JPWO2016132974A1 - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

ＨＭＤは、観察者の頭部に装着され、光学ユニットを支持するフレームと、位置調整機構とを備える。位置調整機構は、鼻当部をフレームに対して上下方向に相対的に移動させることにより、光学ユニットの上下方向の位置を調整する。上記光学ユニットは、観察者の眼前に位置し、画像生成部にて生成された画像を表す光をホログラム光学素子によって観察者の瞳の方向に回折反射させることにより、観察者に上記画像の虚像を観察させる観察光学系と、観察者の眼幅方向に沿った軸を中心に該光学ユニットを回動させ、任意の位置で保持する回動機構とを含む。

Description

本発明は、観察者の頭部に装着され、観察者に虚像を観察させるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ；head mounted display）に関するものである。

観察者の頭部に装着され、観察者に対してパーソナルに画像（虚像）を視認させるＨＭＤには、観察者の頭部の大きさや形状、眼の位置などに応じて、画像を観察させる光学ユニットの位置を適切に調整できるようにすることが求められる。この点、特許文献１では、画像を観察させる光学ユニットを、保持部材（例えばフレーム）に対して、左右、上下、前後にそれぞれ移動させる左右移動機構、上下移動機構、前後移動機構をＨＭＤに設けて、光学ユニットの位置調整を行うようにしている。

特開２００１−２２８４３５号公報（請求項１、段落〔００２２〕、〔００２４〕、図２等参照）

ところが、特許文献１では、光学ユニットの上下方向の位置調整機構が、他の位置調整機構とともに光学ユニットにまとめて設けられている。このため、光学ユニットの構造が複雑化する。

また、ＨＭＤにおいては、ＬＣＤ（液晶表示装置）で表示された画像を表す光を、ホログラム光学素子（ＨＯＥ；holographic optical element ）によって観察者の瞳の方向に回折反射させて、観察者に上記画像の虚像を観察させるものもある。ＨＯＥには、特定の入射角で入射する光のみ、特定の方向に回折反射させる、いわゆる（入射）角度依存性がある。このため、ＨＯＥを含む光学ユニットを観察者の瞳（眼）に対して上下、左右、前後方向に平行移動させただけでは、使用する観察者の眼の位置に応じた位置にＨＯＥを位置させることができない場合がある（ＨＯＥで回折反射された光を観察者の眼（網膜上）に適切に集光させることができない場合がある）。この場合、観察者は虚像を明瞭に観察することができなくなる。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、光学ユニットの上下方向の位置調整を、光学ユニットの簡素な構成で実現できるとともに、光学ユニットがＨＯＥを含む構成であっても、瞳位置の異なる観察者ごとに、虚像を明瞭に観察させることができるヘッドマウントディスプレイを提供することにある。

本発明の一側面に係るヘッドマウントディスプレイは、観察者に虚像を観察させるための光学ユニットと、観察者の頭部に装着され、前記光学ユニットを支持するフレームと、観察者の鼻部と当接する鼻パッド部を有する鼻当部と、前記鼻当部を前記フレームに対して観察者の眼幅方向に垂直な上下方向に相対的に移動させることにより、前記光学ユニットの上下方向の位置を調整する位置調整機構とを備え、前記光学ユニットは、画像を生成する画像生成部と、観察者の眼前に位置し、前記画像生成部にて生成された画像を表す光をホログラム光学素子によって観察者の瞳の方向に回折反射させることにより、観察者に前記画像の虚像を観察させる観察光学系と、観察者の眼幅方向に沿った軸を中心に該光学ユニットを回動させ、任意の位置で保持する回動機構とを含む。

上記の構成によれば、光学ユニットの上下方向の位置調整を、光学ユニットの簡素な構成で実現できるとともに、光学ユニットがＨＯＥを含む構成であっても、瞳位置の異なる観察者ごとに、虚像を明瞭に観察させることができる。

本発明の実施の一形態に係るＨＭＤ（第１のＨＭＤ）の前提となるＨＭＤ（第２のＨＭＤ）の構成を示す正面図であって、正面側の外カバーを外して示した図である。 上記第２のＨＭＤの側面図である。 上記第２のＨＭＤの光学ユニットを含む部分の底面図である。 上記第２のＨＭＤの正面図であって、外カバーおよびケーブルを含めた図である。 上記第２のＨＭＤの右半分の上面図であって、外カバーの上面を開放して示した図である。 上記第２のＨＭＤの光学ユニットを含む部分の背面図であって、ケーブルを含めた図である。 上記第２のＨＭＤの光学ユニットを含む部分の底面図であって、ケーブルを含めた図である。 上記光学ユニットの斜視図であって、筐体の一部を取り除いて示す図である。 垂直軸回りの回動支持機構を有する第２のＨＭＤの主要部の斜視図である。 図８Ａの第２のＨＭＤのヒンジ部の断面図である。 上記光学ユニットの断面図である。 上記第１のＨＭＤの上面図である。 上記第１のＨＭＤの正面図である。 上記第１のＨＭＤの下面図である。 上記第１のＨＭＤのフレーム中央部を正面側から見たときの斜視図である。 上記第１のＨＭＤのフレーム中央部を背面側から見たときの斜視図である。 上記第１のＨＭＤのフレーム中央部を背面側から図１２とは別角度で見たときの斜視図である。 図１０ＢのＡ−Ａ’線矢視断面図である。 上記第１のＨＭＤの位置調整機構が有する弾性部材の保持姿勢および解除姿勢を示す断面図である。 上記位置調整機構が有する固定部材を図１４の位置から下方に移動させて保持した状態を示す断面図である。 上記位置調整機構の他の構成を示す断面図である。

本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において、数値範囲をａ〜ｂと表記した場合、その数値範囲に下限ａおよび上限ｂの値は含まれるものとする。また、本発明は、以下の内容に限定されるものではない。

（ＨＭＤの前提となる構成）
まず、本実施形態のヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤとも記載する）について説明する前に、その前提となる構成について説明する。

図１〜図４に示すように、ＨＭＤ１’（第２のＨＭＤ）は、本実施形態のＨＭＤ１（第１のＨＭＤ）の前提となる構成を備えたものであり、観察光学系２、画像生成部３、前方撮影用カメラ４、筐体５等を有する光学ユニット１０と、観察者の頭部に装着されるフレーム２０と、支持部材３０と、付勢部材としてのコイルスプリング３１・３２と、回動軸部材３３・３４と、固定リング３５・３６と、外カバー３７と、ケーブル３８とを備えて構成されている。図１等では、必要に応じて、直交する３軸ＸＹＺの各方向を示す。ＸＹＺの各方向は、観察者の眼幅方向（左右方向）、前後方向、上下方向にそれぞれ対応している。

観察光学系２および画像生成部３は筺体５に固定されている。筐体５に観察光学系２の基端部および画像生成部３が収容されている。観察光学系２は、観察者の眼前に配置されるものであり、本実施形態では観察者の右眼の前に配置されている。画像生成部３は、観察光学系２によって観察される虚像のものとなる画像を生成する部分である。この画像生成部３は、ＬＥＤ等の光源、液晶表示素子等の表示素子、集光レンズ等で構成され、生成した画像を表す光（画像光）を観察光学系２に入射させる。画像生成部３から出射され、観察光学系２に入射した画像光は、観察光学系２内の傾斜面に設置されたホログラム光学素子１９によって回折反射されて光出射面としての内側面１７ｂから出射し、観察者の瞳に入射する（図２参照）。また、観察光学系２は筐体５から突設され、外界の光を透過させて観察者の瞳に入射させることが可能なシースルー型の表示部材を構成する。なお、観察光学系２および画像生成部３の詳細については後述する。

フレーム２０は、眼幅方向（Ｘ方向）に延在する回動軸部材３３・３４および支持部材３０を介して光学ユニット１０の回動を可能にしてこれを支持する。光学ユニット１０は支持部材３０に支持されており、支持部材３０の両端部が、各々回動軸部材３３・３４に連結されている。支持部材３０は光学ユニット１０と一体に回動軸部材３３・３４を中心にフレーム２０に対して回動する。

フレーム２０は、観察者の耳に掛けられる一対のテンプル２１Ｒ・２１Ｌと、観察者の鼻に当てられるノーズパッド２２Ｒ・２２Ｌを支持するブリッジ２３と、ブリッジ２３の右端２３Ｒを右側のテンプル２１Ｒの前端２１Ｒａに繋ぐ右連結部２４Ｒと、ブリッジ２３の左端２３Ｌを左側のテンプル２１Ｌの前端２１Ｌａに繋ぐ左連結部２４Ｌとを有して構成されている。これにより、ＨＭＤ１’を眼鏡と同様の形態で観察者の頭部に装着することができる。

右連結部２４Ｒは、回動軸部材３３の設置部からその半径方向に延設されたフランジ部２４Ｒａ・２４Ｒｂと、回動軸部材３４の設置部からその半径方向に延設されたフランジ部２４Ｒｄ・２４Ｒｅと、筐体５に対して両側のフランジ部２４Ｒｂとフランジ部２４Ｒｅとを繋ぎ、筐体５を眼幅方向（Ｘ方向）に横断する横断部２４Ｒｃとを有する。

一方、支持部材３０は、眼幅方向（Ｘ方向）に延在し、光学ユニット１０が搭載される底部３０ａと、底部３０ａの両端からＹＺ平面上に延びる腕部３０ｂ・３０ｃとを有する。

光学ユニット１０の両側それぞれにおいて、回動軸部材３３（３４）が、フランジ部２４Ｒａ（２４Ｒｄ）に設けられた孔、コイルスプリング３１（３２）、および、腕部３０ｂ（３０ｃ）に設けられた孔に挿入され、さらに回動軸部材３３（３４）の先端部が、固定リング３５（３６）に嵌入されて該先端部に固定リング３５（３６）が固定されることで、光学ユニット１０を支持した支持部材３０がフレーム２０に回動可能に連結されている。

回動軸部材３３・３４は、筐体５の眼幅方向（Ｘ方向）の両側面に対向するように一対配置されており、回動軸（回動の中心軸）を構成している。すなわち、回動の中心軸は、筐体５を通る位置にある。また、回動の中心軸が筐体５を通る位置にありながらも、フランジ部２４Ｒｂ、フランジ部２４Ｒｅおよび横断部２４Ｒｃによって筐体５を回避し、一方の回動軸部材３３側と他方の回動軸部材３４側とを連結する。回動の中心軸が筐体５を通る位置にあることで、回動に伴う光学ユニット１０（特に筐体５部分）の移動空間をコンパクトにでき、使い勝手やコンパクト性を保持できる。

また、図２に示すように、観察光学系２の光出射面としての内側面１７ｂを含む面（平面６）よりも観察者側に、光学ユニット１０の眼幅方向に沿った回動軸（回動軸部材３３・３４）が位置している。回動軸が、観察者の瞳側に近い位置に存在するため、アオリ角調整における観察光学系２の移動量の割に、観察者の視線に対するアオリ角の変化が緩やかになり、アオリ角の微調整が容易になる。なお、アオリ角とは、眼幅方向に沿った回動軸回りの回動角を指し、その回動角の調整、つまり、回動方向の光学ユニット１０の位置調整を、アオリ角調整と称する。

また、本実施形態では、付勢部材であるコイルスプリング３１・３２を光学ユニット１０の眼幅方向（Ｘ方向）の両側にそれぞれ備え、当該両側に備わるコイルスプリング３１・３２によって光学ユニット１０（直接的には支持部材３０）を両側から挟みつけるように押圧することで、光学ユニット１０の回動において摩擦抵抗を生じさせる。より詳しくは、回動軸部材３３（３４）の一端がフレーム２０のフランジ部２４Ｒａ（２４Ｒｂ）に連結され、回動軸部材３３（３４）の他端が支持部材３０の腕部３０ｂ（３０ｃ）に連結され、コイルスプリング３１（３２）が支持部材３０の眼幅方向（Ｘ方向）の側面、すなわち、腕部３０ｂ（３０ｃ）の面を押圧することで、上記摩擦抵抗を生じさせる。

このように、コイルスプリング３１・３２によって、光学ユニット１０を回動軸方向の両側から挟みつけるように付勢し、押圧することで、光学ユニット１０の回動時に摩擦抵抗を生じさせて、光学ユニット１０を任意の回動角（回動位置）で保持することができる。

以上のことから、上述したコイルスプリング３１・３２、回動軸部材３３・３４、フランジ部２４Ｒａ・２４Ｒｂ、支持部材３０（特に腕部３０ｂ・３０ｃ）は、観察者の眼幅方向に沿った軸を中心に光学ユニット１０を回動させ、任意の位置で保持する回動機構７（アオリ角調整機構）を構成していると言える。このような回動機構７により、光学ユニット１０のアオリ角を微調整可能とし、調整した角度を安定的に維持することができる。

また、眼に近い位置でアオリ角調整を行うことで、光学ユニット１０の位置を限られた範囲においては実質的に上下方向に微調整したのと同等の効果を得ることができ、さらに、光学ユニット１０の前後方向（奥行き方向）の位置も微調整することができる。つまり、回動機構７により、光学ユニット１０の位置を上下方向および前後方向に微調整するのと同等の効果を得ることができる場合もある。

両側のフランジ部２４Ｒａ・２４Ｒｂ・２４Ｒｄ・２４Ｒｅと、横断部２４Ｒｃとは、別の部材を連結して構成してもよいが、一体の部材で構成されていることが好ましい。これらの要素を含む右連結部２４Ｒの全体、さらにはブリッジ２３、左連結部２４Ｌまでを一体の部材で構成できればなお好ましい。このように構成することで、光学ユニット１０を支持する構造を精度よく高剛性に構成することができる。また、部品点数減、組立容易等の利点もある。

図５に示すように、外カバー３７は支持部材３０に固定されており、光学ユニット１０および支持部材３０とともに一体回動する。外カバー３７は、支持部材３０および筐体５を覆い、観察光学系２を露出させる。回動する部分が外カバー３７で覆われるため、異物が侵入してアオリ角調整機能が阻害されることを抑制することができる。

ケーブル３８は、光学ユニット１０を外部ユニットに接続するためのものである。外部ユニットとしては、光学ユニット１０に電源を供給する電源装置、光学ユニット１０に画像信号を出力するモバイルコンピューターおよびこれらを複数備えたものなどが用いられる。

図６Ａおよび図６Ｂに示すように、ケーブル３８は、筐体５から延出し、外カバー３７に設けられた孔３７ａに通され、孔３７ａに対して移動自在にされている。本実施形態では、孔３７ａに嵌められたブッシュ３９によって、ケーブル３８と孔３７ａとの間の隙間が埋められて外カバー３７の防塵性が確保されるとともに、ケーブル３８がブッシュ３９に対して摺動するように、それらの材質および寸法が選定されている。

また、図３、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、支持部材３０は、スライド機構を介して光学ユニット１０を眼幅方向（Ｘ方向）に移動可能に支持する。そのスライド機構は、そのスライド動作を所定ピッチで保持する係止機構を有するものであり、支持部材３０の底部３０ａに設けられたガイド孔３０ａ１・３０ａ１と、ガイド孔３０ａ１・３０ａ１に挿入され、先端が筐体５に固定されたガイドピン５ａ・５ａとを有している。そして、筐体５の底部３０ａに対向する面に設けられた保持溝帯５ｂと、保持溝帯５ｂに形成された溝に嵌る突起部３０ａ３を有した板バネ３０ａ２とにより、上記係止機構が構成されている。

ガイド孔３０ａ１・３０ａ１がＸ方向に長く延在し、筐体５と支持部材３０の腕部３０ｂ・３０ｃとの間に隙間が設けられ、ガイドピン５ａ・５ａがガイド孔３０ａ１・３０ａ１に遊嵌されていることで、図６Ｂの矢印Ａで示すように、光学ユニット１０は、支持部材３０、外カバー３７およびフレーム２０に対して眼幅方向（Ｘ方向）に移動可能となる。

図６Ｂに示すように、保持溝帯５ｂはＹ方向に切られた複数の溝がＸ方向に所定ピッチで連続して形成されており、板バネ３０ａ２は、その突起部３０ａ３を保持溝帯５ｂに押圧するように弾性力を作用させている。これにより、保持溝帯５ｂの一つ一つの溝に突起部３０ａ３が嵌り、光学ユニット１０のスライド動作を所定ピッチで保持することができる。保持溝帯５ｂのピッチは任意に設定すればよいが、０．２０ｍｍ〜１．０ｍｍ程度とすることが好ましい。ピッチを下限値以上とすることで、製造容易性および保持溝帯５ｂの耐久性を確保しつつ、きめ細やかに調整を行うことができる。また、ピッチを上限値以下とすることで、精度よく調整が行えなくなるのを防ぐことができる。

以上のように、光学ユニット１０が外カバー３７に対してスライド動作しても、さらにアオリ角調整によって外カバー３７がフレーム２０に対し動作しても、ケーブル３８は、外カバー３７に対して出し入れされるように移動自在であるので、ケーブル３８に力学的負荷を掛けることなく、これらの動作を円滑に行うことができる。

さらに、筐体５内の防塵性・防水性は、図７に示すシール部材４０、さらにはブッシュ４１、キャップ４２により確保される。

筐体５は半身に（例えばＺＸ平面で）分離されるので、シール部材４０は、筐体５の分離面において（ＺＸ面内で）一周に亘り配設されており、さらに観察光学系２の基端部２ａを囲むように（ＸＹ面内で）一周に亘り配設されている。つまり、シール部材４０は、筐体５の２つの半身で挟まれる部位に、観察光学系２が挿入される環状の部位が連結した構造を有している。シール部材４０により、筐体５の分離面および筐体５と観察光学系２の基端部２ａとの間が封止される。

ブッシュ４１は、筐体５のケーブル引き出し孔に嵌められており、ケーブル３８と筐体５のとの間を封止する。ケーブル３８はブッシュ４１に対して移動可能にする必要がないので、ブッシュ４１がケーブル３８をしっかり締め付けるように、それらの材質および寸法が選定されている。

なお、筐体５において、ブッシュ４１の反対側に取り付けられたキャップ４２は、光学ユニット１０の左取付時（左眼の眼前に配置するとき）のケーブル引き出し孔を封止する蓋部材である。これにより、光学ユニット１０を右取付にも左取付にも対応させることができる。キャップ４２は、ブッシュ４１の孔を埋めたものに相当する。

以上により、筐体５内の防塵性・防水性が確保され、筐体５内の画像生成部３等に水などの液体や水蒸気などの気体が浸入することを防止することができる。

以上の実施形態に拘わらず、光学ユニット１０が観察者の左眼前に設置されるように構成してもよいし、光学ユニット１０を観察者の左眼前および右眼前に設置されるように２つ設けてもよい。光学ユニット１０を観察者の左眼前に設置する場合には、フレーム２０の左連結部２４Ｌを、上述した右連結部２４Ｒと同様の構造に構成する。

また、以上の実施形態では、光学ユニット１０のスライド機構に、そのスライド動作を所定ピッチで保持する係止機構を構成したが、保持溝帯５ｂを形成せずに、筐体５のフラットな面に板バネ３０ａ２が押圧することで、任意の位置で摩擦により保持できるように構成してもよい。この場合、板バネ３０ａ２の形状はそれに適する形状に設計される。また、板バネ３０ａ２を支持部材３０に固定するか、筐体５に固定するかも任意に変更可能である。

以上で説明したＨＭＤ１’によれば、光学ユニット１０（観察光学系２）のアオリ角調整機構と、眼幅方向の位置調整機構とにより、観察者の頭部の形状・寸法、眼幅寸法等に合わせてそれらの角度、位置を調整することができる。これにより、幅広い観察者に対して、虚像を良好に観察させることができる。

また、アオリ角調整は、外カバー３７を観察者が手で把持して行うことができ、観察光学系２の内側面１７ｂおよび外側面１７ｃを手垢などにより汚さずに済むから、良好な虚像観察および外界観察を維持できる。もちろん、観察光学系２の先端側の両側面部を把持して回動させるようにしてもよい。

眼幅方向の位置調整は、観察光学系２の両側面に観察者が指を触れて把持して行うことができ、観察光学系２の内側面１７ｂおよび外側面１７ｃを手垢などにより汚さずに済むから、良好な虚像観察および外界観察を維持できる。

その眼幅方向の位置調整の際に、外カバー３７を他方の手で把持することで、調整が容易になる。このとき、外カバー３７があることで、他方の手で把持すべき部分が確保され、把持しやすくなり、また、筐体５に他方の手が触れて光学ユニット１０をスライド動作させることが困難となるのを回避できる。

また、外カバー３７が無いと、筐体５と支持部材３０との間に指を挟む等の危険がある。本実施形態では、外カバー３７によって以上の困難、危険を回避でき、安全かつ容易に調整が可能である。

また、上記したＨＭＤ１’によれば、付勢部材をコイルスプリングとしたので、簡素な構成で、観察光学系２を任意のアオリ角に確実に保持する機構を構成することができる。また、付勢部材をコイルスプリングとすることで、接着剤等を使用することなく組立可能であり、長期に亘りその弾性力、つまりはアオリ角の保持力を一定に維持することができ、性能の劣化が防がれる。

また、光学ユニット１０とフレーム２０との間に付勢部材３１・３２を介在させることにより、ＨＭＤ１’に強い衝撃（特に、眼幅方向の衝撃）が加わった場合でも、その衝撃が緩和され、観察光学系２をはじめとする光学ユニット１０の各部が破損したり、ダメージを受けたりすることを低減することができる。コイルスプリングをウェーブワッシャ（波打った環状の板バネ）としても同様の作用効果を奏するので、コイルスプリングをウェーブワッシャに代えて実施してもよい。その他の付勢部材としては、金属材料、天然ゴム、合成ゴムその他の樹脂材料等から弾性部材を適用して実施することができるが、経年劣化の少ない材料が好ましい。

以上で説明したＨＭＤ１’では、回動軸部材とコイルスプリングとをアオリ角調整用に用いたが、垂直軸周りに光学ユニット１０を回動させる構造に適用してもよい。図８Ａおよび図８Ｂに示す他の実施形態においては、テンプル５０と、観察光学系５１の支持部材５２との間の垂直軸回りのヒンジ部５３に、回動軸部材５４と、コイルスプリング５５（又はウェーブワッシャ）を適用してもよい。これにより、簡素な構成でありながら、観察光学系５１の垂直軸回りの角度調整を円滑に行うこと、調整した角度を確実に保持すること、観察光学系５１を観察者の視界から退避させることなどが容易に達成できる。本実施形態においては、眼前において、垂直軸周りに観察光学系５１を回動させることにより、実質的に虚像を左右方向（Ｘ方向）および前後方向（Ｙ方向）にも移動させることができる。なお、垂直方向（上下方向、Ｚ方向）に観察光学系（光学ユニット）を移動させる構造を設けて、さらに幅広く調整を行うことができるようにしてもよい。

（光学ユニットの詳細）
次に、上述した光学ユニット１０の詳細について説明する。図９は、光学ユニット１０の概略の構成を示す断面図である。光学ユニット１０は、観察者に虚像を観察させるためのユニットであり、画像を生成する画像生成部３と、シースルー型の表示部材を構成する観察光学系２とを有している。画像生成部３は、光源１１と、一方向拡散板１２と、集光レンズ１３と、表示素子１４とを有している。

光源１１は、表示素子１４を照明するものであり、例えば、光強度のピーク波長および光強度半値の波長幅で４６２±１２ｎｍ（Ｂ光）、５２５±１７ｎｍ（Ｇ光）、６３５±１１ｎｍ（Ｒ光）となる３つの波長帯域の光を発するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されている。このように、光源１１が所定の波長幅の光を出射することにより、表示素子１４を照明して得られる画像光に所定の波長幅を持たせることができ、ホログラム光学素子１９にて画像光を回折させたときに、光学瞳Ｂの位置にて、観察画角全域にわたって、表示素子４に表示された画像の虚像を観察者に観察させることができる。また、光源１１の各色についてのピーク波長は、ホログラム光学素子１９の回折効率のピーク波長の近傍に設定されており、光利用効率の向上が図られている。

また、光源１１は、ＲＧＢの光を出射するＬＥＤで構成されているので、光源１１を安価に実現することができるとともに、表示素子１４を照明したときに、表示素子１４にてカラー画像を表示することが可能となり、そのカラー画像を虚像として観察者に提供することが可能となる。また、ＲＧＢの各ＬＥＤ素子は、発光波長幅が狭いので、そのようなＬＥＤ素子を複数用いることにより、色再現性が高く、明るい画像表示が可能となる。

表示素子１４は、光源１１からの出射光を画像データに応じて変調して画像を表示するものであり、光が透過する領域となる各画素をマトリクス状に有する透過型の液晶表示素子で構成されている。なお、表示素子１４は、反射型であってもよい。

観察光学系２は、観察者の眼前に位置し、画像生成部３にて生成された画像を表す光をホログラム光学素子１９によって観察者の瞳の方向に回折反射させることにより、観察者に上記画像の虚像を観察させる光学系である。この観察光学系２は、接眼プリズム１７と、偏向プリズム１８と、上記したホログラム光学素子１９とを有している。

接眼プリズム１７は、基端面１７ａを介して入射する表示素子１４からの画像光を、相対する平行な内側面１７ｂと外側面１７ｃとで全反射させながら導光し、ホログラム光学素子１９を介して観察者の瞳に導く一方、外光を透過させて観察者の瞳に導く光学プリズムである。接眼プリズム１７は、偏向プリズム１８とともに、例えばアクリル系樹脂で構成されている。接眼プリズム１７と偏向プリズム１８とは、内側面１７ｂおよび外側面１７ｃに対して傾斜した傾斜面１７ｄ・１８ａでホログラム光学素子１９を挟み、接着剤で接合されている。

偏向プリズム１８は、接眼プリズム１７に接合されて、接眼プリズム１７と一体となって略平行平板となるものである。この偏向プリズム１８を接眼プリズム１７に接合することにより、観察者が観察光学系２を介して観察する外界像に歪みが生じるのを防止することができる。

すなわち、例えば、接眼プリズム１７に偏向プリズム１８を接合させない場合、外光は接眼プリズム１７の傾斜面１７ｄを透過するときに屈折するので、接眼プリズム１７を介して観察される外界像に歪みが生じる。しかし、接眼プリズム１７に相補的な傾斜面１８ａを有する偏向プリズム１８を接合させて一体的な略平行平板を形成することで、外光が傾斜面１７ｄ・１８ａ（ホログラム光学素子１９）を透過するときの屈折を偏向プリズム１８でキャンセルすることができる。その結果、シースルーで観察される外界像に歪みが生じるのを防止することができる。

観察光学系２と観察者の瞳の間に図示しない矯正眼鏡レンズを装着すると、通常眼鏡を使用している観察者でも、問題なく虚像を観察することが可能である。

ホログラム光学素子１９は、表示素子１４から出射される画像光（３原色に対応した波長の光）を回折反射して観察者の瞳（ここでは、観察者の瞳が観察光学系２によって形成される光学瞳Ｂの位置にあるものとする）に導き、表示素子１４に表示される画像を拡大して観察者の瞳に虚像として導く体積位相型で反射型のホログラムである。このホログラム光学素子１９は、例えば、回折効率のピーク波長および回折効率半値の波長幅で４６５±５ｎｍ（Ｂ光）、５２１±５ｎｍ（Ｇ光）、６３４±５ｎｍ（Ｒ光）の３つの波長域の光を回折（反射）させるように作製されている。ここで、回折効率のピーク波長とは、回折効率がピークとなるときの波長のことであり、回折効率半値の波長幅とは、回折効率が回折効率ピークの半値となるときの波長幅のことである。

反射型のホログラム光学素子１９は、高い波長選択性を有しており、上記波長域（露光波長近辺）の波長の光しか回折反射しないので、回折反射される波長以外の波長を含む外光はホログラム光学素子１９を透過することになり、高い外光透過率を実現することができる。

上記の構成において、光源１１から出射された光は、一方向拡散板１２にて一方向（例えば眼幅方向）に拡散され、集光レンズ１３にて（眼幅方向に垂直な面内で）集光されて表示素子１４に入射する。表示素子１４に入射した光は、画像データに基づいて画素ごとに変調され、画像光として出射される。つまり、表示素子１４には、カラー画像が表示される。

表示素子１４からの画像光は、接眼プリズム１７の内部にその基端面１７ａから入射し、内側面１７ｂと外側面１７ｃで複数回全反射されて、ホログラム光学素子１９に入射する。ホログラム光学素子１９に入射した光は、そこで観察者の方向に回折反射され、光出射面としての内側面１７ｂを透過して光学瞳Ｂに達する。したがって、観察者は、光学瞳Ｂの位置に観察者の瞳を位置させることにより、表示素子１４に表示された画像の拡大虚像を観察することができる。

一方、接眼プリズム１７、偏向プリズム１８およびホログラム光学素子１９は、外光をほとんど全て透過させるので、観察者はこれらを介して外界像を観察することができる。したがって、表示素子１４に表示された画像の虚像は、外界像の一部に重なって観察されることになる。

以上のようにして、観察者は、ホログラム光学素子１９を介して、表示素子１４から提供される画像（虚像）と外界像とを同時に観察することができる。

ところで、ホログラム光学素子１９は、波長選択性を有するホログラムであり、光量低下をほとんど招くことなく外界を見ることができる。ホログラムの代わりにハーフミラーを用いることも可能であるが、ハーフミラーを用いると、外界の光量は半分以下となるので、明るい外界を観察できる点では、ホログラムを用いるほうが好ましい。

本実施形態では、接眼プリズム１７において、ホログラム光学素子１９が貼り付けられる面（傾斜面１７ｄ）は平面となっているが、貼付面は、平面でなくてもよく、非球面などの曲面、あるいは平面と曲面とを組み合わせた面であってもよい。

（本実施形態のＨＭＤについて）
次に、上述したＨＭＤ１’（第２のＨＭＤ）の構成を前提とする本実施形態のＨＭＤ１（第１のＨＭＤ）について説明する。

図１０Ａ、図１０Ｂおよび図１０Ｃは、本実施形態のＨＭＤ１の上面図、正面図、下面図であり、図１１は、ＨＭＤ１のフレーム中央部を正面側から見たときの斜視図である。また、図１２は、ＨＭＤ１のフレーム中央部を背面側（観察者側）から見たときの斜視図であり、図１３は、ＨＭＤ１のフレーム中央部を背面側から図１２とは別角度で見たときの斜視図である。さらに、図１４は、図１０ＢのＡ−Ａ’線矢視断面図である。本実施形態のＨＭＤ１は、上述したＨＭＤ１’の構成に、光学ユニット１０の上下方向の位置を調整する位置調整機構７０を設け、上述したノーズパッド２２Ｒ・２２Ｌを含む鼻当部８０を、位置調整機構７０を介してフレーム２０に連結したものである。以下、位置調整機構７０の詳細について説明する。なお、以下の説明で用いる図面においては、光学ユニット１０に設けられた撮影用カメラ４やケーブル３８、眼幅方向の位置調整機構を実現するための機構の詳細などは図示を省略している場合がある。

位置調整機構７０は、ＨＭＤ１の鼻当部８０をフレーム２０に対して観察者の眼幅方向に垂直な上下方向に相対的に移動させることにより、支持部材３０を介してフレーム２０で支持された光学ユニット１０の上下方向の位置を調整する機構である。この位置調整機構７０は、固定部材７１と、ガイド部材７２と、保持部材７３（図１４参照）と、筐体７４とを有している。

固定部材７１は、ＨＭＤ１の鼻当部８０が固定される部分であり、例えば樹脂で構成されており、略直方体形状に成形されている。上記の鼻当部８０は、ノーズパッド２２Ｒ・２２Ｌと、連結部８１Ｒ・８１Ｌとを有している。ノーズパッド２２Ｒ・２２Ｌは、観察者の鼻部と当接する鼻パッド部である。連結部８１Ｒ・８１Ｌは、ノーズパッド２２Ｒ・２２Ｌと固定部材７１とをそれぞれ連結するものであり、例えば金属の細線を折り曲げて構成されている。

また、固定部材７１は、右眼用レンズ８Ｒおよび左眼用レンズ８Ｌを、レンズ保持部７５Ｒ・７５Ｌを介して保持している。これにより、ＨＭＤ１を観察者の頭部に装着したときに、右眼用レンズ８Ｒおよび左眼用レンズ８Ｌが、観察者の右眼の眼前および左眼の眼前に位置するようになる。上記のレンズ保持部７５Ｒの一端は固定部材７１に固定され、他端は、右眼用レンズ８Ｒの端部を貫通してこれを保持している。同様に、レンズ保持部７５Ｌの一端は固定部材７１に固定され、他端は、左眼用レンズ８Ｌの端部を貫通してこれを保持している。レンズ保持部７５Ｒ・７５Ｌは、略棒状に形成されて、他の部材との干渉を避けるように、くねくねと曲げられているが、このような形状に限定されるわけではない。

なお、本実施形態では、固定部材７１は、レンズ保持部７５Ｒ・７５Ｌを介して右眼用レンズ８Ｒおよび左眼用レンズ８Ｌの２枚のレンズを保持しているが、レンズ保持部７５Ｒを介して右眼用レンズ８Ｒのみを保持する構成であってもよく、レンズ保持部７５Ｌを介して左眼用レンズ８Ｌのみを保持する構成であってもよい。また、右眼用レンズ８Ｒおよび左眼用レンズ８Ｌの一方は、視度矯正用のレンズで構成され、他方は視度矯正を行わないダミーレンズであってもよい。さらに、右眼用レンズ８Ｒおよび左眼用レンズ８Ｌが両方とも、視度矯正用のレンズで構成されてもよく、両方ともダミーレンズで構成されてもよい。

また、固定部材７１には、上下方向に貫通する貫通孔７１ａ（図１４参照）が形成されており、ガイド部材７２がこの貫通孔７１ａに挿通されている。さらに、固定部材７１の上下方向に平行な側面７１ｂは、後述する保持部材７３（板バネ７６ａ）の突起部７６ｂが入り込むことが可能な凹部７１ｂ₁（図１５参照）と、凸部７１ｂ₂（図１５参照）とが上下方向に交互に形成された凹凸面で構成されている。

なお、固定部材７１の凹凸面が形成される側面７１ｂとは、ここでは、固定部材７１において、Ｙ方向と交わる２面のうち、観察者とは反対側の面を指している。これは、固定部材７１の他の側面には、レンズ保持部７５Ｒ・７５Ｌおよび連結部８１Ｒ・８１Ｌが固定されているためである。したがって、上記の凹凸面は、固定部材７１の上面および下面を除く側面のうち、レンズ保持部７５Ｒ・７５Ｌおよび連結部８１Ｒ・８１Ｌが固定される側面以外の面に形成されればよいと言える。

ガイド部材７２は、固定部材７１の上下方向の移動を案内するものであり、上下方向に長尺状で、ＳＵＳ（stainless steel）などの金属からなるピンで構成されている。ガイド部材７２は、固定部材７１の貫通孔７１ａに挿通されることで、固定部材７１の上下方向の移動を案内する。ガイド部材７２の上下方向の両端は、筐体７４の上面部および下面部に固定されている。

保持部材７３は、固定部材７１を上下方向の任意の位置で保持する部材であり、例えば、弾性部材７６で構成されている。弾性部材７６は、保持姿勢と解除姿勢との間で弾性変形するとともに、解除姿勢から保持姿勢に復元する弾性力を有する。ここで、図１５は、弾性部材７６の保持姿勢および解除姿勢を示している。保持姿勢とは、弾性部材７６の後述する突起部７６ｂが、固定部材７１の側面７１ｂの凹部７１ｂ₁に入り込んで、固定部材７１を上下方向の任意の位置で保持する姿勢を指す。一方、解除姿勢とは、突起部７６ｂが凹部７１ｂ₁から離脱して固定部材７１の保持を解除する姿勢を指す。

このような弾性部材７６として、本実施形態では、板バネ７６ａを用いている。板バネ７６ａは、上下方向に延びて形成され、両端部が階段状に折り曲げられて筐体７４に固定されている。本実施形態では、板バネ７６ａは、上端および下端の両方が筐体７４に固定された構造（両持ち梁構造）であるが、上端および下端の一方のみが筐体７４に固定された構造（片持ち梁構造）であってもよい。

上記の板バネ７６ａは、上下方向の略中央部に、固定部材７１の側面７１ｂに向かって突出する突起部７６ｂを有している。突起部７６ｂは、その少なくとも一部が、上述した固定部材７１の側面７１ｂの凹部７１ｂ₁に入り込む大きさ（形状）で形成されている。

筐体７４は、固定部材７１を内包するとともに、ガイド部材７２および保持部材７３（板バネ７６ａ）を支持する枠体であり、フレーム２０の眼幅方向中央部に固定されている。この筐体７４には、固定部材７１の上下方向の移動に伴って移動する連結部８１Ｒ・８１Ｌおよびレンズ保持部７５Ｒ・７５Ｂの移動空間を形成するために、筐体７４の一部を切り欠いた切り欠き部７４ａが設けられている。

上記の構成において、観察者は、筐体７４を把持しながら、鼻当部８０（例えばノーズパッド２２Ｒ・２２Ｌ）を下方に移動させると、鼻当部８０を支持した固定部材７１が、ガイド部材７２に沿って下方に移動する。すると、固定部材７１の側面７１ｂの凹部７１ｂ₁に入り込んでいた突起部７６ｂが、板バネ７６ａの弾性力に抗して、上記凹部７１ｂ₁の上側（Ｚ方向）に隣接して位置する凸部７１ｂ₂上に押し上げられ、これによって固定部材７１の保持が解除される。固定部材７１が下方向にさらに移動すると、突起部７６ｂが板バネ７６ａの弾性力（復元力）によって、上記凸部７１ｂ₂の上側（Ｚ方向）に隣接して位置する凹部７１ｂ₁に入り込み、これによって固定部材７１が保持される。固定部材７１をさらに下方に移動させると、上記の動作が繰り返され、最終的に固定部材７１が上下方向の任意の位置で板バネ７６ａによって保持される。

図１６は、固定部材７１を図１４の位置から下方に移動させて所定の位置で保持した状態を示している。板バネ７６ａは、端部にて筐体７４に固定されており、筐体７４はフレーム２０と固定されている。このため、筐体７４内で固定部材７１が下方に移動すると、筐体７４と固定されたフレーム２０が、固定部材７１および鼻当部８０に対して相対的に上方に移動し、フレーム２０で支持された光学ユニット１０も相対的に上方に移動する。逆に、筐体７４内で固定部材７１が上方に移動すると、フレーム２０および光学ユニット１０が、固定部材７１および鼻当部８０に対して相対的に下方に移動する。

このように、鼻当部８０および固定部材７１を、筐体７４およびフレーム２０に対して上下方向に移動させることにより、フレーム２０で支持された光学ユニット１０が上下方向に相対的に移動する。したがって、固定部材７１を上下方向の任意の位置で板バネ７６ａによって保持することにより、筐体７４とフレーム２０を介して支持された光学ユニット１０を上下方向の任意の位置で保持することができる。

以上のように、本実施形態の位置調整機構７０は、鼻当部８０をフレーム２０に対して上下方向に相対的に移動させることにより、フレーム２０で支持された光学ユニット１０の上下方向の位置を調整する。このため、光学ユニット１０自体に、上下方向の位置調整機構を設けなくても済み、その分、光学ユニットの構成を簡素化することができる。また、前述したアオリ角調整や眼幅調整の機能と、上下方向の位置調整機能とを、光学ユニット１０とその外部の位置調整機構７０とで分担させることができる。これにより、各種の位置調整機能を光学ユニットに集約した構成に比べて、光学ユニット１０の構成を簡素化しつつ、光学ユニット１０の外部の位置調整機構７０によって、光学ユニット１０の上下方向の位置調整を行うことができる。

また、光学ユニット１０は、前述した回動機構７により、観察者の眼幅方向に沿った軸を中心に回動して任意の位置で保持される。このため、光学ユニット１０が、角度依存性を持つホログラム光学素子１９を利用して観察者に虚像を観察させる構成であっても、位置調整機構７０による光学ユニット１０の上下方向の位置調整と、回動機構７による光学ユニット１０のアオリ角調整とを併用することにより、ホログラム光学素子１９の位置を観察者の眼の位置に応じた適切な位置に微調整して、ホログラム光学素子１９で回折反射された光（画像光）を、観察者の眼（網膜上）に適切に集光させ、観察者が虚像を明瞭に観察できるようにすることができる（換言すれば、位置調整機構７０と回動機構７とにより、画像明瞭点に対応するデフォルト位置にホログラム光学素子１９を合わせられる）。つまり、ホログラム光学素子１９の位置調整において、光学ユニット１０の上下方向等の平行移動だけでは調整しきれない部分を、回動機構７によるアオリ角調整によって調整し、個々の観察者に応じた最適な位置にホログラム光学素子１９を位置させることができる。その結果、光学ユニット１０がホログラム光学素子１９を含む構成であっても、瞳位置の異なる観察者ごとに、虚像を明瞭に観察させることができる。例えば、上述した第２のＨＭＤにおいて、眼幅方向の位置調整機構により、光学ユニット１０の眼幅方向の位置は適切に設定されているが、アオリ調整だけでは使用者が良好に虚像を視認できる位置に光学ユニット１０を配置できない場合であっても、本実施形態のＨＭＤにおいては、上下方向の位置調整機構を併用することで、使用者が良好に虚像を視認できるように光学ユニット１０の位置や傾きを調整し得る。従って、より多くの使用者に対して、良好に調整を行うことができるようになる。

また、位置調整機構７０は、上述した固定部材７１と、ガイド部材７２と、保持部材７３と、筐体７４とを有している。上述したように、固定部材７１に固定された鼻当部８０を上下方向に移動させると、筐体７４に固定されたガイド部材７２に沿って、固定部材７１が上下方向に移動する。そして、同じ筐体７４に支持された保持部材７３によって固定部材７１を上下方向の任意の位置で保持することにより、フレーム２０及びフレーム２０に固定された筐体７４に対して、光学ユニット１０を上下方向の任意の位置で保持できる。したがって、光学ユニット１０の上下方向の位置調整を確実に実現することができる。

また、保持部材７３は、固定部材７１の保持姿勢と解除姿勢との間で弾性変形する上述の弾性部材７６で構成されているため、固定部材７１の保持解除による上下方向の移動、および上下方向の任意の位置での保持を確実に実現することができる。

また、弾性部材７６は、端部が筐体７４に固定された板バネ７６ａであるため、解除姿勢から保持姿勢に復元する弾性力を有する弾性部材７６を確実に実現することができる。また、筐体７４内の狭小空間内に弾性部材７６（板バネ７６ａ）を容易に配置でき、最適化されたバネ設計により永続的に使用することができる。また、板バネ７６ａは簡易構造であるため、故障も発生しにくい。

また、板バネ７６ａは突起部７６ｂを有しており、固定部材７１の側面７１ｂは凹凸面で形成されているため、突起部７６ｂが凹凸面のいずれかの凹部７１ｂ₁に入り込むことにより、その凹部７１ｂ₁の位置で固定部材７１を確実に保持できる。

また、固定部材７１は貫通孔７１ａを有しており、ガイド部材７２は貫通孔７１ａに挿通されているため、筐体３４に複雑な構成を付与することなく、ガイド部材７２によって固定部材７１を上下方向に確実に案内することができる。また、固定部材７１をガイド部材７２に沿ってスライドさせることで、上下方向に自由な間隔で（例えば大きく）移動させたり、一定の間隔で（例えば少しずつ）移動させることも可能となる。

また、筐体７４は、フレーム２０の眼幅方向中央部に固定されているので、筐体７４を含む位置調整機構７０をフレーム２０の中央部に集約してコンパクトにまとめることができる。また、鼻当部８０をフレーム２０に対して上下方向に相対的に移動させたときに、フレーム２０全体が左右方向でバランスよく上下方向に移動するため、例えば光学ユニット１０を両眼の眼前に位置させた両眼タイプのＨＭＤでは、左右の光学ユニット１０の上下方向の位置調整を同時に行うことができる。したがって、左右個別に光学ユニット１０の位置調整を行う構成に比べて、上下方向の位置調整が容易となる。

また、鼻当部８０は、固定部材７１とノーズパッド２２Ｒ・２２Ｌとを連結する連結部８１Ｒ・８１Ｌを有しており、固定部材７１は、レンズ保持部７５Ｒ・７５Ｌの少なくとも一方を有している。そして、筐体７４には、連結部８１Ｒ・８１Ｌおよびレンズ保持部７５Ｒ・７５Ｌの移動空間を形成するための切り欠き部７４ａが設けられている。固定部材７１の上下方向の移動に伴い、連結部８１Ｒ・８１Ｌおよびレンズ保持部７５Ｒ・７５Ｌは、筐体７４の切り欠き部７４ａによって形成される空間内（筐体３４を切り欠いた部分）を移動するため、連結部８１Ｒ・８１Ｌおよびレンズ保持部７５Ｒ・７５Ｌが筐体７４と干渉するのを回避しながら、鼻当部８０をフレーム２０に対して相対的に上下方向に移動させることができる。

また、固定部材７１が、右眼用レンズ８Ｒおよび左眼用レンズ８Ｌの少なくとも一方をレンズ保持部７５Ｒ・７５Ｌを介して保持する構成において、フレーム２０は、観察光学系２が右眼用レンズ８Ｒおよび左眼用レンズ８Ｌの少なくとも一方に対して観察者とは反対側に位置するように、光学ユニット１０を支持している（図１０Ｂ、図１１等参照）。

右眼用レンズ８Ｒまたは左眼用レンズ８Ｌに対して観察者とは反対側には、光学ユニット１０の回動を阻害する部材は存在しないため、光学ユニット１０の回動方向の位置調整を確実に行うことができる。また、光学ユニット１０と、右眼用レンズ８Ｒまたは左眼用レンズ８Ｌとが別体のため、右眼用レンズ８Ｒまたは左眼用レンズ８Ｌとして、観察者の視力（眼の度数）に合ったレンズを取り付けることができる。また、そのようなレンズを利用することで、光学ユニット１０側（特に観察光学系２）で視度調整を行う必要がなくなるため、光学ユニット１０の設計が楽になり、ＨＭＤ１の製造も容易となる。

（位置調整機構の他の構成）
図１７は、位置調整機構７０の他の構成を示す断面図である。位置調整機構７０は、固定部材７１として、貫通孔７１ａの内面にネジ溝を形成したものを用い、この固定部材７１の貫通孔７１ａに、上記ネジ溝と螺合するネジ部材７２ａをガイド部材７２として挿通した構成としている。ネジ部材７２ａは、筐体７４の上面部および下面部を貫通して回転可能に筐体７４に保持されている。

この構成では、ネジ部材７２ａの回転によって、固定部材７１が上下方向に移動し、ネジ部材７２ａの回転停止によって、固定部材７１が上下方向の任意の位置で保持される。このように、１つのネジ部材７２ａで、固定部材７１の上下方向の移動を案内するガイド部材７２と、固定部材７１を上下方向の任意の位置で保持する保持部材とを兼ねるため、図１４で用いたような保持部材７３（弾性部材７６）を設けることが不要となり、位置調整機構７０の構成を簡素化することができる。

以上、本実施形態のＨＭＤ１によれば、上下方向の位置調整機構７０と、アオリ角を調整する回動機構７とを併用して光学ユニット１０の位置調整を行うことで、画像明瞭点に対応するデフォルト位置にホログラム光学素子１９を合わせることが可能となる。これにより、簡素な構造でありながら、観察者の頭部の形状やサイズに関係なく、顔面形状等に応じて光学ユニット１０を任意の位置及び傾きに調整して固定することにより、虚像が良好に視認できるように調整することができる。また、上下方向の位置調整機構７０をフレーム２０の眉間部に集約し、鼻当部８０を移動させることで、上下方向の位置調整を容易に行うことができる。さらに、光学ユニット１０は、眼幅調整も可能であるため、幅広い使用者に対して、光学ユニット１０の位置調整を行うことができる。

なお、以上で説明した位置調整機構７０は、光学ユニット１０の観察光学系２が右眼用レンズ８Ｒまたは左眼用レンズ８Ｌを兼ねる構成のＨＭＤにも適用することができる。ただし、この場合、右眼用レンズ８Ｒまたは左眼用レンズ８Ｌを保持するレンズ保持部７５Ｒ・７５Ｌは不要である（右眼用レンズ８Ｒまたは左眼用レンズ８Ｌを兼ねる観察光学系２は光学ユニット１０としてフレーム２０で支持されるため）。

以上で説明した本実施形態のヘッドマウントディスプレイは、以下の構成であってもよいと言える。

本実施形態のヘッドマウントディスプレイは、観察者に虚像を観察させるための光学ユニットと、観察者の頭部に装着され、前記光学ユニットを支持するフレームと、観察者の鼻部と当接する鼻パッド部を有する鼻当部と、前記鼻当部を前記フレームに対して観察者の眼幅方向に垂直な上下方向に相対的に移動させることにより、前記光学ユニットの上下方向の位置を調整する位置調整機構とを備え、前記光学ユニットは、画像を生成する画像生成部と、観察者の眼前に位置し、前記画像生成部にて生成された画像を表す光をホログラム光学素子によって観察者の瞳の方向に回折反射させることにより、観察者に前記画像の虚像を観察させる観察光学系と、観察者の眼幅方向に沿った軸を中心に該光学ユニットを回動させ、任意の位置で保持する回動機構とを含む。

前記位置調整機構は、前記鼻当部が固定される固定部材と、前記固定部材の上下方向の移動を案内するガイド部材と、前記固定部材を上下方向の任意の位置で保持するための保持部材と、前記フレームに固定され、前記ガイド部材および前記保持部材を支持する筐体とを有していてもよい。

前記保持部材は、前記固定部材を上下方向の任意の位置で保持する保持姿勢と、前記固定部材の保持を解除する解除姿勢との間で弾性変形するとともに、前記解除姿勢から前記保持姿勢に復元する弾性力を有する弾性部材で構成されていてもよい。保持部材として、上記弾性力を有する弾性部材を用いることにより、固定部材の保持解除による上下方向の移動、および上下方向の任意の位置での保持を確実に実現することができる。

前記弾性部材は、端部が前記筐体に固定された板バネであってもよい。

前記板バネは、前記固定部材の上下方向に平行な側面に向かって突出する突起部を有しており、前記固定部材の前記側面は、前記突起部を入り込ませて前記板バネを前記保持姿勢にさせる凹部と、前記突起部を前記凹部から離脱させて前記板バネを前記解除姿勢にさせる凸部とが上下方向に交互に形成された凹凸面で形成されていてもよい。

前記固定部材は、上下方向に貫通する貫通孔を有しており、前記ガイド部材は、前記貫通孔に挿通されていてもよい。

前記固定部材は、上下方向に貫通し、かつ、内面にネジ溝が形成された貫通孔を有しており、前記ガイド部材は、前記貫通孔の内面の前記ネジ溝と螺合するネジ部材で構成され、前記ネジ部材の回転によって、前記固定部材を上下方向に案内して移動させ、前記保持部材は、前記ネジ部材で構成され、前記ネジ部材の回転停止によって、前記固定部材を上下方向の任意の位置で保持してもよい。

前記筐体は、前記フレームの眼幅方向中央部に固定されていてもよい。

前記鼻当部は、前記固定部材と前記鼻パッド部とを連結する連結部を有しており、前記固定部材は、右眼用レンズおよび左眼用レンズの少なくとも一方を保持するレンズ保持部を有しており、前記筐体には、前記固定部材の上下方向の移動に伴って移動する前記連結部および前記レンズ保持部の移動空間を形成するための切り欠き部が設けられていてもよい。

前記フレームは、前記観察光学系が前記右眼用レンズおよび左眼用レンズの少なくとも一方に対して観察者とは反対側に位置するように、前記光学ユニットを支持していてもよい。

前記観察光学系は、前記ホログラム光学素子が貼り付けられる光学プリズムを有しており、前記光学プリズムは、前記画像生成部から出射されて内部を導光され、前記ホログラム光学素子にて回折反射された光を観察者の方向に出射する光出射面を有しており、前記回動機構における前記光学ユニットの眼幅方向に沿った回動軸は、前記光出射面を含む面よりも観察者側に位置していてもよい。

本発明は、観察者の頭部に装着されるＨＭＤに利用可能である。

１ ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）
２ 観察光学系
３ 画像生成部
７ 回動機構
８Ｒ 右眼用レンズ
８Ｌ 左眼用レンズ
１０ 光学ユニット
１７ 接眼プリズム（光学プリズム）
１７ｂ 内側面（光出射面）
１９ ホログラム光学素子
２０ フレーム
２２Ｒ ノーズパッド（鼻パッド部）
２２Ｌ ノーズパッド（鼻パッド部）
７０ 位置調整機構
７１ 固定部材
７１ａ 貫通孔
７１ｂ 側面
７１ｂ₁ 凹部
７１ｂ₂ 凸部
７２ ガイド部材
７２ａ ネジ部材（ガイド部材、保持部材）
７３ 保持部材
７４ 筐体
７４ａ 切り欠き部
７５Ｒ レンズ保持部
７５Ｌ レンズ保持部
７６ 弾性部材
７６ａ 板バネ
７６ｂ 突起部
８０ 鼻当部
８１Ｒ 連結部
８１Ｌ 連結部

Claims (11)

1. 観察者に虚像を観察させるための光学ユニットと、
   観察者の頭部に装着され、前記光学ユニットを支持するフレームと、
   観察者の鼻部と当接する鼻パッド部を有する鼻当部と、
   前記鼻当部を前記フレームに対して観察者の眼幅方向に垂直な上下方向に相対的に移動させることにより、前記光学ユニットの上下方向の位置を調整する位置調整機構とを備え、
   前記光学ユニットは、
   画像を生成する画像生成部と、
   観察者の眼前に位置し、前記画像生成部にて生成された画像を表す光をホログラム光学素子によって観察者の瞳の方向に回折反射させることにより、観察者に前記画像の虚像を観察させる観察光学系と、
   観察者の眼幅方向に沿った軸を中心に該光学ユニットを回動させ、任意の位置で保持する回動機構とを含むヘッドマウントディスプレイ。
2. 前記位置調整機構は、
   前記鼻当部が固定される固定部材と、
   前記固定部材の上下方向の移動を案内するガイド部材と、
   前記固定部材を上下方向の任意の位置で保持するための保持部材と、
   前記フレームに固定され、前記ガイド部材および前記保持部材を支持する筐体とを有している請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
3. 前記保持部材は、前記固定部材を上下方向の任意の位置で保持する保持姿勢と、前記固定部材の保持を解除する解除姿勢との間で弾性変形するとともに、前記解除姿勢から前記保持姿勢に復元する弾性力を有する弾性部材で構成されている請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
4. 前記弾性部材は、端部が前記筐体に固定された板バネである請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ。
5. 前記板バネは、前記固定部材の上下方向に平行な側面に向かって突出する突起部を有しており、
   前記固定部材の前記側面は、前記突起部を入り込ませて前記板バネを前記保持姿勢にさせる凹部と、前記突起部を前記凹部から離脱させて前記板バネを前記解除姿勢にさせる凸部とが上下方向に交互に形成された凹凸面で形成されている請求項４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
6. 前記固定部材は、上下方向に貫通する貫通孔を有しており、
   前記ガイド部材は、前記貫通孔に挿通されている請求項２から５のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
7. 前記固定部材は、上下方向に貫通し、かつ、内面にネジ溝が形成された貫通孔を有しており、
   前記ガイド部材は、前記貫通孔の内面の前記ネジ溝と螺合するネジ部材で構成され、前記ネジ部材の回転によって、前記固定部材を上下方向に案内して移動させ、
   前記保持部材は、前記ネジ部材で構成され、前記ネジ部材の回転停止によって、前記固定部材を上下方向の任意の位置で保持する請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
8. 前記筐体は、前記フレームの眼幅方向中央部に固定されている請求項２から７のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
9. 前記鼻当部は、前記固定部材と前記鼻パッド部とを連結する連結部を有しており、
   前記固定部材は、右眼用レンズおよび左眼用レンズの少なくとも一方を保持するレンズ保持部を有しており、
   前記筐体には、前記固定部材の上下方向の移動に伴って移動する前記連結部および前記レンズ保持部の移動空間を形成するための切り欠き部が設けられている請求項２から８のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
10. 前記フレームは、前記観察光学系が前記右眼用レンズおよび左眼用レンズの少なくとも一方に対して観察者とは反対側に位置するように、前記光学ユニットを支持している請求項９に記載のヘッドマウントディスプレイ。
11. 前記観察光学系は、前記ホログラム光学素子が貼り付けられる光学プリズムを有しており、
    前記光学プリズムは、前記画像生成部から出射されて内部を導光され、前記ホログラム光学素子にて回折反射された光を観察者の方向に出射する光出射面を有しており、
    前記回動機構における前記光学ユニットの眼幅方向に沿った回動軸は、前記光出射面を含む面よりも観察者側に位置している請求項１から１０のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。

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