JP2012186660A - ヘッド・マウント・ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザーの頭部に装着して用いられるヘッド・マウント・ディスプレイを提供する。
【解決手段】装着時、額当て部１０２がユーザーの額に当接するとともに、ヘッド・バンドの上バンド１０４及び下バンド１０５がそれぞれ頭部の後方に当接する。すなわち、額当て部１０２、上バンド１０４、下バンド１０５の３点支持によって、ヘッド・マウント・ディスプレイがユーザーの頭部に装着される。主に鼻当て部で重量を支える、眼鏡に類似した構造体とは相違し、装置の荷重を頭部全体に分散させて、ユーザーの負担を軽減して装着することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ユーザーの頭部に装着して用いられるヘッド・マウント・ディスプレイに係り、特に、装置全体の重量増加や、ユーザー毎の頭部サイズの個人差などに対応して調整しながら、頭部に装着するヘッド・マウント・ディスプレイに関する。

頭部に装着して映像を視聴する表示装置、すなわちヘッド・マウント・ディスプレイ（ＨＭＤ）が広く知られている。ヘッド・マウント・ディスプレイは、左右の眼毎に表示部を持ち、また、ヘッドフォンと併用し、視覚及び聴覚を制御できるように構成されている。頭部に装着した際に外界を完全に遮るように構成すれば、視聴時の仮想現実感が増す。また、ヘッド・マウント・ディスプレイは、左右の眼に違う映像を映し出すことも可能であり、左右の眼に視差のある画像を表示すれば、３Ｄ画像を提示することができる。

ヘッド・マウント・ディスプレイは、ユーザーに虚像を提供する（すなわち、虚像を眼の網膜上に結像させる）表示システムである。ここで、虚像は、物体が、焦点距離よりレンズに近い位置にある場合に、その物体側にできるものである。ユーザーに虚像を観賞させる場合、例えば、虚像が形成されるユーザーからの距離などは、映像によって変化させるのが好ましい。例えば、映像に適した形で虚像を提供する表示装置について提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。

ヘッド・マウント・ディスプレイは左右に独立して光学系を持つという点で、視力矯正用の眼鏡に類似する。このため、眼鏡と同様、左右の表示部を支持するリムと、左右のリムのそれぞれの目尻側の側縁に結合された左右のテンプルからなる構造のヘッド・マウント・ディスプレイが知られている（例えば、特許文献２、３を参照のこと）。この種の構造の場合、左右のリムは目頭側に形成された鼻当て部が鼻に当接するとともに、左右のテンプルの先端のモダン部分が耳に係ることによって、ヘッド・マウント・ディスプレイが支持される。

ところが、ヘッド・マウント・ディスプレイは、通常、ガラス素材の光学部品を含む表示部や、電気回路基板などの重量物が前方の本体に集中することから、上記のように、鼻当て部と左右のテンプルで指示する装着方法では、ユーザーの鼻に過度の負荷がかかるため、長時間の使用には耐え難い。勿論、テンプルのモダン部分が引っ掛かる耳たぶ上端部分も痛くなる。

特開２００７−１３３４１５号公報 特許第４６０９２５６号公報 特開２００９−１３４２７６号公報

本発明の目的は、装置全体の重量増加や、ユーザー毎の頭部サイズの個人差などに対応して調整しながら、頭部に装着することができる、優れたヘッド・マウント・ディスプレイを提供することにある。

本願は、上記課題を参酌してなされたものであり、請求項１に記載の発明は、
左眼用画像を表示する左眼用表示部と、
右眼用画像を表示する右眼用表示部と、
前記左眼用表示部及び前記右眼用表示部を含む本体部と、
前記本体部の上部に配設された額当て部と、
前記本体部の後方に接続され、上バンド及び下バンドを含むヘッド・バンドと、
を具備するヘッド・マウント・ディスプレイである。

本願の請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載のヘッド・マウント・ディスプレイのヘッド・バンドは、全長の長さを調整する全長調整機構を有している。

本願の請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載のヘッド・マウント・ディスプレイの額当て部は、前記本体部の上部からの高さを調整する高さ調整機構を有している。

本願の請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載のヘッド・マウント・ディスプレイの下バンドは伸縮可能な素材からなり、前記ヘッド・バンドの前記下バンド以外の部分は、柔らかいが伸縮し難い素材からなる。

本願の請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載のヘッド・マウント・ディスプレイの額当て部は、額の頭部に当接する動きに連動して、前記ヘッド・マウント・ディスプレイがユーザーに装着されたことを検出する装着センサーを有している。

本願の請求項６に記載の発明によれば、請求項１に記載のヘッド・マウント・ディスプレイの上バンド及び下バンドは、それぞれ長さ調整部を有している。

本願の請求項７に記載の発明によれば、請求項１に記載のヘッド・マウント・ディスプレイの上バンド及び下バンドに設けられた各長さ調整部は、それぞれ上バンド及び下バンドのオフセンターの位置に配設されている。

本発明によれば、装置全体の重量増加や、ユーザー毎の頭部サイズの個人差などに対応して調整しながら、頭部に装着することができる、優れたヘッド・マウント・ディスプレイを提供することができる。

本発明に係るヘッド・マウント・ディスプレイは、額当て部、下バンド、及び上バンドの３点で支持して、ユーザーの頭部に装着する機構を備えており、ユーザーに荷重を感じさせないで装着することができる。また、上バンド及び下バンドを有するヘッド・バンドの全長を調整する機構を備えるとともに、さらに、額当て部の高さを調整する機構も備えているので、ユーザーの頭部のサイズの個人差に広く対応することができる。

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

図１Ａは、本提案に係るヘッド・マウント・ディスプレイを各方向から眺めた様子を示した図である。 図１Ｂは、本提案に係るヘッド・マウント・ディスプレイを各方向から眺めた様子を示した図である。 図１Ｃは、本提案に係るヘッド・マウント・ディスプレイを各方向から眺めた様子を示した図である。 図１Ｄは、本提案に係るヘッド・マウント・ディスプレイを各方向から眺めた様子を示した図である。 図２は、本提案に係るヘッド・マウント・ディスプレイの、頭部への支持方法と、調整可能な装着機構を説明するための図である。 図３は、ヘッド・マウント・ディスプレイのうちヘッド・バンドのみを抽出して描いた図である。 図４は、装着機構に付帯する機能が設けられた場所を示した図である。 図５は、額当て部１０２に装備された装着センサーの構成例を示した図である。 図６Ａは、額当て部１０２に装備された高さ調節機構を示した図である。 図６Ｂは、額当て部１０２に装備された高さ調節機構を示した図である。 図７Ａは、上バンド１０４及び下バンド１０５に適用される長さ調整部の構成例を示した図である。 図７Ｂは、上バンド１０４及び下バンド１０５に適用される長さ調整部の構成例を示した図である。 図８は、ヘッド・バンドの全長調整機構の構成例を示した図である。 図９は、ヘッドフォンの前後位置並びに上下位置を調整する機構を示した図である。 図１０は、ヘッド・マウント・ディスプレイを含む画像表示システムの構成を模式的に示した図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１０には、ヘッド・マウント・ディスプレイを含む画像表示システムの構成を模式的に示している。図示のシステムは、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０本体と、視聴コンテンツのソースとなるブルーレイ・ディスク再生装置２０と、ブルーレイ・ディスク再生装置２０の再生コンテンツの他の出力先となるハイビジョン・ディスプレイ（例えば、ＨＤＭＩ対応テレビ）３０と、ブルーレイ・ディスク再生装置２０から出力されるＡＶ信号の処理を行なうフロント・エンド・ボックス４０で構成される。

フロント・エンド・ボックス４０は、ブルーレイ・ディスク再生装置２０から出力されるＡＶ信号をＨＤＭＩ入力すると、例えば信号処理して、ＨＤＭＩ出力するＨＤＭＩリピーターに相当する。また、フロント・エンド・ボックス４０は、ブルーレイ・ディスク再生装置２０の出力先をヘッド・マウント・ディスプレイ１０又はハイビジョン・ディスプレイ３０のいずれかに切り替える２出力スイッチャーでもある。

図示の例では、フロント・エンド・ボックス４０は２出力であるが、３以上の出力を有していてもよい。但し、フロント・エンド・ボックス４０は、ＡＶ信号の出力先を排他的とし、且つ、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０への出力を最優先とする。ヘッド・マウント・ディスプレイ１０の電源がオンのとき、又は、ユーザーがヘッド・マウント・ディスプレイ１０を使用中のときには、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０にのみＡＶ信号を出力する。逆に言えば、優先順位の低いハイビジョン・テレビ３０（若しくは、フロント・エンド・ボックス４０に接続された、図示しないその他のディスプレイ）へＡＶ信号が出力されるのは、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０の電源がオフのときや、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０が接続されていないときなど、ユーザーがヘッド・マウント・ディスプレイ１０を使用していないときだけである。

なお、ＨＤＭＩ（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｔｌｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）は、ＤＶＩ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｓｕａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を基にし、物理層にＴＭＤＳ（Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｍｉｎｉｍｉｚｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）を用いた、主に音声と映像の伝送を用途としたディジタル家電向けのインターフェース規格である。本システムは、例えばＨＤＭＩ１．４に準拠する。

ブルーレイ・ディスク再生装置２０とフロント・エンド・ボックス４０間、並びに、フロント・エンド・ボックス４０とハイビジョン・ディスプレイ３０間は、それぞれＨＤＭＩケーブルで接続されている。フロント・エンド・ボックス４０とヘッド・マウント・ディスプレイ１０間も、ＨＤＭＩケーブルで接続するように構成することも可能であるが、本実施形態では独自仕様のケーブルで接続され、ＡＶ信号がシリアル転送されるものとする。但し、フロント・エンド・ボックス４０とヘッド・マウント・ディスプレイ１０間を接続するケーブル１本で、ＡＶ信号と電力を供給するものとし、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０はこのケーブルを介して駆動電力も得ることができる。

ヘッド・マウント・ディスプレイは、左右の眼毎に表示部を持ち、また、ヘッドフォンと併用し、視覚及び聴覚を制御できるように構成されている。ヘッド・マウント・ディスプレイは左右に独立して光学系を持つという点で、視力矯正用の眼鏡に類似する。このため、眼鏡と同様、左右の表示部を支持するリムと、左右のリムのそれぞれの目尻側の側縁に結合された左右のテンプルからなる構造のヘッド・マウント・ディスプレイが知られている。ところが、ヘッド・マウント・ディスプレイは重量物が前部に集中することから、ユーザーの鼻に過度の負荷がかかるため、長時間の使用には耐え難い。

そこで、以下では、帽子形状、若しくは、頭部の全周を包む帯状の構造とし、装置の荷重を頭部全体に分散させて、ユーザーの負担を軽減して装着することができるヘッド・マウント・ディスプレイについて提案する。

図１Ａ〜図１Ｄには、本提案に係るヘッド・マウント・ディスプレイを各方向から眺めた様子を示している。図示の帽子形状の構造によれば、本体の前部に重量物が集中していても、装置の荷重を頭部全体に分散させて、ユーザーの負担を軽減して装着することができる。帽子形状のヘッド・マウント・ディスプレイ自体は、本出願以前でも散見されるが、装置の重量がさらに増したときや、ユーザー毎の頭のサイズの個人差に対する調整方法が分かり難い。

図２には、本提案に係るヘッド・マウント・ディスプレイの、頭部への支持方法と、調整可能な装着機構を模式的に図解している。

ヘッド・マウント・ディスプレイは、表示系統を含む大部分の部品を含んだ本体部１０１と、本体部１０１の上面から突設した額当て部１０２と、上バンド１０４及び下バンド１０５に分岐されるヘッド・バンド（１１０）と、左右のヘッドフォンからなる。本体部１０１内には、表示部や回路基板が収容される。また、本体部１０１の下方には、鼻背に倣うように鼻当て部１０３が形設されている。

ユーザーがヘッド・マウント・ディスプレイを頭部に装着したとき、額当て部１０２がユーザーの額に当接するとともに、ヘッド・バンドの上バンド１０４及び下バンド１０５がそれぞれ頭部の後方に当接する。すなわち、額当て部１０２、上バンド１０４、下バンド１０５の３点支持によって、ヘッド・マウント・ディスプレイがユーザーの頭部に装着される。したがって、主に鼻当て部で重量を支える眼鏡とは相違し、このヘッド・マウント・ディスプレイは、装置の荷重を頭部全体に分散させて、ユーザーの負担を軽減して装着することができる。図示のヘッド・マウント・ディスプレイも鼻当て部１０３を備えているが、補助的な支持しか寄与しない。また、額当てをヘッド・バンドで締め付けることで、ヘッド・マウント・ディスプレイが装着されたユーザーの頭部から回転しないように、回転方向の動きを支持することができる。

なお、ヘッド・バンドは、上バンド１０４と下バンド１０５に分岐する手前の部分で、片ラッチで可動するとともにリリース・ボタンで解除される全長調整機構を備えており、ユーザーはワンタッチでヘッド・バンドの全長を調整することができる。また、額当て部１０２は、高さ調節が可能であり、ユーザーの頭のサイズの個人差の対応範囲を広げることができる。これら装着機構に付帯する機能の詳細については、後述に譲る。

図３には、ヘッド・マウント・ディスプレイのうちヘッド・バンドのみを抽出して描いている。ヘッド・バンド１１０は、例えばナイロンやポリプロピレンなどの、柔らかいが伸縮しない素材で製作される。

上バンド１０４は、柔らかさを持ち、装着時には荷重を支えるために頭に沿って曲がるが、伸びにくく、ヘッド・マウント・ディスプレイの落下を防止することができる。

一方、下バンド１０５は、シリコン・ゴムやエラストマーのような伸縮可能な素材で構成されるが、異種材の２色成形により、上バンド１０４と一体部品とすることができる。また、図３中の濃淡で表現されているように、材量の徐変範囲を設けることにより、伸縮しない素材から伸縮する素材へ、緩やかに変化するようになっている。下バンド１０５は、ゴムの伸縮により額当て部１０２との組み合わせで頭部を挟むことで、ヘッド・マウント・ディスプレイを支持する。

図４には、装着機構に付帯する機能が設けられた場所を、破線で囲んで示している。

額当て部１０２には、ヘッド・マウント・ディスプレイをユーザーの頭部に装着した際に、額の頭部に当接する動きに連動して、ヘッド・マウント・ディスプレイがユーザーに装着されたことを検出する装着センサーが装備されている。

図５には、額当て部１０２に装備された装着センサーの構成例を図解している。図示の例では、額当て部１０２は、回転軸１４２によって、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０の外筐に回動可能に支持されている。額当て部１０２は、非装着時には、スプリング１４４の復元力によって、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０の後方、すなわち装着するユーザーの額側へ向かった非装着位置へ押し出されている。そして、装着時には、ユーザーの額が当接することによって、前方の装着位置へ押し戻される。また、回転軸１４２には、前方に突設したアーム１４３が取り付けられている。装着時には、額当て部１０２は、回転軸１４２回りに約１０度回転する。したがって、ユーザーが装着して額当て部１０２が前方へ押し戻されると、アーム１４３が連動して、その先端部でタクト・スイッチ１４１を操作する。タクト・スイッチ１４１の操作から、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０がユーザーに装着されたことを検出することができる。

また、図６Ａ、図６Ｂには、額当て部１０２に装備された、高さ調節機構を図解している。

図６Ａには、高さ調節機構の作用によって、額当て部１０２の高さが切り換わる様子を示している。同図において、下ポジションに設定された額当て部１０２を実線で示し、上ポジションに設定された額当て部１０２を破線で示している。図示のように、額当て部１０２の高さを下ポジションから上ポジションまで調節することにより、ユーザーの頭のサイズの個人差の対応範囲を広げることができる。

額当て部１０２の高さ調節は、特定の機構に限定されない。例えば、額当て部１０２を脱着可能に構成し、下ポジションの取り付け位置と上ポジションの取り付け位置を設けることで、額当て部１０２を取り付け直す操作で、容易に高さを調整することができる。図６Ｂ左には下ポジションに取り付けられた額当て部１０２を、図６Ｂ右には上ポジションに取り付けられた額当て部１０２を、それぞれ断面で示している。

再び図４を参照すると、上バンド１０４及び下バンド１０５の破線で囲まれた個所には、長さ調整部が設けられている。図７Ａ及び図７Ｂには、上バンド１０４及び下バンド１０５に適用される長さ調整部の構成例を示している。図示の例では、上バンド１０４及び下バンドは、破線で囲まれたオフセンターの位置で、分離する。分離した一方には、２個又はそれ以上の突起が長さ方向に等間隔で形成されている。また、他方には、突起と係合する穴が、突起よりも多い個数で、突起間の間隔と同じ間隔で、長さ方向に穿設されている。そして、突起が度の穴と係合するかによって、上バンド１０４及び下バンド１０５それぞれの長さが決まる。また、上バンド１０４及び下バンド１０５をそれぞれ独立して長さを決めることができるので、ユーザー毎の後頭部の形状の個人差に対応することができる。

なお、図７Ａ及び図７Ｂに示したような長さ調整部を、上バンド１０４及び下バンドのオフセンターに配置することで、ユーザーがリクライニングを使用した際に、ユーザーの項頭部が長さ調整部と干渉することはなくなる。

ヘッド・バンド１１０の全長を調整することが可能で、片ラッチで可動するとともにリリース・ボタンで解除されることは既に述べた。図８には、ヘッド・バンド１１０の全長調整機構の構成例を図解している。図示の全長調整機構は、ヘッド・バンド１１０の右側又は左側の片方の端部に配設されていればよい。

ヘッド・バンド１１０は、端部に、長さ方向の側面に沿って歯切りしたラックが形設された突起部を有している。一方、本体部１０１の対応する端部には、このラック付きの突起部を収容する開口部１２４が形成されている。したがって、ラック付きの突起部が開口部１２４に案内されて長さ方向に移動することで、ヘッド・バンド１１０の全長が変化する。

また、本体部１１０には、開口部１２４に沿う位置に、先端部がラックと係合する形状を備えた片ラッチ１２１が回動可能に軸支されており、バネ１２２の復元力が片ラッチ１２１の先端部を下方に押し出す方向に作用する。したがって、ヘッド・バンド１１０は、片ラッチ１２１の先端部がラックと係合した位置で固定され、全長が決定する。

また、片ラッチ１２１の他方の端部には、リリース・ボタン１２３が形設されている。リリース・ボタン１２３は、外界に露出して、ユーザーが操作可能となっている。ユーザーがリリース・ボタン１２３を押下すると、逆に片ラッチ１２１の先端部が上昇して、ラックとの係止状態が解除される。この結果、ラック付きの突起部は、開口部１２４に案内されて長さ方向に移動することが可能となり、ヘッド・バンド１１０の全長を調整することができる。したがって、ユーザーは、片ラッチ１２１のワンタッチで、ヘッド・バンド１１０の全長を調整することができる。

ヘッド・マウント・ディスプレイが左右のヘッドフォンを備えていることは既に述べた。図９には、左側のヘッドフォンの前後位置並びに上下位置を調整する機構を図解している。なお、図示を省略するが、右側のヘッドフォンにも、左右対称で同じ機構が配設されている。

ヘッドフォン１３０は、アーム１３１に回動可能に支持されており、回転によって本体の上下方向に移動することができる。また、本体部１０１には、アーム１３１を収容する開口部１３２が、本体の前後方向に穿設されている。そして、アーム１３１は、開口部１３２に案内されて、本体の前後方向に移動することができる。

図９中には、アーム１３１に対する回転動作、及び、アーム１３１の開口部１３２に沿った前後方向の移動の組み合わせによって、ヘッドフォン１３０の中心の移動可能な範囲を、破線で囲んでいる。このように、ヘッドフォン１３０の位置を、２次元的な範囲で調整することができる。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳細に説明してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。

本明細書で提案する装着機構は、ヘッド・マウント・ディスプレイ以外にも、時分割立体視映像表示システムで用いられる３Ｄ眼鏡など、ユーザーが頭部に装着して用いられるさまざまなタイプの表示装置に適用することができる。

要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。

１０…ヘッド・マウント・ディスプレイ
２０…ブルーレイ・ディスク再生装置
３０…ハイビジョン・ディスプレイ
４０…フロント・エンド・ボックス
１０２…額当て部
１０３…鼻当て部
１０４…上バンド
１０５…下バンド
１１０…ヘッド・バンド
１２１…片ラッチ
１２２…バネ
１２３…リリース・ボタン
１２４…開口部
１４１…タクト・スイッチ
１４２…回転軸
１４３…アーム
１４４…スプリング

Claims (7)

1. 左眼用画像を表示する左眼用表示部と、
   右眼用画像を表示する右眼用表示部と、
   前記左眼用表示部及び前記右眼用表示部を含む本体部と、
   前記本体部の上部に配設された額当て部と、
   前記本体部の後方に接続され、上バンド及び下バンドを含むヘッド・バンドと、
   を具備するヘッド・マウント・ディスプレイ。
2. 前記ヘッド・バンドは、全長の長さを調整する全長調整機構を有する、
   請求項１に記載のヘッド・マウント・ディスプレイ。
3. 前記額当て部は、前記本体部の上部からの高さを調整する高さ調整機構を有する、
   請求項１に記載のヘッド・マウント・ディスプレイ。
4. 前記下バンドは伸縮可能な素材からなり、前記ヘッド・バンドの前記下バンド以外の部分は、柔らかいが伸縮し難い素材からなる、
   請求項１に記載のヘッド・マウント・ディスプレイ。
5. 前記額当て部は、額の頭部に当接する動きに連動して、前記ヘッド・マウント・ディスプレイがユーザーに装着されたことを検出する装着センサーを有する、
   請求項１に記載のヘッド・マウント・ディスプレイ。
6. 前記上バンド及び前記下バンドは、それぞれ長さ調整部を有する、
   請求項１に記載のヘッド・マウント・ディスプレイ。
7. 各長さ調整部は、それぞれ前記上バンド及び前記下バンドのオフセンターの位置に配設される、
   請求項６に記載のヘッド・マウント・ディスプレイ。