JPH11298826A

JPH11298826A - 頭部装着装置

Info

Publication number: JPH11298826A
Application number: JP12178098A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Chiaki; 千明　　達生; Hironobu Takano; 裕宣高野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-04-15
Filing date: 1998-04-15
Publication date: 1999-10-29

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】頭部に作用する押圧力を軽減又は打ち消し
て、快適な装着感を得る頭部装着装置を得る。【解決手段】観察者がＨＭＤ１を装着すると頭部に
は、後部押圧部８が頭部と当接する位置Ｂを中心とし
て、表示部２が垂れ下がろうとするモーメントと、前方
の額に当接する前部押圧部５が額に当接する部分を中心
として垂れ下がろうとするモーメントが作用する。しか
し、前部押圧部５にトルクＴ１が作用しており、このト
ルクＴ１によって表示部２側が持ち上げられるために、
力Ｆ２が作用する後部押圧部８が頭と当接する部分Ｂを
中心として、表示部２が垂れ下がろうとするモーメント
が打ち消される。また、前方の額に当接する前部押圧部
５が額に当接する部分を中心として表示部２が垂れ下が
ろうとするモーメントによって、後部押圧部８は上方に
持ち上げられようとするが、後部押圧部８のトルクＴ２
によって、表示部２が垂れ下がろうとするモーメントＦ
１が打ち消される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヘッドマウントデ
ィスプレイによる視覚装置を頭部に装着するための頭部
装着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、頭部に装着し表示部に映る映像を
観察することを可能にしたヘッドマウントディスプレイ
（以下ＨＭＤと云う）と呼ばれる種類の視覚装置が、ビ
デオ映像やパーソナルコンピュータの画面を観察するこ
とを目的として使用されるようになっている。

【０００３】ＨＭＤは臨場感を得ながらビデオ等を鑑賞
したり、或いは周囲に影響を与えることなく鑑賞した
り、或いは自由な場所で鑑賞することを実現するための
装置である。

【０００４】従来、この種の装置を頭部に装着するため
の装着装置は、特開平７−８４２１０号公報、特開平７
−１８１４２２号公報及び特開平７−３３３５４７号公
報等に開示されている。特開平７−８４２１０号公報に
開示されるＨＭＤは装着部の後方を切除し、金属又はプ
ラスチック等の弾性体による押圧支持部材によって頭部
を押圧することによって、後頭部に干渉のない軽快な装
着感を得ることや、ＨＭＤを頭部の前方から装着するこ
とによって簡単な着脱を実現している。

【０００５】特開平７−１８１４２２号公報に開示され
るＨＭＤにおいては、観察者の頭部を装着装置が囲繞す
るようになっており、この装着装置が頭部の側面方向に
付勢されることによって、ＨＭＤを頭部に固定するよう
になっている。また、特開平７−３３３５４７号公報に
開示されている映像表示装置は、装着フレームに表示部
を取り付けると共に、装着フレームに可動フレームを設
け、この可動フレームが頭部を付勢することによって、
映像表示装置を頭部に固定している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この種の頭部に装着し
て映像を観察できるようにしたＨＭＤにおいては、軽量
であること、装着感が軽快であること、簡単に着脱でき
ること及び携行性に優れていること等が求められる。ま
た、表示部の重量が比較的重いため、この重量によって
生ずるモーメントにより表示部の垂れ下がり防止対策も
施さなければならない。

【０００７】しかしながら、前述の特開平７−８４２１
０号公報に開示されるＨＭＤにおいては、簡易な装着性
や後頭部の違和感を除去することは実現できるが、押圧
支持部材の押圧力の調整機構が付設されているためにＨ
ＭＤ自体の重量が増加し、軽快な装着性の実現が阻害さ
れる。また、フレームの一部が切除され、頭部の四方を
囲繞するフレーム形状のためＨＭＤ自体が大型であり、
ＨＭＤを使用する際の重要な目的である携行性が阻害さ
れるという欠点がある。

【０００８】更に、特開平７−８４２１０号公報に開示
されるＨＭＤにおいては、金属又はプラスチック等の弾
性体により構成された押圧支持部材によって、頭部を押
圧することによりＨＭＤを頭部に固定している。しか
し、実際にはプラスチックを使用した場合には、長時間
このＨＭＤを使用することにより押圧支持部材がクリー
プし、ばね力の調整が必須となり、必要なばね力を得ら
れなくなる可能性がある。また、押圧支持部材に金属を
使用した場合には材質や断面形状に関する配慮がないた
め、ＨＭＤを装着する際に押圧支持部材を広げると、押
圧支持部材の内部応力が弾性限界を超え、所謂ばねのへ
たりを招きプラスチックを使用した場合と同様にばね力
の調整が必須となり、必要なばね力を得られなくなる可
能性がある。

【０００９】また、特開平７−１８１４２２号公報に開
示されるＨＭＤにおいては、鉢巻状の装着装置によって
表示部を観察者の頭部に固定するため、頭部に正確に装
着するには手間が掛かり、またこのＨＭＤは表示部分の
重量が比較的重いため、強い圧力で表示部を頭部に固定
する必要があって圧迫感が強く、更には観察者の髪型を
変形させてしまう可能性があるなどの問題点がある。

【００１０】また、特開平７−３３３５４７号公報に開
示されている映像表示装置においては、顔の前方から映
像表示装置を装着できるため、装着性に優れ装着感も頭
部の全周を締め付けることがないが、可動フレームが頭
部を付勢するので、その付勢力の反作用を装着フレーム
が受けるために装着フレームの剛性を高める必要があ
り、結果として映像表示装置の重量が増加し、装着感を
損うという問題がある。

【００１１】更に、これらのＨＭＤにおいては、表示部
の重量によってモーメントが発生するが、前述の従来例
では装着部の押圧を増加することによって摩擦力を増加
させ、摩擦力によって表示部が垂れ下がることを防止す
るものであり、装着者は押圧力を強く感ずることにな
り、装着感の快適性が害されるという問題がある。ま
た、前方に位置する表示部の重量により発生するモーメ
ントを打ち消すために、後方の重量を増加させることも
考えられるが、このような場合には、ＨＭＤの重量が増
加するために、同様に快適な装着感を得ることを阻害し
てしまうという問題点がある。

【００１２】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
頭部に作用する押圧力を軽減又は打ち消して、快適な装
着感を得る頭部装着装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による頭部装着装
置は、表示素子と該表示素子による像を拡大表示する光
学手段を内蔵した表示部と、装着者の額にほぼ沿った位
置に設けたフレームと、該フレームに対して上下方向に
所定の角度で回動可能に取り付けた前部押圧部と、前記
表示部を前記フレームに支持する支持手段と、装着者の
後頭部に当接し付勢する後部押圧部とを有するヘッドマ
ウントディスプレイにおいて、前記前部押圧部は装着時
に装着者の額部を下方に押す方向に前部パッドを介して
付勢する前部パッド付勢手段を有し、前記後部押圧部は
所定の範囲で上下方向に回転可能な後部パッドと、該後
部パッドを装着時に装着者の頭を上方に押す方向に付勢
する後部パッド付勢手段とを有することを特徴とする。

【００１４】また、本発明に係る頭部装着装置は、表示
素子と該表示素子による像を拡大表示する光学手段を内
蔵した表示部と、装着者の額にほぼ沿った位置に設けた
フレームと、該フレームに対して上下方向に所定の角度
で回動可能に取り付けた前部押圧部と、前記表示部を前
記フレームに支持する支持手段と、装着者の後頭部に当
接し付勢する後部押圧部とを有するヘッドマウントディ
スプレイにおいて、前記前部押圧部は装着時に装着者の
額部を下方に押す方向に前部パッドを介して付勢する前
部パッド付勢手段を有し、金属製の前記フレームの両端
部にそれぞれヒンジを介して内側に湾曲した形状を有す
ると共に湾曲した方向に弾性を有するサイドフレームを
それぞれ装着状態に対して頭部方向に回転可能に連結
し、前記サイドフレームのそれぞれの先端に前記後部押
圧部を取り付け、前記サイドフレームは装着状態におい
て伸ばされることにより発生するばね力により前記後部
押圧部により頭部を加圧する力を発生する形状とし、前
記後部押圧部は所定の範囲で上下方向に回転可能な後部
パッドと、該後部パッドを装着時に装着者の頭を上方に
押す方向に付勢する後部パッド付勢手段とを有すること
を特徴とする。

【００１５】更に、本発明に係る頭部装着装置は、表示
素子と該表示素子による像を拡大表示する光学手段を内
蔵した表示部と、装着者の額にほぼ沿った位置に設けた
フレームと、該フレームに対して上下方向に所定の角度
で回動可能に取り付けた前部押圧部と、前記表示部を前
記フレームに支持する支持手段と、装着者の後頭部に当
接し付勢する後部押圧部とを有するヘッドマウントディ
スプレイにおいて、前記前部押圧部は装着時に装着者の
額部を下方に押す方向に前部パッドを介して付勢する前
部パッド付勢手段を有し、金属製の前記フレームの両端
部に装着ベルト手段を接続し、該装着ベルト手段は長さ
調整手段と、長さ方向の弾性を発生する弾性部を有し、
前記装着ベルト手段に前記後部押圧部を取り付けると共
に、装着時に装着者の頭を上方に押す方向に付勢する後
部付勢手段とを有することを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明を図示の実施例に基づいて
詳細に説明する。図１は第１の実施例におけるＨＭＤの
斜視図、図２は断面図を示しており、このＨＭＤ１にお
いては、表示部２が装着フレーム３に支持部材４を介し
て支持され、また支持部材４の上部にはパッド部材から
成る前部押圧部５が取り付けられている。装着フレーム
３の両端には、一対のヒンジ６を介してサイドフレーム
７が取り付けられ、このサイドフレーム７の先端には後
部押圧部８が設けられている。更に、表示部２には映像
信号等の電気信号等を伝達するためのケーブル９が接続
され、サイドフレーム７にはこのケーブル９を保持する
ためのフック１０が設けられている。

【００１７】表示部２には図示していないバックライ
ト、液晶パネル、表示回路及び光学手段が内蔵されてお
り、図示しないビデオデッキやパーソナルコンピュータ
等の映像信号発生手段からケーブル９を介して伝達され
た信号に基づいた映像を表示し、観察者はＨＭＤ１を装
着することによって、表示部２に表示される映像を観察
できるようになっている。

【００１８】装着フレーム３は例えばチタンの棒材を曲
げ加工して作られたコア３ａにエラストマなどをインサ
ートモールドして作られており、装着者の頭部前面にほ
ぼ沿った形状から成り、ほぼ中央に例えばプラスチック
や装着フレーム３のコア３ａと同材質のチタン等で作ら
れた支持部材４が、ねじ止めやロウ付け等の周知の手段
で固定されている。またヒンジ６は装着フレーム３のコ
ア３ａにロウ付けやかしめなどの周知の手段により固定
されている。

【００１９】また、支持部材４は図２に示すように軸４
ａ、４ｂを有しており、表示部２は所定の摩擦力を介し
て観察者の両眼に対して上下方向に回転可能に軸４ａに
より軸支され、前部押圧部５は所定の角度範囲で観察者
の上下方向に回転可能に軸４ｂにより軸支されている。
更に、支持部材４と前部押圧部５の間には前部付勢ばね
４ｃが介在されており、前部押圧部５は支持部材４の軸
４ｂ回りに観察者に対して下向きに前部付勢ばね４ｃに
よって付勢されている。

【００２０】サイドフレーム７は例えばステンレス合
金、チタン、チタン合金又は超弾性合金等で作られたコ
ア７ａに、エラストマなどをインサートモールドして作
られており、図１に示すように側頭部を囲繞するように
湾曲した形状を有している。サイドフレーム７のコア７
ａの一端はヒンジ６にロウ付けやかしめ等によって固定
されており、サイドフレーム７は装着フレーム３に対し
て外側には開かず、内側には折り畳めるようにされてお
り、装着フレーム３に対して所定の角度範囲で回動でき
るように軸支されている。なお、サイドフレーム７のコ
ア７ａの断面形状は装着フレーム３のコア３ａよりも柔
らかく高い弾性が得られるようになっている。また、サ
イドフレーム７の端部に固定されている後部押圧部８
は、パッド部１１と、ピアノ線等により造られた捩りば
ねである後部付勢ばね１２と、後部装着ベース１３とに
より構成されている。

【００２１】図３は後部押圧部８の断面図、図３は側面
図を示している。後部装着ベース１３は例えばＡＢＳ樹
脂等を射出成形により作られ、サイドフレーム７のコア
７ａにビス７ｂ、７ｃによって固定されており、第１の
軸受穴１３ａと突出部１３ｂに設けられた第２の軸受穴
１３ｃが設けられている。内側に位置する後部パッド１
１ａは例えばウレタンゴムの上にスポンジが重ねられ、
更にその周囲をポリエチレンフィルムで覆って作られて
おり、両面テープやマジックテープにより後部パッドフ
レーム１１ｂに固定されている。この後部パッドフレー
ム１１ｂは例えばＡＢＳ樹脂等を射出成形により作ら
れ、後部装着ベース１３側に向く第１、第２の突起部１
１ｃ、１１ｄが設けられ、第１の突起部１１ｃにはこの
突起方向と直度する方向を向く第１の軸１１ｅと第１の
ばね支持部１１ｆが設けられている。同様に、第２の突
起部１１ｄには、第２の軸１１ｇと第２のばね支持部１
１ｈが設けられている。

【００２２】第１、第２の軸１１ｅ、１１ｇは、それぞ
れ第１、第２の軸受穴１３ａ、１３ｃと嵌合し、パッド
部１１は後部装着ベース１３に対して上下方向に所定の
角度範囲で回転できるようになっている。後部付勢ばね
１２は後部装着ベース１３の第１、第２のばね支持部１
０ｆ、１０ｈによって支持され、パッド部１１を第１、
第２の軸１０ｅ、１０ｇに対して、上方に付勢してい
る。なお、パッド部１１が後部装着ベース１３に対して
回転する範囲は、図４に示すようにパッドフレーム１０
ｂが後部装着ベース１３の一部に当接することにより規
制されている。

【００２３】図５はこのように構成されたＨＭＤ１を装
着した際の力関係について示しており、観察者が頭部に
ＨＭＤ１を装着すると、表示部２の重量による力Ｍが作
用する。この際に頭部には、後部押圧部８が頭部と当接
する位置Ｂを中心として、表示部２が垂れ下がろうとす
るモーメントと、前方の額に当接する前部押圧部５が額
に当接する部分を中心として表示部２が垂れ下がろうと
するモーメントが作用する。

【００２４】本実施例においては、前部押圧部５にトル
クＴ１が作用しており、このトルクＴ１によって表示部
２側が持ち上げられるために、力Ｆ２が作用する後部押
圧部８が頭と当接する部分Ｂを中心として、表示部２が
垂れ下がろうとするモーメントが打ち消される。また、
前方の額に当接する前部押圧部５が額に当接する部分を
中心として表示部２が垂れ下がろうとするモーメントに
よって、後部押圧部８は上方に持ち上げられようとする
が、後部押圧部８にトルクＴ２が作用しており、このト
ルクＴ２によって後部押圧部８を引き下げようとする力
Ｆ３が作用するために、前方の額に当接する前部押圧部
５が額に当接する部分を中心として、表示部２が垂れ下
がろうとするモーメントＦ１が打ち消される。

【００２５】このように、本実施例の頭部装着装置は表
示部２の重量によって作用するモーメントを軽減或いは
打ち消すことができるため、このＨＭＤ１においては、
観察者の頭部に対する押圧力Ｆ１、Ｆ２を小さくするこ
とができ、快適な装着を実現できる。

【００２６】この第１の実施例においては、サイドフレ
ーム７と後部押圧部８を用い、ＨＭＤ１を頭部に装着す
るものであるが、観察者がＨＭＤ１を装着した場合にお
いて、激しく動くシミュレーション等では、装着力を強
化したり、装着力を加減し易くするためのベルト型の装
着手段の方が望ましい場合がある。また、第１の実施例
においては、後部押圧部８にトルクを発生させるための
後部付勢ばね１２を設けているが、サイドフレーム７の
曲げ応力などを使用することで、ばね１２を設けなくと
も同じ効果を得ることもできる。

【００２７】図６は第２の実施例の斜視図を示してお
り、第１の実施例と同一の部材については同一の符号を
付している。この第２の実施例におけるＨＭＤ２１にお
いては、ベルトの捩り応力によって後部押圧部８が頭部
を押し上げる方向のトルクを発生させるようにしたもの
である。

【００２８】装着フレーム２２の両端には、開放ボタン
２３ａを有する長さ調節手段２３が設けられており、こ
の長さ調整手段２３の他端にはベルト２４が設けられ、
このベルト２４は後部に後部押圧部２５が介在されてい
る。長さ調整手段２３は周知のものであり、ベルト２４
を押し込むと押し込まれた長さを維持し、開放ボタン２
３ａの操作によって任意の長さにベルトを開放するよう
にされている。

【００２９】ベルト２４は例えばナイロン樹脂等で作ら
れており、長方形の断面を有し、捩れに強い形状とされ
ている。また、ベルト２４には弾性部２４ａが設けられ
ており、長さ方向に弾性を有するようになっている。更
に、ベルト２４は後部押圧部２５に固定される部分の近
傍に狭幅部２４ｂを有し、この狭幅部２４ｂよりも後部
押圧部２５側では、後部押圧部２５の下側が前方になる
ように捩れた形状をしている。また、後部押圧部２５の
頭部との当接面は、ベルト２４の捩れの中心よりも前方
になるように、後部押圧部２５の厚さが設定されてい
る。

【００３０】このような構成によって、観察者がＨＭＤ
２１を装着するとベルト２４が捩れ、その反力によって
後部押圧部２５にトルクを発生させ、第１の実施例で説
明したように表示部２の重量によって生ずるモーメント
を打ち消したり、軽減することができる。

【００３１】この第２の実施例においては、先に述べた
ように激しい動きを伴うような強力な装着力が必要とさ
れる場合においても、観察者の頭部を強く締め付けるこ
となく、確実な装着と固定ができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る頭部装
着装置は、表示部等の重量によって生ずるモーメントを
前部及び後部押圧部にトルクを生じさせることによっ
て、軽減又は打ち消すことができるため、装着のために
頭部を押圧する力を少なくすることができ、観察者に苦
痛を与えず、確実な装着感を得ることができるという効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の斜視図である。

【図２】断面図である。

【図３】後部押圧部の断面図である。

【図４】後部押圧部の側面図である。

【図５】ＨＭＤを頭部に装着した際の力関係の説明図で
ある。

【図６】第２の実施例の斜視図である。

【符号の説明】

１、２１ＨＭＤ２表示部３、２３装着フレーム４支持部材４ｃ前部付勢ばね５前部押圧部６ヒンジ７サイドフレーム８、２５後部押圧部１１パッド部１２後部付勢ばね１３後部装着ベース２４ベルト２３長さ調整手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表示素子と該表示素子による像を拡大表
示する光学手段を内蔵した表示部と、装着者の額にほぼ
沿った位置に設けたフレームと、該フレームに対して上
下方向に所定の角度で回動可能に取り付けた前部押圧部
と、前記表示部を前記フレームに支持する支持手段と、
装着者の後頭部に当接し付勢する後部押圧部とを有する
ヘッドマウントディスプレイにおいて、前記前部押圧部
は装着時に装着者の額部を下方に押す方向に前部パッド
を介して付勢する前部パッド付勢手段を有し、前記後部
押圧部は所定の範囲で上下方向に回転可能な後部パッド
と、該後部パッドを装着時に装着者の頭を上方に押す方
向に付勢する後部パッド付勢手段とを有することを特徴
とする頭部装着装置。
【請求項２】表示素子と該表示素子による像を拡大表
示する光学手段を内蔵した表示部と、装着者の額にほぼ
沿った位置に設けたフレームと、該フレームに対して上
下方向に所定の角度で回動可能に取り付けた前部押圧部
と、前記表示部を前記フレームに支持する支持手段と、
装着者の後頭部に当接し付勢する後部押圧部とを有する
ヘッドマウントディスプレイにおいて、前記前部押圧部
は装着時に装着者の額部を下方に押す方向に前部パッド
を介して付勢する前部パッド付勢手段を有し、金属製の
前記フレームの両端部にそれぞれヒンジを介して内側に
湾曲した形状を有すると共に湾曲した方向に弾性を有す
るサイドフレームをそれぞれ装着状態に対して頭部方向
に回転可能に連結し、前記サイドフレームのそれぞれの
先端に前記後部押圧部を取り付け、前記サイドフレーム
は装着状態において伸ばされることにより発生するばね
力により前記後部押圧部により頭部を加圧する力を発生
する形状とし、前記後部押圧部は所定の範囲で上下方向
に回転可能な後部パッドと、該後部パッドを装着時に装
着者の頭を上方に押す方向に付勢する後部パッド付勢手
段とを有することを特徴とする頭部装着装置。
【請求項３】前記後部押圧部は前記後部パッドをその
下端部が頭部に近くなるように取り付け、前記サイドフ
レームが捩られることによって作用するばね力によって
前記後部パッドを装着時に装着者の頭を上方に押す方向
に付勢する前記後部パッド付勢手段を兼ねるようにした
請求項２に記載の頭部装着装置。
【請求項４】表示素子と該表示素子による像を拡大表
示する光学手段を内蔵した表示部と、装着者の額にほぼ
沿った位置に設けたフレームと、該フレームに対して上
下方向に所定の角度で回動可能に取り付けた前部押圧部
と、前記表示部を前記フレームに支持する支持手段と、
装着者の後頭部に当接し付勢する後部押圧部とを有する
ヘッドマウントディスプレイにおいて、前記前部押圧部
は装着時に装着者の額部を下方に押す方向に前部パッド
を介して付勢する前部パッド付勢手段を有し、金属製の
前記フレームの両端部に装着ベルト手段を接続し、該装
着ベルト手段は長さ調整手段と、長さ方向の弾性を発生
する弾性部を有し、前記装着ベルト手段に前記後部押圧
部を取り付けると共に、装着時に装着者の頭を上方に押
す方向に付勢する後部付勢手段とを有することを特徴と
する頭部装着装置。
【請求項５】前記装着ベルト手段は弾性を有し、前記
後部押圧部をその下端部が頭部に近くなるように取り付
け、前記装着ベルト手段が捩られることにより作用する
ばね力によって前記後部押圧部を装着時に装着者の頭を
上方に押す方向に付勢する後部付勢手段を兼ねるように
した請求項４に記載の頭部装着装置。