JP2019004420A - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】内蔵する電気部品の温度上昇を抑制し、かつ人体と接触する可能性のある箇所の温度上昇を抑制して、安全性と信頼性の高いヘッドマウントディスプレイを提供すること。
【解決手段】光源を有する表示部１０１と表示部を駆動する筺体部１０３を備え使用者の頭部２００に装着可能なヘッドマウントディスプレイ１００において、筺体部１０３の側面のうち使用者の頭部に近い側に、頭部と接触する接触部材１０５を取り付け、筺体部の側面のうち使用者の頭部から遠い側に、保護部材１０７を取り付ける。筺体部と接触部材との間に第一の通気部１０６を形成し、筺体部と保護部材の間に第二の通気部１０８を形成する。好ましくは、第一の通気部１０６の幅（Ｗ１）は第二の通気部１０８の幅（Ｗ２）より大きくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、頭部に装着した状態で、使用者に画像を表示するヘッドマウントディスプレイに関する。

近年、目の前に画像を表示できるヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤと略す）が開発されている。ＨＭＤは、液晶パネルなどを画像生成源とし、レンズやミラーを有する光学系を介して、人の目の前に画像を表示する画像表示装置である。ＨＭＤは頭部に装着される構成であり、両眼に対応する位置に画面を備えた両眼タイプと、左眼または右眼に対応する位置に画面を備えた片眼タイプがある。ＨＭＤは使用者の頭部に装着して用いるので、ＨＭＤの温度上昇に対する対策が必要となる。例えば特許文献１には、表示部を収納するパネルケースを外装ケースにて収納し、頭部に接触する外装ケースの壁とパネルケースとの間には大気圧の空気または減圧された空気が充填されている構造の電気光学装置が開示されている。

特開２０１６−５４４６８号公報

ＨＭＤは、表示する画像の高精細化や高輝度化、また外部と通信する情報量の増加に伴って、電池や基板等の内蔵する電気部品の発熱量が増加する傾向にある。これらの電気部品は温度の影響を受けやすく、動作保証温度を超えて使用すると不具合を生じる恐れがある。そこで、発熱する電気部品に対して、効果的な放熱構造が必要になる。

また、ＨＭＤは使用者の頭部に装着されるので、人体と接触する部分の温度上昇を抑える必要がある。そのためにも、内蔵する電気部品の放熱特性を高め、人体と接触する部分への熱伝導を抑制する必要がある。

特許文献１に記載されている電気光学装置では、人体に対する接触面（外装ケースの壁）は、発熱するパネルケースから空間を隔てて配置されることで、人体に対する接触面の温度上昇を抑制することが記載されている。しかしながら、発熱するパネルケース自身は空気が充填され密閉された空間に挟まれており、放熱しにくい構造となっている。そのため、パネルケースが温度上昇して内蔵する電気部品の動作保証温度を超える恐れがある。

そこで本発明の目的は、内蔵する電気部品の温度上昇を抑制し、かつ人体と接触する可能性のある箇所の温度上昇を抑制して、安全性と信頼性の高いヘッドマウントディスプレイを提供することである。

本発明は、光源を有する表示部と該表示部を駆動する筺体部を備え使用者の頭部に装着可能なヘッドマウントディスプレイにおいて、前記筐体部の側面のうち前記使用者の頭部に近い側に、前記頭部と接触する接触部材を取り付け、前記筐体部の側面のうち前記使用者の頭部から遠い側に、保護部材を取り付けるとともに、前記筺体部と前記接触部材との間に第一の通気部を形成し、前記筺体部と前記保護部材の間に第二の通気部を形成したことを特徴とする。好ましくは、前記第一の通気部の幅（Ｗ１）は前記第二の通気部の幅（Ｗ２）より大きくする。

本発明によれば、内蔵する電気部品の温度上昇を抑制し、かつ人体と接触する可能性のある箇所の温度上昇を抑制して、安全性と信頼性の高いヘッドマウントディスプレイを提供することができる。

実施例１に係るＨＭＤを示す外観斜視図。 図１のＨＭＤを上方向（ｚ方向）から見た上面図。 図２における筺体部近傍のＡ-Ａ’断面図。 通気部を設けた効果および通気部の幅の効果を定性的に示す図。 実施例２に係るＨＭＤの筺体部近傍の構成を示す斜視図。 実施例３に係るＨＭＤの構成を示す外観斜視図。

以下、本発明のヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）の実施形態について図面を用いて説明する。なお、同一の符号を付された構成は同一の機能を有するので、特に言及しない限りは、既に説明された箇所と重複する説明を省略する。また、各図面には、各部品の位置や方向を明確にするために、ｘ、ｙ、ｚ軸からなる直交座標軸を記載している。ＨＭＤの使用者から見て、左右方向をｘ軸、視線方向をｙ軸、上下方向をｚ軸とする。

図１は、実施例１に係るＨＭＤ１００を示す外観斜視図である。図２は、図１のＨＭＤ１００を上方向（ｚ方向）から見た上面図である。本実施例のＨＭＤでは、使用者の両眼に対応する位置に画面を備える両眼タイプを示す。

図１、図２に示すように、ＨＭＤ１００は、使用者の頭部２００（破線で示す）に装着して使用される。ＨＭＤ１００は、光源を備えた表示部１０１、使用者の目の前に画像を表示する画面１０２、表示部１０１を駆動する筺体部１０３、表示部１０１と筺体部１０３とを連結する接続部１１０で構成される。頭部２００の左右に配置した筺体部１０３には、表示部１０１を駆動するための電気部品として、例えば基板１１２と電池１１３が収納されている。基板１１２と電池１１３の配置は、左右逆であってもよく、またこれ以外の電気部品であってもよい。ＨＭＤ１００が表示動作を開始すると、基板１１２や電池１１３は発熱し、それを収納する左右の筺体部１０３が温度上昇することになる。以下の説明では、筺体部１０３の側面のうち、頭部２００に近い側を便宜上「内側」、頭部２００から遠い側を便宜上「外側」と呼んで区別することにする。

本実施例では、左右の筺体部１０３の内側の側面１０３ａ、すなわち使用者の頭部２００に近い側に、頭部２００と接触するコの字状の接触部材１０５を取り付け、筺体部の側面１０３ａと接触部材１０５の間に第一の通気部１０６を形成している。また、左右の筺体部１０３の外側の側面１０３ｂ、すなわち使用者の頭部２００から遠い側にコの字状の保護部材１０７を取り付け、筺体部の側面１０３ｂと保護部材１０７の間に第二の通気部１０８を形成している。接触部材１０５を取り付けることで、使用者の頭部２００は直接筐体部１０３に触れることがなくなる。また保護部材１０７を取り付けることで、ＨＭＤの装着位置を調節する際などに、使用者の手が筐体部１０３に直接触れないようにしている。第一の通気部１０６と第二の通気部１０８は、使用者から見て上下方向（ｚ軸方向）に開放された空間となっている。ここに、接触部材１０５と保護部材１０７には、熱伝導率の低い樹脂材料を用いている。

図３は、図２における一方の筺体部１０３近傍のＡ-Ａ’断面図である。筺体部１０３は、表示部１０１を駆動するための各種電気部品を収納するため中空構造となっている。ここでは電池１１３を収納した状態を示しているが、基板１１２を収納する場合も同様である。

筺体部１０３内において、電池１１３は放熱シート１１４を介して、筺体部１０３の外側の内壁面１０３ｃ、すなわち頭部２００から遠い側の筺体部１０３の内壁面１０３ｃに取り付けている。なお、電池１１３の温度上昇がＨＭＤ動作時に動作保証温度を超えないのであれば、放熱シート１１４を省略して電池１１３を内壁面１０３ｃに直接取り付けてもよい。

電池１１３から放熱シート１１４を介し筺体部１０３に伝わった熱は、第一の通気部１０６と第二の通気部１０８を流れる空気（矢印１２０で示す）によって放熱される。その際、第一の通気部１０６と第二の通気部１０８を上下方向（ｚ方向）に開放された空間とすることで、密閉状態の空間と比較し、自然対流による放熱効果を高めることができる。すなわち、電池１１３や基板１１２の温度上昇を効率的に抑制し、部品の動作保証温度を超えないようにすることができる。

また、電池１１３や基板１１２の温度上昇が抑えられる結果、筺体部１０３から接触部材１０５や保護部材１０７へ伝達する熱量も減少する。つまり、筺体部１０３と接触部材１０５および保護部材１０７の間に、それぞれ第一の通気部１０６と第二の通気部１０８を設けることで、筺体部１０３内の電池１１３や基板１１２の温度上昇を抑えるだけでなく、接触部材１０５と保護部材１０７の温度上昇も抑えることができる。

図４は、通気部を設けた効果および通気部の幅の効果を定性的に示す図である。図４（ａ）は、第一の通気部１０６と第二の通気部１０８を設けることで、通気部がない場合と比較し、接触部材１０５の温度上昇を大幅に抑制できることを示している。また図４（ｂ）は、第一の通気部１０６の幅Ｗ１を大きくすることで、接触部材１０５の温度上昇をより低減できることを示している。これは第二の通気部１０８についても同様である。

ここで、接触部材１０５と保護部材１０７の温度上昇を比較する。筺体部１０３から接触部材１０５への熱伝達は、第一の通気部１０６の幅Ｗ１に依存し、筺体部１０３から保護部材１０７へ熱伝達は、第二の通気部１０８の幅Ｗ２に依存する。仮に、第一の通気部１０６の幅Ｗ１と第二の通気部１０８の幅Ｗ２が等しく、筐体部１０３の内側の側面１０３ａと外側の側面１０３ｂの温度が均一であるなら、接触部材１０５と保護部材１０７の温度上昇は等しくなる。しかし、実用性能を考慮して、接触部材１０５と保護部材１０７の温度上昇に差をつける構成とした。それは次の理由による。

ＨＭＤ１００を使用している間は、接触部材１０５は常に頭部２００と接触した状態である。一方保護部材１０７は、使用者の手が触れる場合はあるが、常時接触した状態ではない。従って、実用性能を考慮すると、保護部材１０７の温度上昇は接触部材１０５の温度上昇ほど厳しく抑える必要はない。つまり、保護部材１０７の温度上昇は接触部材１０５の温度上昇よりも許容幅を大きくして、その分、保護部材１０７側の第二の通気部１０８の幅Ｗ２を縮小すれば、ＨＭＤ１００のｘ方向の小型化に寄与できる。よって、接触部材１０５側の第一の通気部１０６の幅Ｗ１は、保護部材１０７側の第二の通気部１０８の幅Ｗ２より大きい構成とする。

また、上記したように、電池１１３や基板１１２は筺体部１０３の外側の内壁１０３ｃに取り付けている。そのため、筺体部１０３の表面の温度は均一ではなく、筺体部１０３の内側の側面１０３ａの温度上昇は、筺体部１０３の外側の側面１０３ｂの温度上昇よりも抑制することができる。その結果、接触部材１０５の温度上昇を保護部材１０７の温度上昇よりもさらに抑制することができる。

さらには、接触部材１０５の厚みｔ１を、保護部材１０７の厚みｔ２よりも大きくすることで、接触部材１０５の熱抵抗を保護部材１０７の熱抵抗よりも大きくしている。その結果、接触部材１０５の頭部２００との接触面の温度上昇を保護部材１０７の温度上昇よりもさらに抑制することができる。

以上のように、第一の通気部１０６の幅Ｗ１と第二の通気部１０８の幅Ｗ２の関係、筺体部１０３内の電池１１３や基板１１２の配置、接触部材１０５の厚みｔ１と保護部材１０７の厚みｔ２の関係をパラメータとして、これらを適宜組み合わせて、接触部材１０５と保護部材１０７の温度上昇がそれぞれ所望の値を超えないように設定することができる。

本実施例によれば、筐体部内に配置される電池や基板の温度上昇を抑制し、かつ人体と接触する可能性のある箇所の温度上昇を抑制して、安全性と信頼性の高いヘッドマウントディスプレイを提供することができる。

実施例２は、実施例１のＨＭＤの構造において通気部を覆う通気部保護部材を設けたことを特徴とする。

図５は、実施例２に係るＨＭＤの筺体部１０３近傍の構成を示す斜視図である。ここでは一方の筺体部１０３について示すが、他方の筺体部１０３も同様である。本実施例では、筺体部１０３と接触部材１０５と保護部材１０７の周囲に通気部保護部材３００を配設し、第一の通気部１０６と第二の通気部１０８の上部を保護している。この例では、通気部保護部材３００が接触部材１０５や保護部材１０７の外側を包囲する構造としたが、接触部材１０５や保護部材１０７の内側に設けてもよいし、あるいは接触部材１０５や保護部材１０７と一体化した構造としてもよい。いずれにせよ、通気部保護部材３００は、第一の通気部１０６と第二の通気部１０８の上部の開放口を部分的に覆うように複数本に分割して配置し、通気部による筺体部１０３の放熱作用を妨げないようにしている。通気部保護部材３００を設けることで、筺体部１０３の上部に使用者の手が直接触れることを防止できるため、さらに安全性を高める効果がある。

実施例３は、実施例１のＨＭＤの構造において、接触部材１０５と保護部材１０７とを筐体部１０３に脱着可能な構造としたことに特徴がある。

図６は、実施例３に係るＨＭＤ１００の構成を示す外観斜視図である。図６において、接触部材４０５と保護部材４０７、第一の通気部４０６と第二の通気部４０８は、それぞれ実施例１における、接触部材１０５と保護部材１０７、第一の通気部１０６と第二の通気部１０８に対応し、それらの機能は実施例１で述べた通りである。本実施例では、接触部材４０５と保護部材４０７を連結してカバー部４００とし、カバー部４００を筐体部１０３に脱着可能な構造としている。

図６（ａ）は、ＨＭＤ１００の筺体部１０３からカバー部４００を取り外した状態を示し、図６（ｂ）は、ＨＭＤ１００の筺体部１０３にカバー部４００を装着した状態を示す。カバー部４００の筺体部１０３への脱着は、筺体部取り付け孔４０４を介して、矢印４１０の方向に行う。

本実施例によれば、カバー部４００を脱着可能な構成とすることで、ＨＭＤ１００の使用中に接触部材４０５の温度が高くなった場合に、カバー部４００を他のカバー部と交換することができる。あるいは、放熱性能の異なる（通気部サイズの異なる）何種類かのカバー部４００を用意しておき、筐体部１０３の温度上昇の大きさに応じて最適なカバー部４００を選択することができる。これにより、ＨＭＤ１００の使用条件が変化しても、人体と接触する箇所の温度上昇を常に所定値以下に抑制することができ、安全性を高める効果がある。

以上に説明した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成の一部で置き換えることが可能であり、さらに、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成の一部または全部を加えることも可能である。

１００：ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、
１０１：表示部、
１０２：画面、
１０３：筺体部、
１０５，４０５：接触部材、
１０６，４０６：第一の通気部、
１０７，４０７：保護部材、
１０８，４０８：第二の通気部、
１１２：基板、
１１３：電池、
１１４：放熱シート、
３００：通気部保護部材、
４００：カバー部。

Claims (6)

1. 光源を有する表示部と該表示部を駆動する筺体部を備え使用者の頭部に装着可能なヘッドマウントディスプレイにおいて、
   前記筺体部の側面のうち前記使用者の頭部に近い側に、前記頭部と接触する接触部材を取り付け、前記筺体部の側面のうち前記使用者の頭部から遠い側に、保護部材を取り付けるとともに、
   前記筺体部と前記接触部材との間に第一の通気部を形成し、前記筺体部と前記保護部材の間に第二の通気部を形成したことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
2. 請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
   前記第一の通気部の幅（Ｗ１）は前記第二の通気部の幅（Ｗ２）より大きいことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
3. 請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
   前記接触部材の厚み（ｔ１）は前記保護部材の厚み（ｔ２）より大きいことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
4. 請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
   前記筺体部には前記表示部を駆動するための電気部品が収納されており、
   前記電気部品を、前記筺体部内で前記使用者の頭部から遠い側の壁面に取り付けることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
5. 請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
   前記筺体部と前記第一の通気部と前記第二の通気部の上部に、前記第一の通気部と前記第二の通気部を部分的に覆う通気部保護部材を設けたことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
6. 光源を有する表示部と該表示部を駆動する筺体部を備え使用者の頭部に装着可能なヘッドマウントディスプレイにおいて、
   前記筺体部に対して脱着可能なカバー部を有し、
   前記カバー部には、前記使用者の頭部と接触する接触部材と、前記使用者の頭部から遠い側に保護部材が備えられ、
   前記カバー部を前記筺体部に装着したとき、前記筺体部と前記接触部材との間に第一の通気部が形成され、前記筺体部と前記保護部材の間に第二の通気部が形成されることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。

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