JP2017009927A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】着脱の簡便性を維持し、頭部形状の個人差に関係なく装着時の鼻や耳への負荷を軽減する。
【解決手段】画像を表示する画像表示部３０と、ユーザに装着された場合に、画像表示部３０をユーザの眼前に支持する筐体４０と、屈曲可能な多関節構造であって、一つの端部が筐体４０に接続され、ユーザの側頭部に当接する所定の間隔に左右一対に設けられたテンプル５０と、を備え、テンプル５０は、複数の関節部と、関節部により接続される複数のアーム部と、関節部による屈曲に対して定荷重の負荷を加える複数の板バネと、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置に関する。

従来、ユーザの頭部に装着され、映像等の画像情報をユーザに表示するヘッドマウントディスプレイがある。その中でも、ユーザの眼前に表示部を備え、テンプルと鼻パッドと耳パッドとを有する眼鏡型ディスプレイでは、表示のための画像表示ユニットや駆動回路や光源が眼前付近に配置され前方が重い構造となっており、鼻への負荷が極めて高い。このため、眼鏡型ディスプレイを長時間装着すると鼻パッド付近が赤く炎症して痛みが発生する場合がある。

そこで、例えば、テンプルの構造を工夫して眼鏡型ディスプレイに付属するケーブル重量の低減することで、ユーザへの負担を軽減するヘッドマウンテンディスプレイが開示されている（特許文献１参照）。また、例えば、表示デバイス等を収容する眼鏡型の筐体に、頭部周囲へ固定するフレームを付帯することで、鼻への負荷を軽減する携帯型ディスプレイ装置が開示されている（特許文献２参照）。

しかしながら、上述した特許文献１のヘッドマウンテンディスプレイでは、表示部そのものの重量による鼻への負荷は軽減できていない。また、特許文献２の携帯型ディスプレイ装置では、鼻への負荷を軽減できても、上述のフレームにより頭部への締め付けが強くなってしまったり、そのフレームがあることで眼鏡型ディスプレイの頭部への着脱が困難となってしまうという問題があった。さらに、頭部形状には個人差があるが、従来の構造では、眼鏡型ディスプレイの装着時の効果に個人差が生じていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、着脱の簡便性を維持するとともに、頭部形状の個人差に関係なく、装着時の鼻や耳への負荷を軽減する表示装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の表示装置は、画像を表示する画像表示部と、ユーザに装着された場合に、前記画像表示部をユーザの眼前に支持する支持部材と、一つの端部が前記支持部材に接続され、所定の間隔に左右一対に設けられたテンプルと、を備え、前記テンプルは、複数の関節部と、前記関節部により接続される複数のアーム部と、前記関節部による屈曲に対して定荷重の負荷を加える複数の定荷重負荷部とを有する。

本発明によれば、着脱の簡便性を維持するとともに、頭部形状の個人差に関係なく、装着時の鼻や耳への負荷を軽減することができるという効果を奏する。

図１は、眼鏡型ディスプレイの概略を示す側面図である。 図２は、画像投影光学ユニットおよび画像表示部の構成を示す図である。 図３は、図１に示す眼鏡型ディスプレイをユーザの頭部に装着した状態を示す図である。 図４は、人間の頭部のＭＲＩ画像の一例を示す図である。 図５は、人間の頭部の説明図である。 図６は、図５に示した日本人の成人男性の平均的な頭部寸法に対して眼鏡型ディスプレイを頭部に装着した模式図である。 図７は、本実施形態のテンプル（右側）の一例を示す図である。 図８は、本実施形態のテンプルを取り付けた眼鏡型ディスプレイを頭部に装着した場合の模式図である。 図９は、図８に示す頭部形状に対して１０％小さい形状の頭部に眼鏡型ディスプレイを装着した場合の模式図である。 図１０は、図８に示す頭部形状に対して１０％大きい形状の頭部に眼鏡型ディスプレイを装着した場合の模式図である。 図１１は、テンプルの関節部ａ１〜ａ４での装着前後での角度変化を示す図である。 図１２は、平面板バネを取り付けたテンプルにおける各当接点ｃ１〜ｃ４の荷重結果をそれぞれの頭部形状ごとに示す図である。 図１３は、本実施形態のテンプルの具体的構成を示す図である。 図１４は、本実施形態の板バネの構造を示す図である。 図１５は、本実施形態の板バネを凸面方向に曲げたときの断面形状を示す図である。 図１６は、本実施形態の板バネを凹面方向に曲げたときの断面形状を示す図である。 図１７は、本実施形態の板バネの曲げ角度が浅い場合と深い場合の荷重を示す図である。 図１８は、図１３（ｂ）に示すテンプルの範囲Ｖの部分を拡大した断面構造を示す図である。 図１９は、比較例における眼鏡型ディスプレイの鼻への負荷を示す図である。 図２０は、実施例１で使用した板バネの設計を示す図である。 図２１は、実施例１のテンプルを用いた場合の頭部にかかる負荷の測定結果を示す図である。 図２２は、実施例１における眼鏡型ディスプレイの鼻への負荷を示す図である。 図２３は、実施例２で使用した板バネの設計を示す図である。 図２４は、実施例２のテンプルを用いた場合の頭部にかかる負荷の測定結果を示す図である。 図２５は、実施例２における眼鏡型ディスプレイの鼻への負荷を示す図である。

以下に添付図面を参照して、表示装置の実施形態を詳細に説明する。本実施形態では、表示装置を眼鏡型ディスプレイに適用した例を示す。

まず、眼鏡型ディスプレイについて説明する。図１は、眼鏡型ディスプレイの概略を示す側面図である。図１に示すように、眼鏡型ディスプレイ１０は、画像投影光学ユニット２０と、画像表示部３０と、筐体４０と、テンプル５０と、鼻パッド６０と、耳パッド７０とを備えている。また、テンプル５０、鼻パッド６０、および耳パッド７０は、左右一対になって設けられている。図２は、画像投影光学ユニットおよび画像表示部の構成を示す図である。

画像投影光学ユニット２０は、画像を画像表示部３０へ投影する光学ユニットである。図２に示すように、画像投影光学ユニット２０は、画像情報を画像表示部３０に投影するための光源２２と、画像情報により画像を映す液晶パネル２４と、光軸を調整する光学レンズ群２６とから構成されている。

画像表示部３０は、画像情報に応じた画像を表示するものである。具体的には、図２に示すように、画像表示部３０は、ユーザの眼球５の網膜に画像を映すものであり、反射防止膜を形成した三角プリズムを有する光導波路３２により構成されている。画像投影光学ユニット２０から導出された光は、三角プリズムにより屈折し、光導波路３２中を何度か全反射しながら、もう一方の三角プリズムで屈折して眼球５に画像が投影される。図１に示すように、画像表示部３０には鼻パッド６０が突設されている。

なお、図２では、全反射しながらの光路を省略して１本の直線のように記載している。また、本実施形態において示す画像表示部３０は、両眼に画像を表示する構成のものを例として示しているが、片眼のみに画像を表示する構成としてもよい。

筐体４０は、眼鏡型ディスプレイがユーザに装着された場合に、画像投影光学ユニット２０および画像表示部３０をユーザの眼前に支持するものである。

テンプル５０は、一方の端部が筐体４０に接続され、ユーザのこめかみを経由して、他方の端部近傍が耳にかけられることで、眼鏡型ディスプレイ１０を頭部に装着させる部材である。テンプル５０は、ユーザの側頭部に当接するような所定の間隔に左右一対に設けられている。

テンプル５０は、画像投影光学ユニット２０と画像表示部３０とを、それらを支持する筐体４０を介して保持している。また、テンプル５０の他の端部には、耳あて部分である耳パッド７０が装着されている。

図３は、図１に示す眼鏡型ディスプレイをユーザの頭部に装着した状態を示す図である。図３に示すように、眼鏡型ディスプレイ１０は、鼻パッド６０と耳パッド７０とにより、鼻部と耳部を支持点（Ｐ１、Ｐ２）として頭部１に保持（固定）されている。なお、重心Ｇは眼鏡型ディスプレイ１０の重心位置を示している。

ここで、光源２２からの光量は距離の２乗で減衰する。このため、画像投影光学ユニット２０と画像表示部３０の距離はできるだけ短いほうがよく、眼鏡型ディスプレイ１０では画像投影光学ユニット２０が眼鏡型ディスプレイ１０前方に配置されている。このため、図３に示すように、眼鏡型ディスプレイ１０の重心Ｇは鼻近傍に近い位置となる。

従って、眼鏡型ディスプレイ１０の重量のうち、鼻への荷重比率は８０％から９０％近くになる。例えば、眼鏡型ディスプレイ１０の重量が片眼タイプで４０ｇ、両眼タイプで１００ｇであると、鼻への荷重は、片眼タイプで３０ｇから４０ｇの間、両眼タイプで８０ｇから９０ｇの間となる。このため、長時間、眼鏡型ディスプレイを着用すると鼻に損傷を及ぼす恐れがある。

図４は、人間の頭部のＭＲＩ画像の一例を示す図である。図５は、人間の頭部の説明図である。図４に示す頭部１の画像を参照すると、図５に示すように、人間の頭部１の形状は、円形と台形の組み合わせで代用することができる。

図５に示すように、日本人の成人男性の平均的な頭部寸法は、円形の直径を決める頭幅Ｗ１は１６０ｍｍ、円形と台形の合計の長さを決める頭長Ｄ１は１８９ｍｍ、こめかみの幅に近い耳珠間幅Ｗ２は１４８ｍｍ、耳の付け根からこめかみまでの距離Ｄ２は３６ｍｍ、こめかみから額までの距離Ｄ３は７４ｍｍ程度である。

図６は、図５に示した日本人の成人男性の平均的な頭部寸法に対して眼鏡型ディスプレイを頭部に装着した模式図である。図６（ａ）は、眼鏡型ディスプレイを装着する前のテンプルの形状を示している。図６（ｂ）は、眼鏡型ディスプレイを頭部に装着した際のテンプルの変形を示している。

図６で示すテンプル５０は、一般に弾性樹脂や薄い金属板で形成され、筐体４０に接続されており、ユーザの耳付近の側頭部に当接する。このため、図６で示すような眼鏡型ディスプレイは鼻と耳付近のみで支持され、鼻と耳に負荷がかかることになる。

このような鼻近傍への極端な荷重偏重を解決すべく、本実施形態の眼鏡型ディスプレイに取り付けられたテンプルは、屈曲可能な多関節構造でＹ字形状をしており、左右一対に設けられている。図７は、本実施形態のテンプル（右側）の一例を示す図である。本実施形態の眼鏡型ディスプレイを頭部に装着した場合、図７に示すテンプルは頭部の右側面に位置することになる。なお、本実施形態のテンプルが取り付けられた眼鏡型ディスプレイは、図１に示す眼鏡型ディスプレイと同様に、画像投影光学ユニット２０と、画像表示部３０と、それらを支持する筐体４０と、を備えている。また、左側のテンプル形状は、図７に示すテンプル形状を線対称にした形状である。

本実施形態のテンプル１００は、Ｙ字形状の端部のうち、一つの端部が画像投影光学ユニット２０および画像表示部３０を支持する筐体４０に接続され、ユーザの側頭部に当接するような所定の間隔に左右一対に設けられている。そして、テンプル１００は、ユーザのこめかみ付近から後頭部近傍まで当接することで鼻への負荷を低減する。以下に図７を参照して、本実施形態のテンプル１００の具体的な構造について説明する。

図７（ａ）は、実施形態のテンプルの形状を示している。テンプル１００は、複数の関節部を有する多関節構造であって、本実施形態では、図７（ａ）に示すように、回転可能な４つの関節部ａ１、ａ２、ａ３、ａ４（ａ１〜ａ４）が設けられている。

図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すテンプルを関節部で分解した図である。テンプル１００は、関節部で接続される複数のアーム部を有し、本実施形態では、図７（ａ）（ｂ）に示すように、関節部ａ１〜ａ４で接続されるアーム部１０２、１０４、１０６、１０８が設けられている。また、図７（ａ）に示すように、本実施形態のテンプル１００は、Ｙ字形状に関節部によって組み付けられている。そして、関節部ａ１が筐体４０に接続されている。

図８は、本実施形態のテンプルを取り付けた眼鏡型ディスプレイを頭部に装着した場合の模式図である。なお、図８では、図６の左側と表示部とを省略しており、右側の筐体４０とテンプル１００とを示している。図８（ａ）は、眼鏡型ディスプレイを装着する前のテンプルの形状を示している。図８（ｂ）は、眼鏡型ディスプレイを頭部１に装着した際のテンプルの変形を示している。

図８（ａ）の形状のテンプル１００を取り付けた眼鏡型ディスプレイを頭部１に装着すると、関節部ａ１〜ａ４でアーム部１０２、１０４、１０６、１０８が回転して、こめかみから後頭部まで、頭部形状にそって変形して、当接点ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４は均一に頭部に当接することになる。

次に、平均的な日本人の成人男性の頭部形状より小さな形状の頭部と、大きな形状の頭部とに、本実施形態のテンプル１００を取り付けた眼鏡型ディスプレイを装着した場合について説明する。

図９は、図８に示す頭部形状に対して１０％小さい形状の頭部に眼鏡型ディスプレイを装着した場合の模式図である。図９は、例えば、女性や子供の頭部を想定している。図９（ａ）は、眼鏡型ディスプレイを装着する前のテンプルの形状を示している。図９（ｂ）は、眼鏡型ディスプレイを頭部２に装着した際のテンプルの変形を示している。

図９（ａ）の形状のテンプル１００を取り付けた眼鏡型ディスプレイを頭部２に装着しても、図８と同様に、関節部ａ１〜ａ４でアーム部１０２、１０４、１０６、１０８が回転して、こめかみから後頭部まで、頭部形状にそって変形して、均一に頭部に当接する。

図１０は、図８に示す頭部形状に対して１０％大きい形状の頭部に眼鏡型ディスプレイを装着した場合の模式図である。図１０は、例えば、肥満気味で大きな男性の頭部を想定している。図１０（ａ）は、眼鏡型ディスプレイを装着する前のテンプルの形状を示している。図１０（ｂ）は、眼鏡型ディスプレイを頭部３に装着した際のテンプルの変形を示している。

図１０（ａ）の形状のテンプル１００を取り付けた眼鏡型ディスプレイを頭部３に装着しても、図８と同様に、関節部ａ１〜ａ４でアーム部１０２、１０４、１０６、１０８が回転して、こめかみから後頭部まで、頭部形状にそって変形して、均一に頭部に当接する。

このように、眼鏡型ディスプレイを頭部１に装着したとき、変形したテンプル１００がこめかみから後頭部まで均一に頭部に当接されるためには、テンプル１００が頭部１からずれないように当接する部分で、頭部１に所定の圧力をかける必要がある。

当接したテンプル１００の各アーム部（アーム部１０２、１０４、１０６、１０８）が頭部１に所定の圧力をかけるためには、各関節部（関節部ａ１〜ａ４）において、アーム部に力を発生させる機構が必要となる。このための弾性部材としてねじりバネや板バネ等を設けることが考えられる。

ここで、本実施形態の眼鏡型ディスプレイを頭部に装着した場合における、テンプル１００の関節部ａ１〜ａ４での装着前後の角度変化について説明する。図１１は、テンプル１００の関節部ａ１〜ａ４での装着前後での角度変化を示す図である。

ここで、図１１では、平均的な日本人の成人男性の頭部形状（図８参照）を「標準形状」、平均的な日本人の成人男性の頭部形状に対して１０％小さい頭部形状（図９参照）を「１０％小さな形状」、平均的な日本人の成人男性の頭部形状に対して１０％大きい形状（図１０参照）を「１０％大きな形状」と称している。以降の図１２、図２１、図２４においても同様である。

図１１では、横軸に関節部ａ１〜ａ４、縦軸に角度をとり、本実施形態のテンプル１００の関節部ａ１〜ａ４の各関節における、眼鏡型ディスプレイの装着前と装着後の角度変化を、それぞれの頭部形状ごとに示している。図１１に示すように、関節部ａ１〜ａ４の角度変化は、関節部ａ２が一番大きく、頭部形状によって角度変化量が大きいことがわかる。

ここで、アーム部１０２、１０４、１０６、１０８への圧力を発生させるために、関節部ａ１〜ａ４に平面板バネを用いた場合について説明する。図１２は、平面板バネを取り付けたテンプルにおける各当接点ｃ１〜ｃ４の荷重結果をそれぞれの頭部形状ごとに示す図である。

図１２では、標準形状（平均的な日本人の成人男性の頭部形状）に対して、図１１に示す角度変化で、当接点ｃ１〜ｃ４における所望の荷重０．２Ｎが発生するように平面板バネのバネ定数を変更したときの１０％小さな形状と、標準形状と、１０％大きな形状と、の当接点ｃ１〜ｃ４での荷重結果である。

図１２に示すように、標準形状の場合は、当接点ｃ１〜ｃ４に所望の０．２Ｎがかかるが、１０％小さな形状の場合、当接点ｃ１、ｃ２、ｃ４で荷重が足りなく、こめかみや後頭部でテンプル１００をうまく支持できない。また、１０％大きな形状の場合、当接点ｃ１、ｃ３で０．２Ｎよりも大きな荷重がかかり、こめかみや後頭部に痛みがでる恐れがある。

ここで、各当接点での頭部にかかる荷重値０．２Ｎは、長時間荷重がかかっても痛みや不快感がなく、かつ頭部を支持するのに十分な荷重である。さらに、概ね０．１５Ｎ〜０．３Ｎの範囲であれば、長時間荷重がかかっても痛みや不快感がなく、かつ頭部を支持するのに十分な荷重となる。

このように、ねじりバネや平面板バネを用いてアーム部に力が発生させるようにすると、頭部形状にそってテンプルは変形するが、頭部形状が異なると、各当接点での荷重が均一にかからなくなり、テンプルの支持が不完全な場合や、こめかみに痛みが出る恐れがある。

従って、本実施形態では、関節部ａ１〜ａ４の角度が変更されても、常に一定の荷重（定荷重）がアーム部１０２、１０４、１０６、１０８にかかる定荷重負荷機構（定荷重負荷部）を設けることで、眼鏡型ディスプレイを装着する頭部の形状が変わっても、当接点での負荷を常に一定にできる。

本実施形態における定荷重負荷とは、曲げ角度や変位量が変化しても加わる荷重が常に一定である荷重負荷のことを示している。例えば、ねじりバネの場合、バネのねじり角度を変えてもバネが発生する力が一定であることや、板バネの場合、板バネのたわみ量を変えてもバネに発生する力が一定であることを意味する。

図１３は、本実施形態のテンプルの具体的構成を示す図である。本実施形態のテンプル１００は、上述したように、屈曲可能な多関節構造でＹ字形状となっている。図１３（ａ）は、テンプル１００の骨組み形状を示す図である。図１３（ｂ）は、テンプル１００の具体的は断面構造を示す図である。図１３（ｃ）は、図１３（ｂ）における範囲Ｖの鳥瞰図である。

図１３に示すテンプル１００では、関節部ａ１〜ａ４に定荷重がかかる構成となっている。具体的には、まず、図１３（ｂ）（ｃ）に示すように、アーム部１０２、１０４、１０６、１０８は箱型の形状となっている。また、関節部ａ１〜ａ４は、回転可能な回転軸を有し、回転軸のまわりに、曲げ角度が変化しても定荷重（一定な荷重）がかかる板バネＳ１〜Ｓ４が巻かれている。そして、板バネＳ１〜Ｓ４をアーム部１０２、１０４、１０６、１０８に対して所定の角度に維持する角度固定部材１１２、１１４、１１６、１１８が設けられている。

また、図１３（ｃ）に示すように、一つのアーム部と関節部は、箱型のアーム部に回転軸を有する関節部から構成されている。すなわち、例えば、箱型のアーム部１０４と関節部ａ２は、箱型のアーム部１０４の端部近傍に回転軸をもった関節部ａ２が設けられた構成となっている。

ここで、板バネＳ１〜Ｓ４について説明する。なお、板バネＳ１〜Ｓ４のうち任意の板バネを示す場合は、単に板バネＳと称して説明する。図１４は、本実施形態の板バネの構造を示す図である。図１４に示すように、本実施形態の板バネＳは、断面ｃｓ０が湾曲した構造をしており、湾曲部が直線になる角度以上に曲げた範囲では、曲げに対して荷重がほぼ一定となる。これにより、曲げ角度が変わっても定荷重がかけられることになる。

図１５は、本実施形態の板バネを凸面方向に曲げたときの断面形状を示す図である。図１５（ａ）では、板バネＳを凸面方向におおよそ１０度以上に曲げた場合を示している。また、図１５（ｂ）では、板バネＳを凸面方向に９０度以上曲げた場合を示している。

図１５（ａ）に示すように、板バネＳを凸面方向におおよそ１０度以上に曲げると、曲がった位置では湾曲した断面が直線となる。さらに、図１５（ｂ）に示すように、板バネＳを凸面方向に９０度以上に曲げても、曲がった位置では湾曲した断面が直線のままとなる。すなわち、図１５（ａ）の曲げ角度が小さい場合と、図１５（ｂ）の曲げ角度が大きい場合とで、曲がった部分の曲率半径は一致する。つまり、曲がった部分の曲率半径は常に一定となる。

図１６は、本実施形態の板バネを凹面方向に曲げたときの断面形状を示す図である。図１６（ａ）では、板バネＳを凹面方向におおよそ１０度以上に曲げた場合を示している。また、図１６（ｂ）では、板バネＳを凹面方向に９０度以上曲げた場合を示している。

図１６においても、図１５と同様となる。具体的には、図１６（ａ）に示すように、板バネＳを凹面方向におおよそ１０度以上に曲げると、曲がった位置では湾曲した断面が直線となる。さらに、図１６（ｂ）に示すように、板バネＳを凹面方向に９０度以上に曲げても、曲がった位置では湾曲した断面が直線のままとなる。すなわち、図１６（ａ）の曲げ角度が小さい場合と、図１６（ｂ）の曲げ角度が大きい場合とで、曲がった部分の曲率半径は一致する。つまり、曲がった部分の曲率半径は常に一定となる。

この断面が湾曲形状の板バネＳを曲げたときの戻ろうとする復元力Ｆがバネとして機能する（図１５、１６参照）。そして、復元力とは、板バネＳそのものを曲げたときの復元力よりも、曲がったときに断面が直線になった部分が湾曲に戻ろうとするときの復元力Ｆが大きく支配的である。

従って、断面が直線の板バネ（平面板バネ）では、曲げたとき生じる力は、板バネを曲げた方向の復元力であるが、断面が湾曲した板バネＳでは、曲げることで断面が直線の部分が湾曲面に戻ろうとする復元力Ｆにより曲げたときの力が生じる。

そして、断面が湾曲した板バネの特徴とは、曲げ角度を変えても荷重が一定であることに繋がる。図１７は、本実施形態の板バネの曲げ角度が浅い場合と深い場合の荷重を示す図である。図１７では、（ａ）から（ｃ）に向けて板バネＳの曲げ角度が深くなっている様子を示している。なお、関節部ａ１〜ａ２のうち任意の関節部を示す場合は、単に関節部ａと称して説明する。

図１７（ａ）に示すように、板バネＳの一方の端部を固定部材Ｅで固定し、他方の端部を自由端とした状態で、板バネＳを関節部ａの回転軸に巻きつけて回転させると、曲がった部分の断面ｃｓ１は直線で、曲がる直前の断面ｃｓ２は湾曲となる。そして、曲がり始めと固定端（固定部材Ｅ）までの長さをＬとする。直線の断面ｃｓ１が湾曲断面に復元しようとする力を復元力Ｆとすると、固定端（固定部材Ｅ）にかかる回転モーメントは、Ｆ・Ｌとなる。

また、図１７（ｂ）に示すように、図１７（ａ）よりもさらに板バネＳを曲げた場合、曲がった部分の断面ｃｓ３は直線で、曲がる直前の断面ｃｓ４は湾曲となっている。板バネＳを曲げる角度が変わっても、復元力Ｆはあくまで直線の断面ｃｓ３が湾曲断面に戻ろうとする力であり、曲がり角度には依存せず同じ値である。従って、復元力Ｆが発生する部分と固定端（固定部材Ｅ）との長さＬも変化しないため、この場合の回転モーメントはＦ・Ｌとなり、図１７（ａ）と同様になる。

さらに、図１７（ｃ）に示すように、図１７（ｂ）よりもさらに板バネＳを曲げた場合、曲がった部分の断面ｃｓ５は直線で、曲がる直前の断面ｃｓ６は湾曲となっている。上述のように、板バネＳを曲げる角度がさらに深い角度に変わっても、復元力Ｆは直線の断面ｃｓ５が湾曲断面に戻ろうとする力であり、曲がり角度には依存せず同じ値である。従って、復元力Ｆが発生する部分と固定端（固定部材Ｅ）との長さＬも変化しないため、この場合の回転モーメントはＦ・Ｌとなり、図１７（ａ）と同様になる。

このように断面が湾曲した板バネＳを用いることで、板バネＳの曲げ角度が変わっても板バネＳにかかる力は常に同じ値を示すことになる。すなわち、板バネＳは、関節部ａによる屈曲に対して定荷重の負荷を加えることなる。なお、板バネＳが定荷重負荷部に相当する。

次に、本実施形態のテンプル１００に板バネＳを取り付けた場合の詳細について説明する。図１８は、図１３（ｂ）に示すテンプルの範囲Ｖの部分を拡大した断面構造を示す図である。図１８では、本実施形態のテンプル１００のＹ字部分が拡大されている。

図１８では、アーム部１０４と関節部ａ２とからなる一つのパーツが回転可能な関節部ａ２で別のアーム部１０２と接続されている。そして、その関節部ａ２の回転軸のまわりに湾曲形状の板バネＳ２が巻きつけられている。板バネＳ２は、一方の端部がアーム部１０４の片端部近傍に固定部材Ｅ２により固定され、他方の端部が自由端になっている。さらに、アーム部１０４が所定の角度以上に開かないように突起状のストッパ１０２１が設けられている。

図１８で、アーム部１０４が頭部の形状に沿ってＲ方向に曲がると、内部の板バネＳ２も曲がるが、板バネＳの曲率半径が一定で、関節部ａ２の回転軸と固定部材Ｅ２との距離が一定であるため、図１７と同様の作用により、アーム部１０４にかかる荷重は常に一定となる。このため、個人差により頭部の形状が異なってもアーム部１０４が頭部に加える荷重は一定となり、テンプル１００の支持性と負荷の低減が実現できる。

図１３（ｂ）で示している板バネＳ１〜Ｓ４を曲げたときの曲げ荷重は、同じである必要はない。すなわち、各関節部（関節部ａ１〜ａ４）のアーム部（アーム部１０２、１０４、１０６、１０８）の長さに応じて、図８（ｂ）に示す当接点ｃ１〜ｃ４の各当接点での各アーム部の回転モーメントが同じにならないように、曲げ荷重を変えることが望ましい。

板バネＳの曲げ荷重を変更する方法としては、ヤング率の同じ板材の場合、関節部ごとに、板バネＳの湾曲断面の曲率半径を変更する方法がある。板バネＳは、曲率半径が小さいほど復元力が強くなり、曲げ荷重を大きくすることができる。

また、板バネＳの曲げ荷重を変更する別の方法としては、湾曲断面の曲率半径は同じでも、ヤング率の異なる材質の部材を用いることで曲げ荷重を変更する方法がある。板バネＳは、ヤング率が大きいほど曲げ荷重は強くなる。板バネＳを形成する部材としては、炭素工具鋼鋼材、具体的にはＳＫ７０、ＳＫ７５、ＳＫ８０、ＳＫ８５、ＳＫ９０、ＳＫ１０５などが適する。また、ステンレス鋼でもよい。

断面が湾曲形状の板バネＳの厚さは、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍが適している。また、板バネＳの長さは、各アーム部の長さに依存するが、概ね３０ｍｍ〜６０ｍｍの範囲が適している。また、板バネＳの幅は、テンプルの幅に依存するが、概ね、２ｍｍ〜６ｍｍの範囲が適している。また、板バネＳの湾曲断面の曲率半径としては、１０ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲が適している。板バネＳの縦弾性係数としては、９０Ｎ／ｍｍ２〜２００Ｎ／ｍｍ２の範囲が適している。

このように、本実施形態の眼鏡型ディスプレイに取り付けられるテンプル１００は、屈曲可能な多関節構造でＹ字形状をしており、断面が湾曲形状の板バネＳを設けた構成となっている。これにより、眼鏡型ディスプレイを異なる形状の頭部に装着した場合でも、テンプル１００がユーザのこめかみから後頭部まで当接し、各関節部（関節部ａ１〜ａ４）は屈曲に対して定荷重負荷が加えられる。従って、こめかみから後頭部まで均一な荷重でテンプル１００を当接させることができ、鼻へかかっていた荷重を頭部側面に分散させて、鼻への荷重を大幅に低減させることができる。よって、眼鏡型ディスプレイの着脱の簡便性を維持するとともに、頭部形状の個人差に関係なく、装着時の鼻や耳への負荷を軽減することができる。

また、本実施形態では、定荷重負荷部として、断面が湾曲形状の板バネＳを設けている。そして、多関節構造のＹ字形状のテンプル１００は、関節部ごとに板バネの湾曲断面の曲率半径が異なる構成、または、関節部ごとに板バネＳを形成する部材の縦弾性係数が異なる構成となっている。これにより、形状が異なる頭部であっても、側頭部の当接点に簡素で軽量な手段で定荷重をかけることができるとともに、テンプル１００を安価で軽量に作成することができる。

次に、本実施形態のテンプル１００を取り付けた眼鏡型ディスプレイを実際に装着した場合の実施例について説明する。まずは、実施例の比較対象である比較例を示し、その後に実施例を説明する。

＜眼鏡型ディスプレイの構成＞
本実施例および比較例の眼鏡型ディスプレイは、両眼タイプで、重量が８０ｇである。そして、画像表示部３０（図１、２参照）は、三角プリズムを両端に配置した透明アクリル樹脂製の光導波路３２を有している。また、画像投影光学ユニット２０（図１、２参照）は、光源２２がＬＥＤであって、０．４４インチの液晶パネル２４を有している。

また、眼鏡型ディスプレイ本体とは別の情報処理装置が信号線を介して接続されている。そして、当該情報処理装置から、信号線を介して、各種情報に基づく駆動信号が画像投影光学ユニット２０および画像表示部３０に送信される。また、右側のテンプルは図１３（ｂ）で示したようなＹ字形状の多関節構造となっており、左側のテンプルは右側のテンプルと左右対称な構造となっている。

そして、テンプル１００の回転可能な関節部とアーム部をもった各パーツは、厚み１ｍｍのＡＢＳ樹脂製で、外側高さ１０ｍｍ、外側幅３．５ｍｍの箱型アームとφ１ｍｍの回転軸を有する関節部からなる。また、各パーツのアーム部の長さは、図１３（ｂ）に示すアーム部１０２が５７ｍｍ、アーム部１０４が２１ｍｍ、アーム部１０６が２２ｍｍ、アーム部１０８が２５ｍｍとなっている。なお、重心は眼鏡型ディスプレイ先端から１５ｍｍの位置にあった。

（比較例）
比較例では、テンプルの各関節部に、定荷重バネとして、平面板バネを回転軸にそって巻きつけた。各板バネのバネ定数は、関節部ａ１が１Ｎ・ｍｍ／ｄｅｇ、関節部ａ２が０．１Ｎ・ｍｍ／ｄｅｇ、関節部ａ３が０．３Ｎ・ｍｍ／ｄｅｇ、関節部ａ４が０．５Ｎ・ｍｍ／ｄｅｇとなるように設計した。板バネを形成する部材は、すべて炭素工具鋼鋼材ＳＫ９０を用いた。

＜結果＞
上述した試作テンプルを眼鏡型ディスプレイ本体に接続し、平均的な成人男性の頭部形状寸法を元に頭部形状を再現した場合（標準形状）と、１０％形状の小さな場合（１０％小さな形状）と、１０％形状が大きな場合（１０％大きな形状）での各人体模型を作製し、試作テンプルを有する眼鏡型ディスプレイを装着し、図８（ｂ）の位置関係の当接点ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４の測定点に感圧センサを貼り付けて、各当接点での頭部にかかる荷重を測定した。

図１２では、比較例のテンプルを用いた場合の頭部にかかる負荷の測定結果を示している。図１２に示すように、標準的な頭部形状では、各当接点（当接点ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４）での負荷が、０．２Ｎ程度で均一である。これに対し、頭部形状が１０％小さな形状の場合、全体的に頭部へのテンプルの接触が弱い。また、１０％大きな形状の場合、こめかみ位置（当接点ｃ１）での負荷が０．３５Ｎ近くあり、長時間装着によりこめかみ付近に不快感や痛みが発生する恐れがある。

次に、眼鏡型ディスプレイの鼻への負荷について説明する。図１９は、比較例における眼鏡型ディスプレイの鼻への負荷を示す図である。図１９に示すように、各頭部形状での鼻への負荷は、標準形状や１０％大きな形状では、従来テンプルに比べ、９０％程度低減するが、１０％小さな形状では、鼻への負荷低減は５０％程度で、効果が弱い結果となった。

（実施例１）
実施例１では、テンプルの各関節部に、定荷重バネとして、断面が湾曲した板バネを用いた。図２０は、実施例１で使用した板バネに関する情報である。図２０に基づく設計により、図８（ｂ）の各関節部（関節部ａ１、ａ２、ａ３、ａ４）の板バネのバネ定数を、関節部ａ１が２７Ｎ・ｍｍ、関節部ａ２が１０Ｎ・ｍｍ、関節部ａ３が１１Ｎ・ｍｍ、関節部ａ４が１２Ｎ・ｍｍとなるよう設定した。すなわち、実施例１の板バネは、断面曲率半径のみ各関節部で変更している。板バネを形成する部材は、すべて炭素工具鋼鋼材ＳＫ７５を用いた。

＜結果＞
比較例１と同様に、上記した試作テンプルを眼鏡型ディスプレイ本体に接続し、平均的な成人男性の頭部形状寸法を元に頭部形状を再現した場合（標準形状）と、１０％形状の小さな場合（１０％小さな形状）と、１０％形状が大きな場合（１０％大きな形状）での各人体模型を作製し、試作テンプルを有する眼鏡型ディスプレイを装着し、図８（ｂ）の位置関係の当接点ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４の測定点に感圧センサを貼り付けて、各当接点での頭部にかかる荷重を測定した。

図２１は、実施例１のテンプルを用いた場合の頭部にかかる負荷の測定結果を示す図である。図２１に示すように、実施例１では、頭部の形状が標準形状でも、１０％小さな形状でも、１０％大きな形状でも、頭部へのテンプルからの負荷はどの当接点でも同程度で、いずれも約０．２Ｎ程度であることを確認した。０．２Ｎ程度の荷重であれば、２〜３時間装着していても、頭部への締付け感や痛みはまったく感じない程度である。

次に、眼鏡型ディスプレイの鼻への負荷について説明する。図２２は、実施例１における眼鏡型ディスプレイの鼻への負荷を示す図である。図２２に示すように、各頭部形状での鼻への負荷は、頭部形状に関係なく、従来テンプルに比べ、９０％程度低減することを確認した。

（実施例２）
実施例２では、テンプルの各関節部に、定荷重バネとして、断面が湾曲した板バネを用いた。図２３は、実施例２で使用した板バネに関する情報である。図２３に基づく設計により、図８（ｂ）の各関節部（関節部ａ１、ａ２、ａ３、ａ４）の板バネのバネ定数を、関節部ａ１が２７Ｎ・ｍｍ、関節部ａ２が１０Ｎ・ｍｍ、関節部ａ３が１１Ｎ・ｍｍ、関節部ａ４が１２Ｎ・ｍｍとなるよう設定した。すなわち、実施例２の板バネは、縦弾性係数のみ各関節部で変更している。板バネを形成する部材は、すべて炭素工具鋼鋼材ＳＫ７５を用いた。

＜結果＞
比較例１と同様に、上記した試作テンプルを眼鏡型ディスプレイ本体に接続し、平均的な成人男性の頭部形状寸法を元に頭部形状を再現した場合（標準形状）と、１０％形状の小さな場合（１０％小さな形状）と、１０％形状が大きな場合（１０％大きな形状）での各人体模型を作製し、試作テンプルを有する眼鏡型ディスプレイを装着し、図８（ｂ）の位置関係の当接点ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４の測定点に感圧センサを貼り付けて、各当接点での頭部にかかる荷重を測定した。

図２４は、実施例２のテンプルを用いた場合の頭部にかかる負荷の測定結果を示す図である。図２４に示すように、実施例２では、頭部の形状が標準形状でも、１０％小さな形状でも、１０％大きな形状でも、頭部へのテンプルからの負荷はどの当接点でも同程度で、いずれも約０．２Ｎ程度であることを確認した。０．２Ｎ程度の荷重であれば、２〜３時間装着していても、頭部への締付け感や痛みはまったく感じない程度である。

次に、眼鏡型ディスプレイの鼻への負荷について説明する。図２５は、実施例２における眼鏡型ディスプレイの鼻への負荷を示す図である。図２５に示すように、各頭部形状での鼻への負荷は、頭部形状に関係なく、従来テンプルに比べ、９０％程度低減することを確認した。

１、２、３ 頭部
１０ 眼鏡型ディスプレイ
２０ 画像投影光学ユニット
２２ 光源
２４ 液晶パネル
２６ 光学レンズ群
３０ 画像表示部
３２ 光導波路
４０ 筐体
５０、１００ テンプル
６０ 鼻パッド
７０ 耳パッド
１０２、１０４、１０６、１０８ アーム部
１１２、１１４、１１６、１１８ 角度固定部材
１０２１ ストッパ
ａ１、ａ２、ａ３、ａ４ 関節部
ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４ 当接点
ｃｓ０、ｃｓ１、ｃｓ２、ｃｓ３、ｃｓ４、ｃｓ５、ｃｓ６ 断面
Ｅ、Ｅ２ 固定部材
Ｓ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４） 板バネ

特許第４９８５２４７号公報 特許第４５９５６０４号公報

Claims (5)

1. 画像を表示する画像表示部と、
   ユーザに装着された場合に、前記画像表示部をユーザの眼前に支持する支持部材と、
   一つの端部が前記支持部材に接続され、所定の間隔に左右一対に設けられたテンプルと、を備え、
   前記テンプルは、複数の関節部と、前記関節部により接続される複数のアーム部と、前記関節部による屈曲に対して定荷重の負荷を加える複数の定荷重負荷部とを有する、表示装置。
2. 前記テンプルは、Ｙ字形状であって、ユーザのこめかみ付近から後頭部近傍まで当接する、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記定荷重負荷部は、断面が湾曲形状の板バネである、請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記テンプルは、前記関節部ごとに、前記板バネの湾曲断面の曲率半径が異なる、請求項３に記載の表示装置。
5. 前記テンプルは、前記関節部ごとに、前記板バネを形成する部材の縦弾性係数が異なる、請求項３に記載の表示装置。