度揺動させる毎にクリック感触が得られる。これにより、使用者の視線方向に対して適切な角度に容易に表示部の傾斜角度を調節することができる。

また、上記発明においては、前記表示部の前記動軸線回りの揺動に対して、所定の角度間隔で前記表示部の重量以上の大きさの抵抗力を発生させる揺動クリック機構を備えていてもよい。
このようにすることで、表示部を軸線回りに揺動させたときに、表示部を自重に抗して所定の角度に十分に安定に保持することができる。

また、上記発明においては、前記装着部を前記頭部に装着した状態において、前記表示部が前記眼前に配置されたときの前記表示部と前記使用者の瞳との間の光路長をアイリリーフＬｅｒ、前記表示部が前記眼前に配置されたときの前記表示部の上端位置Ｕの、前記瞳を中心とする俯角を観察角度θ１、前記表示部を前記使用者の視野の上方まで前記軸線回りに揺動させたときの、前記表示部の下端位置Ｄの前記瞳を中心とする仰角を跳ね上げ角度θ２、該跳ね上げ角度θ２の位置に配置された前記表示部の下端位置Ｄと前記瞳とを結ぶ線を第１の線ｌ１、前記上端位置Ｕと前記瞳とを結ぶ線を第２の線ｌ２、ならびに、前記第１の線ｌ１および前記上端位置Ｕから等距離に存在する点が描く軌跡を軌跡Ａとしたときに、前記軸線が、前記瞳から半径が前記アイリリーフＬｅｒの範囲内、かつ、前記第２の線ｌ２より上方、かつ、前記軌跡Ａより上方に配置されることが好ましい。

このようにすることで、表示部を上方に揺動させたときには視界から十分に外すことができるとともに、表示部を眼前に配置した状態においては使用者の視線に対する表示部の傾斜角度を微調整することができる。
この場合に、前記アイリリーフＬｅｒが１０ｍｍ以上であり、前記観察角度θ１が５°以上であり、前記跳ね上げ角度θ２が５°以上であることがさらに好ましい。

本発明によれば、表示部の幅間隔と傾斜角度の両方を容易に調節可能であるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る頭部装着型映像表示装置の全体構成図である。 （ａ）揺動クリック機構と（ｂ）スライドクリック機構との構成を示す図である。 図１の頭部装着型映像表示装置を頭部に装着した状態を示す図であり、（ａ）表示部を眼前に配置したときと（ｂ）表示部を上方に退けたときとを示している。 図１の頭部装着型映像表示装置の変形例であり、１本のガイドレールで表示部を支持する構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る頭部装着型映像表示装置の全体構成図である。 図６の頭部装着型映像表示装置の揺動軸線の配置を説明する図である。 図６の頭部装着型映像表示装置において、（ａ）表示部を眼前に配置したときと（ｂ）表示部を跳ね上げたときとを示す図である。 図５の頭部装着型映像表示装置の変形例を示す図である。

以下に、本発明の第１の実施形態に係る頭部装着型映像表示装置（ＨＭＤ）１ついて図１〜図４を参照して説明する。
本実施形態に係るＨＭＤ１は、図１に示されるように、使用者の頭部に装着される装着フレーム（装着部）２と、使用者の眼前に配置される左右一対の表示部３と、装着フレーム２を頭部に装着したときに略水平に配置され表示部３を水平方向に移動可能に支持する２本のガイドレール（ガイドレール部材、レール）４ａ，４ｂと、一方のガイドレール４ａを装着フレーム２に揺動可能に取り付ける揺動機構５とを備えている。
なお、ここで、水平方向とは、左右方向、左右一対の表示部３の間隔方向、あるいは後述するジョイント２ｂに対して垂直な方向と略同一の方向である。

装着フレーム２は、使用者の前頭部から側頭部を囲むように形成されたフレーム本体２ａと、該フレーム本体２ａの略中央に設けられたジョイント２ｂとを有している。フレーム本体２ａには、使用者の頭部の寸法に合わせて周方向の寸法を調節できるように、使用者の後頭部側に配置される位置に、図示しないベルトなどが設けられていてもよい。符号２ｃは、弾性材料からなるパッドを示し、使用者の前頭部の形状に合わせてパッドが変形することによりフレーム本体２ａの位置が安定するようになっている。

表示部３は、図示しない配線を介して外部装置から入力された映像を表示する。各表示部３の背面には、その左右方向に沿って貫通穴が形成された２つの穴部３ａ，３ｂが上下方向に間隔を空けて設けられ、一方の穴部３ａは表示部３の上端側に設けられている。

２本のガイドレール４ａ，４ｂにはそれぞれ、各表示部３の穴部３ａ，３ｂが水平方向に移動可能に挿入され、各ガイドレール４ａ，４ｂが互いに平行に配置されている。これにより、左右の表示部３は、その間隔方向（左右方向）に平行な軸の軸線回りの角度を同一に維持しながら、２本のガイドレール４ａ，４ｂに沿ってスライド可能になっている。なお、図１において、左右の表示部３の間隔方向は、ガイドレール４ａの長軸方向と略同一である。また、ガイドレール４ａは、細長い円柱形状である。一方、ガイドレール４ｂは、細長い多角柱形状（図示する例では、四角柱）である。

揺動機構５は、ジョイント２ｂの先端に装着フレーム２の左右方向に形成された貫通孔内に、表示部３の上端側に配置された一方のガイドレール４ａが周方向に揺動可能に挿入されることにより構成されている。これにより、表示部３は、一方のガイドレール４ａの幅方向の略中心軸線であり、表示部３同士の間隔方向に平行な軸線（以下、揺動軸線という。）Ｘ−Ｘ’回りに揺動可能に設けられている。ここで、ガイドレール４ａの幅方向は、ガイドレールの４ａの長軸方向と略同一である。

また、一方のガイドレール４ａとジョイント２ｂとが接する位置には揺動クリック機構６が設けられ、他方のガイドレール４ｂと表示部３とが接する位置にはスライドクリック機構７が設けられている。

揺動クリック機構６は、図２（ａ）に示されるように、一方のガイドレール４ａの外周面にその周方向に一定の周期で形成されたギア形状の溝６ａと、該溝６ａ内にボール６ｂがはまるようにジョイント２ｂに設けられたボールプランジャ６ｃとから構成されている。スライドクリック機構７は、図２（ｂ）に示されるように、他方のガイドレール４ｂの表示部３側の側面に一定の周期で形成されたギア形状の溝７ａと、該溝７ａ内にボール７ｂがはまるように表示部３に設けられたボールプランジャ７ｃとから構成されている。各ボールプランジャ６ｃ，７ｃは、その内部にボール６ｂ，７ｂを外側に向かって付勢するバネ６ｄ，７ｄを備えている。

これにより、使用者が表示部３を揺動させ、あるいは、スライドさせると、ボール６ｂ，７ｂが溝６ａ，７ａ間の山を乗り越えるときに表示部３の揺動またはスライドに対して抵抗力が発生する。そして、使用者は、表示部３を一定の角度揺動させる、または、一定の距離スライドさせる毎にクリック感触を得られる。また、使用者が表示部３から手を離すと、ボール６ｂ，７ｂが溝６ａ，７ａ内に落ち込む傾斜角度または幅方向位置に表示部３が安定に保持される。

ここで、揺動クリック機構６において、隣り合う溝６ａ間の角度間隔は、表示部３の光学偏心許容値以内に設計されている。このように、表示部３の傾斜角度を、その光学偏心許容値より小さい角度幅で調節可能にすることで、使用者の視線方向に対して適切な角度に容易に表示部３の傾斜角度を調節することができる。

また、スライドクリック機構７において、隣り合う溝７ａ間の距離間隔は、表示部３の光学瞳径以内に設計されている。本実施形態において、表示部３の光学瞳径は、例えば、４ｍｍを想定している。このように、表示部３の水平方向位置を、その光学瞳径より小さい距離幅で調節可能にすることで、もし、表示部３の光学瞳が部分的にしか使用者の瞳に投影されない位置に配置されて、使用者には表示部３に表示されている像が一部欠けて見える状態になっても、光学瞳全体が使用者の瞳に投影される位置に容易に調節することができる。

また、揺動クリック機構６において、表示部３を揺動させたときに発生する抵抗力は、表示部３の重量より大きくなるように設計されている。一方、スライドクリック機構７において、表示部３をスライドさせたときに発生する抵抗力は、表示部３の重量とガイドレール４ａ，４ｂの重量との和より大きくなるように設計されている。本実施形態において、表示部３の重量は２５ｇ程度、表示部３とガイドレール４ａ，４ｂを合わせた重量は５５ｇ程度、揺動クリック機構６のクリック力量（抵抗力）は２００ｇ程度、スライドクリック機構７のクリック力量（抵抗力）は１５０ｇ程度を想定している。

これにより、表示部３の位置を安定に保持することができる。もし、各クリック機構６，７の抵抗力が、表示部３の重量または表示部３とガイドレール４ａ，４ｂとを合わせた重量より小さい場合、表示部３が自重によって抵抗力に抗して移動してしまい、表示部３を適切な位置に安定に保持することが難しくなる。

このように構成されたＨＭＤ１を使用するには、使用者はまずフレーム本体２を、図３（ａ）に示されるように、頭部Ｂに装着する。そして、両眼の前方に配置された左右の表示部３をそれぞれ手で保持して左右方向に移動させることにより、表示部３同士の幅間隔を自身の眼幅に合わせるように調節する。

このときに、使用者は、先に一方の表示部３の表示画面を片方の目で覗きながら、映像を片方の目の瞳の位置に結像させ、他方の表示部３を他方の目で覗きながら左右に移動させて他方の瞳の位置に結像させることにより、表示部３の幅間隔を容易に自身の眼幅と一致する幅に調節することができる。このように、表示部３の表示面が最下位置に位置された状態、言い換えれば、表示部３の表示面と、使用者の瞳との距離が、アイリリーフに一致する状態を、「表示部が眼前に配置された状態」という。

次に、使用者は、表示部３を保持した手でそのまま表示部３をガイドレール４ａの揺動軸線Ｘ−Ｘ’を基準に揺動させるだけで、両方の表示部３を同時に同一の角度だけ揺動させて表示部３に表示される映像全体が均一に見える傾斜角度に調節することができる。以上の操作により、表示部３に表示される映像を適切な状態で観察することができる。

このように、本実施形態によれば、簡便な操作で表示部３の幅間隔と傾斜角度とを調節することができる。また、２本のガイドレール４ａ，４ｂを設け、該ガイドレール４ａをジョイント２ｂに取り付けただけの簡略な構成であるので、軽量化を図って使用者に与える装着感を軽減することができる。また、表示部３とその揺動の揺動軸線Ｘ−Ｘ’が近接して配置されているので、表示部３の傾斜角度の微調節を容易にできる。また、表示部３を揺動させたときの眼と表示部３との距離の変化が小さい範囲内に抑えられるので、表示部３の傾斜角度に依らず常に適切な距離で表示部３を観察することができる。

また、表示部３の観察が不要なときなどは、図３（ｂ）に示されるように、表示部３を上方に約半回転揺動させて眼前から表示部３を退けることにより外界の視野が得られ、使用者に与える圧迫感を軽減することができる。また、表示部３を２本のガイドレール４ａ，４ｂで支持することにより、表示部３をスライドまたは揺動させたときの負荷を各ガイドレール４ａ，４ｂに分配させることができるため、強度を向上することができる。なお、図３（ｂ）のように、表示部３の表示面が最上位置に配置された状態を「表示部を視野の上方まで揺動軸線回りに揺動させた状態」という。

なお、上記実施形態においては、表示部３を２本のガイドレール４ａ，４ｂで支持することとしたが、これに代えて、図４に示されるように、表示部３を１本のガイドレール４で支持し、該ガイドレール４をジョイント２ｂに揺動可能に取り付けてもよい。

この場合には、ガイドレール４の横断面と穴部３ａの貫通穴との形状が多角形（図示する例では四角形）に形成される。これにより、ガイドレール４は、穴部３ａ内において周方向の回転が制限されて１本でも左右の表示部３の相対角度を同一に維持できるようになっている。ここで、ガイドレール４の長さ方向の略中央部分には、ガイドレール４の側面を周方向に囲むように円柱部が形成されている。該円柱部の中心軸とガイドレールの中心軸とは略一致することが好ましい。このようにすることで、該円柱部を介して、表示部３を揺動させることができる。また、表示部３を上方に揺動させたときに表示部３を眼前から退けられるように、ガイドレール４は表示部３を上端側において支持することが好ましい。
このようにすることで、構成をさらに簡略にして軽量化を図ることができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係るＨＭＤ１について、図５〜図８を参照にして説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と共通の構成については第１の実施形態と同一の符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる構成について主に説明する。

本実施形態に係るＨＭＤ１は、図５に示されるように、ガイドレール４が、眼前に配置された表示部３より高い位置においてジョイント２ｂに揺動可能に取り付けられ、揺動軸線Ｘ−Ｘ’が、眼前に配置された状態における表示部３よりも高い位置に配置されている。

ここで、揺動軸線Ｘ−Ｘ’は、図６に示されるように、以下の領域Ｙ内に配置されている。
装着部２を頭部Ｂに装着した状態において、眼前に配置された表示部３と使用者の瞳Ｅとの間の光路長をアイリリーフＬｅｒとし、眼前に配置された表示部３の上端位置をＵとし、上端位置Ｕの瞳Ｅを中心とする俯角を観察角度θ１とし、表示部３を使用者の視野の上方まで揺動軸線Ｘ−Ｘ’回りに揺動させて跳ね上げたときの、表示部３の下端位置をＤとし、下端位置Ｄの瞳Ｅを中心とする仰角を跳ね上げ角度θ２とし、下端位置Ｄと瞳Ｅとを結ぶ線を第１の線ｌ１とし、上端位置Ｕと瞳Ｅとを結ぶ線を第２の線ｌ２とし、第１の線ｌ１および上端位置Ｄから等距離に存在する点が描く軌跡を軌跡Ａと定義する。

そして、瞳Ｅから半径がアイリリーフＬｅｒの範囲内、かつ、第２の線ｌ２より上方、かつ、軌跡Ａより上方であることを満たす領域Ｙ（図においてハッチングで示される領域）内に揺動軸線Ｘ−Ｘ’が配置される。
より好ましくは、アイリリーフＬｅｒが１０ｍｍ以上、観察角度θ１が５°以上、跳ね上げ角度θ２が５°以上に設定される。
なお、アイリリーフＬｅｒは、厳密には、使用者によって異なる。従って、平均的な値に基づいて定めることができる。

この場合に、本実施形態によれば、揺動軸線Ｘ−Ｘ’を中心とする表示部３の揺動半径が大きくなる。したがって、図７（ａ）に示されるように、表示部３を眼前に配置した状態から、図７（ｂ）に示されるように、表示部３を上方に揺動させたときに、表示部３が使用者の頭頂側まで跳ね上げられる。これにより、表示部３の観察が不要なときには、表示部３を使用者の視界から排除して使用者の視野をさらに広く確保することができる。さらに、上述した領域Ｙ内に揺動軸線Ｘ−Ｘ’を配置することにより、眼前において表示部３を比較的小さな角度だけ揺動させたときに、視線方向に対する表示部３の傾斜角度を十分に細かく調整することができる。
なお、上記実施形態においては、図８に示されるように、表示部３を２本のガイドレール４ａ，４ｂで支持してもよい。

１ ＨＭＤ（頭部装着型映像表示装置）
２ 装着フレーム（装着部）
２ａ フレーム本体
２ｂ ジョイント
２ｃ パッド
３ 表示部
３ａ，３ｂ 穴部
４，４ａ，４ｂ ガイドレール（ガイドレール部材、レール）
５ 揺動機構
６ 揺動クリック機構
６ａ，７ａ 溝
６ｂ，７ｂ ボール
６ｃ，７ｃ ボールプランジャ
６ｄ，７ｄ バネ
７ スライドクリック機構
Ｂ 頭部
Ｘ−Ｘ’ 揺動軸線（軸線）

Claims (10)

1. 使用者の頭部に着脱可能に装着する装着部と、
   該装着部を使用者の頭部に装着した状態で、前記使用者の左右の眼前に対向して配置される左右一対の表示部と、
   該各表示部を、該表示部同士の間隔方向に平行な軸線回りの前記表示部同士の相対角度を一定に維持しつつ、前記間隔方向に移動可能に支持するガイドレール部材と、
   該ガイドレール部材を、前記軸線回りに揺動可能に、前記装着部に取り付ける揺動機構とを備える頭部装着型映像表示装置。
2. 前記ガイドレール部材が、前記表示部を、該表示部が前記眼前に対向して配置されたときに上端側に配置される位置において支持する請求項１に記載の頭部装着型映像表示装置。
3. 前記揺動機構が、前記ガイドレール部材を、前記表示部が前記眼前に対向して配置されたときに前記表示部より高い位置に配置される前記軸線回りに揺動可能に、前記装着部に取り付ける請求項１に記載の頭部装着型映像表示装置。
4. 前記ガイドレール部材が、互いに平行に配置され前記表示部をそれぞれ前記間隔方向に移動可能に支持する複数のレールを備える請求項１に記載の頭部装着型映像表示装置。
5. 前記表示部の前記間隔方向の移動に対して、前記表示部の光学瞳径以内の距離間隔で所定の大きさの抵抗力を発生させるスライドクリック機構を備える請求項１に記載の頭部装着型映像表示装置。
6. 前記表示部の前記間隔方向の移動に対して、所定の距離間隔で前記表示部の重量以上の抵抗力を発生させるスライドクリック機構を備える請求項１に記載の頭部装着型映像表示装置。
7. 前記表示部の前記軸線回りの揺動に対して、前記表示部の光学偏心許容値以内の角度間隔で所定の大きさの抵抗力を発生させる揺動クリック機構を備える請求項１に記載の頭部装着型映像表示装置。
8. 前記表示部の前記動軸線回りの揺動に対して、所定の角度間隔で前記表示部の重量以上の大きさの抵抗力を発生させる揺動クリック機構を備える請求項１に記載の頭部装着型映像表示装置。
9. 前記装着部を前記頭部に装着した状態において、前記表示部が前記眼前に配置されたときの前記表示部と前記使用者の瞳との間の光路長をアイリリーフＬｅｒ、前記表示部が前記眼前に配置されたときの前記表示部の上端位置Ｕの、前記瞳を中心とする俯角を観察角度θ１、前記表示部を前記使用者の視野の上方まで前記軸線回りに揺動させたときの、前記表示部の下端位置Ｄの前記瞳を中心とする仰角を跳ね上げ角度θ２、該跳ね上げ角度θ２の位置に配置された前記表示部の下端位置Ｄと前記瞳とを結ぶ線を第１の線ｌ１、前記上端位置Ｕと前記瞳とを結ぶ線を第２の線ｌ２、ならびに、前記第１の線ｌ１および前記上端位置Ｕから等距離に存在する点が描く軌跡を軌跡Ａとしたときに、
   前記軸線が、前記瞳から半径が前記アイリリーフＬｅｒの範囲内、かつ、前記第２の線ｌ２より上方、かつ、前記軌跡Ａより上方に配置される請求項３に記載の頭部装着型映像表示装置。
10. 前記アイリリーフＬｅｒが１０ｍｍ以上であり、前記観察角度θ１が５°以上であり、前記跳ね上げ角度θ２が５°以上である請求項９に記載の頭部装着型映像表示装置。

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