JP5045669B2 - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、ユーザの頭部に装着して使用するヘッドマウントディスプレイに関する。

従来から、ユーザの頭部に装着して使用する携帯表示装置として、例えば、ニアアイディスプレイまたはヘッドマウントディスプレイと呼ばれる装置が知られている（特許文献１参照）。この装置では、表示部がディスプレイアームによって支持されてユーザの眼前に配置されるように構成されている。

特開２００５−２１５３９３号公報

上述した装置は、表示部がディスプレイアームに対して姿勢変更可能に取り付けられているが、ディスプレイアームに対する表示部の位置が予期せぬ外力によってフローチャート所望に移動してしまう可能性がある。

請求項１に記載の本発明のヘッドマウントディスプレイは、画像を表示する画像表示部と、画像表示部を姿勢変更可能に支持するアームと、アームを支持し、ヘッドマウントディスプレイをユーザに装着する装着部と、画像表示部の外界側で画像表示部を保護する保護部材とを備え、画像表示部は、装着部を装着したユーザの左右いずれか一方の側の眼前に配置され、更に、装着部を装着したユーザの頭部と、保護部材との間に配置され、保護部材は、ユーザの他方の目の視界を遮らない位置まで配設されるものである。
請求項２に記載の本発明のヘッドマウントディスプレイは、画像を表示する画像表示部と、画像表示部を姿勢変更可能に支持するアームと、アームを支持し、ヘッドマウントディスプレイをユーザに装着する装着部と、画像表示部の外界側でアームに延設され、画像表示部を保護する保護部材とを備え、画像表示部は、装着部を装着したユーザの左右いずれか一方の側の眼前に配置され、更に、装着部を装着したユーザの頭部と、保護部材との間に配置され、保護部材は、ユーザの他方の目の眼前方向に向かって画像表示部よりも突出している突出部を有し、この突出部は、ユーザの他方の目の側の頭部で支持されるとともに、ユーザの他方の目の視界に対応する部分を透明な部材とするものである。

本発明によれば、予期せぬ外力から画像表示部を保護できるので、画像表示部の位置の再調節の機会が減って利便性が向上する。

図１は、第１の実施の形態のヘッドマウントディスプレイを模式的に示す図であり、ヘッドマウントディスプレイをユーザが頭部に装着した状態を示している。 図２は、図１のヘッドマウントディスプレイを前方斜め上方向から見たときの、ディスプレイアーム近傍を模式的に示す図である。 図３は、保護部の形状の他の例を示す図である。 図４は、第２の実施の形態のヘッドマウントディスプレイを模式的に示す図であり、ヘッドマウントディスプレイをユーザが頭部に装着した状態を示している。 図５は、図４のヘッドマウントディスプレイを前方斜め上方向から見たときの、ディスプレイアーム近傍を模式的に示す図である。 図６は、保護部の形状の他の例を示す図である。 図７は、ヘッドマウントディスプレイの変形例１を示す図である。 図８は、ヘッドマウントディスプレイの変形例２を示す図である。 図９は、ヘッドマウントディスプレイの変形例３を示す図である。 図１０は、ヘッドマウントディスプレイの変形例４を示す図である。 図１１は、ヘッドマウントディスプレイの変形例５を示す図である。 図１２は、ヘッドマウントディスプレイの変形例６を示す図である。

−−−第１の実施の形態−−−
図１〜３を参照して、本発明によるヘッドマウントディスプレイの第１の実施の形態を説明する。図１は、第１の実施の形態のヘッドマウントディスプレイを模式的に示す図であり、ヘッドマウントディスプレイをユーザが頭部Ｈに装着した状態を示している。なお、説明の便宜上、前後左右方向および上下方向を各図に示すように規定する。ヘッドマウントディスプレイ１の連結アーム２は弾性を有し、その両端部にはスピーカ３が取り付けられ、ユーザの頭部Ｈを頭頂部（上方）から挟み込んで、ヘッドマウントディスプレイ１をユーザの頭部Ｈに固定するようになっている。

左側のスピーカ３には、ディスプレイアーム５を移動可能に支持するアーム支持部４が設けられている。アーム支持部４で支持されたディスプレイアーム５は、左右方向に延在する軸ＡＸ１を中心とする回転（矢印４１）、上下方向（紙面垂直方向）に延在する軸ＡＸ２を中心とする回転（矢印４２）、および、矢印４３で示す前後方向への移動が可能である。

ディスプレイアーム５は、後方から前方へ延在するアームであり、ヘッドマウントディスプレイ１を装着したユーザの耳近傍からユーザの顔前（眼前）へ向かって湾曲している。ディスプレイアーム５の後方の端部近傍は、上述のようにアーム支持部４に回動可能に支持されている。ディスプレイアーム５の前方には、画像表示部２０を支持する支持部６が設けられている。

支持部６は、ヘッドマウントディスプレイ１を装着したユーザの眼前近傍に画像表示部２０が位置するようにディスプレイアーム５の前方に設けられ、画像表示部２０をディスプレイアーム５に対して姿勢変更可能に支持している。支持部６で支持された画像表示部２０は、支持部６を中心とする左右方向の回転（矢印６１）、および上下方向の回転（矢印６２）が可能である。ユーザが手で画像表示部２０を把持して支持部６を中心として画像表示部２０を動かすことで、ディスプレイアーム５に対する画像表示部２０の姿勢が調節される。ユーザが画像表示部２０から手を離せば、すなわち画像表示部２０を動かす外力が作用しなければ、画像表示部２０は支持部６によってディスプレイアーム５に対して固定される。

アーム支持部４に対するディスプレイアーム５の移動および、支持部６に対する画像表示部２０の移動や姿勢調整によって、画像表示部２０の表示画面がヘッドマウントディスプレイ１を装着したユーザの眼と対向するように画像表示部２０の位置を調節できる。

画像表示部２０は、表示デバイス２２と、この表示デバイス２２が表示した画像をユーザの眼に導くための光学系２３と、これらを収納するディスプレイケース２５と、を有している。

図２は、ヘッドマウントディスプレイ１を前方斜め上方向から見たときの、ディスプレイアーム５近傍を模式的に示す図である。図１，２に示すように、ディスプレイアーム５は支持部６からさらに先方に延在して、保護部７を構成している。保護部７は、意図せずユーザの手が画像表示部２０に触れたり、飛来物が画像表示部２０に接触したりするなどの予期せぬ外力によって画像表示部２０がディスプレイアーム５に対して不所望に移動するのを防止する保護部材である。

保護部７は、ユーザの耳近傍からユーザの顔前へ向かって湾曲したディスプレイアーム５を延長した部分であるため、画像表示部２０の前方で右側に向かって延在するように形成されている。このため、画像表示部２０は、保護部７とユーザの頭部Ｈとの間に位置することとなる。画像表示部２０を予期せぬ外力から保護するという機能上、保護部７の先端（右側端）の左右方向の位置は、画像表示部２０の右側端部の位置と同じか、画像表示部２０の右側端部よりも右側に突出していることが望ましい。すなわち、図１に示すように、保護部７のうち、画像表示部２０の右側端部よりも右側に突出している部分（突出部）７ａの突出距離Ｌが０以上であることが望ましい。

上述したように、保護部７はディスプレイアーム５を延長した部分であるため、保護部７の上下方向の寸法は、ディスプレイアーム５の上下方向の寸法に略等しい。ディスプレイアーム５の上下方向の寸法が画像表示部２０の上下方向の寸法よりも小さければ、図２に示すように、画像表示部２０の上下の面は、保護部７の上下の端面よりも上下方向に突出することとなる。そこで、画像表示部２０を予期せぬ外力から保護する観点から、図３に示すように、保護部７の上下方向の寸法を画像表示部２０の上下方向の寸法よりも大きくしてもよい。すなわち、右側、上側、および、下側の少なくとも一方に向かって、画像表示部２０よりも突出する突出部７ａが保護部７に形成されていてもよい。

保護部７の前面には、照度センサ８が設けられている。照度センサ８は、周囲の照度を検出するセンサであり、検出した照度の信号を表示デバイス２２の表示を制御する不図示の制御装置に出力する。不図示の制御装置は、照度センサ８からの検出信号に基づいて表示デバイス２２で表示させる画像の明るさを調節する。これにより、表示デバイス２２で表示される画像の明るさが、周囲の照度に応じて変更されるので、使用者に視認しやすい画像を提供できる。

このように、照度センサ８は、表示デバイス２２で表示される画像の明るさを周囲の照度に応じて決定するために用いられるため、その配設位置は、周囲の照度を適切に検出できる位置であることが望ましい。そこで、本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１では、画像表示部２０の向きが調節されても動くことがない保護部７の前面に照度センサ８を配設した。これにより、画像表示部２０の位置調節の影響を受けることなく、安定して周囲の照度を検出できる。

また、図１に示すように、本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１では、画像表示部２０で表示される画像を視認するユーザの目（左目ＥＬ）の視線の延長線ＡＸ３上に照度センサ８を配設している。すなわち、画像表示部２０からユーザに向かって射出される画像の光軸の略延長線上に照度センサ８を配設している。これにより、画像表示部２０で表示される画像を視認しない方の目（右目ＥＲ）の視線が主に向かう方向である、ユーザの前方の主として周囲の照度を検出できるので、左右の目で視認する対象物の明るさの差を少なくできる。

なお、ヘッドマウントディスプレイ１は、画像表示部２０で表示される画像を左右いずれの目でも観察できるように構成されている。たとえば、ヘッドマウントディスプレイ１を図１に示す状態にセットした場合、ユーザは左目ＥＬで画像表示部２０に表示された画像を観察することとなる。軸ＡＸ１を中心にディスプレイアーム５を図示左側、すなわち、図１における頭部Ｈの後方に回動させた後、ヘッドマウントディスプレイ１の左右方向（前後方向）を入れ替えて装着することで、ユーザが右目ＥＲで画像表示部２０に表示された画像を観察することが可能となる。

上述した第１の実施の形態のヘッドマウントディスプレイでは次の作用効果を奏することができる。
（１） ディスプレイアーム５に延設される保護部７を設け、画像表示部２０が保護部７とユーザの頭部Ｈとの間に位置するように構成した。これにより、画像表示部２０を予期せぬ外力から保護できるので、画像表示部２０の姿勢の再調節が減り、利便性が向上する。

（２） ディスプレイアーム５の延設方向の反対側、上側、および、下側の少なくとも一方に向かって画像表示部２０よりも突出部７ａが突出するように構成することで、画像表示部２０を予期せぬ外力から効果的に保護でき、画像表示部２０の位置の再調節の機会を効果的に減らすことができる。

（３） 保護部７に照度センサ８を設けたので、画像表示部２０の姿勢調節の影響を受けることなく、安定して周囲の照度を検出でき、ユーザに視認しやすい画像を提供できる。また、画像表示部２０からユーザに向かって射出される画像の光軸の略延長線上に照度センサ８を配設することで、画像表示部２０で表示される画像を視認しない方の目の視線が主に向かう、ユーザの前方の主として周囲の照度を検出できる。これにより、左右の目で視認する対象物の明るさの差を少なくでき、画像表示部２０で表示される画像を長時間視認した際のユーザの目の疲れを低減できる。

−−−第２の実施の形態−−−
図４〜６を参照して、本発明によるヘッドマウントディスプレイの第２の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同様の構成要素には対応する符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同様である。図４は、第２の実施の形態のヘッドマウントディスプレイを模式的に示す図であり、ヘッドマウントディスプレイをユーザが頭部Ｈに装着した状態を示している。

第２の実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１０１では、ディスプレイアーム１５を移動可能に支持するアーム支持部４が左右のスピーカ３にそれぞれ設けられている。そして、ディスプレイアーム１５は両方のアーム支持部４に支持されている。アーム支持部４で支持されたディスプレイアーム１５は、左右方向に延在する軸ＡＸ１を中心とする回転（矢印４１）、および、矢印４３で示す前後方向への移動が可能である。

ディスプレイアーム１５は、ヘッドマウントディスプレイ１０１を装着したユーザの顔前（眼前）を経由して頭部Ｈの外側を略半周するように延在するアームであり、左右の端部近傍で左右のアーム支持部４にそれぞれ移動可能に支持されている。ディスプレイアーム１５の前方には、画像表示部２０を支持する支持部６が設けられている。

アーム支持部４に対するディスプレイアーム１５の移動および、支持部６に対する画像表示部２０の移動によって、画像表示部２０の表示画面がヘッドマウントディスプレイ１０１を装着したユーザの眼と対向するように画像表示部２０の位置が調節できる。

なお、ヘッドマウントディスプレイ１０１は、画像表示部２０で表示される画像を左右いずれの目でも観察できるように構成されている。たとえば、ヘッドマウントディスプレイ１０１を図４に示す状態にセットした場合、ユーザは左目ＥＬで画像表示部２０に表示された画像を観察することとなる。また、軸ＡＸ１を中心にディスプレイアーム１５を図示左側、すなわち、図４における頭部Ｈの後方に回動させた後、ヘッドマウントディスプレイ１０１の左右方向（前後方向）を入れ替えて装着することで、ユーザが右目ＥＲで画像表示部２０に表示された画像を観察することが可能となる。

図５は、ヘッドマウントディスプレイ１０１を前方斜め上方向から見たときの、ディスプレイアーム１５近傍を模式的に示す図である。図４，５に示すように、ディスプレイアーム１５は、画像表示部２０の前方で左右方向に延在するように形成されている。すなわち、画像表示部２０の前方の近傍に位置するディスプレイアーム１５が、上述した第１の実施の形態の保護部７と同様に、画像表示部２０が不所望に移動するのを防止する保護部材としての役割を果たす。このように構成されたヘッドマウントディスプレイ１０１では、画像表示部２０は、左右いずれか一方（左）の側のユーザの眼前に位置し、保護部材は、支持部６から他方（右）の側に突出している突出部が他方（右）の側のユーザの耳の近傍で支持されることとなる。以下の説明では、これを保護部１７と呼ぶ。

第２の実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１０１では、保護部１７の範囲が第１の実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１よりも広いので、画像表示部２０に加えてユーザの顔面を予期せぬ外力からより効果的に保護できる。また、ディスプレイアーム１５が左右のアーム支持部４で支持されるので、画像表示部２０がユーザの眼前で安定して位置するようになる。

保護部１７はディスプレイアーム１５の一部分であるため、保護部１７の上下方向の寸法は、ディスプレイアーム１５の上下方向の寸法に略等しい。ディスプレイアーム１５の上下方向の寸法が画像表示部２０の上下方向の寸法よりも小さければ、図５に示すように、画像表示部２０の上下の面は、保護部１７の上下の端面よりも上下方向に突出することとなる。そこで、画像表示部２０を予期せぬ外力から保護する観点から、図６に示すように、保護部１７の上下方向の寸法を画像表示部２０の上下方向の寸法よりも大きくしてもよい。すなわち、上側および下側の少なくとも一方に向かって画像表示部２０よりも突出する突出部１７ａが保護部１７に形成されていてもよい。

保護部１７の前面には、照度センサ８が設けられている。図４に示すように、本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１０１では、画像表示部２０で表示される画像を視認するユーザの目（左目ＥＬ）の視線の延長線ＡＸ３上に照度センサ８を配設している。

上述した第２の実施の形態のヘッドマウントディスプレイでは、第１の実施の形態の作用効果に加えて次の作用効果を奏することができる。
（１） 画像表示部２０が左右いずれか一方（図４においては左）の側のユーザの眼前に位置し、保護部材が支持部６から他方（図４においては右）の側に突出している突出部が他方（図４においては右）の側のユーザの耳の近傍で支持されるように構成した。これにより、画像表示部２０を予期せぬ外力から効果的に保護できるので、画像表示部２０の位置の再調節の機会がさらに減り、利便性がさらに向上する。

（２） ディスプレイアーム１５が左右のアーム支持部４で支持されるので、画像表示部２０がユーザの眼前で安定して位置するようになり、画像表示部２０で表示される画像が視認し易くなる。

−−−変形例−−−
（１） 上述した第１の実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１では、保護部７の右側端の左右方向の位置が、画像表示部２０の右側端部の位置と同じか、画像表示部２０の右側端部よりも右側に突出するように構成されているが、本発明はこれに限定されない。たとえば図７に示すように、ユーザの右目ＥＲの視界の左側部分が画像表示部２０によって遮られることはあっても、保護部７の右側端によって遮られることがないようにしてもよい。すなわち、画像表示部２０によって遮られるユーザの右目ＥＲの視界よりも左側に保護部７の右側端が位置するようにしてもよい。

このように構成することで、画像表示部２０に表示される画像を見ることがない右目ＥＲの視界を最大限確保できる。なお、図７において、一点鎖線Ｆ１は、画像表示部２０の右側端部によってユーザの右目ＥＲの視界が遮られるときの視線の方向を示している。すなわち、一点鎖線Ｆ１よりも右側の範囲では、画像表示部２０によって視界を遮られることなくユーザが右目ＥＲで周囲を視認できる。

また、図８に示すように、一点鎖線Ｆ１よりも右側に突出する保護部７の右側端部（突出部）７ｂを透明な部材で構成してもよい。このように構成することで、右目ＥＲの視界を確保しつつ、画像表示部２０を予期せぬ外力から効果的に保護できる。

さらに、図９に示すように、第２の実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１０１において、保護部１７のうち、右目ＥＲの視界に入る部分を透明な部材で構成するようにしてもよい。すなわち、保護部１７のうち、一点鎖線Ｆ１と、右目ＥＲの視界の右側端部である一点鎖線Ｆ２との間に入ることとなる部分１７ａを透明な部材で構成することによって、右目ＥＲの視界を最大限確保できる。

（２） 上述した第１の実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１では、保護部７の右側端はどこにも支持されていないが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図１０に示すように、保護部７の右側端に鼻当て３０を設け、鼻当て３０を介してユーザの鼻で保護部７の右側端を支持するようにしてもよい。なお、鼻当て３０の一方端は、保護部７の右側端で支持部３１を介して回動可能に支持されている。これにより、鼻当て３０は、保護部７の右側端で矢印３１ａに示すように、支持部３１を中心として紙面水平方向に回動可能となる。また、鼻当て３０の他方端には、ユーザの鼻に当接する当接部３２が設けられている。図１０に示すように、鼻当て３０の他方端は、当接部３２がユーザの鼻に当接したときに鼻にフィットするように、鼻の形状に沿った形状となっている。

（３） 上述した第１の実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１では、保護部７は、ユーザの耳近傍からユーザの顔前へ向かって湾曲したディスプレイアーム５を延長した部分であるが、本発明はこれに限定されない。たとえば図１１に示すように、ディスプレイアーム５を前方で二枝に分け、一方の枝（枝部）５１に画像表示部２０を取り付け、他方の枝（枝部）５２を画像表示部２０の前方に延在させて保護部７とするようにしてもよい。

また、上述した第２の実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１０１についても同様である。すなわち、図１２に示すように、ディスプレイアーム１５の一部を分岐させて枝部１５１を形成し、この枝部１５１に画像表示部２０を取り付けるようにしてもよい。

（４）上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。
なお、本発明は、上述した実施の形態のものに何ら限定されず、アームに対して姿勢変更可能に支持されて画像を表示する画像表示部と、ユーザに装着可能でアームを支持する装着部と、画像表示部の外界側でアームに延設され、画像表示部を保護する保護部材とを備え、保護部材とユーザの頭部との間に位置するように画像表示部が設けられている各種構造のヘッドマウントディスプレイを含むものである。

以上説明したように、本発明の各実施の形態および変形例によれば、予期せぬ外力から画像表示部を保護できるので、画像表示部の位置の再調節の機会が減って利便性が向上する。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
本出願は日本国特許出願２００６−１２９８５５号（２００６年５月９日出願）を基礎として、その内容は引用文としてここに組み込まれる。

Claims (6)

1. ヘッドマウントディスプレイであって、
   画像を表示する画像表示部と、
   前記画像表示部を姿勢変更可能に支持するアームと、
   前記アームを支持し、前記ヘッドマウントディスプレイをユーザに装着する装着部と、
   前記画像表示部の外界側で前記アームに延設され、前記画像表示部を保護する保護部材とを備え、
   前記画像表示部は、前記装着部を装着した前記ユーザの左右いずれか一方の側の眼前に配置され、更に、前記装着部を装着した前記ユーザの頭部と、前記保護部材との間に配置され、
   前記保護部材は、前記ユーザの他方の目の視界を遮らない位置まで配設されるヘッドマウントディスプレイ。
2. ヘッドマウントディスプレイであって、
   画像を表示する画像表示部と、
   前記画像表示部を姿勢変更可能に支持するアームと、
   前記アームを支持し、前記ヘッドマウントディスプレイをユーザに装着する装着部と、
   前記画像表示部の外界側で前記画像表示部を保護する保護部材とを備え、
   前記画像表示部は、前記装着部を装着した前記ユーザの左右いずれか一方の側の眼前に配置され、更に、前記装着部を装着した前記ユーザの頭部と、前記保護部材との間に配置され、
   前記保護部材は、前記ユーザの他方の目の眼前方向に向かって前記画像表示部よりも突出している突出部を有し、この突出部は、前記ユーザの他方の目の側の頭部で支持されるとともに、前記ユーザの他方の目の視界に対応する部分を透明な部材とするヘッドマウントディスプレイ。
3. 請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
   前記突出部は、前記ユーザの前記他方の側の耳の近傍まで突出し、耳の近傍の頭部で支持されるヘッドマウントディスプレイ。
4. 請求項１または請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
   前記突出部は、前記ユーザの鼻に当接したときに前記鼻にフィットするような、前記鼻の形状に沿った鼻当てを有するヘッドマウントディスプレイ。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
   前記保護部材に設けられて、周囲の照度を検出する照度センサをさらに備えるヘッドマウントディスプレイ。
6. 請求項５に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
   前記照度センサは、前記画像表示部から前記ユーザに向かって射出される画像の光軸の略延長線上に設けられているヘッドマウントディスプレイ。

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