JP2017126809A - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】画像表示部材のアオリ角を微調整可能とし、調整した角度を安定的に維持することができるヘッドマウントディスプレイを提供する。
【解決手段】ヘッドマウントディスプレイ１は、画像表示ユニット１０と、装着者の頭部に装着され、眼幅方向Ｘに延在する回動軸部材３３，３４を介して画像表示ユニットをその回動を可能にして支持するフレーム２０と、前記回動における画像表示ユニット側とフレーム側とを互いに回動軸部材の軸方向Ｘに付勢することで、該回動に摩擦抵抗を生じさせて該回動の角を保持する付勢部材３１，３２とを備える。回動軸部材がフレームと支持部材３０とを連結し、付勢部材は支持部材の側面を押圧する。支持部材は画像表示ユニットを眼幅方向に移動可能に支持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示部材の位置調整が可能なヘッドマウントディスプレイ（head mounted display）に関する。

人体の頭部に装着され、装着者に対してパーソナルに画像を視認させるヘッドマウントディスプレイには、ユーザーの頭部の大きさや形状、眼の位置などに合わせて、画像の視認が容易になるように適切に画像表示部材の位置を調整できるようにすることが求められる。
例えば、特許文献１には、画像を表示する表示ユニットと、該表示ユニットを観察者の眼球に対して所定の位置に保持する保持部材を有し、表示ユニットを保持部材に対して左右、上下、前後に調整移動させる左右移動機構、上下移動機構、前後移動機構を設けたヘッドマウントディスプレイが開示されている。具体的には、使用者が上下ガイドカバーを左右に移動させると、上下ガイドカバーおよび前後ガイド板が左右ガイド軸に沿って左右に移動し、上下ガイドカバーを前後に動かすと、上下ガイドカバーのガイド板が前後ガイド板に沿って前後に動き、上下ガイドカバーを上下に動かすとピンがガイド溝に沿って上下する機構を採用し、左右、前後、上下に動作する上下ガイドカバーによって表示ユニットを支持するとともに、上下ガイドカバーを保持部材としてのフレームに取り付けている。

特開２００１−２２８４３５号公報

しかし従来技術にあっては、構造の簡素化と調整の容易性とを両立する点で課題がある。
上記特許文献１に記載の発明にあっては、表示ユニットを左右、上下、前後に調整移動させるために機構が複雑化し、それに伴って機械的強度、位置調整精度、安定した位置の維持性等の性能の低下を招くおそれがある。また、調整要素が多くて調整が面倒であり、同じヘッドマウントディスプレイを複数の使用者で共用する場合等に支障を生じる。さらに、機構を簡素化するためにいずれかのスライド機構を省略すると調整が十分行えなくなる可能性もある。なお、特許文献１には、上下ガイドカバー、従って表示ユニットを上方向に跳ね上げる表示器退避機構を設けることも記載されている。しかしながら、特許文献１には、表示ユニットを任意の角度に調整して維持し、アオリ調整を行うことは記載されていない。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、画像表示部材のアオリ角を微調整可能とし、調整した角度を安定的に維持することができ、簡素な構成でありながら、幅広いユーザーに対して容易に調整を行うことができるヘッドマウントディスプレイを提供することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、装着者の眼前に配置される画像表示部材と、前記画像表示部材に表示される画像を生成するための画像生成部とが筺体に固定され、前記筐体に前記画像表示部材の基端部及び前記画像生成部が収容されてなる画像表示ユニットと、
装着者の頭部に装着され、眼幅方向に延在する回動軸部材を介して前記画像表示ユニットをその回動を可能にして支持するフレームと、
前記回動における前記画像表示ユニット側と前記フレーム側とを互いに前記回動軸部材の軸方向に付勢することで、該回動に摩擦抵抗を生じさせて該回動の角を保持する付勢部材と、を備えるヘッドマウントディスプレイである。

請求項２記載の発明は、前記付勢部材を前記画像表示ユニットの眼幅方向の両側にそれぞれ備え、当該両側に備わる付勢部材によって前記画像表示ユニットを両側から挟みつけるように押圧する請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイである。

請求項３記載の発明は、前記回動における前記画像表示ユニット側の構成として前記画像表示ユニットを支持する支持部材を備え、
前記回動軸部材の一端が前記フレームに連結され、前記回動軸部材の他端が前記支持部材に連結され、前記付勢部材が前記支持部材の眼幅方向の側面を押圧する請求項１又は請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイである。

請求項４記載の発明は、前記支持部材は前記画像表示ユニットを眼幅方向に移動可能に支持する請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイである。

請求項５記載の発明は、前記支持部材はスライド機構を介して前記画像表示ユニットを眼幅方向に移動可能に支持する請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイである。

請求項６記載の発明は、前記スライド機構は、そのスライド動作を所定ピッチで保持する係止機構を有する請求項５に記載のヘッドマウントディスプレイである。

請求項７記載の発明は、前記フレームは、装着者の耳に掛けられる一対のテンプルと、装着者の鼻に当てられるノーズパッドを支持するブリッジと、前記ブリッジの右端を右側の前記テンプルの前端に繋ぐ右連結部と、前記ブリッジの左端を左側の前記テンプルの前端に繋ぐ左連結部と、を有し、少なくとも右連結部及び左連結部のうちいずれか一方に前記支持部材が前記回動軸部材を介して支持されている請求項３から請求項６のうちいずれか一に記載のヘッドマウントディスプレイである。

請求項８記載の発明は、前記筐体の眼幅方向の両側面に対向して前記回動軸部材が一対配置され、
右連結部及び左連結部のうち前記支持部材が支持されるものは、前記回動軸部材の設置部からその半径方向に延設されたフランジ部と、両側のフランジ部を繋ぎ前記筐体を眼幅方向に横断する横断部とを有する請求項７に記載のヘッドマウントディスプレイである。

請求項９記載の発明は、前記両側のフランジ部と前記横断部とは一体の部材で構成されている請求項８に記載のヘッドマウントディスプレイである。

請求項１０記載の発明は、前記支持部材に固定され、前記支持部材及び前記筐体を覆い、前記画像表示部材を露出させる外カバーを備える請求項３から請求項９のうちいずれか一に記載のヘッドマウントディスプレイである。

請求項１１記載の発明は、前記画像表示ユニットを外部ユニットに接続するためのケーブルを備え、
前記ケーブルは、前記筐体から延出し、前記外カバーに設けられた孔に通され、当該孔に対して移動自在にされた請求項１０に記載のヘッドマウントディスプレイである。

請求項１２記載の発明は、前記画像表示部材の画像光出射面の存在面より装着者側に前記回動軸部材の中心軸が配置された請求項１から請求項１１のうちいずれか一に記載のヘッドマウントディスプレイである。

請求項１３記載の発明は、前記付勢部材は、コイルスプリングであり、当該コイルスプリングに前記回動軸部材が挿入されてなる請求項１から請求項１２のうちいずれか一に記載のヘッドマウントディスプレイである。

請求項１４記載の発明は、前記画像表示ユニットは、前記筐体と前記画像表示部材の基端部との間を封止するシール部材を有する請求項１から請求項１３のうちいずれか一に記載のヘッドマウントディスプレイである。

本発明によれば、装着者の頭部に装着され、眼幅方向に延在する回動軸部材を介して画像表示ユニットの回動を可能にして支持するフレームと、前記回動における画像表示ユニット側とフレーム側とを互いに回動軸部材の軸方向に付勢することで、該回動に摩擦抵抗を生じさせて該回動の角を保持する付勢部材とを備えるので、画像表示ユニットに備えられる画像表示部材のアオリ角を微調整可能とし、調整した角度を安定的に維持することができ、簡素な構成でありながら、幅広いユーザーに対して容易に調整を行うことができる。

本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの正面図である。 本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの側面図である。 本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの画像表示ユニットを含む部分の底面図である。 本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの正面図で、外カバー及びケーブルを図示したものである。 本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの右半身上面図で、外カバーの上面を開放して描いたものである。 本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの画像表示ユニットを含む部分の背面図(a)及び底面図(b)で、ケーブルを図示したものである。 本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの画像表示ユニットの斜視図で、筐体の半身を取り除いたものである。 回動支持機構を垂直軸回りに適用したヘッドマウントディスプレイの主要部斜視図(a)及びヒンジ部断面図（ｂ）である。 本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの画像表示ユニットの光軸方向断面図である。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

本実施形態のヘッドマウントディスプレイ１は、図１〜図４に示すように、画像表示部材２、画像生成部３、前方撮影用カメラ４、筐体５等を有する画像表示ユニット１０と、装着者の頭部に装着されるフレーム２０と、支持部材３０と、付勢部材としてのコイルスプリング３１，３２と、回動軸部材３３，３４と、固定リング３５，３６と、外カバー３７と、ケーブル３８とを備えて構成されている。図１〜図７で共通の直交３軸ＸＹＺを示した。

画像表示部材２及び画像生成部３は筺体５に固定されている。筐体５に画像表示部材の基端部及び画像生成部３が収容されている。画像表示部材２は、装着者の眼前に配置されるものであり、本実施形態では装着者の右目前に配置されるものを示す。画像生成部３は、画像表示部材２に表示される画像を生成するためのＬＥＤ等の光源、液晶表示素子等の表示素子、集光レンズ等で構成され、生成した画像光を画像表示部材２に入射させる。画像表示部材２に入射した画像光は、画像表示部材２内の傾斜面に設置された光学素子１９で反射されて内側面１７ｂから出射し装着者の瞳に入射する（図２参照）。画像表示部材２は筐体５から突設され、外界の光を透過させて装着者の瞳に入射させることが可能なシースルー型の表示部材を構成する。詳細を後述する。

フレーム２０は、眼幅方向（Ｘ方向）に延在する回動軸部材３３，３４及び支持部材３０を介して画像表示ユニット１０の回動を可能にしてこれを支持する。画像表示ユニット１０は支持部材３０に支持されており、支持部材３０の両端部が、各々回動軸部材３３，３４に連結されている。支持部材３０は画像表示ユニット１０と一体に回動軸部材３３，３４を中心にフレーム２０に対して回動する。

フレーム２０は、装着者の耳に掛けられる一対のテンプル２１Ｒ，２１Ｌと、装着者の鼻に当てられるノーズパッド２２Ｒ，２２Ｌを支持するブリッジ２３と、ブリッジ２３の右端２３Ｒを右側のテンプル２１Ｒの前端２１Ｒａに繋ぐ右連結部２４Ｒと、ブリッジ２３の左端２３Ｌを左側のテンプル２１Ｌの前端２１Ｌａに繋ぐ左連結部２４Ｌとを有して構成されている。これにより、本ヘッドマウントディスプレイ１を眼鏡と同様の形態で装着者の頭部に装着することができる。
右連結部２４Ｒは、回動軸部材３３の設置部からその半径方向に延設されたフランジ部２４Ｒａ、２４Ｒｂと、回動軸部材３４の設置部からその半径方向に延設されたフランジ部２４Ｒｄ、２４Ｒｅと、筐体５に対して両側のフランジ部２４Ｒｂとフランジ部２４Ｒｅとを繋ぎ筐体５を眼幅方向（Ｘ方向）に横断する横断部２４Ｒｃとを有する。
一方、支持部材３０は、眼幅方向（Ｘ方向）に延在し、画像表示ユニット１０が搭載される底部３０ａと、底部３０ａの両端からＹＺ平面上に延びる腕部３０ｂ、３０ｃとを有する。
画像表示ユニット１０の両側それぞれにおいて、回動軸部材３３（３４）が、フランジ部２４Ｒａ（２４Ｒｄ）に設けられた孔、コイルスプリング３１（３２）、および、腕部３０ｂ（３０ｃ）に設けられた孔に挿入され、さらに回動軸部材３３（３４）の先端部が、固定リング３５（３６）に嵌入されて該先端部に固定リング３５（３６）が固定されることで、画像表示ユニット１０を支持した支持部材３０がフレーム２０に回動可能に連結されている。

以上の構造により、筐体５の眼幅方向（Ｘ方向）の両側面に回動軸部材３３，３４が一対配置されている。
回動軸部材３３、３４は筐体５の眼幅方向（Ｘ方向）の両側面に対向している。すなわち、回動の中心軸が筐体５を通る位置にある。回動の中心軸が筐体５を通る位置にありながらも、フランジ部２４Ｒｂ、フランジ部２４Ｒｅ及び横断部２４Ｒｃによって筐体５を回避し、一方の回動軸部材３３側と他方の回動軸部材３４側とを連結する。回動の中心軸が筐体５を通る位置にあることで、回動に伴う画像表示ユニット１０（特に筐体５部分）の移動空間をコンパクトにでき、使い勝手やコンパクト性を保持できる。
また、図２に示すように画像表示部材２の画像光出射面１７ｂが存在する平面６より装着者側に回動軸部材３３，３４の中心軸が配置されている。これにより、回動軸部材３３，３４の中心軸が、装着者の瞳側に近い位置に存在するため、アオリ角調整における画像表示部材２の移動量の割に、装着者の視線に対するアオリ角の変化が緩やかになり、アオリ角を微調整が容易になる。

また、以上の構造におけるコイルスプリング３１，３２によって、画像表示ユニット１０の回動における画像表示ユニット１０側とフレーム２０側とを互いに回動軸部材３３，３４の軸方向（Ｘ方向）に付勢することで、該回動に摩擦抵抗を生じさせて該回動の角を保持することができる。
本実施形態では、付勢部材であるコイルスプリング３１，３２を画像表示ユニット１０の眼幅方向（Ｘ方向）の両側にそれぞれ備え、当該両側に備わるコイルスプリング３１，３２によって画像表示ユニット１０を両側から挟みつけるように（直接的には支持部材３０を）押圧することで、上記摩擦抵抗を生じさせる。
さらに具体的には、回動軸部材３３（３４）の一端がフレーム２０のフランジ部２４Ｒａ（２４Ｒｂ）に連結され、回動軸部材３３（３４）の他端が支持部材３０の腕部３０ｂ（３０ｃ）に連結され、コイルスプリング３１（３２）が支持部材３０の眼幅方向（Ｘ方向）の側面、すなわち、腕部３０ｂ（３０ｃ）の面を押圧することで、上記摩擦抵抗を生じさせる。
以上により、画像表示部材のアオリ角を微調整可能とし、調整した角度を安定的に維持することができる。また、眼に近い位置でアオリ調整を行うことで、画像表示部材の表示画面を実質的に垂直方向に位置調整したのと同様の効果を得ることができる。また、前後方向（奥行き方向）における位置もある程度調整することができる。従って、アオリ調整機構を設けることで上下及び前後への微調整を行うことができる。

両側のフランジ部２４Ｒａ，２４Ｒｂ，２４Ｒｄ，２４Ｒｅと横断部２４Ｒｃとは、別の部材を連結して構成してもよいが、一体の部材で構成されていることが好ましい。これらの要素を含む右連結部２４Ｒの全体、さらにはブリッジ２３、左連結部２４Ｌまでを一体の部材で構成できればなお好ましい。このように構成することで、画像表示ユニット１０を支持する構造を精度よく高剛性に構成することができる。また、部品点数減、組立容易等の利点がある。

図５に示すように、外カバー３７は支持部材３０に固定されており、画像表示ユニット１０及び支持部材３０とともに一体回動する。外カバー３７は、支持部材３０及び筐体を覆い、画像表示部材２を露出させる。回動する部分が外カバー３７で覆われるため、異物が侵入してアオリ角調整機能が阻害されることを抑制することができる。

ケーブル３８は、画像表示ユニット１０を外部ユニットに接続するためのものである。外部ユニットとしては、画像表示ユニット１０に電源を供給する電源装置、画像表示ユニット１０に画像信号を出力するモバイルコンピューター及びこれらを複数備えたものなどが用いられる。
図６に示すようにケーブル３８は、筐体５から延出し、外カバー３７に設けられた孔３７ａに通され、孔３７ａに対して移動自在にされている。本実施形態では孔３７ａに嵌められたブッシュ３９によって、ケーブル３８と孔３７ａとの間の隙間が埋められて外カバー３７の防塵性が確保されるとともに、ケーブル３８がブッシュ３９に対して摺動するように、それらの材質及び寸法が選定されている。

また図３及び図６に示すように、支持部材３０は、スライド機構を介して画像表示ユニット１０を眼幅方向（Ｘ方向）に移動可能に支持する。
そのスライド機構は、そのスライド動作を所定ピッチで保持する係止機構を有するもので、支持部材３０の底部３０ａに設けられたガイド孔３０ａ１，３０ａ１と、ガイド孔３０ａ１，３０ａ１に挿入され先端が筐体５に固定されたガイドピン５ａ，５ａとによりスライドガイド機構を構成し、筐体５の底部３０ａに対向する面に設けられ保持溝帯５ｂと、保持溝帯５ｂに形成された溝に嵌る突起部３０ａ３を有した板バネ３０ａ２とにより上記係止機構を構成する。
ガイド孔３０ａ１，３０ａ１がＸ方向に長く延在し、筐体５と支持部材３０の腕部３０ｂ，３０ｃとの間に隙間が設けられ、ガイドピン５ａ，５ａがガイド孔３０ａ１，３０ａ１に遊嵌されていることで、図６(b)に矢印Ａで示すように画像表示ユニット１０は、支持部材３０や外カバー３７、フレーム２０に対して眼幅方向（Ｘ方向）に移動可能である。
図６に示すように、保持溝帯５ｂはＹ方向に切られた複数の溝がＸ方向に所定ピッチで連続して形成されており、板バネ３０ａ２は、その突起部３０ａ３を保持溝帯５ｂに押圧するように弾性力を作用させている。これにより、保持溝帯５ｂの一つ一つの溝に突起部３０ａ３が嵌り、画像表示ユニット１０のスライド動作を所定ピッチで保持することができる。保持溝帯５ｂのピッチは任意に設定すればよいが、０．２０ｍｍ〜１．０ｍｍ程度とすることが好ましい。ピッチを下限値以上とすることで、製造容易性及び保持溝帯の耐久性を確保しつつ、きめ細やかに調整を行うことができる。また、ピッチを上限値以下とすることで、精度よく調整が行えなくなるのを防ぐことができる。

以上のように、画像表示ユニット１０が外カバー３７に対してスライド動作しても、さらにアオリ角調整によって外カバー３７がフレーム２０に対し動作しても、ケーブル３８は、外カバー３７に対して出し入れされるように移動自在であるので、ケーブル３８に力学的負荷を掛けることなく、これらの動作を円滑に行うことができる。

さらに筐体５内の防塵性・防水性は、図７に示すシール部材４０、さらにはブッシュ４１、キャップ４２により確保される。
筐体５は半身に分離するので、シール部材４０は、筐体５の分離面において一周に亘り、さらに画像表示部材２の基端部２ａを囲む一周に亘り配設されている。つまり、シール部材４０は、筐体５の２つの半身で挟まれる部位に、画像表示部材２が挿入される環状の部位が連結した構造を有している。筐体５の分離面及び筐体５と画像表示部材２の基端部２ａとの間が封止される。
ブッシュ４１は、筐体５のケーブル引き出し孔に嵌められており、ケーブル３８と筐体５のとの間を封止する。ケーブル３８はブッシュ４１に対して移動可能にする必要がないので、ブッシュ４１がケーブル３８をしっかり締め付けるように、それらの材質及び寸法が選定されている。
なお、ブッシュ４１の反対側に取り付けられたキャップ４２は画像表示ユニット１０の左取付時のケーブル引き出し孔を封止する蓋部材である。これにより、画像表示ユニット１０を右取付にも左取付にも対応させることができる。キャップ４２は、ブッシュ４１の孔を埋めたものに相当する。
以上により、筐体５内の防塵性・防水性が確保され、筐体５内の画像生成部３等に水などの液体や水蒸気などの気体が浸入することを防止することができる。

以上の実施形態に拘わらず、画像表示ユニット１０が装着者の左目前に設置されるように構成してもよいし、画像表示ユニット１０を装着者の左目前及び右目前に設置されるように２つ設けてもよい。画像表示ユニット１０を装着者の左目前に設置する場合には、フレーム２０の左連結部２４Ｌを、上述した右連結部２４Ｒと同様の構造に構成する。
また以上の実施形態では、画像表示ユニット１０のスライド機構に、そのスライド動作を所定ピッチで保持する係止機構を構成したが、保持溝帯５ｂを形成せずに、筐体５のフラットな面に板バネ３０ａ２が押圧することで、任意の位置で摩擦により保持できるように構成してもよい。この場合、板バネ３０ａ２の形状はそれに適する形状に設計される。また、板バネ３０ａ２を支持部材３０に固定するか、筐体５に固定するかも任意に変更可能である。

以上の実施形態のヘッドマウントディスプレイ１によれば、画像表示部材２のアオリ角調整機構と、眼幅方向の位置調整機構とによって、使用者の頭部の形状・寸法、眼幅寸法等に合わせてそれらの角度、位置を調整することで、幅広い使用者に対して、画像表示部材２に表示される画像を良好に観察できるように調整を行うことができる。
アオリ角調整は、外カバー３７を装着者が手で把持して行うことができ、画像表示部材２の内側面１７ｂ及び外側面１７ｃを手垢などにより汚さずに済むから、良好な画像表示及び外界観察を維持できる。もちろん、画像表示部材２の先端側の両側面部を把持して回動させるようにしてもよい。
眼幅方向位置調整は、画像表示部材２の両側面に装着者が指を触れて把持して行うことができ、画像表示部材２の内側面１７ｂ及び外側面１７ｃを手垢などにより汚さずに済むから、良好な画像表示及び外界観察を維持できる。
その眼幅方向位置調整の際に、外カバー３７を他方の手で把持することで調整が容易になる。このとき、外カバー３７があることで、他方の手で把持すべき部分が確保され把持しやすくなり、また、筐体５に他方の手が触れて画像表示ユニット１０をスライド動作させることが困難となることを防げる。
また、外カバー３７が無いと、筐体５と支持部材３０との間に指を挟む等の危険がある。本実施形態では、外カバー３７によって以上の困難、危険を回避でき、安全かつ容易に調整が可能である。

また、以上の実施形態のヘッドマウントディスプレイ１によれば、付勢部材をコイルスプリングとしたので、簡素な構成で、画像表示部材２を任意のアオリ角に確実に保持する機構を構成することができる。またコイルスプリングによれば、接着剤等を使用することなく組立可能であり、長期に亘りその弾性力、従ってアオリ角の保持力を一定に維持することができ、性能の劣化が防がれる。また、画像表示ユニット１０とフレーム２０との間に付勢部材３１、３２を介在させることにより、ヘッドマウントディスプレイ１に強い衝撃（特に、眼幅方向の衝撃）が加わった場合でも、その衝撃が緩和され、画像表示部材２をはじめとする画像表示ユニット１０の各部が破損したりダメージを受けたりすることを低減することができる。コイルスプリングをウェーブワッシャ（波打った環状の板バネ）としても同様の作用効果を奏するので、コイルスプリングをウェーブワッシャに代えて実施してもよい。その他付勢部材としては、金属材料、天然ゴム、合成ゴムその他の樹脂材料等から弾性部材を適用して実施することができるが、経年劣化の少ない材料が好ましい。

以上の実施形態のヘッドマウントディスプレイ１では、回動軸部材と、コイルスプリングをアオリ角調整用に用いたが、垂直軸周りに画像表示部材を回動させる構造に適用してもよい。図８に示す他の実施形態においては、テンプル５０と、画像表示部材５１の支持部材５２との間の垂直軸回りのヒンジ部５３に、回動軸部材５４と、コイルスプリング５５（又はウェーブワッシャ）を適用してもよい。これにより、簡素な構成でありながら、画像表示部材５１の垂直軸回りの角度調整を円滑に行うこと、調整した角度を確実に保持すること、画像表示部材５１を装着者の視界から退避させることなどが容易に達成できる。本実施形態においては、眼前において、垂直軸周りに画像表示部材５１を回動させることにより、実質的に画像を左右方向（Ｘ方向）及び前後方向（Ｙ方向）にも移動させることができる。本実施形態において、垂直方向に画像表示部材５１を移動させる構造を設けて、さらに幅広く調整を行うことができるようにしてもよい。

（画像表示ユニット１０の詳細）
図９は、画像表示ユニット１０の概略の構成を示す断面図である。
画像表示ユニット１０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、画像表示部材２を有している。画像表示部材２はシースルー型の表示部材を構成する。

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画像光に所定の波長幅を持たせることができ、ホログラム光学素子１９にて画像光を回折させたときに、瞳孔Ｂの位置にて観察画角全域にわたって装着者に画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
カラー画像を表示することが可能となり、そのカラー画像を装着者に提供することが可能となる。また、ＲＧＢの各ＬＥＤ素子は、発光波長幅が狭いので、そのようなＬＥＤ素子を複数用いることにより、色再現性が高く、明るい画像表示が可能となる。

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画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。なお、表示素子１４は、反射型であってもよい。

接眼プリズム１７は、基端面１７ａを介して入射する表示素子１４からの画像光を、相対する平行な内側面１７ｂと外側面１７ｃとで全反射させ、ホログラム光学素子１９を介して装着者の瞳に導く一方、外光を透過させて装着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と偏向プリズム１８とは、内側面１７ｂ及び外側面１７ｃに対して傾斜した傾斜面１７ｄ，１８ａでホログラム光学素子１９を挟み、接着剤で接合されている。

偏向プリズム１８は、接眼プリズム１７に接合されて、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、装着者が画像表示部材２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。
すなわち、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の傾斜面１７ｄ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に相補的な傾斜面１８ａを有する偏向プリズム１８を接合させて一体的な略平行平板を形成することで、外光が傾斜面１７ｄ，１８ａ（ホログラム光学素子１９）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、画像表示部材２と装着者の瞳の間に図示しない矯正眼鏡レンズを装着すると通常眼鏡を使用している装着者でも問題なく画像を観察することが可能である。

ホログラム光学素子１９は、表示素子１４から出射される画像光（３原色に対応した波長の光）を回折反射して瞳孔Ｂに導き、表示素子１４に表示される画像を拡大して装着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。

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画素ごとに変調され、画像光として出射される。つまり、表示素子１４には、カラー画像が表示される。
表示素子１４からの画像光は、接眼プリズム１７の内部にその基端面１７ａから入射し、内側面１７ｂと外側面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、内側面１７ｂを透過して瞳孔Ｂに達する。瞳孔Ｂの位置では、装着者は、表示素子１４に表示された画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、装着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に表示された画像の虚像は、外界像の一部に重なって観察されることになる。

以上のようにして、装着者は、ホログラム光学素子１９を介して、表示素子１４から提供される画像と外界像とを同時に観察することができる。
ところで、ホログラム光学素子１９は、波長選択性を有するホログラムであり、外界を光量低下することなく見ることが出来る。しかし、ホログラムで限ったことではなくホログラムの代わりにハーフミラーを設置しても良い。但し、外界像の光量は半分以下となるのでホログラムのような明るい外界像を見ることは出来ない。 本実施形態ではホログラム光学素子１９を貼り付ける面は平面に限るものではなく、ホログラム光学素子１９を非球面形状に貼り付けても良い。

１ ヘッドマウントディスプレイ
２ 画像表示部材
３ 画像生成部
５ 筐体
１０ 画像表示ユニット
２０ フレーム
２１Ｌ テンプル
２１Ｒ テンプル
２３ ブリッジ
２４Ｌ 左連結部
２４Ｒ 右連結部
２４Ｒａ，２４Ｒｂ，２４Ｒｄ，２４Ｒｅ フランジ部
２４Ｒｃ 横断部
３０ 支持部材
３０ａ 底部
３０ａ１，３０ａ１ ガイド孔
３０ａ２ 板バネ
３０ａ３ 突起部
３０ｂ，３０ｃ腕部
３１，３２ コイルスプリング
３３，３４ 回動軸部材
３５，３６ 固定リング
３７ 外カバー
３８ ケーブル
４０ シール部材
４１ ブッシュ

Claims (14)

1. 装着者の眼前に配置される画像表示部材と、前記画像表示部材に表示される画像を生成するための画像生成部とが筺体に固定され、前記筐体に前記画像表示部材の基端部及び前記画像生成部が収容されてなる画像表示ユニットと、
   装着者の頭部に装着され、眼幅方向に延在する回動軸部材を介して前記画像表示ユニットをその回動を可能にして支持するフレームと、
   前記回動における前記画像表示ユニット側と前記フレーム側とを互いに前記回動軸部材の軸方向に付勢することで、該回動に摩擦抵抗を生じさせて該回動の角を保持する付勢部材と、を備えるヘッドマウントディスプレイ。
2. 前記付勢部材を前記画像表示ユニットの眼幅方向の両側にそれぞれ備え、当該両側に備わる付勢部材によって前記画像表示ユニットを両側から挟みつけるように押圧する請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
3. 前記回動における前記画像表示ユニット側の構成として前記画像表示ユニットを支持する支持部材を備え、
   前記回動軸部材の一端が前記フレームに連結され、前記回動軸部材の他端が前記支持部材に連結され、前記付勢部材が前記支持部材の眼幅方向の側面を押圧する請求項１又は請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
4. 前記支持部材は前記画像表示ユニットを眼幅方向に移動可能に支持する請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ。
5. 前記支持部材はスライド機構を介して前記画像表示ユニットを眼幅方向に移動可能に支持する請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ。
6. 前記スライド機構は、そのスライド動作を所定ピッチで保持する係止機構を有する請求項５に記載のヘッドマウントディスプレイ。
7. 前記フレームは、装着者の耳に掛けられる一対のテンプルと、装着者の鼻に当てられるノーズパッドを支持するブリッジと、前記ブリッジの右端を右側の前記テンプルの前端に繋ぐ右連結部と、前記ブリッジの左端を左側の前記テンプルの前端に繋ぐ左連結部と、を有し、少なくとも右連結部及び左連結部のうちいずれか一方に前記支持部材が前記回動軸部材を介して支持されている請求項３から請求項６のうちいずれか一に記載のヘッドマウントディスプレイ。
8. 前記筐体の眼幅方向の両側面に対向して前記回動軸部材が一対配置され、
   右連結部及び左連結部のうち前記支持部材が支持されるものは、前記回動軸部材の設置部からその半径方向に延設されたフランジ部と、両側のフランジ部を繋ぎ前記筐体を眼幅方向に横断する横断部とを有する請求項７に記載のヘッドマウントディスプレイ。
9. 前記両側のフランジ部と前記横断部とは一体の部材で構成されている請求項８に記載のヘッドマウントディスプレイ。
10. 前記支持部材に固定され、前記支持部材及び前記筐体を覆い、前記画像表示部材を露出させる外カバーを備える請求項３から請求項９のうちいずれか一に記載のヘッドマウントディスプレイ。
11. 前記画像表示ユニットを外部ユニットに接続するためのケーブルを備え、
    前記ケーブルは、前記筐体から延出し、前記外カバーに設けられた孔に通され、当該孔に対して移動自在にされた請求項１０に記載のヘッドマウントディスプレイ。
12. 前記画像表示部材の画像光出射面の存在面より装着者側に前記回動軸部材の中心軸が配置された請求項１から請求項１１のうちいずれか一に記載のヘッドマウントディスプレイ。
13. 前記付勢部材は、コイルスプリングであり、当該コイルスプリングに前記回動軸部材が挿入されてなる請求項１から請求項１２のうちいずれか一に記載のヘッドマウントディスプレイ。
14. 前記画像表示ユニットは、前記筐体と前記画像表示部材の基端部との間を封止するシール部材を有する請求項１から請求項１３のうちいずれか一に記載のヘッドマウントディスプレイ。

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