JPH07191277A - 双眼式頭部装着型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】眼幅調整機構を有しかつ該眼幅調整機構に連動
する輻輳角調整機構を有する２眼式頭部装着型映像表示
装置。 【構成】接眼光学系３が納められている保持枠４の下面
にギア板９があり、さらにその下面にベース板１０があ
る。ベース板１０には支持ピン１１及びガイドピン１２
が設けられる。ギア板９はダイヤル１６に連結した回転
ギア１７と接続している。観察者の眼幅にあわせるよう
にダイヤル１６を回転させると回転ギア１７が回転しギ
ア板９が移動する。支持ピン１１をギア板９及び保持枠
４に対して固定することによりギア板９の移動に伴い保
持枠４も移動し、これにより眼幅が調整される。また、
保持枠４の移動に伴い、ガイドピン１２がベース板１０
に設けてあるガイド溝１４に沿って動き、その動きは左
右の保持枠４の対称な方向への回動、即ち、輻輳角の連
動を伴う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、頭部装着型映像表示装
置に関し、特に、眼幅調整に連動して両眼の輻輳角が調
整可能な頭部装着型映像表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】バーチュアルリアリティ用、あるいは、
一人で大画面の映像を楽しむことができるようにするこ
とを目的として、頭部装着型映像表示装置の開発が進め
られている。従来、頭部装着型映像表示装置として、そ
の一例につき概略を説明すると、ゴーグル状のハウジン
グ内部に液晶表示素子のような２次元表示素子と接眼光
学系とからなる視覚ユニットを一対配置し、このハウジ
ングをヘッドバンド等で頭部に装着したときに左右の眼
で夫々の接眼光学系を介して液晶表示素子をかなりの大
きさに拡大して観察するものである。左右の液晶表示素
子に両眼視差を考慮した若干異なる映像を表示すること
により、小型の表示装置で大画面の迫力のある立体映像
を見ることができるものである。

【０００３】この場合、観察者の眼に負担をかけること
なく立体映像を良好に観察するためには、左右眼球とピ
ント合わせと輻輳の関係が適正に設定されている必要が
ある。即ち、人間は通常眼からＬだけ離れたところにあ
る映像を注視するときは、左右の眼のピントをＬの距離
に調節するとともに両眼の光軸がＬの距離で交差するよ
うに両眼輻輳を行う。そして、距離Ｌが変化した場合
は、眼のピントを合わせ直すとともに、両眼の輻輳角を
変化させ、常に眼のピント位置と両眼光軸の交差位置と
を一致させている。このようにピント調節と両眼輻輳が
連動することにより眼に負担をかけることなく大脳中枢
で両眼から得た像を融像処理することができるのであ
る。

【０００４】特開平２−２８１８９１号ではこの点を考
慮して、左右の表示素子の位置とそこに表示される画像
と、観察者の眼の位置との関係を上記の適正な関係を満
足するように設定した頭部装着型映像表示装置を開示し
ている。ところで、人間の顔の大きさ、両眼の間隔は個
人差があるため、頭部装着型映像表示装置としては観察
者が接眼光学系の間隔を調整できるようになされている
必要がある。

【０００５】特開平４−２６２８８には左右の接眼光学
系の光軸の間隔を、観察者の眼幅にあわせて、広くもし
くは狭くする眼幅調整機構を有する頭部装着型映像表示
装置が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、眼幅調整の際
に単に左右の接眼光学系の間隔を変えるだけでは、立体
視のための表示素子、表示画像、観察者の眼の位置の適
正な関係が崩れてしまい、眼に負担をかけるという不都
合が生ずる。このことを図１に基づいて説明する。図１
(a)において、Ａ1、Ａ2は左右の液晶表示素子、Ｂ1、Ｂ
2は左右の接眼レンズ、Ｐ1、Ｐ2は観察者の左右の眼と
する。表示素子Ａ1、Ａ2に表示された画像は接眼レンズ
Ｂ1、Ｂ2で拡大され、見かけ上距離Ｌの位置にある拡大
像として観察される。この状態では、左右の拡大像は図
中Ｉで示す通り重なっている。このため、観察者はＬの
距離にピントを合わせるとともに、Ｌの距離に左右眼を
輻輳させることになり、眼に負担をかけない条件が満足
されている。ところが、眼幅がｄからｄ’へと変化し、
これに合わせて破線で示すように左右の接眼レンズ及び
表示素子をスライドさせると、右眼に見える像ＩRと左
眼に見える像ＩLとでは図示するように一致しない。こ
れでは観測者において融像処理が行えず、観察者は適切
な映像を見ることができないということになる。

【０００７】この場合、例えば、眼幅調整とともに接眼
レンズの焦点距離を変更する等の手段により、図１(b)
に示すように眼幅ｄ’のときには視距離Ｌ’の位置で左
右眼が輻輳し、且つ、眼のピントが合うようになる等の
手段も採り得るが、観察者が異なり眼幅が異なると、視
距離が変化することとなる。この場合には、頭部装着型
映像表示装置で与えようとする映像情報の映像位置が観
察者によりさまざまに異なることとなり、頭部装着型映
像表示装置によって提供者が与えようとする映像情報を
全ての観察者に同一に与えることができないという不都
合が生じることとなる。

【０００８】そこで、本発明は、左右の各々に映像表示
素子及び接眼光学系を有する双眼式頭部装着型映像表示
装置の眼幅及び輻輳角を簡易に調整する機構を有し、か
つ、輻輳角の調整機構が眼幅の調整機構に連動して行わ
れる双眼式頭部装着型映像表示装置を提供し、観察者に
一定の視距離で見やすく適切な映像を提供することを目
的とする。また、全ての観察者に同一の映像位置での映
像情報を与えることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の頭部装着型映像表示装置は、映像表示素子と
該映像表示素子に表示された画像を拡大観察するための
接眼光学系とを備えた左右一対の視覚ユニットと、観察
者の眼幅にあわせて左右の接眼光学系の光軸の間隔を変
化させる眼幅調整手段と、該眼幅調整手段による左右の
接眼光学系の光軸の間隔の変化に連動して左右の接眼光
学系の光軸の交差角を変化させる左右眼交差角調整手段
とを有することを特徴とするものである。また、本発明
のもう１つの頭部装着型映像表示装置は、映像表示素子
と該映像表示素子に表示された画像を拡大観察するため
の接眼光学系とを備えた左右一対の視覚ユニットと、観
察者の眼幅にあわせて左右の接眼光学系の光軸の間隔を
変化させる眼幅調整手段と、該眼幅調整手段による左右
の接眼光学系の光軸の間隔の変化に連動して左右の映像
表示素子の光軸の位置を接眼光学系の光軸の位置と異な
る位置に移動する光軸位置調整手段とを有することを特
徴とするものである。

【００１０】

【作用】このように左右の眼の交差角、輻輳角を眼幅の
調整と連動させることにより、観察者は眼に負担をかけ
ることなく融像処理が可能となる。また、たとえ観察者
が異なり眼幅が異なっても、観察者毎に違う位置に映像
が見えるという不都合がなく、頭部装着型映像表示装置
を通じて映像を提供しようとする者が提供する映像を、
全ての観察者にとって同じ位置に観察可能になる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の頭部装着型映像表示装置をい
くつかの実施例に基づいて説明する。図２、図３に頭部
装着型映像表示装置の第１の実施例の構成及び光路図を
示す。図２には、双眼式頭部装着型映像表示装置の片側
の視覚ユニットを、図３には、眼幅と輻輳の調整機構を
示す。図２において、視覚ユニットＣは一側面に開口Ｈ
を有する角筒形の保持枠４を有し、その一端部近傍には
段部Ｄ及び鍔部Ｅが形成され、この段部Ｄにはバックラ
イト１、その下方の鍔部Ｅに液晶表示パネル２が取り付
けられている。一方、保持枠４の下端からは接眼光学系
３が挿入され、保持枠４のネジ部Ｆに止め蓋Ｇをネジ込
むことにより止め蓋Ｇと鍔部Ｅとに挟持されている。

【００１２】接眼光学系３は接面をハーフミラー６とし
た三角プリズム５、８からなるビームスプリッタと、凹
面鏡７とからなり、ハーフミラー６が開口Ｈに対向する
ように配置され、液晶表示パネル２の下方に順に三角プ
リズム５、ハーフミラー６、三角プリズム８、凹面鏡７
が配置される。眼幅と輻輳の調整機構については、保持
枠４の中心には支持ピン１１が、また、保持枠４の端に
はガイドピン１２がそれぞれ付設され、支持ピン１１に
はギア板９のギアが開口Ｈと反対側の端部から出るよう
にギア板９が固定される。一方、左右の視覚ユニットＣ
1、Ｃ2にわたって配置されたベース板１０にはその長手
方向に沿って支持溝１３、および、左右の視覚ユニット
の中心に向かうにしたがい、支持溝１３が設けられる方
向に傾斜したガイド溝１４が設けられている。そして、
支持ピン１１の先端は支持溝１３、ガイドピン１２の先
端はガイド溝１４に摺動自在に嵌合されている。なお、
視覚ユニットとベース板１０との関係は一方のみ示した
が、２つの視覚ユニットの中心に関して左右対称になっ
ている。ギア板９は、回転ギア１７と係合しており、回
転ギア１７は棒状体によりダイヤル１６と一体となって
いる。これらがゴーグル状ハウジングに内蔵され、ダイ
ヤルを外から動かせるようになっている。

【００１３】接眼光学系における光、即ち、映像につい
ては、次のように観察者の眼に届く。液晶表示パネル２
に表示された映像はバックライト１からの光により接眼
光学系３を構成する三角プリズム５に入射し、ハーフミ
ラー６を透過し凹面鏡７で反射する。反射された光は再
度三角プリズム８に入射しハーフミラー６で反射されて
保持枠４に設けられた孔を通過して観察者の眼に入射す
る。

【００１４】眼幅の調整と輻輳角の調整との関係につい
ては次のようになる。眼幅の調整はダイヤル１６を回転
すると回転ギア１７が一体となって回転する。この回転
ギア１７の回転にあわせて回転ギア１７に係合している
ギア板９が左右に動き、ギア板９とともにユニットＣ
1、Ｃ2が左右に動く。このとき、支持ピン１１、ガイド
ピン１２は支持溝１３、ガイド溝１４に沿って摺動する
が、ガイド溝は左右の視覚ユニットの中心の方向に行く
ほど支持ピンが存在する方向に近づくため、保持枠４の
中心軸を回転軸とする回転を伴うことになる。その結
果、２つのユニットの間隔が拡がるとともに内側に傾く
ように動く。従って、眼幅の調整に伴って輻輳角の調整
が可能となる。

【００１５】輻輳角の調整は上述したように、ガイド溝
の向き、長さ等により決定されるものである。このガイ
ド溝について、図４にしたがって述べる。即ち、像の視
距離をＬとし、眼幅をｄ（＝２ｘ）とすると、輻輳角θ
は θ＝２ｘ／Ｌ となり、このときのガイドピン１２のｙ方向の変位Δｙ
は Δｙ＝ａ｛（１−ｃｏｓ（ｘ／Ｌ）ｃｏｓψ−ｓｉｎ
（ｘ／Ｌ）ｓｉｎψ）｝ となる。ここでａは支持ピン１１とガイドピン１２との
間隔であり、ψは、支持ピン１１とガイドピン１２とを
結ぶ直線と、保持枠４の中心線であり接眼光学系３の中
心線とのなす角度である。

【００１６】従って、ベース板１０に上記の式に沿った
曲線Δｙをｘの関数で表されるガイド溝１４として設け
ることにより眼幅に対応した輻輳角を形成できる。この
ように観察者の眼幅に頭部装着型映像表示装置の左右の
光学系の眼幅を調整するとともに輻輳角も調整すること
ができ、簡易に観察者に適切な映像を提供することがで
きる。なお、像の視距離Ｌは接眼光学系で設定される標
準視度で決められる。

【００１７】

【実施例２】図５、図６には本発明の第２の実施例を示
す。この例は、眼幅の調整については、実施例１とは異
なり、いわゆるパンタグラフ１８を利用したものであり
（図５）、輻輳角の調整については回転ギアａ、ｂ、
ｂ’、ｃ（１９〜２２）を用いるものである（図６）。
いわゆるパンタグラフ１８については左右のバックライ
ト１、液晶表示パネル２、及び、接眼光学系３を保持す
る保持枠４に固定端２３と自由端２４とで付設された調
節方向保持部材２５により眼幅を調整することができる
ようにしたものである。即ち、両保持枠の両接眼部側の
右眼用については左端部に、左眼用については右端部の
それぞれに固定端２３と自由端２４とを設け、調節方向
保持部材２５のＱの位置に摩擦リングを設け、力を加え
なければ所定の位置で調節方向保持部材２５がとどま
り、結局、眼幅が所定の値に調整できるものである。

【００１８】また、輻輳角の調整については、実施例１
と同様に保持枠４の下面に設けられた部材により前述の
パンタグラフ１８の動きに連動して調整せられるもので
ある。即ち、実施例１では保持枠４の下面にギア板が存
在したが、ここでは回転ギア（１９〜２２）が存在し、
それらの回転により輻輳角の調整が行われる。保持枠４
の下面に回転ギア（１９〜２２）を設け、さらにその下
面にベース板１０を設ける。回転ギア２２の中心軸は保
持枠の中心で固定されており、その回転ギアは回転ギア
２１に係合している。回転ギア２１の中心軸と回転ギア
２０と中心軸とは共通になっており、その中心軸はベー
ス板１０に設けられたギア溝２８に嵌合されている。

【００１９】回転ギア２０のギアは回転ギア１９のギア
と係合しており、回転ギア１９の中心軸はベース板１０
に設けられたギア溝２７に嵌合されている。回転ギア１
９は図示しない外枠に設けられた直線ギア２６に係合さ
れている。さらに各々の回転ギアの中心軸は、図示しな
い中心軸固定板により、直線ギア２６と平行線と各々の
中心軸を結ぶ直線とが略垂直になるように配置し、固定
されている。これにより、保持枠の左右の移動に伴う回
転ギアの回転が直接的に伝達されるようになる。

【００２０】眼幅調整がいわゆるパンタグラフ１８によ
り調整されると、両保持枠４の間隔が左右に拡大、縮小
する。この拡大縮小は図示しない外枠に対しての両保持
枠４の移動であり、この移動の際に直線ギア２６と回転
ギア１９との間の回転が伴う。即ち、両保持枠４が左右
に移動するに伴い、回転ギア１９が回転する。回転ギア
１９の回転はそれに係合する回転ギア２０の回転を伴
い、かかる回転は中心軸をともにする回転ギア２１の回
転を伴う。回転ギア２１と回転ギア２２とは係合するた
め、回転ギア２２が回転するが、この回転がそのまま輻
輳角の調整となる。輻輳角をあわせるためには各々のギ
ア比が問題となるが、その点は適切なギア比に設定でき
る。なお、自由端２４において、調節方向保持部材は自
由端の溝に嵌合され、図において上下に摺動可能である
とともに、左右にも接動可能であり、眼幅調整と同時に
輻輳調整のための保持枠の傾斜を可能としている。ギア
を用いるため、微調整が可能になり、像の視距離が遠く
なっても輻輳角の連動調整ができる。輻輳角の調整量は
ギア比を変更することで変えられる。このような回転ギ
アを用いた場合には、眼幅と輻輳角の連動は直線的にな
るが、前述の曲線は直線による近似でも誤差が少ないた
め問題は生じない。

【００２１】

【実施例３】第３の実施例を図７から図９に示す。本実
施例は、第１及び第２の実施例と眼幅の調整機構につい
ては同様なものであるが、輻輳角の調整については異な
るものでそれについて以下に説明する。双眼式頭部装着
型映像表示装置の片側の光学系の構造を図７に示す。第
１の実施例と異なる点は、接眼光学系３を保持する光学
系保持枠３０と液晶表示パネル２及びバックライト１を
保持する液晶表示パネル保持枠３１とが眼幅の調整方向
と同じ方向にスライド可能なようにスライド溝３２で連
結されている点である。また、スライド方向の一方の端
部で外枠もしくはベース板１０に近い側面で、液晶表示
パネル保持枠３１とベース板１０もしくはベース板が固
定されている図示しない外枠とはバネ３４で結び付けら
れている。バネ３４が設けられている面と対向する液晶
表示パネル保持枠３１の面には弾性体３３が付設されて
いる。ベース板１０には、光学系保持枠３０がベース板
１０上を眼幅調整方向に移動可能なように、図示しない
溝が設けられている。

【００２２】観察者の眼幅にあわせて眼幅を調整する場
合、特に眼幅が広がる方向に調整する場合、それに連動
して輻輳角が調整されるかを次に述べる。光学系保持枠
３０及び液晶表示パネル保持枠３１は、眼幅にあわせる
ようにバネ３４が付設されている方向、即ち、眼幅が広
がる方向に移動する。光学系保持枠３０及び液晶表示パ
ネル３１の移動に伴い、バネ３４が縮み反発力が働き、
液晶表示パネル保持枠３１に眼幅が広がる方向と逆の方
向に力が加わり、スライド可能となっているスライド溝
を介して、光学系保持枠３０と相対的に逆の方向に移動
する。即ち、眼幅にあわせて左右の接眼光学系３は広く
なるように移動する一方、液晶表示パネル保持枠３１の
位置は移動せず狭いままである。このとき、液晶表示パ
ネル保持枠３１の位置を所定の輻輳角にするために、バ
ネ３４が付設される面と対向する面に設けられた弾性体
３３が存在し、バネ３４と弾性体３３とのつりあいによ
り、輻輳角が定まることとなる。

【００２３】輻輳角が変化する原理を左眼用の接眼光学
系３を用いて図９にて説明する。液晶表示パネル２の中
心にある像は眼幅調整がなされない場合、液晶表示パネ
ル２の中心軸と接眼光学系３の中心軸が一致し、観察者
はある所定の輻輳角での観察が可能である。一方、接眼
光学系３を眼幅にあわせて広くなる方向に移動した場
合、前述したように液晶表示パネルは狭いままであり、
一方接眼光学系は広いままで、液晶表示パネル２の中心
軸と接眼光学系３の中心軸とでズレが生じる。このズレ
により、図９で点線で表されているように、液晶表示パ
ネル２の中心の光は液晶表示パネル２の中心から鉛直方
向に進み、凹面鏡７の中心から右にずれた方向に入射
し、左上方に反射し、ハーフミラー６で反射され、観察
者の左眼にとって右の方向から斜入射する。このように
左眼にとって観察者の前方を注視した時の方向より右方
向から像が入射することになり、輻輳角としては大きく
なる方向に変化することとなる。

【００２４】このように眼幅を広がる方向に調整すると
ともに、輻輳角が大きくなるように調整され、観察者は
所望の視距離に像を見ることが可能となる。眼幅を狭く
する場合も同様にして調整される。

【００２５】

【発明の効果】本発明により、左右の各々に映像表示素
子及び接眼光学系を有する双眼式頭部装着型映像表示装
置の眼幅及び輻輳角を簡易に調整する機構を有し、か
つ、輻輳角の調整機構が眼幅の調整機構に連動して行わ
れる双眼式頭部装着型映像表示装置を提供し、観察者に
一定の視距離で見やすく適切な映像を提供することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 眼幅調整と輻輳角調整との関係を示す図

【図２】 実施例１の双眼式頭部装着型映像表示装置の
片側の光学系

【図３】 実施例１の眼幅と輻輳の調整機構を示す図

【図４】 実施例１の輻輳角とガイド溝の関係を示す図

【図５】 実施例２の眼幅調整機構

【図６】 実施例２の輻輳角の調整機構

【図７】 実施例３の光学系保持枠と液晶表示パネル保
持枠の配置関係を示す図

【図８】 実施例３で眼幅調整と光学系保持枠及び液晶
表示パネル保持枠との関係を示す図

【図９】 実施例３で眼幅調整した際の光路図

【符号の説明】

１ バックライト ２ 液晶表示パネル ３ 接眼光学系 ４ 保持枠 ５、８ 三角プリズム ６ ハーフミラー ７ 凹面鏡 ９ ギア板 １０ ベース板 １１ 支持ピン １２ ガイドピン １３ 支持溝 １４ ガイド溝 １５ ギア板の孔 １６ ダイヤル １７ 回転ギア １８ パンタグラフ １９ 回転ギアａ ２０ 回転ギアｂ ２１ 回転ギアｂ’ ２２ 回転ギアｃ ２３ 固定端 ２４ 自由端 ２５ 調節方向保持部材 ２６ 直線ギア ２７ ギア溝Ａ ２８ ギア溝Ｂ ２９ 支持溝 ３０ 光学系保持枠 ３１ 液晶表示パネル保持枠 ３２ スライド溝 ３３ 弾性体 ３４ バネ Ａ1、Ａ2 液晶表示素子 Ｂ1、Ｂ2 接眼レンズ Ｃ 視覚ユニット Ｄ 段部 Ｅ 鍔部 Ｆ ネジ部 Ｇ 止め蓋 Ｈ 開口 Ｑ 調節方向保持部材の交差部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】映像表示素子と該映像表示素子に表示され
   た画像を拡大観察するための接眼光学系とを備えた左右
   一対の視覚ユニットと、観察者の眼幅にあわせて左右の
   接眼光学系の光軸の間隔を変化させる眼幅調整手段と、
   該眼幅調整手段による左右の接眼光学系の光軸の間隔の
   変化に連動して左右の接眼光学系の光軸の交差角を変化
   させる左右眼交差角調整手段とを有することを特徴とす
   る双眼式頭部装着型映像表示装置
2. 【請求項２】映像表示素子と該映像表示素子に表示され
   た画像を拡大観察するための接眼光学系とを備えた左右
   一対の視覚ユニットと、観察者の眼幅にあわせて左右の
   接眼光学系の光軸の間隔を変化させる眼幅調整手段と、
   該眼幅調整手段による左右の接眼光学系の光軸の間隔の
   変化に連動して左右の映像表示素子の光軸の位置を接眼
   光学系の光軸の位置と異なる位置に移動する光軸位置調
   整手段とを有することを特徴とする双眼式頭部装着型映
   像表示装置