JP4341436B2 - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は頭部に装着して映像を観測するヘッドマウントディスプレイに関するものである。

近年、液晶パネル（ＬＣＤ）等の標示デバイス上に表示された映像を、接眼レンズやハーフミラー等を有する光学系を介して拡大した虚像として観察する眼鏡タイプの映像表示装置が種々提案され、ヘッドマウントディスプレイと呼ばれている。

この映像表示装置は、多くの場合、頭に巻いた形で頭部に装着する構成とされ、両眼に対応する位置に映像表示系を形成した両眼タイプと左右眼の一方の眼に対応する位置に映像表示系を形成した片眼タイプとがある。このうち、両眼タイプのものは、主として映像を楽しむための目的に使用される。片眼タイプのものは、例えばウエアラブルパソコン等の表示装置等や、作業者に指示を表示する表示装置としての使用方法が期待されている。その例として、特開平８−３０５２９８号に記載されるような方式のものが公知となっている。

このようなヘッドマウントディスプレイにおいて、表示部は、眼の前に置いて使用されるが、眼の前に常時あることが望ましい場合（他の作業はしないので、他に邪魔されたくない）もあれば、眼の前にはあってほしくない場合や、一旦眼の前からなくなり再度使用したい等、さまざまな状況が考えられる。そこで、頭部に装着したままの状態で、表示部が眼の前から移動することができるような構造となっていることが好ましい。

特開平８−３０５２９８号

本出願人は、このような公知のヘッドマウントディスプレイ装置とは異なる、全く新しい方式のヘッドマウントディスプレイについて、特願２００２−３７１９９４号として特許出願を行っている。このヘッドマウントディスプレイは公知のものではないが、その概要を図４に示す。ヘッドマウントディスプレイ２１は、リアアーム２２、ディスプレイアーム２３、表示部２４、耳当て部２５を主要部として構成されている。ディスプレイアーム２３が本明細書及び特許請求の範囲で言う支持部に相当し、リアアーム２２が本明細書及び特許請求の範囲で言う接続部に相当する。

表示部２４はディスプレイアーム２３の先端部に取り付けられており、帯状となったディスプレイアーム２３の後部は、リアアーム２２中の中空部に収納され、装着者の頭部の形状に合わせて伸縮可能なようになっている。耳当て部２５はリアアーム２２に固定されて、リアアーム２２の弾性付勢力により、装着者の耳を押さえつけるようにされている。

この方式のヘッドマウントディスプレイ２１においては、ディスプレイアーム２３はリアアーム２２の片側にしか収納されておらず、表示部２４を左眼の前に配置する場合には図４に示されたような姿勢で使用し（実線がディスプレイアーム２３と表示部２４が収納位置にある場合を示し、２点鎖線が表示部２４を装着者の眼前に位置させて画像を観察する場合を示す）、表示部２４を右眼の前に配置する場合は、図４に示された姿勢から１８０°回転させ、上下左右を反対にした姿勢で使用する。

このようなヘッドマウントディスプレイにおいては、表示部２４がディスプレイアーム２３に対して相対的な位置関係が変えられるようにしておくと共に、ディスプレイアーム２３もリアアーム２２との相対的な位置関係が変えられるようにしておき、装着者の顔の形状に合わせて、最適な位置で画像が観察できるようにしておくことが好ましい。

発明者はこのようなことを考慮し、表示部２４とディスプレイアーム２３の相対的な位置関係、ディスプレイアーム２３とリアアーム２２との相対的な位置関係が変えられるようなヘッドマウントディスプレイについても特許出願を行っている。

ところで、このような表示部２４とディスプレイアーム２３、ディスプレイアーム２３とリアアーム２２との相対的な位置関係は、一端位置決めがされてしまった後では、簡単に動かないようにしておくことが好ましい一方、位置決めをする前や、位置決めをし直すときには、簡単に動く方が好ましい。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、これらの矛盾した要求に応え、調整を行うときには部材同士の位置関係が変化し易く、調整を行っていないときには部材同士の位置関係が変化しにくい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。

前記課題を解決するための第１の手段は、装着者に画像を表示するための表示部と、前記表示部を支持する支持部と、前記支持部を保持して顔前以外の位置で装着者に装着される装着部とを有し、前記装着部は、両方の耳に各々接する２つの耳当て部と、当該耳当て部同士を接続し、かつ、当該耳当て部が装着者の耳に押圧されるような付勢力を与える接続部を有するヘッドマウントディスプレイであって、前記表示部は、前記支持部に、前記支持部との相対位置の変化が可能なように支持され、かつ、前記表示部には装着者が当該表示部に手を触れているかどうかを検出する接触センサが設けられており、前記接触センサが、装着者が前記表示部に手を触れていることを検出している間、前記表示部と前記支持部の間の拘束力を弱め、前記接触センサが、装着者が前記表示部に手を触れていることを検出していないときは、前記表示部と前記支持部の間の拘束力を強める制御装置が設けられていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ（請求項１）である。

本手段においては、接触センサが、装着者が当該表示部に手を触れていることを検知すると、制御装置が表示部と支持部の間の拘束力を弱めるので、装着者は容易に表示部と支持部の位置関係を変えることができる。一方、装着者が当該表示部に手を触れていることを検知しない場合は、制御装置が表示部と支持部の間の拘束力を強めるので、制御部と表示部の位置関係は安定した状態に保たれる。

前記課題を解決するための第２の手段は、装着者に画像を表示するための表示部と、前記表示部を支持する支持部と、前記支持部を保持して顔前以外の位置で装着者に装着される装着部とを有し、前記装着部は、両方の耳に各々接する２つの耳当て部と、当該耳当て部同士を接続し、かつ、当該耳当て部が装着者の耳に押圧されるような付勢力を与える接続部を有するヘッドマウントディスプレイであって、前記支持部は、前記装着部に、前記装着部との相対位置の変化が可能なように支持され、かつ、前記表示部には装着者が当該表示部に手を触れているかどうかを検出する接触センサが設けられており、前記接触センサが、装着者が前記表示部に手を触れていることを検出している間、前記支持部と前記装着部の間の拘束力を弱め、前記接触センサが、装着者が前記表示部に手を触れていることを検出していないときは、前記支持部と前記装着部の間の拘束力を強める制御装置が設けられていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ（請求項２）である。

本手段においては、接触センサが、装着者が当該表示部に手を触れていることを検知すると、制御装置が支持部と装着部の間の拘束力を弱めるので、装着者は容易に支持部と装着部の位置関係を変えることができる。一方、装着者が当該表示部に手を触れていることを検知しない場合は、制御装置が支持部と装着部の間の拘束力を強めるので、支持部と装着部の位置関係は安定した状態に保たれる。

前記課題を解決するための第３の手段は、装着者に画像を表示するための表示部と、前記表示部を支持する支持部と、前記支持部を保持して顔前以外の位置で装着者に装着される装着部とを有し、前記装着部は、両方の耳に各々接する２つの耳当て部と、当該耳当て部同士を接続し、かつ、当該耳当て部が装着者の耳に押圧されるような付勢力を与える接続部を有するヘッドマウントディスプレイであって、前記表示部は、前記支持部に、前記支持部との相対位置の変化が可能なように支持されると共に、前記支持部は、前記装着部に、前記装着部との相対位置の変化が可能なように支持されており、かつ、前記表示部には装着者が当該表示部に手を触れているかどうかを検出する接触センサが設けられており、前記接触センサが、装着者が前記表示部に手を触れていることを検出している間、前記表示部と前記支持部の間の拘束力と前記支持部と前記装着部の間の拘束力を弱め、前記接触センサが、装着者が前記表示部に手を触れていることを検出していないときは、前記表示部と前記支持部の間の拘束力と前記支持部と前記装着部の間の拘束力を強める制御機構が設けられていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ（請求項３）である。

本手段は、前記第１の手段と第２の手段の機能を併せて持つものである。よって、前記第１の手段と第２の手段の双方の作用効果を奏する。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、前記接触センサが、前記表示部の上面、下面、前面のうちの少なくとも一つの面に設けられていることを特徴とするもの（請求項４）である。

装着者が表示部の位置を変更しようとする場合には、表示部の上下面を指で挟んで操作することが多い。また、前面にも触って操作することもある。よって、この部分に接触センサを取り付けておけば、使用者が表示部に手を触れていることを精度よく検出することができる。

本発明によれば、調整を行うときには部材同士の位置関係が変化し易く、調整を行っていないときには部材同士の位置関係が変化しにく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。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態であるヘッドマウントディスプレイの概要図である。ヘッドマウントディスプレイ１は、画像を形成し、それを光学系を介して人間の眼に表示する表示部２と、表示部２を保持するディスプレイアーム（支持部）３と、ディスプレイアーム３を保持する装着部４とからなり、装着部４は、２つの耳当て部５とそれらを接続する接続部６から成り立っている。耳当て部５には耳かけ部材７が設けられている。

ディスプレイアーム３は、ディスプレイアーム保持部６ａにより接続部６に保持されている。又、表示部２はディスプレイアーム３に保持されている。２つの耳当て部５は接続部６により連結され、接続部６の弾性力により装着者の頭部Ｈの耳を両側から押さえつけ、ヘッドマウントディスプレイ１全体を頭部Ｈに固定するようになっている。

表示部２の上面と下面には、タッチセンサ８が取り付けられている。タッチセンサ８は、リミットスイッチや圧力スイッチのように、装着者が表示部２をつかんだときにその圧力により作動するものであってもよいし、近接スイッチのように、装着者の指の近接を検知するものであってもよい。装着者が、表示部２をつかんだことを検知できるものであれば、どのようなものであってもよい。なお、タッチセンサ８を表示部２の前面に設けるようにしてもよい。

図２は、図１に示したヘッドマウントディスプレイ１を上方から見た図であり、一部は断面を示している。なお、以下の図面において、本欄における前出の図に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略する。

ディスプレイアーム３の先端部は球状体３ａとなっており、表示部２は、球面軸受と球状体３ａを介してディスプレイアーム３に対して回動可能に取り付けられている。同様、ディスプレイアーム保持部６ａの先端部は球状体６ｂとなっており、ディスプレイアーム３は、球面軸受と球状体６ｂ、ディスプレイアーム保持部６ａを介して接続部６に対して回動可能に取り付けられている。各球面軸受には、電磁石３ｂ、６ｃが、それぞれ球状体３ａ、６ｂと摺動するように設けられている。

通常の状態では、電磁石３ｂ、６ｃは励磁された状態にあり、これにより、球状体３ａと電磁石３ｂ、球状体６ｂと電磁石６ｃの間には大きな磁力が発生して、表示部２がディスプレイアーム３に対して、又、ディスプレイアーム３がディスプレイアーム保持部６ａに対して回動できないようにされている。タッチセンサ８が、装着者が表示部２をつかんだことを検出すると、図示しない制御装置（例えばディスプレイアーム３の内部に設けられることもあり、ヘッドマウントディスプレイ１とは独立して設けられ配線で接続されることもある）が、電磁石３ｂ、６ｃの励磁を解除し、球面軸受が通常どおり働いて、表示部２がディスプレイアーム３に対して、又、ディスプレイアーム３がディスプレイアーム保持部６ａに対して容易に回動することができるようになる。

よって、装着者が表示部２を手でつまんだ状態では、表示部２がディスプレイアーム３に対して、又、ディスプレイアーム３がディスプレイアーム保持部６ａに対して容易に回動して、表示部２の姿勢を容易に調整することができ、装着者が表示部２から手を離した状態では、表示部２がディスプレイアーム３に対して、又、ディスプレイアーム３がディスプレイアーム保持部６ａに対して固定した姿勢を維持する。

図３は、本発明の第２の実施の形態であるヘッドマウントディスプレイの概要図であり、平断面図である。
この実施の形態においては、表示部２は、ディスプレイアーム３の先端部に固定され、ディスプレイアーム３が接続部６の中を前後に出入りして、表示部２を装着者の眼前に位置させたり、眼前から横に移動して頭部Ｈの側面に位置させるようになっている。なお、図示を省略しているが、表示部２の上下面には、図１と同じように、タッチセンサ８が設けられている。接続部６には凸部が設けられており、その中に電磁石６ｄが設けられている。この例においては、ディスプレイアーム３は磁性体でできているか、少なくとも電磁石６ｄに接する面が磁性体でできている。

通常の状態では、電磁石６ｄは励磁された状態にあり、これにより、ディスプレイアーム３と電磁石６ｄの間には大きな磁力が発生して、ディスプレイアーム３が接続部６に対して移動できないようにされている。タッチセンサ８が、装着者が表示部２をつかんだことを検出すると、図示しない制御装置が、電磁石６ｄの励磁を解除し、ディスプレイアーム３と電磁石６ｄとの磁気吸着力がなくなって、ディスプレイアーム３を接続部６に対して容易に出入りさせることができるようになっている。

なお、図３に示す例では、表示部２はディスプレイアーム３に固定されているが、表示部２とディスプレイアーム３の関係を図２に示すような構成で結合した関係とし、通常は、表示部２がディスプレイアーム３に対して固定された状態にあり、装着者が表示部２をつかんだことを検出した場合には、制御装置が、表示部２がディスプレイアーム３に対して位置を容易に変えることができるような状態にするようにしてもよいことは言うまでもない。

本発明の第１の実施の形態であるヘッドマウントディスプレイの概要図である。 図１に示したヘッドマウントディスプレイを上方から見た図である。 本発明の第２の実施の形態であるヘッドマウントディスプレイの概要図である。 先願のヘッドマウントディスプレイの概要を示す図である。

符号の説明

１…ヘッドマウントディスプレイ、２…表示部、３…ディスプレイアーム、３ａ…球状体、３ｂ…電磁石、４…装着部、５…耳当て部、６…接続部、６ａ…ディスプレイアーム保持部、６ｂ…球状体、６ｃ…電磁石、６ｄ…電磁石、７…耳かけ部材、８…タッチセンサ

Claims (4)

1. 装着者に画像を表示するための表示部と、前記表示部を支持する支持部と、前記支持部を保持して顔前以外の位置で装着者に装着される装着部とを有し、前記装着部は、両方の耳に各々接する２つの耳当て部と、当該耳当て部同士を接続し、かつ、当該耳当て部が装着者の耳に押圧されるような付勢力を与える接続部を有するヘッドマウントディスプレイであって、前記表示部は、前記支持部に、前記支持部との相対位置の変化が可能なように支持され、かつ、前記表示部には装着者が当該表示部に手を触れているかどうかを検出する接触センサが設けられており、前記接触センサが、装着者が前記表示部に手を触れていることを検出している間、前記表示部と前記支持部の間の拘束力を弱め、前記接触センサが、装着者が前記表示部に手を触れていることを検出していないときは、前記表示部と前記支持部の間の拘束力を強める制御装置が設けられていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
2. 装着者に画像を表示するための表示部と、前記表示部を支持する支持部と、前記支持部を保持して顔前以外の位置で装着者に装着される装着部とを有し、前記装着部は、両方の耳に各々接する２つの耳当て部と、当該耳当て部同士を接続し、かつ、当該耳当て部が装着者の耳に押圧されるような付勢力を与える接続部を有するヘッドマウントディスプレイであって、前記支持部は、前記装着部に、前記装着部との相対位置の変化が可能なように支持され、かつ、前記表示部には装着者が当該表示部に手を触れているかどうかを検出する接触センサが設けられており、前記接触センサが、装着者が前記表示部に手を触れていることを検出している間、前記支持部と前記装着部の間の拘束力を弱め、前記接触センサが、装着者が前記表示部に手を触れていることを検出していないときは、前記支持部と前記装着部の間の拘束力を強める制御装置が設けられていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
3. 装着者に画像を表示するための表示部と、前記表示部を支持する支持部と、前記支持部を保持して顔前以外の位置で装着者に装着される装着部とを有し、前記装着部は、両方の耳に各々接する２つの耳当て部と、当該耳当て部同士を接続し、かつ、当該耳当て部が装着者の耳に押圧されるような付勢力を与える接続部を有するヘッドマウントディスプレイであって、前記表示部は、前記支持部に、前記支持部との相対位置の変化が可能なように支持されると共に、前記支持部は、前記装着部に、前記装着部との相対位置の変化が可能なように支持されており、かつ、前記表示部には装着者が当該表示部に手を触れているかどうかを検出する接触センサが設けられており、前記接触センサが、装着者が前記表示部に手を触れていることを検出している間、前記表示部と前記支持部の間の拘束力と前記支持部と前記装着部の間の拘束力を弱め、前記接触センサが、装着者が前記表示部に手を触れていることを検出していないときは、前記表示部と前記支持部の間の拘束力と前記支持部と前記装着部の間の拘束力を強める制御装置が設けられていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
4. 前記接触センサが、前記表示部の上面、下面、前面のうちの少なくとも一つの面に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
   

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