JPWO2008096719A1

JPWO2008096719A1 - 周辺視野を開放したヘッドマウントディスプレイ

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Publication number: JPWO2008096719A1
Application number: JP2008506662A
Authority: JP
Inventors: 高橋　淳; 淳高橋
Original assignee: 高橋　淳; 淳高橋
Priority date: 2007-02-05
Filing date: 2008-02-04
Publication date: 2010-05-20
Also published as: WO2008096719A1

Abstract

【課題】倒立その他上下左右の頭部動きに対して画像表示部分が視野からずれることがなく、前方視野を切り抜くように画像を表示すると共に周辺裸眼視野を確保し、画像表示装置視野内の非表示部分を無くし、一体型音響装置で同時にあるいは選択的に音楽音声と画像を鑑賞可能とし、三次元デジタル拡大鏡として使用する場合は、急激な位置変化対応するフレームレス式三次元デジタル拡大鏡および周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイを提供する。【解決手段】自由曲面プリズムの凸面反射透過面の視野周辺にミラーコート凹面反射面が目視されることが無い形状の自由曲面プリズムを有し、あるいは屈折プリズムでは接眼レンズによって表示画像を拡大認識する画像表示装置を、イヤフォンを設置したイヤーロッドおよび鞍状ノーズパッドの三固定点を以って頭部に装着すると共に画像表示装置の跳ね上げ機構を設け、三次元デジタル拡大鏡としては、利き目側で両撮像装置の焦点を結び、フレームレートを越える位置変化を感知して直前表示画像を維持する三次元デジタル拡大鏡および周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイである。【選択図】図１

Description

この発明は、周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイ及び両手を用いた精密作業時のデジタル作業視野拡大明視装置に関わる。

従来のヘッドマウントディスプレイは装着者視野の大部分を覆う閉塞型であり、装着者の視界には映画館で映画を鑑賞する場合の様に、暗闇の視野上に画像が表示され画像表示部と全視野範囲との間にフレーム状の視野障害物存在する。特にヘッドマウントディスプレイの背面に撮像装置を装着し、光学拡大鏡の機能をデジタルで再現した特許第３５５６８２９号の様な三次元デジタル拡大鏡では、画像処理によって接眼レンズ部のフレームの影響はないが、画像を表示するモニター部分にはフレームが存在した。このフレームによる不可視領域は閉鎖的な作業部位に対して高拡大で作業を行う場合、周辺の障害物を回避して機械器具等や手指を作業部位に直達させることを困難にする。仮にフレームを取り去って人間の視野の全周にモニター表示し人間の一般的な周辺視野を確保するためは約２００度以上の広角撮像装置を用い視野全体を撮影する必要がある。しかし、このような超広角レンズの収差を補正し視野中心部分のみ分画拡大表示することは困難であり、仮に画像補正を行ったとしてもフレーム不可視領域をなくするためには顔面縦状左右方向正中に対して２００度の範囲をカバーする画像表示装置、あるいは顔面を覆うように湾曲した大型の画像表示装置が必要となるために使用時の違和感が大きく船酔い現象を引き起こし作業者に大きな負担を与えることになる。

また、双眼光学拡大鏡装置は固定焦点であり、固定焦点距離に従って、作業部位と頭部位置の距離を一定に保ち作業することを強いられるばかりか、高拡大の双眼光学拡大鏡は接眼レンズと対物レンズ間距離が大きい為に視野が狭く、使用者固有の瞳孔間距離に接眼レンズ位置を調節する場合、作業部位視野方向に対する左右拡大鏡対物レンズの入射方向調節は非常にシビアであるためにデリケートな調節が要求される。更に光学拡大鏡は、一般的に接眼レンズと対物レンズが筒状のフレームで固定されているので接眼部のフレームが拡大鏡視野と周辺視野境界部として認識され拡大部分を注視した状態で非拡大部周辺視野を認識しようとする場合、拡大部、非拡大部間にフレームが不可視領域として輪郭のように認識されるために違和感が大きい。この様なヘッドマウントディスプレイを装着する方法としてはヘッドギア、あるいは眼鏡型などの頭部搭載機構が用いられている。また、このようなヘッドマウントディスプレイは画像と同時に音楽を視聴するが、視聴中に使用を中断する事無く視野から画像表示装置を排除して音楽のみ選択的に試聴可能な機器は存在しなかった。
特許第３５５６８２９号、特開平５−２７６４６７、特開平８−２３７５７５、特開２００１−１００１４４、特開２００２−３５０７７１、特表２００３?５０４９７６、特開２００１−３１１９０６、特開２００２−２５０８６６、特開２００６−２６２１４６、特開２００１−１０９４５５

前述の様に前方視野内に目的拡大部画像表示部周辺フレームのない画像を全面表示し、前記拡大部画像が視野中にあたかも裸眼視野を切り抜き浮き上がるように拡大画像周辺に境界不可視領域が無い画像として表示する画像表示部周辺裸眼視野を確保した三次元デジタル拡大鏡を提供する。眼鏡型の頭部搭載方法をとるヘッドマウントディスプレイは、本体重量を耳にかけるテンプルと鼻に乗せるパッド部で支え、テンプル部で側頭部を挟持する維持力で頭部に固定するものである。しかし重力により発生するヘッドマウントディスプレイ本体の質量を、左右のテンプルとノーズパッドで維持する方法では天上方向に対する維持力は左右テンプルの挟持する圧力のみであるたに、倒立すれば簡単に定位置から外れてしまう。また、使用者がこの様なアクロバティックな体位をとることが無いにしても、下を向いて作業を行う場合に、顔面前方方向に維持力発揮する維持装置が無いので本体が前方に落下する危険性がある。同様にヘッドギア型の物では、固定は十分確保できるが、装着時に装置の圧迫によりヘアスタイルを乱すばかりでなく、眼鏡の様に日常使用する装置の形状とは異なり外観的に違和感があるので、特に公共の場で使用することは憚られる。またどちらのヘッドマウントディスプレイ装着手段も映像と同時に音声あるいは音楽の視聴を目的とするものであり、使用中に音楽音声は中断する事無く、視野から画像表示装置のみを排除して音楽のみ楽しめるものは無かった。かかる事実に鑑み、上下前後左右の頭部動きに対して維持力を失う事無く、たとえ倒立しても画像表示部分が視野からずれることがなく、本体と一体型の音響装置によって音楽も楽しめると共に音声発信も可能とし、外見上違和感の無い装着スタイルで、使用中に容易に視野から画像表示装置を完全に排除して視野を解放し音楽のみ選択的に楽しめるヘッドマウントディスプレイを提供する。三次元デジタル拡大鏡として作業対象の目的部位を拡大表示する場合、前方視野内に目的拡大部画像表示部周辺フレームのない画像を全面表示し、前記拡大部画像が視野中にあたかも裸眼視野を切り抜き浮き上がるように拡大画像周辺に境界不可視領域が無い画像として表示する画像表示部周辺視野を確保した三次元デジタル拡大鏡を提供する。また、拡大作業対象の撮像装置の画像処理能力が表示フレームレート数を越える急激な動き変化にも対応する三次元デジタル拡大鏡を提供する。

この発明は上記目的を達成するためになされたものであり、第１の発明は、前方視野即ち概ね２００度ある左右側方視野および上下１３０度の縦状視野角中の眼前方視野方向に、左右画像表示部以外の構成部品を前方注視時の不可視領域、特に鼻側近接側左右６０度前方視野角が交差する前方注視視野不可視領域に納めた左右画像表示装置のフレームの無い接眼投射部画像表示部分が視野を切り抜くように設置した画像表示装置を、左右両側の外耳道に挿入したイヤーロッドと、顔面において両耳の中央に位置する鼻根陥窮部に装着する鞍状ノーズパッドの３固定点を、それぞれ頭部中心方向に圧迫する前方視野不可視領域に配置したフレームで構成した頭部搭載装置の両側外耳道および鼻根最陥窮部の三点固定源による保持力によって、所定の位置に固定する頭部の前後、上下、左右的な姿勢変化に関らず画像表示装置を所定の位置に保つと共に、画像表示装置以外の部品を前方注視視野不可視領域に配置する事を特徴とする周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイである。

前述の第一の発明の様に画像表示装置以外のパーツを装着者前方視野不過視領域に配置することによって、画像表示装置の周辺視野を解放することが可能となるが、第三の発明は更に、画像表示装置に画像を表示した際に視覚的に周辺視野との境界に画像表示装置を構成する部品、あるいは画像表示装置の画像投射面周囲に非表示部分が認識される事が無い様に考案された物である。すなわち、基本的に眼球の回転運動による視線移動した場合、視線方向画像表示装置の眼球側投射面外周に画像表示装置構成部品が見える事が無い形状を持つ画像表示装置である。さらに、眼球側投射面視野内に表示される画像表示素子の画像周辺に非投射部分無く眼球側投射面全域に目視される様にするために、画像表示装置を、前方注視視野不可視領域に配置した画像表示素子と、前記画像表示素子に表示された画像を装着者の目に投射する自由曲面プリズム、あるいは屈折プリズムおよびレンズ群で構成する画像表示装置において、前記自由曲面プリズム、あるいは屈折プリズムおよびレンズ群反射透過面全面に画像表示素子画像が過不足無く射出される様に、自由曲面プリズムでは眼球回転中心点から眼球側反射透過面を投影した形状を有するミラーコート凹面反射面で構成する少なくとも自由曲面プリズムの凸面反射透過面の視野周辺にミラーコート凹面反射面が目視されることが無い形状の自由曲面プリズムを有し、前記自由曲面プリズム入射面から入射した画像光を凸面反射透過面で反射し、ミラーコート凹面反射面で反射し、再び凸面反射透過面を透過して装着者の目に射出され、自由曲面プリズム視野内全面に画像表示素子画像が表示され、同様に屈折プリズムおよびレンズ群で構成する双眼画像表示装置においては、屈折投射される画像表示素子画像を接眼レンズで拡大することによって、境界の無い画像表示素子画像が前方視野内を切り抜く様に単一画像として認識される周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイである。

第三の発明は、第一および第二の発明に記載の両眼の前方視野方向視線上に設置した左右一対の画像表示装置の背面視線方向側の装着作業者左右瞳孔に相当する位置に前方視野方向を撮像するように入光部を向けた撮像装置を設置し、前記連結部を顔面直近の前方注視視野不可視領域で頭部固定装着機構と連結した周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイを応用した三次元デジタル拡大鏡である。この三次元デジタル拡大鏡を装着して左右瞳孔中央部に相当する位置から、裸眼視野方向に向けて取り付けたズームレンズ搭載自動焦点カメラの撮像した拡大画像を、フレームの無い左右２枚の自由曲面プリズムレンズに投射することによって概ね２００度ある左右側方視野および上下１３０度の縦状視野角中にそれぞれ上下方向および外側方向に作業部位の拡大画像のみを浮き出すように表示することが可能となるので実際には目前に略長方形の自由曲面プリズムレンズの形状の拡大部分画像が三次元画像として視野を切り抜くように認識される周辺視野を解放した三次元デジタル拡大鏡ヘッドマウントディスプレイである。この様に第一の発明および第三の発明によって周辺視野を解放されたヘッドマウントディスプレイに第二の発明の様に撮像装置を装着して三次元デジタル拡大鏡を構成した場合、光学拡大鏡を使用する場合と同様の使用感感覚で視野を得る事になる。人間は物体を認識する場合利き目で直線的に物体を主体的に捉え、逆の目で斜め方向から物体との遠近感を捉えて距離を認識する。この様な自然な視野獲得を三次元デジタル拡大鏡においても再現するために第四の発明は、第二の発明に記載のステレオ撮像装置を備えるヘッドマウントディスプレイである三次元デジタル拡大鏡の画像表示装置背面に設置した利き目側の撮像装置撮像方向を、利き目の作業実態注視点方向に向けて設置し、他方の撮像装置撮像方向が逆の目作業実態注視点方向に向け設置した周辺視野を解放した三次元デジタル拡大鏡ヘッドマウントディスプレイである。

第四の発明によって人間の視覚認識に極めて近い使用感覚で三次元デジタルデジタル拡大鏡使用する事が可能であるが、撮像および表示装置の入出力フレームレートを上回る急激な撮像対象の動きに対しては対応することができない。第五の発明は、第二の発明に記載の撮像装置の画像処理能力が表示フレームレート数を超える速度で撮像装置視野角度が変更された場合、三次元デジタルデジタル拡大鏡に設置した位置加速度センサーで感知し、直前の表示画像を一定時間維持する周辺視野を解放した三次元デジタル拡大鏡ヘッドマウントディスプレイである。

第六の発明は、第一の発明および第二の発明の画像表示装置で画像を認識すると同時に、音声、音楽を試聴、あるいは音声通信を可能とするために、フレームの維持装である両耳の外耳道に挿入外耳道を閉塞するイヤーロッド内に、イヤフォンと骨伝導マイクを設置し、音楽あるいは音声を聞くと同時に音声発信あるいは音声入力可能とした三次元デジタル拡大鏡および周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイである。

第六の発明を実施する際には、イヤーロッドを外耳道に緊密に適合させると同時に維持装置として機能を求めることになり、デリケートな外耳道に対する圧迫応力集中、加えて長時間の使用に対する考慮して、第七の発明は、第二の発明に記載の左右両側外耳道に挿入するイヤーロッドの耳珠後側外耳道周囲平坦部に適合する様に、頭部正中縦状断面に対して略平行面を持つイヤーパッド部を設けることによってインナーイヤー部の外耳道内周壁の頭部中心方向に向かう圧迫力を軽減すると共に、装置左右耳部維持装置の維持力を向上した三次元デジタル拡大鏡および周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイである。

第六の発明と第七の発明によって長時間快適に画像と同時に、音楽を試聴、あるいは音声通信を可能となるが、第八の発明は、使用環境の変更に従って画像鑑賞のみ中断し、音楽の試聴、あるいは音声通信のみ実施必要が生じた場合、または、画像表示装置の機能に障害が発生した場合に、イヤーロッドを外耳道から取り外す事無く画像表示部とフレームを視野から排除するために、画像表示装置とフレームに設置したヒンジ機構で画像表示部のみを前方視野から排除して裸眼視野を確保するか、あるいはノーズパットとフレームの接続部に設置したヒンジ機構で鼻根部維持固定をリリースし、フレームとイヤーロッド接合部に回転機構によって、左右イヤーパッドを回転軸としてフレームおよび画像表示装置を顔面下方に回転移動させて音声あるいは音楽を試聴することを可能とした三次元デジタル拡大鏡および周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイである。

また、画像表示装置の画像投射面周囲に非表示部分が認識される事が無い様に考案された第三の発明を実施するに際しては、特に画像投射面に対する上下方向の視線の入射角度を規定方向に保つ為に必要があるが、この視線入射角度を装着したままで調節可能とするために、第九の発明は、不可視領域に配置するフレームフロント部両端、フレームテンプル部接合部の左右水平ヒンジ直近のフレームテンプル部に設けた垂直ヒンジ部垂直ヒンジの角度調節と、左右テンプル部に設置したスライド調節機構を利用したフレームテンプルの長さ調整を行うことによって、装置を装着したままで画像表示装置の視野角度を角度調節変更可能とした三次元デジタル拡大鏡および周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイである。

第七の発明のよって、イヤーロッドの外耳道圧迫圧の軽減が可能となるが更にインナーイヤー部の外耳道内周壁の頭部中心方向に向かう圧迫力を軽減するとともに装置の頭部搭載維持力を向上する為に、第十の発明は、両側外耳道および鼻根最陥窮部の三点の主たる固定支持に加えて、左右フレームテンプル部に頬骨パッドを設置し、このパッド二点を頭部中心方向に圧迫することによって、合計５点支持による維持力で頭部に搭載固定する三次元デジタル拡大鏡および周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイである。

一般的に両眼側方視野角は顔面正中に対して最大１３５度であり、視線を前方に向けた状態での片眼顔面正中視野方向に対する視野角度は６０度であるので両眼顔面正中方向に対する両眼視野角が交差する範囲外の顔面側は注視時不可視領域となる。これは、前方の対象上に指を差し出し、前記対象を注視しつつ鼻根部に向けて近づけて来ると、前方視野が交差する注視時不可視領域に達する位置から鼻根部にかけて徐々に指はゴースト化してついには確認不能となることで理解できる。この事実を利用して第一の発明の様にヘッドマウントディスプレイの画像表示装置を前方視野即ち概ね２００度ある左右側方視野および上下１３０度の縦状視野角中の眼前方視野方向に、左右画像表示部以外の構成部品を前方注視時の不可視領域、特に鼻側近接側左右６０度前方視野角が交差する前方注視視野不可視領域に納める様に設置することによって、装着者は左右画像表示装置の接眼投射部画像表示部分が視野を切り抜くように視野を認識することが可能となる。

しかし、前述の様に画像表示装置の接眼投射部画像表示部以外の構成部分不過視領域に配置しても、顔面正中に対して最大１３５度ある両眼側方視野角を考慮すると、視野障壁を排除して装着感を向上する為には頭部搭載機構の配置を側方視野外に配置することが望ましい。この様な画像表示装置を頭部に搭載する手立てとしては、眼鏡タイプ、あるいはヘッドギアタイプが代表的であるが、一般的な眼鏡型のフレームでは、左右テンプル部、ブリッジ部、智、あるいはクリングス部が側方視野内に入る可能性があり、仮に全周視野外に前記構成部品を配置した場合、モダン部（先セル）共には上方向維持力が無いので頭部が前傾姿勢を取った場合装置を落下する危険性高く、クリングス部も基本的には装置の自重によって維持力を発揮しているので、特に本装置の様に一般眼鏡に比較してオーバーハングの大きな物では頭部の急激な姿勢変時には脱離落下の危険性があり、ジョギングなど運動しているときに頭部の動きによって画像表示部分が視野からずれやすく、特に下を向いた状態では装置が落下する危険性がある。しかし、本発明のヘッドマウントディスプレイ固定装置では、画像表示部を両端のイヤーロッドと顔面において両耳の中央に位置する鼻根陥窮部に装着した鞍状ノーズパッドの三固定点で維持し、その三点を頭部中心方向に圧迫するフレームに連結固定してあるので、固定装置前方のノーズパット部は鼻根陥窮部に適合する馬鞍状形態が上下左右に対して維持力を発揮すると同様に、外耳道内に挿入したイヤーロッドが側方２カ所で上下左右全周方向に維持力を発揮するので、頭部の前後左右どの方向に対する動きにも維持力を失うことがない。このため、ウォーキングやジョギングなどの運動中にも安全に使用することが可能であり、仮に使用者が倒立した状態であっても、宇宙空間の様な無重力状態でも維持力を発揮し脱離する事が無い。また、装置自体が一般の眼鏡のような形状は非常にコンパクトでしかもファッショナブルであるので外観的に違和感がなく人目に触れる公共の場での使用にも好適である。

前述の第一の発明の様に画像表示装置以外のパーツを装着者前方視野不過視領域に配置することによって、画像表示装置の周辺視野を解放することが可能となるが、第二の発明に於いては画像表示装置自体について、眼球の回転運動による視線移動した場合、視線方向画像表示装置の眼球側投射面外周に画像表示装置構成部品が見える事が無い形状を持つ画像表示装置である視線方向画像表示装置の眼球側投射面外周に画像表示装置構成部品が周辺視野を遮る事が無い。画像を表示していない状態では、装着者の前方視野には画像表示装置の眼球側投射面のみ認識される事になる。また、眼球側投射面内側視野については、画像表示素子に表示された画像を装着者の目に投射する自由曲面プリズム、あるいは屈折プリズムおよびレンズ群で構成する画像表示装置の自由曲面プリズム反射透過面全面、あるいは屈折プリズムおよびレンズ群接眼レンズ全面に画像表示素子画像が過不足無く射出される様に、自由曲面プリズムでは眼球回転中心点から眼球側反射透過面を投影した形状を有するミラーコート凹面反射面で構成する少なくとも自由曲面プリズムの凸面反射透過面の視野周辺にミラーコート凹面反射面が目視されることが無い形状の自由曲面プリズムを有しする自由曲面プリズム入射面から入射した画像光を凸面反射透過面で反射し、更にミラーコート凹面反射面で反射し、再び凸面反射透過面を透過して装着者の目に射出されることによって、自由曲面プリズム視野内全面に画像表示素子画像が表示されるので、頭部を固定したまま眼球視野角度を変更してフィールド中の対象画像の辺縁を注視しても周辺視野との境界に画像表示装置を構成する部品、あるいは画像表示装置の画像投射面周囲に非表示部分が認識される事が無い。同様に屈折プリズムおよびレンズ群で構成する双眼画像表示装置においても、屈折投射される画像表示素子画像を接眼レンズで拡大することによって、対象画像の辺縁境界の無い画像表示素子画像が前方視野内を切り抜く様に単一画像として認識することが可能となる。

この第一の発明および第二の発明の周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイを特許３５５６８２９や特願２００５?５１８９４５の様な三次元デジタル拡大鏡応用すれば以下第三の発明の効果を奏する。人間が実際に拡大視野外近隣の目的対象を捜査する場合、注視している部位から視覚が僅か5度ずれただけで、視力1.0が0.3位まで落ちる為に眼球を固定したままで頭部を移動させる動作で目的対象部位を捜そうとする。この動作は双眼鏡で遠方の景色を眺める場合、人間は双眼鏡を両手で顔面前方に保持し眼球を固定した状態で頭部と双眼鏡を一体として移動させることによって目的とする対象の方角を向き対象を探し出そうとする行為と同様の動作である。

拡大視野フィールド中の対象の変更を行う場合は、頭部を固定したまま眼球視野角度を一瞬変更して目で追う動作を行う場合もあるが、基本的には目的対象を拡大視野フィールド中央部で認識するために頭部を動かす動作を行うことになる。つまり拡大画像を双眼モニター上で目標を検索し注視する場合の視野角は概ね前方方向に向けて一定に保たれた状態、つまり両眼の視野は前方を凝視した状態であり両眼間の視野角も最狭範囲で固定されることになる。

加えて、前記視野前方不可視領域外の視野中心部分は視力が優れており，視対象の詳細なかたちや色の知覚、特に静止した対象の識別に優れているが、視野の周辺部分は明暗の時間的な変化（flicker）や，動きの知覚に対しての反応特性を示す部位であり、第一の発明のように前記周辺視野を含む更に外側に位置する前記両眼顔面正中方向に対する両眼視野角が交差する範囲外の顔面側前方注視不可視領域に左右自由曲面プリズムレンズの鼻側非表示部分と自由曲面プリズムレンズ以外の構成部品を配置することによって、実際には目前に略長方形の自由曲面プリズムレンズの拡大部三次元画像が全周裸眼視野を切り抜くように周辺にフレーム等の不可視領域無く認識されることになる。

これら三つの事実を鑑みるに、第一および第二の発明に記載の両眼の前方視野方向視線上に設置した左右一対の画像表示装置の背面視線方向側の装着作業者左右瞳孔に相当する位置に前方視野方向を撮像するように入光部を向けた撮像装置を設置し、前記連結部を顔面直近の前方注視視野不可視領域で頭部固定装着機構と連結した周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイを応用した三次元デジタル拡大鏡によって、左右瞳孔中央部に相当する位置から、裸眼視野方向に向けて取り付けたズームレンズ搭載自動焦点カメラの撮像した拡大画像を、フレームの無い左右２枚の自由曲面プリズムレンズに投射することによって概ね２００度ある左右側方視野および上下１３０度の縦状視野角中にそれぞれ上下方向および外側方向に作業部位の拡大画像のみを浮き出すように表示することが可能となるので実際には目前に略長方形の自由曲面プリズムレンズの形状の拡大部分画像が三次元画像として視野を切り抜くように認識されることになるので、閉鎖的な作業部位に対して高拡大で作業を行う場合、裸眼視野で認識した機械器具等や手指を周辺の障害物を回避して容易に作業部位に直達させることが可能となるばかりか、フチなし眼鏡を使用するように違和感が少なく船酔い現象を引き起こすことが無いので作業者の負担を軽減することが可能となる。また第１の発明の双眼モニターの左右それぞれ背面視線方向側瞳孔に相当する位置に設置した撮像装置は、連結部に固定されているので予め設定した撮像装置間距離および撮像方向角度に影響を及ぼすことがないので特願2005-518945のように一組の三次元拡大鏡を用いて画像合成を行う場合に撮像条件を一定に保つ場合に有利である。

更に、人間の視覚の特徴として人間が左右両眼で目視する場合、利き目の視線は左右眼球の瞳孔部に接する仮想平面に対して略直角方向に向け、反対側の視線は目視対象物体で前記利き目視線方向と交差させて距離判定を行う。閉鎖部位を観察する場合、裸眼では利き目が障害物遮蔽によって目視対象視野が失われても反対側の目の視野が視覚を補い、直前の視覚の記憶が距離感を補いつつ対象認識をすることが可能となる。しかし、三次元デジタル拡大鏡においては一方の撮像装置が障害物によって遮蔽されることによって撮像対象を捕らえることが不能になると遮蔽物が画像中に表示され反対側の撮像装置の表示画像に影響を及ぼし表示能力の低下を招く。このような現象はデジタル拡大鏡を利用して口腔内臼歯部歯牙を側方から捕らえる場合等に発生するが、第四の発明の様に、第一の発明および第二の発明に記載の双眼モニターの画像表示装置背面に設置したどちらか利き目側に設置した撮像装置撮像方向を左右眼球の瞳孔部に接する仮想平面に対して概ね直角方向に向け、反対側の撮像装置の撮像方向を作業実態の撮像被写体位置で前記利き目側に設置し撮像装置撮像方向と交差位置で両撮像装置の焦点を結ぶ様に撮像装置を設置する。一例を挙げれば顔面の前で作業を行う場合に、各個人によって異なる利き目側の作業実態に対する注視点方向に同側撮像装置の撮像方向を設定し、他方の撮像装置撮像方向が前記注視点の作業実態上で交差して焦点を結ぶ様に方向に反対側の撮像装置の撮像方向を設定すれば、裸眼で閉鎖部位に対する視覚を得る場合と同様の感覚で対象物に対する頭部位置を無意識に移動保持する自然な動作が可能となるので、周辺視野を解放した画像表示と相俟って特別なトレーニングすること無く三次元デジタル拡大鏡を利用して遮蔽物を回避しながら奥行きのある三次元画像を認識し、その視野内で手技を実践することが可能となる。

第四の発明によって人間の視覚認識に極めて近い使用感覚で三次元デジタル拡大鏡を使用して一連の手術等に使用する場合、一処置の間には同一視野方向から比較的頭部位置を固定して対象を捉えることになるが、処置部位の変更や、処置中に急遽視野方向の変更が必要となった場合、撮像装置の撮像方向は急激に移動することになる。この際、撮像装置の画像処理能力である表示フレームレート数を超える速度で撮像装置視野角度が変更されコマ跳びを発生し、視野対象を見失う危険性があるばかりか、三次元デジタル拡大鏡撮像画像を出力し介助者や研修医に共有画像を提供する場合一瞬視野を失った様に表示されることになり、三次元デジタル拡大鏡の使用者のみならず画像共有する第三者も含めて船酔い現象に陥りやすいが、第五の発明の様に、撮像装置撮像方向が予め設定した撮像装置フレームレート数を超える既定の速度以上で急激に移動した場合に、急激な表示画像の位置変化を三次元デジタルデジタル拡大鏡に設置した位置加速度センサーで感知して、一定時間直前表示画像を維持することによって、視野対象見失うこと無く、画像共有する第三者も含めて船酔い現象を防止することが可能となる。

加えて、第一の発明のヘッドマウントディスプレイを一般的にテレビ放送、映画鑑賞などのコンテンツの視聴、あるいはテレビ電話など音声通信に使用する場合、別途装置に添えつけの音響装置を利用してディスプレイを視野に適合位置調整後、別個に左右の耳にヘッドフォンやイヤフォンを調整装着することになるが、第六の発明では、両耳の外耳道に挿入されるイヤーロッド内にイヤフォンと骨伝導マイクが設置してあるのでヘッドマウントディスプレイを装着と同時にオーディオ環境を得ると同時に音声発信あるいは音声入力することが可能となるばかりか、外観上の構成部品数を減らすことになるので、日常あまり見かけることの無いヘッドギアと比較して違和感が少ないので人目に触れる環境での使用に耐えうる外観を提供できる。また、画像のみを使用して使用者が周囲の音声指示や環境音を試聴する必要がある場合は、外部マイクの音響をこのイヤフォンを利用した環境音の提供によって安全な使用環境を提供する事が可能となる。
前記それぞれの発明による使用感の充実は、日常の長時間使用を可能とするが、それ故、日常での長時間の使用条件も考慮に入れる必要が有るので左右イヤーロッドと鞍状ノーズパッドの三固定点の頭部中心方向に向ける圧迫圧力には十分に配慮する必要がある。とりわけ維持装置として左右のイヤーロッドを使用するに際しては外耳道にかかる負荷を緩和し心地よい装着感を考慮せねばならない。このために第七の発明は、第一の発明および第二の発明に記載のイヤーロッドを、外耳道に挿入し頭蓋の正中縦状断面に対して全周方向に維持力を発揮するインナーイヤー部と、耳珠後側および両耳を結んだ直線に対して垂直面を構成する外耳道周囲平坦部に適合する一体型のイヤーパッドで構成することによって、フレームのインナーイヤーを頭蓋の正中縦状断面方向に圧迫する力を分散中和すると共に水平方向に維持力を発揮するので、デリケートな外耳道にかかる圧迫を最小限にする作用がある。このインナーイヤーとイヤーパッドの形状は比較解剖学的な形状から３種類程の大きさのバリエーションで成型するか、個別に印象をして各個人に適合する様に成型すればより快適な装着感を得る事が可能である。どちらにしても直接皮膚に触れてフレームの圧迫力を与える左右インナーイヤー、イヤーパッドと鞍状ノーズパッドの構成材料は応力を分散し接触面全体に均等圧迫する軟性樹脂や、低反発ウレタンスポンジ素材で構成しておけば、外耳道あるいは鼻根陥窮部の解剖学的形状に良く適合し、維持力を高め、長時間の使用にも疼痛を発現することなく、さらにイヤーパッド部は外耳道を完全に閉塞することが可能となるので外部の騒音を遮断し、より快適な音響環境を提供すると供に、イヤーロッドは、フレームの適度な頭部中心方向に向かう圧力で維持されているので、頭部両側から挟み込む様に耳全体を圧迫する物や、眼鏡のセル形状の維持装置によって装着するヘッドフォン形式の物、あるいは一般的なイヤフォンの様に外耳道側壁を圧迫することによって維持を獲得している物の様にピアス等の耳飾り装飾品と干渉することがない。
また、従来のヘッドマウントディスプレイは映像の鑑賞を主な目的に作られていた為に装置のディスプレイから視野を解放して音響装置のみ使用する状況は配慮されてはいないが、特に屋外での使用を考慮に入れた第八の発明ヘッドマウントディスプレイでは、視覚の確保が必要な作業を行う場合に対応するために、ディスプレイとフレームの接続部跳ね上げ機構を利用してノーズパットと供にディスプレイを跳ね上げて鼻根陥窮部の維持機構のみ解放し、両耳のイヤーロッドを回転軸として顔面の下方に移動してディスプレイを首の前に垂らし、ちょうど両耳に装着したイヤフォンをあたかも聴診器を装着したような状態で音楽を楽しむことが可能となる。この際、フレームの両端テンプルに固定されるイヤーロッドあるいはイヤーパッドは規定の回転範囲において自在に回転する機構によってその位置を保つことができるので、外耳道内でイヤーロッドが回転して外耳道および外耳道周囲を擦りつけることによって傷つけることがない。
このように本発明のヘッドマウントディスプレイは使用環境を選ばないものであるが、当然使用環境によってディスプレイに対する視線および視野方向も変更されることになる。更に、画像表示装置の画像投射面周囲に非表示部分が認識される事が無い様に考案された第三の発明を実施するに際しては、特に画像投射面に対する上下方向の視線の入射角度を規定方向に保つ為に必要があるが、この視線入射角度を装着したままで調節可能とするために、第九の発明は、携帯性を考慮して第１の発明のフレーム両端に設置した折りたたみ用の水平ヒンジ部と共に、そのヒンジ部あるいは、ヒンジ部のテンプル側に垂直方向に屈曲することができる角度調節機構を設け、更に左右テンプル部にそれぞれ長さ調節機構を設けたことによって、フレームフロント部の顔面に対する位置を正しく保ちつつ、画像表示装置の視野角度を角度調節変更可能となるばかりか、固定源となる鼻根陥窮部、左右外耳道の三次元的な解剖学的個人差に対して、広く対応することが可能となる。また、このテンプル部の角度調節機構部でフレームとテンプルを直線状にすれば左右イヤーパッド部を支点として鞍状ノーズパッドが持ち上がり鼻根最陥窮部の固定維持がリリースされるので脱着を容易にすると共に、そのままテンプルを前下方に回転させて音楽のみ楽しむ事が可能である。

更に、第十の発明は、第一の発明のフレーム側頭部あるいは第九の発明のフレームテンプル部に頬骨パッドを設置することよって、頭部中心方向に圧迫するフレームの維持力を鞍状ノーズパッド及び左右イヤーロッド又はイヤーパッドの三点に加えて左右頬骨パッド二点の計五点で頭部に画像表示装置を装着することが可能となるので全体としての維持力を増強し、逆にそれぞれの部位に架かる圧力を分散することになるので、長時間の使用に於いて特に疼痛を発現することの多い外耳道に対する圧力の緩和に役立つ。

左右イヤーパッドとノーズパットの三点支持で維持固定する周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイを示す図周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイの視野範囲と撮像装置の撮像範囲を示す図前方の肉眼視野範囲，撮像装置視野範囲，および注視視野範囲を示す概念図眼球の回転運動による視線移動した場合、視線方向画像表示装置の眼球側投射面外周に画像表示装置構成部品が見える事が無い形状を持つ画像表示装置示す概念図眼球の回転運動による視線移動した場合、視線方向画像表示装置の眼球側投射面外周に画像表示装置構成部品が見える事が無い用に接眼レンズを配置した画像表示装置を示す概念図肉眼で対象を目視する際の効き目と逆の目の機能と、三次元デジタル拡大鏡の撮像装置設置位置の関連性を示す概念図自由曲面プリズムレンズに上面から画像表示素子を投射する画像表示装置を示す図左右イヤーパッドとノーズパットで支持するテンプルボウで構成する頭部搭載機構を持つフレームレス三次元デジタル拡大鏡を示す図左右イヤーパッドを装着したままで鞍状ノーズパッドを跳ね上げてディスプレイを首まで移動させた状態を示す図フレームに左右角度調節ヒンジ、中央部ヒンジ及び長さ調節機構を持つヘッドマウントディスプレイを示す図左右折り畳みヒンジ、左右テンプル垂直角度調節ヒンジ、イヤーパッド回転機構及びテンプル長調節機構を持つメタルフレームにヘッドマウントディスプレイの垂直角度調節ヒンジ、イヤーパッド回転機構可動範囲を示す側面図左右折り畳みヒンジ、左右テンプル垂直角度調節ヒンジ、イヤーパッド回転機構及びテンプル長調節機構を持つメタルフレームにヘッドマウントディスプレイのヒンジ可動範囲を示す上面図図５および図６に示すメタルフレームにヘッドマウントディスプレイの左右テンプル垂直角度調節ヒンジ、及びイヤーパッド回転機構を利用した着脱機構を示す側面図

符号の説明

１、モダン２、テンプル３、蝶番４、ステイ５、クリングス６、自由曲面プリズムレンズ７、連結部８、撮像装置９、フック１０、フレーム１１，連結子１２、ノーズパッド１３、マイク１４、イヤーロッド１５、ノーズパッド連結子１６、表示装置１７、スライド部１８、自由曲面プリズムレンズ眼球側１９、自由曲面プリズムレンズ撮像装置２０、画像入光２１、認識対象（注視対象）
２２、認識対象（注視対象）２３、遮蔽障害物（断面）２４、遮蔽障害物（断面）

２５、水平調節板２６、垂直調節板２７、水平調節ネジ２８、垂直調節ネジ２９、ボールジョイント３０、ボールジョイント固定ネジ
３１、自由曲面プリズム３２、連結部３３、フレーム
３４，ジョイント３５、鞍状ノーズパッド３５a、鼻根最陥窮部上下方向維持部３５b、鼻根側方維持部３６、イヤーロッド３７、ノーズパッド連結子３８、回転およびロック機構３９a、ロック溝３９b、ロック溝
４０、連結子回転軸４１、スライド部４２、マイクロフォン４３a、頬パッド４３b、頬パッド４４、テンプル垂直ヒンジ４５、フレームフロント部４６、フレームテンプル部４７、フレームイヤー部４８、イヤーパッド５０、インナーイヤー部
５１、イヤーパッド部５２、ヒンジ５３、イヤーパッド回転機構５４、接眼レンズ
55、自由曲面プリズム凸面反射透過面（一時反射、及び透過面） 56、自由曲面プリズムミラーコート凹面反射面
Ａ、撮像装置―被写体距離Ｂ、眼球―被写体距離Ｃ、撮像範囲Ｍ，自由曲面プリズム眼球側面視覚範囲１Ｎ，自由曲面プリズム眼球側面視覚範囲２
Ｏ，眼球中心点ａ−ｂ，右目視野範囲ａ'−ｂ'，左目視野範囲ｅ，右撮像装置撮像範囲ｅ'，左撮像装置撮像範囲ｃ−ｄ，右曲面レンズ内視野範囲ｃ'−ｄ'，左自由曲面内レンズ視野範囲ｆ、利き目（右目）視線方向ｆ'、逆の目（右目）視線方向ｇ、両眼中央に向けた右撮像装置視野方向ｇ'，両眼中央に向けた左撮像装置視野方向
ｈ，利き目視線に対する垂直線ｈ'，逆の目視線に対する垂直線 i、水平可動方向ｊ、垂直可動方向
ｋ、自由回転可動方向

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１〜図１３は発明を実施する形態の一例であって、図中、図と同一の符号を付した部分は同一物を表わし、基本的な構成は図に示す従来のものと同様である。

これまでＨＭＤの装着方法はヘッドバンド型あるいは眼鏡型のものが用いられていたが、ヘッドバンド型のものは頭部に対する圧迫感が強く、また強く締めて固定したとしても毛髪などの上から圧迫することになるのでずれやすいという欠点があった。また眼鏡型では下後方向および左右方向に対する維持力はある程度期待できる物の、ディスプレイのオーバーハングによる鼻パッド部を中心とする回転モーメントが加わった場合、或は上方に向かう力に対しての維持力は皆無であり、従って上下的な頭部の急激な姿勢変に対しては脱離落下の危険性がある。この様な問題を解消するために本発明では、図１に示すように左右自由曲面レンズ３１を連結する連結部３２をノーズパット３5と両端のイヤーロッド３６の三点で維持する略弓形状の適度の弾性を発揮する金属あるいは樹脂などで成形されたフレーム４０で固定する搭載機構を備えている。このフレーム３は前記三点を頭部中心方向に適度な圧力で維持することによってトライポッドスタビリゼーション作用を生み出し装置全体の安定性を向上させている。この装置の水平方向の応力に対する維持力は、フレーム３３の圧迫力によって得られるものではあるが、加えてノーズパット部４２の鼻根陥窮部に適合する馬鞍状形態と、側方二点で維持力を発揮する外耳道内に挿入したイヤーロッド６部が頭蓋縦状断面に対して上下左右全周方向に維持力を発揮するので、フレーム３３、あるいはジョイント３4の弾性素材の圧迫力は最小限でありながら大きな維持力を発揮する事になる。従って最小のフレーム圧力を持って三点維持を達成する事が可能となるために、従来の維持方法と比較して圧迫感の少ない快適な装着感でありながら眼鏡タイプの様に頭部姿勢の変化による脱離落下を防止し、加えてヘッドギアタイプと同等以上の維持能力を得ることが可能である。この外耳道に挿入したイヤーロッド３６内には、左右一対のステレオあるいはどちらか一方にイヤフォンを内蔵設置してあるので別途イヤフォン等を装着すること無く音声指示、BGMあるいはアラームを聴取することが可能となる。音声入力は図１に示すようにフレーム３にマイクロフォン４２を接続するか、あるいはイヤーロッド内に鼓室イヤフォン、骨伝導マイクまたは耳小骨マイクなどのマイクロフォンを内蔵すればハンズフリーで音声通信することが可能である。また、図示例の様な形状のフレーム３は顔面直近の不可視領域に配置されているので視野に障害を与えることは無く、鞍状ノーズパッド連結子４５やノーズパット３5も左右両眼の前内方視野６０°が交差する範囲内に配置してあるので視覚的には顔面前方にディスプレイのみ目視され装着時に開放感を与え、これまでの閉塞型のヘッドマウントディスプレイとは異なり画像表示装置の周囲の周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイを提供する事ができる。この前方不可視領域に配置した画像表示装置の自由曲面プリズム６は、図５に示すように眼球運動時の眼球中心Ｏから自由曲面プリズム凸面反射透過面５５を投影した外形を持つ自由曲面プリズムミラーコート凹面反射面５６によって、自由曲面プリズム６の周辺に自由曲面プリズム本体自体が面に触れることはなく、視覚的に認識する表示画像も自由曲面プリズム凸面反射透過面５５全面に過不足なく表示されるために、認識される画像は周辺視野の間にいっさいの境界や非表示部分を発生しない。また、自由曲面プリズム凸面反射透過面５５から自由曲面プリズムミラーコート凹面反射面５６上に表示される画像表示素子１６の画像を覗き込んだ際に、認識される画像周囲に表示部分が発現しないようにする手だてとしては図５の左側に示すように、自由曲面プリズム６と眼球の間に接眼レンズ５４を配置することによって投射画像を終息させ非表示部分を排除することが可能となる。

図１の周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイに図５のように画像表示装置の背面視野方向に撮像装置８を装着したものが３次元デジタル拡大鏡であるが、それぞれ左右撮像装置８の撮像拡大画像が同側の自由曲面プリズムレンズ６に映し出されるので、一般的な光学拡大鏡を使用している状況と同じように違和感なく前方視野を拡大して認識することが可能となる。拡大視野フィールド中の対象の変更を行う場合は、頭部を固定したまま眼球視野角度を一瞬変更して目で追う動作を行う場合もあるが、基本的には目的対象を拡大視野フィールド中央部で認識するために頭部を動かす動作を行うことになる。つまり、図２に示すように、拡大画像を双眼モニター上で目標を検索し注視する場合の視野角は、概ね前方方向に向けて一定に保たれた状態、つまり両眼の視野範囲は前方を凝視した状態であり両眼間の視野角も図３の最狭範囲Fで固定されることになる。一般的に両眼側方視野角は顔面正中に対してａおよびａ'の視野角度は最大１３５度であり、視線を前方に向けた状態での片眼顔面正中視野方向に対するbおよびb'の視野角度は６０度であるので両眼顔面正中方向に対する両眼視野角が交差する範囲外の顔面側は前方注視視野不可視領域となる。この実施例のように、前記周辺視野を含む更に外側に位置する前記両眼顔面正中方向に対する両眼視野角が交差する範囲外の顔面側注視不可視領域に左右自由曲面プリズムレンズの鼻側非表示部分と自由曲面プリズムレンズ以外の構成部品を配置することによって、図３に示すように、実際には目前に略長方形Fの自由曲面プリズムレンズの拡大部三次元画像が水平的にはc-d、c'-d'の全域に全周裸眼視野を切り抜くように周辺にフレーム等の不可視領域無く認識されることになるので閉鎖的な作業部位に対して高拡大で作業を行う場合、周辺視野ＥおよびＤで認識した機械器具等や手指を周辺の自由曲面プリズムレンズに投影されるＥの周囲に隠れた障害物を回避して容易に作業部位に直達させることが可能となる。この時に視野Ｅと視野Ｄとの間には遮蔽物がないのでフチなし眼鏡を使用するように違和感が少なく船酔い現象を引き起こすことが無い。また、フレーム１０、蝶番３、ステイ４は使用者の視野範囲Ｄの外側になるので認識されることがない。さらに、頭部の位置に対して下方向での作業実体を注視して作業を行なう状況下では、この実施例の様に何も自由曲面プリズムレンズの画像入力面は鼻根側に設置される必要はなく、頭部の傾斜角度よりも下方での作業目的に特化して使用する三次元デジタル拡大鏡において、上方の遮蔽物は、比較的周辺視野を阻害することがないので自由曲面プリズムレンズの上部に画像表示装置を設置し、図7に示すような上方から投射するタイプの自由曲面プリズムレンズを使用しても良い。このようにして自由曲面プリズムレンズは、前方視野を切り抜くように認識されるわけで有るが、自由曲面プリズムレンズ自体の視野内表示画像周辺に非表示部の排除する手立てとしては実施例１と同様である。この様な位置調整機構によって自由曲面プリズムレンズの位置補正あるいは自由曲面プリズムレンズ内の表示部認識は良好となるが、比較的近接撮像装置―被写体距離Ａ、のような位置の−対象を拡大表示する三次元デジタル拡大鏡においては閉鎖的な部位の観察に際しては利き目の問題を考慮しなくてはならない。図６に示すように人間が左右両眼で目視する場合、注視対象の距離によって異なるが利き目の視線は左右眼球の瞳孔部に接する仮想平面に対して略直角方向fに向け、反対側の視線は目視対象物体で前記利き目視方向f'と交差させて距離判定を行う習慣がある。このため、認識対象（注視対象）２１を裸眼で認識する場合、遮蔽障害物２３の位置では目視することが可能であるが、遮蔽障害物２４の位置に障害物があると距離感を含めて正常な認識をすることができない。このような習慣的な行為は人間の目の役目をする撮像装置６の撮像方向に反映される必要があり、仮に、撮像装置６の設置方向を認識対象（注視対象）２２に向けてg,g'の様に設置すると感覚を取り締まることになり、とくに口腔などの閉鎖的な部位に対して三次元デジタル拡大鏡を使用し作業を行う場合には頭部の位置を正常に保つために裸眼とは異なる装置の撮像方向になれるために熟練を要することになる。しかし本発明では、利き目側の撮像装置６の撮像方向fは左右眼球の瞳孔部に接する仮想平面に対して略直角方向つまり、各個人によって異なる利き目側の作業実態に対する注視線方向に同側撮像装置の撮像方向を設定し、他方の撮像装置撮像方向が前記注視作業実態上で交差して焦点を結ぶ様に反対側の撮像装置の撮像方向を設定し、反対側の撮像装置８撮像方向は利き目側の撮像装置の撮像方向と認識対象２１で交差し両撮像装置の焦点を結ぶ様にf'方向に向けて設置してあるので極めて自然な頭部の位置で遮蔽物を回避して対象認識することが可能となる。
以上の手立てによって極めて自然な拡大作業が可能になるが、肉眼の認識能力に比較して撮像装置６、および表示装置１６の能力は劣るものであるため、急激な被写体の移動あるいは装着者の頭部の動きに対しては画像処理能力が不十分であるのでリアルタイムな表示が不能となる恐れがある。このため本発明では、撮像と同時に一定時間撮像画像を記憶媒体に保存し、撮像画像中の１点が撮像装置の表示フレームレート数を超える速度で移動した場合、その移動を感知した時点から一定時間さかのぼり前記記憶媒体に保存した画像を表示する。これにより使用者はコマ跳びを起こした視覚的に何の意味もない画像を見ることがなくなるので快適に作業することが可能となる。この保存画像の表示は１秒間に１５フレーム以下の範囲で実行されるため、装着者には何の違和感も与えることがない。

図１に示すノーズパット１２と両端のイヤーロッド１４の三点で維持する略弓形状のフレーム１０は、図８に示すように樹脂製のフレーム３３にスライド部４１調節機構を設けることによって顔面の個人差に対応することもできるし、透明の樹脂で作られたノーズパッド連結子３７は、適度な弾力性を持ってノーズパット鼻根最陥窮部に押しつけ高い維持力を発揮すると共に、透明の樹脂部分は視覚的な遮蔽を起こすことが無いので装着者を患者が見たときディスプレイ部分のみ目に触れることになるので大げさな器具であるというような心理的な影響を回避することができる。この実施例３の頭部搭載装着手段は、音楽だけを楽しむ場合は、フレーム３３に回転可能でありながら一定の設置角で固定される回転およびロック機構３８を設けて,常には下向きのロック溝３９aに勘合して固定されノーズパット連結子３７の素材弾性により鼻根陥窮部に向けて維持力を発揮している鞍状ノーズパッド４２を、ノーズパッド連結子４５の横方向の弾性を利用してロック解除し、連結子回転軸４０を中心としてＧ方向にノーズパット連結子３７を回転移動し前方方向のロック溝３９bに勘合することによって鞍状ノーズパッド４２を前方ロック位置で固定し、ディスプレイを首の前に垂らして聴診器の様な掛け方をすれば音楽再生用のヘッドフォンとして使用可能となるので図９に示す様に映像を鑑賞せずに音楽だけ楽しむことも可能である。この場合回転ロック機構４６のロック溝３９の設定方向によってディスプレイの位置は任意の位置で固定および回転移動することが可能である。また、この回転ロック機構は図示例のものに限らず自由回転可能なノーズパット連結子部にねじを利用して固定する方法などノーズパットおよびディスプレイを跳ね上げ移動させて固定することが可能であればその他の手段を講じても良い。この場合のイヤーロッドは、ディスプレイを下方に移動させる際に左右イヤーロッドを結ぶラインを中心として回転することになるので、フレーム３３に対して回転自在に装着されていることが好ましい。

基本的な構成は実施例３と同様であるが、図１０に示すようにフレームを装着者の額部分に相当するフロントフレーム部分３５と、左右側頭部にするフレームテンプル部４６の３個のパーツで構成しフロントフレーム部４５のテンプル垂直ヒンジ３４で連結部してPの範囲で無段階角度調節可能に稼働すると共に、フレームテンプル部４６のフレーム長はスライド部４１によって調節可能である。従って、テンプル垂直ヒンジ３４の角度調整とスライド部４１の長さ調整を行うことによって装着者の外耳道から鼻根陥窮部までの水平的な個人差に対応して常にフロントフレーム部３５を額に対して正しい位置関係に保つことが可能となり、同時に自由曲面レンズ３１の視野角度を、ノーズパット３５を回転中心として上下的に微調整することも可能となる。図１１から図１３に示すのは同様の機構を持ったものであるが、図１３に示す様に、モニター使用時の装着状態からテンプル垂直ヒンジ４４の角度調節機構部でK方向に連結部、鞍状ノーズパッドを持ち上げてフレームフロント部４５とフレームテンプル部４６を直線状にすれば鞍状ノーズパッド３５が持ち上がり鼻根部の固定維持がリリースされ、この状態で左右の外耳道に挿入したインナーイヤー５０を順次抜き出すことによって脱着を容易にする。音楽、音声あるいはマイク入力のみ行う為にモニター部を視界から排除する場合は、前述の鞍状ノーズパッド３５をリリースした状態から直線状態のスレームを前下方に左右イヤーパッド部５２のイヤーパッド回転機構５３を回転軸中心として回転させて装置全体を聴診器の様に顔の下に垂らして使用することが可能となる。このとき外耳道内のインナーイヤー部５０と耳珠後方のイヤーパッド５１はイヤーパッド回転機構５３によって回転力が干渉されるので皮膚表面を擦過する事が無い。また、装着時にはフレームテンプル部４６の内側に設置した頬パット４３aやフレームテンプル部４６をspongeや軟性樹脂で包み込むようにした頬パット４３bによってフレーム全体の頭部中心に方向に対する圧迫力を特にデリケートな外耳道に接するイヤパット４８にかかる圧力を軽減すると共に、３点支持から５点支持に固定源を増加させより安定性を増すことが可能となる。加えて図１２に示す様なヒンジ５３で眼鏡の様に折り畳むか、図１０に示す中央ヒンジ４９でフレームフロント部４５を折りたたみ、ヒンジ５２およびテンプル垂直ヒンジ４４を折り畳めば頭部搭載装置を小型化し携帯性を向上させることができる。

本発明の周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイは、音楽や映像を楽しむウォークマン型のヘッドマウントディスプレイの機動性を高めることが可能となるので、一般的なコンテンツの鑑賞のみならずダンスや軽い運動時などの使用条件も満たしている。一例をあげれば、ハーフスルーの外界の視覚を完全に遮蔽することの無いヘッドマウントディスプレイをダンサーに装着させ、同時にダンサーの動きを撮影した撮影画像をリアルタイムでのダンサーのヘッドマウントディスプレイで再生すれば、自らの動きを第三者の視線から認識することが可能であるので、頭部の位置を制約されること無く鏡に映し出す様に自らの動きを認識すること可能となる。加えて、ディスプレイに模範演技、あるいはステップを示すアニメーションを表示すれば、技術マニュアルとして実際にダンスという行為中断すること無く正確な動きを習得することができる。これまでダンス等体の動きを指導する場面では、音声による支持指導あるいは模範演技による指導が行われてきたが、模範演技を見る場合には自らの動作を中止すること無く指導演技に注目することが可能となり、指導時間の短縮ができる。さらに、本発明のヘッドマウントディスプレイを使用すれば何もダンスに限らず全てのスポーツ等全て自身の体の動きを認識する手段として利用可能である。また、全身の観察だけではなくPCT/JP2005/004758の様の三次元実体デジタル拡大鏡と同一規格のヘッドマウントディスプレイを使用して、前記三次元実体デジタル拡大鏡の撮像データをモニターすることによって、医療分野に於いては執刀医の介助者の目として利用することが可能であるばかりか、もしこのデータを遠隔地で受け取ることによって、事故現場等過酷な使用状況に於いてもディスプレイの落下などに煩わされること無く、細かな指先の動きまで観察することが可能となる。三次元デジタル拡大鏡は、拡大鏡としての機能のみならず、インターネット等の通信網を利用して技術指導を行う通信システムのデバイスとして使用する。より詳しくは、人が直視のもとに行う医科手術やその他の手作業で行う細密特殊技術教育プログラムの配信や、特定の顧客が行う医科手術やその他の手作業で行う細密特殊技術の教育指導（専門知識を持たない人間をロボットに見立て遠隔地より前記ロボットに見立てた人間の視野を観察しながら得た情報に基づき音声指示、視覚指示などでコントロールする）を行う三次元実体デジタル拡大鏡装置に関し、さらに同一規格の三次元実体デジタル拡大鏡を術者及び指導者が使用することによって、PCT/JP2005/004758の様に遠隔地においても大掛かりな設備を使用することなくクロマキー合成を可能とするスタジオシステムを構築可能である。

これによって、教育の場面では、指導術者（講師）と同じ理想的な視野から閉鎖的な部位に対する手術および技術見学を実施可能となるばかりか、同時に複数の受講者（顧客）に対して供覧可能となり、加えて海外などに配信する場合、指導術者（講師）と受講者（顧客）の使用言語が異なる場合であってもサーバーに通訳機能を持たせることによって、施術現場に通訳を同席させる必要がない。また、実際の医療現場に於いて、医科手術の場合、患者自体を緊急時に遠隔地に移動させる必要なく専門医による緊急医科手術に対応可能であり、その場合国外であってもインターネット上の仮想空間での執刀であるので医師免許の法的規制もない。また品質の高い医療技術を担保する為に、記録媒体の入力デバイスとして医療行為の監査を実施すると供に、外科的な分野（医師の個人的な技量）を客観的に評価する手だてとして、医学学会等をインターネット上でリアルタイム公開審査することが可能であり、このことは医師の直接的な能力評価、つまり学会認定医の選定基準などに極めて有用手段となりうる。この様な各種用途に於ける入出力デバイスとして、装着感に優れたフレームレス三次元デジタル拡大鏡も提供することが出来る周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイの応用範囲は広い。

Claims

両眼前方視野方向に設置した左右画像表示部以外の構成部品を前方注視時の不可視領域、特に左右視野角が交差する不可視領域に設置した画像表示装置と、
それら画像表示装置の左右画像表示部を両眼前方の所定の位置に固定するための、
左右両側外耳道に挿入するイヤーロッドと、
前方注視視野不可視領域に配置した鼻根最陥窮部に設置するノーズパッドと、
前記三点を連結し頭部中心方向に圧迫する前方視野不可視領域に配置したフレームと、
で構成した頭部搭載装置と、
を含み、
前記頭部搭載装置の両側外耳道および鼻根最陥窮部の三点固定源による保持力によって、頭部の前後、上下、左右的な姿勢変化に関らず画像表示装置を所定の位置に保つと共に、画像表示装置以外の部品を前方注視視野不可視領域に配置する事を特徴とする周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイ。
請求項１の画像表示装置を、前方注視視野不可視領域に配置した画像表示素子と、前記画像表示素子に表示された画像を装着者の目に投射する画像表示装置の眼球側投射面以外の部分が装着者視野上に認識されることが無い自由曲面プリズム、あるいは屈折プリズムおよびレンズ群で構成する双眼画像表示装置において、前記自由曲面プリズム、あるいは屈折プリズムおよびレンズ群反射透過面全面に画像表示素子画像が過不足無く射出される様に、自由曲面プリズムでは眼球回転中心点から眼球側反射透過面を投影した形状を有するミラーコート凹面反射面で構成する少なくとも自由曲面プリズムの凸面反射透過面の視野周辺にミラーコート凹面反射面が目視されることが無い形状の自由曲面プリズムを有し、前記自由曲面プリズム入射面から入射した画像光を凸面反射透過面で反射し、ミラーコート凹面反射面で反射し、再び凸面反射透過面を透過して装着者の目に射出され、自由曲面プリズム視野内全面に画像表示素子画像が表示され、同様に屈折プリズムおよびレンズ群で構成する双眼画像表示装置においては、屈折投射される画像表示素子画像を接眼レンズで拡大することによって、境界の無い画像表示素子画像が前方視野内を切り抜く様に単一画像として認識される周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイ。
請求項１あるいは請求項２に記載の左右画像表示装置のそれぞれの背面に装着者の前方直視視野方向に向けて左右撮像装置を設置した周辺視野を解放した三次元デジタル拡大鏡ヘッドマウントディスプレイ。
請求項３に記載の画像表示装置背面に設置した利き目側の撮像装置撮像方向を、利き目の作業実態注視点方向に、他方の撮像装置撮像方向が逆の目作業実態注視点方向に向け設置された周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイ。
請求項２に記載の撮像装置の画像処理能力が表示フレームレート数を超える速度で撮像装置視野角度が変更された場合三次元デジタルデジタル拡大鏡に設置した位置加速度センサーで感知し、直前画像表示画像を維持する周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイ。
請求項１に記載の左右イヤーロッド内にイヤフォンと骨伝導マイクを設置した三次元デジタル拡大鏡および周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイ。
請求項１に記載の左右両側外耳道に挿入するイヤーロッドの耳珠後側外耳道周囲平坦部に、頭部正中縦状断面に対して略平行面を持つイヤーパッド部を設けることによってインナーイヤー部の外耳道内周壁の頭部中心方向に向かう圧迫力を軽減すると共に、装置左右耳部維持装置の維持力を向上した三次元デジタル拡大鏡および周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイ。
請求項1に記載の画像表示装置とフレーム、あるいはノーズパットとフレームの接続部に設置したヒンジ機構と、
フレームとイヤーロッド接合部に回転機構によって、画像表示部のみを前方視野から排除して裸眼視野を確保するか、あるいは左右イヤーパッドを回転軸としてフレームおよび画像表示装置を顔面下方に回転移動させて音声あるいは音楽を試聴することを可能とした三次元デジタル拡大鏡および周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイ。デジタル拡大鏡の機能に障害が発生した場合に画像表示装置のみ視界から排除することが可能となる
請求項1に記載の不可視領域に配置するフレームフロント部両端、フレームテンプル部接合部の左右水平ヒンジ直近のフレームテンプル部に設けた垂直ヒンジ部と、
左右テンプル部に設置したスライド調節機構と、
を含み、
垂直ヒンジの角度調節と、フレームテンプルの長さ調整によって画像表示装置の視野角度を角度調節変更可能とした三次元デジタル拡大鏡および周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイ。
請求項1記載の両側外耳道および鼻根最陥窮部の三点の主たる固定支持に加えて、テンプルに設置した頬骨パッド二点を頭部中心方向に圧迫することによって、計５点支持によってイヤーパッド部と共にインナーイヤー部の外耳道内周壁の頭部中心方向に向かう圧迫力を軽減する三次元デジタル拡大鏡および周辺視野を解放したヘッドマウントディスプレイ。