WO2017163901A1 - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

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WO2017163901A1
WO2017163901A1 PCT/JP2017/009426 JP2017009426W WO2017163901A1 WO 2017163901 A1 WO2017163901 A1 WO 2017163901A1 JP 2017009426 W JP2017009426 W JP 2017009426W WO 2017163901 A1 WO2017163901 A1 WO 2017163901A1
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WO
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unit
image
display
display unit
mirror
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Application number
PCT/JP2017/009426
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English (en)
French (fr)
Inventor
美佑紀 楠田
Original Assignee
ブラザー工業株式会社
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Publication date
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00Details of colour television systems
    • H04N9/12Picture reproducers
    • H04N9/31Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3141Constructional details thereof
    • H04N9/3173Constructional details thereof wherein the projection device is specially adapted for enhanced portability
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    • 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
    • G02B27/017Head mounted
    • G02B27/0176Head mounted characterised by mechanical features
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    • G06F1/16Constructional details or arrangements
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    • G02B7/18Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
    • G02B7/182Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors
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    • G03B21/14Details
    • G03B21/142Adjusting of projection optics

Definitions

  • the present disclosure relates to a head-mounted display that can be worn on the user's head and that allows the user to visually recognize an image.
  • the image display device described in Patent Literature 1 includes a display unit that forms an image on the visual axis of the user's right eye.
  • One of the arm parts is connected to a head-mounted article to be worn on the user's head, and the other arm part is connected to a display unit.
  • the display unit is coupled to the arm unit by the first coupling mechanism unit so as to have a degree of freedom in the vertical rotation direction around the end of the arm unit.
  • the arm part is connected to the head-mounted article by the second connecting mechanism part so as to have a degree of freedom in the vertical rotation direction.
  • the arm portion includes a groove-shaped external sliding portion and an internal sliding portion that is shaped to engage with the groove, and can be expanded and contracted.
  • the display unit when the display unit is arranged in front of the eye or moved to a place other than the front of the eye, it is necessary to rotate the arm unit up and down, rotate the display unit up and down, and further extend and contract the arm unit. For this reason, the operation
  • the housing of the display unit if a configuration is adopted in which the optical axis of the image forming unit that forms an image is parallel to the visual axis of the line of sight, the housing of the display unit is positioned in front of the user's eyes. For this reason, the user may move the display unit from the front of the eye in order to check the surrounding situation.
  • the user may frequently perform an operation of placing the display unit in front of the eyes or moving the display unit to a place other than the eyes. For this reason, when the operation
  • An object of the present disclosure is to provide a head mounted display that improves user convenience.
  • a head-mounted display is provided in a mounting unit that can be mounted on a user's head, an image forming unit that forms an image, a display unit that has a display unit that displays an image, and the display unit.
  • An image forming unit that forms an image displayed on the display unit; a support unit that supports the display unit; a first joint that connects the mounting unit and the support unit; and the support unit and the display unit.
  • a second center line that is a center line of the movable region of the first joint and a second center line that is a center line of the movable region of the second joint are provided on the support portion.
  • the optical axis of the image forming unit and the surface of the display unit on which the image is emitted are orthogonal to each other, and the display unit is configured such that the optical axis and the visual axis of the optical pupil are parallel to each other. As much as It is placed in.
  • the support portion can be moved by the first joint and the second joint. Accordingly, the surface of the display unit can be arranged in front of the user's eyes without expanding and contracting the support unit.
  • the first center line and the second center line extend in the same direction side with respect to the support portion, the movable range of the display unit with respect to the mounting portion can be made wider than when extending in different directions. Therefore, even if the display unit has a configuration in which the optical axis is parallel to the visual axis and the optical axis is orthogonal to the surface of the display unit, the user can easily place the display unit in front of the eye and Easy to move to other locations. Therefore, convenience for the user is improved.
  • a direction in which the second center line extends may intersect the optical axis. Since the movable range of the display unit is wide, even if the direction in which the second center line extends intersects the optical axis, the user can easily place the display unit in front of the eyes. Therefore, convenience for the user is improved.
  • the head-mounted display may include an adjustment unit that is provided in the display unit and performs adjustment related to display of the image from the image forming unit. Since the operating range of the display unit is wide, it is easy to arrange the display unit in front of the eyes, and by adjusting the adjustment unit, it is possible to make adjustments related to the display of the image, thereby improving the convenience for the user.
  • the head mounted display includes a housing that forms an exterior of the display unit, and whose longitudinal direction is parallel to the optical axis, and is capable of detaching a mirror unit having a reflective surface that reflects light from the image forming unit.
  • the attachment / detachment mechanism may be provided in the casing, and the attachment / detachment mechanism may be attached in a state in which the reflection surface is inclined with respect to the optical axis on the direction side from the image forming unit toward the display unit.
  • the head mounted display includes a detachable mechanism that can attach and detach the mirror portion.
  • the head-mounted display allows the user to directly view the image output from the image forming unit and displayed through the display unit according to the application, and the image reflected on the reflecting surface with the mirror unit attached. It is possible to select the case of visual recognition. Therefore, the convenience of the user is improved as compared with the case where the image display mode cannot be selected according to the application.
  • the head mounted display includes a connecting member that connects the second joint and the display unit.
  • the connecting member When the mirror unit is removed from the housing by the detachment mechanism, the connecting member is connected to the optical axis and the first unit.
  • the connecting member When the display unit is connected so that a direction in which two center lines extend is crossed, and the mirror portion is attached to the housing by the detaching mechanism, the connecting member is configured to connect the optical axis and the second center line.
  • the display units may be coupled so that the direction in which the sq is extended is the same direction.
  • the connecting member connects the display units so that the optical axis and the direction in which the second center line extends intersect.
  • the surface of the display unit is easily placed in front of the user's eyes.
  • the connecting member connects the display units so that the direction in which the optical axis and the second center line extend is the same.
  • the head mounted display may include a recess provided in the attachment / detachment mechanism and engaged with an engagement portion included in the mirror portion.
  • the mirror portion can be positioned by engaging the engaging portion and the concave portion of the mirror portion.
  • part for engaging a mirror part is a recessed part, when a mirror part is removed from a display unit, it does not protrude from a display unit. For this reason, for example, compared with the case where there is a protruding portion protruding from the display unit for engaging the mirror portion, it is safer for the user to bring the portion of the detaching mechanism in the display unit closer to the eyes.
  • the head-mounted display may include a cover detachable portion that is detachable from a cover portion that is arranged around the case and can block outside light. In this case, since the external light can be blocked by the cover part, the visibility of the image from the display part is improved. .
  • the mounting portion may have an arc shape that can be mounted along a user's head, and the first joint may be supported by the mounting portion.
  • the head mounted display is fixed to the head by the arcuate mounting portion, and the position of the first joint is also fixed.
  • the position of the display unit is easily stabilized as compared with a case where the user can determine the position where the user can freely wear, for example, when the wearing unit is worn on the collar of the hat. Therefore, the user can easily place the display unit in front of the eyes. Therefore, the convenience for the user is improved.
  • FIG. 3 is a perspective view of a display device 11.
  • FIG. FIG. 3 is an exploded perspective view inside the display device 11.
  • It is a front view of the connection tool. 3 is an exploded perspective view of the connection tool 9, the first ball joint 2, and the connection member 70.
  • FIG. 2 is a perspective view of a first ball joint 2.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the first ball joint 2.
  • FIG. 7 is a perspective view of a connecting member 81.
  • FIG. 2 is a perspective view of a first ball joint 2.
  • FIG. 14 is a perspective view of the transmissive HMD 1 with the mirror unit 5 of FIG. 13 removed.
  • 6 is a perspective view of a mirror housing 52 of the mirror unit 5.
  • FIG. 7 is a perspective view of a connecting member 84.
  • FIG. 7 is a perspective view of a connecting member 83.
  • FIG. 6 is a perspective view of a connecting member 85.
  • a head-mounted display (hereinafter referred to as “HMD”) 1 includes a non-transmissive HMD (see FIGS. 1 and 2) and an optically transmissive see-through HMD (see FIG. 13; hereinafter referred to as “transmissive HMD”). HMD that can be switched to.
  • HMD 1 is a transmissive HMD (see FIG. 13)
  • the projection format of HMD1 is a virtual image projection type.
  • the half mirror 56 reflects the light of the image displayed on the image unit 7 (see FIG. 4, described later) toward the eye on one side of the user (see arrow 96 in FIG. 13).
  • the HMD 1 can allow the user to recognize an image superimposed on the scene in front of him.
  • the light of the image displayed on the image unit 7 is a display unit without being reflected by a half mirror or the like. It is visually recognized by the user directly through the lens unit 6 (see FIG. 4). For this reason, the image of HMD1 is not superimposed on the scenery in front of the user's eyes.
  • the HMD 1 includes a display device 11, a wearing tool 8, and a connecting tool 9.
  • the upper side, lower side, left side, right side, front side, and rear side of the HMD 1 are defined.
  • the upper side, the lower side, the rear side, the front side, the left side, and the right side of the HMD 1 correspond to, for example, the upper side, the lower side, the left side, the right side, the lower left diagonal side, and the upper right diagonal side of FIG.
  • the upper side, the lower side, the rear side, the front side, the left side, and the right side of the HMD 1 correspond to the upper side, the lower side, the rear side, the front side, the right side, and the left side, respectively, for the user wearing the wearing tool 8. To do.
  • the wearing tool 8 can be worn on the user's head.
  • the mounting tool 8 is made of a flexible material such as resin or metal (for example, stainless steel).
  • the wearing tool 8 has an arc shape that can be worn along the user's head. More specifically, the wearing tool 8 has a first portion 8A and second portions 8B and 8C. Each of the first portion 8A and the second portions 8B and 8C is a curved and elongated plate-like member.
  • the first portion 8A extends in the left-right direction and is curved in a convex shape on the front side.
  • the second portion 8B extends from an end portion on one side (for example, the left side) of the first portion 8A.
  • the second portion 8C extends from an end portion on the other side (for example, the right side) of the first portion 8A.
  • the second portions 8B and 8C each extend in a direction in which end portions on the opposite side (for example, rear side) to the side connected to the first portion 8A approach each other.
  • the wearing tool 8 is worn on the user's head with the first part 8A, the second part 8B, and 8C in contact with the frontal, right and left heads of the user, respectively.
  • the first portion 8A extends in the left-right direction along the user's forehead.
  • the connection tool 9 is a member that supports the display device 11.
  • the connection tool 9 extends in the vertical direction as viewed from the front. More specifically, as shown in FIG. 2, the connector 9 extends in a direction in which the lower end portion is inclined forward with respect to the vertical direction.
  • the connection tool 9 has a bar shape that is slightly curved to the right.
  • the connection tool 9 is made of, for example, resin and metal.
  • One end side (for example, the upper side) of the connection tool 9 is coupled to the first portion 8 ⁇ / b> A of the mounting tool 8.
  • the connection tool 9 and the mounting tool 8 are connected to each other by the first ball joint 2.
  • the first ball joint 2 is supported by the mounting tool 8.
  • the first ball joint 2 is rotatable about a first center line 991 (see FIG. 2), which is the center line of the movable region. For this reason, the connection tool 9 is rotatable with respect to the mounting tool 8.
  • connection tool 9 supports the display device 11 at a position separated from the mounting tool 8.
  • the connection tool 9 and the display device 11 are connected to each other by the second ball joint 3.
  • the second ball joint 3 is rotatable around a second center line 992 (see FIG. 2), which is the center line of the movable region. For this reason, the display device 11 is rotatable with respect to the connection tool 9.
  • the first center line 991 and the second center line 992 extend to the left side, which is the same direction side with respect to the connector 9.
  • the direction in which the first center line 991 and the second center line 992 extend is substantially parallel.
  • the connection tool 9 can move the display device 11 by the first ball joint 2 and the second ball joint 3 at both ends.
  • the non-transmissive HMD 1 is displayed when the wearing tool 8 is worn on the user's head in the state shown in FIGS. 1 and 2 in which the display device 11 is disposed below the wearing tool 8.
  • a surface 67 (see FIG. 4, described later) for emitting an image in the lens unit 6 of the device 11 can be disposed in front of the user's left eye.
  • the connection tool 9 extends from the connection part with the mounting tool 8 toward the front obliquely lower side.
  • the display device 11 is arranged at a position where the optical axis 97 of the image output from the image unit 7 (see FIG. 4) and the visual axis 98 of the optical pupil 89 are parallel (see FIG. 1).
  • the position of the optical pupil 89 indicates a position where a human eyeball is assumed to be disposed.
  • the display device 11 has a box-shaped housing 12. 1 and 2 show a display device 11 used in the non-transmissive HMD 1.
  • the display device 11 used in the non-transmissive HMD 1 may be referred to as a display device 11A (see FIG. 1).
  • the display device 11 used in the transmissive HMD 1 may be referred to as a display device 11B (see FIG. 13).
  • the housing 12 accommodates the adjusting mechanism 4, the lens unit 6, and the image unit 7.
  • the housing 12 forms the exterior of the display device 11.
  • the longitudinal direction of the housing 12 is parallel to the optical axis 97 of the image (see FIG. 2).
  • the rear side of the lens unit 6 is not covered by the housing 12.
  • a communication line 28 (see FIG. 2) is connected to the front portion of the housing 12.
  • the HMD 1 is connected to an external device (not shown) via the communication line 28.
  • the external device supplies image data and power to the HMD 1.
  • the housing 12 is formed by combining a left first housing 13 and a right second housing 14.
  • the image unit 7 is accommodated in the front part of the housing 12.
  • the lens unit 6 is disposed on the rear side of the image unit 7.
  • the adjustment mechanism 4 is disposed on the left side of the lens unit 6.
  • the image unit 7 forms an image according to the image data received from the external device via the communication line 28 (see FIG. 2).
  • the formed image is displayed through the lens unit 6.
  • the image unit 7 includes a first holding member 74, a liquid crystal display device 78, and a second holding member 73.
  • the first holding member 74 has a cylindrical shape extending in the front-rear direction. The position of the image unit 7 with respect to the housing 12 is fixed.
  • the liquid crystal display device 78 includes a light source 78A, a light guide member 78B, and a liquid crystal display element 78C.
  • the liquid crystal display device 78 is disposed inside the cylindrical first holding member 74.
  • the liquid crystal display element 78C has a rectangular shape.
  • the display method of the liquid crystal display element 78C is a reflection type.
  • the liquid crystal display device 78 emits an image backward.
  • the optical axis 97 of the image displayed by the image unit 7 is backward.
  • the light guide member 78B is fixed to the liquid crystal display element 78C in a state where a display surface (not shown) which is the left surface of the liquid crystal display element 78C is sealed (for example, in close contact) with a sealing member.
  • the light guide member 78B can efficiently reflect light incident from above to the rear, and can efficiently transmit light incident from the front to the rear.
  • the light guide member 78B is, for example, a polarization beam splitter that transmits only one of two types of polarization components orthogonal to each other and reflects the other.
  • the light source 78A is connected to the upper surface of the light guide member 78B.
  • the light emitted from the light source 78A passes through a diffusion plate (not shown), and is dispersed into uniform light in the plane. Furthermore, the light that has passed through the diffusion plate is linearly deflected by passing through a deflection plate (not shown). The light that has passed through the polarizing plate is reflected by the light guide member 78B toward the liquid crystal display element 78C and enters the liquid crystal display element 78C. The incident light is reflected on the display surface of the liquid crystal display element 78C. The reflected light corresponds to the image light of the image displayed on the display surface of the liquid crystal display element 78C.
  • the second holding member 73 has a holding portion 73A and a control board 73B.
  • the holding portion 73A is disposed on the front side of the liquid crystal display element 78C.
  • the control board 73B is disposed on the front side of the holding portion 73A.
  • the control board 73B is connected to the liquid crystal display element 78C via a flexible printed board (not shown).
  • the communication line 28 is connected to the control board 73B.
  • the control board 73 ⁇ / b> B receives the image data transmitted from the external device via the communication line 28.
  • the control board 73B causes the image unit 7 to display an image corresponding to the image data by outputting a control signal to the liquid crystal display element 78C via the flexible printed board.
  • the lens unit 6 is disposed downstream of the optical path of the image light with respect to the image unit 7.
  • the lens unit 6 displays the image formed by the image unit 7 so as to be visible to the user.
  • the lens unit 6 guides the image light emitted from the image unit 7.
  • the lens unit 6 includes a holding member 61 and a plurality of lenses 63.
  • the holding member 61 is a substantially cylindrical member extending in the front-rear direction.
  • a plurality of lenses 63 are fixed inside the holding member 61.
  • the plurality of lenses 63 are arranged on an axis extending in the front-rear direction at the center of the holding member 61.
  • the image light that passes through the lens unit 6 is collected by a plurality of lenses 63.
  • the condensed image light is emitted from the surface 67 of the lens that is located on the most downstream side of the optical path of the image light among the plurality of lenses 63.
  • a transparent member 681 is provided on the downstream side of the optical path of the image light with respect to the surface 67.
  • the transparent member 681 is made of, for example, a transparent synthetic resin. Note that the transparent member 681 may not be provided.
  • the left surface of the holding member 61 is provided with a convex portion 64 protruding leftward.
  • the convex part 64 engages with the adjusting mechanism 4 described later.
  • the lens unit 6 is held by the housing 12 so as to be movable in the front-rear direction. At least a part of the front part of the holding member 61 fits inside at least a part of the rear part of the first holding member 74.
  • the operation member 41 is a disk-shaped member. A central axis (not shown) of the operation member 41 extends in the right direction. The operation member 41 is rotatable about the central axis. The central axis of the operation member 41 is connected to the central portion of the adjustment mechanism 4 when viewed from the left side. The convex portion 64 engages with the adjustment mechanism 4 slightly outside the center in the right side view.
  • the adjusting mechanism 4 can rotate integrally with the operation member 41 around the axis in the left-right direction.
  • the operation member 41 and the adjustment mechanism 4 are members for adjusting the relative position between the lens unit 6 and the image unit 7 and adjusting the diopter.
  • the movement of the lens unit 6 when the user rotates the operation member 41 to adjust the diopter will be described.
  • the adjustment mechanism 4 also rotates clockwise as viewed from the left according to the rotation of the operation member 41. Accordingly, a front force acts on the convex portion 64, and the convex portion 64 moves to the front side. As the convex portion 64 moves, the lens unit 6 moves to the front side.
  • the adjustment mechanism 4 When the operation member 41 rotates counterclockwise as viewed from the left, the adjustment mechanism 4 also rotates counterclockwise as viewed from the left according to the rotation of the operation member 41. As a result, a rear force acts on the convex portion 64, and the convex portion 64 moves rearward. As the convex portion 64 moves, the lens unit 6 moves to the rear side.
  • the lens unit 6 moves in the front-rear direction, the spread angle of the image light that becomes a virtual image visually recognized by the user is changed by the plurality of lenses 63. Therefore, the user can adjust the diopter by rotating the operation member 41.
  • a cylindrical attachment / detachment portion 17 is provided at the rear end portion of the housing 12.
  • the transparent member 681 is disposed inside the detachable portion 17.
  • the detachable part 17 is a part where a mirror part 5 (see FIG. 13) or an eye cap 90 (see FIG. 11) described later is detachable.
  • a tapered portion 171 is formed at the rear end portion of the outer peripheral surface of the detachable portion 17 so as to be inclined so as to be located radially inward toward the rear side.
  • a concave portion 93 is provided in which the outer surface of the detachable portion 17 is recessed inward in the radial direction (see FIGS. 1 and 3).
  • the concave portion 93 is a portion with which a mirror engaging portion 59 (see FIG. 15) of the mirror portion 5 described later is engaged.
  • connection tool 9 is coupled to the mounting tool 8 by the first ball joint 2 and a connection member 70 provided on the mounting tool 8.
  • the connection member 70 includes a connecting portion 71 and a cylindrical portion 72.
  • the connection part 71 connects the connection member 70 to the right front part (refer FIG.1 and FIG.2) of the mounting tool 8 so that attachment or detachment is possible.
  • the connecting portion 71 has an outer portion 71A and an inner portion 71B.
  • the outer portion 71A contacts the upper side, the lower side, and the outer side of the wearing tool 8.
  • the inner part 71 ⁇ / b> B contacts the inner side of the wearing tool 8.
  • the inner portion 71B has a cylindrical protruding portion 711 protruding toward the right side.
  • the outer portion 71 ⁇ / b> A has a hole (not shown) penetrating in the left-right direction at a portion in contact with the outer side of the wearing tool 8.
  • a screw 712 is inserted into a hole (not shown) of the outer portion 71A from the right side to the left side.
  • the screw 712 is screwed into the protruding portion 711 of the inner portion 71B.
  • the outer portion 71 ⁇ / b> A and the inner portion 71 ⁇ / b> B are fixed by a screw 712 with the right front portion of the wearing tool 8 sandwiched therebetween.
  • the cylindrical part 72 is a cylindrical member.
  • the cylindrical portion 72 protrudes to the right from the outer portion 71A of the connecting portion 71.
  • the cylindrical portion 72 has a first cylindrical portion 72A and a second cylindrical portion 72B that have different outer surface diameters.
  • the second cylindrical portion 72B is disposed on the right side of the first cylindrical portion 72A.
  • the diameter of the outer surface of the second cylindrical portion 72B is smaller than the diameter of the outer surface of the first cylindrical portion 72A.
  • a space is formed inside the second cylindrical portion 72B.
  • the left end of the second cylindrical portion 72B is closed by a bottom portion 721 (see FIG. 8).
  • a screw thread is formed on the outer surface of the second cylindrical portion 72B.
  • the socket 22 of the first ball joint 2 is connected to the second cylindrical portion 72B.
  • the first ball joint 2 includes a first ball stud 21, a socket 22, a receiving portion 23, and a pressing portion 24.
  • the first ball stud 21 has a sphere portion 21A, a rod portion 21B, and a base portion 21C.
  • the spherical portion 21A is a spherical portion.
  • the rod portion 21B is a cylindrical portion extending from the spherical portion 21A toward the right side. The diameter of the cross section of the rod portion 21B is smaller than the diameter of the spherical portion 21A. As shown in FIG.
  • the bar portion 21 ⁇ / b> B extends along an imaginary line 212 that extends radially from the center 211 of the spherical body portion 21 ⁇ / b> A, bends diagonally rightward, and further extends along the imaginary line 213.
  • the base portion 21C is connected to the opposite side of the spherical portion 21A side of the rod portion 21B.
  • a recess 911 is provided at the upper end of the left surface of the connector 9.
  • the base 21 ⁇ / b> C of the first ball stud 21 fits into the recess 911 from the left side.
  • a hole (not shown) penetrating in the left-right direction is formed at the bottom of the recess 911.
  • a screw 912 is inserted into the hole from the right side to the left side.
  • the screw 912 is screwed into a screw hole provided in the base portion 21 ⁇ / b> C of the first ball stud 21. Thereby, the first ball stud 21 is fixed to the connector 9 by the screw 912.
  • the receiving portion 23 is accommodated inside the second cylindrical portion 72B of the connecting member 70.
  • the receiving portion 23 is an elastically deformable rubber that functions as a cushioning material.
  • the left side surface of the receiving portion 23 contacts the bottom portion 721 of the second cylindrical portion 72B.
  • a concave portion 23 ⁇ / b> B that is recessed in a circular shape is provided on the right side surface of the receiving portion 23.
  • the concave portion 23B comes into contact with the left half of the spherical portion 21A of the first ball stud 21 from the left side.
  • the presser portion 24 has a hemispherical shape.
  • the opening of the presser portion 24 faces the left side.
  • the presser portion 24 has a circular hole 24A penetrating in the left-right direction.
  • the rod portion 21B of the first ball stud 21 is inserted into the hole 24A.
  • the diameter of the hole 24 ⁇ / b> A is substantially the same as the diameter of the cross section of the rod portion 21 ⁇ / b> B of the first ball stud 21.
  • the wall 24 ⁇ / b> B corresponding to the inner surface of the presser 24 contacts the right half of the sphere 21 ⁇ / b> A of the first ball stud 21 from the right side.
  • the spherical portion 21A is sandwiched from both the left and right sides by the concave portion 23B of the receiving portion 23 and the wall portion 24B of the pressing portion 24.
  • the socket 22 is a cylindrical member extending in the left-right direction.
  • the inner diameter of the socket 22 is substantially the same as the outer diameter of the second cylindrical portion 72 ⁇ / b> B of the connection member 70.
  • a screw thread is formed on the left end portion of the inner surface of the socket 22. This screw thread is screwed into a screw thread formed on the outer surface of the second cylindrical portion 72B.
  • the socket 22 is connected to the connection member 70.
  • the spherical body portion 21 ⁇ / b> A, the receiving portion 23, and the presser portion 24 of the first ball stud 21 are accommodated in a space surrounded by the second cylindrical portion 72 ⁇ / b> B and the socket 22. *
  • a wall 221 that extends while curving toward the center is provided at the right end of the socket 22.
  • the wall 221 is formed with a circular hole 22A penetrating in the left-right direction.
  • the rod portion 21B of the first ball stud 21 is inserted into the hole 22A.
  • the inner surface of the hole 22A of the wall portion 221 contacts the outer surface 24C of the pressing portion 24 from the right side.
  • a part of the right side of the presser portion 24 protrudes from the hole 22 ⁇ / b> A to the outside of the socket 22.
  • the wall portion 221 of the socket 22 pushes the presser portion 24 toward the left side.
  • the spherical portion 21A of the first ball stud 21 in contact with the wall portion 24B of the pressing portion 24 is pressed by the pressing portion 24 and moves to the left side and is pressed against the receiving portion 23.
  • the state in which the spherical portion 21A is sandwiched between the left and right sides by the receiving portion 23 and the pressing portion 24 is maintained.
  • the distance between the bottom portion 721 of the second cylindrical portion 72B and the wall portion 221 of the socket 22 changes according to the degree of screwing of the socket 22 to the second cylindrical portion 72B.
  • the force by which the socket 22 pushes the holding portion 24 and the force by which the receiving portion 23 and the holding portion 24 sandwich the spherical portion 21A change.
  • the HMD 1 is screwed into the second cylindrical portion 72B so that the holding portion 24 can move with respect to the socket 22 and the spherical portion 21A can move with respect to the receiving portion 23. It is assumed that the degree of combination is adjusted in advance. In this case, as shown in FIG.
  • the first ball stud 21 can rotate in the direction indicated by the arrow 2 ⁇ / b> A around the virtual line 212 extending radially from the center 211 of the sphere 21 ⁇ / b> A.
  • the first ball stud 21 is surrounded by a virtual conical surface 214 that connects the center 211 and the inner end of the wall 221 in a range where the rod 21B does not contact the hole 22A of the wall 221 of the socket 22. Within this range, it is possible to move in the direction indicated by the arrow 2B.
  • the presser portion 24 also moves as the first ball stud 21 moves.
  • the above-described movement of the second ball stud 31 is centered on two axes (for example, a first axis extending in the front-rear direction and a second axis extending in the up-down direction) orthogonal to the virtual line 212 and orthogonal to each other. It corresponds to a part of rotational movement. If the left-right direction in FIG. 7 is the X-axis, the front-rear direction is the Y-axis, and the up-down direction is the Z-axis, the movement around the imaginary line 212 is the rotation X ⁇ around the X-axis, This is expressed as a combination of the rotation Y ⁇ and the rotation Z ⁇ around the Z axis. That is, the first ball joint 2 can move the first ball stud 21 with three degrees of freedom. Since the first ball stud 21 is movable, the first ball joint 2 is movable around the first center line 991 shown in FIG.
  • the display device 11 is connected to the connector 9 via the connecting member 81 and the second ball joint 3.
  • the connecting member 81 is a substantially prismatic member extending in the front-rear direction.
  • a protrusion 812 that protrudes to the left is provided at the front end of the connecting member 81.
  • a protrusion 813 protruding leftward is provided on the left end surface of the protrusion 812.
  • the connecting member 81 is held by the display device 11 by the protrusion 813 being inserted into a hole (not shown) of the second housing 14.
  • connection recess 814 that is a recess recessed leftward in a left-view deformed shape is provided on the right surface of the rear portion of the connecting member 81.
  • a cylindrical portion 815 extending rightward is provided at the center of the connection recess 814.
  • the second ball joint 3 includes a second ball stud 31, a socket 32, a receiving part (not shown), and a presser part 34.
  • the second ball stud 31, the socket 32, the receiving portion, and the holding portion 34 correspond to the first ball stud 21, the socket 22, the receiving portion 23, and the holding portion 24 of the first ball joint 2, respectively.
  • the second ball stud 31 has a sphere portion 31A, a rod portion 31B, and a base portion 31C.
  • the shapes of the spherical body portion 31A, the rod portion 31B, and the base portion 31C are the same as the shapes of the spherical body portion 21A, the rod portion 21B, and the base portion 21C of the first ball stud 21.
  • the rod portion 31B extends radially from the center 311 of the sphere portion 31A, and further extends by bending to the right rearward side.
  • a recess 913 is provided at the lower end of the left surface of the connector 9.
  • a base 31C (see FIG. 10) of the second ball stud 31 fits into the recess 913 from the left side.
  • a hole (not shown) penetrating in the left-right direction is formed at the bottom of the recess 913.
  • a screw (not shown) is inserted into the hole from the right side to the left side. The screw is screwed into a screw hole provided in the base portion 31 ⁇ / b> C of the second ball stud 31. As a result, the second ball stud 31 is fixed to the connector 9 with a screw.
  • the shape of the presser part 34 is slightly different from the presser part 24 of the first ball joint 2, but the details are omitted.
  • the shape of the socket 32 is the same as the socket 22 of the first ball joint 2.
  • the second ball stud 31 can rotate in the direction indicated by the arrow 3 ⁇ / b> A around an imaginary line 312 extending radially from the center 311 of the sphere 31 ⁇ / b> A.
  • the second ball stud 31 is a range where the bar portion 31B does not contact the opening 34A of the presser portion 34, that is, a range surrounded by a virtual conical surface 314 connecting the center 211 and the inner end of the wall portion 321. Thus, it can move in the direction indicated by the arrow 3B.
  • the movement in this case is a rotational movement around two axes (for example, a first axis extending in the left-right direction and a second axis extending in the up-down direction) orthogonal to the virtual line 312 and orthogonal to each other.
  • the left-right direction in FIG. 10 is the X-axis
  • the front-rear direction is the Y-axis
  • the up-down direction is the Z-axis
  • the movement around the virtual line 312 is the rotation X ⁇ around the X-axis
  • the movement within the conical surface 314 is around the Y-axis.
  • This is expressed as a combination of the rotation Y ⁇ and the rotation Z ⁇ around the Z axis. That is, as with the first ball joint 2, the second ball joint 3 can move the second ball stud 31 with three degrees of freedom. Since the second ball stud 31 is movable, the second ball joint 3 is movable around the second center line 992 shown in FIG.
  • the eye cap 90 will be described with reference to FIGS.
  • the eye cap 90 is detachable from the display device 11.
  • the eye cap 90 can block outside light.
  • the eye cap 90 includes a side wall 901 and a cap engaging portion 902.
  • the side wall 901 has a cylindrical shape with an opening that increases toward the rear.
  • the cap engaging portion 902 is a portion where the front end of the side wall 901 protrudes radially inward.
  • the cap engaging portion 902 is disposed around the detachable portion 17 of the display device 11, so that the eye cap 90 is engaged with the display device 11. Accordingly, the eye cap 90 is disposed around the housing 12, more specifically, around the detachable portion 17 in the housing 12.
  • the eye cap 90 is made of, for example, a synthetic resin.
  • the rear end portion of the eye cap 90 comes into close contact with the periphery of the user's eye, the ambient light from the surrounding is blocked by the eye cap 90. For this reason, the visibility of the image which passed through the lens unit 6 improves.
  • the mirror unit 5 will be described with reference to FIGS.
  • the mirror unit 5 is detachable from the display device 11 (see FIGS. 13 and 14).
  • the mirror part 5 is supported by the attaching / detaching part 17 (see FIG. 14).
  • the orientation of the display device 11 is set so that the optical axis 97 is directed leftward. For this reason, the longitudinal direction of the housing 12 of the display device 11 is the left-right direction.
  • the mirror unit 5 includes a mirror housing 52, a half mirror 56, and a mirror engaging portion 59 (see FIG. 15).
  • the mirror housing 52 has a substantially cylindrical shape extending in the left-right direction, and has a rear surface opened. The left end portion of the mirror housing 52 is inclined in the front diagonal right direction. An opening 51 that opens in the left-right direction is provided at the left end of the mirror housing 52.
  • the half mirror 56 is supported inside the opening 51 of the mirror housing 52.
  • the half mirror 56 is inclined in the front diagonal right direction.
  • the front side of the half mirror 56 is not covered by the mirror housing 52.
  • two mirror engaging portions 59 are provided at the right end of the mirror housing 52.
  • One mirror engaging part 59 is a convex part protruding downward from the upper part of the mirror housing 52.
  • the other mirror engaging portion 59 is a convex portion protruding upward from the lower portion of the mirror housing 52.
  • the rear surface of the half mirror 56 is referred to as a reflective surface 56A.
  • the reflection surface 56 ⁇ / b> A of the half mirror 56 is mounted in a state inclined with respect to the optical axis 97 on the left side from the image unit 7 toward the lens unit 6.
  • the half mirror 56 can reflect a part (for example, 50%) of the image light emitted from the image unit 7 in the rearward direction intersecting the extending direction of the optical axis 97 by the reflecting surface 56A (FIG. 13). (See arrow 96).
  • the user's eyes can visually recognize the virtual image based on the image light reflected by the half mirror 56.
  • the half mirror 56 can transmit a part of the external light incident from the front side to the rear side.
  • a reflection member such as a general mirror that does not transmit background light may be used instead of the half mirror 56 described above.
  • an optical path deflecting member such as a prism or a diffraction grating may be used instead of the half mirror 56.
  • the orientation of the display device 11 differs depending on whether the mirror unit 5 is detached from the housing 12 of the display device 11 by the detachable unit 17 or when the mirror unit 5 is attached to the housing 12. (See FIGS. 1 and 13).
  • different connecting members are used to change the orientation of the display device 11.
  • the connecting member 81 shown in FIG. 2 When the HMD 1 is used with the mirror unit 5 removed from the display device 11, the connecting member 81 shown in FIG. 2 is used, and the display device 11 is connected to the connector 9.
  • the connecting member 81 connects the display device 11 so that the direction in which the second center line 992 extends and the optical axis 97 intersect.
  • FIG. 2 and the like only one optical axis 97 is shown, but there are a plurality of optical axes 97 of the image emitted from the image unit 7 within the range of the image unit 7, What is necessary is just to cross
  • the connecting member 84 shown in FIG. 13 is used, and the display device 11 is connected to the connection tool 9.
  • the connecting member 84 is a substantially prismatic member extending in the front-rear direction.
  • the length of the connecting member 84 in the front-rear direction is shorter than the length of the connecting member 81 of the connecting member 81 (see FIG. 2).
  • a projecting portion 843 that projects forward is provided at the front end portion of the connecting member 84.
  • the protrusion 843 is inserted into a hole (not shown) of the second housing 14 (see FIG. 4), whereby the connecting member 84 is held by the display device 11.
  • connection recess 844 that is a recess recessed leftward in a circular shape when viewed from the left is provided on the right side of the rear portion of the connecting member 84.
  • the connecting member 84 connects the display device 11 so that the direction in which the second center line 992 extends and the optical axis 97 are in the same direction.
  • the connecting member 81 see FIG. 2
  • the connecting member 81 see FIG. 2
  • the connecting member are used. Only 84 (see FIG. 13) may be exchanged.
  • the display device 11A to which the connecting member 81 is connected and the display device 11B to which the connecting member 84 is connected may be prepared one by one, and the display device 11A and the display device 11B may be exchanged.
  • the connecting member that switches between the non-transmissive HMD 1 and the transmissive HMD may be configured by a member that is movable by one or more degrees of freedom, such as a flexible joint.
  • a member configured to be rotatable around a support shaft may be used as the connecting member.
  • a support shaft extending in the vertical direction may be arranged at the front end portion of the connecting member 81 shown in FIG. 2, and the display device 11 may be rotated about the support shaft.
  • the HMD 1 in the present embodiment is formed.
  • the connection tool 9 is movable by the first ball joint 2 and the second ball joint 3. Accordingly, the rear surface 67 (see FIG. 4) of the lens unit 6 can be arranged in front of the user's eyes without expanding and contracting the connection tool 9. Moreover, since it extends in the same direction side with respect to the first center line 991, the second center line 992, and the connection tool 9, the movable range of the display device 11A with respect to the mounting tool 8 is made wider than when extending in different directions. be able to.
  • the display device 11A has a configuration in which the optical axis 97 is parallel to the visual axis 98 and the optical axis 97 is orthogonal to the surface 67 of the lens unit 6 (see FIG. 4), It is easy to dispose the display device 11A and move it to a place other than the eyes. Therefore, convenience for the user is improved.
  • the direction in which the second center line 992 extends intersects the optical axis 97.
  • the movable range of the display device 11A is wide, even if the direction in which the second center line 992 extends intersects the optical axis 97, the user can easily place the display device 11A in front of the eyes. Therefore, convenience for the user is improved.
  • an adjustment mechanism 4 and an operation member 41 are provided, and adjustment relating to display of an image from the image unit 7 can be performed.
  • the adjustment mechanism 4 when the adjustment mechanism 4 is operated via the operation member 41, the relative position between the lens unit 6 and the image unit 7 is adjusted. Thereby, the diopter can be adjusted. Since the operating range of the display device 11A is wide, the diopter can be adjusted by adjusting the adjustment mechanism 4 via the operation member 41 in addition to the ease of disposing the display device 11A in front of the eyes. Improves.
  • the housing 12 of the HMD 1 includes a detachable part 17 to which the mirror part 5 can be attached and detached. Accordingly, the HMD 1 allows the user to directly view the image output from the image unit 7 and displayed through the lens unit 6 according to the application (see FIG. 1), and when the mirror unit 5 is attached, the half mirror 56 is attached. It is possible to select a case where an image reflected by the user is visually recognized (see FIG. 14). Therefore, the convenience of the user is improved as compared with the case where the image display mode cannot be selected according to the application.
  • connection member 81 connects the display apparatus 11 so that the direction where the 2nd center line 992 extends, and the optical axis 97 cross
  • the rear surface 67 (see FIG. 4) of the lens unit 6 is easily placed in front of the user's eyes (see FIG. 2).
  • the connecting member 84 connects the display device so that the direction in which the second center line 992 extends and the optical axis 97 are in the same direction ( (See FIG. 13).
  • the mirror unit 5 when the mirror unit 5 is removed from the display device 11, the mirror unit 5, more specifically, the half mirror 56 can be easily placed in front of the user's eyes. That is, it is easy to arrange the portion where the image is displayed in front of the user's eyes, whether the user directly looks at the surface 67 of the lens unit 6 or when looking at the image through the mirror unit 5. . Therefore, convenience for the user is improved.
  • the mirror portion 5 can be positioned by engaging the mirror engaging portion 59 of the mirror portion 5 with the recess 93.
  • the part for engaging the mirror part 5 is the recessed part 93, when the mirror part 5 is removed from the display apparatus 11, it does not protrude from the display apparatus 11. For this reason, it is safer for the user to bring the part of the detachable part 17 in the display device 11 closer to the eyes as compared with the case where the part engaging the mirror part 5 is not the recessed part 93 but a protruding part.
  • the mounting tool 8 has an arc shape that can be mounted along the user's head, and the first ball joint 2 is supported by the mounting tool 8.
  • the HMD 1 is fixed to the head by the arcuate mounting tool 8, and the position of the first ball joint 2 is also fixed. Therefore, the position of the display device 11 is easily stabilized as compared with a case where the user can determine the position where the user can freely wear, for example, when the wearing tool 8 is worn on the collar portion of the hat. Therefore, the user can easily place the display device 11 in front of the eyes. Therefore, the convenience for the user is improved.
  • the mounting tool 8 is an example of the “mounting unit” of the present disclosure.
  • the display device 11 is an example of the “display unit” of the present disclosure.
  • the image unit 7 is an example of the “image forming unit” of the present disclosure.
  • the lens unit 6 is an example of the “display unit” of the present disclosure.
  • the connection tool 9 is an example of the “support portion” of the present disclosure.
  • the first ball joint 2 is an example of the “first joint” of the present disclosure.
  • the second ball joint 3 is an example of the “second joint” of the present disclosure.
  • the adjustment mechanism 4 and the operation member 41 are examples of the “adjustment unit” of the present disclosure.
  • the detachable portion 17 is an example of the “desorption mechanism” and “cover detachable portion” of the present disclosure.
  • HMD1 was mounted
  • a mechanism that can be attached to and detached from the user's hat may be provided, and the mechanism may be attached to the user's head.
  • the recess 93 may not be provided in the detachable portion 17.
  • the eye cap 90 may not be attached to or detached from the display device 11.
  • the mirror unit 5 may not be attached to or detached from the display device 11.
  • the detachable part 17 may not be provided.
  • an operation member 41 and an adjustment mechanism 4 are provided as adjustment units that can perform adjustments related to image display from the image unit 7, and the operation member 41 and the adjustment mechanism 4 attach the lens unit 6. It was moved back and forth.
  • the operation member 41 and the adjustment mechanism 4 may move the image unit 7 in the front-rear direction.
  • the operation member 41 and the adjustment mechanism 4 may move the lens unit 6 and the image unit 7 in the front-rear direction to change the relative positions thereof.
  • the display device 11 may not include the operation member 41 and the adjustment mechanism 4, and the relative positional relationship between the lens unit 6 and the image unit 7 may be fixed.
  • the adjusting mechanism 4 and the operation member 41 may not be provided.
  • the adjustment unit only needs to be able to adjust the display of the image from the image unit 7.
  • the adjustment unit may adjust the luminance of the image unit 7.
  • the longitudinal direction of the housing 12 is parallel to the optical axis 97, the longitudinal direction of the housing 12 may intersect the optical axis 97.
  • FIG. 17 shows a connecting member 83 that is a modification of the connecting member 81.
  • the connecting member 83 is used in the non-transmissive HMD1.
  • the connecting member 83 includes a plate-like member 832 that extends in the front-rear direction.
  • the plate-like member 832 is a member disposed in place of the second housing 14 (see FIG. 4) of the display device 11 and forms a part of the housing 12. For this reason, a part of the detachable part 17 and a part of the recessed part 93 are formed at the rear end part of the plate-like member 832.
  • the first housing 13 (see FIG. 4) is connected to the left surface 832 ⁇ / b> B side of the plate-like member 832 to form the housing 12 of the display device 11.
  • a cylindrical portion 834 protruding rightward is provided at the front portion of the right surface 832A of the plate member 832.
  • a cylindrical portion 835 extending rightward from the plate-like member 832 is provided at the inner central portion of the cylindrical portion 834.
  • FIG. 18 shows a connecting member 85 that is a modification of the connecting member 84.
  • the connecting member 85 is used in the transmission type HMD1.
  • the connecting member 85 includes a plate-like member 852 that extends in the left-right direction.
  • the plate-like member 852 is a member disposed in place of the second housing 14 of the display device 11 and forms a part of the housing 12. For this reason, a part of the detachable part 17 and a part of the recessed part 93 are formed at the left end part of the plate-like member 852.
  • the first housing 13 (see FIG. 13) is connected to the front surface 852B side of the plate-like member 852 to form the housing 12 of the display device 11.
  • a plate portion 859 protruding backward is provided on the right portion of the rear surface 852A of the plate-like member 852.
  • a connection recess 854 is provided that is a recess recessed leftward in a circular shape when viewed from the right.
  • a cylindrical portion 855 extending rightward is provided at the center of the connection recess 854.

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Abstract

使用者の利便性を向上するヘッドマウントディスプレイを提供する。HMD1は、表示装置11を備えている。表示装置11は、画像を表示するレンズユニットと、レンズユニットに表示される画像を形成する画像ユニットとを備えている。第一ボールジョイント2は、装着具8と接続具9とを連結する。第二ボールジョイント3は、接続具9と表示装置11とを連結する。第一ボールジョイント2の可動領域の第一中心線991と、第二ボールジョイント3の可動領域の第二中心線992とは、接続具9に対して同じ方向側に延びる。画像ユニットの光軸97とレンズユニットにおける画像を射出する表面とは、互いに直交する。表示装置11は、光軸97と光学瞳89の視軸98とが平行となる位置に配置される。

Description

ヘッドマウントディスプレイ
 本開示は、使用者の頭部に装着可能であり、使用者に画像を視認させることが可能なヘッドマウントディスプレイに関する。
 従来、使用者の頭部に装着可能であり、使用者に画像を視認させることが可能なヘッドマウントディスプレイが知られている。例えば、特許文献1に記載の画像表示装置は、使用者の右目の視軸上に画像を形成する表示ユニットを備えている。アーム部の一方は、使用者の頭部に装着される頭部装着用品に連結され、アーム部の他方は、表示ユニットに連結されている。表示ユニットは、第一連結機構部によって、アーム部の端部を中心に上下回動方向の自由度を有するように、アーム部に連結されている。アーム部は、第二連結機構部によって、上下回動方向の自由度を有するように、頭部装着用品に連結されている。アーム部は、溝形状の外部摺動部と、溝に係合する形状の内部摺動部とを備えており、伸縮可能である。
特開2004-80679号公報
 しかしながら、表示部を眼前に配置又は眼前以外の場所に移動させる場合、アーム部を上下回動させ、表示ユニットを上下回動させ、さらに、アーム部を伸縮させる必要があった。このため、表示部を眼前に配置する作業又は眼前以外の場所に移動させる作業が煩雑となる場合があった。ここで、仮に、画像を形成する画像形成部の光軸と、視線の視軸とを平行にする構成を採用した場合、表示部の筐体が使用者の眼前に位置する。このため、使用者が周囲の状況を確認するために、表示部を眼前から移動させる場合がある。すなわち、使用者は、表示部を眼前に配置したり、眼前以外の場所に移動させたりする作業を頻繁に行う可能性がある。このため、表示部を眼前に配置する作業又は眼前以外の場所に移動させる作業が煩雑である場合、使用者の利便性がさらに低下する可能性があった。
 本開示の目的は、使用者の利便性を向上するヘッドマウントディスプレイを提供することである。
 本開示に係るヘッドマウントディスプレイは、使用者の頭部に装着可能な装着部と、画像を形成する画像形成部と、画像を表示する表示部を有する表示ユニットと、前記表示ユニットに設けられ、前記表示部に表示される画像を形成する画像形成部と、前記表示ユニットを支持する支持部と、前記装着部と前記支持部とを連結する第一ジョイントと、前記支持部と前記表示ユニットとを連結する第二ジョイントとを備え、前記第一ジョイントの可動領域の中心線である第一中心線と、前記第二ジョイントの可動領域の中心線である第二中心線が、前記支持部に対して同じ方向側に伸び、前記画像形成部の光軸と前記表示部における前記画像を射出する表面とは互いに直交し、前記表示ユニットは、前記光軸と光学瞳の視軸とが平行となる位置に配置される。
 この場合、支持部は、第一ジョイントと第二ジョイントとによって移動可能である。これによって、支持部を伸縮させることなく、使用者の眼前に表示部の表面を配置することができる。また、第一中心線と第二中心線とが支持部に対して同じ方向側に延びるので、異なる方向に延びる場合に比べて、装着部に対する表示ユニットの可動範囲をより広くすることができる。よって、視軸に対して光軸が平行となり、かつ、光軸が表示部の表面に直交する構成の表示ユニットであっても、使用者は、眼前に表示ユニットを配置し易く、かつ、眼前以外の場所に移動させ易い。よって、使用者の利便性が向上する。
 前記ヘッドマウントディスプレイにおいて、前記第二中心線が延びる方向は、前記光軸と交差してもよい。表示ユニットの可動範囲が広いので、第二中心線が延びる方向が、光軸と交差する配置であっても、使用者は、眼前に表示ユニットを配置し易い。よって、使用者の利便性が向上する。
 前記ヘッドマウントディスプレイにおいて、前記表示ユニットに設けられ、前記画像形成部からの前記画像の表示に関する調整を行う調整部を備えてもよい。表示ユニットの稼働範囲が広いので、眼前に表示ユニットを配置し易いのに加え、調整部を調整することで、画像の表示に関する調整を行うことできるので、使用者の利便性が向上する。
 前記ヘッドマウントディスプレイは、前記表示ユニットの外装を形成し、長手方向が前記光軸と平行である筐体を備え、前記画像形成部からの光を反射する反射面を有するミラー部を脱着可能な脱着機構を前記筐体に備え、前記脱着機構は、前記画像形成部から前記表示部に向かう方向側において、前記反射面を、前記光軸に対して傾斜した状態で装着してもよい。この場合、ヘッドマウントディスプレイは、ミラー部を着脱可能な脱着機構を備える。よって、ヘッドマウントディスプレイは、用途に応じて、使用者に、画像形成部から出力され、表示部を通して表示された画像を直接視認させる場合と、ミラー部を取り付けて反射面に反射された画像を視認させる場合とを選択させることができる。よって、用途に応じて画像の表示態様が選択できない場合に比べて、利用者の利便性が向上する。
 前記ヘッドマウントディスプレイは、前記第二ジョイントと前記表示ユニットを連結する連結部材を備え、前記脱着機構によって前記ミラー部が前記筐体から外される場合、前記連結部材は、前記光軸と前記第二中心線が延びる方向とが交差するように前記表示ユニットを連結し、前記脱着機構によって前記ミラー部が前記筐体に装着される場合、前記連結部材は、前記光軸と前記第二中心線が延びる方向とが同じ方向となるように前記表示ユニットを連結してもよい。脱着機構によってミラー部が表示ユニットから外される場合、連結部材は、光軸と第二中心線が延びる方向とが交差するように表示ユニットを連結する。この構成によって、表示部の表面が使用者の眼前に配置されやすくなる。また、脱着機構によってミラー部が表示ユニットに装着される場合、連結部材は、光軸と第二中心線が延びる方向とが同じ方向となるように表示ユニットを連結する。この構成によって、ミラー部が使用者の眼前に配置されやすくなる。すなわち、使用者が表示部の表面を直接見る場合、及び、ミラー部を介して画像を見る場合のどちらであっても、画像が表示される部位を使用者の眼前に配置しやすい。よって使用者の利便性が向上する。
 前記ヘッドマウントディスプレイは、前記脱着機構に設けられ、前記ミラー部が有する係合部に係合する凹部を備えてもよい。この場合、ミラー部の係合部と凹部とが係合することで、ミラー部を位置決めすることができる。また、ミラー部を係合するための部位が凹部であるので、ミラー部を表示ユニットから外した場合に、表示ユニットから突出しない。このため、例えば、ミラー部を係合するための表示ユニットから突出している突出部がある場合に比べて、使用者が表示ユニットにおける脱着機構の部分を眼に近づけても安全である。
 前記ヘッドマウントディスプレイは、前記筐体の周囲に配置されて外光を遮ることが可能なカバー部を脱着可能なカバー脱着部を前記筐体に備えてもよい。この場合、カバー部によって外光を遮ることができるので、表示部からの画像の視認性が向上する。       
 前記ヘッドマウントディスプレイにおいて、前記装着部は、使用者の頭部に沿って装着可能な弧状であり、前記第一ジョイントは、前記装着部に支持されてもよい。この場合、弧状の装着部によってヘッドマウントディスプレイが頭部に固定され、第一ジョイントの位置も固定される。このため、装着部が、例えば、帽子のつば部等に装着されるなど、使用者が自由に装着する位置を決定できる場合に比べて、表示部の位置が安定し易い。よって、使用者は、眼前に表示ユニットを配置し易い。故に、使用者の利便性が向上する。
使用者の眼前に表示装置11が近接した状態の非透過型HMD1の斜視図である。 使用者の眼前に表示装置11が近接した状態の非透過型HMD1の斜視図である。 表示装置11の斜視図である。 表示装置11内の分解斜視図である。 接続具9の正面図である。 接続具9、第一ボールジョイント2、及び、接続部材70の分解図斜視図である。 第一ボールジョイント2の斜視図である。 第一ボールジョイント2の断面図である。 連結部材81の斜視図である。 第一ボールジョイント2の斜視図である。 アイキャップ90が装着されたHMD1の斜視図である。 アイキャップ90の斜視図である。 使用者の眼前にミラー部5が近接した状態の透過型HMD1の斜視図である。 図13のミラー部5が取り外された状態の透過型HMD1の斜視図である。 ミラー部5のミラー筐体52の斜視図である。 連結部材84の斜視図である。 連結部材83の斜視図である。 連結部材85の斜視図である。
 以下、本開示を具現化した実施形態について、図面を参照して説明する。ヘッドマウントディスプレイ(Head Mounted Display、以下、「HMD」という。)1は、非透過型HMD(図1及び図2参照)と、光学透過型シースルーHMD(図13参照。以下、「透過型HMD」という。)とに切り替え可能なHMDである。HMD1が透過型HMD(図13参照)の場合、使用者の眼前の景色の光は、ハーフミラー56を透過することによって使用者の眼に直接導かれる。HMD1の投影形式は、虚像投影型である。ハーフミラー56は、画像ユニット7(図4参照、後述)に表示された画像の光を、使用者の片側の眼に向けて反射させる(図13の矢印96参照)。HMD1は、使用者に対して、眼前の景色に画像を重ねて認識させることができる。
 一方、非透過型HMD(図1及び図2参照)の場合、画像ユニット7(図4参照、後述)に表示された画像の光が、ハーフミラー等に反射されることなく、表示部であるレンズユニット6(図4参照)を通して直接、使用者に視認される。このため、HMD1の画像は、使用者の眼前の景色に重ねられない。
 まず、HMD1が非透過型HMDである場合について説明する。HMD1は、表示装置11、装着具8、及び、接続具9を備える。以下、図の説明の理解を助けるため、HMD1の上側、下側、左側、右側、前側、及び、後側を定義する。HMD1の上側、下側、後側、前側、左側、及び、右側は、例えば、図1の上側、下側、左側、右側、左斜め下側、及び、右斜め上側にそれぞれ対応する。HMD1の上側、下側、後側、前側、左側、及び、右側は、それぞれ、それぞれ、装着具8が着用されたユーザにとって、上側、下側、後側、前側、右側、及び、左側に対応する。
 図1及び図2に示すように、装着具8は、使用者の頭部に装着可能である。装着具8は、樹脂や金属(例えば、ステンレス)などの、可撓性を有する材質で構成される。装着具8は、使用者の頭部に沿って装着可能な弧状である。より詳細には、装着具8は、第一部分8A及び第二部分8B,8Cを有する。第一部分8A及び第二部分8B,8Cは、それぞれ、湾曲した細長い板状部材である。第一部分8Aは、左右方向に延び、且つ、前側に凸状に湾曲する。第二部分8Bは、第一部分8Aの一方側(例えば、左側)の端部から延びる。第二部分8Cは、第一部分8Aの他方側(例えば、右側)の端部から延びる。第二部分8B、8Cは、それぞれ、第一部分8Aと接続する側と反対側(例えば、後側)の端部が互いに近づく方向に延びる。装着具8は、使用者の前頭部、右側頭部、及び、左側頭部のそれぞれに、第一部分8A、第二部分8B、8Cを接触させた状態で、使用者の頭部に着用される。この状態で、第一部分8Aは使用者の額に沿って左右方向に延びる。
 接続具9は、表示装置11を支持する部材である。接続具9は、正面から見た状態で上下方向に延びる。より詳細には、図2に示すように、接続具9は上下方向に対して下端部が前方に傾斜する向きに延びる。接続具9は右側に凸状にやや湾曲した棒状である。接続具9は、例えば、樹脂及び金属などで構成される。接続具9の一端側(例えば、上側)は、装着具8の第一部分8Aに連結される。接続具9と装着具8とは、第一ボールジョイント2によって互いに連結される。第一ボールジョイント2は、装着具8によって支持される。第一ボールジョイント2は、可動領域の中心線である第一中心線991(図2参照)を中心に回動可能である。このため、接続具9は、装着具8に対して回動可能である。
 接続具9の他端側(例えば、下側)は、後述する表示装置11に連結される。接続具9は、装着具8から離隔した位置において、表示装置11を支持する。接続具9と表示装置11とは、第二ボールジョイント3によって互いに連結される。第二ボールジョイント3は、可動領域の中心線である第二中心線992(図2参照)を中心に回動可能である。このため、表示装置11は、接続具9に対して回動可能である。
 第一中心線991と第二中心線992とは接続具9に対して同じ方向側である左方向側に延びる。本実施形態では、第一中心線991と第二中心線992とが延びる方向は略平行である。接続具9は、両端部の第一ボールジョイント2及び第二ボールジョイント3によって、表示装置11を移動させることができる。
 非透過型のHMD1は、装着具8に対して表示装置11が下側に配置された図1及び図2に示す状態で、装着具8が使用者の頭部に着用された場合に、表示装置11のレンズユニット6における画像を射出する表面67(図4参照、後述)を使用者の左眼の前方に配置させることができる。このとき、接続具9は、装着具8との接続部分から前斜め下側に向けて延びる。また、表示装置11は、画像ユニット7(図4参照)から出力される画像の光軸97と光学瞳89の視軸98とが平行となる位置に配置される(図1参照)。光学瞳89の位置は、人の眼球が配置されると想定される位置を示す。
 図1~図3に示すように、表示装置11は、箱状の筐体12を有する。図1~図2は、非透過型HMD1で用いられる表示装置11である。以下の説明では、非透過型HMD1で用いられる表示装置11を表示装置11A(図1参照)という場合がある。また、透過型HMD1で用いられる表示装置11を表示装置11B(図13参照)という場合がある。
 図4に示すように、筐体12は、調節機構4、レンズユニット6、画像ユニット7を収容する。筐体12は、表示装置11の外装を形成する。筐体12の長手方向は、画像の光軸97と平行である(図2参照)。レンズユニット6の後側は、筐体12によって覆われない。筐体12の前部に、通信線28(図2参照)が接続される。HMD1は、外部機器(図示略)と通信線28を介して接続される。外部機器は、HMD1に画像データ及び電力を供給する。
 筐体12は、左側の第一筐体13と右側の第二筐体14とを組み合わせることによって形成される。画像ユニット7は、筐体12の前部に収容されている。レンズユニット6は、画像ユニット7の後側に配置されている。調節機構4は、レンズユニット6の左側に配置される。
 画像ユニット7は、通信線28(図2参照)を介して外部機器から受信した画像データに応じた画像を形成する。形成された画像は、レンズユニット6を通して表示される。画像ユニット7は、第一保持部材74、液晶表示装置78、及び、第二保持部材73を有する。第一保持部材74は、前後方向に延びる筒状である。筐体12に対する画像ユニット7の位置が固定されている。
 液晶表示装置78は、光源78A、導光部材78B、及び、液晶表示素子78Cを有する。液晶表示装置78は、筒状の第一保持部材74の内側に配置される。液晶表示素子78Cは矩形状である。液晶表示素子78Cの表示方式は、反射型である。液晶表示装置78は、後方に画像を射出する。画像ユニット7によって表示される画像の光軸97は、後方向である。
 導光部材78Bは、液晶表示素子78Cの左面である表示面(図示略)を封止部材によって密封(例えば、密着)した状態で、液晶表示素子78Cに固定される。導光部材78Bは、上方から入射した光を効率的に後方に反射させ、且つ、前方から入射した光を効率的に後方に透過させることができる。導光部材78Bは、例えば、互いに直交する二種類の偏光成分のうち、何れか一方のみを透過させ、他方を反射する偏光ビームスプリッタである。光源78Aは、導光部材78Bの上面に接続される。液晶表示装置78において、光源78Aから放射された光は、非図示の拡散板を通過することによって、面内の均一な光に分散される。更に、拡散板を通過した光は、非図示の偏向板を通過することによって直線偏向する。偏光板を通過した光は、導光部材78Bによって液晶表示素子78C側に反射され、液晶表示素子78Cに入射する。入射された光は、液晶表示素子78Cの表示面において反射される。反射された光は、液晶表示素子78Cの表示面に表示された画像の画像光に対応する。
 第二保持部材73は、保持部分73A及び制御基板73Bを有する。保持部分73Aは、液晶表示素子78Cの前側に配置される。制御基板73Bは、保持部分73Aの前側に配置される。制御基板73Bは、フレキシブルプリント基板(図示略)を介して液晶表示素子78Cに接続される。制御基板73Bに通信線28が接続される。制御基板73Bは、外部機器から送信された画像データを、通信線28を介して受信する。制御基板73Bは、フレキシブルプリント基板を介して液晶表示素子78Cに制御信号を出力することによって、画像データに応じた画像を画像ユニット7に表示させる。
 レンズユニット6は、画像ユニット7に対して、画像光の光路の下流に配置される。レンズユニット6は、画像ユニット7によって形成された画像を、使用者に視認可能に表示する。レンズユニット6は、画像ユニット7から射出された画像光を導く。レンズユニット6は、保持部材61、複数のレンズ63を有する。保持部材61は、前後方向に延びる略円筒状の部材である。保持部材61の内側に複数のレンズ63が固定されている。複数のレンズ63は、保持部材61の中心を前後方向に延びる軸線上に配置されている。レンズユニット6を通過する画像光は、複数のレンズ63によって集光される。集光された画像光は、複数のレンズ63のうち、画像光の光路の最も下流に位置するレンズの表面67から射出される。
 表面67に対して画像光の光路の下流側には、透明部材681が設けられている。透明部材681は、例えば、透明な合成樹脂等で形成される。なお、透明部材681が設けられなくてもよい。 
 保持部材61の左面には、左方に突出する凸部64が設けられている。凸部64は、後述する調節機構4に係合する。レンズユニット6は、筐体12によって前後方向に移動可能に保持される。保持部材61の前部の少なくとも一部は、第一保持部材74の後部の少なくとも一部の内側に嵌る。
 操作部材41は円盤状の部材である。操作部材41の中心軸(図示略)は、右方向に延びる。操作部材41は、中心軸を中心として回動可能である。操作部材41の中心軸は、調節機構4の左面視中央部に接続されている。凸部64は、調節機構4の右面視中央のやや外側に係合する。
 調節機構4は、左右方向の軸を中心として、操作部材41と一体となって回転可能である。操作部材41と調節機構4は、レンズユニット6と、画像ユニット7との相対位置を調整し、視度調節を行うための部材である。
 視度の調整を行なうために使用者が操作部材41を回転させた場合における、レンズユニット6の動きについて説明する。操作部材41が左面視時計回りに回動した場合、操作部材41の回動に応じて調節機構4も左面視時計回りに回転する。これによって、凸部64に対して前側の力が作用し、凸部64が前側に移動する。凸部64の移動に伴い、レンズユニット6は前側に移動する。
 操作部材41が左面視反時計回りに回動した場合、操作部材41の回動に応じて調節機構4も左面視反時計回りに回転する。これによって、凸部64に対して後側の力が作用し、凸部64が後側に移動する。凸部64の移動に伴い、レンズユニット6は後側に移動する。
 なお、レンズユニット6が前後方向に移動したとき、複数のレンズ63によって、ユーザによって視認される虚像となる画像光の広がり角が変化する。従って使用者は、操作部材41を回動させることによって視度調節を行うことができる。
 図3に示すように、筐体12の後端部には、円筒状の脱着部17が設けられている。透明部材681は、脱着部17の内側に配置されている。脱着部17は、後述するミラー部5(図13参照)又はアイキャップ90(図11参照)が脱着される部位である。脱着部17の外周面の後端部には、後側に向かうほど径方向内側に位置するように傾くテーパ部171が形成されている。脱着部17における上側及び下側には、脱着部17の外側面が径方向内側に凹んで形成された凹部93が設けられている(図1及び図3参照)。凹部93は、後述するミラー部5が有するミラー係合部59(図15参照)が係合する部位である。
 接続具9と装着具8との連結態様について説明する。接続具9は、第一ボールジョイント2と装着具8に設けられる接続部材70とによって、装着具8に連結される。図5及び図6に示すように、接続部材70は、連結部71及び円筒部72を有する。連結部71は、装着具8の右前部(図1及び図2参照)に対して接続部材70を着脱可能に連結する。連結部71は、外側部71A及び内側部71Bを有する。外側部71Aは、装着具8の上側、下側、及び、外側に接触する。内側部71Bは、装着具8の内側に接触する。内側部71Bは、右側に向けて突出する円筒状の突出部711を有する。外側部71Aは、装着具8の外側に接触する部分に、左右方向に貫通する非図示の孔を有する。図6に示すように、外側部71Aの非図示の孔に、右側から左側に向けてねじ712が挿通する。ねじ712は、内側部71Bの突出部711に螺合する。外側部71A及び内側部71Bは、装着具8の右前部を挟んだ状態でねじ712によって固定される。
 円筒部72は円筒状の部材である。円筒部72は、連結部71の外側部71Aから右側に突出する。円筒部72は、外側面の直径がそれぞれ異なる第一円筒部72A及び第二円筒部72Bを有する。第二円筒部72Bは、第一円筒部72Aの右側に配置される。第二円筒部72Bの外側面の直径は、第一円筒部72Aの外側面の直径よりも小さい。第二円筒部72Bの内側に空間が形成されている。第二円筒部72Bの左端は、底部721(図8参照)によって閉塞する。第二円筒部72Bの外側面にねじ山が形成されている。第二円筒部72Bには、第一ボールジョイント2のソケット22が接続する。
 図6~図8に示すように、第一ボールジョイント2は、第一ボールスタッド21、ソケット22、受け部23、及び、押え部24を備える。第一ボールスタッド21は、球体部21A、棒部21B、及び、基部21Cを有する。球体部21Aは、球状の部位である。棒部21Bは、球体部21Aから右側に向けて延びる円柱状の部位である。棒部21Bの断面の径は、球体部21Aの直径よりも小さい。図8に示すように、棒部21Bは、球体部21Aの中心211から放射状に延びる仮想線212に沿って延び、右斜め後方に曲折し、仮想線213に沿って更に延びる。基部21Cは、棒部21Bのうち球体部21A側と反対側に接続する。図6に示すように、接続具9の左面の上端部に凹部911が設けられる。図8に示すように、第一ボールスタッド21の基部21Cは、左側から凹部911に嵌る。凹部911の底部には、左右方向に貫通する非図示の孔が形成される。この孔に、右側から左側に向けてねじ912が挿通する。ねじ912は、第一ボールスタッド21の基部21Cに設けられたねじ孔に螺合する。これによって、第一ボールスタッド21はねじ912によって接続具9に固定される。
 受け部23は、接続部材70の第二円筒部72Bの内側に収容される。受け部23は、緩衝材として機能する弾性変形可能なゴムである。受け部23の左側面は、第二円筒部72Bの底部721に接触する。受け部23の右側面に、円形に窪んだ凹部23Bが設けられる。凹部23Bは、第一ボールスタッド21の球体部21Aの左側略半分の部分に左側から接触する。押え部24は半球体状を有する。押え部24の開口は左側を向く。押え部24は、左右方向に貫通する円形の孔24Aを有する。第一ボールスタッド21の棒部21Bは、孔24Aに挿通する。孔24Aの直径は、第一ボールスタッド21の棒部21Bの断面の径と略同一である。押え部24の内側面に対応する壁部24Bは、第一ボールスタッド21の球体部21Aの右側略半分の部分に右側から接触する。球体部21Aは、受け部23の凹部23Bと押え部24の壁部24Bとによって左右両側から挟まれる。
 ソケット22は、左右方向に延びる円筒状の部材である。ソケット22の内径は、接続部材70の第二円筒部72Bの外径と略同一である。ソケット22の内側面のうち左端部分に、ねじ山が形成されている。このねじ山は、第二円筒部72Bの外側面に形成されたねじ山に螺合する。これによって、ソケット22は接続部材70に接続する。第一ボールスタッド21の球体部21A、受け部23、及び、押え部24は、第二円筒部72Bとソケット22とで囲まれた空間に収容される。 
 図7に示すように、ソケット22の右端部に、中心に向けて湾曲しながら延びる壁部221が設けられる。壁部221には、左右方向に貫通する円形の孔22Aが形成される。第一ボールスタッド21の棒部21Bは、孔22Aに挿通する。壁部221の孔22Aの内面は、押え部24の外側面24Cに右側から接触する。押え部24の右側の一部分は、孔22Aからソケット22の外側にはみ出している。
 図8に示すように、接続部材70の第二円筒部72Bにソケット22が螺合した状態で、ソケット22の壁部221は、押え部24を左側に向けて押す。押え部24の壁部24Bに接触した状態の第一ボールスタッド21の球体部21Aは、押え部24に押されて左側に移動し、受け部23に押し付けられる。これによって、受け部23と押え部24とによって球体部21Aが左右両側から挟まれた状態が維持される。
 第二円筒部72Bに対するソケット22の螺合の程度に応じて、第二円筒部72Bの底部721とソケット22の壁部221との間の距離は変化する。底部721と壁部221との間の距離に応じて、ソケット22が押え部24を押す力、及び、受け部23及び押え部24が球体部21Aを挟む力は変化する。本実施形態において、HMD1は、ソケット22に対して押え部24が移動可能となり、且つ、受け部23に対して球体部21Aが移動可能となるように、第二円筒部72Bに対するソケット22の螺合の程度が予め調整されているものとする。この場合、図7に示すように、第一ボールスタッド21は、球体部21Aの中心211から放射状に延びる仮想線212を軸として、矢印2Aで示される方向に回転可能となる。又、第一ボールスタッド21は、ソケット22の壁部221の孔22Aに棒部21Bが接触しない範囲、即ち、中心211と壁部221の内側の端部とを結ぶ仮想の円錐面214で囲まれた範囲で、矢印2Bで示される方向に移動可能となる。なお、第一ボールスタッド21が矢印2A、2Bで示される方向に移動する場合、押え部24も、第一ボールスタッド21の移動に伴って移動することになる。一方、第一ボールスタッド21が矢印2A、2Bで示される方向に移動する場合、ソケット22の壁部221の孔22Aの内面と押え部24の外側面24Cとは互いに摺動し、且つ、球体部21Aと受け部23の凹部23Bとのそれぞれの面は互いに摺動する。
 第二ボールスタッド31の上記の移動は、仮想線212と直交し、且つ、互いに直交する2つの軸(例えば、前後方向に延びる第一軸と、上下方向に延びる第二軸)を中心とした回転移動の一部に相当する。図7の左右方向をX軸、前後方向をY軸、上下方向をZ軸とすれば、仮想線212まわりの移動はX軸まわりの回転Xθ、円錐面214内での移動はY軸まわりの回転YθとZ軸まわりの回転Zθの合成として表現されることになる。つまり、第一ボールジョイント2は、3つの自由度で第一ボールスタッド21を移動させることが可能ということになる。第一ボールスタッド21が移動可能であるので、第一ボールジョイント2は、図2に示す第一中心線991を中心に移動可能である。
 表示装置11は、連結部材81と、第二ボールジョイント3を介して、接続具9に連結される。図2及び図4に示すように、連結部材81は、前後方向に延びる略角柱状の部材である。図4に示すように、連結部材81の前端部には、左側に突出する突出部812が設けられている。突出部812の左端面には、左方に突出する突出部813が設けられている。突出部813が、第二筐体14の図示しない穴部に挿入されることで、連結部材81が表示装置11に保持される。
 図9に示すように、連結部材81の後部の右面には、左面視変形状に左方に凹んだ凹部である接続凹部814が設けられている。接続凹部814の中央部には、右方に延びる円筒部815が設けられている。接続凹部814の内面と、円筒部815との間に、第二ボールジョイント3に接続される接続部(図示略)が挿入されることで、第二ボールジョイント3と連結部材81とが接続される。
 図10に示すように、第二ボールジョイント3の構成は、一部の構成を除き、第一ボールジョイント2と略同一である。以下では、上記における第一ボールジョイント2の説明との重複を避けるため、第二ボールジョイント3の説明を省略又は簡略化している。第二ボールジョイント3は、第二ボールスタッド31、ソケット32、受け部(図示略)、及び、押え部34を備える。第二ボールスタッド31、ソケット32、受け部、及び、押え部34は、それぞれ、第一ボールジョイント2の第一ボールスタッド21、ソケット22、受け部23、及び、押え部24に対応する。
 第二ボールスタッド31は、球体部31A、棒部31B、及び、基部31Cを有する。球体部31A、棒部31B、及び、基部31Cの形状は、第一ボールスタッド21の球体部21A、棒部21B、及び、基部21Cの形状と同一である。棒部31Bは、球体部31Aの中心311から放射状に延び、右斜め後方に曲折して更に延びる。図6に示すように、接続具9の左面の下端部に凹部913が設けられる。第二ボールスタッド31の基部31C(図10参照)は、左側から凹部913に嵌る。凹部913の底部には、左右方向に貫通する非図示の孔が形成される。この孔に、右側から左側に向けてねじ(図示略)が挿通する。ねじは、第二ボールスタッド31の基部31Cに設けられたねじ孔に螺合する。これによって、第二ボールスタッド31はねじによって接続具9に固定される。
 押え部34の形状は、第一ボールジョイント2の押え部24と構造がやや異なるが、詳細については省略する。ソケット32の形状は、第一ボールジョイント2のソケット22と同一である。図10に示すように、第二ボールスタッド31は、球体部31Aの中心311から放射状に延びる仮想線312を軸として、矢印3Aで示される方向の回転が可能となる。又、第二ボールスタッド31は、押え部34の開口34Aに棒部31Bが接触しない範囲、即ち、中心211と壁部321の内側の端部とを結ぶ仮想の円錐面314で囲まれた範囲で、矢印3Bで示される方向に移動可能となる。第二ボールスタッド31が矢印3A、3Bで示される方向に移動する場合、押え部34の開口34Aの内面と球体部31Aとは互いに摺動し、且つ、球体部31Aと受け部とのそれぞれの面は互いに摺動する。
 なお、この場合の移動は、仮想線312と直交し、且つ、互いに直交する2つの軸(例えば、左右方向に延びる第一軸と、上下方向に延びる第二軸)を中心とした回転移動に相当する。図10の左右方向をX軸、前後方向をY軸、上下方向をZ軸とすれば、仮想線312まわりの移動はX軸まわりの回転Xθ、円錐面314内での移動はY軸まわりの回転YθとZ軸まわりの回転Zθの合成として表現されることになる。つまり、第二ボールジョイント3は、第一ボールジョイント2と同様、3つの自由度で第二ボールスタッド31を移動させることが可能ということになる。第二ボールスタッド31が移動可能であるので、第二ボールジョイント3は、図2に示す第二中心線992を中心に移動可能である。
 図11及び図12を参照し、アイキャップ90について説明する。アイキャップ90は、表示装置11に対して脱着可能である。アイキャップ90は、外光を遮ることが可能である。アイキャップ90は、側壁901及びキャップ係合部902を備えている。側壁901は、後方向に向かうほど、開口が大きくなる円筒状である。キャップ係合部902は、側壁901の前端が、径方向内側に突出した部位である。キャップ係合部902が、表示装置11の脱着部17の周囲に配置されることで、アイキャップ90が表示装置11に係合される。これによって、アイキャップ90が、筐体12、より詳細には筐体12における脱着部17の周囲に配置される。
 アイキャップ90は、例えば、合成樹脂で形成される。アイキャップ90の後端部が、使用者の眼の周囲に密着した場合、アイキャップ90によって周囲の外光が遮られる。このため、レンズユニット6を通した画像の視認性が向上する。
 図13~図15を参照して、ミラー部5について説明する。ミラー部5は、表示装置11に対して着脱可能である(図13及び図14参照)。ミラー部5は、脱着部17(図14参照)によって支持される。なお、ミラー部5が表示装置11に装着される場合、光軸97が左方向に向くように、表示装置11の向きが設定される。このため、表示装置11の筐体12の長手方向は、左右方向となる。
 図13に示すように、ミラー部5は、ミラー筐体52、ハーフミラー56、及びミラー係合部59(図15参照)を備えている。ミラー筐体52は、左右方向に延びる略筒状であり、後面が開口している。ミラー筐体52の左端部は、前斜め右側方向に傾いている。ミラー筐体52の左端部には、左右方向に開口する開口部51が設けられている。ハーフミラー56は、ミラー筐体52の開口部51の内側に支持される。ハーフミラー56は、前斜め右側方向に傾いている。ハーフミラー56の前側は、ミラー筐体52によって覆われない。
 図15に示すように、ミラー係合部59はミラー筐体52の右端部に2つ設けられている。一方のミラー係合部59は、ミラー筐体52の上部から下側に突出する凸部である。他方のミラー係合部59は、ミラー筐体52の下部から上方に突出する凸部である。ミラー部5が表示装置11に装着される場合、ミラー筐体52の後端部が、脱着部17(図14参照)の周囲に配置される。このとき、ミラー係合部59が、表示装置11の凹部93(図14参照)に係合する。
 ハーフミラー56の後面を、反射面56Aという。脱着部17にミラー部5が装着されると、画像ユニット7からレンズユニット6に向かう左方向側において、ハーフミラー56の反射面56Aが、光軸97に対して傾斜した状態で装着される。ハーフミラー56は、画像ユニット7から射出された画像光の一部(例えば、50%)を、反射面56Aによって光軸97の延びる方向と交差する後方向に反射させることができる(図13の矢印96参照)。使用者の眼は、ハーフミラー56によって反射された画像光に基づいて、虚像を視認できる。又、ハーフミラー56は、前側から入射した外界の光の一部を、後側に透過させることができる。
 なお、本開示において、上記のハーフミラー56の代わりに、背景の光が透過しない一般的な鏡などの反射部材が用いられてもよい。又、ハーフミラー56の代わりに、プリズムや回折格子のような光路偏向部材が用いられてもよい。
 本実施形態においては、ミラー部5が脱着部17によって表示装置11の筐体12から外される場合と、ミラー部5が筐体12に装着される場合とで、表示装置11の向きが異なる(図1及び図13参照)。本実施形態では、表示装置11の向きを変更するために、異なる連結部材が使用される。
 ミラー部5が表示装置11から外された状態でHMD1が使用される場合、図2に示す連結部材81が用いられ、表示装置11が接続具9に連結される。連結部材81は、第二中心線992が延びる方向と光軸97とが交差するように、表示装置11を連結する。なお、図2等においては、光軸97は1つのみ記載しているが、画像ユニット7から射出される画像の光軸97は、画像ユニット7の範囲内で複数あり、そのうちのいずれかと、第二中心線992が延びる方向とが交差すればよい。例えば、光軸97は、各画素に存在するので、画素数分存在する。
 ミラー部5が表示装置11に装着された状態でHMD1が使用される場合、図13に示す連結部材84が用いられ、表示装置11が接続具9に連結される。図16に示すように、連結部材84は、前後方向に延びる略角柱状の部材である。連結部材84の前後方向の長さは、連結部材81(図2参照)の連結部材81の長さより短い。連結部材84の前端部には、前方に突出する突出部843が設けられている。突出部843が、第二筐体14(図4参照)の図示しない穴部に挿入されることで、連結部材84が表示装置11に保持される。
 連結部材84の後部の右面には、左面視円形状に左方に凹んだ凹部である接続凹部844が設けられている。接続凹部844の中央部には、右方に延びる円筒部845が設けられている。接続凹部844の内面と、円筒部845の外面との間に、第二ボールジョイント3に接続される接続部(図示略)が挿入されることで、第二ボールジョイント3と連結部材84とが接続される(図13参照)。
 図13に示すように、連結部材84は、第二中心線992が延びる方向と光軸97とが同じ方向となるように、表示装置11を連結する。なお、非透過型のHMD1(図1及び図2参照)として使用する場合と、透過型のHMD1(図13参照)として使用する場合とを切り替える場合、連結部材81(図2参照)と連結部材84(図13参照)とのみを交換してもよい。また、連結部材81が接続された表示装置11Aと、連結部材84が接続された表示装置11Bとを1つずつ用意し、表示装置11Aと表示装置11Bとを交換してもよい。加えて、非透過型のHMD1と透過型のHMDとして使用する場合とを切り替える連結部材は、例えばフレキシブルジョイントのように、1自由度以上可動可能な部材で構成されていてもよい。さらに、連結部材として、支軸を中心に回動可能に構成される部材を用いるなどしてもよい。この場合、例えば、図2に示す連結部材81の前端部に、上下方向に延びる支軸を配置し、支軸を中心に表示装置11が回動するようにしてもよい。
 以上のように、本実施形態におけるHMD1が形成される。本実施形態では、接続具9は、第一ボールジョイント2と第二ボールジョイント3とによって移動可能である。これによって、接続具9を伸縮させることなく、使用者の眼前にレンズユニット6の後側の表面67(図4参照)を配置することができる。また、第一中心線991と第二中心線992と接続具9に対して同じ方向側に延びるので、異なる方向に延びる場合に比べて、装着具8に対する表示装置11Aの可動範囲をより広くすることができる。よって、視軸98に対して光軸97が平行となり、かつ、光軸97がレンズユニット6の表面67(図4参照)に直交する構成の表示装置11Aであっても、使用者は、眼前に表示装置11Aを配置し易く、かつ、眼前以外の場所に移動させ易い。よって、使用者の利便性が向上する。
 また、第二中心線992が延びる方向は、光軸97と交差する。本実施形態では、表示装置11Aの可動範囲が広いので、第二中心線992が延びる方向が光軸97と交差する配置であっても、使用者は、眼前に表示装置11Aを配置しやすい。よって、使用者の利便性が向上する。
 また、調節機構4及び操作部材41が設けられ、画像ユニット7からの画像の表示に関する調整を行うことができる。本実施形態においては、操作部材41を介して調節機構4が操作されると、レンズユニット6と画像ユニット7との相対位置が調整される。これによって、視度を調整することができる。表示装置11Aの稼働範囲が広いので、眼前に表示装置11Aを配置し易いのに加え、操作部材41を介して調節機構4を調整することで視度調整することができるので、使用者の利便性が向上する。
 また、HMD1の筐体12は、ミラー部5を着脱可能な脱着部17を備えている。よって、HMD1は、用途に応じて、使用者に、画像ユニット7から出力され、レンズユニット6を通して表示された画像を直接視認させる場合(図1参照)と、ミラー部5を取り付けてハーフミラー56に反射された画像を視認させる場合(図14参照)とを選択させることができる。よって、用途に応じて画像の表示態様が選択できない場合に比べて、利用者の利便性が向上する。
 また、脱着部17によってミラー部5が表示装置11から外される場合、連結部材81は、第二中心線992が延びる方向と光軸97とが交差するように表示装置11を連結する(図2参照)。この構成によって、レンズユニット6の後側の表面67(図4参照)が使用者の眼前に配置されやすくなる(図2参照)。また、脱着部17によってミラー部5が表示装置11に装着される場合、連結部材84は、第二中心線992が延びる方向と光軸97とが同じ方向となるように表示装置を連結する(図13参照)。この構成によって、ミラー部5が表示装置11から外された場合に、ミラー部5、より詳細にはハーフミラー56を使用者の眼前に配置しやすくなる。すなわち、使用者がレンズユニット6の表面67を直接見る場合、及び、ミラー部5を介して画像を見る場合のどちらであっても、画像が表示される部位を使用者の眼前に配置しやすい。よって使用者の利便性が向上する。
 また、脱着部17には、凹部93が設けられているので、ミラー部5のミラー係合部59と凹部93とが係合することで、ミラー部5を位置決めすることができる。また、ミラー部5を係合するための部位が凹部93であるので、ミラー部5を表示装置11から外した場合に、表示装置11から突出しない。このため、ミラー部5を係合する部位が凹部93ではなく、突出部である場合に比べて、使用者が表示装置11における脱着部17の部分を眼に近づけても安全である。
 また、装着具8は、使用者の頭部に沿って装着可能な弧状であり、第一ボールジョイント2は、装着具8によって支持される。このため、弧状の装着具8によってHMD1が頭部に固定され、第一ボールジョイント2の位置も固定される。よって、装着具8が、例えば、帽子のつば部等に装着されるなど、使用者が自由に装着する位置を決定できる場合に比べて、表示装置11の位置が安定し易い。よって、使用者は、眼前に表示装置11を配置し易い。故に、使用者の利便性が向上する。
 上記実施形態において、装着具8は本開示の「装着部」の一例である。表示装置11は本開示の「表示ユニット」の一例である。画像ユニット7は本開示の「画像形成部」の一例である。レンズユニット6は本開示の「表示部」の一例である。接続具9は本開示の「支持部」の一例である。第一ボールジョイント2は本開示の「第一ジョイント」の一例である。第二ボールジョイント3は本開示の「第二ジョイント」の一例である。調節機構4及び操作部材41は本開示の「調節部」の一例である。脱着部17は本開示の「脱着機構」及び「カバー脱着部」の一例である。
 なお、本開示は上記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、HMD1は、装着具8によって使用者の頭部に装着されていたが、これに限定されない。例えば、使用者の帽子に着脱可能な機構を有し、この機構によって使用者の頭部に装着されてもよい。
 また、脱着部17に凹部93が設けられなくてもよい。また、表示装置11にアイキャップ90が着脱できなくてもよい。また、表示装置11にミラー部5が脱着できなくてもよい。脱着部17が設けられなくてもよい。
 本実施形態では、画像ユニット7からの画像の表示に関する調整を行うことができる調整部として、操作部材41及び調節機構4が設けられており、操作部材41及び調節機構4は、レンズユニット6を前後方向に移動させていた。しかし、操作部材41及び調節機構4は、画像ユニット7を前後方向に移動させてもよい。また、操作部材41及び調節機構4は、レンズユニット6及び画像ユニット7のそれぞれを前後方向に移動させ、それぞれの相対位置を変更させてもよい。また、表示装置11が操作部材41及び調節機構4を備えていなくてもよく、レンズユニット6及び画像ユニット7の相対的な位置関係は固定的であってもよい。また、調節機構4及び操作部材41が設けられなくてもよい。また、調整部は、画像ユニット7からの画像の表示に関する調整を行うことができればよく、例えば、画像ユニット7の輝度を調整するものでもよい。また、筐体12の長手方向が、光軸97と平行であったが、筐体12の長手方向が光軸97と交差してもよい。
 また、非透過型HMD1において使用される連結部材81(図1及び図2参照)の形状は限定されない。図17は、連結部材81の変形例である連結部材83である。連結部材83は、非透過型HMD1において使用される。連結部材83は、前後方向に延びる板状部材832を備えている。板状部材832は、表示装置11の第二筐体14(図4参照)の代わりに配置される部材であり、筐体12の一部を形成する。このため、板状部材832の後端部には、脱着部17の一部と、凹部93の一部が形成されている。板状部材832の左面832B側に、第一筐体13(図4参照)が接続され、表示装置11の筐体12を形成する。
 板状部材832の右面832Aの前部には、右方に突出する円筒部834が設けられている。円筒部834の内側中央部には、板状部材832から右方に延びる円筒部835が設けられている。円筒部834の内面と円筒部835の外面と間に、第二ボールジョイント3に接続される接続部(図示略)が挿入されることで、第二ボールジョイント3と連結部材84とが接続される。以上のように、連結部材83が形成される。連結部材83が使用されると、HMD1は、図1及び図2に示す場合と同様に、非透過型のHMD1として機能する。
 また、透過型HMD1において使用される連結部材84(図14参照)の形状は限定されない。図18は、連結部材84の変形例である連結部材85である。連結部材85は、透過型HMD1において使用される。連結部材85は、左右方向に延びる板状部材852を備えている。板状部材852は、表示装置11の第二筐体14の代わりに配置される部材であり、筐体12の一部を形成する。このため、板状部材852の左端部には、脱着部17の一部と、凹部93の一部が形成されている。板状部材852の前面852B側に、第一筐体13(図13参照)が接続され、表示装置11の筐体12を形成する。
 板状部材852の後面852Aの右部には、後方に突出する板部859が設けられている。板部859の後部の右面には、右面視円形状に左方に凹んだ凹部である接続凹部854が設けられている。接続凹部854の中央部には、右方に延びる円筒部855が設けられている。接続凹部854の内面と、円筒部855の外面との間に、第二ボールジョイント3に接続される接続部(図示略)が挿入されることで、第二ボールジョイント3と連結部材84とが接続される。以上のように、連結部材85が形成される。連結部材85が使用されると、HMD1は、図13に示す場合と同様に、非透過型のHMD1として機能する。
1  HMD
2  第一ボールジョイント
3  第二ボールジョイント
4  調節機構
5  ミラー部6  レンズユニット
7  画像ユニット
8  装着具
9  接続具
11,11A,11B  表示装置
12  筐体
17  脱着部
21  第一ボールスタッド
31  第二ボールスタッド
41  操作部材
56  ハーフミラー
59  ミラー係合部
63  レンズ
78  液晶表示装置
81,83,84,85  連結部材
89  光学瞳
90  アイキャップ
93  凹部
97  光軸
98  視軸
 

Claims (8)

  1.  使用者の頭部に装着可能な装着部と、
     画像を表示する表示部を有する表示ユニットと、
     前記表示ユニットに設けられ、前記表示部に表示される画像を形成する画像形成部と、
     前記表示ユニットを支持する支持部と、
     前記装着部と前記支持部とを連結する第一ジョイントと、
     前記支持部と前記表示ユニットとを連結する第二ジョイントと
    を備え、
     前記第一ジョイントの可動領域の中心線である第一中心線と、前記第二ジョイントの可動領域の中心線である第二中心線が、前記支持部に対して同じ方向側に伸び、
     前記画像形成部の光軸と前記表示部における前記画像を射出する表面とは互いに直交し、
     前記表示ユニットは、前記光軸と光学瞳の視軸とが平行となる位置に配置されることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
  2.  前記第二中心線が延びる方向は、前記光軸と交差することを特徴とする請求項1に記載のヘッドマウントディスプレイ。
  3.  前記表示ユニットに設けられ、前記画像形成部からの前記画像の表示に関する調整を行う調整部を備えたことを特徴とする請求項1から2のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
  4.  前記表示ユニットの外装を形成し、長手方向が前記光軸と平行である筐体を備え、
     前記画像形成部からの光を反射する反射面を有するミラー部を脱着可能な脱着機構を前記筐体に備え、
     前記脱着機構は、前記画像形成部から前記表示部に向かう方向側において、前記反射面を、前記光軸に対して傾斜した状態で装着することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
  5.  前記第二ジョイントと前記表示ユニットを連結する連結部材を備え、
     前記脱着機構によって前記ミラー部が前記筐体から外される場合、
     前記連結部材は、前記光軸と前記第二中心線が延びる方向とが交差するように前記表示ユニットを連結し、
     前記脱着機構によって前記ミラー部が前記筐体に装着される場合、
     前記連結部材は、前記光軸と前記第二中心線が延びる方向とが同じ方向となるように前記表示ユニットを連結することを特徴とする請求項4に記載のヘッドマウントディスプレイ。
  6.  前記脱着機構に設けられ、前記ミラー部が有する係合部に係合する凹部を備えたことを特徴とする請求項4又は5に記載のヘッドマウントディスプレイ。
  7.  前記筐体の周囲に配置されて外光を遮ることが可能なカバー部を脱着可能なカバー脱着部を前記筐体に備えたことを特徴とする請求項4から6のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
  8.  前記装着部は、使用者の頭部に沿って装着可能な弧状であり、
     前記第一ジョイントは、前記装着部に支持されることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
     
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