WO2007037089A1

WO2007037089A1 - 頭部装着型映像表示装置

Info

Publication number: WO2007037089A1
Application number: PCT/JP2006/317039
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Yamaguchi; Yasushi Tanijiri
Original assignee: Konica Minolta Holdings, Inc.
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2007-04-05
Also published as: JPWO2007037089A1; US20090180194A1; US7869128B2

Abstract

　本発明は、フレームが撓んだ場合でも、表示部には影響せず、常に周囲の状況を的確に表示できるとともに、装着感が快適でかつ簡便な頭部装着型映像表示装置を実現することである。このため、頭部装着型映像表示装置は、利用者の両側頭部に当接する左右一対の横フレーム部及び前記利用者の顔前に位置し鼻に当接する前フレーム部を有する支持手段と、映像を表示する映像表示手段と、前記利用者の眼前に位置し、前記映像表示手段に表示された映像を利用者の眼に導く接眼光学手段と、前記接眼光学手段を、前記前フレーム部に対して前記利用者の顔の左右方向中央部位置に対応する位置で連結する連結手段と、を有していることを特徴とする。

Description

明細書

頭部装着型映像表示装置

技術分野

[0001] 本発明は、頭部装着型映像表示装置に関する。

背景技術

[0002] 近年、頭部に装着された表示装置の画面に移るビデオ映像や PC (PERSONALl

COMPUTER)力の映像を観るための頭部装着型映像表示装置（HMD： HEA D MOUNTED DISPLAY)が開発されている。この HMDは、周囲に影響を与えることなく自由な場所で、ビデオ映像などを鑑賞することが可能である。従って、この HMDは、装着感が快適で、且つ、軽量であり、簡便に着脱できるとともに、携行性に優れて、ることが要求される。

[0003] また、この種の映像表示装置にはイヤホンを有する構造のものがある。その例として、イヤホンを側面フレームの近傍で固定できるようにして、イヤホンケーブルが絡まるという問題を防止しつつ、軽量で簡便に装着できるという映像表示装置が開示されている (特許文献 1参照)。

特許文献 1 :特開 2000— 235164号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] ところで最近では、この映像表示装置は、例えば、 GPSを搭載することによりナビゲーシヨンを表示したり、 ICタグを利用した情報配信といった情報表示装置等としての用途へ拡大しつつある。従って、より軽量で簡便に装着でき、且つ、周囲の状況を的確に表示できることが求められている。また、情報表示装置としての用途を有する映像表示装置は、主に移動時に利用するため、一般的に利用されている眼鏡やサングラスのような外観であること、更に、外界を観ることができるシースルーであることが重要である。そして、この映像表示装置の利用者は老若男女さまざまであり、また、人によって顔や頭の大きさが異なる。そのため、装着する人の顔や頭の大きさによっては、装着時にフレームが橈むことがあり、従来の映像表示装置では、フレームの橈みに伴って、フレームに連結される表示部の位置ずれを起こし、表示部に表示される映像が乱れ、表示された映像を的確に視認できないという問題があった。また、表示部の橈みを防止するために表示部の構造を頑丈なものとし、結果として表示部が大きく且っ重、と、う問題を持ったものもあった。

[0005] 特許文献 1に記載の映像表示装置では、表示部がフレームの外側に設置されて、るため、フレームの橈みによる映像の乱れは回避できる力フレームが橈むことにより、表示部と接触してしまうという問題があった。また、主に移動時に利用するため、できるだけ通常のサングラスと同様の外見であることが重要である力表示部が外側に設置されているため、一般的なサングラスや眼鏡とは異なり、外観が望ましくないものであった。

[0006] そこで、本発明の課題は、フレームが橈んだ場合でも、表示部には影響せず、常に周囲の状況を的確に表示できるとともに、装着感が快適でかつ簡便な頭部装着型映像表示装置を実現することである。更に、主に移動時に利用することを前提に、一般的な眼鏡やサングラスのような外観であり、且つ、シースルーで外界を見ることが可能な映像表示装置を提供することである。

課題を解決するための手段

[0007] 上記課題を解決するために、請求の範囲第 1項に記載の発明は、利用者の両側頭部に当接する左右一対の横フレーム部及び前記利用者の顔前に位置し鼻に当接する前フレーム部を有する支持手段と、映像を表示する映像表示手段と、前記利用者の眼前に位置し、前記映像表示手段に表示された映像を利用者の眼に導く接眼光学手段と、前記接眼光学手段を、前記前フレーム部に対して前記利用者の顔の左右方向中央部位置に対応する位置で連結する連結手段と、を有することを特徴としている。

[0008] 請求の範囲第 2項に記載の発明は、請求の範囲第 1項に記載の頭部装着型映像表示装置において、前記接眼光学手段は前記前フレーム部の顔面側に設けられ、前記接眼光学手段の反顔面側に前記接眼光学手段を覆う透明板が設けられていることを特徴としている。

[0009] 請求の範囲第 3項に記載の発明は、請求の範囲第 2項に記載の頭部装着型映像表示装置において、前記透明板は、左右の各眼に対して個別に設けられていることを特徴としている。

[0010] 請求の範囲第 4項に記載の発明は、請求の範囲第 2項に記載の頭部装着型映像表示装置において、前記透明板は、左右の眼に亘つて一体に形成されていることを特徴としている。

[0011] 請求の範囲第 5項に記載の発明は、請求の範囲第 1項に記載の頭部装着型映像表示装置において、前記映像表示手段は、左右個別にそれぞれ設けられることを特徴としている。

[0012] 請求の範囲第 6項に記載の発明は、請求の範囲第 2項乃至第 4項の何れか 1項に記載の頭部装着型映像表示装置にぉ、て、前記透明板は着脱可能であることを特徴としている。

[0013] 請求の範囲第 4項に記載の発明は、請求の範囲第 1項乃至第 6項の何れか 1項に記載の頭部装着型映像表示装置において、前記接眼光学手段は、前記利用者の眼より大き、映像である光学瞳を映し出すことを特徴として、る。

[0014] 請求の範囲第 8項に記載の発明は、請求の範囲第 1項乃至第 7項の何れか 1項に記載の頭部装着型映像表示装置において、前記接眼光学手段は、前記映像表示手段の映像力の映像光と利用者の眼前の外界光を重ねて利用者の眼に導くことを特徴としている。

[0015] 請求の範囲第 9項に記載の発明は、請求の範囲第 1項乃至第 8項の何れか 1項に記載の頭部装着型映像表示装置において、前記接眼光学手段は、透明な第 1の光学基材及び第 2の光学基材からなり、前記第 1の光学基材は前記映像光を全反射して眼に導くことを特徴としている。

[0016] 請求の範囲第 10項に記載の発明は、請求の範囲第 1項乃至第 9項の何れか 1項に記載の頭部装着型映像表示装置において、前記接眼光学手段は、体積位相型ホログラフィック光学素子を備え、前記体積位相型ホログラフィック光学素子により前記映像からの映像光を反射して外界光と重ねることを特徴としている。

[0017] 請求の範囲第 11項に記載の発明は、請求の範囲第 10項に記載の頭部装着型映像表示装置において、前記ホログラフィック光学素子は、軸非対称な正の光学パヮ一を持つことを特徴として、る。

[0018] 請求の範囲第 12項に記載の発明は、請求の範囲第 1項乃至第 11項の何れか 1項に記載の頭部装着型映像表示装置にぉ、て、前記接眼光学手段と前記利用者の眼の間に、前記利用者の視力に応じた視力矯正レンズを備えることを特徴としている

[0019] 請求の範囲第 13項に記載の発明は、請求の範囲第 12項に記載の頭部装着型映像表示装置にお!ヽて、前記視力矯正レンズを保持する視力矯正レンズ保持手段を更に備え、前記視力矯正レンズ保持手段は、前記利用者の顔面中央付近で前記連結手段へ固定されることを特徴としてヽる。

[0020] 請求の範囲第 14項に記載の発明は、請求の範囲第 12項又は第 13項に記載の頭部装着型映像表示装置において、前記視力矯正レンズは、着脱可能であることを特徴としている。

[0021] 請求の範囲第 15項に記載の発明は、請求の範囲第 1項乃至第 14項の何れか 1項に記載の頭部装着型映像表示装置にぉ、て、前記利用者に音声情報を提供するィャホンを更に備えることを特徴として、る。

[0022] 請求の範囲第 16項に記載の発明は、請求の範囲第 1項に記載の頭部装着型映像表示装置において、前記接眼光学手段は右眼用接眼光学手段と左眼用接眼光学手段とからなり、前記連結手段は前記右眼用接眼光学手段と前記左眼用接眼光学手段とを連結することを特徴として、る。

[0023] 請求の範囲第 17項に記載の発明は、請求の範囲第 1項に記載の頭部装着型映像表示装置において、前記前フレーム部は、鼻当て部を介して前記利用者の鼻に当接し、前記連結手段は鼻当て部を保持することを特徴としている。

[0024] 請求の範囲第 18項に記載の発明は、利用者の頭部に鼻近傍を含む 3点で当接する当接部を有する保持部と、映像を表示する映像表示手段と、前記利用者の眼前に位置し、前記映像表示手段に表示された映像を前記利用者の眼に導く接眼光学手段と、前記保持部の鼻近傍にて頭部と当接する前記当接部と前記接眼光学手段とを連結する連結手段と、を有することを特徴としている。

[0025] 請求の範囲第 19項に記載の発明は、請求の範囲第 18項に記載の頭部装着型映像表示装置において、前記接眼光学手段は前記保持部の顔面側に設けられ、前記接眼光学手段の反顔面側に前記接眼光学手段を覆う透明板が設けられていることを特徴としている。

[0026] 請求の範囲第 20項に記載の発明は、請求の範囲第 18項に記載の頭部装着型映像表示装置において、前記映像表示手段は、左右個別にそれぞれ設けられることを特徴としている。

[0027] 請求の範囲第 21項に記載の発明は、請求の範囲第 18項乃至第 20項の何れか 1 項に記載の頭部装着型映像表示装置において、前記接眼光学手段は、前記映像表示手段の映像からの映像光と前記利用者の眼前の外界光を重ねて前記利用者の眼に導くことを特徴としている。

[0028] 請求の範囲第 22項に記載の発明は、請求の範囲第 18項乃至第 21項の何れか 1 項に記載の頭部装着型映像表示装置において、前記接眼光学手段は、透明な第 1 の光学基材及び第 2の光学基材からなり、前記第 1の光学基材は前記映像光を全反射して眼に導くことを特徴としている。

[0029] 請求の範囲第 23項に記載の発明は、請求の範囲第 18項乃至第 22項の何れか 1 項に記載の頭部装着型映像表示装置において、前記接眼光学手段は、体積位相型ホログラフィック光学素子を備え、前記体積位相型ホログラフィック光学素子により前記映像からの映像光を反射して外界光と重ねることを特徴としている。

[0030] 請求の範囲第 24項に記載の発明は、請求の範囲第 18項乃至第 23項の何れか 1 項に記載の頭部装着型映像表示装置にお!、て、前記接眼光学手段と前記利用者の眼の間に、前記利用者の視力に応じた視力矯正レンズを備えることを特徴としている。

[0031] 請求の範囲第 25項に記載の発明は、請求の範囲第 18項に記載の頭部装着型映像表示装置において、前記接眼光学手段は右眼用接眼光学手段と左眼用接眼光学手段とからなり、前記連結手段は前記右眼用接眼光学手段と前記左眼用接眼光学手段とを連結することを特徴として!ヽる。

[0032] 請求の範囲第 26項に記載の発明は、請求の範囲第 18項に記載の頭部装着型映像表示装置において、前記保持部は、前記当接部の 1つである鼻当て部を介して前記利用者の鼻に当接し、前記連結手段は前記鼻当て部を保持することを特徴としている。

発明の効果

[0033] 請求の範囲第 1項に記載の発明によれば、利用者の顔の左右方向中央部位置で接眼光学手段を支持するため、利用者の顔や頭の大きさによる前フレーム部の変形が起きた場合でも、接眼光学手段には影響しない。従って、利用者の瞳の位置と接眼光学手段に導かれる映像方向がずれることなぐ利用者は明瞭な映像を観ることが可能となる。また、中央で接眼光学手段を支持するので、外界光を阻害せず広範囲の外界を観察することができる。

[0034] 請求の範囲第 2項乃至第 4項に記載の発明によれば、接眼光学手段を覆う透明板が設けられているため、一般に利用されているメガネゃサングラスのような外観とすることが可能となる。

[0035] 請求の範囲第 5項に記載の発明によれば、接眼光学手段は左右に設置されるため、両眼で映像を観ることができるため、表示される映像や情報をより正確に確認することが可能となる。

[0036] 請求の範囲第 6項に記載の発明によれば、透明板を着脱可能とすることにより、透明板や光学基材の清掃が可能となる。また、使用状況の明るさや利用者の好みに適した透明板を選択、装着することが可能となるため、利用者の自由度が向上する。

[0037] 請求の範囲第 7項に記載の発明によれば、接眼光学手段で導かれる光学瞳は、利用者の瞳より大きいことにより、利用者はより確実に映像を観ることが可能となる。

[0038] 請求の範囲第 8項に記載の発明によれば、外界光に重ねて映像光を観察することができるため、映像光からの情報を得ながら、且つ外界の様子を観察することが同時に出来る。

[0039] 請求の範囲第 9項に記載の発明によれば、映像光を全反射で眼に導く光学基材を用いることにより、映像光を導くハーフミラー等を必要としないので外界光の透過率が高ぐ明るい外界を視認することができる。更に、光学基材内の反射で眼に導くので光学基材が小さいため、光学基材の厚みが気にならず、顔に密着させて装着することが可能となり、小型軽量が実現できる。 [0040] 請求の範囲第 10項に記載の発明によれば、体積位相型ホログラフィック光学素子により映像光が全反射され、且つ外界光が高い光透過率で透過されることができる。よって映像光と外界光が重ねられて利用者の眼に導かれるため、映像光力の情報を得ながら、且つ外界の様子を明るく観察することができるので、眼前に配置することができ、このことにより、顔に密着させて装着することができ、更に、小型軽量が実現できる。

[0041] 請求の範囲第 11項に記載の発明によれば、体積位相型ホログラフィック光学素子に軸非対称な正のパワーを持たせたので、配置自由度が大きぐ顔に密着させて眼前に配置することが可能である。結果として、外観上良好で軽量小型の装置とすることがでさる。

[0042] 請求の範囲第 12項、第 13項及び第 14項に記載の発明によれば、利用者の眼と光学基材の間に視力矯正レンズを装着可能となる。よって、利用者の視力が悪い場合にも映像と外界とを良好に見ることに対応可能である。また、この視力矯正レンズは付け替え可能であるため、各利用者に合う最適な度数に視力矯正レンズを調整して装着することが可能であるため、汎用性の高い装置を実現できる。

[0043] 請求の範囲第 15項に記載の発明によれば、音声をイヤホンから出力することができるため、利用者は映像を見ることができると共に音声を聞くことができる。眼前に映し出される迫力ある映像とともに音声が得られることで映画などを楽しむことが可能となる。

[0044] 請求の範囲第 16項に記載の発明によれば、映像表示手段からの映像光を両眼に導くことができるため、より多くの情報を正確に得ることができる。また、前フレームに右眼用及び左眼用光学手段が連結手段を介して取り付けられるため、バランス良く装着することができる。

[0045] 請求の範囲第 17項に記載の発明によれば、接眼光学手段が連結手段により連結された前フレーム部に鼻当て部が保持されているため、使用者の鼻に不快感なく安定して装着することができる。

[0046] 請求の範囲第 18項に記載の発明によれば、接眼光学手段が連結手段にて連結される利用者の鼻近傍を含む 3点で頭部に当接する当接部を有する保持部で支持されるため、利用者の顔や頭の大きさによる保持部の変形が起きた場合でも、接眼光学手段には影響しない。従って、利用者の瞳の位置と接眼光学手段に導かれる映像方向がずれることなぐ利用者は明瞭な映像を観ることが可能となる。また、鼻近傍で接眼光学手段を支持するので、外界光を阻害せず広範囲の外界を観察することができる。

[0047] 請求の範囲第 19項に記載の発明によれば、接眼光学手段を覆う透明板が設けられているため、一般に利用されているメガネゃサングラスのような外観とすることが可能となる。

[0048] 請求の範囲第 20項に記載の発明によれば、接眼光学手段は左右に設置されるため、両眼で映像を観ることができるため、表示される映像や情報をより正確に確認することが可能となる。

[0049] 請求の範囲第 21項に記載の発明によれば、外界光に重ねて映像光を観察することができるため、映像光力もの情報を得ながら、且つ外界の様子を観察することが同時に出来る。

[0050] 請求の範囲第 22項に記載の発明によれば、映像光を全反射で眼に導く光学基材を用いることにより、映像光を導くハーフミラー等を必要としないので外界光の透過率が高ぐ明るい外界を視認することができる。更に、光学基材内の反射で眼に導くので光学基材が小さぐ光学基材の厚みが気にならず、顔に密着させて装着することが可能となり、小型軽量が実現できる。

[0051] 請求の範囲第 23項に記載の発明によれば、体積位相型ホログラフィック光学素子により映像光が全反射され、且つ外界光が高い透過率で透過されることができる。よつて、映像光と外界光が重ねられて利用者の眼に導かれるため、映像光力もの情報を得ながら、且つ外界の様子を明るく観察することができるので、眼前に配置することができ、このことにより、顔に密着させて装着することができ、更に、小型軽量が実現できる。

[0052] 請求の範囲第 24項に記載の発明によれば、利用者の眼と光学基材の間に視力矯正レンズを装着可能とすることにより、利用者の視力が悪い場合にも映像と外界とを良好に見ることができる。 [0053] 請求の範囲第 25項に記載の発明によれば、映像表示手段からの映像光を両眼に導くことができるため、より多くの情報を正確に得ることができる。また、保持部に右眼用及び左眼用光学手段が連結手段を介して取り付けられるため、バランス良く装着することができる。

[0054] 請求の範囲第 26項に記載の発明によれば、接眼光学手段が連結手段により連結された保持部に鼻当て部が保持されているため、使用者の鼻に不快感なく安定して装着することができる。

図面の簡単な説明

[0055] [図 1]本実施形態に係る頭部装着型映像表示装置の正面側から見た斜視図である。

[図 2]本実施形態に係る頭部装着型映像表示装置の装着側力見た斜視図である。

[図 3]本実施形態に係る頭部装着型映像表意装置の正面図である。

圆 4]本実施形態に係る頭部装着型映像表示装置の装着側力も見た分解斜視図である。

[図 5]本実施形態に係る頭部装着型映像表示装置を構成する表示ユニット及びプリズムの断面図である。

[図 6]図 5の断面図において、垂直方向を光学的に一方向に展開した図である。

[図 7]変形例 1に係る頭部装着型映像表示装置の装着側から見た斜視図である。

[図 8]変形例 2に係る頭部装着型映像表示装置の装着側力見た分解斜視図である

[図 9]変形例 3に係る頭部装着型映像表示装置の装着側力見た分解斜視図である符号の説明

[0056] 1 頭部装着型映像表示装置

2R、 2L 表示ユニット

3R、 3L 側面フレーム

4 減光透明板

5 鼻当て

6 R、 6L イヤホン 70R、 70L ケープノレ

71R、71L ケーブル保護部材

8 連結部材

9R、 9L プリズム

10R、 10L ヒンジ部

11 フレーム

20 筐体

21 光源

22 一方向拡散板

23 集光レンズ

24 表示パネル

251 第 1プリズム

252 第 2プリズム

26 体積位相型ホログラフィック光学素子

28 光学瞳

30 視力矯正レンズ

31 視力矯正レンズ保持手段

発明を実施するための最良の形態

[0057] 以下、図を参照して、本発明の頭部装着型映像表示装置の実施形態について詳細に説明する。なお、この発明は、この実施形態に限定されるものではない。また、この発明の実施形態は、発明の最も好ましい形態を示すものであり、この発明の用語はこれに限定されない。

[0058] 本実施形態に係る頭部装着型映像表示装置 (ヘッドマウントディスプレイ HMD： H EAD MOUNTED DISPLAY) 1について、図 1〜図 4に例示して説明する。以下、頭部装着型映像表示装置 1を HMD 1と称す。図 1及び図 2は、 HMD1の斜視図であり、図 3は、正面図であり、図 4は、分解斜視図である。なお、同一の部位には同一の符号を付す。

[0059] HMD1は、図に示すように、映像表示手段である表示ユニット 2R、 2L、横フレーム部である側面フレーム 3R、 3L、前フレーム部であるフレーム 11、鼻当て 5、イヤホン 6R、 6L、ケーブル 70R、 70L、連結手段である連結部材 8、接眼光学手段であるプリズム 9R、 9L、ヒンジ部材 10R、 10L、上部に表示ユニット 2R、 2Lが設けられた減光透明板 4及び制御装置（図示省略）により構成され、左右の眼の前力順にプリズム 9 R、 9L及び減光透明板 4が位置するように利用者の顔面に装着される。

[0060] 側面フレーム 3R、 3Lは、利用者の頭部に HMD1を支持するための支持部材である。利用者は、側面フレーム 3R、 3Lそれぞれを側頭部を介して左右の耳にかけ、鼻当て 5を鼻の付け根部分に載せるように装着すると、減光透明板 4に取り付けられたプリズム 9R、 9Lそれぞれが左右の眼の前に安定して配置される。また、側面フレーム 3R、 3L、鼻当て 5はそれぞれ、弾性体を備えており、長時間装着の際に利用者に係る負担を軽減させる。

[0061] 制御装置は、図示は省略するが、 CPU (Central Processing Unit) , ROM (R ead Only Memory)及び RAM (Ramdam Access Memory)などを備えた制御部、不揮発性のメモリにより前記制御部が実行するプログラムや処理に必要なデータを格納する記憶部、ハードディスク装置等により映像などを格納する映像情報記憶部、外部の機器とデータの送受信を行う通信部を備えている。制御部が映像情報記憶部に格納された映像情報に対して所定の画像処理を行ヽ、映像表示手段である表示ユニット 2R及び 2Lへ出力する。本実施形態に係る HMD1においては、この制御装置と表示ユニット 2R及び 2L力ケーブル 70R及び 70Lを介して通信可能に接続される。ケーブル 70R及び 70Lは、制御装置と各表示ユニット 2R及び 2L間を電気的に接続する通信媒体である。

[0062] なお、制御装置は、ケーブル 70R及び 70Lを介してデータ通信を行う構成としたが、これに限定されない。制御装置及び表示ユニット 2R、 2Lにそれぞれ無線通信機能を設けることにより無線方式のデータ通信を行うとしてもよい。このことにより、遊動可能なケーブル 70R及び 70Lが利用者に引っ掛力つて邪魔になることを防止できる。また、表示ユニット 2R、 2Lとケーブル 70R、 70Lとの接続部分は、ケーブル保護部材 71R、 71Lによりそれぞれ保護される構成とする。

[0063] 表示ユニット 2R、 2Lは、利用者に映像を映像光として提供する映像表示手段であり、表示ユニット 2R、 2Lそれぞれに取り付けられた接眼光学手段であるプリズム 9R、 9Lは、映像光を虚像として利用者の眼に導く。そして、プリズム 9R、 9Lは、その映像光と利用者の眼前の外界光を重ねて利用者の眼に導く。このプリズム 9R、 9Lは、表示ユニット 2R、 2Lにそれぞれ取り付けられ、 HMD1を利用者が装着した際には、左右眼前に配置される。また、このプリズム 9R、 9Lは、利用者の顔面の中央付近で連結固定する連結手段としての連結部材 8により連結される。なお、プリズム 9R、 9Lについては、後述する。このプリズム 9R、 9Lを備えた表示ユニット 2R、 2Lは、左右眼前に配置された 1つの透明体である減光透明板 4の上部左右に配置される。従って、図 3に示すように、利用者が HMD1を装着すると、第 3者からはほぼ、表示ユニット 2 R、 2L及び減光透明板 4しか見えないため、通常のサングラスに近い感覚で装着可能である。

[0064] また、プリズム 9R、 9Lを連結する連結部材 8には、鼻当て 5が設置される。従って、利用者が装着する時は、鼻当て 5が鼻に当たり、側面フレーム 3R、 3Lが耳、側頭部又は後頭部に当たって、映像表示装置 1はこれら 3部位で支持される。側面フレーム 3R、 3Lは、減光透明板 4近傍に設けられたヒンジ部 10R、 10Lを中心に回動可能である。ヒンジ部 10R、 10Lに関しては、後述する。

[0065] 減光透明板 4は、フレーム 11の上部両端を固定することにより持設される。このフレーム 11は、減光透明板 4の下部及び中央部を支持する形状であり、中央部には、上述した連結部材 8が留め具により固定される。従って、表示ユニット 2R、 2L、プリズム 9R、 9L、鼻当て 5は、利用者の顔面中心部で連結部材 8により一体的に固定される。そして、表示ユニット 2R、 2Lの一部と、表示ユニット 2R、 2Lに設置されたケーブル保護部 71R、 71Lが減光透明板 4に接触しているが、減光透明板 4の橈みには影響されな、程度の接触である。

[0066] フレーム 11の両端には、ヒンジ部 10R、 10Lの一方が取り付けられ、それぞれのヒンジ部 10R、 10Lの他方に側面フレーム 3R、 3Lが取り付けられている。フレーム 11 の両端のヒンジ部 10R、 10Lが取り付けられている側の反対側には、減光透明板 4の両端が取り付けられている。ヒンジ部 10R、 10Lによって、側面フレーム 3R、 3Lは、フレーム 11に対して概ね直交した状態から、減光透明板 4に対してフレーム 11を挟んで側面フレーム 3R、 3Lが重なるように、外側に開かず内側に折畳めるようになつている。

[0067] 減光透明板 4は、透明である必要はなぐ透過率 5%〜50%程度であればょ、。例えば、透過率 5%の減光透明板 4を用いた場合は、外界の光の多くが遮断されるため、プリズム 9R、 9Lから眼に導かれる映像光は明瞭である。しかしながら、夜間、外界にて利用する場合は、眼に導かれる映像光は明瞭であっても、プリズム 9R、 9Lを透過して見る周囲の状況は確認しに《なる。一方、透過率 50%の減光透明板 4を用いた場合は、周囲の状況確認は容易であるが、外界の光の影響を受け、プリズム 9 R、 9Lから眼に導かれる映像光は見にくくなる。従って、この減光透明板 4は、着脱可能な構成とし、周囲の状況や、利用状況によって付け替えることが可能であるものとする。また、減光透明板 4の形状は限定されない。従って、利用者は、服やへァスタィルに合わせて、さまざまな形状の減光透明板 4を選択し、好みの外観の HMD1〖こ変更可能である。

[0068] なお、本実施形態における減光透明板 4の形状は、 1つの透明体力なる構成としたが、これに限られず、左右それぞれ分離した透明体カゝらなる減光透明板 4を用いる構成としてもよい。

[0069] イヤホン 6R、 6Lは、側面フレーム 3R、 3Lの中央部付近の下面に設けられている。

イヤホン 6R、 6Lにより音声を出力させることで、この HMD1では、例えば、映像と音声を伴う映画等を観ることが可能である。また、 GPSを搭載する HMD1においては、映像によるナビゲーシヨンに合わせて音声案内が可能である。従って、イヤホン 6R、 6Lから音声案内を出力させることにより、よりわ力りやすい道案内を実行することができる。

[0070] 以上のように、顔面中央付近で連結部材 8とそれに設置された鼻当て 5により表示ュ二と 2R、 2Lを支持し、この表示ユニット 2R、 2Lは直接フレーム 11には取り付けない構成とすることにより、頭の大きさにより頭部への支持手段としての側面フレーム 3 R、 3L、フレーム 11が変形しても、プリズム 9R、 9Lや表示ユニット 2R、 2Lは変形しない。従って、表示ユニット 2R、 2Lに設置され、映像光を眼に導くプリズム 9R、 9Lにはフレームの橈みによる影響は及ぼさないため、瞳の位置と映像方向がずれることなく、利用者は明瞭な映像を観ることが可能となる。このことにより、老若男女に関係なくこの HMD1を利用可能であり、汎用性の高い HMD1を実現できる。更に、プリズム 9 R、 9Lにより、外界光に重ねて映像光を観察することができるため、外界光を阻害せず広範囲の外界を映像光と同時に観察することが可能となる。

[0071] また、減光透明板 4は、透過率 5%〜50%の透明板であり、例えば、明るい場所で映像を観る場合には、透過率の低い減光透明板 4を使用することにより、映像光の視認性を向上させることが可能となる。さらに、この減光透明板 4は、着脱可能である。従って、利用者の好みにより適した形状の透明板に付け替え可能であり、利用者の自由度が向上する。また、着脱可能とすることにより減光透明板 4やプリズム 9R、 9L などの清掃が容易に可能となり、 HMD1を常に清潔で視界が良好な状態で使用することが可能となる。

[0072] 図 5に、表示ユニット 2R及び接眼光学手段であるプリズム 9Rの断面図の一例を示す。なお、表示ユニット 2Lも同様であるため、図示及び説明は省略する。また、図 5, 図 6において方向を示す x、 yは、それぞれ利用者の眼の左右方向を Xとし、上下方向を yとする。

[0073] 図に示すように、表示ユニット 2Rは、 LED (Light Emission Diode)等により構成される光源 21と、光源 21からの光を一方向に大きく拡散する一方向拡散板 22と、コンデンサレンズ等により構成される集光レンズ 23と、 LCD (Liquid Crystal Disp lay)等により構成される透過型の表示パネル 24とが筐体 20に保持されて構成される。集光レンズ 23は、光源 21からの光を集光し、この集光レンズ 23及び光源 21及び表示パネル 24は表示手段としての機能を有する。また、表示パネル 24は、光源 21 力の光を変調して映像を表示する。

[0074] 光源 21が、一方向拡散板 22に照明光を出射すると、一方向拡散板 22は、照射された光を一方向に大きく拡散し集光レンズ 23を介して表示パネル 24全面に均一に導く。プリズム 9Rの上面に対して傾斜して配設された表示パネル 24は、利用者の眼に導かれるための映像を表示すると、光源 21からの照明光を受けて、当前記映像の光学像をプリズム 9Rの第 1プリズム 251に対して発することとなる。

[0075] 筐体 20は、第 1プリズム 251の上部を狭持するように設けられ、光源 21、一方向拡散板 22、集光レンズ 23及び表示パネル 24を覆、保持する。

[0076] 接眼光学手段であるプリズム 9R、 9Lは、第 1の光学基材である第 1プリズム 251、第 2の光学基材である第 2プリズム 252と体積位相型ホログラフィック光学素子 26 (H olographic Optical Element;以下、 HOEと称す。）とを有し、一体的に开成されて構成される。第 1プリズム 251は、表示ユニット 2R、 2Lからの表示光を全反射し、且つ、透過して外界を見ることを可能にする光学基材である。第 2プリズム 252は、第 1プリズム 251の屈折を相殺して外界光を透過する光学基材である。第 1プリズム 25 1、第 2プリズム 252は、透明なガラス又は榭脂等カゝらなり、平板状に形成されたものである。体積位相型 HOE26は、第 1プリズム 251と第 2プリズム 252をホログラム基板として、その間に挟まれるように配置されている。

[0077] 体積位相型 HOE26は、軸非対称な正の光学パワーを持つ接眼光学手段であり、ホログラム基板面に対して平行でなヽ干渉縞からなる干渉縞パターンを有して、る。体積位相型 HOE26に入射した光学像は、その干渉縞パターンの回折作用によって回折反射して利用者の眼に導かれる。なお、体積位相型 HOE26は、波長選択性が高いので外界透過率が高く明るく外界を観ることができる。

[0078] また、表示ユニット 2R、 2Lは、ケーブル 70R、 70Lを介して制御装置（図示省略）に接続されており、制御装置力もの指示に基づいた映像を表示する。つまり、表示パネル 24から発せられた映像光は、第 1プリズム 251に入射し内部で 3回全反射した後、体積位相型 HOE26により回折され、光学瞳 28に導かれる。そして、この光学瞳 28 の光を利用者の眼に入射することによって、利用者は、映像光を虚像として観察することができる。

[0079] 図 6に、図 5を光学的に光源 21から光学瞳 28の方向に展開し紙面に垂直方向（X 方向）面内の光路の様子を示した図を示し、光学瞳 28について説明する。光学瞳 2 8とは、プリズム 9Rにより導かれた映像光を、利用者が虚像として観ることのできる範囲である。従って、光学瞳 28は、人の瞳より大きい必要があり、且つ、適度な大きさである必要がある。 HMD1では、一方向拡散板 22に三原色である RGBが光源 21から照射されると、一方向拡散板 22は、例えば、一方向（左右方向）に半値及び半角で 4 0度拡散して表示パネル 24を照射する。本実施形態では、 X方向の光学瞳の大きさは、一方向拡散板 22の半値及び半角で 40度の拡散により 6mmに設定している。人の瞳は一方向に約 3mm程度である。従って、光学瞳 28は人の瞳より大きい 6mmであるため、表示パネル 24に映し出される映像を観察しやすい。

[0080] 以上のように、接眼光学手段に体積位相型ホログラフィック素子を備えることにより、映像光を外界光に重ねることができ (シースルー）、外界光透過率が高いため明るい外界を観察することが可能となる。また、体積位相型ホログラフィック光学素子に軸非対称な正のパワーを持たせることにより、プリズム 9R、 9Lの配置自由度が向上し、また、薄い構成とすることができることにより軽量小型化が実現できる。更に、映像光をプリズム 9R内で反射させて利用者の眼に導く構成とし、 y方向に小さい瞳としたため、通常の眼鏡レンズと同程度にプリズム 9Rを薄い構成とすることができる。従って、プリズム 9R、 9Lの厚みを気にせず、 HMD 1を顔に密着させて装着することが可能となる。 HMD1を利用して映画鑑賞を行う場合、長時間 HMD1を装着する必要があるが、小型軽量とすることにより、鼻や耳に力かる負担を軽減することができる。

[0081] また、 RGBの発光面を拡散が大きい方向に並べることにより、光学瞳 28上での各色の強度むらを小さくなるため、色むらを軽減することができる。従って、明るぐ且つ高画質な映像を提供することができる。

[0082] さらに、プリズム 9Rは、利用者の視界にある像の光学像を透過して、利用者の眼に導く。このため、利用者の眼には、プリズム 9R前方の像に、表示パネル 24が表示した映像を重ね合わせた映像が導かれることとなる。また、プリズム 9Rは、第 1プリズム 251のくさび形状でも屈折をキャンセルして、外界光を歪むことなく見ることができる。

[0083] ぐ変形例 1〉

次に、図 7に変形例 1に係る HMD 1を示す。なお、同じ部位には同じ符号を付し、説明は省略する。

[0084] 変形例 1に係る HMD1は、利用者の視力が悪い場合に適応可能な構成である。利用者の視力が悪い場合は、視力を矯正する必要があり、例えば、減光透明板 4を利用者の視力に合った透明板に付け替えるという方法がある。しかし、この方法では、減光透明板 4を付け替えたとしても、外界は明瞭に見えるがプリズム 9R、 9Lから導かれる映像は裸眼で見ることとなり、見えにくいという問題が生じる。従って、変形例に係る HMDlでは、利用者の眼とプリズム 9R、 9Lとの間に、利用者の視力に応じた視力矯正レンズを取り付けることにより、利用者の視力を矯正し、常に明瞭な映像を見る事ができるようにするものである。

[0085] 図に示すように、視力矯正レンズ保持手段 31は、利用者の眼とプリズム 9R、 9Lの間に備えられ、連結部材 8によりプリズム 9R、 9L及び表示ユニット 2R、 2Lと一体的に形成される。そして、視力矯正レンズ保持手段 31に、利用者の視力に合わせた視力矯正レンズ 30を挿入することにより、利用者の視力に対応できる HMD1を実現する。なお、視力矯正レンズ保持手段 31を着脱可能にする構成としてもよい。

[0086] 以上のように、 HMD1に視力矯正レンズを取り付けることができることにより、利用者の視力が悪い場合にも対応することが可能である。また、この視力矯正レンズは、映像を眼に導くプリズム 9R、 9Lよりも顔面に近い側に取り付けられる。従って、利用者は、外界を明瞭に見えると同時に、表示パネル 26より導かれる映像も明瞭に観ることが可能となる。さらに、この視力矯正レンズは付け替え可能であるため、各利用者に合う最適な度数に視力矯正レンズを調整して装着することが可能である。従って、利用者を限定することなぐ汎用性の高い HMD1を提供することが可能となる。

[0087] ぐ変形例 2〉

次に、図 8に変形例 2に係る HMD1を示す。なお、同じ部位には同じ符号を付し、説明は省略する。

変形例 2に係る HMD1は、左右の接眼光学手段であるプリズム 9R、 9Lは別部材としてない。すなわち図 8に示すように、プリズム 9R, 9Lが単一の部材 9として保持されている。これにより、部材の数を削減することができる。

[0088] ぐ変形例 3〉

次に、図 9に変形例 3に係る HMD1を示す。なお、同じ部位には同じ符号を付し、説明は省略する。

変形例 3に係る HMD1は、鼻当て 5は別部材としていない。すなわち、図 9に示すように、フレーム 11の一部を変形させることで鼻当ての機能をもたせている。これにより、部材の数を削減することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 利用者の両側頭部に当接する左右一対の横フレーム部及び前記利用者の顔前に位置し鼻に当接する前フレーム部を有する支持手段と、

映像を表示する映像表示手段と、

前記利用者の眼前に位置し、前記映像表示手段に表示された映像を利用者の眼に導く接眼光学手段と、

前記接眼光学手段を、前記前フレーム部に対して前記利用者の顔の左右方向中央部位置に対応する位置で連結する連結手段と、を有することを特徴とする頭部装着型映像表示装置。

[2] 前記接眼光学手段は前記前フレーム部の顔面側に設けられ、前記接眼光学手段の反顔面側に前記接眼光学手段を覆う透明板が設けられていることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[3] 前記透明板は、左右の各眼に対して個別に設けられていることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[4] 前記透明板は、左右の眼に亘つて一対に形成されていることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[5] 前記映像表示手段は、左右個別にそれぞれ設けられることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[6] 前記透明板は着脱可能であることを特徴とする請求の範囲第 2項乃至第 4項の何れか 1項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[7] 前記接眼光学手段は、前記利用者の瞳より大きい光学瞳を有することを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 6項の何れか 1項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[8] 前記接眼光学手段は、前記映像表示手段の映像力の映像光と前記利用者の眼前の外界光を重ねて前記利用者の眼に導くことを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 7項の何れか 1項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[9] 前記接眼光学手段は、透明な第 1の光学基材及び第 2の光学基材からなり、前記第 1の光学基材は前記映像光を全反射して眼に導くことを特徴とする請求の範囲第

1項乃至第 8項の何れか 1項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[10] 前記接眼光学手段は、体積位相型ホログラフィック光学素子を備え、前記体積位相型ホログラフィック光学素子により前記映像からの映像光を反射して外界光と重ねることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 9項の何れか 1項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[11] 前記ホログラフィック光学素子は、軸非対称な正の光学パワーを持つことを特徴とする請求の範囲第 10項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[12] 前記接眼光学手段と前記利用者の眼の間に、前記利用者の視力に応じた視力矯正レンズを備えることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 11項の何れか 1項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[13] 前記視力矯正レンズを保持する視力矯正レンズ保持手段を更に備え、前記視力矯正レンズ保持手段は、前記利用者の顔面中央付近で前記連結手段へ固定されることを特徴とする請求の範囲第 12項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[14] 前記視力矯正レンズは、着脱可能であることを特徴とする請求の範囲第 12項又は第 13項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[15] 前記利用者に音声情報を提供するイヤホンを更に備えることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 14項の何れか 1項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[16] 前記接眼光学手段は右眼用接眼光学手段と左眼用接眼光学手段とからなり、前記連結手段は前記右眼用接眼光学手段と前記左眼用接眼光学手段とを連結することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[17] 前記前フレーム部は、鼻当て部を介して前記利用者の鼻に当接し、前記連結手段は鼻当て部を保持することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[18] 利用者の頭部に鼻近傍を含む 3点で当接する当接部を有する保持部と、

映像を表示する映像表示手段と、

前記利用者の眼前に位置し、前記映像表示手段に表示された映像を前記利用者の眼に導く接眼光学手段と、

前記保持部の鼻近傍にて頭部と当接する前記当接部と前記接眼光学手段とを連結する連結手段と、を有することを特徴とする頭部装着型映像表示装置。

[19] 前記接眼光学手段は前記保持部の顔面側に設けられ、前記接眼光学手段の反顔面側に前記接眼光学手段を覆う透明板が設けられていることを特徴とする請求の範囲第 18項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[20] 前記映像表示手段は、左右個別にそれぞれ設けられることを特徴とする請求の範囲第 18項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[21] 前記接眼光学手段は、前記映像表示手段の映像からの映像光と前記利用者の眼前の外界光を重ねて前記利用者の眼に導くことを特徴とする請求の範囲第 18項乃至第 20項の何れか 1項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[22] 前記接眼光学手段は、透明な第 1の光学基材及び第 2の光学基材からなり、前記第 1の光学基材は前記映像光を全反射して眼に導くことを特徴とする請求の範囲第

18項乃至第 21項の何れか 1項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[23] 前記接眼光学手段は、体積位相型ホログラフィック光学素子を備え、前記体積位相型ホログラフィック光学素子により前記映像からの映像光を反射して外界光と重ねることを特徴とする請求の範囲第 18項乃至第 22項の何れか一項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[24] 前記接眼光学手段と前記利用者の眼の間に、前記利用者の視力に応じた視力矯正レンズを備えることを特徴とする請求の範囲第 18項乃至第 23項の何れか 1項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[25] 前記接眼光学手段は右眼用接眼光学手段と左眼用接眼光学手段とからなり、前記連結手段は前記右眼用接眼光学手段と前記左眼用接眼光学手段とを連結することを特徴とする請求の範囲第 18項に記載の頭部装着型映像表示装置。

[26] 前記保持部は、前記当接部の 1つである鼻当て部を介して前記利用者の鼻に当接し、前記連結手段は前記鼻当て部を保持することを特徴とする請求の範囲第 18項に記載の頭部装着型映像表示装置。