(57)【要約】【課題】外界の像に対する表示画像の重畳位置を変更した場合でも、ユーザが表示画像の全体を適切に視認することを可能とする。【解決手段】ユーザの頭部に装着される装着部と、表示画像を形成する光を前記ユーザの眼球に出射する光学部と、前記装着部に前記光学部を回動可能に取り付ける回動機構と、を備え、前記回動機構は、前記ユーザの眼球の双方を通過する仮想的な軸線を中心として前記光学部を回動させる、ウェアラブル表示装置。【選択図】図６
2020194096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの頭部に装着される装着部と、
表示画像を形成する光を前記ユーザの眼球に出射する光学部と、
前記装着部に前記光学部を回動可能に取り付ける回動機構と、
を備え、
前記回動機構は、前記ユーザの眼球の双方を通過する仮想的な軸線を中心として前記光学部を回動させる、ウェアラブル表示装置。
【請求項２】
前記光学部は、前記表示画像を形成する光を前記ユーザの左右の眼球のそれぞれに出射する、請求項１に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項３】
前記回動機構は、前記光学部の、前記ユーザの左右の眼球にそれぞれ対応する領域の間に設けられる、請求項２に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項４】
前記回動機構は、前記光学部を前記ユーザの頭部に対して上下方向に回動させる、請求項１に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項５】
前記回動機構は、前記装着部に対する前記光学部の回動位置を固定する固定機構をさらに含む、請求項１に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項６】
前記表示画像を形成する光を生成する光生成部をさらに備え、
前記光学部は、前記表示画像を形成する光を前記光生成部から前記眼球への出射位置まで導光する導光板を含む、請求項１に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項７】
前記回動機構は、固定リンクが前記装着部に取り付けられ、中間リンクが前記光学部に取り付けられた四節リンクである、請求項１に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項８】
前記固定リンクの一端又は他端は、駆動リンク又は従動リンクによって、前記中間リンクの一端又は他端と連結される、請求項７に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項９】
前記駆動リンクは、前記従動リンクと同じ長さである、請求項８に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項１０】
前記固定リンクの一端は、前記固定リンクの一端と連結された前記中間リンクの一端の上限位置と、下限位置とを結ぶ線分の垂直二等分線上に設けられる、請求項７に記載のウェアラブル表示装置。
【請求項１１】
前記回動機構は、円弧形状に沿って互いに摺動するスライダ機構である、請求項１に記載のウェアラブル表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ウェアラブル表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ユーザの頭部等に装着されるウェアラブル表示装置の開発が進められている。ウェアラブル表示装置は、表示画像を外界の像に重畳してユーザに視認させることができるため、様々な分野での活用が期待されている。
【０００３】
このようなウェアラブル表示装置では、例えば、下記の特許文献１に開示されるように、虚像光学系を用いることで表示画像を拡大虚像としてユーザに視認させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１６８２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
虚像光学系を用いたウェアラブル表示装置では、ユーザが表示画像の虚像全体を視認可能な範囲は、表示面に対して特定の三次元領域（アイボックスとも称される）に限られる。したがって、虚像光学系を用いたウェアラブル表示装置では、表示面に対するユーザの眼球の相対位置が変化した場合に、アイボックスからユーザの眼球が外れることで、ユーザが表示画像の一部を視認できなくなってしまうことがあった。
【０００６】
一方で、ウェアラブル表示装置を装着したユーザには、外界の像の視認性を向上させる等の理由で、外界の像に対する表示画像の重畳位置を変更したいという要望がある。しかしながら、外界の像に対する表示画像の重畳位置を変更した場合、表示面に対するユーザの眼球の相対位置が変化し、ユーザが表示画像の全体を視認することができなくなる可能性があり得る。
【０００７】
そこで、本開示では、外界の像に対する表示画像の重畳位置を変更した場合でも、ユーザが表示画像の全体を適切に視認することを可能とする、新規かつ改良されたウェアラブル表示装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示によれば、ユーザの頭部に装着される装着部と、表示画像を形成する光を前記ユーザの眼球に出射する光学部と、前記装着部に前記光学部を回動可能に取り付ける回動機構と、を備え、前記回動機構は、前記ユーザの眼球の双方を通過する仮想的な軸線を中心として前記光学部を回動させる、ウェアラブル表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ウェアラブル表示装置を上方から視認した様態を示す模式図である。
【図２】ウェアラブル表示装置を装着したユーザを正面から視認した様態を示す模式図である。
【図３】ウェアラブル表示装置を側方から視認した様態を示す模式図である。
【図４】光学部、及び光生成部にて構成される虚像光学系を説明する模式図である。
【図５】光学部及びアイボックスと、ユーザの眼球との関係を説明する模式図である。
【図６】本開示の第１の実施形態に係るウェアラブル表示装置の装着部、及び画像表示装置を抽出して示す模式図である。
【図７Ａ】図６で示した構成例において、画像表示装置を回動させた際の動きを示す模式図である。
【図７Ｂ】図６で示した構成例において、画像表示装置を回動させた際の動きを示す模式図である。
【図８】回動機構を構成する四節リンクの自由端及び固定端の設定方法を説明する模式図である。
【図９Ａ】図８にて示した方法で設定された回動機構を上下方向に回動させた状態を説明する模式図である。
【図９Ｂ】図８にて示した方法で設定された回動機構を上下方向に回動させた状態を説明する模式図である。
【図１０Ａ】回動機構の第１の具体例を示す模式図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示す回動機構に含まれる固定機構を拡大して示す模式図である。
【図１１Ａ】回動機構の第２の具体例を示す模式図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示す回動機構に含まれる固定機構を拡大して示す模式図である。
【図１２】第２の実施形態に係るウェアラブル表示装置の光学部、及び回動機構を抽出して示す模式図である。
【図１３Ａ】回動機構の第１の具体例を示す模式図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａに示す回動機構の第２スライド部を第１スライド部側から見た模式図である。
【図１３Ｃ】図１３Ａに示す回動機構をＡ−Ａ線で切断した断面を示す模式図である。
【図１４Ａ】回動機構の第２の具体例を示す模式図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａに示す回動機構の第２スライド部を第１スライド部側から見た模式図である。
【図１４Ｃ】図１４Ａに示す回動機構をＢ−Ｂ線で切断した断面を示す模式図である。
【図１５】実オブジェクトに対応する位置に仮想オブジェクトを表示するウェアラブル表示装置に本開示に係る技術を適用した場合の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１１】
なお、以下の説明にて参照する各図面では、説明の便宜上、一部の構成部材の大きさを誇張して表現している場合がある。したがって、各図面において図示される構成部材同士の相対的な大きさは、必ずしも実際の構成部材同士の大小関係を正確に表現するものではない。
【００１２】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．ウェアラブル表示装置
１．１．装置構成
１．２．虚像光学系
１．３．アイボックス
２．第１の実施形態
２．１．構成例
２．２．具体例
３．第２の実施形態
３．１．構成例
３．２．具体例
４．応用例
【００１３】
＜１．ウェアラブル表示装置＞
（１．１．装置構成）
まず、図１〜図３を参照して、本開示に係る技術が適用されるウェアラブル表示装置の装置構成について説明する。図１は、ウェアラブル表示装置を上方から視認した様態を示す模式図である。図２は、ウェアラブル表示装置を装着したユーザを正面から視認した様態を示す模式図である。図３は、ウェアラブル表示装置を側方から視認した様態を示す模式図である。
【００１４】
図１〜図３に示すように、ウェアラブル表示装置１は、例えば、眼鏡のフレームと同様の形状にてユーザ２０の頭部に装着される装着部１０と、取り付け部材４０を介して装着部１０に取り付けられる画像表示装置１００と、を備える。
【００１５】
画像表示装置１００は、ユーザ２０の左右の眼球２１の各々に対向する領域に配置される平板状の光学部１２０と、ユーザ２０の左右の眼球２１の各々に出射する光を生成する光生成部１１１Ｌ、１１１Ｒ（左右を区別しない場合は、まとめて光生成部１１１とも称する）と、を備える。
【００１６】
光生成部１１１Ｌ、１１１Ｒは、ユーザ２０の眼球２１に出射されることで虚像として表示画像を形成する光を生成する。光生成部１１１Ｌ、１１１Ｒにて生成された光は、光学部１２０によってユーザ２０の眼球２１と対向する位置に導光された後、ユーザ２０の左右の眼球２１の各々に出射される。
【００１７】
具体的には、光生成部１１１Ｌにて生成された光は、光学部１２０によってユーザ２０の左の眼球２１と対向する位置に導光され、ユーザ２０の左の眼球２１に出射される。一方、光生成部１１１Ｒにて生成された光は、光学部１２０によってユーザ２０の右の眼球２１と対向する位置に導光され、ユーザ２０の右の眼球２１に出射される。光生成部１１１Ｌ、１１１Ｒは、単色の表示画像を形成する単色の光を生成してもよく、フルカラーの表示画像を形成する少なくとも三色以上の光を生成してもよい。
【００１８】
光学部１２０は、例えば、導光板及び偏向手段によって構成され、光生成部１１１Ｌ、１１１Ｒが生成した光をユーザ２０の眼球２１と対向する位置に導光し、ユーザ２０の左右の眼球２１の各々に出射する。光学部１２０は、ユーザ２０が光学部１２０を介して外界の像を確認することが可能な半透過（シースルー）型の表示面として形成されてもよく、非透過型の表示面として形成されてもよい。
【００１９】
装着部１０は、ユーザ２０の頭部の正面に配置されるフロント部１１と、フロント部１１の両端から延伸し、蝶番１２を介してフロント部１１と回動可能に設けられた２つのテンプル部１３と、テンプル部１３のフロント部１１と接続する一端と対向する他端に設けられたモダン部１４と、を備える。また、ユーザ２０の左右の眼球２１の間のフロント部１１には、取り付け部材４０が設けられ、取り付け部材４０には、ユーザ２０の鼻に当接する鼻パッド８０がさらに設けられる。
【００２０】
フロント部１１、鼻パッド８０、蝶番１２、テンプル部１３、及びモダン部１４は、通常の眼鏡と略同じ構造及び材質で形成されていてもよい。例えば、フロント部１１、鼻パッド８０、蝶番１２、テンプル部１３、及びモダン部１４は、それぞれ金属又は合成樹脂等にて形成されていてもよい。
【００２１】
ウェアラブル表示装置１にて表示される画像の信号は、テンプル部１３、及びモダン部１４の内部を介して制御装置１８と接続する配線１５によって、光生成部１１１Ｌ、１１１Ｒに入力される。配線１５には、例えば、信号線及び電源線が含まれ得る。
【００２２】
また、ウェアラブル表示装置１が音声出力機能を備える場合、ウェアラブル表示装置１は、ヘッドフォン用配線１７と、ヘッドフォン部１６と、を備えてもよい。ヘッドフォン用配線１７は、モダン部１４からそれぞれ延伸して設けられ、制御装置１８にて生成された音声信号をヘッドフォン部１６に入力する。ヘッドフォン部１６は、ヘッドフォン用配線１７の先端に設けられ、入力された音声信号を音声として再生する。
【００２３】
図１〜図３では、本開示に係る技術が適用されるウェアラブル表示装置１として、眼鏡型の表示装置を示したが、本開示に係る技術が適用されるウェアラブル表示装置は、かかる例示に限定されない。ウェアラブル表示装置１は、虚像光学系を用いてユーザ２０に表示画像を視認させる表示装置であれば、いかなる様態であってもよい。例えば、ウェアラブル表示装置１は、頭部を覆うようなヘッドマウント型のウェアラブル表示装置であってもよく、片眼鏡（モノクル）型の単眼式ウェアラブル表示装置であってもよい。
【００２４】
（１．２．虚像光学系）
次に、図４を参照して、ウェアラブル表示装置１にて用いられる虚像光学系について説明する。図４は、光学部１２０、及び光生成部１１１にて構成される虚像光学系を説明する模式図である。
【００２５】
図４に示すように、光生成部１１１は、液晶表示装置１５１と、偏光ビームスプリッタ１５２と、光源１５３と、コリメート光学系１１２と、を備える。
【００２６】
液晶表示装置１５１は、二次元マトリクス状に複数の画素を配列させた表示装置であり、ライトバルブとして機能する。光源１５３は、発光ダイオード等の無偏光の光を発する光源であり、偏光ビームスプリッタ１５２は、入射した光の一部の偏光を透過させ、入射した光の残りの偏光を反射する光学部材である。
【００２７】
具体的には、光源１５３から出射された無偏光の光は、まず、偏光ビームスプリッタ１５２に入射する。ここで、光源１５３から出射された光のうちＰ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ１５２を通過することで、系外に出射される。一方、光源１５３から出射された光のうちＳ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ１５２にて反射されることで、液晶表示装置１５１に導かれる。液晶表示装置１５１に入射した光は、液晶表示装置１５１の内部で反射されることで、液晶表示装置１５１から出射される。液晶表示装置１５１から出射した光は、再度、偏光ビームスプリッタ１５２に入射する。ここで、液晶表示装置１５１から出射した光のうち白色を表示する画素から出射した光は、Ｐ偏光成分を多く含むため、偏光ビームスプリッタ１５２を通過し、コリメート光学系１１２に出射される。一方、黒色を表示する画素から出射した光は、Ｓ偏光成分を多く含むため、偏光ビームスプリッタ１５２にて反射されることで、光源１５３に戻される。
【００２８】
コリメート光学系１１２は、偏光ビームスプリッタ１５２から入射された光を平行光に変換する。コリメート光学系１１２は、凸レンズ、凹レンズ、自由曲面プリズム、又はホログラムレンズを単独又は複数組み合わせることで構成することが可能である。コリメート光学系１１２を通過し、平行光に変換された光は、光学部１２０に入射する。
【００２９】
光学部１２０は、第１偏向手段１３０と、導光板１２１と、第２偏向手段１４０と、を備える。導光板１２１は、導光板１２１の軸線と平行に延伸する２つの平行面を有する光学部材である。導光板１２１は、例えば、石英ガラス等の光学ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、又は非晶質のポリプロピレン樹脂等の透明な部材で形成することができる。第１偏向手段１３０は、例えば、１層の光反射膜で構成されることで、反射鏡として機能する。第２偏向手段１４０は、例えば、積層構造を有する光反射多層膜にて構成され、半透過鏡として機能する。
【００３０】
これによれば、コリメート光学系１１２から光学部１２０に入射された平行光は、第１偏向手段１３０にて反射された後、導光板１２１の２つの平行面の間を全反射することで、導光される。導光板１２１を導光された光は、第２偏向手段１４０にて複数回反射されることで、導光板１２１から平行光の状態でユーザ２０の眼球２１に出射される。したがって、光学部１２０、及び光生成部１１１にて構成される虚像光学系は、液晶表示装置１５１に表示された画像を虚像としてユーザ２０に視認させることができる。
【００３１】
また、光学部１２０は、ホログラムレンズ等のレンズで構成されていてもよい。ホログラムレンズなどのレンズを光学部１２０として使用する場合、光学部１２０は、レンズによって光を偏光することにより、ユーザ２０の眼球２１に光を出射することができる。
【００３２】
なお、図４で示す構成は、虚像光学系を実現する一例である。光学部１２０、及び光生成部１１１は、虚像光学系を構成することができれば、いかなる構成であってもよい。
【００３３】
（１．３．アイボックス）
続いて、図５を参照して、虚像光学系にて生じるアイボックスについて説明する。図５は、光学部１２０及びアイボックスＥｂと、ユーザ２０の眼球２１との関係を説明する模式図である。
【００３４】
図５に示すように、虚像光学系では、光学部１２０から出射される光の特性に応じて、ユーザ２０が表示画像の虚像をすべて視認可能な三次元領域であるアイボックスＥｂが形成される。眼球２１がアイボックスＥｂの範囲に存在する場合、ユーザ２０は、表示画像の虚像をすべて視認することが可能であるが、眼球２１がアイボックスＥｂの範囲から外れた場合、ユーザ２０は、一部の画角で表示画像を視認できなくなってしまう。
【００３５】
特に、アイボックスＥｂは、光学部１２０から略円錐形状に形成されるため、ユーザ２０の眼球２１と、光学部１２０との相対位置が変化した場合、ユーザ２０は、一部の画角で表示画像を視認できなくなる可能性があり得る。
【００３６】
例えば、回動可能な蝶番構造の取り付け部材４０で装着部１０に光学部１２０を取り付けたウェアラブル表示装置では、ユーザ２０の視界における表示画像の位置を変えるために、光学部１２０を装着部１０に対して回動させた場合、アイボックスＥｂと、ユーザ２０の眼球２１との相対位置が変化してしまう。
【００３７】
具体的には、装着部１０に対して光学部１２０が略直角に取り付けられた状態にて、ユーザ２０の眼球２１がアイボックスＥｂに入っていたとする。ここで、表示画像の位置をユーザ２０の視界の下側に移動させるために、装着部１０に対して光学部１２０を眼球２１側に回動させた場合、アイボックスＥｂは、ユーザ２０の眼球２１の上側に移動してしまう。また、表示画像の位置をユーザ２０の視界の上側に移動させるために、装着部１０に対して光学部１２０を眼球２１側と反対側に回動させた場合、アイボックスＥｂは、ユーザ２０の眼球２１の下側に移動してしまう。
【００３８】
このような事情から、ユーザ２０の視界における表示画像の位置を変化させる際に、ユーザ２０の眼球２１がアイボックスＥｂから外れないように、眼球２１と光学部１２０との位置関係を制御する技術が求められている。
【００３９】
ユーザ２０の視界における表示画像の位置を変化させる動機としては、以下の動機を例示することができる。例えば、外界で放映される映画等に対して、ウェアラブル表示装置に表示される字幕を重畳させる場合、ウェアラブル表示装置に表示される字幕を映画のスクリーンの上側又は下側のいずれに重畳させるかを選択したいという動機が考えられる。また、外界の風景に対して、ウェアラブル表示装置に表示される目的地までの経路ナビゲーションを重畳させる場合、ウェアラブル表示装置に表示されるナビゲーションを下方の道路側又は上方の空中のいずれかに重畳させるかを選択したいという動機が考えられる。
【００４０】
したがって、本開示に係る技術は、上記の事情を鑑みて想到されたものである。本開示に係る技術は、ユーザ２０の眼球２１の双方を通過する仮想的な軸線を中心として、装着部１０と、光学部１２０とを回動させるものである。例えば、仮想的な軸線は、ユーザ２０の眼球２１の双方の中心を通過する軸線であってもよい。または、仮想的な軸線は、ウェアラブル表示装置１がユーザ２０の頭部に装着されることによって決定されるユーザ２０の両眼を通過する軸線であってもよい。これによれば、本開示に係る技術が適用されたウェアラブル表示装置１は、光学部１２０を回動させた場合に生じる光学部１２０と、ユーザ２０の眼球２１との相対位置の変化を抑制することができる。したがって、本開示に係る技術が適用されたウェアラブル表示装置１は、ユーザ２０の眼球２１がアイボックスＥｂから外れてしまうことを抑制することができる。
【００４１】
＜２．第１の実施形態＞
（２．１．構成例）
まず、図６〜図７Ｂを参照して、本開示に係る技術を実現する第１の実施形態の構成例について説明する。図６は、第１の実施形態に係るウェアラブル表示装置１の装着部１０、及び画像表示装置１００を抽出して示す模式図である。図７Ａ及び図７Ｂは、図６で示した構成例において、画像表示装置１００を回動させた際の動きを示す模式図である。
【００４２】
図６に示すように、第１の実施形態に係るウェアラブル表示装置１では、光学部１２０は、取り付け部材４０及び装着部１０に回動機構４１を介して回動可能に取り付けられる。
【００４３】
回動機構４１は、ユーザ２０の眼球２１の双方を通過する仮想的な軸線を中心として光学部１２０を回動させる機構である。すなわち、回動機構４１は、蝶番等に例示されるような機構内部に回動の中心軸を有する回動機構ではなく、機構外部に回動の中心軸を有する回動機構である。また、回動機構４１は、ウェアラブル表示装置１がユーザ２０に装着されるときに、ユーザ２０の眼球２１の双方の中間位置から前方に配置される、取り付け部材４０に支持される。例えば、回動機構４１は、ユーザ２０の左右の眼球２１の各々と対向する領域の間の光学部１２０の中央部分に設けられる。これによれば、回動機構４１は、１つの機構にて光学部１２０の全体を回動させることができる。
【００４４】
第１の実施形態では、回動機構４１は、ユーザ２０の左右の眼球２１を結ぶ方向に幅を有する平板状のリンクにて構成される四節リンクである。具体的には、回動機構４１は、駆動リンク又は従動リンクとして機能し、互いに対向する２つの平板状のリンクで、取り付け部材４０に設けられた固定リンクと、光学部１２０（中間リンクとして機能する）とを連結した構造を有する。互いに対向する２つの平板状のリンクは、ヒンジ等の機構によって、取り付け部材４０の固定リンク、及び光学部１２０と互いに回動可能に結合される。四節リンクで構成される回動機構４１は、より小型かつより簡易な構造によって、ユーザ２０の眼球２１の双方を通過する仮想的な軸線を中心として光学部１２０を回動させることが可能である。
【００４５】
例えば、回動機構４１は、ユーザ２０の左右視界に干渉しないように、ユーザ２０の左右の眼球２１を結ぶ方向（すなわち、ユーザ２０の頭部における左右方向）の大きさが２０ｍｍ以下となるように構成されてもよい。また、回動機構４１は、光学部１２０の大きさの範囲内に収まるように、ユーザ２０の頭部における上下方向の大きさが２０ｍｍ以下となるように構成されてもよい。さらに、回動機構４１は、ユーザ２０の頭部とウェアラブル表示装置１とのクリアランスを確保するためには、取り付け部材４０と光学部１２０との距離がより小さくなるように構成されてもよい。例えば、ウェアラブル表示装置１のアイレリーフが２０ｍｍの光学設計である場合、ユーザ２０の頭部とウェアラブル表示装置１とのクリアランスを１０ｍｍ確保するために、回動機構４１は、取り付け部材４０と光学部１２０との距離が１０ｍｍとなるように構成されてもよい。
【００４６】
回動機構４１による光学部１２０の回動角度の範囲は、ウェアラブル表示装置１の仕様に応じて適宜設定することが可能である。例えば、回動機構４１による光学部１２０の回動角度の範囲は、ユーザ２０の頭部に対して上下方向にそれぞれ１０度ずつ、合計２０度の範囲としてもよい。
【００４７】
このような四節リンクにて構成される回動機構４１によれば、ウェアラブル表示装置１は、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、ユーザ２０の頭部を貫通する仮想的な軸線にて、光学部１２０を回動させることが可能になる。これによれば、ウェアラブル表示装置１は、ユーザ２０の頭部に対して上下方向に光学部１２０の位置及び角度を連動して変動させることができるため、ユーザ２０の眼球２１と、光学部１２０との相対位置の変化を抑制することができる。したがって、ウェアラブル表示装置１は、光学部１２０を回動させてユーザ２０の視界における表示画像の位置を変化させた場合でも、ユーザ２０の眼球２１がアイボックスＥｂから外れることを抑制することができる。
【００４８】
続いて、図８〜図９Ｂを参照して、回動機構４１を構成する四節リンクの各リンクの長さの設定方法について説明する。第１の実施形態では、回動機構４１を構成する四節リンクの各リンクの長さを適切に設定することで、ユーザ２０の左右の眼球のより中心に近い位置を通過する軸線を回動中心として光学部１２０を回動させることが可能である。図８は、回動機構４１を構成する四節リンクの自由端及び固定端の設定方法を説明する模式図である。図９Ａ及び図９Ｂは、図８にて示した方法で設定された回動機構４１を上下方向に回動させた状態を説明する模式図である。
【００４９】
図８に示すように、回動機構４１を構成する四節リンクにおいて、中間リンクである光学部１２０側の端部（自由端とも称する）の位置をＴＭ、ＢＭと定義し、取り付け部材４０側の固定リンクの端部（固定端とも称する）の位置をＦ１、Ｆ２と定義する。
【００５０】
次に、光学部１２０の回動角度の範囲を設定し、回動角度の範囲の上限における光学部１２０側の自由端の位置ＴＵ、ＢＵと、回動角度の範囲の下限における光学部１２０側の自由端の位置ＴＤ、ＢＤと、を設定する。このとき、回動角度の範囲の上限及び下限における光学部１２０の位置は、それぞれ回動角度が０度の時の光学部１２０の位置から、ユーザ２０の眼球２１の中心ＥＣを通過する軸線を中心として回動させた位置にて設定する。
【００５１】
ここで、取り付け部材４０側の一方の固定端の位置Ｆ１は、光学部１２０の一方の自由端の上限位置ＴＵ、及び下限位置ＴＤを結ぶ線分の垂直二等分線と取り付け部材４０を延伸する直線との交点にて設定される。同様に、取り付け部材４０側の他方の固定端の位置Ｆ２は、光学部１２０の他方の自由端の上限位置ＢＵ、及び下限位置ＢＤを結ぶ線分の垂直二等分線と取り付け部材４０を延伸する直線との交点にて設定される。
【００５２】
なお、図８で示す例では、光学部１２０の回動角度の範囲は、ユーザ２０の頭部に対して上下方向にそれぞれ１０度ずつの同じ値であるため、回動機構４１を構成する四節リンクの構造は、上下方向に対称となる。具体的には、自由端の位置ＴＭ、及び固定端の位置Ｆ１と、自由端の位置ＢＭ、及び固定端の位置Ｆ２とは、互いに対称となり、中間リンクと、固定リンクとを連結する駆動リンク及び従動リンクの長さは同じとなる。
【００５３】
仮に、光学部１２０の回動角度の範囲がユーザ２０の頭部に対して上下方向に非対称である場合には、回動機構４１を構成する四節リンクの構造は、上下方向に非対称となり得る。このような場合でも、上述した設定方法を用いることにより、ウェアラブル表示装置１は、回動機構４１を構成する四節リンクの各リンクの長さを適切に設定することが可能である。
【００５４】
上述した方法により、２つの自由端、及び２つの固定端を設定した四節リンクでは、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、駆動リンク及び従動リンクを駆動させることによって、中間リンクとして機能する光学部１２０がユーザ２０の眼球２１の中心ＥＣを中心として回動するようになる。このような場合、光学部１２０から円錐形状に形成されるアイボックスＥｂは、常に頂点がユーザ２０の眼球２１の中心ＥＣに向かうように形成される。したがって、四節リンクで構成された回動機構４１は、光学部１２０を回動させた場合でも、ユーザ２０の眼球２１がアイボックスＥｂから外れないようにすることができる。
【００５５】
（２．２．具体例）
（第１の具体例）
続いて、図１０Ａ及び図１０Ｂを参照して、回動機構４１の第１の具体例について説明する。図１０Ａは、回動機構４１の第１の具体例を示す模式図であり、図１０Ｂは、図１０Ａに示す回動機構４１に含まれる固定機構を拡大して示す模式図である。
【００５６】
図１０Ａに示すように、回動機構４１を構成する四節リンクは、取り付け部材４０側に取り付けられる固定リンク４１Ａと、中間リンクとして機能する光学部１２０と、光学部１２０及び固定リンク４１Ａを回動可能に連結する駆動又は従動リンク４１Ｂ、４１Ｃと、にて構成される。なお、固定リンク４１Ａ、駆動又は従動リンク４１Ｂ、４１Ｃは、それぞれ平板形状にて設けられる。
【００５７】
ここで、図１０Ｂに示すように、第１の具体例では、回動機構４１は、取り付け部材４０に対する光学部１２０の回動位置を固定させるための固定機構を含んで構成される。具体的には、回動機構４１では、四節リンクの各リンクを互いに回動可能に結合するヒンジのうち少なくとも１つ以上は、トルクを発生可能なトルクヒンジとして構成される。
【００５８】
トルクヒンジは、軸部４１１に板ばね部４１２を巻き付けることで構成されるヒンジである。トルクヒンジは、ヒンジの回動に伴って板ばね部４１２と軸部４１１との間に摩擦抵抗を発生させることができるため、ヒンジの回動に対する操作荷重を発生させることができる。例えば、光学部１２０の重量が１００ｇである場合、トルクヒンジの操作荷重を３Ｎとすることで、ユーザ２０の日常的な動作によって光学部１２０の回動位置が変動しないように光学部１２０の回動位置を固定することができる。
【００５９】
第１の具体例によれば、回動機構４１は、ユーザ２０の眼球２１に対する光学部１２０の回動位置をユーザ２０の日常的な動作では変動しないように固定することができるため、ユーザ２０に対するウェアラブル表示装置１の利便性を向上させることができる。
【００６０】
（第２の具体例）
続いて、図１１Ａ及び図１１Ｂを参照して、回動機構４１の第２の具体例について説明する。図１１Ａは、回動機構４１の第２の具体例を示す模式図であり、図１１Ｂは、図１１Ａに示す回動機構４１に含まれる固定機構を拡大して示す模式図である。
【００６１】
図１１Ａに示すように、回動機構４１を構成する四節リンクは、取り付け部材４０側に取り付けられる固定リンク４１Ａと、中間リンクとして機能する光学部１２０と、光学部１２０及び固定リンク４１Ａを回動可能に連結する駆動又は従動リンク４１Ｂ、４１Ｃと、にて構成される。なお、固定リンク４１Ａ、駆動又は従動リンク４１Ｂ、４１Ｃは、それぞれ平板形状にて設けられる。
【００６２】
ここで、図１１Ｂに示すように、第２の具体例では、回動機構４１は、取り付け部材４０に対する光学部１２０の回動位置を固定させるための固定機構を含んで構成される。具体的には、回動機構４１では、四節リンクの各リンクを互いに回動可能に結合させるヒンジのうち少なくとも１つ以上は、クリックポジション構造にて構成される。
【００６３】
クリックポジション構造とは、連続的に形成された複数の凹部を備える凹構造部４１５と、該複数の凹部の１つと嵌合する１つの凸部を備える押し当て部４１６と、によって構成される。具体的には、凹構造部４１５は、駆動又は従動リンク４１Ｃの回動軸周りに設けられ、押し当て部４１６は、凹構造部４１５の凹部の１つと嵌合する凸部を有するように固定リンク４１Ａ側に設けられる。
【００６４】
押し当て部４１６は、板ばね等の弾性力を用いて凸部を凹構造部４１５の凹部に押し当てることによって、駆動又は従動リンク４１Ｃと、固定リンク４１Ａとの間に凸部及び凹部の嵌合による摩擦抵抗を発生させることができる。クリックポジション構造は、ヒンジの回動に対する操作荷重となるトルクを発生させることができる。例えば、光学部１２０の重量が１００ｇである場合、クリックポジション構造の操作荷重を３Ｎとすることで、ユーザ２０の日常的な動作によって光学部１２０の回動位置が変動しないように光学部１２０の回動位置を固定することができる。
【００６５】
また、クリックポジション構造では、固定リンク４１Ａと、駆動又は従動リンク４１Ｂ、４１Ｃとの回動に伴って、押し当て部４１６の凸部は、凹構造部４１５に設けられた複数の凹部の各々と次々に嵌合することになる。これによれば、クリックポジション構造は、複数段階に分けて固定リンク４１Ａと、駆動又は従動リンク４１Ｃとの回動位置を制御することができる。したがって、ウェアラブル表示装置１は、装着部１０に対する光学部１２０の回動位置を複数段階に分けて制御することができる。
【００６６】
第２の具体例によれば、回動機構４１では、ユーザ２０の眼球２１に対する光学部１２０の回動位置が、ユーザ２０の日常的な動作によって変動しないように固定されるため、ユーザ２０に対するウェアラブル表示装置１の利便性が向上する。
【００６７】
＜３．第２の実施形態＞
（３．１．構成例）
続いて、図１２を参照して、本開示に係る技術を実現する第２の実施形態の構成例について説明する。図１２は、第２の実施形態に係るウェアラブル表示装置１の光学部１２０、及び回動機構４２を抽出して示す模式図である。
【００６８】
図１２に示すように、第２の実施形態に係るウェアラブル表示装置１では、光学部１２０は、図示しない取り付け部材４０及び装着部１０に回動機構４２を介して回動可能に取り付けられる。
【００６９】
第２の実施形態では、回動機構４２は、ユーザ２０の左右の眼球２１の略中心を通過する軸線を回転中心とする曲面を有する円弧スライド機構である。具体的には、回動機構４２は、光学部１２０の背面に摺動可能に設けられたスライド機構であり、ユーザ２０の左右の眼球２１の略中心を通過する軸線を回転中心とする曲面に沿って、光学部１２０を上下方向に回動させることができる。これによれば、円弧スライド機構で構成される回動機構４２は、ユーザ２０の眼球２１の双方を通過する仮想的な軸線を中心とする正確な曲面に沿って、光学部１２０を回動させることが可能である。
【００７０】
例えば、回動機構４２は、ユーザ２０の左右視界に干渉しないように、ユーザ２０の左右の眼球２１を結ぶ方向（すなわち、ユーザ２０の頭部における左右方向）の大きさが２０ｍｍ以下となるように構成されてもよい。また、回動機構４２は、光学部１２０の大きさの範囲内に収まるように、ユーザ２０の頭部における上下方向の大きさが２０ｍｍ以下となるように構成されてもよい。さらに、回動機構４２は、ユーザ２０の頭部とウェアラブル表示装置１とのクリアランスを確保するためには、取り付け部材４０と光学部１２０との距離がより小さくなるように構成されてもよい。例えば、ウェアラブル表示装置１のアイレリーフが２０ｍｍの光学設計である場合、ユーザ２０の頭部とウェアラブル表示装置１とのクリアランスを１０ｍｍ確保するために、回動機構４２は、取り付け部材４０と光学部１２０との距離が１０ｍｍとなるように構成されてもよい。
【００７１】
回動機構４２による光学部１２０の回動角度の範囲は、ウェアラブル表示装置１の仕様に応じて適宜設定することが可能である。例えば、回動機構４２による光学部１２０の回動角度の範囲は、ユーザ２０の頭部に対して上下方向にそれぞれ１０度ずつ、合計２０度の範囲としてもよい。
【００７２】
このような円弧スライド機構にて構成される回動機構４２によれば、ウェアラブル表示装置１は、図１２に示すように、ユーザ２０の左右の眼球２１の略中心を通過する軸線を回転中心とする曲面に沿って光学部１２０を正確に回動させることが可能になる。これによれば、ウェアラブル表示装置１は、光学部１２０の表示面の法線方向が常にユーザ２０の眼球２１の略中心を向くように、光学部１２０を回動させることができる。したがって、ウェアラブル表示装置１は、光学部１２０を回動させてユーザ２０の視界における表示画像の位置を変化させた場合でも、ユーザ２０の眼球２１がアイボックスＥｂから外れないようにすることができる。
【００７３】
（３．２．具体例）
（第１の具体例）
続いて、図１３Ａ〜図１３Ｃを参照して、回動機構４２の第１の具体例について説明する。図１３Ａは、回動機構４２の第１の具体例を示す模式図であり、図１３Ｂは、図１３Ａに示す回動機構４２の第２スライド部４２２を第１スライド部４２１側から見た模式図である。図１３Ｃは、図１３Ａに示す回動機構４２をＡ−Ａ線で切断した断面を示す模式図である。
【００７４】
図１３Ａに示すように、回動機構４２を構成する円弧スライド機構は、第１スライド部４２１と、第２スライド部４２２と、にて構成される。第１スライド部４２１は、ユーザ２０の左右の眼球２１の略中心を通過する軸線を回転中心とする曲面を有し、光学部１２０側に設けられる。また、第２スライド部４２２は、第１スライド部４２１の曲面に沿って摺動可能な構成にて取り付け部材４０側に設けられる。
【００７５】
また、第１の具体例では、回動機構４２は、取り付け部材４０に対する光学部１２０の回動位置を固定させるための固定機構をさらに含んで構成される。具体的には、図１３Ｂ及び図１３Ｃに示すように、第２スライド部４２２の第１スライド部４２１側の面に設けられた開口４２２Ｓの内部には、第１スライド部４２１に押し当てられることで摺動抵抗を発生させる板ばね４２３が設けられる。これによれば、板ばね４２３は、摺動抵抗によって、回動機構４２の回動に対する操作荷重を発生させることができる。例えば、光学部１２０の重量が１００ｇである場合、板ばね４２３の摺動抵抗による操作荷重を３Ｎとすることで、ユーザ２０の日常的な動作によって光学部１２０の回動位置が変動しないようにすることができる。
【００７６】
なお、第１の具体例では、板ばね４２３に替えてゴム等の他の弾性部材を用いて、第１スライド部４２１と、第２スライド部４２２との間に摺動抵抗を発生させてもよい。
【００７７】
第１の具体例によれば、回動機構４２は、ユーザ２０の眼球２１に対する光学部１２０の回動位置をユーザ２０の日常的な動作では変動しないように固定することができるため、ユーザ２０に対するウェアラブル表示装置１の利便性を向上させることができる。
【００７８】
（第２の具体例）
続いて、図１４Ａ〜図１４Ｃを参照して、回動機構４２の第２の具体例について説明する。図１４Ａは、回動機構４２の第２の具体例を示す模式図であり、図１４Ｂは、図１４Ａに示す回動機構４２の第２スライド部４２２を第１スライド部４２１側から見た模式図である。図１４Ｃは、図１４Ａに示す回動機構４２をＢ−Ｂ線で切断した断面を示す模式図である。
【００７９】
図１４Ａに示すように、回動機構４２を構成する円弧スライド機構は、第１スライド部４２１と、第２スライド部４２２と、にて構成される。第１スライド部４２１は、ユーザ２０の左右の眼球２１の略中心を通過する軸線を回転中心とする曲面を有し、光学部１２０側に設けられる。また、第２スライド部４２２は、第１スライド部４２１の曲面に沿って摺動可能な構成にて取り付け部材４０側に設けられる。
【００８０】
また、第２の具体例では、回動機構４２は、取り付け部材４０に対する光学部１２０の回動位置を固定させるための固定機構をさらに含んで構成される。具体的には、図１４Ｂ及び図１４Ｃに示すように、第２スライド部４２２の第１スライド部４２１側の面に設けられた開口４２２Ｓの内部には、第１スライド部４２１に押し当てられる板ばね４２３が設けられる。さらに、板ばね４２３には、第１スライド部４２１に設けられた複数の凹部４２４Ｂの１つと嵌合する凸部４２４Ａが設けられる。すなわち、第２の具体例では、第２スライド部４２２と、第１スライド部４２１と間にクリックポジション構造が形成される。
【００８１】
第１スライド部４２１に設けられた複数の凹部４２４Ｂは、第１スライド部４２１に対する第２スライド部４２２のスライド方向に沿って、所定の間隔を置いて配列される。板ばね４２３に設けられた凸部４２４Ａは、第２スライド部４２２の移動に伴って第１スライド部４２１の複数の凹部４２４Ｂの各々と次々に嵌合することで、複数段階に分けて第１スライド部４２１と、第２スライド部４２２との相対位置を制御することができる。これによれば、ウェアラブル表示装置１は、装着部１０に対する光学部１２０の回動位置を複数段階に分けて制御することができる。
【００８２】
第２の具体例によれば、回動機構４２は、ユーザ２０の眼球２１に対する光学部１２０の回動位置をユーザ２０の日常的な動作では変動しないように固定することができるため、ユーザ２０に対するウェアラブル表示装置１の利便性を向上させることができる。
【００８３】
＜４．応用例＞
さらに、図１５を参照して、本開示に係る技術の応用例について説明する。図１５は、実オブジェクトに対応する位置に仮想オブジェクトを表示するウェアラブル表示装置１Ａに本開示に係る技術を適用した場合の一例を示す説明図である。
【００８４】
図１５に示すように、現実空間に存在する実オブジェクト３００に対して、ウェアラブル表示装置１Ａを介して、実オブジェクト３００に対応する仮想オブジェクト３１０を重畳表示させることを考える。
【００８５】
このような場合、仮想オブジェクト３１０の表示位置は、ウェアラブル表示装置１Ａからの視界における実オブジェクト３００の位置に基づいて制御される。具体的には、仮想オブジェクト３１０の表示位置は、ウェアラブル表示装置１Ａに設けられたセンサ２１０にて検出された実オブジェクト３００と、ウェアラブル表示装置１Ａとの相対的な位置関係に基づいて制御される。したがって、実オブジェクト３００に対応する仮想オブジェクト３１０を重畳表示させる場合、ユーザ２０には、外界の視野に対して、表示画像の表示位置を変更したいという動機は生じにくい。
【００８６】
一方で、図１５に示すような装着部１０と、バイザー２２０とを備えるフルフェイス形状のウェアラブル表示装置１Ａでは、ユーザ２０ごとの頭部形状によってウェアラブル表示装置１Ａの装着向きが変わってしまうことがあり得る。このような場合、ウェアラブル表示装置１Ａの装着向きが下向きになることでユーザ２０の視界の上側が装着部１０によって遮られたり、ウェアラブル表示装置１Ａの装着向きが上向きになることでユーザ２０の視界の下側がバイザー２２０の底面によって遮られたりする可能性がある。
【００８７】
本開示に係る技術によれば、フルフェイス形状のウェアラブル表示装置１Ａであっても、光学部１２０から形成されるアイボックスＥｂと、ユーザ２０の眼球２１との相対的な位置関係を維持したまた、光学部１２０の向きを変更することが可能である。したがって、フルフェイス形状のウェアラブル表示装置１Ａは、ユーザ２０ごとに適切な透過視野（スルー視野ともいう）を提供することが可能である。よって、本開示に係る技術は、フルフェイス形状のウェアラブル表示装置１Ａの装着向きをユーザ２０ごとに適切に調整することに対しても応用することが可能である。
【００８８】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【００８９】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【００９０】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
ユーザの頭部に装着される装着部と、
表示画像を形成する光を前記ユーザの眼球に出射する光学部と、
前記装着部に前記光学部を回動可能に取り付ける回動機構と、
を備え、
前記回動機構は、前記ユーザの眼球の双方を通過する仮想的な軸線を中心として前記光学部を回動させる、ウェアラブル表示装置。
（２）
前記光学部は、前記表示画像を形成する光を前記ユーザの左右の眼球のそれぞれに出射する、前記（１）に記載のウェアラブル表示装置。
（３）
前記回動機構は、前記光学部の、前記ユーザの左右の眼球にそれぞれ対応する領域の間に設けられる、前記（２）に記載のウェアラブル表示装置。
（４）
前記回動機構は、前記光学部を前記ユーザの頭部に対して上下方向に回動させる、前記（１）〜（３）のいずれか一項に記載のウェアラブル表示装置。
（５）
前記回動機構は、前記装着部に対する前記光学部の回動位置を固定する固定機構をさらに含む、前記（１）〜（４）のいずれか一項に記載のウェアラブル表示装置。
（６）
前記表示画像を形成する光を生成する光生成部をさらに備え、
前記光学部は、前記表示画像を形成する光を前記光生成部から前記眼球への出射位置まで導光する導光板を含む、前記（１）〜（５）のいずれか一項に記載のウェアラブル表示装置。
（７）
前記回動機構は、固定リンクが前記装着部に取り付けられ、中間リンクが前記光学部に取り付けられた四節リンクである、前記（１）〜（６）のいずれか一項に記載のウェアラブル表示装置。
（８）
前記固定リンクの一端又は他端は、駆動リンク又は従動リンクによって、前記中間リンクの一端又は他端と連結される、前記（７）に記載のウェアラブル表示装置。
（９）
前記駆動リンクは、前記従動リンクと同じ長さである、前記（８）に記載のウェアラブル表示装置。
（１０）
前記固定リンクの一端は、前記固定リンクの一端と連結された前記中間リンクの一端の上限位置と、下限位置とを結ぶ線分の垂直二等分線上に設けられる、前記（７）〜（９）のいずれか一項に記載のウェアラブル表示装置。
（１１）
前記回動機構は、円弧形状に沿って互いに摺動するスライダ機構である、前記（１）〜（６）のいずれか一項に記載のウェアラブル表示装置。
【符号の説明】
【００９１】
１、１Ａ    ウェアラブル表示装置
１０        装着部
１１        フロント部
１２        蝶番
１３        テンプル部
１４        モダン部
１５        配線
１６        ヘッドフォン部
１７        ヘッドフォン用配線
１８        制御装置
２０        ユーザ
２１        眼球
４０        取り付け部材
４１、４２    回動機構
８０        鼻パッド
１００      画像表示装置
１１１、１１１Ｌ、１１１Ｒ    光生成部
１１２      コリメート光学系
１２０      光学部
１２１      導光板
１３０      第１偏向手段
１４０      第２偏向手段
１５１      液晶表示装置
１５２      偏光ビームスプリッタ
１５３      光源
【図１】
2020194096.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
2020194096.tif 000009
【図７Ｂ】
2020194096.tif 000010
【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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