WO2008081971A1 - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

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WO2008081971A1
WO2008081971A1 PCT/JP2007/075371 JP2007075371W WO2008081971A1 WO 2008081971 A1 WO2008081971 A1 WO 2008081971A1 JP 2007075371 W JP2007075371 W JP 2007075371W WO 2008081971 A1 WO2008081971 A1 WO 2008081971A1
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WO
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image
display
mounting member
light
head
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/075371
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English (en)
French (fr)
Inventor
Masao Yamamoto
Original Assignee
Scalar Corporation
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Publication date
Application filed by Scalar Corporation filed Critical Scalar Corporation
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
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    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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    • G02B27/017—Head mounted
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/28—Reflectors in projection beam
    • G—PHYSICS
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    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0132—Head-up displays characterised by optical features comprising binocular systems
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    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/12—Adjusting pupillary distance of binocular pairs

Definitions

  • the present invention relates to a head mount display that is used by being attached to a spectacle-shaped mounting member.
  • the free-form surface prism has, for example, a substantially triangular cross section surrounded by three surfaces, the first surface, the second surface, and the third surface, and has entered by reflecting light twice inside it. The direction of the light is changed, and the image that is the source of the incoming light is magnified by the reflection of the light twice in the interior and the refraction of the light twice in and out of the interior. It is supposed to change the light.
  • a free-form surface prism combines the functions of a prism and a lens.
  • Such a head-mounted display is generally mounted and used so as to be positioned in front of the glasses (the one far from the user's body when wearing the glasses) Some of them are used by being mounted so that they are located behind the eyeglasses (the one closer to the user's body when the eyeglasses are worn by the user).
  • Such a head-mounted display includes a display for displaying an image, and at least a part of the display is positioned in front of at least one eye of the user when the head-mounted display is used. And a prism that guides light from at least one of the eyes of the user and enlarges the image displayed on the display.
  • the prism has three surfaces, the first surface, the second surface, and the third surface.
  • the light from the force passes through the first surface, the light that has passed through the first surface is reflected by the second surface, the light reflected by the second surface is reflected by the third surface, and is reflected by the third surface.
  • This is a free-form surface prism that changes the direction of the light guided inside by passing the second surface through the second surface and enlarges the image displayed on the display.
  • the display is arranged so as to be located above or below the free-form surface prism.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 0 1— 1 3 3 7 2 4
  • the head mounted display in which the display is positioned above or below the free-form surface prism, when the user wears glasses with a head mounted display, the head The mount display sometimes protrudes from the eyeglasses, which is not a good design.
  • An object of the present invention is to provide a head-mounted display that does not impair the design.
  • the present inventor proposes the following invention in order to solve the above-mentioned problems.
  • the present invention provides the following head mounted display.
  • the head-mounted display of the present invention is a head-mounted display used by being attached to a spectacle-shaped mounting member having a spectacle lens.
  • the head-mounted display includes a main body including image display means for displaying an image, and at least a part of the head-mounted display is positioned in front of at least one eye of the user when the mounting member is mounted on the user.
  • the head-mounted display when the main body is attached to the back of the glasses, most of the head-mounted display cannot be seen from the front of the glasses. Therefore, the head-mounted display does not protrude from the glasses, and the design is not impaired.
  • the light guide means reflects one or more times the image emitted from the image display means and guides it to the position of the user's eye when the mounting member is mounted; and the image Enlargement means for enlarging the image emitted from the display means to a predetermined size.
  • Each of the reflecting means and the magnifying means may be configured as separate optical elements, and each of the reflecting means and the magnifying means is provided as a different surface in one optical element formed of a transparent material. Also good.
  • the light guide means includes a first lens that enlarges the image from the image display means, a first reflection means that reflects the enlarged image from the first lens in a predetermined direction, and A second reflecting means for reflecting the image reflected by the first reflecting means in another predetermined direction; and a second lens for enlarging the image reflected by the second reflecting means. Also good.
  • the light guide unit when the image emitted from the image display unit is input, the light guide unit reflects the image a predetermined number of times and expands the image to a predetermined size. It may be a free-form surface prism that leads to the user's eyes when the mounting member is mounted.
  • the free-form surface prism has four surfaces, a first surface, a second surface, a third surface, and a fourth surface, and allows light from the image display means to pass through the first surface, and The light passed through the surface is reflected by the second surface, the light reflected by the second surface is reflected by the third surface, and the light reflected by the third surface passes through the fourth surface.
  • the image displayed on the image display means may be enlarged.
  • the first surface to the fourth surface may be non-continuous surfaces, but at least two of the first surface to the fourth surface (for example, the second surface and the fourth surface) are continuous. It may be one surface that is smoothly connected.
  • the main body is arranged such that when the main body is attached to substantially the center in the width direction of the mounting member, the light guide means is positioned behind the spectacle lens of the mounting member. And the light guide means may be connected.
  • the image display means is formed in a substantially rectangular shape, and the main body has a short side direction of the image display means substantially parallel to a height direction of the spectacle lens of the mounting member. It may be attached to. .
  • the display and the free-form surface prism are provided adjacent to each other in the height direction of the spectacle lens.
  • the entire Domount display has a shape that extends in the height direction of the eyeglass lens.
  • the spectacle lens usually has a shape whose width is longer than its height, so when the body is mounted inside the spectacles, the head-mounted display protrudes from the spectacles. It was.
  • the main body of the head-mounted display of the present application can be attached to substantially the center in the width direction of the spectacle-shaped mounting member, and the main body is positioned behind the spectacle-shaped mounting member.
  • the light guiding means is positioned behind the lens of the spectacle-shaped mounting member, and the shape of the entire head-mounted display is in the width direction of the spectacle lens. Since it has an elongated shape, the head mount display can be prevented from protruding from the glasses when the body is mounted so as to be located behind the glasses.
  • the head-mounted display of the present application is a shape that extends in the width direction of the spectacle lens as the shape of the entire head-mounted display, and does not block the entire visual field in the vertical direction (left-right direction) of the user.
  • the area around the light guide means is slightly blurred but visible. Therefore, a simple operation can be performed even when the line of sight is directed to the light guide means, which is convenient. Also, it is safe to see your feet even when your line of sight is facing the light guide. Furthermore, if the line of sight is removed from the light guiding means, the surroundings can be seen better.
  • the main body may be attached so that a long side direction of the image display means is inclined with respect to a width direction of the spectacle lens of the mounting member. If attached in this way, mount the head mounted display so that it is located behind the glasses. In this case, the thickness of the head mounted display in the front-rear direction can be reduced, and the design can be further improved.
  • the image display unit may further include an image display moving unit for moving the image display unit forward and backward in the emission direction of the image.
  • the direction of light emission from the image display means to the light guide means is not changed (the direction of light from the image display means to the light guide means, that is, light
  • the image display means can be moved closer to or away from the light guide means (without shifting the axis). That is, it is possible to adjust so that an image suitable for the eyesight of the user can be displayed.
  • the light guide means may further include a light guide moving means for sliding the light guide means within a predetermined range between the center in the width direction of the mounting member and the wisdom portion of the mounting member (such as If the light guide moving means is provided, the position of the image display means can be driven to a place suitable for the eye position for each user, and the position of the image display means can be adjusted as appropriate.
  • a light guide moving means for sliding the light guide means within a predetermined range between the center in the width direction of the mounting member and the wisdom portion of the mounting member (such as If the light guide moving means is provided, the position of the image display means can be driven to a place suitable for the eye position for each user, and the position of the image display means can be adjusted as appropriate.
  • Only one image display unit and one light guide unit may be provided, or two image display units and two light guide units may be provided. That is, the image display means and the light guide means have two pairs, and at least a part of the light guide means of the pair is when the attachment member is attached to the user. Is positioned in front of the right eye of the user, and the other pair of light guiding means is at least partially in front of the left eye of the user when the mounting member is mounted on the user. May be located.
  • FIG. 1 is a diagram showing a state in which the head mounted display according to the present embodiment is attached to spectacles.
  • FIG. 2 is a diagram showing the head-mounted display and glasses according to the present embodiment.
  • Fig. 3 is a top view of the case.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the case of the present embodiment.
  • FIG. 5 is an operation explanatory diagram of the moving mechanism.
  • FIG. 6 is a detailed configuration diagram of the adjustment mechanism.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of the operation of the adjustment mechanism.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of the light guide path in the free-form surface prism.
  • FIG. 9 is a view of the head mounted display of the present embodiment as viewed from the rear.
  • FIG. 10 a is a view of the eyepiece with the head mounted display of the present embodiment attached as viewed from the front.
  • FIG. 10 b is a front view of the eyeglass with the head mounted display of the present embodiment attached.
  • FIG. 11 is a diagram showing a modification of the free-form surface prism of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing a modification of the free-form surface prism of the present invention.
  • the head mounted display 1 in this embodiment is used by being attached to eyeglasses 100 as an example of a mounting member.
  • the head mounted display 1 can be attached to the back of the glasses 100.
  • the eyeglasses 100 have the same configuration as normal eyeglasses in which the eyeglass lens 1002 is fitted in the eyeglass frame 1001.
  • the eyeglass frame 101 includes left and right vines 10 3, left and right rims 10 4, and a bridge 1 0 5 that connects the left and right rims 10 4.
  • the left and right vines 1 0 3 are hinged to the left and right rims 1 0 4 respectively, so that the vine 1 0 3 can be folded in a direction parallel to the rim 1 0 4, vine 1 0
  • the eyeglasses 100 are fixed to the user's head by sandwiching the user's head with the force ⁇ or the two vines 10 3 that respectively lock the tips of 3 to the user's ears.
  • the head-mounted display 1 since the head-mounted display 1 is located behind the glasses 100, the length of the temple 103 is longer than that of a normal glasses frame.
  • the tip of the vine 10 3 may be formed so that it can be easily locked to the user's ear.
  • the linear force of the head mount display 1 can be used regardless of the presence of the user. does not change.
  • the head-mounted display 1 is connected to a case 10 having a display inside, left and right free-form prisms 20 connected to the case 10 via a movable part 16, and a case 10.
  • the case 10 is attached to the bridge 1 0 5 of the eyelid mirror 1 0 0 so that it is located behind the glasses 1 0 0.
  • the free-form curved prism 20 is connected to the case 10 so that it is aligned in the width direction of the case 10 when viewed by the user when the user wears the glasses 100.
  • the nose pad 30 is attached so as to be located further rearward of the case 10, and prevents the glasses 100 from slipping when worn by touching the user's nose when worn.
  • the image displayed on the display is magnified at a predetermined magnification by the free-form surface prism 20 and output backward from the free-form surface prism 20. The image output backward will enter the eye of the user wearing the glasses 1 0 0.
  • the head mounted display 1 is attached to the glasses 100 as shown in FIG.
  • a first mounting member 40 is formed on the probe 10 5 of the glasses 100.
  • the first mounting member 40 has a first ball portion 40 0 b provided at the tip of the first shaft portion 40 0 a and the first shaft portion 40 0 a connected to the bridge 1 0 5. Consists of.
  • the first mounting member 40 may be formed integrally with the glasses 100. In order to make it possible to use a general-purpose glasses frame as the glasses 100, the glasses 100 with an adhesive or the like. It is better to form it as a separate member from the glasses 100 so that it can be attached to the eyeglass.
  • the case 10 of the head mounted display 1 has a first fitting hole 10 a formed on the surface of the glasses 100. At the time of attachment to the glasses 100, a so-called pole joint is formed in which the first ball portion 40b of the first attachment member 40 is fitted into the first fitting hole 10a.
  • a second mounting member 50 having the same configuration and size as the first mounting member 40 is formed on the surface of the case 10 opposite to the surface on which the first fitting hole 10 a is provided.
  • the second mounting member 50 includes a second shaft portion 50 a connected to the case 10 and a second ball portion 50 b provided at the front end of the second shaft portion 50 a.
  • the second attachment member 50 may be formed integrally with the case 10, but may be attached to the case 10 with an adhesive or the like.
  • a second fitting hole 30 a is formed in a portion of the noise pad 30 connected to the case 10.
  • the second fitting hole 30 a is the same size as the first fitting hole 10 a.
  • a so-called ball joint is formed in which the second pole portion 50b of the second attachment member 50 is fitted into the second fitting hole 30a.
  • material 50, the first fitting L10a and the second fitting 30a are formed in the same shape and size, respectively. Therefore, it is possible to fit the first pole part 40 b of the first mounting member 40 into the second fitting hole 30 a. As a result, except for the case 10, the movable part 16, and the free-form surface prism 20, it is possible to attach only the nose pad 30 directly to the glasses 100 and use it as a normal glasses frame. is there.
  • Case 10 is a substantially rectangular hollow one. Case 10 is not necessarily so, but is made of resin in this embodiment. Figure 3 shows a top view of case 10.
  • a diopter adjustment knob 12 for adjusting the diopter and a prism position adjustment knob 13 for adjusting the position of the free curved prism 20 are provided on the upper surface of the case 10. .
  • the diopter adjustment knob 12 is operated to move the display inside the case 10 forward and backward in the image emission direction (optical axis direction).
  • image emission direction optical axis direction
  • two are provided so that the diopter of each of the left and right eyes can be adjusted.
  • the prism position adjustment knob 13 is operated to move the position of the free-form surface prism 20 relative to the case 10 within a predetermined range.
  • a scale is provided in the vicinity of the prism position adjustment knob 13 so that the amount of movement of the free-form surface prism 20 relative to the amount of operation of the prism position adjustment knob 13 can be intuitively understood.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the case 10 as seen from above, showing the inside of the case 10.
  • diopter adjustment knob 1 2 diopter adjustment plate 1 1, display Ray 1 4, Control board 1 5, Diopter adjustment knob 1 2, Diopter adjustment plate 1 1, Display 1 4 and Control board 1 5 1 6 and a pinion part 1 7 are provided.
  • the force that is described as two movable parts 16 and two free-form surface prisms 20 are not necessarily required, and may be provided one by one. That is, in addition to those for both eyes, a configuration used only for one of the right eye and the left eye may be used.
  • the display 14 displays an image.
  • the display 14 is a rectangular liquid crystal display.
  • the short side direction is substantially parallel to the height direction of the glasses lens 1002, and the glasses lens 1002 It is attached to the movable part 16 so as to be inclined with respect to the width direction.
  • the control board 15 controls the image displayed on the display 14.
  • the control board 15 sends data for displaying an image to the display 14 to display an appropriate image on the display 14.
  • the control board 15 receives image data from an external device (not shown) and displays it on the display 14.
  • the control board 15 receives data about an image from an external device (not shown) by wire or wirelessly.
  • a hard disk player for example, a hard disk player, a DVD player, a tuner for television broadcasting, a personal computer, a mobile phone, a game device for executing a computer game, an MP 3 player having an image processing function, or the like is used. be able to.
  • the movable portion 16 is arranged at an angle whose axial direction is substantially parallel to the optical axis direction of the image displayed on the display 14, and when the display 14 displays an image, the light about the image is
  • the free-form surface prism 20 is supported so that it can be sent to the free-form surface prism 20.
  • the movable portion 16 has a rack portion 16 a extending substantially in parallel with a surface facing the glasses 100 when the case 10 is attached to the glasses 100.
  • Each rack portion 16 a has teeth formed on the surface facing the pieon portion 17.
  • the pinion part 1 7 is connected to the prism position adjustment knob 1 3. When the prism position adjustment knob 1 3 rotates, the pinion part 1 7 also rotates.
  • the pinion part 17 has a cylindrical shape, and teeth parallel to the axial direction of the cylinder are formed on the side surface.
  • the teeth of the pinion part 1 7 and the teeth of the rack part 16 a are designed to mate with each other, and the rack part 16 a moves according to the rotation of the pinion part 17.
  • the free-form curved prism 20 attached to the movable portion 16 is changed to the width of the glasses 100. It can be slid in the direction (within a predetermined range between the bridge 1 0 5 and the wisdom part of the eyeglass 1 100). As the free-form surface prism 20 slides, the position of the image output from the free-form surface prism 20 also slides. Thereby, the position where the image is output can be matched with the position of the user's eye.
  • the pinion portion 17 may be configured integrally with the prism position adjustment knob 13.
  • the rack portion 16 a and the pinion portion 17 constitute a moving mechanism for sliding the free-form curved prism 20 between the bridge 1 0 5 and the wisdom.
  • the diopter adjustment knob 1 2 and diopter adjustment plate 1 1 included in the movable part 1 6 are images adjusted to the user's diopter by varying the distance from the display 1 4 to the free-form surface prism 20
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the adjustment mechanism in detail by enlarging the movable portion 16.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the adjustment mechanism.
  • the diopter adjustment knob 12 has a structure in which a groove is formed in a head portion protruding to the outside of the case 10, and a crank portion 12 a that is bent in a crank shape in the middle. When a flat plate is inserted into the groove on the head and rotated, the crank part 1 2 a Rotate around.
  • the diopter adjusting plate 11 is connected to the control board 15 and has a chamfered rectangular shape in which a long side is provided in the vicinity of the side facing the one side in the extending direction of the side. Adjustment hole 1 1 a is provided. The crank portion 1 2 a of the diopter adjustment knob 1 2 is provided through the adjustment hole 1 1 a. The short side of the adjustment hole 11a is formed with a length corresponding to the size of the crank portion 12a.
  • the crank portion 1 2 a rotates around the rotation center. Since the crank portion 1 2 a passes through the adjustment hole 1 1 a, when the crank portion 1 2 a rotates, it is biased toward the control board 15 according to the movement. For this purpose, the diopter adjustment plate 11 moves in a direction in which the control board 15 is urged. Since the control board 15 moves, the display 14 moves in the direction of the free-form surface prism 20. The diopter can be adjusted by making the distance between the display 14 and the free-form surface prism 20 variable.
  • the diopter adjustment knob 1 2 rotates, the diopter adjustment plate 1 1 moves in a biston shape. For this reason, the display 14 does not move too much and collides with the free-form surface prism 20, and each other is not damaged.
  • the user can adjust the position of the display 14 to an optimum position for the diopter of his / her eyes by rotating the diopter adjustment knob 12 at the time of use.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a light guide path by the free-form surface prism 20.
  • the free-form surface prism 20 guides light from the display 14 to at least one eye of the user and enlarges an image displayed on the display 14.
  • the free-form surface prism 20 is formed in a substantially triangular cross section having three surfaces, ie, a first surface S 1, a second surface S 2, and a third surface S 3, each of which is a free-form surface.
  • the first surface S 1 faces the display 14, and guides light from the display 14 for the image displayed on the display 14 into the free-form surface prism 20.
  • the light from the display 14 is refracted when passing through the first surface S 1 and changes so that the image displayed on the display 14 is enlarged.
  • the second surface S 2 reflects the light that has passed through the first surface S 1 (usually total reflection).
  • the light that has passed through the first surface S 1 is reflected by the second surface S 2.
  • the direction changes greatly, and the image displayed on the display 14 changes so as to be enlarged.
  • the second surface S 2 also allows the light reflected by the third surface S 3 to pass therethrough. This will be described later.
  • the third surface S 3 reflects the light reflected by the second surface S 2.
  • the light reflected by the second surface S 2 changes its direction greatly by being reflected by the third surface S 3, and changes so that the image displayed on the display 14 is enlarged.
  • the reflection performed on the third surface S 3 may be total reflection or metal reflection.
  • the reflection on the third surface S 3 is: ⁇ , so that the incident angle when the light reflected by the second surface S 2 reaches the third surface S 3 is less than the total reflection angle
  • the curved surface of the third surface S3 is designed.
  • the reflection performed on the third surface S3 is a reflection by a metal
  • the metal is attached to the outside of the third surface S3, for example, by vapor deposition.
  • a dielectric multilayer film can be formed on the outside of the third surface S 3 instead of depositing metal. The reflection in this case is made by a dielectric multilayer film.
  • the light reflected by the third surface S 3 re-directs to the second surface S 2 and passes through the second surface S 2.
  • the light passing through the second surface S 2 is bent when passing through the second surface S 2 and changes so that the image displayed on the display 14 is enlarged.
  • the image displayed on the display 14 is displayed on the dotted line portion of the free-form surface prism 20 as shown in FIG.
  • the case 10 When the case 10 is attached to the glasses 100, at least a part of the free-form prism 20 as described above is placed in front of at least one eye of the user when using the head mounted display 1.
  • the case 10 is connected to the case 10 so that the light from the display 14 is emitted to the user's eyes.
  • the free-form surface prism 20 is not arranged so as to be adjacent to the case 10 in the height direction when the case 10 is attached to the glasses 100, but in the width direction of the case 10 Are arranged adjacent to each other. That is, the overall shape of the head mounted display 1 is a shape extending in the width direction of the glasses 100.
  • Figures 10a and 10b show the glasses 1100 with the head mount display 1 attached to the front (the one that is far from the user's body when the user wears the glasses 1 0 0) ) Force It is a figure which shows the state seen. As shown in these figures, when the glasses 1 0 0 with the head mounted display 1 attached are viewed from the front, the head mounted display 1 is almost hidden behind the eyeglass lens 1 0 2. Become.
  • the head mounted display 1 of the present embodiment since the entire shape of the head mounted display 1 is a shape extending in the width direction of the spectacle lens 10 2, the case 10 is attached to the spectacle 1 100. When mounted on the back, it is possible to prevent most of the head mounted display 1 from being seen from the front of the glasses 100. That is, the head mounted display 1 can be mounted so as not to protrude from the glasses 100, and the design property is not impaired.
  • the head mounted display 1 of the present embodiment has a shape extending in the width direction of the spectacle lens 10 2 as the overall shape of the head mount display 1 and the vertical direction of the user (left and right direction). ) Does not obstruct the entire field of view, so even if the image displayed on the free-form surface prism 20 is viewed, the periphery of the free-form surface prism 20 is slightly blurred but visible. Become. Therefore, simple operations can be performed even when the line of sight is directed to the free-form surface prism 20 and it is convenient. In addition, it is safe to see your feet even when you are looking at the free-form prism 20. Furthermore, if the line of sight is removed from the free-form surface prism 20, the surroundings can be seen better.
  • the glasses 100 with the head-mounted display 1 attached are fixed to the user's head.
  • the glasses 1 0 0 with the head mount display 1 attached to the user's head are locked with the glasses 1 0 0 vine 1 0 3 to the user's ear.
  • Force ⁇ Glasses 1 0 0 is done by pinching the user's head with the vine 1 0 3.
  • the user operates the external device described above and inputs data about the image to be displayed on the head mount display 1 to the head mount display 1. '
  • the control board 15 displays an image on the display 14 according to data about the image.
  • the light of the image displayed on the display 14 exits from the display 14 and is input to the first surface S 1 of the free-form curved prism 20.
  • the free-form surface prism 20 light is emitted from the second surface S2 as shown in FIG.
  • the emitted light allows the user to see an image enlarged to an appropriate size with both eyes.
  • the user can rotate the diopter adjustment knob 1 2 so that the direction of light from the display 1 4 to the free curved surface prism 20 does not change (without shifting the optical axis).
  • Display 14 can be moved closer to or away from 2 0. That is, the display 14 can be moved back and forth in the image emission direction. As a result, it is possible to adjust so that an image suitable for the visual acuity of the user can be displayed.
  • the user can rotate the prism position adjustment knob 1 3 to power the position of the display 1 4 to a location suitable for the eye position of each user. It can be adjusted appropriately.
  • the user can listen to the sound combined with the image by wearing an earphone (not shown) on the ear.
  • the case 10 is described as being attached to the center of the bridge 10 5 of the glasses 100, but the case 10 is configured to be positioned behind the glasses 100.
  • the case 10 may be attached to the other part of the glasses 100.
  • a locking member for locking the case 10 to any part of the glasses 100 may be seen from the front.
  • the light guide means of the present invention has been described using the free-form curved prism 20 having a substantially triangular cross section. However, at least a portion of the prism is used when the head mount display 1 is used. It is supposed to be located in front of at least one of the user's eyes, and guides the light from display 14 to at least one of the user's eyes and enlarges the image displayed on display 14 Anything can be used as long as it is.
  • light that has four surfaces, the first surface, the second surface, the third surface, and the fourth surface.
  • the light from the display 14 passes through the first surface and passes through the first surface.
  • the second surface is reflected
  • the light reflected by the second surface is reflected by the third surface, and the light reflected by the third surface passes through the fourth surface, thereby changing the direction of the light guided to the inside.
  • a free-form surface prism that magnifies the image displayed on the display 1 4 may be used.
  • the first surface to the fourth surface may be non-continuous surfaces, but at least two of the first surface and the fourth surface may be one continuous and smoothly connected surface. Note that, in the present embodiment, the second surface and the fourth surface are one continuous and continuous surface.
  • the light guide means reflects the light from the first lens 71 and the first lens 71 that enlarge the image from the display 14 and the direction of the light. From the first reflecting mirror 7 2 that changes the direction, the second reflecting mirror 7 3 that reflects the light reflected by the first reflecting mirror 7 2 and changes the direction of the light, and the second reflecting mirror 7 3 It is also possible to have a second lens 74 that transmits the light and enlarges the image. The number of reflections and how much the image is enlarged depends on the display 14 and the position of the user's eyes.
  • the light guide means may include a free-form surface prism 20 and at least one of the lens 75 and the lens 76.
  • the lens 75 and the lens 76 are for enlarging the image displayed on the display 14.
  • These lenses 7 5 and 7 6 are described as being plate-like lenses, but are not limited to this, and any lenses that function as lenses that partially change the refractive index can be used.
  • any lenses that function as lenses that partially change the refractive index can be used.
  • the lens 75 is attached to any position between the display 14 and the first surface S1 of the free-form surface prism 20.
  • the light from the display 14 can freely pass through the lens 75. It is input to the first surface S 1 of the curved prism 20.
  • the light passing through the lens 75 is refracted at the time of passing, and changes so that the image displayed on the display 14 is enlarged. In other words, such a lens 75 can enlarge the image displayed on the display 14 before entering the free-form surface prism 20.
  • the lens 76 is affixed to the outside of the second surface S2 of the free-form surface prism 20 and is emitted from the display 14 emitted from the second surface S2 of the free-form surface prism 20. Light is emitted to the user's eyes through the lens 76. The light passing through the lens 76 is refracted when passing, and changes so that the image displayed on the display 14 is magnified. That is, with such a lens 76, the image displayed on the display 14 emitted from the free curved prism 20 can be enlarged to an appropriate size and emitted to the user's eyes. .
  • the case 10 has a diopter adjustment knob 12 that adjusts the diopter and a prism position adjustment knob 13 that adjusts the position of the free-form surface prism 20.
  • these are not indispensable and can be configured not to have them.
  • the glasses 100 to which the above-described head mounted display 1 is attached are described as being commercially available glasses in this embodiment, they are not such commercially available glasses but are attached to the head mounted display 1. Special glasses may be used. For example, earphones may be glasses that are built into the vine of glasses.

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Abstract

　デザイン性を損なわないヘッドマウントディスプレイを提供する。　本発明のヘッドマウントディスプレイ１は、ディスプレイを含むケース１０と、ディスプレイからの光を使用者の眼に導くと共に、ディスプレイに表示された画像を拡大する自由曲面プリズム２０と、を有する。ケース１０は、眼鏡１００の後方に位置するように、眼鏡１００に取り付けられるようになっており、ケース１０を眼鏡１００の後方に位置するように取り付けた際、前方から見た場合にヘッドマウントディスプレイ１が眼鏡レンズ１０２の後方にほぼ隠れるようになっている。このようなヘッドマウントディスプレイ１によれば、ケース１０を眼鏡１００の後方に装着した際、ヘッドマウントディスプレイ１の大部分が眼鏡１００の前方から見えないようになっているので、ヘッドマウントディスプレイ１が眼鏡からはみ出ることがなく、デザイン性を損なうことがない。

Description

へッドマゥントディスプレイ 技術分野
本発明は、 眼鏡形状の装着部材に取り付けて使用するへッドマウントディスプ レイに関する。 明
発明の背景
田
近年、 眼鏡に取り付けて使用する小型のへッドマウントディスプレイが提案さ れており、 パーチャルリアリティをはじめ種々の分野で利用されている。
このようなへッドマウントディスプレイの構造は種々提案されている力 その 中に、 自由曲面プリズムを用いるヘッドマウントディスプレイが存在する。 自由 曲面プリズムは、 例えば、 第 1面、 第 2面、 第 3面の 3つの面に囲まれた断面略 三角形状とされており、 その内部で光を 2回反射することで、 入ってきた光の向 きを変え、 また、 その内部での 2回の光の反射と、 その内部に光を入れるときと 出すときの 2回の屈折により入ってきた光の元となつた像を拡大するように光を 変ィ匕させるものとされている。 簡単にいうと、 自由曲面プリズムは、 プリズムと レンズの機能を併せ持つたものである。
このようなへッドマウントディスプレイは、 眼鏡の前方 （眼鏡を使用者がかけ た際の使用者の体から遠い方） に位置するように取り付けて使用されるものが一 般的であるが、 眼鏡の後方 （眼鏡を使用者がかけた際の使用者の体に近い方） に 位置するように取り付けて使用されるものも存在する。
このようなへッドマウントディスプレイは、 画像を表示するディスプレイと、 少なくともその一部が当該へッドマウントディスプレイの使用時に使用者の少な くとも一方の眼の前に位置するものとされ、 ディスプレイからの光を使用者の少 なくとも一方の眼に導くと共に、 ディスプレイに表示された画像を拡大するプリ ズムと、 を有している。
プリズムは、 例えば第 1面、 第 2面、 第 3面の 3つの面を持ち、 ディスプレイ 力 らの光に第 1面を通過させ、 第 1面を通過させた光を第 2面で反射させ、 第 2 面で反射させた光を第 3面で反射させ、 第 3面で反射させた光に第 2面を通過さ せることで、 その内部に導いた光の方向を変ィ匕させるとともに、 ディスプレイに 表示された画像を拡大する自由曲面プリズムである。
そして、 ディスプレイは、 自由曲面プリズムの上または下に位置するように配 置されている。
[特許文献 1 ] 特開 2 0 0 1— 1 3 3 7 2 4公報
しかしながら、 このように、 ディスプレイが自由曲面プリズムの上または下に 位置するように配置されているへッドマウントディスプレイでは、 へッドマゥン トディスプレイを取り付けた眼鏡を使用者がかけた際、 へッドマウントディスプ レイが眼鏡からはみ出してしまうことがあり、 デザィン的に優れているとはいえ ないものとなっていた。
本発明は、 デザイン性を損なわないへッドマウントディスプレイを提供するこ とをその課題とする。 発明の開示 '
本願発明者は、 上述の,を解決すべく、 以下の発明を提案する。
本発明は、 以下のへッドマウントディスプレイを提供する。
本発明のへッドマウントディスプレイは、 眼鏡レンズを有する眼鏡形状の装着 部材に取り付けて用いられるへッドマウントディスプレイである。
このへッドマウントディスプレイは、 画像を表示する画像表示手段を含む本体 と、 少なくともその一部が前記装着部材が使用者に装着されたときに当該使用者 の少なくとも一方の眼の前に位置しており、 前記画像表示手段からの前記画像を 拡大しつつ前記使用者の前記少なくとも一方の眼に導く導光手段と、 を有してお り、 前記本体は、 前記装着部材の後方に、 前記装着部材の前方から見た場合に当 該へッドマウントディスプレイが前記装着部材にほぼ隠れる位置に取り付けられ る。
このようなへッドマウントディスプレイによれば、 本体を眼鏡の後方に装着し た際、 当該へッドマウントディスプレイの大部分が眼鏡の前方から見えないよう になっているので、ヘッドマウントディスプレイが眼鏡からはみ出ることがなく、 デザィン性を損なうことがない。
前記導光手段は、前記画像表示手段から出射される画像を 1回以上反射させて、 前記装着部材を装着したときの使用者の眼の位置に導くための 1以上の反射手段 と、 前記画像表示手段から出射される画像を所定の大きさに拡大するための拡大 手段と、 を備えているものとすることができる。
反射手段と拡大手段は、 その各々が別体の光学要素に構成されていても構わな いし、 その各々が透明な素材で形成の一つの光学要素中に、 例えば異なる面とし て設けられていてもよい。
例えば、 前記導光手段は、 前記画像表示手段からの前記画像を拡大する第 1レ ンズと、 前記第 1レンズからの拡大された前記画像を所定の方向に反射する第 1 反射手段と、 前記第 1反射手段により反射された画像を他の所定の方向に反射す る第 2反射手段と、 前記第 2反射手段により反射された前記画像を拡大する第 2 レンズと、 を有するものであってもよい。
具体的には、 例えば、 前記導光手段は、 前記画像表示手段から出射される画像 が入力されたときに、 その内部で前記画像を所定の回数反射させるとともに所定 の大きさに拡大して、 前記装着部材を装着したときの使用者の眼に導く自由曲面 プリズムであるものとすることができる。
前記自由曲面プリズムは、 第 1面、 第 2面、 第 3面、 およぴ第 4面の 4つの面 を持ち、 前記画像表示手段からの光に前記第 1面を通過させ、 前記第 1面を通過 させた光を前記第 2面で反射させ、 前記第 2面で反射させた光を前記第 3面で反 射させ、 前記第 3面で反射させた光に前記第 4面を通過させることで、 その内部 に導いた光の方向を変ィ匕させるとともに、 前記画像表示手段に表示された画像を 拡大するものであってもよい。
なお、 第 1面ないし第 4面は、 それぞれ連続しない面とされてもよいが、 第 1 面ないし第 4面のうちの少なくとも二つの面 （例えば第 2面と第 4面） は、 連続 する滑らかにつながつた一面であつてもよい。
前記本体は、 前記本体を前記装着部材の幅方向の略中心に取り付けた場合、 前 記導光手段が前記装着部材の前記眼鏡レンズの後方に位置するように、 前記本体 と前記導光手段とが接続されているものとすることができる。
具体的には、 前記画像表示手段は、 略矩形に形成されており、 前記本体は、 前 記画像表示手段の短辺方向が前記装着部材の眼鏡レンズの高さ方向と略並行とな るように取り付けられていてもよい。 .
上述したような従来のヘッドマウントディスプレイでは、 その本体を眼鏡の内 側に装着した際、 ディスプレイと自由曲面プリズムとが眼鏡のレンズの高さ方向 に隣り合うように設けられているので、へッドマゥントディスプレイ全体として、 眼鏡のレンズの高さ方向に伸びる形状のものとなっている。 一方、 通常、 眼鏡の レンズは、 その高さよりも幅の方が長い形状のものとなっているので、 その本体 を眼鏡の内側に装着した際、 へッドマウントディスプレイが眼鏡からはみ出して しまっていた。
これに対して、 本願のヘッドマウントディスプレイの本体は、 眼鏡形状の装着 部材の幅方向の略中心に取り付けることができるようになっており、 眼鏡形状の 装着部材の後方に位置するように、 本体を眼鏡形状の装着部材に取り付けた際、 導光手段は、 眼鏡形状の装着部材のレンズの後方に位置するようになっており、 へッドマウントディスプレイ全体の形状が、 眼鏡レンズの幅方向に伸びる形状の ものとなっているので、 その本体を眼鏡の後方に位置するように装着した際、 へ ッドマウントディスプレイが眼鏡からはみ出ないようにすることができる。
また、 本願のヘッドマウントディスプレイは、 ヘッドマウントディスプレイ全 体の形状として眼鏡のレンズの幅方向に伸びる形状のものであり、 使用者の上下 方向 （左右方向） の視野全体を遮るものではないので、 導光手段に表示された画 像を見てレヽる状態であつても、 導光手段の周囲は多少ぼやけてはレヽるが見えた状 態となる。 よって、 視線を導光手段に向けている状態でも簡単な作業を行うこと ができ、 便利である。 また、 視線を導光手段に向けている状態でも足元を見るこ とができ、 安全である。 さらに、 視線を導光手段から外せば、 周囲をより良く見 ることができるようになる。
前記本体は、 前記画像表示手段の長辺方向が前記装着部材の眼鏡レンズの幅方 向に対して斜めとなるように取り付けられていてもよい。 このように取り付けら れていれば、 へッドマウントディスプレイが眼鏡の後方に位置するように取り付 けられた場合における、 へッドマウントディスプレイの前後方向の厚みを薄くす ることができ、 よりデザィン性に優れたものとすることができる。
前記画像表示手段を、 前記画像の出射方向で進退動させるための画像表示移動 手段をさらに有していてもよい。
このような画像表示移動手段を有していれば、 画像表示手段から導光手段への 画像の出射方向を変ィ匕させないように (画像表示手段から導光手段への光の方向、 すなわち光軸がずれることなく）、導光手段に対して画像表示手段を近づけたり遠 ざけたりすることができる。 すなわち、 使用者の視力に合った画像を表示するこ とができるように調整することができる。
前記導光手段を、 前記装着部材の幅方向の中心と、 前記装着部材の智部分との 間の所定の範囲でスライドさせるための導光移動手段をさらに有していてもよい ( このような導光移動手段を有していれば、 画像表示手段の位置を使用者毎の眼 の位置に適した場所に動力すことができ、 画像表示手段の位置を適宜調整するこ とができる。
画像表示手段および導光手段は、 それぞれ 1つだけ設けられていてもよいが、 2つずつ設けられていてもよい。 すなわち、 前記画像表示手段おょぴ前記導光手 段による対を 2つ有しており、 一方の対の導光手段は、 少なくともその一部が前 記装着部材が使用者に装着されたときに当該使用者の右眼の前に位置しており、 他方の対の導光手段は、 少なくともその一部が前記装着部材が使用者に装着され たときに当該使用者の左眼の前に位置して 、てもよい。 図面の簡単な説明
図 1は、 本実施形態のへッドマウントディスプレイを眼鏡に取り付けた状態を 示す図である。
図 2は、本実施形態のへッドマウントディスプレイと、眼鏡とを示す図である。 図 3は、 ケースの上面図である。
図 4は、 本実施形態のケースの構成を示す一部断面図である。
図 5は、 移動機構の動作説明図である。
図 6は、 調整機構の詳細な構成図である。 図 7は、 調整機構の動作説明図である。
図 8は、 自由曲面プリズム内の導光路の説明図である。
図 9は、 本実施形態のへッドマウントディスプレイを後方から見た図である。 図 1 0 aは、 本実施形態のへッドマウントディスプレイを取り付けた状態の眼 鏡を前方から見た図である。
図 1 0 bは、 本実施形態のへッドマウントデイスプレイを取り付けた状態の眼 鏡を前方から見た図である。
図 1 1は、 本発明の自由曲面プリズムの変形例を示す図である。
図 1 2は、 本発明の自由曲面プリズムの変形例を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の好ましい一実施形態を、 図面を参照しながら説明する。
この実施形態におけるへッドマウントディスプレイ 1は、 図 1に示すように、 装着部材の一例としての眼鏡 1 0 0に取り付けて用いられる。
ヘッドマウントディスプレイ 1は、 眼鏡 1 0 0の後方に取り付けられるように なっている。
眼鏡 1 0 0は、 眼鏡フレーム 1 0 1に眼鏡レンズ 1 0 2が嵌め込まれた、 通常 の眼鏡と同様の構成である。 眼鏡フレーム 1 0 1は、 左右のつる 1 0 3と、 左右 のリム 1 0 4と、 左右のリム 1 0 4をつなぐブリッジ 1 0 5と、 を備えている。 左右のつる 1 0 3はそれぞれ左右のリム 1 0 4にヒンジ接続されており、 つる 1 0 3をリム 1 0 4に対して平行になるような向きで折り畳めるようになつている, つる 1 0 3の先端を使用者の両耳にそれぞれ係止する力 \ あるいは 2本のつる 1 0 3により使用者の頭部を挟み込むことで、 使用者の頭部に眼鏡 1 0 0が固定さ れる。
この実施形態では、 へッドマウントディスプレイ 1が眼鏡 1 0 0の後方に位置 するために、 つる 1 0 3の長さが通常の眼鏡フレームよりも長めになっている。 また、 つる 1 0 3の先端は使用者の耳に係止し易いように形成されてもよいが、 直線状であるほう力 へッドマウントディスプレイ 1の有無に関わらず使用者の 使用感が変わらない。 へッドマウントディスプレイ 1は、ディスプレイを内部に有するケース 1 0と、 ケース 1 0に可動部 1 6を介して接続される左右の自由曲面プリズム 2 0と、 ケ ース 1 0に接続されるノーズパッド 3 0と、 を備えている。
ケース 1 0は、 目艮鏡 1 0 0のブリッジ 1 0 5に、 眼鏡 1 0 0の後方に位置する ように取り付けられる。 自由曲面プリズム 2 0は、 使用者が眼鏡 1 0 0を装着し たときに使用者から見てケース 1 0の幅方向に並ぶように、 ケース 1 0に接続さ れる。 ノーズパッド 3 0は、 ケース 1 0のさらに後方に位置するように取り付け られ、 装着時に使用者の鼻にあてることで装着時のメガネ 1 0 0のずれを防止す る。 ディスプレイに表示される画像は、 自由曲面プリズム 2 0により所定の倍率 で拡大されて、 自由曲面プリズム 2 0から後方に出力される。 後方に出力された 画像は、 眼鏡 1 0 0を装着した使用者の眼に入ることになる。
ヘッドマウントディスプレイ 1は、 図 2に示すようにして、 眼鏡 1 0 0に取り 付けられる。 眼鏡 1 0 0のプリッジ 1 0 5には、 第 1取付部材 4 0が形成されて いる。 この実施形態では、 第 1取付部材 4 0が、 ブリッジ 1 0 5に接続される第 1軸部 4 0 aおよぴ第 1軸部 4 0 aの先端に設けられる第 1ボール部 4 0 bによ り構成される。 第 1取付部材 4 0は、 眼鏡 1 0 0と一体に形成されていてもよい 力 眼鏡 1 0 0として汎用の眼鏡フレームを使用することを可能にするために、 接着剤等で眼鏡 1 0 0に取り付けできるように、 眼鏡 1 0 0とは別部材として形 成する方がよい。
ヘッドマウントディスプレイ 1のケース 1 0には、 眼鏡 1 0 0側の面に第 1嵌 合孔 1 0 aが形成されている。 眼鏡 1 0 0への取り付け時には、 第 1嵌合孔 1 0 aに第 1取付部材 4 0の第 1ボール部 4 0 bが嵌合される、 いわゆるポールジョ イントになる。
またケース 1 0の第 1嵌合孔 1 0 aが設けられる面とは反対側の面に、 第 1取 付部材 4 0と同じ構成、 大きさの第 2取付部材 5 0が形成されている。 第 2取付 部材 5 0は、 ケース 1 0に接続される第 2軸部 5 0 aおよぴ第 2軸部 5 0 aの先 端に設けられる第 2ボール部 5 0 bにより構成される。 第 2取付部材 5 0は、 ケ ース 1 0と一体に形成されていてもよいが、 接着剤等でケース 1 0に取り付ける ようにしてもよい。 ノ一ズパッド 3 0のケース 1 0に接続される部分には、 第 2嵌合孔 3 0 aが形 成されている。 第 2嵌合孔 3 0 aは、 第 1嵌合孔 1 0 aと同じ大きさである。 ケ ース 1 0への取り付け時には、 第 2嵌合孔 3 0 aに第 2取付部材 5 0の第 2ポー ル部 5 0 bが嵌合される、 いわゆるボールジョイントになる。
第 1取付部材 4 0と第 2取付音 |材 5 0、 第 1嵌合 L 1 0 aと第 2嵌合子し 3 0 a は、 それぞれ同じ形状、 大きさで形成される。 そのために、 第 1取付部材 4 0の 第 1ポール部 4 0 bを第 2嵌合孔 3 0 aに嵌合することも可能である。 これによ り、 ケース 1 0、 可動部 1 6、 および自由曲面プリズム 2 0を除いて、 ノーズパ ッド 3 0のみを眼鏡 1 0 0に直接取り付けて、 通常の眼鏡フレームとして用いる ことも可能である。
以下、 ヘッドマウントディスプレイ 1の各部材の構成について、 詳しく説明す る。
ケース 1 0は、 略矩形の中空のものである。 ケース 1 0は、 必ずしもそうであ る必要はないが、 本実施形態では樹脂製である。 図 3に、 ケース 1 0の上面図を 示す。
このケース 1 0の上面には、 視度を調整するための視度調整つまみ 1 2と、 自 由曲面プリズム 2 0の位置を調整するためのプリズム位置調整つまみ 1 3とが設 けられている。
視度調整つまみ 1 2は、 これを操作することで、 ケース 1 0内部のディスプレ ィを画像の出射方向 （光軸方向） に進退動させるものである。 本実施形態では、 左右の眼のそれぞれの視度を調整できるように 2つ設けられている。
プリズム位置調整つまみ 1 3は、 これを操作することで、 ケース 1 0に対する 自由曲面プリズム 2 0の位置を所定の範囲で移動させるものである。 プリズム位 置調整つまみ 1 3の近傍には眼盛りが設けてあり、 プリズム位置調整つまみ 1 3 の操作量に対する自由曲面プリズム 2 0の移動量が直感的にわかるようになって いる。
図 4は、 ケース 1 0の内部を示す、 ケース 1 0を上面からみた一部断面図であ る。
ケース 1 0の内部には、 視度調整つまみ 1 2と、 視度調整板 1 1と、 ディスプ レイ 1 4と、 制御基板 1 5と、 視度調整つまみ 1 2、 視度調整板 1 1、 ディスプ レイ 1 4およぴ制御基板 1 5を内包し自由曲面プリズム 2 0に連結される可動部 1 6と、 ピニオン部 1 7とが設けられている。
本実施形態においては、 可動部 1 6および自由曲面プリズム 2 0は 2つずっ設 けられているものとして説明する力 必ずしもそうである必要はなく、 1つずつ 設けられていてもよい。 つまり、 両眼用の他に、 右眼あるいは左眼の一方にのみ 用いられる構成であってもよい。
ディスプレイ 1 4は、 画像を表示するものであり、 この実施形態では、 矩形の 液晶ディスプレイとされている。 このディスプレイ 1 4は、 本実施形態では、 ケ ース 1 0を眼鏡 1 0 0に取り付けた際、 その短辺方向が眼鏡レンズ 1 0 2の高さ 方向と略並行となり、 眼鏡レンズ 1 0 2の幅方向に対して斜めとなるように、 可 動部 1 6に取り付けられている。
制御基板 1 5は、 ディスプレイ 1 4に表示される画像を制御するものである。 制御基板 1 5は、 画像を表示するためのデータをディスプレイ 1 4に送り、 ディ スプレイ 1 4に適切な画像を表示させる。 制御基板 1 5は、 図示しない外部装置 から画像についてのデータを受けてそれをディスプレイ 1 4に表示させる。 制御 基板 1 5は、 図示しない外部装置から有線または無線により画像についてのデー タを受け取るようになつている。
外部装置には、 例えば、 ハードディスクプレイヤ、 DVDプレイヤ、 テレビジ ヨン放送用のチューナ、 パーソナルコンピュータ、 携帯電話、 コンピュータゲー ムを実行するためのゲーム装置、 画像処理機能を有した MP 3プレイヤなどを用 いることができる。
可動部 1 6は、 その軸方向がディスプレイ 1 4に表示される画像の光軸方向と 略並行となる角度に配置されており、 ディスプレイ 1 4が画像を表示した場合、 その画像についての光が自由曲面プリズム 2 0に送られるように、 自由曲面プリ ズム 2 0を支持する。
この可動部 1 6は、 ケース 1 0を眼鏡 1 0 0に取り付ける際に眼鏡 1 0 0と向 かい合う面と略並行に伸びるラック部 1 6 aを有している。各ラック部 1 6 aは、 ピエオン部 1 7に向いている面に歯が形成されている。 ピユオン部 1 7は、 プリズム位置調整つまみ 1 3と連結されており、 プリズム 位置調整つまみ 1 3が回転するとピニオン部 1 7も回転する。ピユオン部 1 7は、 円柱形をしており、 側面に円柱の軸方向に平行な歯が形成されている。 ピユオン 部 1 7の歯とラック部 1 6 aの歯は、 嚙み合うようになっておりピニオン部 1 7 の回転に応じて、 ラック部 1 6 aが移動する。
すなわち、 図 5に示すように、 プリズム位置調整つまみ 1 3を左向きに回転さ せると、 ラック部 1 6 aの基端がピユオン部 1 7から離れて、 2つの可動部 1 6 が離れる方向にスライドする。 逆に、 プリズム位置調整つまみ 1 3を右向きに回 転させると、 ラック部 1 6 aの基端がピユオン部 1 7に近づき、 2つの可動部 1 6が近づく方向にスライドすることになる。 可動部 1 6と自由曲面プリズム 2 0 は連結されているので、 このような可動部 1 6のスライドに伴って、 自由曲面プ リズム 2 0も同様にスライドする。 このように、 プリズム位置調整つまみ 1 3を 回転させることで、 ケース 1 0を眼鏡 1 0 0に取り付けた際、 可動部 1 6に取り 付けられた自由曲面プリズム 2 0を眼鏡 1 0 0の幅方向に （ブリッジ 1 0 5と眼 鏡 1 0 0の智部分との間の所定の範囲で） スライドさせることができるようにな つている。 自由曲面プリズム 2 0がスライドすることで、 自由曲面プリズム 2 0 カ ら出力される画像の位置もスライドする。 これにより、 使用者の眼の位置に、 画像が出力される位置を合わせることができる。
なお、 ピニオン部 1 7は、 プリズム位置調整つまみ 1 3と一体的に構成されて いてもよい。 ラック部 1 6 aおよびピニオン部 1 7により、 自由曲面プリズム 2 0をプリッジ 1 0 5と智との間でスライドさせる移動機構を構成している。
可動部 1 6に内包される視度調整つまみ 1 2および視度調整板 1 1とは、 ディ スプレイ 1 4から自由曲面プリズム 2 0までの距離を変動させて使用者の視度に 合わせた画像を提供するための調整機構を構成する。
図 6は、 可動部 1 6を拡大して調整機構を詳細に説明するための図である。 図 7は、 調整機構の動作を説明するための図である。
視度調整つまみ 1 2は、 ケース 1 0の外部に突出する頭部に溝が形成されてお り、 中程がクランク状に折れ曲がったクランク部 1 2 aを有する構成になってい る。 頭部の溝に平板を差し込んで回転させると、 クランク部 1 2 aが回転中心の 周りを回転する。
視度調整板 1 1は、 一辺が制御基板 1 5に接続されており、 該一辺に対向する 辺の近傍に、 該ー辺の延びる方向に長辺が設けられた、 面取りされた矩形状の調 整穴 1 1 aが設けられる。 調整穴 1 1 aには、 視度調整つまみ 1 2のクランク部 1 2 aが貫通して設けられる。 調整穴 1 1 aの短辺は、 このクランク部 1 2 aの 大きさに応じた長さで形成される。
図 7の状態で視度調整つまみ 1 2を回転させると、 クランク部 1 2 aが回転中 心の周りを回転する。 調整穴 1 1 aはクランク部 1 2 aが貫通しているので、 ク ランク部 1 2 aが回転すると、 その動きに応じて制御基板 1 5の方向へ付勢され る。 そのために、 視度調整板 1 1は制御基板 1 5を付勢する方向に移動する。 制 御基板 1 5が移動するためにディスプレイ 1 4が自由曲面プリズム 2 0の方向へ 移動する。 ディスプレイ 1 4と自由曲面プリズム 2 0との間の距離が可変になる ことで、 視度を調整することができる。
視度調整つまみ 1 2は回転するので、 視度調整板 1 1の動きはビストン状にな る。そのために、ディスプレイ 1 4が動きすぎて自由曲面プリズム 2 0に衝突し、 お互いが破損することはない。
使用者は、 使用時に視度調整つまみ 1 2を回転させてディスプレイ 1 4の位置 を自身の眼の視度に最適な位置に調整することができる。
図 8は、 自由曲面プリズム 2 0による導光路を説明する図である。 自由曲面プ リズム 2 0は、 ディスプレイ 1 4からの光を使用者の少なくとも一方の眼に導く と共に、 ディスプレイ 1 4に表示された画像を拡大するものである。
自由曲面プリズム 2 0は、 それぞれ自由曲面である第 1面 S 1、 第 2面 S 2、 第 3面 S 3という 3つの面を備えた断面略三角形状に構成される。
第 1面 S 1は、 ディスプレイ 1 4に臨まされており、 ディスプレイ 1 4に表示 された画像についてのディスプレイ 1 4からの光を通過させて自由曲面プリズム 2 0の内部に導く。 ディスプレイ 1 4からの光は、 第 1面 S 1を通過するときに 屈折しディスプレイ 1 4に表示された画像が拡大されるように変化する。
第 2面 S 2は、第 1面 S 1を通過した光を反射（通常は全反射である。）するよ うにされている。 第 1面 S 1を通過した光は、 第 2面 S 2で反射されることによ りその方向を大きく変え、 また、 ディスプレイ 1 4に表示された画像が拡大され るように変化する。 第 2面 S 2は、 また、 第 3面 S 3で反射された光を通過させ る。 これについては、 後述する。
第 3面 S 3は、 第 2面 S 2で反射された光を反射させるようになっている。 第 2面 S 2で反射された光は、 第 3面 S 3で反射されることによりその方向を大き く変え、また、ディスプレイ 1 4に表示された画像が拡大されるように変化する。 なお、 第 3面 S 3で行われる反射は、 全反射であっても、 金属による反射であつ ても構わない。 第 3面 S 3で行われる反射が:^射である場合には、 第 2面 S 2 で反射された光が第 3面 S 3に至る場合の入射角が全反射角以下となるように第 3面 S 3の曲面が設計される。 第 3面 S 3で行われる反射が金属による反射であ る場合には、第 3面 S 3の外側に、金属が、例えば蒸着によって付着されている。 なお第 3面 S 3の外側に、 金属を付着させる代わりに、 誘電体多層膜を形成する ことができる。 この場合の反射は、 誘電体多層膜によりなされる。
上述したように第 3面 S 3で反射された光は、 第 2面 S 2に再ぴ向力い、 第 2 面 S 2を通過する。 第 2面 S 2を通過する光は、 第 2面 S 2を通過するときに屈 折しディスプレイ 1 4に表示された画像が拡大されるように変化する。 ディスプ レイ 1 4に表示された画像は、 図 9に示すように、 自由曲面プリズム 2 0の点線 部分に表示されることとなる。
以上のような自由曲面プリズム 2 0は、 ケース 1 0を眼鏡 1 0 0に取り付けた 際、 少なくともその一部がへッドマウントディスプレイ 1の使用時に使用者の少 なくとも一方の眼の前に位置するものとされ、 ディスプレイ 1 4からの光を使用 者の眼に出射するように、 ケース 1 0に接続されている。
具体的には、 自由曲面プリズム 2 0は、 ケース 1 0を眼鏡 1 0 0に取り付けた 際、 ケース 1 0と高さ方向に隣接するように配置されるのではなく、 ケース 1 0 と幅方向に隣接するように配置される。 すなわち、 へッドマウントディスプレイ 1全体の形状は、 眼鏡 1 0 0の幅方向に伸びる形状となっている。
図 1 0 a、 図 1 0 bは、 それぞれへッドマゥントディスプレイ 1を取り付けた 状態の眼鏡 1 0 0を前方 （眼鏡 1 0 0を使用者がかけた際の使用者の体から遠い 方） 力 見た状態を示す図である。 これらの図に示すように、 へッドマウントディスプレイ 1を取り付けた状態の 眼鏡 1 0 0を前方から見た場合、 へッドマウントディスプレイ 1は、 眼鏡レンズ 1 0 2の後方にほぼ隠れるようになる。
よって、 本実施形態のヘッドマウントディスプレイ 1によれば、 ヘッドマウン トディスプレイ 1全体の形状が眼鏡レンズ 1 0 2の幅方向に伸びる形状のものと なっているため、 ケース 1 0を眼鏡 1 0 0の後方に装着した際、 ヘッドマウント ディスプレイ 1の大部分が眼鏡 1 0 0の前方から見えないようにすることができ る。 すなわち、 ヘッドマウントディスプレイ 1を眼鏡 1 0 0からはみ出ないよう に取り付けることができ、 デザィン性を損なうことがない。
また、 本実施形態のへッドマウントディスプレイ 1は、 へッドマゥントデイス プレイ 1全体の形状として眼鏡レンズ 1 0 2の幅方向に伸びる形状のものであり、 使用者の上下方向 （左右方向） の視野全体を遮るものではないので、 自由曲面プ リズム 2 0に表示された画像を見ている状態であっても、 自由曲面プリズム 2 0 の周囲は多少ぼやけてはいるが見えた状態となる。 よって、 視線を自由曲面プリ ズム 2 0に向けている状態でも簡単な作業を行うことができ、便利である。また、 視線を自由曲面プリズム 2 0に向けている状態でも足元を見ることができ、 安全 である。 さらに、 視線を自由曲面プリズム 2 0から外せば、 周囲をより良く見る ことができるようになる。
次に、 このへッドマウントディスプレイ 1の使用方法について説明する。
このヘッドマウントディスプレイ 1を使用するには、 ヘッドマウントディスプ レイ 1を取り付けた状態の眼鏡 1 0 0を使用者の頭部へ固定する。 へッドマゥン トディスプレイ 1を取り付けた状態の眼鏡 1 0 0の使用者の頭部への固定は、 上 述したように、 眼鏡 1 0 0のつる 1 0 3を、 使用者の耳へ係止する力 \ 眼鏡 1 0 0のつる 1 0 3で使用者の頭部を挟み込むことで行う。
この状態で使用者は、 上記の外部装置を操作して、 へッドマウントディスプレ ィ 1で表示すべき画像についてのデータを、 へッドマウントディスプレイ 1に入 力する。 '
制御基板 1 5は、 画像についてのデータによりディスプレイ 1 4に画像を表示 する。 ディスプレイ 1 4に表示された画像の光は、 ディスプレイ 1 4から出て、 自由 曲面プリズム 2 0の第 1面 S 1に入力される。 自由曲面プリズム 2 0内では、 光 が図 8に示すようにして第 2面 S 2から出射される。
出射されたその光により、 使用者は、 両眼で、 適当な大きさに拡大された画像 を見ることになる。
この際、 使用者は、 視度調整つまみ 1 2を回転させることで、 ディスプレイ 1 4から自由曲面プリズム 2 0への光の方向を変化させないように （光軸がずれる ことなく）、自由曲面プリズム 2 0に対してディスプレイ 1 4を近づけたり遠ざけ たりすることができる。 すなわち、 ディスプレイ 1 4を画像の出射方向で進退動 させることができる。 これにより、 使用者の視力に合った画像を表示することが できるように調整することができる。
また、 使用者は、 プリズム位置調整つまみ 1 3を回転させることで、 ディスプ レイ 1 4の位置を使用者毎の眼の位置に適した場所に動力すことができ、 ディス プレイ 1 4の位置を適宜調整することができる。
また、 使用者は、 図示しないイヤホンを耳に着用することにより、 画像に併せ た音を聴くことができる。
なお、 ケース 1 0は、 本実施形態では、 眼鏡 1 0 0のブリッジ 1 0 5の中心に 取り付けられるものとして記載したが、 ケース 1 0は、 眼鏡 1 0 0の後方に位置 するようにして眼鏡 1 0 0に取り付けられていればよく、 ケース 1 0は、 眼鏡 1 0 0の他の部分に取り付けられるようにしてもよい。 また、 ケース 1 0を眼鏡 1 0 0のいずれかの部分に係止する係止部材が前方から見えても構わない。
また、 本発明の導光手段として、 本実施形態では、 断面略三角形状とされてい る自由曲面プリズム 2 0を使用して説明したが、 少なくともその一部がへッドマ ゥントディスプレイ 1の使用時に使用者の少なくとも一方の眼の前に位置するも のとされ、 ディスプレイ 1 4からの光を使用者の少なくとも一方の眼に導くと共 に、 ディスプレイ 1 4に表示された画像を拡大するようになっていれば、 どのよ うなものを用いても構わない。
例えば、 第 1面、 第 2面、 第 3面、 およぴ第 4面の 4つの面を持ち、 ディスプ レイ 1 4からの光に第 1面を通過させ、 第 1面を通過させた光を第 2面で反射さ せ、 第 2面で反射させた光を第 3面で反射させ、 第 3面で反射させた光に第 4面 を通過させることで、 その内部に導いた光の方向を変ィ匕させるとともに、 デイス プレイ 1 4に表示された画像を拡大する自由曲面プリズムであってもよい。 第 1面ないし第 4面は、 それぞれ連続しない面であってもよいが、 第 1面ない し第 4面のうちの少なくとも二つの面が、 連続する滑らかにつながった一面であ つてもよい。 なお、 本実施形態では、 第 2面と第 4面が連続する滑らかにつなが つた一面とされている。
具体的には、 導光手段は、 図 1 1に示すように、 ディスプレイ 1 4からの画像 を拡大する第 1レンズ 7 1と、 第 1レンズ 7 1からの光を反射させ、 その光の方 向を変化させる第 1反射鏡 7 2と、 第 1反射鏡 7 2により反射された光を反射さ せ、 その光の方向を変化させる第 2反射鏡 7 3と、 第 2反射鏡 7 3からの光を透 過するとともに、 画像を拡大する第 2レンズ 7 4と、 を有しているものとしても よレ、。 反射の回数おょぴ画像をどの程度拡大するかは、 ディスプレイ 1 4と使用 者の眼の位置などにより決まる。
また、 導光手段は、 図 1 2に示すように、 自由曲面プリズム 2 0と、 レンズ 7 5またはレンズ 7 6の少なくとも一方と、 を備えているものとしてもよい。 レン ズ 7 5およびレンズ 7 6は、 ディスプレイ 1 4に表示された画像を拡大するため のものである。 これらのレンズ 7 5、 7 6は、 板状のレンズであるものとして説 明するが、 これに限られず、 部分的に屈折率を変えるレンズとして機能するもの であれば、 どのようなものであってもよレヽ。
レンズ 7 5は、 ディスプレイ 1 4と自由曲面プリズム 2 0の第 1面 S 1との間 のいずれかの位置に取り付けられており、 ディスプレイ 1 4からの光が、 レンズ 7 5を介して、 自由曲面プリズム 2 0の第 1面 S 1に入力されるようになってい る。 レンズ 7 5を通過する光は、 その通過時に屈折し、 ディスプレイ 1 4に表示 された画像が拡大されるように変ィ匕する。 すなわち、 このようなレンズ 7 5によ り、 自由曲面プリズム 2 0に入射される前に、 ディスプレイ 1 4に表示された画 像を拡大することができる。
レンズ 7 6は、 自由曲面プリズム 2 0の第 2面 S 2の外側に貼り付けられてお り、 自由曲面プリズム 2 0の第 2面 S 2から出射されたディスプレイ 1 4からの 光が、 レンズ 7 6を介して、 使用者の眼に出射されるようになつている。 レンズ 7 6を通過する光は、 その通過時に屈折し、 ディスプレイ 1 4に表示された画像 が拡大されるように変化する。 すなわち、 このようなレンズ 7 6により、 自由曲 面プリズム 2 0から出射されたディスプレイ 1 4に表示された画像を、 適切な大 きさに拡大して、 使用者の眼に出射することができる。
また、本実施形態では、ケース 1 0は、視度を調整する視度調整つまみ 1 2と、 自由曲面プリズム 2 0の位置を調整するプリズム位置調整つまみ 1 3とを有する ような構成となっているが、 これらは必須ではなく、 これらを有しないような構 成とすることもできる。
また、 以上のへッドマウントディスプレイ 1が取り付けられる眼鏡 1 0 0は、 本実施形態では市販の眼鏡であるものとして記載するが、 このような市販の眼鏡 ではなく、へッドマウントディスプレイ 1に専用の眼鏡であってもよい。例えば、 イヤホンが眼鏡のつるに内蔵してある眼鏡としてもよい。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 眼鏡レンズを有する眼鏡形状の装着部材に取り付けて用いられるへッドマ ゥントディスプレイであつて、
画像を表示する画像表示手段を含む本体と、
少なくともその一部が前記装着部材が使用者に装着されたときに当該使用者の 少なくとも一方の眼の前に位置しており、 前記画像表示手段からの前記画像を拡 大しつつ前記使用者の前記少なくとも一方の眼に導く導光手段と、を有しており、 前記本体は、 前記装着部材の後方に、
前記装着部材の前方から見た ^に当該へッドマウントディスプレイが前記装 着部材にほぼ隠れる位置に取り付けられる、
へッドマウントディスプレイ。
2 . 前記導光手段は、
前記画像表示手段から出射される画像を 1回以上反射させて、 前記装着部材を 装着したときの使用者の眼の位置に導くための 1以上の反射手段と、
前記画像表示手段から出射される画像を所定の大きさに拡大するための拡大手 段と、 を備えている、
請求の範囲第 1項記載のへッドマウントディスプレイ。
3 . 前記導光手段は、
前記画像表示手段からの前記画像を拡大する第 1レンズと、
前記第 1レンズからの拡大された前記画像を所定の方向に反射する第 1反射手 段と、
前記第 1反射手段により反射された画像を他の所定の方向に反射する第 2反射 手段と、
前記第 2反射手段により反射された前記画像を拡大する第 2レンズと、 を有し ている、
請求の範囲第 2項記載のへッドマウントディスプレイ。
4. 前記導光手段は、
前記画像表示手段から出射される画像が入力されたときに、 その内部で前記画 像を所定の回数反射させるとともに所定の大きさに拡大して、 前記装着部材を装 着したときの使用者の眼に導く自由曲面プリズムである、
請求の範囲第 2項または第 3項記載のへッドマウントディスプレイ。
5 . 前記自由曲面プリズムは、
第 1面、 第 2面、 第 3面、 およぴ第 4面の 4つの面を持ち、 前記画像表示手段 からの光に前記第 1面を通過させ、 前記第 1面を通過させた光を前記第 2面で反 射させ、 前記第 2面で反射させた光を前記第 3面で反射させ、 前記第 3面で反射 させた光に前記第 4面を通過させることで、 その内部に導いた光の方向を変化さ せるとともに、 前記画像表示手段に表示された画像を拡大するものである、 請求の範囲第 4項記載のへッドマウントディスプレイ。
6 . 前記本体は、前記本体を前記装着部材の幅方向の略中心に取り付けた場合、 前記導光手段が前記装着部材の前記眼鏡レンズの後方に位置するように、 前記本 体と前記導光手段とが接続されている、
請求の範囲第 1項ないし第 5項のいずれかの項記載のへッドマゥントディスプ レイ。
7. 前記画像表示手段は、 略矩形に形成されており、
前記本体は、 前記画像表示手段の短辺方向が前記装着部材の眼鏡レンズの高さ 方向と略並行となるように取り付けられる、
請求の範囲第 6項記載のへッドマウントディスプレイ。
8 . 前記本体は、 前記画像表示手段の長辺方向が前記装着部材の眼鏡レンズの 幅方向に対して斜めとなるように取り付けられる、
請求の範囲第 6項または第 7項記載のへッドマゥントディスプレイ。
9 . 前記画像表示手段を、 前記画像の出射方向で進退動させるための画像表示 移動手段をさらに有する、
請求の範囲第 1項ないし第 8項の 、ずれかの項記載のへッドマウントディスプ レイ。
1 0 . 前記導光手段を、 前記装着部材の幅方向の中心と、 前記装着部材の智部 分との間の所定の範囲でスライドさせるための導光移動手段をさらに有する、 請求の範囲第 6項ないし第 9項のいずれかの項記載のへッドマゥントディスプ レイ。
1 1 . 前記画像表示手段おょぴ前記導光手段による対を 2つ有しており、 一方の対の導光手段は、 少なくともその一部が前記装着部材が使用者に装着さ れたときに当該使用者の右眼の前に位置しており、
他方の対の導光手段は、 少なくともその一部が前記装着部材が使用者に装着さ れたときに当該使用者の左眼の前に位置している、
請求の範囲第 1項ないし第 1 0項のいずれかの項記載のへッドマウントデイス プレイ。
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