(57)【要約】【課題】デザイン性を損なわないヘッドマウントディスプレイを提供する。【解決手段】本発明のヘッドマウントディスプレイ１は、ディスプレイを含むケース１０と、ディスプレイからの光を使用者の眼に導くと共に、ディスプレイに表示された画像を拡大する自由曲面プリズム２０と、を有する。ケース１０は、眼鏡１００の後方に位置するように、眼鏡１００に取り付けられるようになっており、ケース１０を眼鏡１００の後方に位置するように取り付けた際、前方から見た場合にヘッドマウントディスプレイ１が眼鏡レンズ１０２の後方にほぼ隠れるようになっている。このようなヘッドマウントディスプレイ１によれば、ケース１０を眼鏡１００の後方に装着した際、ヘッドマウントディスプレイ１の大部分が眼鏡１００の前方から見えないようになっているので、ヘッドマウントディスプレイ１が眼鏡からはみ出ることがなく、デザイン性を損なうことがない。【選択図】図１
2008165057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼鏡レンズを有する眼鏡形状の装着部材に取り付けて用いられるヘッドマウントディスプレイであって、
画像を表示する画像表示手段を含む本体と、
少なくともその一部が前記装着部材が使用者に装着されたときに当該使用者の少なくとも一方の眼の前に位置しており、前記画像表示手段からの前記画像を拡大しつつ前記使用者の前記少なくとも一方の眼に導く導光手段と、を有しており、
前記本体は、前記装着部材の後方に、
前記装着部材の前方から見た場合に当該ヘッドマウントディスプレイが前記装着部材にほぼ隠れる位置に取り付けられる、
ヘッドマウントディスプレイ。
【請求項２】
前記導光手段は、
前記画像表示手段から出射される画像を１回以上反射させて、前記装着部材を装着したときの使用者の眼の位置に導くための１以上の反射手段と、
前記画像表示手段から出射される画像を所定の大きさに拡大するための拡大手段と、を備えている、
請求項１記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項３】
前記導光手段は、
前記画像表示手段からの前記画像を拡大する第１レンズと、
前記第１レンズからの拡大された前記画像を所定の方向に反射する第１反射手段と、
前記第１反射手段により反射された画像を他の所定の方向に反射する第２反射手段と、
前記第２反射手段により反射された前記画像を拡大する第２レンズと、を有している、
請求項２記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項４】
前記導光手段は、
前記画像表示手段から出射される画像が入力されたときに、その内部で前記画像を所定の回数反射させるとともに所定の大きさに拡大して、前記装着部材を装着したときの使用者の眼に導く自由曲面プリズムである、
請求項２または３記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項５】
前記自由曲面プリズムは、
第１面、第２面、第３面、および第４面の４つの面を持ち、前記画像表示手段からの光に前記第１面を通過させ、前記第１面を通過させた光を前記第２面で反射させ、前記第２面で反射させた光を前記第３面で反射させ、前記第３面で反射させた光に前記第４面を通過させることで、その内部に導いた光の方向を変化させるとともに、前記画像表示手段に表示された画像を拡大するものである、
請求項４記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項６】
前記本体は、前記本体を前記装着部材の幅方向の略中心に取り付けた場合、前記導光手段が前記装着部材の前記眼鏡レンズの後方に位置するように、前記本体と前記導光手段とが接続されている、
請求項１ないし５のいずれかの項記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項７】
前記画像表示手段は、略矩形に形成されており、
前記本体は、前記画像表示手段の短辺方向が前記装着部材の眼鏡レンズの高さ方向と略並行となるように取り付けられる、
請求項６記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項８】
前記本体は、前記画像表示手段の長辺方向が前記装着部材の眼鏡レンズの幅方向に対して斜めとなるように取り付けられる、
請求項６または７記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項９】
前記画像表示手段を、前記画像の出射方向で進退動させるための画像表示移動手段をさらに有する、
請求項１ないし８のいずれかの項記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１０】
前記導光手段を、前記装着部材の幅方向の中心と、前記装着部材の智部分との間の所定の範囲でスライドさせるための導光移動手段をさらに有する、
請求項６ないし９のいずれかの項記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１１】
前記画像表示手段および前記導光手段による対を２つ有しており、
一方の対の導光手段は、少なくともその一部が前記装着部材が使用者に装着されたときに当該使用者の右眼の前に位置しており、
他方の対の導光手段は、少なくともその一部が前記装着部材が使用者に装着されたときに当該使用者の左眼の前に位置している、
請求項１ないし１０のいずれかの項記載のヘッドマウントディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、眼鏡形状の装着部材に取り付けて使用するヘッドマウントディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、眼鏡に取り付けて使用する小型のヘッドマウントディスプレイが提案されており、バーチャルリアリティをはじめ種々の分野で利用されている。
このようなヘッドマウントディスプレイの構造は種々提案されているが、その中に、自由曲面プリズムを用いるヘッドマウントディスプレイが存在する。自由曲面プリズムは、例えば、第１面、第２面、第３面の３つの面に囲まれた断面略三角形状とされており、その内部で光を２回反射することで、入ってきた光の向きを変え、また、その内部での２回の光の反射と、その内部に光を入れるときと出すときの２回の屈折により入ってきた光の元となった像を拡大するように光を変化させるものとされている。簡単にいうと、自由曲面プリズムは、プリズムとレンズの機能を併せ持ったものである。
このようなヘッドマウントディスプレイは、眼鏡の前方（眼鏡を使用者がかけた際の使用者の体から遠い方）に位置するように取り付けて使用されるものが一般的であるが、眼鏡の後方（眼鏡を使用者がかけた際の使用者の体に近い方）に位置するように取り付けて使用されるものも存在する。
【０００３】
このようなヘッドマウントディスプレイは、画像を表示するディスプレイと、少なくともその一部が当該ヘッドマウントディスプレイの使用時に使用者の少なくとも一方の眼の前に位置するものとされ、ディスプレイからの光を使用者の少なくとも一方の眼に導くと共に、ディスプレイに表示された画像を拡大するプリズムと、を有している。
プリズムは、例えば第１面、第２面、第３面の３つの面を持ち、ディスプレイからの光に第１面を通過させ、第１面を通過させた光を第２面で反射させ、第２面で反射させた光を第３面で反射させ、第３面で反射させた光に第２面を通過させることで、その内部に導いた光の方向を変化させるとともに、ディスプレイに表示された画像を拡大する自由曲面プリズムである。
そして、ディスプレイは、自由曲面プリズムの上または下に位置するように配置されている。
【特許文献１】特開２００１−１３３７２４号公報
【０００４】
しかしながら、このように、ディスプレイが自由曲面プリズムの上または下に位置するように配置されているヘッドマウントディスプレイでは、ヘッドマウントディスプレイを取り付けた眼鏡を使用者がかけた際、ヘッドマウントディスプレイが眼鏡からはみ出してしまうことがあり、デザイン的に優れているとはいえないものとなっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、デザイン性を損なわないヘッドマウントディスプレイを提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明者は、上述の課題を解決すべく、以下の発明を提案する。
【０００７】
本発明は、以下のヘッドマウントディスプレイを提供する。
本発明のヘッドマウントディスプレイは、眼鏡レンズを有する眼鏡形状の装着部材に取り付けて用いられるヘッドマウントディスプレイである。
このヘッドマウントディスプレイは、画像を表示する画像表示手段を含む本体と、少なくともその一部が前記装着部材が使用者に装着されたときに当該使用者の少なくとも一方の眼の前に位置しており、前記画像表示手段からの前記画像を拡大しつつ前記使用者の前記少なくとも一方の眼に導く導光手段と、を有しており、前記本体は、前記装着部材の後方に、前記装着部材の前方から見た場合に当該ヘッドマウントディスプレイが前記装着部材にほぼ隠れる位置に取り付けられる。
このようなヘッドマウントディスプレイによれば、本体を眼鏡の後方に装着した際、当該ヘッドマウントディスプレイの大部分が眼鏡の前方から見えないようになっているので、ヘッドマウントディスプレイが眼鏡からはみ出ることがなく、デザイン性を損なうことがない。
【０００８】
前記導光手段は、前記画像表示手段から出射される画像を１回以上反射させて、前記装着部材を装着したときの使用者の眼の位置に導くための１以上の反射手段と、前記画像表示手段から出射される画像を所定の大きさに拡大するための拡大手段と、を備えているものとすることができる。
【０００９】
例えば、前記導光手段は、前記画像表示手段からの前記画像を拡大する第１レンズと、前記第１レンズからの拡大された前記画像を所定の方向に反射する第１反射手段と、前記第１反射手段により反射された画像を他の所定の方向に反射する第２反射手段と、前記第２反射手段により反射された前記画像を拡大する第２レンズと、を有するものであってもよい。
【００１０】
具体的には、例えば、前記導光手段は、前記画像表示手段から出射される画像が入力されたときに、その内部で前記画像を所定の回数反射させるとともに所定の大きさに拡大して、前記装着部材を装着したときの使用者の眼に導く自由曲面プリズムであるものとすることができる。
【００１１】
前記自由曲面プリズムは、第１面、第２面、第３面、および第４面の４つの面を持ち、前記画像表示手段からの光に前記第１面を通過させ、前記第１面を通過させた光を前記第２面で反射させ、前記第２面で反射させた光を前記第３面で反射させ、前記第３面で反射させた光に前記第４面を通過させることで、その内部に導いた光の方向を変化させるとともに、前記画像表示手段に表示された画像を拡大するものであってもよい。
なお、第１面ないし第４面は、それぞれ連続しない面とされてもよいが、第１面ないし第４面のうちの少なくとも二つの面（例えば第２面と第４面）は、連続する滑らかにつながった一面であってもよい。
【００１２】
前記本体は、前記本体を前記装着部材の幅方向の略中心に取り付けた場合、前記導光手段が前記装着部材の前記眼鏡レンズの後方に位置するように、前記本体と前記導光手段とが接続されているものとすることができる。
【００１３】
具体的には、前記画像表示手段は、略矩形に形成されており、前記本体は、前記画像表示手段の短辺方向が前記装着部材の眼鏡レンズの高さ方向と略並行となるように取り付けられていてもよい。
上述したような従来のヘッドマウントディスプレイでは、その本体を眼鏡の内側に装着した際、ディスプレイと自由曲面プリズムとが眼鏡のレンズの高さ方向に隣り合うように設けられているので、ヘッドマウントディスプレイ全体として、眼鏡のレンズの高さ方向に伸びる形状のものとなっている。一方、通常、眼鏡のレンズは、その高さよりも幅の方が長い形状のものとなっているので、その本体を眼鏡の内側に装着した際、ヘッドマウントディスプレイが眼鏡からはみ出してしまっていた。
これに対して、本願のヘッドマウントディスプレイの本体は、眼鏡形状の装着部材の幅方向の略中心に取り付けることができるようになっており、眼鏡形状の装着部材の後方に位置するように、本体を眼鏡形状の装着部材に取り付けた際、導光手段は、眼鏡形状の装着部材のレンズの後方に位置するようになっており、ヘッドマウントディスプレイ全体の形状が、眼鏡レンズの幅方向に伸びる形状のものとなっているので、その本体を眼鏡の後方に位置するように装着した際、ヘッドマウントディスプレイが眼鏡からはみ出ないようにすることができる。
また、本願のヘッドマウントディスプレイは、ヘッドマウントディスプレイ全体の形状として眼鏡のレンズの幅方向に伸びる形状のものであり、使用者の上下方向（左右方向）の視野全体を遮るものではないので、導光手段に表示された画像を見ている状態であっても、導光手段の周囲は多少ぼやけてはいるが見えた状態となる。よって、視線を導光手段に向けている状態でも簡単な作業を行うことができ、便利である。また、視線を導光手段に向けている状態でも足元を見ることができ、安全である。さらに、視線を導光手段から外せば、周囲をより良く見ることができるようになる。
【００１４】
前記本体は、前記画像表示手段の長辺方向が前記装着部材の眼鏡レンズの幅方向に対して斜めとなるように取り付けられていてもよい。このように取り付けられていれば、ヘッドマウントディスプレイが眼鏡の後方に位置するように取り付けられた場合における、ヘッドマウントディスプレイの前後方向の厚みを薄くすることができ、よりデザイン性に優れたものとすることができる。
【００１５】
前記画像表示手段を、前記画像の出射方向で進退動させるための画像表示移動手段をさらに有していてもよい。
このような画像表示移動手段を有していれば、画像表示手段から導光手段への画像の出射方向を変化させないように（画像表示手段から導光手段への光の方向、すなわち光軸がずれることなく）、導光手段に対して画像表示手段を近づけたり遠ざけたりすることができる。すなわち、使用者の視力に合った画像を表示することができるように調整することができる。
【００１６】
前記導光手段を、前記装着部材の幅方向の中心と、前記装着部材の智部分との間の所定の範囲でスライドさせるための導光移動手段をさらに有していてもよい。
このような導光移動手段を有していれば、画像表示手段の位置を使用者毎の眼の位置に適した場所に動かすことができ、画像表示手段の位置を適宜調整することができる。
【００１７】
画像表示手段および導光手段は、それぞれ１つだけ設けられていてもよいが、２つずつ設けられていてもよい。すなわち、前記画像表示手段および前記導光手段による対を２つ有しており、一方の対の導光手段は、少なくともその一部が前記装着部材が使用者に装着されたときに当該使用者の右眼の前に位置しており、他方の対の導光手段は、少なくともその一部が前記装着部材が使用者に装着されたときに当該使用者の左眼の前に位置していてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、デザイン性を損なわないヘッドマウントディスプレイを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
この実施形態におけるヘッドマウントディスプレイ１は、図１に示すように、装着部材の一例としての眼鏡１００に取り付けて用いられる。
ヘッドマウントディスプレイ１は、眼鏡１００の後方に取り付けられるようになっている。
【００２１】
眼鏡１００は、眼鏡フレーム１０１に眼鏡レンズ１０２が嵌め込まれた、通常の眼鏡と同様の構成である。眼鏡フレーム１０１は、左右のつる１０３と、左右のリム１０４と、左右のリム１０４をつなぐブリッジ１０５と、を備えている。左右のつる１０３はそれぞれ左右のリム１０４にヒンジ接続されており、つる１０３をリム１０４に対して平行になるような向きで折り畳めるようになっている。つる１０３の先端を使用者の両耳にそれぞれ係止するか、あるいは２本のつる１０３により使用者の頭部を挟み込むことで、使用者の頭部に眼鏡１００が固定される。
【００２２】
この実施形態では、ヘッドマウントディスプレイ１が眼鏡１００の後方に位置するために、つる１０３の長さが通常の眼鏡フレームよりも長めになっている。また、つる１０３の先端は使用者の耳に係止し易いように形成されてもよいが、直線状であるほうが、ヘッドマウントディスプレイ１の有無に関わらず使用者の使用感が変わらない。
【００２３】
ヘッドマウントディスプレイ１は、ディスプレイを内部に有するケース１０と、ケース１０に可動部１６を介して接続される左右の自由曲面プリズム２０と、ケース１０に接続されるノーズパッド３０と、を備えている。
ケース１０は、眼鏡１００のブリッジ１０５に、眼鏡１００の後方に位置するように取り付けられる。自由曲面プリズム２０は、使用者が眼鏡１００を装着したときに使用者から見てケース１０の幅方向に並ぶように、ケース１０に接続される。ノーズパッド３０は、ケース１０のさらに後方に位置するように取り付けられ、装着時に使用者の鼻にあてることで装着時のメガネ１００のずれを防止する。ディスプレイに表示される画像は、自由曲面プリズム２０により所定の倍率で拡大されて、自由曲面プリズム２０から後方に出力される。後方に出力された画像は、眼鏡１００を装着した使用者の眼に入ることになる。
【００２４】
ヘッドマウントディスプレイ１は、図２に示すようにして、眼鏡１００に取り付けられる。眼鏡１００のブリッジ１０５には、第１取付部材４０が形成されている。この実施形態では、第１取付部材４０が、ブリッジ１０５に接続される第１軸部４０ａおよび第１軸部４０ａの先端に設けられる第１ボール部４０ｂにより構成される。第１取付部材４０は、眼鏡１００と一体に形成されていてもよいが、眼鏡１００として汎用の眼鏡フレームを使用することを可能にするために、接着剤等で眼鏡１００に取り付けできるように、眼鏡１００とは別部材として形成する方がよい。
【００２５】
ヘッドマウントディスプレイ１のケース１０には、眼鏡１００側の面に第１嵌合孔１０ａが形成されている。眼鏡１００への取り付け時には、第１嵌合孔１０ａに第１取付部材４０の第１ボール部４０ｂが嵌合される、いわゆるボールジョイントになる。
【００２６】
またケース１０の第１嵌合孔１０ａが設けられる面とは反対側の面に、第１取付部材４０と同じ構成、大きさの第２取付部材５０が形成されている。第２取付部材５０は、ケース１０に接続される第２軸部５０ａおよび第２軸部５０ａの先端に設けられる第２ボール部５０ｂにより構成される。第２取付部材５０は、ケース１０と一体に形成されていてもよいが、接着剤等でケース１０に取り付けるようにしてもよい。
【００２７】
ノーズパッド３０のケース１０に接続される部分には、第２嵌合孔３０ａが形成されている。第２嵌合孔３０ａは、第１嵌合孔１０ａと同じ大きさである。ケース１０への取り付け時には、第２嵌合孔３０ａに第２取付部材５０の第２ボール部５０ｂが嵌合される、いわゆるボールジョイントになる。
【００２８】
第１取付部材４０と第２取付部材５０、第１嵌合孔１０ａと第２嵌合孔３０ａは、それぞれ同じ形状、大きさで形成される。そのために、第１取付部材４０の第１ボール部４０ｂを第２嵌合孔３０ａに嵌合することも可能である。これにより、ケース１０、可動部１６、および自由曲面プリズム２０を除いて、ノーズパッド３０のみを眼鏡１００に直接取り付けて、通常の眼鏡フレームとして用いることも可能である。
【００２９】
以下、ヘッドマウントディスプレイ１の各部材の構成について、詳しく説明する。
ケース１０は、略矩形の中空のものである。ケース１０は、必ずしもそうである必要はないが、本実施形態では樹脂製である。図３に、ケース１０の上面図を示す。
【００３０】
このケース１０の上面には、視度を調整するための視度調整つまみ１２と、自由曲面プリズム２０の位置を調整するためのプリズム位置調整つまみ１３とが設けられている。
【００３１】
視度調整つまみ１２は、これを操作することで、ケース１０内部のディスプレイを画像の出射方向（光軸方向）に進退動させるものである。本実施形態では、左右の眼のそれぞれの視度を調整できるように２つ設けられている。
【００３２】
プリズム位置調整つまみ１３は、これを操作することで、ケース１０に対する自由曲面プリズム２０の位置を所定の範囲で移動させるものである。プリズム位置調整つまみ１３の近傍には眼盛りが設けてあり、プリズム位置調整つまみ１３の操作量に対する自由曲面プリズム２０の移動量が直感的にわかるようになっている。
【００３３】
図４は、ケース１０の内部を示す、ケース１０を上面からみた一部断面図である。
ケース１０の内部には、視度調整つまみ１２と、視度調整板１１と、ディスプレイ１４と、制御基板１５と、視度調整つまみ１２、視度調整板１１、ディスプレイ１４および制御基板１５を内包し自由曲面プリズム２０に連結される可動部１６と、ピニオン部１７とが設けられている。
本実施形態においては、可動部１６および自由曲面プリズム２０は２つずつ設けられているものとして説明するが、必ずしもそうである必要はなく、１つずつ設けられていてもよい。つまり、両眼用の他に、右眼あるいは左眼の一方にのみ用いられる構成であってもよい。
【００３４】
ディスプレイ１４は、画像を表示するものであり、この実施形態では、矩形の液晶ディスプレイとされている。このディスプレイ１４は、本実施形態では、ケース１０を眼鏡１００に取り付けた際、その短辺方向が眼鏡レンズ１０２の高さ方向と略並行となり、眼鏡レンズ１０２の幅方向に対して斜めとなるように、可動部１６に取り付けられている。
【００３５】
制御基板１５は、ディスプレイ１４に表示される画像を制御するものである。制御基板１５は、画像を表示するためのデータをディスプレイ１４に送り、ディスプレイ１４に適切な画像を表示させる。制御基板１５は、図示しない外部装置から画像についてのデータを受けてそれをディスプレイ１４に表示させる。制御基板１５は、図示しない外部装置から有線または無線により画像についてのデータを受け取るようになっている。
【００３６】
外部装置には、例えば、ハードディスクプレイヤ、ＤＶＤプレイヤ、テレビジョン放送用のチューナ、パーソナルコンピュータ、携帯電話、コンピュータゲームを実行するためのゲーム装置、画像処理機能を有したＭＰ３プレイヤなどを用いることができる。
【００３７】
可動部１６は、その軸方向がディスプレイ１４に表示される画像の光軸方向と略並行となる角度に配置されており、ディスプレイ１４が画像を表示した場合、その画像についての光が自由曲面プリズム２０に送られるように、自由曲面プリズム２０を支持する。
この可動部１６は、ケース１０を眼鏡１００に取り付ける際に眼鏡１００と向かい合う面と略並行に伸びるラック部１６ａを有している。各ラック部１６ａは、ピニオン部１７に向いている面に歯が形成されている。
【００３８】
ピニオン部１７は、プリズム位置調整つまみ１３と連結されており、プリズム位置調整つまみ１３が回転するとピニオン部１７も回転する。ピニオン部１７は、円柱形をしており、側面に円柱の軸方向に平行な歯が形成されている。ピニオン部１７の歯とラック部１６ａの歯は、噛み合うようになっておりピニオン部１７の回転に応じて、ラック部１６ａが移動する。
すなわち、図５に示すように、プリズム位置調整つまみ１３を左向きに回転させると、ラック部１６ａの基端がピニオン部１７から離れて、２つの可動部１６が離れる方向にスライドする。逆に、プリズム位置調整つまみ１３を右向きに回転させると、ラック部１６ａの基端がピニオン部１７に近づき、２つの可動部１６が近づく方向にスライドすることになる。可動部１６と自由曲面プリズム２０は連結されているので、このような可動部１６のスライドに伴って、自由曲面プリズム２０も同様にスライドする。このように、プリズム位置調整つまみ１３を回転させることで、ケース１０を眼鏡１００に取り付けた際、可動部１６に取り付けられた自由曲面プリズム２０を眼鏡１００の幅方向に（ブリッジ１０５と眼鏡１００の智部分との間の所定の範囲で）スライドさせることができるようになっている。自由曲面プリズム２０がスライドすることで、自由曲面プリズム２０から出力される画像の位置もスライドする。これにより、使用者の眼の位置に、画像が出力される位置を合わせることができる。
なお、ピニオン部１７は、プリズム位置調整つまみ１３と一体的に構成されていてもよい。ラック部１６ａおよびピニオン部１７により、自由曲面プリズム２０をブリッジ１０５と智との間でスライドさせる移動機構を構成している。
【００３９】
可動部１６に内包される視度調整つまみ１２および視度調整板１１とは、ディスプレイ１４から自由曲面プリズム２０までの距離を変動させて使用者の視度に合わせた画像を提供するための調整機構を構成する。
【００４０】
図６は、可動部１６を拡大して調整機構を詳細に説明するための図である。図７は、調整機構の動作を説明するための図である。
視度調整つまみ１２は、ケース１０の外部に突出する頭部に溝が形成されており、中程がクランク状に折れ曲がったクランク部１２ａを有する構成になっている。頭部の溝に平板を差し込んで回転させると、クランク部１２ａが回転中心の周りを回転する。
視度調整板１１は、一辺が制御基板１５に接続されており、該一辺に対向する辺の近傍に、該一辺の延びる方向に長辺が設けられた、面取りされた矩形状の調整穴１１ａが設けられる。調整穴１１ａには、視度調整つまみ１２のクランク部１２ａが貫通して設けられる。調整穴１１ａの短辺は、このクランク部１２ａの大きさに応じた長さで形成される。
【００４１】
図７の状態で視度調整つまみ１２を回転させると、クランク部１２ａが回転中心の周りを回転する。調整穴１１ａはクランク部１２ａが貫通しているので、クランク部１２ａが回転すると、その動きに応じて制御基板１５の方向へ付勢される。そのために、視度調整板１１は制御基板１５を付勢する方向に移動する。制御基板１５が移動するためにディスプレイ１４が自由曲面プリズム２０の方向へ移動する。ディスプレイ１４と自由曲面プリズム２０との間の距離が可変になることで、視度を調整することができる。
視度調整つまみ１２は回転するので、視度調整板１１の動きはピストン状になる。そのために、ディスプレイ１４が動きすぎて自由曲面プリズム２０に衝突し、お互いが破損することはない。
使用者は、使用時に視度調整つまみ１２を回転させてディスプレイ１４の位置を自身の眼の視度に最適な位置に調整することができる。
【００４２】
図８は、自由曲面プリズム２０による導光路を説明する図である。自由曲面プリズム２０は、ディスプレイ１４からの光を使用者の少なくとも一方の眼に導くと共に、ディスプレイ１４に表示された画像を拡大するものである。
【００４３】
自由曲面プリズム２０は、それぞれ自由曲面である第１面Ｓ１、第２面Ｓ２、第３面Ｓ３という３つの面を備えた断面略三角形状に構成される。
【００４４】
第１面Ｓ１は、ディスプレイ１４に臨まされており、ディスプレイ１４に表示された画像についてのディスプレイ１４からの光を通過させて自由曲面プリズム２０の内部に導く。ディスプレイ１４からの光は、第１面Ｓ１を通過するときに屈折しディスプレイ１４に表示された画像が拡大されるように変化する。
【００４５】
第２面Ｓ２は、第１面Ｓ１を通過した光を反射（通常は全反射である。）するようにされている。第１面Ｓ１を通過した光は、第２面Ｓ２で反射されることによりその方向を大きく変え、また、ディスプレイ１４に表示された画像が拡大されるように変化する。第２面Ｓ２は、また、第３面Ｓ３で反射された光を通過させる。これについては、後述する。
【００４６】
第３面Ｓ３は、第２面Ｓ２で反射された光を反射させるようになっている。第２面Ｓ２で反射された光は、第３面Ｓ３で反射されることによりその方向を大きく変え、また、ディスプレイ１４に表示された画像が拡大されるように変化する。なお、第３面Ｓ３で行われる反射は、全反射であっても、金属による反射であっても構わない。第３面Ｓ３で行われる反射が全反射である場合には、第２面Ｓ２で反射された光が第３面Ｓ３に至る場合の入射角が全反射角以下となるように第３面Ｓ３の曲面が設計される。第３面Ｓ３で行われる反射が金属による反射である場合には、第３面Ｓ３の外側に、金属が、例えば蒸着によって付着されている。なお第３面Ｓ３の外側に、金属を付着させる代わりに、誘電体多層膜を形成することができる。この場合の反射は、誘電体多層膜によりなされる。
【００４７】
上述したように第３面Ｓ３で反射された光は、第２面Ｓ２に再び向かい、第２面Ｓ２を通過する。第２面Ｓ２を通過する光は、第２面Ｓ２を通過するときに屈折しディスプレイ１４に表示された画像が拡大されるように変化する。ディスプレイ１４に表示された画像は、図９に示すように、自由曲面プリズム２０の点線部分に表示されることとなる。
以上のような自由曲面プリズム２０は、ケース１０を眼鏡１００に取り付けた際、少なくともその一部がヘッドマウントディスプレイ１の使用時に使用者の少なくとも一方の眼の前に位置するものとされ、ディスプレイ１４からの光を使用者の眼に出射するように、ケース１０に接続されている。
具体的には、自由曲面プリズム２０は、ケース１０を眼鏡１００に取り付けた際、ケース１０と高さ方向に隣接するように配置されるのではなく、ケース１０と幅方向に隣接するように配置される。すなわち、ヘッドマウントディスプレイ１全体の形状は、眼鏡１００の幅方向に伸びる形状となっている。
【００４８】
図１０ａ、図１０ｂは、それぞれヘッドマウントディスプレイ１を取り付けた状態の眼鏡１００を前方（眼鏡１００を使用者がかけた際の使用者の体から遠い方）から見た状態を示す図である。
これらの図に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１を取り付けた状態の眼鏡１００を前方から見た場合、ヘッドマウントディスプレイ１は、眼鏡レンズ１０２の後方にほぼ隠れるようになる。
よって、本実施形態のヘッドマウントディスプレイ１によれば、ヘッドマウントディスプレイ１全体の形状が眼鏡レンズ１０２の幅方向に伸びる形状のものとなっているため、ケース１０を眼鏡１００の後方に装着した際、ヘッドマウントディスプレイ１の大部分が眼鏡１００の前方から見えないようにすることができる。すなわち、ヘッドマウントディスプレイ１を眼鏡１００からはみ出ないように取り付けることができ、デザイン性を損なうことがない。
また、本実施形態のヘッドマウントディスプレイ１は、ヘッドマウントディスプレイ１全体の形状として眼鏡レンズ１０２の幅方向に伸びる形状のものであり、使用者の上下方向（左右方向）の視野全体を遮るものではないので、自由曲面プリズム２０に表示された画像を見ている状態であっても、自由曲面プリズム２０の周囲は多少ぼやけてはいるが見えた状態となる。よって、視線を自由曲面プリズム２０に向けている状態でも簡単な作業を行うことができ、便利である。また、視線を自由曲面プリズム２０に向けている状態でも足元を見ることができ、安全である。さらに、視線を自由曲面プリズム２０から外せば、周囲をより良く見ることができるようになる。
【００４９】
次に、このヘッドマウントディスプレイ１の使用方法について説明する。
このヘッドマウントディスプレイ１を使用するには、ヘッドマウントディスプレイ１を取り付けた状態の眼鏡１００を使用者の頭部へ固定する。ヘッドマウントディスプレイ１を取り付けた状態の眼鏡１００の使用者の頭部への固定は、上述したように、眼鏡１００のつる１０３を、使用者の耳へ係止するか、眼鏡１００のつる１０３で使用者の頭部を挟み込むことで行う。
【００５０】
この状態で使用者は、上記の外部装置を操作して、ヘッドマウントディスプレイ１で表示すべき画像についてのデータを、ヘッドマウントディスプレイ１に入力する。
制御基板１５は、画像についてのデータによりディスプレイ１４に画像を表示する。
ディスプレイ１４に表示された画像の光は、ディスプレイ１４から出て、自由曲面プリズム２０の第１面Ｓ１に入力される。自由曲面プリズム２０内では、光が図８に示すようにして第２面Ｓ２から出射される。
出射されたその光により、使用者は、両眼で、適当な大きさに拡大された画像を見ることになる。
この際、使用者は、視度調整つまみ１２を回転させることで、ディスプレイ１４から自由曲面プリズム２０への光の方向を変化させないように（光軸がずれることなく）、自由曲面プリズム２０に対してディスプレイ１４を近づけたり遠ざけたりすることができる。すなわち、ディスプレイ１４を画像の出射方向で進退動させることができる。これにより、使用者の視力に合った画像を表示することができるように調整することができる。
また、使用者は、プリズム位置調整つまみ１３を回転させることで、ディスプレイ１４の位置を使用者毎の眼の位置に適した場所に動かすことができ、ディスプレイ１４の位置を適宜調整することができる。
また、使用者は、図示しないイヤホンを耳に着用することにより、画像に併せた音を聴くことができる。
【００５１】
なお、ケース１０は、本実施形態では、眼鏡１００のブリッジ１０５の中心に取り付けられるものとして記載したが、ケース１０は、眼鏡１００の後方に位置するようにして眼鏡１００に取り付けられていればよく、ケース１０は、眼鏡１００の他の部分に取り付けられるようにしてもよい。また、ケース１０を眼鏡１００のいずれかの部分に係止する係止部材が前方から見えても構わない。
【００５２】
また、本発明の導光手段として、本実施形態では、断面略三角形状とされている自由曲面プリズム２０を使用して説明したが、少なくともその一部がヘッドマウントディスプレイ１の使用時に使用者の少なくとも一方の眼の前に位置するものとされ、ディスプレイ１４からの光を使用者の少なくとも一方の眼に導くと共に、ディスプレイ１４に表示された画像を拡大するようになっていれば、どのようなものを用いても構わない。
例えば、第１面、第２面、第３面、および第４面の４つの面を持ち、ディスプレイ１４からの光に第１面を通過させ、第１面を通過させた光を第２面で反射させ、第２面で反射させた光を第３面で反射させ、第３面で反射させた光に第４面を通過させることで、その内部に導いた光の方向を変化させるとともに、ディスプレイ１４に表示された画像を拡大する自由曲面プリズムであってもよい。
第１面ないし第４面は、それぞれ連続しない面であってもよいが、第１面ないし第４面のうちの少なくとも二つの面が、連続する滑らかにつながった一面であってもよい。なお、本実施形態では、第２面と第４面が連続する滑らかにつながった一面とされている。
【００５３】
具体的には、導光手段は、図１１に示すように、ディスプレイ１４からの画像を拡大する第１レンズ７１と、第１レンズ７１からの光を反射させ、その光の方向を変化させる第１反射鏡７２と、第１反射鏡７２により反射された光を反射させ、その光の方向を変化させる第２反射鏡７３と、第２反射鏡７３からの光を透過するとともに、画像を拡大する第２レンズ７４と、を有しているものとしてもよい。反射の回数および画像をどの程度拡大するかは、ディスプレイ１４と使用者の眼の位置などにより決まる。
【００５４】
また、導光手段は、図１２に示すように、自由曲面プリズム２０と、レンズ７５またはレンズ７６の少なくとも一方と、を備えているものとしてもよい。レンズ７５およびレンズ７６は、ディスプレイ１４に表示された画像を拡大するためのものである。これらのレンズ７５、７６は、板状のレンズであるものとして説明するが、これに限られず、部分的に屈折率を変えるレンズとして機能するものであれば、どのようなものであってもよい。
レンズ７５は、ディスプレイ１４と自由曲面プリズム２０の第１面Ｓ１との間のいずれかの位置に取り付けられており、ディスプレイ１４からの光が、レンズ７５を介して、自由曲面プリズム２０の第１面Ｓ１に入力されるようになっている。レンズ７５を通過する光は、その通過時に屈折し、ディスプレイ１４に表示された画像が拡大されるように変化する。すなわち、このようなレンズ７５により、自由曲面プリズム２０に入射される前に、ディスプレイ１４に表示された画像を拡大することができる。
レンズ７６は、自由曲面プリズム２０の第２面Ｓ２の外側に貼り付けられており、自由曲面プリズム２０の第２面Ｓ２から出射されたディスプレイ１４からの光が、レンズ７６を介して、使用者の眼に出射されるようになっている。レンズ７６を通過する光は、その通過時に屈折し、ディスプレイ１４に表示された画像が拡大されるように変化する。すなわち、このようなレンズ７６により、自由曲面プリズム２０から出射されたディスプレイ１４に表示された画像を、適切な大きさに拡大して、使用者の眼に出射することができる。
【００５５】
また、本実施形態では、ケース１０は、視度を調整する視度調整つまみ１２と、自由曲面プリズム２０の位置を調整するプリズム位置調整つまみ１３とを有するような構成となっているが、これらは必須ではなく、これらを有しないような構成とすることもできる。
【００５６】
また、以上のヘッドマウントディスプレイ１が取り付けられる眼鏡１００は、本実施形態では市販の眼鏡であるものとして記載するが、このような市販の眼鏡ではなく、ヘッドマウントディスプレイ１に専用の眼鏡であってもよい。例えば、イヤホンが眼鏡のつるに内蔵してある眼鏡としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施形態のヘッドマウントディスプレイを眼鏡に取り付けた状態を示す図。
【図２】本実施形態のヘッドマウントディスプレイと、眼鏡とを示す図。
【図３】ケースの上面図。
【図４】本実施形態のケースの構成を示す一部断面図。
【図５】移動機構の動作説明図。
【図６】調整機構の詳細な構成図。
【図７】調整機構の動作説明図。
【図８】自由曲面プリズム内の導光路の説明図。
【図９】本実施形態のヘッドマウントディスプレイを後方から見た図。
【図１０ａ】本実施形態のヘッドマウントディスプレイを取り付けた状態の眼鏡を前方から見た図。
【図１０ｂ】本実施形態のヘッドマウントディスプレイを取り付けた状態の眼鏡を前方から見た図。
【図１１】本発明の自由曲面プリズムの変形例を示す図。
【図１２】本発明の自由曲面プリズムの変形例を示す図。
【符号の説明】
【００５８】
１  ヘッドマウントディスプレイ
１０  ケース
１０ａ  第１嵌合孔
１１  視度調整板
１１ａ  調整穴
１２  視度調整つまみ
１３  プリズム位置調整つまみ
１４  ディスプレイ
１５  制御基板
１６  可動部
１６ａ  ラック部
１７  ピニオン部
２０  自由曲面プリズム
３０  ノーズパッド
３０ａ  第２嵌合孔
４０  第１取付部材
５０  第２取付部材
７５，７６  レンズ
【図１】
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【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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