JP4572737B2

JP4572737B2 - ヘッドマウントディスプレイ

Info

Publication number: JP4572737B2
Application number: JP2005137531A
Authority: JP
Inventors: 匡智古田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-05-10
Filing date: 2005-05-10
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2025-05-10
Also published as: JP2006319440A

Description

本発明は、使用者の眼前に配置した画像表示部に画像や情報を表示するヘッドマウントディスプレイに関するものである。

従来のヘッドマウントディスプレイとして、例えば本出願人が出願した特許文献１に示すように、ヘルメット等のハウジングに固定されて画像や情報を出射する画像出射装置と、この画像出射装置に表示された画像の虚像を使用者の眼前に設置された画像表示部（コンバイナ）の前方に結像させる光学系とを設けて、画像表示装置からの画像を外景光と合わせて重畳表示させるものが知られている。
特許第２９５２８５８号公報

上記の発明を含めた従来のヘッドマウントディスプレイでは、一般的に画像表示部がヘルメット等のハウジングに対して、支持フレームを介して取り付けられている。この際、使用者の目の位置や見やすさに個人差があるため、画像表示部を取り付けるときに使用者に合わせた位置に移動調整できるような調整機構を組み込むことが望まれる。この調整機構として例えば、支持フレームやこれに組み込んだスライド板に上下方向又は左右方向若しくは前後方向、或いはこれらを複合的に組み合わせた方向に延びる溝を設けて、画像表示部をこれら溝に沿った方向に移動できるように取り付け、位置調整後に固定ネジで固定するようにした手段が従来知られている。

しかし上記のような手段は、構造が複雑で構成部材を多く必要とするとともに、位置調整時には画像表示部を調整位置にスライドさせたあと、片手で画像表示部を調整位置に保持しながら固定ビスを締め付けねばならないため、その作業は両手作業となって非常に煩雑であった。加えて、調整方向を横方向と上下方向といったように複合的に調整する場合にはその作業の煩雑さは深刻なものになる。

更に加えて、従来のヘッドマウントディスプレイでは、画像表示部がハウジングから突き出た状態になっているので、ヘッドマウントディスプレイを頭部から取り外して平面上に載置するときに、突き出た画像表示部が椅子等の固定部に当たって破損する恐れがあった。また、ヘッドマウントディスプレイを着用している場合においても常時コンバイナが眼前に垂れ下がっているので、コンバイナを使用しないときには前方視野の妨げとなっていた。

そこで本発明は、ビス等による固定作業を必要とせず、極めて簡単な操作で使用者の希望する任意の位置及び姿勢に調整することのできる位置調整機構を備えたヘッドマウントディスプレイを簡潔な構造で提供することを主たる目的とするものである。

更に、本発明の重要な目的は、ヘッドマウントディスプレイ着用中に画像表示部を必要としないときは、使用者の視野から外れた位置でハウジングに近接した位置にコンパクトに収納することにより良好な視界を確保することができるとともに、ヘッドマウントディスプレイを頭部から取り外したときに、画像表示部がハウジングから突き出ることをなくし、これにより画像表示部の損傷を未然に防止することのできるヘッドマウントディスプレイを提供することにある。

上記目的を達成する為に本発明では次のような技術的手段を講じた。即ち、本発明にあっては、使用者の頭部に装着されるハウジングと、該ハウジングの側部に取り付けられたケースと、該ケースに前後摺動可能に装着されたスライド部材と、使用者の眼前に配置される画像表示部と、スライド部材に設けた第一の球継手並びに画像表示部に設けた第二の球継手を介してスライド部材と画像表示部とを連結する連結軸とからなり、前記第一の球継手は、スライド部材に固定され且つボールを前方に抜脱しないように抱合保持する上下一対の顎部と、該ボールを背部から前方に向かって押圧するスプリングと、該スプリングの背部に配置されてその弾力を調整する調整ネジとからなり、前記ボールに連結された連結軸がスライド部材前方で少なくとも左右に略１８０度までの範囲で揺動ができるように前記上下の顎部の間に隙間が形成されている構成とした。

本発明のヘッドマウントディスプレイは上記のごとく構成したから、画像表示部は第一の球継手を支点とする円軌跡上で上下、左右、前後に移動することができ、且つスライド部材の直線動作とを組み合わせることによって、画像表示部を希望する位置に工具を使用することなく簡単に移動調整することができ、しかも任意の位置で第２の球継手を支点として回動することができるから、その姿勢を垂直な姿勢に、或いは任意の角度に傾斜した姿勢に容易に調整することができるといった効果がある。更に加えて、ヘッドマウントディスプレイ着用中に画像表示部を必要としないときは、ケースにスライド部材を連結軸とともに押し込むことによって使用者の視野から外れた位置でハウジングに近接した箇所に画像表示部を収納でき、これにより良好な前方視界を確保することができるとともに、ヘッドマウントディスプレイを頭部から取り外したときに、画像表示部がハウジングから突き出ることがなくなり、これにより画像表示部の損傷を未然に防止することのできるといった優れた効果がある。

そして、従来の球継手では得られなかった連結軸の左右に略１８０度の広範囲の角度の動作が可能となって左右に大きく回動させることができ、従って、ケースをハウジングの左右何れに取り付けた場合でも使用者の眼前に画像表示部を位置させることができて、左右兼用することが可能となる。また調整ネジを操作することによりスプリング力を調整できるので、球継手の回動摩擦力を希望する強さに調整することができるといった効果がある。

また、本発明では、ハウジングの左右両側部に前記ケースを取り付けるための取付部を設けておくのがよい。
これによりスライド部材を収納するケースをハウジングの左右何れにも取り付けることができ、画像表示部を右目用、左目用として使い分けることができる。

以下において、本発明にかかるヘッドマウントディスプレイを図面に基づき説明する。
図１は本発明にかかるヘッドマウントディスプレイの前半部を示す平面図であり、図２はその要部の正面図であり、図３は画像表示部を収納した状態を示す平面図であり、図４はケースとスライド部材並びに第一の球継手部分を示す断面図であり、図５は図４におけるＡ−Ａ線に沿った拡大断面図であり、図６は第二球継手部分を示す一部断面平面図である。

図１において、符号１は使用者の頭部に装着されるヘルメット状のハウジングであって、使用者側からみてその右側部に、取付部２並びに固定軸３を介して前後方向に長い角筒状のケース４が着脱自在に固定されており、このケース４にスライド部材５が前後方向に摺動可能に装着されている。

スライド部材５は、図４並びに図５から理解できるように、その下面に設けた摺動部５ａがケース４に設けられたレール４ａに沿ってスライドできるように組み込まれており、且つスライド部材５に設けたボールラッチの玉バネ５ｂがケース４の底に設けた連続した凹凸面４ｂに弾性的に係合することによってスライド部材４の自由な摺動がある程度規制されている。尚、玉バネ５ｂの弾力は調整ビス５ｃにより調整することができるようになっている。

スライド部材５の露出した先端部には第一のユニバーサルボールジョイント（以下これを第一の球継手という）６を介して連結軸７が連結され、該連結軸７の先端には第二のユニバーサルボールジョイント（以下これを第二の球継手という）８を介して画像表示部９のフレーム９ａが連結されている。この画像表示部９は使用者の右目前方に位置するように配置される。

前記第一の球継手６は、図４に示すように、スライド部材５に固定され且つボール６ａを前方に抜脱しないように抱合保持する上下一対の顎部６ｂ、６ｂと、前記ボール６ａを背部から前方に向かって押圧するスプリング６ｃと、該スプリング６ｃの背部に配置されてその弾力を調整する調整ネジ６ｄとから構成されていて、前記ボール６ｂに連結された連結軸７がスライド部材５の前方で水平方向に略１８０度、上下方向にも約６０度の範囲で自由に揺動ができるように前記上下の顎部６ｂ、６ｂの間に隙間６ｅ（図２参照）が形成されている。また調整ネジ６ｄを操作してスプリング力を調整することにより、球継手の回動摩擦力を希望する強さに設定することができるように形成されている。

また図６に示す如く、前記第二の球継手８も上記第一の球継手と同じように、ボール８ａを前方に抜脱しないように抱合保持する一対の顎部８ｂ、８ｂと、前記ボール８ａを背部から前方に向かって押圧するスプリング８ｃと、該スプリング８ｃの背部に配置されてその弾力を調整する調整ネジ８ｄとから構成されており、これにより画像表示部９が第二の球継手８を支点として例えば６０度までの範囲内で全方向に回動できるように形成されている。また、調整ネジ８ｄを操作してスプリング力を調整することにより、球継手の回動摩擦力を希望する強さに設定することができるように形成されている。

今、図１では使用者の右目前方に画像表示部９を配置した使用状態を平面図で示す。この状態から画像表示部９は、第一の球継手６を支点とする円軌跡上で上下、左右、前後に移動することができる。また図１の位置から画像表示部９を直線的に左右に移動させたいときは、図の２点鎖線で示すように、画像表示部９の前後位置関係を保持させた状態でスライド部材５をケース４に少し押し込むことにより横方向に直線移動させることができる。また、図１の状態かスライド部材５のみを前後に移動させることにより、画像表示部９を前後に直線的に移動させることができる。

また、任意の位置において、画像表示部９を第二の球継手８を支点として回動することにより、画像表示部９の姿勢を垂直な姿勢に、或いは任意の角度に傾斜した姿勢に調整することができる。かくて画像表示部９は、前記した第一の球継手６，第二の球継手８並びにこれら球継手を連結する連結軸７の動作、及びスライド部材５の前後直線動作によって使用者の眼前における位置調整が許容範囲内で自在に且つ容易に行うことができるとともに、姿勢の角度も自在に調整することが可能となる。

更に、連結軸７がスライド部材５の前方で水平方向に略１８０度回動できるので、ケース４をスライド部材５と共にハウジング１の反対側に取り付けた場合でも、連結軸７を図４とは逆方向に、即ち左方向に反転させ、同時に画像表示部９も反転させることでそのまま左目用として使用することができる。

また、ヘッドマウントディスプレイ着用中に画像表示部９を必要としないときは、図３に示すように、ケース４にスライド部材５を連結軸７とともに最後まで押し込むことによって使用者の視野から外れた位置でハウジング１に近接した箇所に画像表示部９を収納することができる。従って使用者の良好な前方視界を確保することができるとともに、ヘッドマウントディスプレイを頭部から取り外したときに、画像表示部９がハウジング１から大きく突き出ることがなくなって画像表示部の損傷を未然に防止することのできる。

本発明では、上記した実施例に限らず、その構成要旨を逸脱しない範囲内で適宜改変して実施することが可能である。例えば、第一並びに第二の球継手６、８の連結軸７に対する許容回動角度は上記した数値に特定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲内で変更することが可能である。またハウジング１は実施例で示したようなヘルメット状のものに限らず、ハチマキ状のものや、その他人体頭部に保持できる形態のものであればどのようなものであってもよい。

本発明は、人体頭部に装着して外界に画像や情報を表示させる表示装置全般に利用することが可能である。

本発明にかかるヘッドマウントディスプレイの前半部を示す平面図。上記ヘッドマウントディスプレイの要部の正面図。上記ヘッドマウントディスプレイにおいて画像表示部を収納した状態を示す平面図。上記ヘッドマウントディスプレイにおけるケースとスライド部材並びに第一の球継手部分を示す断面図。図４におけるＡ−Ａ線に沿った拡大断面図。上記ヘッドマウントディスプレイに於ける第二球継手部分を示す一部断面平面図。

符号の説明

１ハウジング
２取付部
４ケース
５スライド部材
６第一の球継手
６ａボール
６ｂ顎部
６ｃスプリング
６ｄ調整ネジ
７連結軸
８第二の球継手
９画像表示部

Claims

使用者の頭部に装着されるハウジングと、該ハウジングの側部に取り付けられたケースと、該ケースに前後摺動可能に装着されたスライド部材と、使用者の眼前に配置される画像表示部と、スライド部材に設けた第一の球継手並びに画像表示部に設けた第二の球継手を介してスライド部材と画像表示部とを連結する連結軸とからなるヘッドマウントディスプレイであって、前記第一の球継手は、スライド部材に固定され且つボールを前方に抜脱しないように抱合保持する上下一対の顎部と、該ボールを背部から前方に向かって押圧するスプリングと、該スプリングの背部に配置されてその弾力を調整する調整ネジとからなり、前記ボールに連結された連結軸がスライド部材前方で少なくとも左右に略１８０度までの範囲で揺動ができるように前記上下の顎部の間に隙間が形成されているヘッドマウントディスプレイ。
ハウジングの左右両側部に前記ケースを取り付けるための取付部が設けられている請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。