JPH1075408A - 頭部装着型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 弾力を利用して簡単かつ迅速に観察者の頭部
にバランス良く装着でき、装着感を向上できる頭部装着
型表示装置を提供する。 【解決手段】 画像表示手段２を保持すると共に観察者
Ａの頭部に装着可能な保持手段３は、支持部材１１と、
この支持部材１１に連結される少なくとも４つの当て部
材１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄとを有する。それら
当て部材１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを、観察者Ａ
の頭部右側の前後に離れた箇所と、頭部左側の前後に離
れた箇所とに押し付ける弾力を作用させることができる
ように、その支持部材１１は弾性変形可能とされてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示手段を観
察者の頭部に装着するための頭部装着型表示装置（ヘッ
ドマウンテッドディスプレイ（ＨＭＤ））に関する。

【０００２】

【従来の技術】頭部装着型表示装置において、画像表示
手段を保持すると共に観察者の頭部に装着可能な保持手
段の形態としては、頭部全体を覆うヘルメット型、ヘッ
ドホン型、バンド型等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】その保持手段をヘルメ
ット型にすると、重量が大きく取り扱いが不便なものに
ある。

【０００４】その保持手段をヘッドホン型やバンド型に
すると、軽量にでき、弾性材により構成することで弾力
を利用して簡単かつ迅速に頭部に装着できる。しかし、
構造が簡易過ぎるため、画像表示手段の支持反力や装置
全体の支持反力が、耳部や側頭部等の頭部の一点に集中
的に作用し、観察者に不快感を与えることが多かった。
特にヘッドホン型の場合、音声が不要な場合でもイヤー
パッドを介して耳部に大きな支持反力が作用し、不快感
の大きなものであった。

【０００５】本発明は、上記問題を解決することのでき
る頭部装着型表示装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の頭部装着型表示
装置は、画像表示手段と、その画像表示手段を保持する
と共に観察者の頭部に装着可能な保持手段とを備える頭
部装着型表示装置において、その保持手段は、支持部材
と、この支持部材に連結される少なくとも４つの当て部
材とを有し、それら当て部材を、観察者の頭部右側の前
後に離れた箇所と、頭部左側の前後に離れた箇所とに押
し付ける弾力を作用させることができるように、その支
持部材は弾性変形可能とされていることを特徴とする。
本発明の構成によれば、支持部材を弾性変形させて少な
くとも４つの当て部材を頭部に押し付けることで、頭部
に装着できる。その装着状態で、それら当て部材は頭部
右側の前後に離れた箇所と、頭部左側の前後に離れた箇
所とに押し付けられるので、画像表示手段や装置全体の
重量は分散して支持される。

【０００７】その頭部右方の前方側の当て部材は、頭部
との接触位置が左方向と後方と下方とに変位するのが阻
止されるように押し付けられ、その頭部左方の前方側の
当て部材は、頭部との接触位置が右方向と後方と下方と
に変位するのが阻止されるように押し付けられ、その頭
部右方の後方側の当て部材は、頭部との接触位置が左方
向と前方と上方とに変位するのが阻止されるように押し
付けられ、その頭部左方の後方側の当て部材は、頭部と
の接触位置が右方向と前方と上方とに変位するのが阻止
されるように押し付けられるのが好ましい。これによ
り、画像表示手段の、前後左右上下方向へのずれと、前
後左右上下方向回りのずれとを防止でき、観察者は安定
した映像を視認できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図１、図２に示す単眼視タイプの頭
部装着型表示装置１は、画像表示ユニット２と、この表
示ユニット２の保持部３とを備える。

【０００９】その表示ユニット２は、ハウジング５と、
このハウジング５に内蔵される画像表示器（図示省略）
と、この画像表示器が出射する画像表示光を観察者Ａの
瞳に導く光学系としてコンバイナ７とを有する。その画
像表示器は、例えばバックライト付液晶表示器により構
成でき、ケーブル８を介して映像信号の発生源に接続さ
れる。そのハウジング５に、前方に延びるアーム５ａが
一体化され、そのアーム５ａの前端に上記コンバイナ７
が、縦軸中心に回転可能にヒンジを介して取り付けられ
る。そのコンバイナ７は観察者Ａの前方に配置され、図
２において一点鎖線で示すように、その画像表示器から
出射される画像表示光Ｌの光路を変更して観察者Ａの瞳
に導き、これにより、観察者Ａの前方に観察対象の虚像
を形成する。そのコンバイナ７の前方からの光がコンバ
イナ７を透過して観察者Ａの瞳に至ることで、観察者Ａ
は虚像と前方の実在物の双方を視認できる。そのコンバ
イナ７は、例えば、その画像表示光Ｌの光路を反射によ
り変更するハーフミラーや、回折に変更するホログラム
素子により構成できる。そのコンバイナ７の光路変更面
は、フラット面である場合よりも、観察対象の虚像の結
像位置を観察者Ａの前遠方にする曲面とされているのが
好ましい。

【００１０】その保持部３は、観察者Ａの頭部に取り外
し可能に装着されるもので、支持部材１１と、この支持
部材１１に連結される４つの第１〜第４当て部材１２
ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄとを有する。

【００１１】その支持部材１１は、右側支持体２１と、
左側支持体２２と、両支持体２１、２２に連結される連
結体２３とを有する。

【００１２】その連結体２３は、装着状態において頭部
右側に配置される一端と頭部左側に配置される他端とを
有し、頭頂部に沿うように湾曲され、一端に右側支持体
２１が連結され、他端に左側支持体２２が連結される。
両支持体２１、２２の左右間隔を弾性的に広げることが
できるように、その連結体２３は弾性変形可能とされて
いる。その両支持体２１、２２の左右間隔は、連結体２
３の弾性変形が解除された状態において観察者Ａの頭部
の左右間隔よりも小さくされている。本実施形態では、
その連結体２３は弾性を有するプラスチック製とされ、
前後一対の湾曲部２３ａ、２３ｂと、両湾曲部２３ａ、
２３ｂの右端同志を連結する右側連結部２３ｃと、左端
同志を連結する左側連結部２３ｄとを有する。

【００１３】その右側支持体２１は、図３にも示すよう
に、ソケット部２１ａと、このソケット部２１ａと一体
の第１〜第３アーム２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを有する。
頭部装着状態において、第１アーム２１ｂはソケット部
２１ａの後部から上方に延び、第２アーム２１ｃはソケ
ット部２１ａの前部から前方に向かうに従い上方かつ左
右内方に向かうように延び、第３アーム２１ｄはソケッ
ト部２１ａの後部から後方に向かうに従い下方かつ左右
内方に向かうように延びる。左側支持体２２は、左右方
向に直交する面に関して右側支持体２１と面対称な形状
であり、ソケット部２２ａと第１〜第３アーム２２ｂ、
２２ｃ、２２ｄを有する。各支持体２１、２２は弾性を
有するプラスチック製とされる。

【００１４】各支持体２１、２２は第１アーム２１ｂ、
２２ｂを介して上記連結体２３に連結される。すなわ
ち、図４に示すように、その連結体２３の各連結部２３
ｃ、２３ｄには、上下に貫通する挿通口２３′が形成さ
れ、その挿通口２３′の内周面に半球状の突起Ｅが形成
される。各第１アーム２１ｂ、２２ｂは、その挿通孔２
３′に挿通可能とされ、且つ、その突起Ｅに嵌合可能な
複数の凹部Ｆが形成される。その嵌合は各突起Ｅと凹部
Ｆが弾性変形することで着脱可能とされ、その嵌合によ
り各支持体２１、２２は連結体２３に連結される。その
突起Ｅに嵌合される凹部Ｆを変更することで、各支持体
２１、２２と連結体２３との連結位置は上下に変更され
る。また、各凹部Ｆの内周面と突起Ｅの外表面とは相接
する球面とされる。各支持体２１、２２を連結体２３に
対して適度な摩擦力の作用下において相対的に球面に沿
って運動させることが可能とされている。

【００１５】図２に示すように、第１当て部材１２ａ
は、右側支持体２１の第２アーム２１ｃの先端に取り付
けられ、第２当て部材１２ｂは、右側支持体２１の第３
アーム２１ｄの先端に取り付けられ、第３当て部材１２
ｃは、左側支持体２２の第２アーム２２ｃの先端に取り
付けられ、第４当て部材１２ｄは、左側支持体２２の第
３アーム２２ｄの先端に取り付けられる。これにより、
上記両支持体２１、２２の左右間隔を広げ、保持部３を
観察者Ａの頭部に装着すると、その広げられた左右間隔
を狭める弾性により、第１当て部材１２ａと第２当て部
材１２ｂを、観察者Ａの頭部右側の前後に離れた箇所に
押し付ける弾力と、第３当て部材１２ｃと第４当て部材
１２ｄを、頭部左側の前後に離れた箇所に押し付ける弾
力とが作用する。さらに、連結体２３自身を頭頂部に押
し付ける弾力が作用する。また、第１当て部材１２ａ
は、頭部右前方側であって、頭部との接触位置が左方向
と後方と下方とに変位するのが阻止される右前頭部に押
し付けられ、第３当て部材１２ｃは、頭部左前方側であ
って、頭部との接触位置が右方向と後方と下方とに変位
するのが阻止される左前頭部に押し付けられ、第２当て
部材１２ｂは、頭部右後方側であって、頭部との接触位
置が左方向と前方と上方とに変位するのが阻止される右
耳の後部に押し付けられ、第４当て部材１２ｄは、頭部
左後方側であって、頭部との接触位置が右方向と前方と
上方とに変位するのが阻止される左耳の後部に押し付け
られる。

【００１６】図５に示すように、各当て部材１２ａ、１
２ｂ、１２ｃ、１２ｄは合成樹脂製の円板部１２′の一
面側に、リング状のスポンジ等の衝撃吸収用パッド１
２″を取り付けることで構成されている。その円板部１
２′の他面側に半球状の突起Ｊが一体的に形成されてい
る。各第２、第３アーム２１ｃ、２２ｃ、２１ｄ、２２
ｄの先端に、その突起Ｊに嵌合可能な凹部Ｋが形成され
ている。各凹部Ｋの内周面と突起Ｊの外表面とは相接す
る球面とされ、これにより、各当て部材１２ａ、１２
ｂ、１２ｃ、１２ｄは支持部材１１に球面に沿って運動
可能に連結されている。

【００１７】上記表示ユニット２は、保持部３により頭
部の右方側と左方側の何れにおいても保持可能とされて
いる。また、その表示ユニット２の保持部３による保持
位置は前後方向に関し変更可能とされている。

【００１８】すなわち、図３、図６に示すように、上記
右側支持体２１のソケット部２１ａは、前方に向かうに
従い下方に向かう方向に沿って貫通する挿入口２１ａ′
を有する。その挿入口２１ａ′の開口形状は、短手方向
寸法Ｍが長手方向寸法Ｎに比べて小さな偏平なものとさ
れる。また、上記表示ユニット２のハウジング５に板状
の支持アーム３１が連結される。その支持アーム３１の
後端側に、一対の片持ち状の爪３１ｂが一体的に設けら
れている。両爪３１ｂの間隔を弾性的に狭めることがで
きるように、その支持アーム３１と各爪３１ｂは弾性を
有するプラスチック製とされ、各爪３１ｂは弾性的に撓
み変形可能とされる。各爪３１ｂの先端の互いに離反す
る側に、引っ掛かり部３１ｂ′が形成されている。両引
っ掛かり部３１ｂ′の間隔Ｐは、上記挿入口２１ａ′の
長手方向寸法Ｎよりも、両爪３１ｂの間隔が弾性的に狭
められた状態で小さく、各爪３１ｂの弾性的な撓み変形
が解除された状態で大きなものとされている。両爪３１
ｂと支持アーム３１の後端側の厚さ方向寸法Ｑは、上記
挿入口２１ａ′の短手方向寸法Ｍよりも小さくされる。
また、その支持アーム３１の後端側の一面に複数の突起
３１′が長手方向に沿って複数形成され、その突起３
１′の突出高さと支持アーム３１の後端側の厚さ方向寸
法との和は、その挿入口２１ａ′の短手方向寸法Ｍより
も僅かに小さくされる。そのソケット部２１ａの左右一
側にＵ字状の切欠が形成され、その切欠に囲まれる部分
は片持ち状の押し付け部２１″とされる。その押し付け
部２１″の先端側は挿入口２１ａ′の内部に突出するも
のとされ、これにより、その挿入口２１ａ′に支持アー
ム３１を挿入すると、上記突起３１′が押し付け部２
１″を弾性的に押し上げるものとされる。左側支持体２
２のソケット部２２ａは、左右方向に直交する面に関し
て右側支持体２１のソケット部２１ａと面対称な形状と
されている。

【００１９】これにより、右側支持体２１のソケット部
２１ａに支持アーム３１を挿入することで、表示ユニッ
ト２を保持部３により頭部の右方側において保持でき、
また、図７に示すように、左側支持体２２のソケット部
２２ａに支持アーム３１を挿入することで、表示ユニッ
ト２を保持部３により頭部の左方側においても保持でき
る。しかも、その表示ユニット２の保持部３に対する着
脱を容易に行うことができる。これにより、観察者Ａの
効き目や目の状態に応じて、一つの表示ユニット２の保
持位置を変更し、観察対象の虚像の形成領域を右目の視
認範囲と左目の視認範囲との間の広い範囲にわたり変更
調整できる。よって、右目用と左目用とで個別に専用の
表示ユニットを用いる必要がなく、コストを低減でき
る。なお、表示ユニット２を頭部の右方側において保持
した場合と左方側において保持した場合とで、観察者Ａ
に視認される映像が同一のものとなるように、その保持
位置を左右変更した場合に映像信号を変化させ、表示画
像を表示面に直交する軸回りに１８０°回転対称なもの
に変化させる切り換えスイッチを設けるのが好ましい。
また、その支持アーム３１の突起３１′と押し付け部２
１″との接触により、支持アーム３１をソケット部２１
ａ、２２ａに対して適度な摩擦力の作用下において前後
方向に関して移動させ、表示ユニット２の保持部３によ
る保持位置を前後方向に関し変更することができる。こ
れにより、図２に示すように観察者Ａの瞳とコンバイナ
７との間を離した状態と、図８に示すように近接した状
態とに変更でき、観察対称の虚像を前後方向に関して容
易に見易い位置に形成できる。また、両爪３１ｂの間隔
が弾性的に狭められない限り、引っ掛かり部３１ｂ′が
ソケット部２１ａ、２２ａに引っ掛かるので、表示ユニ
ット２が保持部３から不慮に脱落するのを防止できる。

【００２０】その支持アーム３１と表示ユニット２と
は、図９、図１０に示すように、連結機構５０を介して
連結されている。その連結機構５０は、その支持アーム
３１の他端に一体化されている受け部材５２と、その表
示ユニット２のハウジング５に一体化されている接合部
材５３と、リテーナ５４とを有する。

【００２１】その受け部材５２は、中央孔５２ａを有す
るリング状とされ、外周に上記支持アーム３１の他端が
一体化されている。この受け部材５２の内径側の一側面
は、球面の一部からなる受け部材側第１摺動面５２ｂと
されている。その球面の中心は、観察者Ａの頭部の左右
間に位置するものとされ、観察者Ａの一方の瞳に可及的
に近接されるのが好ましい。また、その受け部材５２の
内径側の他側面は、その球面と同心の球面の一部からな
る受け部材側第２摺動面５２ｃとされる。

【００２２】その接合部材５３は外周が円形で、ハウジ
ング５にボルト等の固定手段により固定され、表面は前
記球面と同心の球面の一部からなる接合部材側摺動面５
３ａとされている。その接合部材側摺動面５３ａ上に、
円筒部５３ｂが形成されている。この円筒部５３ｂは、
上記受け部材５２の中央孔５２ａよりも小径とされ、そ
の軸心は前記球面の中心を通るものとされている。

【００２３】その受け部材５２は接合部材５３にリテー
ナ５４により押し付けられる。すなわち、そのリテーナ
５４は外周が円形で、一側面が上記球面と同心の球面の
一部からなるリテーナ側摺動面５４ａとされている。そ
の受け部材５２の中央孔５２ａに、その接合部材５３の
円筒部５３ｂが挿通され、その円筒部５３ｂの上面にリ
テーナ５４がネジ５８により固定される。これにより、
受け部材側第１摺動面５２ｂが接合部材側摺動面５３ａ
に押し付けられ、リテーナ側摺動面５４ａが受け部材側
第２摺動面５２ｃに押し付けられ、その接合部材５３は
受け部材５２に各摺動面５３ａ、５２ｂ、５２ｃ、５４
ａを介して適度な摩擦力の作用下において相対的に球面
運動が可能に取り付けられている。すなわち、表示ユニ
ット２は保持部３に球面に沿って一体的に運動可能に連
結され、その球面の中心は、そのコンバイナ７よりも観
察者に近接した位置に配置されている。これにより、そ
の表示ユニット２を観察者Ａに対して、図９において矢
印Ｐで示すように左右方向周りのピッチ方向と、矢印Ｒ
で示すように前後方向周りのロール方向と、矢印Ｙで示
すように上下方向周りのヨー方向とに運動させ、コンバ
イナ７を球面に沿って変位させることができる。

【００２４】上記構成によれば、支持部材１１の連結体
２３を弾性変形させて第１〜第４当て部材１２ａ、１２
ｂ、１２ｃ、１２ｄをパッド１２″を介して観察者Ａの
頭部に押し付けることで、頭部装着型表示装置１を頭部
に装着できる。その装着状態で、それら当て部材１２
ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは頭部右側の前後に離れた
箇所と、頭部左側の前後に離れた箇所とに押し付けられ
るので、表示ユニット２や装置全体の重量は分散して支
持される。これにより、頭部装着型表示装置１を、弾力
を利用して簡単かつ迅速に観察者Ａの頭部にバランス良
く装着でき、装着感を良好なものにできる。その第１当
て部材１２ａと第３当て部材１２ｃは左右前頭部に押し
付けられ、第２当て部材１２ｂと第４当て部材１２ｄは
左右の耳の後部に押し付けられるので、表示ユニット２
の、前後左右上下方向へのずれと、前後左右上下方向回
りのずれとを防止でき、観察者Ａは安定した映像を視認
できる。各当て部材１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは
支持部材１１に球面に沿って運動可能に連結されている
ので、形状の異なる頭部に沿わせることができ、装置を
安定して装着することができる。各当て部材１２ａ、１
２ｂ、１２ｃ、１２ｄとしてスポンジ等の衝撃吸収材を
用いることで、装置を軽量化し、頭部に作用する力を吸
収し、装着感を向上できる。その支持部材１１の支持体
２１、２２と連結体２３との連結位置が上下変更可能と
され、各支持体２１、２２が連結体２３に球面に沿って
運動可能に連結されることで、観察対象の虚像の観察者
Ａに対する方向を自由に変更できる。また、表示ユニッ
ト２が保持部３に球面に沿う運動が可能に連結されるこ
とによっても、観察対象の虚像の観察者Ａに対する方向
を自由に変更できる。その球面の中心がコンバイナ７よ
りも観察者Ａに近接した位置に配置されることで、その
表示ユニット２の重心をコンバイナ７よりも観察者に近
接させることができ、重量バランスをよくして観察者Ａ
に作用するモーメントを小さくし、装置を使い易くする
ことができる。さらに、表示が不要な場合は、表示ユニ
ット２をピッチ方向に回転させることで、コンバイナ７
を観察者Ａの視野範囲の上方に変位させることができ
る。その球面の中心を観察者Ａの眼球位置近傍に配置す
ることで、表示虚像が歪んだり、表示虚像が明瞭に視認
できるアイポイントから外れるのを防止できる。また、
観察者Ａとコンバイナ７とを離間できるので、観察者Ａ
が眼鏡を装着している場合でもアイポイントをずらすこ
となく容易に装着可能である。

【００２５】なお、本発明は上記実施形態に限定されな
い。例えば、パッド１２″として形状記憶素材を用いて
もよい。また、音声を必要とする場合、第２、第４当て
部材１２ｂ、１２ｄにスピーカを取り付け、そのパッド
１２″を耳に押し付けるようにしてもよい。また、図１
に示すように、左右第３アーム２１ｄ、２２ｄに後頭部
に沿うバンド５０を連結具５１を介して連結すること
で、装置の装着時の安定性を高めてもよい。また、当て
部材の数を５つ以上にしてもよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明の頭部装着型表示装置によれば、
弾力を利用して簡単かつ迅速に観察者の頭部にバランス
良く装着でき、装着感を向上できる。

【００２７】

【本発明の実施態様】本発明の頭部装着型表示装置にお
いて、各当て部材は支持部材に球面に沿って運動可能に
連結されるのが好ましい。これにより、各当て部材を形
状の異なる頭部に沿わせることができ、装置を安定して
装着することができる。

【００２８】その当て部材はスポンジ等の衝撃吸収材製
とされるのが好ましい。これにより、装置を軽量化し、
頭部に作用する力を吸収し、装着感を向上できる。

【００２９】その支持部材は、観察者の頭部右側に押し
付けられる当て部材に連結される右側支持体と、頭部左
側に押し付けられる当て部材に連結される左側支持体
と、両支持体に連結されると共に観察者の頭部の両側に
亘る連結体とを有し、その左右支持体の左右間隔を弾性
的に広げることができるように、その連結体は弾性変形
可能とされ、その広げられた左右間隔を狭める弾性によ
り上記当て部材を頭部に押し付ける弾力が発生するのが
好ましい。これにより、装置の構成を簡単化することが
できる。この場合、各支持体と連結体との連結位置は上
下変更可能とされ、各支持体は連結体に球面に沿って運
動可能に連結されるのが好ましい。これにより、観察対
象の虚像の観察者Ａに対する方向を自由に変更できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の側面
図

【図２】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の表示
ユニットを右方の瞳の側に配置した場合の平面図

【図３】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の要部
の側面図

【図４】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の連結
体の支持体との連結部分の横断面図

【図５】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の当て
部材の断面図

【図６】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置のソケ
ット部と支持アームの断面図

【図７】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の表示
ユニットを左方の瞳の側に配置した場合の平面図

【図８】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の表示
ユニットを右方の瞳に近接配置した場合の平面図

【図９】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の一部
の分解状態での斜視図

【図１０】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の一
部の断面図

【符号の説明】 ２ 画像表示ユニット ３ 保持部 １１ 支持部材 １２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 当て部材 Ａ 観察者

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像表示手段と、その画像表示手段を保
   持すると共に観察者の頭部に装着可能な保持手段とを備
   える頭部装着型表示装置において、 その保持手段は、支持部材と、この支持部材に連結され
   る少なくとも４つの当て部材とを有し、 それら当て部材を、観察者の頭部右側の前後に離れた箇
   所と、頭部左側の前後に離れた箇所とに押し付ける弾力
   を作用させることができるように、その支持部材は弾性
   変形可能とされていることを特徴とする頭部装着型表示
   装置。
2. 【請求項２】 その頭部右方の前方側の当て部材は、頭
   部との接触位置が左方向と後方と下方とに変位するのが
   阻止されるように押し付けられ、その頭部左方の前方側
   の当て部材は、頭部との接触位置が右方向と後方と下方
   とに変位するのが阻止されるように押し付けられ、その
   頭部右方の後方側の当て部材は、頭部との接触位置が左
   方向と前方と上方とに変位するのが阻止されるように押
   し付けられ、その頭部左方の後方側の当て部材は、頭部
   との接触位置が右方向と前方と上方とに変位するのが阻
   止されるように押し付けられる請求項１に記載の頭部装
   着型表示装置。