WO2011132485A1 - 頭部装着型映像表示装置 - Google Patents

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WO2011132485A1
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head
angle
user
display device
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Inventor
裕昌 小林
Original Assignee
オリンパス株式会社
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0149Head-up displays characterised by mechanical features
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/12Adjusting pupillary distance of binocular pairs

Definitions

  • the present invention relates to a head-mounted image display device.
  • HMD Head Mounted Display
  • a width interval between display units and a vertical tilt angle of the display unit are adjusted in accordance with a user's eye width and line-of-sight direction.
  • What is provided is known (for example, refer to Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a head-mounted image display device in which both the width interval and the inclination angle of the display unit can be easily adjusted.
  • the present invention provides the following means.
  • the present invention relates to a mounting portion that is detachably mounted on the user's head, and a pair of left and right eyes that are disposed in front of the left and right eyes of the user with the mounting portion mounted on the user's head.
  • a guide rail member that supports each of the display units movably in the interval direction while maintaining a relative angle between the display units around an axis parallel to the interval direction of the display units.
  • a head-mounted image display device that includes a swing mechanism that attaches the guide rail member to the mounting portion so as to be swingable about the axis.
  • the user can observe an image input from the outside to the display unit in front of the eyes by mounting the mounting unit on the head.
  • the user holds the display unit by hand, adjusts the width interval by moving the display unit one by one along the guide rail member, and swings the display unit in the vertical direction by the swing mechanism. This adjusts the tilt angle with respect to the line of sight.
  • it is possible to adjust the interval between the widths and the inclination angle by a simple operation without changing the hand, and it is possible to easily match the width interval of the display unit with the width of the eyes.
  • the said guide rail member may support the said display part in the position arrange
  • the swing mechanism can swing the guide rail member around the axis line disposed at a position higher than the display unit when the display unit is disposed in front of the eyes.
  • the configuration may be attached to the mounting portion.
  • the optical path length between the display unit and the user's pupil when the display unit is disposed in front of the eye is an eye relief Ler
  • the depression angle of the upper end position U of the display unit with respect to the pupil is the observation angle ⁇ 1
  • the display unit is swung about the axis to above the user's visual field.
  • the elevation angle centered on the pupil at the lower end position D of the display unit when moved is a flip-up angle ⁇ 2, and the lower end position D of the display unit and the pupil arranged at the position of the flip-up angle ⁇ 2 A trajectory drawn by a line connecting the first line l1, a line connecting the upper end position U and the pupil, a second line l2, and a point that is equidistant from the first line l1 and the upper end position U Is the locus A, the axis is halfway from the pupil.
  • the display unit when the display unit is swung upward, it can be sufficiently removed from the field of view, and when the display unit is arranged in front of the eyes, the inclination angle of the display unit with respect to the user's line of sight is finely adjusted. can do.
  • the eye relief Ler is 10 mm or more
  • the observation angle ⁇ 1 is 5 ° or more
  • the flip-up angle ⁇ 2 is 5 ° or more.
  • the guide rail member may include a plurality of rails that are arranged in parallel to each other and support the display unit so as to be movable in the interval direction.
  • a slide click mechanism may be provided that generates a resistance force of a predetermined magnitude at a distance interval within the optical pupil diameter of the display unit with respect to the movement of the display unit in the interval direction.
  • a slide click mechanism may be provided that generates a resistance greater than the weight of the display unit at a predetermined distance interval with respect to the movement of the display unit in the interval direction. In this way, when the position of the display unit is moved in the interval direction, the display unit can be held sufficiently stably at a predetermined position against its own weight.
  • a rocking click mechanism that generates a predetermined magnitude of resistance force at an angular interval within the optical eccentricity tolerance of the display unit with respect to the rocking of the display unit around the axis is provided. Also good. By doing so, a click feeling can be obtained every time the user swings the display unit at an angle within the allowable optical eccentricity. Thereby, the inclination angle of the display unit can be easily adjusted to an appropriate angle with respect to the user's line-of-sight direction.
  • a rocking click mechanism that generates a resistance greater than the weight of the display unit at a predetermined angular interval with respect to the rocking of the display unit around the dynamic axis.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a head-mounted image display device according to a first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the structure of a rocking click mechanism. It is a figure which shows the structure of a slide click mechanism. It is a figure which shows the state which mounted
  • FIG. 7 is a diagram showing a state in which the display unit is arranged in front of the eyes in the head-mounted video display device of FIG. 6.
  • FIG. 7 is a diagram showing a state in which the display unit is flipped up in the head-mounted image display device of FIG. It is a figure which shows the modification of the head mounted type
  • the HMD 1 includes a mounting frame (mounting unit) 2 mounted on the user's head, a pair of left and right display units 3 disposed in front of the user's eyes, Two guide rails (guide rail members, rails) 4a and 4b that are arranged substantially horizontally and support the display unit 3 so as to be movable in the horizontal direction when the mounting frame 2 is mounted on the head, and one guide rail 4a Is attached to the mounting frame 2 in a swingable manner.
  • the horizontal direction is substantially the same as the left-right direction, the spacing direction between the pair of left and right display units 3, or the direction perpendicular to the joint 2b described later.
  • the mounting frame 2 has a frame main body 2a formed so as to surround the temporal region from the user's frontal head, and a joint 2b provided substantially at the center of the frame main body 2a.
  • the frame body 2a may be provided with a belt or the like (not shown) at a position arranged on the user's back head side so that the dimensions in the circumferential direction can be adjusted in accordance with the dimensions of the user's head.
  • Reference numeral 2c denotes a pad made of an elastic material, and the position of the frame main body 2a is stabilized when the pad is deformed in accordance with the shape of the user's forehead.
  • Display unit 3 displays an image input from an external device via a wiring (not shown).
  • a wiring not shown
  • two holes 3 a and 3 b having through holes formed in the left and right direction are provided at intervals in the vertical direction.
  • One hole 3 a is provided on the upper end side of the display unit 3.
  • the holes 3a and 3b of each display unit 3 are inserted so as to be movable in the horizontal direction, and the guide rails 4a and 4b are arranged in parallel to each other. Accordingly, the left and right display units 3 can slide along the two guide rails 4a and 4b while maintaining the same angle around the axis of the axis parallel to the interval direction (left and right direction). .
  • the interval direction between the left and right display units 3 is substantially the same as the major axis direction of the guide rail 4a.
  • One guide rail 4a has an elongated cylindrical shape.
  • the other guide rail 4b has an elongated polygonal column shape (in the illustrated example, a quadrangular column).
  • the swing mechanism 5 is inserted in a through hole formed in the left and right direction of the mounting frame 2 at the tip of the joint 2b so that one guide rail 4a disposed on the upper end side of the display unit 3 can swing in the circumferential direction.
  • the display unit 3 is a substantially central axis in the width direction of the one guide rail 4a, and swings about an axis line (hereinafter referred to as a swing axis) XX ′ parallel to the interval direction between the display units 3. It is provided to be movable.
  • the width direction of the guide rail 4a is substantially the same as the major axis direction of the guide rail 4a.
  • a rocking click mechanism 6 is provided at a position where one guide rail 4a and the joint 2b are in contact with each other.
  • a slide click mechanism 7 is provided at a position where the other guide rail 4b and the display unit 3 are in contact with each other.
  • the swing click mechanism 6 includes a gear-shaped groove 6a formed on the outer peripheral surface of one guide rail 4a at a constant cycle in the circumferential direction, and a ball 6b in the groove 6a. It is comprised from the ball plunger 6c provided in the joint 2b so that it might fit.
  • the slide click mechanism 7 includes a gear-shaped groove 7a formed at a constant period on the side surface of the other guide rail 4b on the display unit 3 side, and a ball 7b fits in the groove 7a. Thus, it is comprised from the ball plunger 7c provided in the display part 3.
  • Each of the ball plungers 6c and 7c includes springs 6d and 7d for urging the balls 6b and 7b outward.
  • the display unit 3 when the user swings or slides the display unit 3, when the balls 6b and 7b move over the mountain between the grooves 6a and 7a, the display unit 3 is resistant to swinging or sliding. appear.
  • the user can obtain a click feeling every time the display unit 3 is swung by a certain angle or slid by a certain distance.
  • the display unit 3 is stably held at an inclination angle or a position in the width direction where the balls 6b and 7b fall into the grooves 6a and 7a.
  • the angular interval between the adjacent grooves 6a is designed to be within the allowable optical eccentricity of the display unit 3.
  • the tilt angle of the display unit 3 can be adjusted to an appropriate angle with respect to the user's line-of-sight direction by making the tilt angle of the display unit 3 adjustable with an angle width smaller than the allowable optical eccentricity. Can be adjusted.
  • the distance between adjacent grooves 7 a is designed to be within the optical pupil diameter of the display unit 3.
  • the optical pupil diameter of the display unit 3 is assumed to be 4 mm, for example. In this way, by adjusting the horizontal position of the display unit 3 with a distance width smaller than the optical pupil diameter, the position where the optical pupil of the display unit 3 is only partially projected on the user's pupil. Even if the image displayed on the display unit 3 appears to be partially missing for the user, the entire optical pupil can be easily adjusted to the position projected on the user's pupil. it can.
  • the resistance force generated when the display unit 3 is swung is designed to be larger than the weight of the display unit 3.
  • the resistance force generated when the display unit 3 is slid is designed to be larger than the sum of the weight of the display unit 3 and the weight of the guide rails 4a and 4b.
  • the weight of the display unit 3 is about 25 g
  • the combined weight of the display unit 3 and the guide rails 4 a and 4 b is about 55 g
  • the click force amount (resistance force) of the swing click mechanism 6 is about 200 g
  • the slide click mechanism The click force amount (resistance force) of 7 is assumed to be about 150 g.
  • the position of the display unit 3 can be stably held. If the resistance force of each of the click mechanisms 6 and 7 is smaller than the weight of the display unit 3 or the combined weight of the display unit 3 and the guide rails 4a and 4b, the display unit 3 moves against the resistance force by its own weight. Therefore, it becomes difficult to stably hold the display unit 3 at an appropriate position.
  • the user first attaches the frame main body 2 to the head B as shown in FIG. 3A. Then, the left and right display units 3 arranged in front of both eyes are respectively held in the hand and moved in the left-right direction, thereby adjusting the width interval between the display units 3 to the own eye width.
  • the user first forms an image at the position of the pupil of one eye while looking through the display screen of one display unit 3 with one eye, and then moves the other display unit 3 to the other.
  • the width interval of the display unit 3 can be easily adjusted to a width that matches the eye width of the display unit 3.
  • the state in which the display surface of the display unit 3 is positioned at the lowest position in other words, the state in which the distance between the display surface of the display unit 3 and the pupil of the user matches the eye relief, It is called “a state of being placed in front of the eyes”.
  • the user simply swings the display unit 3 with the hand holding the display unit 3 on the basis of the swing axis XX ′ of the guide rail 4a, and both the display units 3 are simultaneously moved at the same angle. It is possible to adjust the tilt angle so that the entire image displayed on the display unit 3 can be seen uniformly by being swung only by the angle. Through the above operation, the video displayed on the display unit 3 can be observed in an appropriate state.
  • the width interval and the inclination angle of the display unit 3 can be adjusted with a simple operation. Further, since the two guide rails 4a and 4b are provided and the guide rail 4a is simply attached to the joint 2b, the weight can be reduced and the feeling of wearing given to the user can be reduced. Further, since the display unit 3 and the swing axis X-X ′ of the swing are disposed close to each other, fine adjustment of the tilt angle of the display unit 3 can be facilitated. In addition, since the change in the distance between the eye and the display unit 3 when the display unit 3 is swung is suppressed within a small range, the display unit 3 is always observed at an appropriate distance regardless of the inclination angle of the display unit 3. can do.
  • the field of view of the outside world can be obtained by swinging the display unit 3 upward about a half turn and moving the display unit 3 away from the eyes.
  • the feeling of pressure given to the user can be reduced.
  • the load when the display unit 3 is slid or swung is distributed to the guide rails 4a and 4b, thereby improving the strength. be able to.
  • the state in which the display surface of the display unit 3 is disposed at the uppermost position is referred to as “the state in which the display unit is swung around the swing axis up to the upper side of the visual field”.
  • the display unit 3 is supported by the two guide rails 4a and 4b.
  • the display unit 3 is provided by one guide rail. 4
  • the guide rail 4 may be attached to the joint 2b so as to be swingable.
  • the shape of the cross section of the guide rail 4 and the through hole of the hole 3a is formed in a polygon (in the example shown, a quadrangle).
  • the guide rail 4 is restricted from rotating in the circumferential direction in the hole portion 3a, and even one guide rail 4 can maintain the same relative angle of the left and right display portions 3.
  • a cylindrical portion is formed at a substantially central portion in the length direction of the guide rail 4 so as to surround the side surface of the guide rail 4 in the circumferential direction. It is preferable that the center axis of the cylindrical portion and the center axis of the guide rail substantially coincide. By doing in this way, the display part 3 can be rock
  • the guide rail 4 supports the display unit 3 on the upper end side so that the display unit 3 can be retracted from the front of the eye when the display unit 3 is swung upward.
  • an HMD 1 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
  • the components different from those in the first embodiment will be mainly described.
  • the HMD 1 As shown in FIG. 5, the HMD 1 according to the present embodiment is attached to the joint 2b so that the guide rail 4 can swing at a position higher than the display unit 3 disposed in front of the eyes, and the swing axis XX ′. However, it is arrange
  • the swing axis XX ′ is arranged in the following region Y as shown in FIG.
  • the optical path length between the display unit 3 disposed in front of the eyes and the pupil E of the user is an eye relief Ler
  • the upper end position of the display unit 3 disposed in front of the eyes Is the angle of depression centered on the pupil E at the upper end position U is the observation angle ⁇ 1
  • the display unit 3 is swung around the swing axis XX ′ up to above the user's field of view.
  • the lower end position of the display unit 3 is D
  • the elevation angle around the pupil E at the lower end position D is the flip-up angle ⁇ 2
  • the line connecting the lower end position D and the pupil E is the first line l1
  • the upper end position U The line connecting the pupil E and the pupil E is defined as a second line l2
  • a locus drawn by points that are equidistant from the first line l1 and the upper end position D is defined as a locus A.
  • the eye relief Ler is set to 10 mm or more
  • the observation angle ⁇ 1 is set to 5 ° or more
  • the flip-up angle ⁇ 2 is set to 5 ° or more. Strictly speaking, the eye relief Ler differs depending on the user. Therefore, it can be determined based on an average value.
  • the swing radius of the display unit 3 with the swing axis XX ′ as the center is increased. Therefore, as shown in FIG. 7A, when the display unit 3 is swung upward as shown in FIG. 7B from the state in which the display unit 3 is disposed in front of the eyes, the display unit 3 is moved to the top of the user's head. You can jump up to the side. Thereby, when observation of the display part 3 is unnecessary, the display part 3 can be excluded from the user's field of view, and the user's visual field can be further secured.
  • the display unit 3 when the display unit 3 is swung by a relatively small angle in front of the eyes, the tilt angle of the display unit 3 with respect to the line-of-sight direction is sufficiently increased. Can be finely adjusted.
  • the display unit 3 may be supported by two guide rails 4a and 4b.
  • HMD head-mounted image display device
  • Mounting frame mounting part
  • Frame body 2b Joint
  • 2c Pad 3 Display part 3a, 3b Hole part 4, 4a, 4b Guide rail (guide rail member, rail)
  • Oscillation mechanism Oscillation click mechanism 6a, 7a Groove 6b, 7b Ball 6c, 7c Ball plunger 6d, 7d Spring 7 Slide click mechanism B Head XX 'Oscillation axis (axis)

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Abstract

 表示部の幅間隔と傾斜角度の両方を容易に調節可能にする。使用者の頭部に着脱可能に装着する装着部(2)と、該装着部(2)を使用者の頭部に装着した状態で、使用者の左右の眼前に対向して配置される左右一対の表示部(3)と、該各表示部(3)を、該表示部(3)同士の間隔方向に平行な軸線X-X'回りの表示部(3)同士の相対角度を一定に維持しつつ、間隔方向に移動可能に支持するガイドレール部材(4a,4b)と、該ガイドレール部材(4a,4b)を、軸線(X-X')回りに揺動可能に、装着部(2)に取り付ける揺動機構(5)とを備える頭部装着型映像表示装置(1)を提供する。

Description

頭部装着型映像表示装置
 本発明は、頭部装着型映像表示装置に関するものである。
 従来、頭部装着型映像表示装置(HMD;Head Mounted Display)において、使用者の眼幅や視線方向に合わせて表示部同士の幅間隔と表示部の上下方向の傾斜角度とを調節する構成を備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特許第3298977号公報
 しかしながら、特許文献1のHMDの場合、表示部の幅間隔と傾斜角度とを別々の操作で調節しなければならないので、手順が煩雑であるという問題がある。
 本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、表示部の幅間隔と傾斜角度の両方を容易に調節可能である頭部装着型映像表示装置を提供することを目的とする。
 上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
 本発明は、使用者の頭部に着脱可能に装着する装着部と、該装着部を使用者の頭部に装着した状態で、前記使用者の左右の眼前に対向して配置される左右一対の表示部と、該各表示部を、該表示部同士の間隔方向に平行な軸線回りの前記表示部同士の相対角度を一定に維持しつつ、前記間隔方向に移動可能に支持するガイドレール部材と、該ガイドレール部材を、前記軸線回りに揺動可能に、前記装着部に取り付ける揺動機構とを備える頭部装着型映像表示装置を提供する。
 本発明によれば、使用者は、装着部を頭部に装着することにより、外部から表示部に入力された映像を眼前で観察することができる。
 この場合に、使用者は表示部を手で保持して、ガイドレール部材に沿って表示部を一方ずつ移動させることにより幅間隔を調節し、揺動機構により表示部を上下方向に揺動させることにより視線に対する傾斜角度を調節する。これにより、手を持ち替えることなく簡便な操作で幅間間隔と傾斜角度とを調節することができ、また、表示部の幅間隔を自身の眼幅に容易に一致させることができる。
 上記発明においては、前記ガイドレール部材が、前記表示部を、該表示部が前記眼前に対向して配置されたときに上端側に配置される位置において支持してもよい。
 このようにすることで、表示部の観察が不要なときなどに、表示部を上方に揺動させることにより、表示部を眼前から退かすことができる。
 上記発明においては、前記揺動機構が、前記ガイドレール部材を、前記表示部が前記眼前に対向して配置されたときに前記表示部より高い位置に配置される前記軸線回りに揺動可能に、前記装着部に取り付ける構成であってもよい。
 このようにすることで、表示部を上方に揺動させたときに使用者の眼より高い位置まで表示部が跳ね上げられる。これにより、表示部の観察が不要なときなどに、使用者の視界から表示部を外してより広い視野を確保することができる。
 上記構成においては、前記装着部を前記頭部に装着した状態において、前記表示部が前記眼前に配置されたときの前記表示部と前記使用者の瞳との間の光路長をアイリリーフLer、前記表示部が前記眼前に配置されたときの前記表示部の上端位置Uの、前記瞳を中心とする俯角を観察角度θ1、前記表示部を前記使用者の視野の上方まで前記軸線回りに揺動させたときの、前記表示部の下端位置Dの前記瞳を中心とする仰角を跳ね上げ角度θ2、該跳ね上げ角度θ2の位置に配置された前記表示部の下端位置Dと前記瞳とを結ぶ線を第1の線l1、前記上端位置Uと前記瞳とを結ぶ線を第2の線l2、ならびに、前記第1の線l1および前記上端位置Uから等距離に存在する点が描く軌跡を軌跡Aとしたときに、前記軸線が、前記瞳から半径が前記アイリリーフLerの範囲内、かつ、前記第2の線l2より上方、かつ、前記軌跡Aより上方に配置されることが好ましい。
 このようにすることで、表示部を上方に揺動させたときには視界から十分に外すことができるとともに、表示部を眼前に配置した状態においては使用者の視線に対する表示部の傾斜角度を微調整することができる。
 この場合に、前記アイリリーフLerが10mm以上であり、前記観察角度θ1が5°以上であり、前記跳ね上げ角度θ2が5°以上であることがさらに好ましい。
 上記発明においては、前記ガイドレール部材が、互いに平行に配置され前記表示部をそれぞれ前記間隔方向に移動可能に支持する複数のレールを備えてもよい。
 このようにすることで、簡便な構成で表示部同士の相対角度を同一に維持できる。さらに、表示部を幅方向に移動させたときおよび揺動軸線回りに揺動させたときにかかる負荷を2本のレールに分配させて強度を向上することができる。
 上記発明においては、前記表示部の前記間隔方向の移動に対して、前記表示部の光学瞳径以内の距離間隔で所定の大きさの抵抗力を発生させるスライドクリック機構を備えていてもよい。
 このようにすることで、使用者が表示部を間隔方向に、該表示部の光学瞳径以内の距離を移動させる毎にクリック感触が得られる。これにより、表示部の光学瞳全体が使用者の瞳に投影される位置に容易に表示部の幅方向の位置を調節することができる。
 上記発明においては、前記表示部の前記間隔方向の移動に対して、所定の距離間隔で前記表示部の重量以上の抵抗力を発生させるスライドクリック機構を備えていてもよい。
 このようにすることで、表示部の位置をその間隔方向に移動させたときに、表示部を自重に抗して所定の位置に十分に安定に保持することができる。
 上記発明においては、前記表示部の前記軸線回りの揺動に対して、前記表示部の光学偏心許容値以内の角度間隔で所定の大きさの抵抗力を発生させる揺動クリック機構を備えていてもよい。
 このようにすることで、使用者が表示部を、光学偏心許容値以内の角度揺動させる毎にクリック感触が得られる。これにより、使用者の視線方向に対して適切な角度に容易に表示部の傾斜角度を調節することができる。
 上記発明においては、前記表示部の前記動軸線回りの揺動に対して、所定の角度間隔で前記表示部の重量以上の大きさの抵抗力を発生させる揺動クリック機構を備えていてもよい。
 このようにすることで、表示部を軸線回りに揺動させたときに、表示部を自重に抗して所定の角度に十分に安定に保持することができる。
 本発明によれば、表示部の幅間隔と傾斜角度の両方を容易に調節可能であるという効果を奏する。
本発明の第1の実施形態に係る頭部装着型映像表示装置の全体構成図である。 揺動クリック機構の構成を示す図である。 スライドクリック機構の構成を示す図である。 図1の頭部装着型映像表示装置を頭部に装着した状態を示す図であり、表示部を眼前に配置したときを示している。 図1の頭部装着型映像表示装置を頭部に装着した状態を示す図であり、表示部を上方に退けたときを示している。 図1の頭部装着型映像表示装置の変形例であり、1本のガイドレールで表示部を支持する構成を示す図である。 本発明の第2の実施形態に係る頭部装着型映像表示装置の全体構成図である。 図6の頭部装着型映像表示装置の揺動軸線の配置を説明する図である。 図6の頭部装着型映像表示装置において、表示部を眼前に配置したときを示す図である。 図6の頭部装着型映像表示装置において、表示部を跳ね上げたときを示す図である。 図5の頭部装着型映像表示装置の変形例を示す図である。
 以下に、本発明の第1の実施形態に係る頭部装着型映像表示装置(HMD)1ついて図1~図4を参照して説明する。
 本実施形態に係るHMD1は、図1に示されるように、使用者の頭部に装着される装着フレーム(装着部)2と、使用者の眼前に配置される左右一対の表示部3と、装着フレーム2を頭部に装着したときに略水平に配置され表示部3を水平方向に移動可能に支持する2本のガイドレール(ガイドレール部材、レール)4a,4bと、一方のガイドレール4aを装着フレーム2に揺動可能に取り付ける揺動機構5とを備えている。
 なお、ここで、水平方向とは、左右方向、左右一対の表示部3の間隔方向、あるいは後述するジョイント2bに対して垂直な方向と略同一の方向である。
 装着フレーム2は、使用者の前頭部から側頭部を囲むように形成されたフレーム本体2aと、該フレーム本体2aの略中央に設けられたジョイント2bとを有している。フレーム本体2aには、使用者の頭部の寸法に合わせて周方向の寸法を調節できるように、使用者の後頭部側に配置される位置に、図示しないベルトなどが設けられていてもよい。符号2cは、弾性材料からなるパッドを示し、使用者の前頭部の形状に合わせてパッドが変形することによりフレーム本体2aの位置が安定するようになっている。
 表示部3は、図示しない配線を介して外部装置から入力された映像を表示する。各表示部3の背面には、その左右方向に沿って貫通穴が形成された2つの穴部3a,3bが上下方向に間隔を空けて設けられている。一方の穴部3aは表示部3の上端側に設けられている。
 2本のガイドレール4a,4bにはそれぞれ、各表示部3の穴部3a,3bが水平方向に移動可能に挿入され、各ガイドレール4a,4bが互いに平行に配置されている。これにより、左右の表示部3は、その間隔方向(左右方向)に平行な軸の軸線回りの角度を同一に維持しながら、2本のガイドレール4a,4bに沿ってスライド可能になっている。なお、図1において、左右の表示部3の間隔方向は、ガイドレール4aの長軸方向と略同一である。一方のガイドレール4aは細長い円柱形状である。他方のガイドレール4bは細長い多角柱形状(図示する例では、四角柱)である。
 揺動機構5は、ジョイント2bの先端に装着フレーム2の左右方向に形成された貫通孔内に、表示部3の上端側に配置された一方のガイドレール4aが周方向に揺動可能に挿入されることにより構成されている。これにより、表示部3は、一方のガイドレール4aの幅方向の略中心軸線であり、表示部3同士の間隔方向に平行な軸線(以下、揺動軸線という。)X-X’回りに揺動可能に設けられている。ここで、ガイドレール4aの幅方向は、ガイドレールの4aの長軸方向と略同一である。
 一方のガイドレール4aとジョイント2bとが接する位置には揺動クリック機構6が設けられている。他方のガイドレール4bと表示部3とが接する位置にはスライドクリック機構7が設けられている。
 揺動クリック機構6は、図2Aに示されるように、一方のガイドレール4aの外周面にその周方向に一定の周期で形成されたギア形状の溝6aと、該溝6a内にボール6bがはまるようにジョイント2bに設けられたボールプランジャ6cとから構成されている。スライドクリック機構7は、図2Bに示されるように、他方のガイドレール4bの表示部3側の側面に一定の周期で形成されたギア形状の溝7aと、該溝7a内にボール7bがはまるように表示部3に設けられたボールプランジャ7cとから構成されている。各ボールプランジャ6c,7cは、その内部にボール6b,7bを外側に向かって付勢するバネ6d,7dを備えている。
 これにより、使用者が表示部3を揺動させ、あるいは、スライドさせると、ボール6b,7bが溝6a,7a間の山を乗り越えるときに表示部3の揺動またはスライドに対して抵抗力が発生する。そして、使用者は、表示部3を一定の角度揺動させる、または、一定の距離スライドさせる毎にクリック感触を得られる。また、使用者が表示部3から手を離すと、ボール6b,7bが溝6a,7a内に落ち込む傾斜角度または幅方向位置に表示部3が安定に保持される。
 ここで、揺動クリック機構6において、隣り合う溝6a間の角度間隔は、表示部3の光学偏心許容値以内に設計されている。このように、表示部3の傾斜角度を、その光学偏心許容値より小さい角度幅で調節可能にすることで、使用者の視線方向に対して適切な角度に容易に表示部3の傾斜角度を調節することができる。
 また、スライドクリック機構7において、隣り合う溝7a間の距離間隔は、表示部3の光学瞳径以内に設計されている。本実施形態において、表示部3の光学瞳径は、例えば、4mmを想定している。このように、表示部3の水平方向位置を、その光学瞳径より小さい距離幅で調節可能にすることで、もし、表示部3の光学瞳が部分的にしか使用者の瞳に投影されない位置に配置されて、使用者には表示部3に表示されている像が一部欠けて見える状態になっても、光学瞳全体が使用者の瞳に投影される位置に容易に調節することができる。
 また、揺動クリック機構6において、表示部3を揺動させたときに発生する抵抗力は、表示部3の重量より大きくなるように設計されている。一方、スライドクリック機構7において、表示部3をスライドさせたときに発生する抵抗力は、表示部3の重量とガイドレール4a,4bの重量との和より大きくなるように設計されている。本実施形態において、表示部3の重量は25g程度、表示部3とガイドレール4a,4bを合わせた重量は55g程度、揺動クリック機構6のクリック力量(抵抗力)は200g程度、スライドクリック機構7のクリック力量(抵抗力)は150g程度を想定している。
 これにより、表示部3の位置を安定に保持することができる。もし、各クリック機構6,7の抵抗力が、表示部3の重量または表示部3とガイドレール4a,4bとを合わせた重量より小さい場合、表示部3が自重によって抵抗力に抗して移動してしまい、表示部3を適切な位置に安定に保持することが難しくなる。
 このように構成されたHMD1を使用するには、使用者はまずフレーム本体2を、図3Aに示されるように、頭部Bに装着する。そして、両眼の前方に配置された左右の表示部3をそれぞれ手で保持して左右方向に移動させることにより、表示部3同士の幅間隔を自身の眼幅に合わせるように調節する。
 このときに、使用者は、先に一方の表示部3の表示画面を片方の目で覗きながら、映像を片方の目の瞳の位置に結像させてから、他方の表示部3を他方の目で覗きながら左右に移動させて他方の瞳の位置に結像させることにより、表示部3の幅間隔を容易に自身の眼幅と一致する幅に調節することができる。このように、表示部3の表示面が最下位置に位置された状態、言い換えれば、表示部3の表示面と使用者の瞳との距離がアイリリーフに一致する状態を、「表示部が眼前に配置された状態」という。
 次に、使用者は、表示部3を保持した手でそのまま表示部3をガイドレール4aの揺動軸線X-X’を基準に揺動させるだけで、両方の表示部3を同時に同一の角度だけ揺動させて表示部3に表示される映像全体が均一に見える傾斜角度に調節することができる。以上の操作により、表示部3に表示される映像を適切な状態で観察することができる。
 このように、本実施形態によれば、簡便な操作で表示部3の幅間隔と傾斜角度とを調節することができる。また、2本のガイドレール4a,4bを設け、該ガイドレール4aをジョイント2bに取り付けただけの簡略な構成であるので、軽量化を図って使用者に与える装着感を軽減することができる。また、表示部3とその揺動の揺動軸線X-X’が近接して配置されているので、表示部3の傾斜角度の微調節を容易にできる。また、表示部3を揺動させたときの眼と表示部3との距離の変化が小さい範囲内に抑えられるので、表示部3の傾斜角度に依らず常に適切な距離で表示部3を観察することができる。
 また、表示部3の観察が不要なときなどは、図3Bに示されるように、表示部3を上方に約半回転揺動させて眼前から表示部3を退けることにより外界の視野が得られ、使用者に与える圧迫感を軽減することができる。また、表示部3を2本のガイドレール4a,4bで支持することにより、表示部3をスライドまたは揺動させたときの負荷が各ガイドレール4a,4bに分配されるため、強度を向上することができる。なお、図3Bのように、表示部3の表示面が最上位置に配置された状態を「表示部を視野の上方まで揺動軸線回りに揺動させた状態」という。
 なお、上記実施形態においては、表示部3を2本のガイドレール4a,4bで支持することとしたが、これに代えて、図4に示されるように、表示部3を1本のガイドレール4で支持し、該ガイドレール4をジョイント2bに揺動可能に取り付けてもよい。
 この場合には、ガイドレール4の横断面と穴部3aの貫通穴との形状が多角形(図示する例では四角形)に形成される。これにより、ガイドレール4は、穴部3a内において周方向の回転が制限されて1本でも左右の表示部3の相対角度を同一に維持できるようになっている。ここで、ガイドレール4の長さ方向の略中央部分には、ガイドレール4の側面を周方向に囲むように円柱部が形成されている。該円柱部の中心軸とガイドレールの中心軸とは略一致することが好ましい。このようにすることで、該円柱部を介して、表示部3を揺動させることができる。また、表示部3を上方に揺動させたときに表示部3を眼前から退けられるように、ガイドレール4は表示部3を上端側において支持することが好ましい。
 このようにすることで、構成をさらに簡略にして軽量化を図ることができる。
 次に、本発明の第2の実施形態に係るHMD1について、図5~図8を参照にして説明する。なお、本実施形態において、第1の実施形態と共通の構成については第1の実施形態と同一の符号を付して説明を省略し、第1の実施形態と異なる構成について主に説明する。
 本実施形態に係るHMD1は、図5に示されるように、ガイドレール4が、眼前に配置された表示部3より高い位置においてジョイント2bに揺動可能に取り付けられ、揺動軸線X-X’が、眼前に配置された状態における表示部3よりも高い位置に配置されている。
 ここで、揺動軸線X-X’は、図6に示されるように、以下の領域Y内に配置されている。
 装着部2を頭部Bに装着した状態において、眼前に配置された表示部3と使用者の瞳Eとの間の光路長をアイリリーフLerとし、眼前に配置された表示部3の上端位置をUとし、上端位置Uの瞳Eを中心とする俯角を観察角度θ1とし、表示部3を使用者の視野の上方まで揺動軸線X-X’回りに揺動させて跳ね上げたときの、表示部3の下端位置をDとし、下端位置Dの瞳Eを中心とする仰角を跳ね上げ角度θ2とし、下端位置Dと瞳Eとを結ぶ線を第1の線l1とし、上端位置Uと瞳Eとを結ぶ線を第2の線l2とし、第1の線l1および上端位置Dから等距離に存在する点が描く軌跡を軌跡Aと定義する。
 そして、瞳Eから半径がアイリリーフLerの範囲内、かつ、第2の線l2より上方、かつ、軌跡Aより上方であることを満たす領域Y(図においてハッチングで示される領域)内に揺動軸線X-X’が配置される。
 より好ましくは、アイリリーフLerが10mm以上、観察角度θ1が5°以上、跳ね上げ角度θ2が5°以上に設定される。
 なお、アイリリーフLerは、厳密には、使用者によって異なる。従って、平均的な値に基づいて定めることができる。
 この場合に、本実施形態によれば、揺動軸線X-X’を中心とする表示部3の揺動半径が大きくなる。したがって、図7Aに示されるように、表示部3を眼前に配置した状態から、図7Bに示されるように、表示部3を上方に揺動させたときに、表示部3が使用者の頭頂側まで跳ね上げられる。これにより、表示部3の観察が不要なときには、表示部3を使用者の視界から排除して使用者の視野をさらに広く確保することができる。さらに、上述した領域Y内に揺動軸線X-X’を配置することにより、眼前において表示部3を比較的小さな角度だけ揺動させたときに、視線方向に対する表示部3の傾斜角度を十分に細かく調整することができる。
 なお、上記実施形態においては、図8に示されるように、表示部3を2本のガイドレール4a,4bで支持してもよい。
 1 HMD(頭部装着型映像表示装置)
 2 装着フレーム(装着部)
 2a フレーム本体
 2b ジョイント
 2c パッド
 3 表示部
 3a,3b 穴部
 4,4a,4b ガイドレール(ガイドレール部材、レール)
 5 揺動機構
 6 揺動クリック機構
 6a,7a 溝
 6b,7b ボール
 6c,7c ボールプランジャ
 6d,7d バネ
 7 スライドクリック機構
 B 頭部
 X-X’ 揺動軸線(軸線)

Claims (10)

  1.  使用者の頭部に着脱可能に装着する装着部と、
     該装着部を使用者の頭部に装着した状態で、前記使用者の左右の眼前に対向して配置される左右一対の表示部と、
     該各表示部を、該表示部同士の間隔方向に平行な軸線回りの前記表示部同士の相対角度を一定に維持しつつ、前記間隔方向に移動可能に支持するガイドレール部材と、
     該ガイドレール部材を、前記軸線回りに揺動可能に、前記装着部に取り付ける揺動機構とを備える頭部装着型映像表示装置。
  2.  前記ガイドレール部材が、前記表示部を、該表示部が前記眼前に対向して配置されたときに上端側に配置される位置において支持する請求項1に記載の頭部装着型映像表示装置。
  3.  前記揺動機構が、前記ガイドレール部材を、前記表示部が前記眼前に対向して配置されたときに前記表示部より高い位置に配置される前記軸線回りに揺動可能に、前記装着部に取り付ける請求項1に記載の頭部装着型映像表示装置。
  4.  前記ガイドレール部材が、互いに平行に配置され前記表示部をそれぞれ前記間隔方向に移動可能に支持する複数のレールを備える請求項1に記載の頭部装着型映像表示装置。
  5.  前記表示部の前記間隔方向の移動に対して、前記表示部の光学瞳径以内の距離間隔で所定の大きさの抵抗力を発生させるスライドクリック機構を備える請求項1に記載の頭部装着型映像表示装置。
  6.  前記表示部の前記間隔方向の移動に対して、所定の距離間隔で前記表示部の重量以上の抵抗力を発生させるスライドクリック機構を備える請求項1に記載の頭部装着型映像表示装置。
  7.  前記表示部の前記軸線回りの揺動に対して、前記表示部の光学偏心許容値以内の角度間隔で所定の大きさの抵抗力を発生させる揺動クリック機構を備える請求項1に記載の頭部装着型映像表示装置。
  8.  前記表示部の前記動軸線回りの揺動に対して、所定の角度間隔で前記表示部の重量以上の大きさの抵抗力を発生させる揺動クリック機構を備える請求項1に記載の頭部装着型映像表示装置。
  9.  前記装着部を前記頭部に装着した状態において、前記表示部が前記眼前に配置されたときの前記表示部と前記使用者の瞳との間の光路長をアイリリーフLer、前記表示部が前記眼前に配置されたときの前記表示部の上端位置Uの、前記瞳を中心とする俯角を観察角度θ1、前記表示部を前記使用者の視野の上方まで前記軸線回りに揺動させたときの、前記表示部の下端位置Dの前記瞳を中心とする仰角を跳ね上げ角度θ2、該跳ね上げ角度θ2の位置に配置された前記表示部の下端位置Dと前記瞳とを結ぶ線を第1の線l1、前記上端位置Uと前記瞳とを結ぶ線を第2の線l2、ならびに、前記第1の線l1および前記上端位置Uから等距離に存在する点が描く軌跡を軌跡Aとしたときに、
     前記軸線が、前記瞳から半径が前記アイリリーフLerの範囲内、かつ、前記第2の線l2より上方、かつ、前記軌跡Aより上方に配置される請求項3に記載の頭部装着型映像表示装置。
  10.  前記アイリリーフLerが10mm以上であり、前記観察角度θ1が5°以上であり、前記跳ね上げ角度θ2が5°以上である請求項9に記載の頭部装着型映像表示装置。
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