JP4609256B2 - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Description

この発明は、眼幅調整機構を備えたヘッドマウントディスプレイに関する。

詳しくは、この発明は、画像を表示するための左眼用表示ユニットおよび右眼用表示ユニットの間に、各表示ユニットとそれぞれアームを介して接続された回転部材を設けることによって、左眼用表示ユニットと右眼用表示ユニットとの間の距離を回転部材の回転軸を中心に左右対称に調整することを可能とし、壊れにくく、なおかつシンプルな構成をもつ眼幅調整機構を備えたヘッドマウントディスプレイに係るものである。

ヘッドマウントディスプレイとは、頭部に装着可能なディスプレイであり、ビデオ映像等の画像を、大きな画面に映し出したものと同等の画像として仮想的に体感できるものである。このように、目の前に大きな画像が映し出されるため、ＤＶＤ等を長時間鑑賞する場合等は、目の健康のためにも、ヘッドマウントディスプレイから映し出される画像を、眼幅に正確に合わせる必要があった。

従来のヘッドマウントディスプレイは、人間の眼幅の個人差に対応するため、左右両眼に照射する有効面積を多くとることによって、画像の有効範囲を大きくとっていた。しかし、画像の有効範囲を大きくとるには、眼に照射するために用いられる光学部品の構造を比例して物理的に大きくせざるを得なかったため、ヘッドマウントディスプレイ本体の大きさを大幅に変えなければならないこともあった。

このため、ヘッドマウントディスプレイそのものの大きさを変えることなく眼幅調整を行なうための眼幅調整機構を設けることが強く望まれていた。

そこで、従来、眼幅を調整するために、ラックアンドピニオン方式を用いた眼幅調整機構を備えたヘッドマウントディスプレイが特許文献１で提案されている。また、特許文献２では、ラックアンドピニオン方式を用いて眼幅を調整する眼鏡フレームが提案されている。

特開平６−２７６４５９号公報 特開平８−１２２７１５号公報

しかし、上述した発明は、いずれも眼幅を調整するためにラックアンドピニオン方式を用いており、ギア構成であったため、不特定多数の人によって使用され、眼幅が頻繁に調整されるようなことがあると、すぐに壊れるおそれがあった。

この発明の目的は、本体の大きさを変えることなく、ユーザの眼幅の個人差に対応でき、壊れにくく、シンプルな構造をもつ眼幅調整機構を備えたヘッドマウントディスプレイを提供することにある。

この発明の概念は、
左眼用の拡大画像を得るための、左眼用表示部および光学部を有する左眼用表示ユニットと、
右眼用の拡大画像を得るための、右眼用表示部および光学部を有する右眼用表示ユニットと、
上記左眼用表示ユニットおよび上記右眼用表示ユニットを左右方向に摺動自在にガイドするガイド部と、
上記左眼用表示ユニットと上記右眼用表示ユニットとの間の距離を調整するための眼幅調整機構と
を備え、人間の頭部に装着して用いるヘッドマウントディスプレイであって、
上記眼幅調整機構は、
上記左眼用表示ユニットおよび上記右眼用表示ユニットの間に回転軸を有し、該回転軸を中心に回転する回転部材と、
一端が上記左眼用表示ユニットに回動自在に接続され、他端が上記回転部材の上記回転軸から所定の距離にある第１の部位に回動自在に接続される左側アームと、
一端が上記右眼用表示ユニットに回動自在に接続され、他端が上記第１の部位に対向し、上記回転部材の上記回転軸から上記所定の距離にある第２の部位に回動自在に接続される右側アームとを有し、
上記左側アームは、第１の左側アームおよび第２の左側アームからなり、
上記第１の左側アームは、上記左右方向に延びた状態で、一端が上記左眼用表示ユニットに固定され、
上記第２の左側アームは、一端が上記第１の部位に回動自在に接続され、
上記第２の左側アームの他端は、上記第１の左側アームの他端と回動自在に接続され、
上記右側アームは、第１の右側アームおよび第２の右側アームからなり、
上記第１の右側アームは、上記左右方向に延びた状態で、一端が上記右眼用表示ユニットに固定され、
上記第２の右側アームは、一端が上記第２の部位に回動自在に接続され、
上記第２の右側アームの他端は、上記第１の右側アームの他端に回動自在に接続され、
上記回転部材が上記回転軸を中心に回転することで上記左眼用表示ユニットおよび上記右眼用表示ユニットが上記ガイド部に沿って上記回転軸を中心に左右対称に移動する
ことを特徴とするヘッドマウントディスプレイにある。

この発明において、左眼用表示ユニットは、左眼用表示部と光学部を備えている。また、右眼用表示ユニットも左眼用表示ユニットと同様に、右眼用表示部と光学部を備えている。ユーザは、左右２つの表示ユニットに両眼を当てるだけで、大きな画面に映し出されたかのような大きな画像を仮想的に体感することができる。

左眼用表示ユニットおよび右眼用表示ユニットは、それぞれ、左眼および右眼の配置に合わせて左右に並べられ、ガイド部を用いて摺動自在に左右方向にガイドされる。ガイド部は、例えば上下に平行に配設された２本のレールで構成されており、左眼用表示ユニットおよび右眼用表示ユニットは、２本のレールの間にはさまれている。

左眼用表示ユニットおよび右眼用表示ユニットの側面にあるフレームの上下側面には、例えば、上下のレールを挿入するための溝がそれぞれ設けられており、ユーザが左眼用表示ユニットおよび右眼用表示ユニットをレールに沿って左右にスライドさせることができるようになっている。

左眼用表示ユニットおよび右眼用表示ユニットを左右対称に移動させるために、左眼用表示ユニットおよび右眼用表示ユニットの間に回転軸を有し、その回転軸を中心に回転する回転部材を設け、回転部材と各表示ユニットを、それぞれ同じ長さの２本のアームを介して接続する。

２本のアームは、一端が左眼用表示ユニットに回動自在に接続され、他端が回転部材の第１の部位に回動自在に接続される左側アームと、一端が右眼用表示ユニットに回動自在に接続され、他端が回転部材の第２の部位に回動自在に接続される右側アームとからなる。第１の部位は、回転軸から所定の距離だけ離れた位置にある。また、第２の部位は、第１の部位と回転軸をはさんで対向し、回転軸から、第１の部位と回転軸との距離と同じ距離だけ離れた位置にある。

ユーザが左眼用表示ユニットまたは右眼用表示ユニットを左右にスライドさせることによって回転部材が回転するので、左側アームはさんで接続された左眼用表示ユニットと、右側アームをはさんで接続された右眼用表示ユニットとの間の距離を、回転軸を中心に左右対称に調整することができる。

このように、ヘッドマウントディスプレイの眼幅調整機構をシンプルな構成にすることによって、コストを低く抑えることができる上、ギア構成のラックアンドピニオン方式に比べて、壊れにくくすることができる。

また、回転部材を大きくし、ユーザが回転部材を直接操作するようにしてもよい。この場合、回転部材は、ユーザが操作しやすいように、円形または正多角形である。回転部材が例えば円形であるときは、その直径が上下のレールの間隔より大きく構成され、回転部材の上部および下部がユーザの指で操作しやすいように配設される。

このような構成にすることによって、ユーザは回転部材の上部または下部を指で操作して回転させるだけで、左眼用表示ユニットと右眼用フレームとの間の距離を、回転軸を中心に左右対称に調整することができる。

また、左眼用表示ユニットと回転部材とを接続するアームを、第１の左側アームおよび第２の左側アームの２本のアームで構成し、右眼用表示ユニットと回転部材とを接続するアームを、第１の右側アームおよび第２の右側アームの２本のアームで構成してもよい。

第１の左側アームは、左右方向に延びた状態で、一端が左眼用表示ユニットに固定される。また、第２の左側アームの一端は、回転軸から所定の距離だけ離れた位置にある第１の部位で、回転部材と回動自在に接続されている。また、第２の左側アームの他端は、第１の左側アームの他端に回動自在に接続されている。

第１の右側アームも、第１の左側アームと同様に、左右方向に延びた状態で、一端が右眼用表示ユニットに固定される。また、第２の右側アームの一端は、第１の部位に回転軸をはさんで対向し、回転軸から、第１の部位と回転軸との距離と同じ距離だけ離れた位置にある第２の部位で回転部材と接続されている。また、第１の右側アームの他端は、第２の右側アームの他端に回動自在に接続されている。

このような構成にすることによって、第１の左側アームおよび第１の右側アームが、左右方向に延びた状態でそれぞれ左眼用表示ユニットおよび右眼用表示ユニットに固定され、第２の左側アームおよび第２の右側アームだけが回転部材の回転に合わせて動くので、第１の左側アームおよび第１右側アームの上下部分にスペースを設けることができ、これらのスペースを有効利用することができる。

この発明によれば、左眼用表示ユニットと右眼用表示ユニットとの間に回転軸を有し、各表示ユニットとそれぞれアームを介して接続された回転部材を設けて、回転部材が回転することによって、左眼用表示ユニットと右眼用表示ユニットとの間の距離を左右対称に調整するものであり、眼幅調整機構を壊れにくく、シンプルな構成とすることができる。

この発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、第１の実施の形態であるヘッドマウントディスプレイ１００の構成を上から見た図である。また、図２は、ユーザの両眼側から見たヘッドマウントディスプレイ１００の構成を示す図である。以下、図１、図２を用いてヘッドマウントディスプレイ１００の構成を説明する。

ヘッドマウントディスプレイ１００は、大きく分けると、本体１０と、この本体１０をユーザの頭部に装着するためのテンプル４１およびテンプル４２で構成される。本体１０は、装着した際にユーザの顔面の前方に位置する。本体１０は、左耳用のテンプル４１および右耳用のテンプル４２が両耳にかけられることによってユーザの頭部に装着される。

また、ヘッドマウントディスプレイ１００の本体１０には、ユーザの鼻が当たる位置にカバー５１が取り付けられており、このカバー５１の側面には、鼻かけ部１９が接続されている。ユーザは、鼻を鼻かけ部１９に装着することによって、本体１０が下にずれ落ちるのを防ぐことができる。

また、図示しないが、例えば、本体１０に、音声を聞くためのイヤホンが接続されていてもよい。

本体１０には、内部に外光が入るのを防ぐため、前面、上下および左右にカバー５０が取り付けられている。カバー５０の内側の左右の側面には、それぞれ上下に穴が開けられており、上下に２本のレール、つまり、レール１７およびレール１８が互いに平行に取り付けられている。また、これらの間には、表示ユニット１０ａおよび表示ユニット１０ｂが左右に配設されている。表示ユニット１０ａおよび表示ユニット１０ｂはそれぞれ、左眼用表示ユニットおよび右眼用表示ユニットを構成している。また、レール１７およびレール１８はガイド部を構成している。

図示しないが、表示ユニット１０ａは、左眼用の拡大画像を得るための表示部および光学部を有している。また、表示ユニット１０ｂにも同様に、右眼用の拡大画像を得るための表示部および光学部を有している。

また、これらとともに、表示ユニット１０ａおよび表示ユニット１０ｂには、ユーザが直接両眼を当てるためのレンズ１１ａおよびレンズ１１ｂがあり、これらの上下左右の側面を覆うように、フレーム１２ａおよびフレーム１２ｂが取り付けられている。

また、フレーム１２ａの上下側面には、レール１７、１８をそれぞれ挿入するための溝１７ａ、１８ａが設けられており、フレーム１２ｂの上下側面には、レール１７、１８をそれぞれ挿入するための溝１７ｂ、１８ｂが設けられている。ユーザは、フレーム１２ａおよびフレーム１２ｂの上下にそれぞれ取り付けられた、すべりどめ１３ａおよびすべりどめ１３ｂを左右方向にスライドさせることによって、表示ユニット１０ａと表示ユニット１０ｂとを、レール１７および、レール１８に沿って左右方向に移動させることができる。

以下、ユーザが眼幅に合わせて、表示ユニット１０ａと表示ユニット１０ｂとの間の距離を左右対称に調整するための眼幅調整機構について、図２を用いて詳細に説明する。なお、図２においては、図１で示したテンプル４１およびテンプル４２と、カバー５１および鼻かけ部１９は省略されている。

表示ユニット１０ａには、図示しない表示部や光学部と、ユーザが左眼で覗くためのレンズ１１ａとが固定されており、側面はフレーム１２ａで覆われている。また、フレーム１２ａの上下側面には、ユーザの指がすべらないようにすべりどめ１３ａが取り付けられている。

また、表示ユニット１０ｂにも、表示ユニット１０ａと同様に、図示しない表示部や光学部と、ユーザが右眼で覗くためのレンズ１１ｂとが固定されており、側面はフレーム１２ｂで覆われている。また、フレーム１２ｂの上下側面には、フレーム１２ａと同様に、ユーザの指がすべらないように、すべり止め１３ｂが取り付けられている。

表示ユニット１０ａおよび表示ユニット１０ｂにそれぞれ固定された各表示部には、ビデオ映像等の画像が表示され、これらは光学部で虚像として拡大される。ユーザが左眼をレンズ１１ａ、右眼をレンズ１１ｂにそれぞれ当てると、光学部から出力される光が、ユーザの両眼の網膜に投影され、ユーザは、大きな画面に映し出されたかのような大きな画像を仮想的に体感することができる。

表示ユニット１０ａおよび表示ユニット１０ｂの間には、回転軸１６が設けられている。回転軸１６は、カバー５０に取り付けられている。回転部材１５は、この回転軸１６を中心に回転するものであり、ユーザの顔面に平行に設けられている。回転部材１５はアーム１４ａおよびアーム１４ｂを介して、それぞれ、表示ユニット１０ａおよび表示ユニット１０ｂに接続されている。なお、アーム１４ａおよびアーム１４ｂは同じ長さである。

アーム１４ａの一端はフレーム１２ａの右側面に回動自在に接続され、他端は回転部材１５の回転軸１６から所定距離、例えば回転部材１５の半径程度離れた接続部位１５ａに回動自在に接続されている。接続部位１５ａは、第１の部位を構成している。

また、アーム１４ｂの一端はフレーム１２ｂの左側面に回動自在に接続され、他端は、接続部位１５ａに回転軸１６をはさんで対向し、接続部位１５ａと回転軸１６の距離と同じ距離だけ離れた接続部位１５ｂに回動自在に接続されている。接続部位１５ｂは、第２の部位を構成している。図２に示すように、接続部位１５ａ、回転軸１６、接続部位１５ｂは、同一直線上にある。

このように、ユーザが、すべりどめ１３ａもしくはすべりどめ１３ｂを指で左右方向に移動させることによって、アーム１４ａおよびアーム１４ｂを介して回転部材１５が回転軸１６を中心に回転するので、表示ユニット１０ａと表示ユニット１０との間の距離を、回転軸１６を中心に左右対称に調整することができる。

次に、図３を用いて、第２の実施の形態である、ヘッドマウントディスプレイ１００Ａについて説明する。この図３において、図２に対応する箇所には、同一符号を付し、適宜に説明を省略する。

図３に示すヘッドマウントディスプレイ１００Ａは、回転部材１５が、アーム２４ａおよびアーム２５ａを介して表示ユニット１０ａに接続されている上、アーム２４ｂおよびアーム２５ｂを介して表示ユニット１０ｂに接続されている。

アーム２４ａは、左右方向に延びた状態、つまり、レール１７およびレール１８と平行に配設され、一端がフレーム１２ａの右側面に固定されている。また、アーム２５ａは、一端が回転部材１５の接続部位１５ａに回動自在に接続されており、他端がアーム２４ａの他端に回動自在に接続されている。このとき、アーム２４ａは第１の左側アームを構成し、アーム２５ａは第２の左側アームを構成している。

アーム２４ｂも、アーム２４ａと同様に、左右方向に延びた状態で、一端がフレーム１２ｂの左側面に固定されている。また、アーム２５ｂは、一端が回転部材１５の接続部位１５ｂに回動自在に接続されており、アーム２５ｂの他端は、アーム２４ｂの他端に回動自在に接続されている。このとき、アーム２４ｂは第１の右側アームを構成し、アーム２５ｂは第２の右側アームを構成している。

このような構成にすることによって、ユーザが、すべりどめ１３ａまたはすべりどめ１３ｂを指で左右方向に移動させると、回転部材１５が回転軸１６を中心に回転する。アーム２４ａおよび２４ｂは上下に動くことがないように固定されているため、アーム２５ａおよびアーム２５ｂだけが回転部材１５の回転に合わせて動く。したがって、アーム２４ａおよびアーム２４ｂの上下部分にスペースを設けることができ、有効利用することができる。

次に、図４を用いて、第３の実施の形態としてのヘッドマウントディスプレイ１００Ｂについて説明する。図４においても、図２に対応する箇所については同一符号を付し、適宜説明を省略する。

ヘッドマウントディスプレイ１００Ｂには、回転部材１５と同様に、レール１７、１８の間に回転軸１６を有するものの、直径が、レール１７およびレール１８の間隔よりも大きい回転部材１５Ｂが設けられている。

このように回転部材１５Ｂを大きくすることによって、ユーザが、例えば、回転部材１５Ｂの上部を指で左右方向に動かすと、回転部材１５Ｂが回転軸１６を中心に回転するので、表示ユニット１０ａと表示ユニット１０との間の距離を、回転軸１６を中心に左右対称に調整することができる。また、ユーザの指がすべらないように、回転部材１５Ｂの側面にすべりどめを取り付けてもよい。

図５は、ヘッドマウントディスプレイ１００の使用状態を示す図である。以下、ユーザがヘッドマウントディスプレイ１００を使用し、眼幅を調整する際の動作を説明する。

まず、ユーザは、テンプル４１およびテンプル４２をそれぞれ耳にかけ、鼻かけ部１９を鼻にかけて、本体１０を固定する。次に、ユーザはレンズ部１１ａおよびレンズ部１１ｂの位置が左右両眼に合うように、図５に示すように、すべりどめ１３ａおよびすべりどめ１３ｂをそれぞれ指ではさみ、それぞれ左右逆方向にスライドさせる。ヘッドマウントディスプレイ１００Ａを使用する場合も同じである。また、使用状態は図示しないが、ヘッドマウントディスプレイ１００Ｂを使用する際は、ユーザが指で中央の回転部材１５Ｂを回転させ、眼幅に合わせて調整する。

いずれの実施の形態においても、ユーザが、眼幅を広くとりたいときは、例えば、右にスライドさせ、眼幅をせまくとりたいときは、左にスライドさせる。こうすることによって表示ユニット１０ａおよび表示ユニット１０ｂとアームを介して接続された回転部材１５（１５Ｂ）が回転し、表示ユニット１０ａと表示ユニット１０ｂとの間の距離を左右対称に調整することができる。

このように、ヘッドマウントディスプレイ１００、１００Ａ、１００Ｂは、いずれもシンプルな構造をもつ眼幅調整機構を備えているので、コストを低く抑えることができる。

さらに、いずれの眼幅調整機構も、ラックアンドピニオン方式を用いたギア構成に比べて、壊れにくいので、例えば、不特定多数の人が利用し、眼幅が頻繁に調整されるようなゲームセンター等でも利用することができる。

なお、上述のいずれの実施の形態においても、回転部材１５、１５Ｂを円形としたが、円形に限らず、正多角形としてもよいし、棒状のものであってもよい。

また、上述のいずれの実施の形態においても、回転部材１５、１５Ｂを、ユーザの顔面に平行に配設したが、回転部材１５、１５Ｂが回転可能であれば、ユーザの顔面に直交するように配設してもよいし、斜めに配設してもよい。

また、上述いずれの実施の形態においても、ガイド部が上下に平行に取り付けられた２本のレール１７、１８で構成されるとしたが、いずれか一本のレールで構成されるようにしてもよい。

また、上述のいずれの実施の形態においても、ユーザが表示ユニット１０ａおよび表示ユニット１０ｂをユーザの眼幅に合わせて、自由にスライドできるようにしたが、段階調整ができるようにしてもよい。

例えば、フレーム１２ａおよびフレーム１２ｂの上部および下部に、所定間隔毎に溝を設け、レール１７およびレール１８に、これらの溝と同じ間隔毎に、これらの溝に対応したストッパー（凸部）を取り付ける。ストッパーは、表示ユニット１０ａおよび表示ユニット１０ｂがスライドする際に抵抗が少ないように、例えば、合成樹脂等の弾性部材でできている。

ユーザは表示ユニット１０ａおよび表示ユニット１０ｂをユーザの眼幅に合った所定の段階までスライドさせると、ストッパーが溝に入り込むので、使用中に表示ユニット１０ａおよび表示ユニット１０ｂが左右にずれるのを防ぐことができる。

また、上述の第２の実施の形態においては、アーム２４ａの一端およびアーム２４ｂの一端を、それぞれフレーム１２ａおよびフレーム１２ｂに固定し、上下に動かないようにしたが、アーム２４ａの一端およびアーム２４ｂの一端をフレーム１２ａおよびフレーム１２ｂに回動自在に接続し、アーム２４ａおよびアーム２４ｂの上下にそれぞれガイド部材を取り付けて、アーム２４ａ、２４ｂが上下方向に動かないように規制するようにしてもよい。

この発明は、眼幅を調整するための眼幅調整機構を壊れにくく、シンプルな構造とするものであり、眼幅調整を必要とするヘッドマウントディスプレイに適用できる。

第１の実施の形態としてのヘッドマウントディスプレイの構成を示す図である。 ユーザの両眼側から見た、第１の実施の形態としてのヘッドマウントディスプレイの構成を示す図である。 第２の実施の形態としてのヘッドマウントディスプレイの構成を示す図である。 第３の実施の形態としてのヘッドマウントディスプレイの構成を示す図である。 第１の実施の形態としてのヘッドマウントディスプレイの使用状態を示す図である。

符号の説明

１０…本体、１０ａ，１０ｂ…表示ユニット、１１ａ，１１ｂ…レンズ、１２ａ，１２ｂ…フレーム、１３ａ，１３ｂ…すべりどめ、１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ…アーム、１５，１５Ｂ…回転部材、１５ａ，１５ｂ…接続部位、１６…回転軸、１７，１８…レール、１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ…溝、１９…鼻かけ部、４１，４２…テンプル、５０，５１…カバー、１００，１００Ａ，１００Ｂ…ヘッドマウントディスプレイ

Claims (2)

1. 左眼用の拡大画像を得るための、左眼用表示部および光学部を有する左眼用表示ユニットと、
   右眼用の拡大画像を得るための、右眼用表示部および光学部を有する右眼用表示ユニットと、
   上記左眼用表示ユニットおよび上記右眼用表示ユニットを左右方向に摺動自在にガイドするガイド部と、
   上記左眼用表示ユニットと上記右眼用表示ユニットとの間の距離を調整するための眼幅調整機構と
   を備え、人間の頭部に装着して用いるヘッドマウントディスプレイであって、
   上記眼幅調整機構は、
   上記左眼用表示ユニットおよび上記右眼用表示ユニットの間に回転軸を有し、該回転軸を中心に回転する回転部材と、
   一端が上記左眼用表示ユニットに回動自在に接続され、他端が上記回転部材の上記回転軸から所定の距離にある第１の部位に回動自在に接続される左側アームと、
   一端が上記右眼用表示ユニットに回動自在に接続され、他端が上記第１の部位に対向し、上記回転部材の上記回転軸から上記所定の距離にある第２の部位に回動自在に接続される右側アームとを有し、
   上記左側アームは、第１の左側アームおよび第２の左側アームからなり、
   上記第１の左側アームは、上記左右方向に延びた状態で、一端が上記左眼用表示ユニットに固定され、
   上記第２の左側アームは、一端が上記第１の部位に回動自在に接続され、
   上記第２の左側アームの他端は、上記第１の左側アームの他端と回動自在に接続され、
   上記右側アームは、第１の右側アームおよび第２の右側アームからなり、
   上記第１の右側アームは、上記左右方向に延びた状態で、一端が上記右眼用表示ユニットに固定され、
   上記第２の右側アームは、一端が上記第２の部位に回動自在に接続され、
   上記第２の右側アームの他端は、上記第１の右側アームの他端に回動自在に接続され、
   上記回転部材が上記回転軸を中心に回転することで上記左眼用表示ユニットおよび上記右眼用表示ユニットが上記ガイド部に沿って上記回転軸を中心に左右対称に移動する
   ことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
2. 上記回転部材は円形または正多角形である
   ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。

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