(57)【要約】【課題】ユーザの眼に画像光を投影する画像表示モジュールを安定に保持する軽量かつ簡易な構造の頭部装着型映像表示装置を提供する。【解決手段】本発明の頭部装着型画像表示装置は、画像光をユーザの眼に投影する画像表示ユニットと、画像表示ユニットがユーザの眼の前方の観察位置に着脱自在に保持されるヘッドバンド部と、を備え、ヘッドバンド部は、第１の幅の薄板が頭囲方向に沿って円弧状に延在する弾性変形可能なヘッドバンド、該ヘッドバンドの少なくとも一端の側面に画像表示ユニットの前記連結部材が固定される連結受け部と、を備え、ヘッドバンドは、両端部及び後頭部にそれぞれ固定用部位を有し、両端部の固定用部位は、第１の幅よりも大きい第２の幅を有してユーザの左右の頬骨の眼窩外側位置に当接し、後頭部の固定用部位は、ユーザの後頭部に当接し、当接した３つの固定用部位を介して、ユーザの頭部に保持される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像光を出射する表示光学系、前記表示光学系から出射された画像光をユーザの眼に投影する接眼光学系、及び前記表示光学系と前記接眼光学系とが収納された筐体を備える画像表示ユニットと、
ユーザの頭部に装着されて前記画像表示ユニットがユーザの眼の前方の観察位置に着脱自在に保持されるヘッドバンド部と、を備え、
前記画像表示ユニットは、前記ヘッドバンド部に当該画像表示ユニットを連結して固定するための連結部材を有し、
前記ヘッドバンド部は、第１の幅の薄板が後頭部から両側頭部に亘る頭囲方向に沿って円弧状に延在する弾性変形可能なヘッドバンドと、該ヘッドバンドの少なくとも一側面に前記画像表示ユニットの前記連結部材が連結される連結受け部と、を備え、
前記ヘッドバンドは、両端部及び後頭部にそれぞれ固定用部位を有し、
前記両端部の固定用部位のそれぞれは、前記第１の幅よりも大きい第２の幅を有してユーザの左右の頬骨の眼窩外側位置に当接し、前記後頭部の固定用部位は、ユーザの後頭部に当接し、前記当接した３つの固定用部位を介して、前記ヘッドバンド部がユーザの頭部に保持されることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項２】
前記ヘッドバンドの両端部の固定用部位のそれぞれは、所定の平面部を有し、
前記それぞれの平面部に対応するヘッドバンドの両端部の下辺部分は、下方に拡張されて前記第２の幅を有することを特徴とする請求項１に記載の頭部装着型画像表示装置。
【請求項３】
前記ヘッドバンド部は、ユーザが眼鏡を装着した状態で、前記ヘッドバンドの両端部のそれぞれの固定用部位が前記眼鏡のテンプルに当接する位置に配置されることを特徴とする請求項２に記載の頭部装着型画像表示装置。
【請求項４】
前記ヘッドバンドの両端部の固定用部位のそれぞれの平面部は、前記ヘッドバンドの頭囲方向に沿った第１組の対辺と、前記拡張された下辺部分に亘る前記ヘッドバンドの頭囲方向に垂直な第２組の対辺とからなる平面であることを特徴とする請求項２に記載の頭部装着型画像表示装置。
【請求項５】
前記画像表示ユニットは、前記ヘッドバンドの両端部の固定用部位のいずれか一方から後頭部の固定用部位の方向に離隔された所望の位置に前記連結受け部を介して連結されて固定されることを特徴とする請求項１に記載の頭部装着型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、頭部装着型画像表示装置に関し、より詳しくは、ユーザの眼に画像光を投影する画像表示ユニットを安定に保持する軽量かつ簡易な構造の頭部装着型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の頭部装着型画像表示装置、いわゆるヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤと記載する）においては、当該装置を頭部に装着するための手段として、例えば、特開２００５−４３７０１号公報には、ヘッドバンドの一端部に、ユーザの側頭部の耳周縁部に当接するパッドを有するベース部材が連結され、このベース部材と、ヘッドバンドの他の端部に配置されたパッド部とでユーザの側頭部を押圧する構造が開示されている。
【０００３】
また、特開２００１−３３０７９４号公報には、ヘッドバンドの両端部にそれぞれ結合して頭部に当接可能に設けた左右の支持部材と、左右の支持部材の頭部に対する位置を調整する左右の調整手段とを有する構造が開示されている。
【０００４】
しかし、上述した従来のＨＭＤの頭部装着機構は、ユーザの眼に画像を投影する画像表示ユニットを高い安定性をもって調節可能に保持するための構成が複雑で、多数の部品及び部材を使用するため、製造コストが上昇し、また、重く、かさばるため、長時間装着して作業を行う用途ではユーザへの負荷が大きいという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−４３７０１号公報
【特許文献２】特開２００１−３３０７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、ユーザの眼に画像光を投影する画像表示モジュールを安定に保持する軽量かつ簡易な構造の頭部装着型映像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による頭部装着型画像表示装置は、画像光を出射する表示光学系、前記表示光学系から出射された画像光をユーザの眼に投影する接眼光学系、及び前記表示光学系と前記接眼光学系とが収納された筐体を備える画像表示ユニットと、ユーザの頭部に装着されて前記画像表示ユニットがユーザの眼の前方の観察位置に着脱自在に保持されるヘッドバンド部と、を備え、前記画像表示ユニットは、前記ヘッドバンド部に当該画像表示ユニットを連結して固定するための連結部材を有し、前記ヘッドバンド部は、第１の幅の薄板が後頭部から両側頭部に亘る頭囲方向に沿って円弧状に延在する弾性変形可能なヘッドバンドと、該ヘッドバンドの少なくとも一側面に前記画像表示ユニットの前記連結部材が連結される連結受け部と、を備え、前記ヘッドバンドは、両端部及び後頭部にそれぞれ固定用部位を有し、前記両端部の固定用部位のそれぞれは、前記第１の幅よりも大きい第２の幅を有してユーザの左右の頬骨の眼窩外側位置に当接し、前記後頭部の固定用部位は、ユーザの後頭部に当接し、前記当接した３つの固定用部位を介して、前記ヘッドバンド部がユーザの頭部に保持されることを特徴とする。
【０００８】
前記ヘッドバンドの両端部の固定用部位のそれぞれは、所定の平面部を有し、前記それぞれの平面部に対応するヘッドバンドの両端部の下辺部分は、下方に拡張されて前記第２の幅を有し得る。
前記ヘッドバンド部は、ユーザが眼鏡を装着した状態で、前記ヘッドバンドの両端部のそれぞれの固定用部位が前記眼鏡のテンプルに当接する位置に配置され得る。
【０００９】
前記ヘッドバンドの両端部の固定用部位のそれぞれの平面部は、前記ヘッドバンドの頭囲方向に沿った第１組の対辺と、前記拡張された下辺部分に亘る前記ヘッドバンドの頭囲方向に垂直な第２組の対辺とからなる平面であり得る。
前記画像表示ユニットは、前記ヘッドバンドの両端部の固定用部位のいずれか一方から後頭部の固定用部位の方向に離隔された所望の位置に前記連結受け部を介して連結されて固定され得る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の頭部装着型画像表示装置によれば、ユーザの頭部に安定して装着可能な簡易な構造の頭部装着型画像表示装置を提供することができる。
また、本発明の頭部装着型画像表示装置によれば、軽量で、製造コストの安い頭部装着型画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態による頭部装着型画像表示装置をユーザが頭部に装着した状態を模式的に示す平面図である。
【図２】図１に示した本発明の一実施形態による頭部装着型画像表示装置の画像表示ユニットの構成を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図３】本発明の一実施形態による頭部装着型画像表示装置の画像表示ユニットをヘッドバンド部に固定する他の例を示す模式図である。
【図４】図１に示した本発明の一実施形態による頭部装着型画像表示装置をユーザが頭部に装着した状態を模式的に示す側面図である。
【図５】本発明の一実施形態による頭部装着型画像表示装置をユーザが頭部に装着した状態のヘッドバンド部の保持位置を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施形態による頭部装着型画像表示装置をユーザが頭部に装着した状態をユーザの前方上方から見下ろした時のヘッドバンド部の保持位置を示す模式図である。
【図７】図５に示したヘッドバンド部の保持位置に対応する頭蓋骨の部位を示す模式図である。
【図８】図６に示したヘッドバンド部の保持位置に対応する頭蓋骨の部位を示す模式図である。
【図９】本発明の一実施形態による頭部装着型画像表示装置を眼鏡をかけたユーザが頭部に装着した状態のヘッドバンド部の保持位置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態による頭部装着型画像表示装置をユーザが頭部に装着した状態を模式的に示す平面図である。
【００１４】
本実施形態による頭部装着型画像表示装置１は、画像データの表示、外部機器とのデータ通信、及び撮影などを行う小型軽量の頭部装着型画像表示装置であって、図１に示すように、画像表示ユニット１００と、画像表示ユニット１００をユーザの眼Ｅの前方の観察位置に保持するヘッドバンド部２００からなる。画像表示ユニット１００は、ヘッドバンド部２００のヘッドバンド２１０の一端側に設けられた連結受け部２２０を介して着脱可能に連結されて固定される。詳しい取り付け方法については後述する。
【００１５】
図２は、図１に示した本発明の一実施形態による頭部装着型画像表示装置の画像表示ユニットの構成を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【００１６】
図２に示すように、画像表示ユニット１００は、第１収納室１０ａ、第２収納室１０ｂ、及び支持部材１１で構成される表示部１０と、表示部１０に連結した筐体２０ａからなる支持部２０とを備える。表示部１０の第１収納室１０ａには、画像データを画像光に変換して出射する表示光学系３０、第２収納室１０ｂには、表示光学系３０で生成された画像光をユーザの眼Ｅに導く接眼光学系４０が収納され、支持部２０の筐体２０ａ内には、画像表示ユニット１００を制御するための電子回路部品が搭載された印刷回路基板３４及びバッテリー３５などが収納される。
【００１７】
第１収納室１０ａに収納される表示光学系３０は、光源３１、集光レンズ３２、画像表示素子３３を備え、図示しないが、その他の光学素子及び画像表示素子の駆動回路などを含み、生成した画像光を接眼光学系４０に向かって出射する。また、第１収納室１０ａには、図示しないが、カメラ部及び各種センサが備えられ、これらの機能モジュールは、支持部２０の筐体２０ａ内に収容された印刷回路基板３４とフレキシブル配線（図示せず）により電気的に接続される
【００１８】
画像表示素子３３は、例えば、光が通過する領域となる各画素がマトリクス状に配置された透過型の液晶表示素子であるＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）で構成される。
【００１９】
光源３１は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各色の光を放射するものであり、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）からなる。なお、光源は、ＲＧＢ一体型のＬＥＤパネルで構成されることが好ましいが、単色光や白色光を放射するものであってもよい。光源３１からの光は、集光レンズ３２を介して集光されて画像表示素子３３に供給される。
【００２０】
なお、表示光学系３０は、上記の構成に限定されるものではなく、反射型の液晶表示素子であるＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）、及び反射板等を組み合わせた構成にすることも可能である。
【００２１】
第２収納室１０ｂ内に配置される接眼光学系４０は、プリズム４１及び接眼レンズ４２から構成され、プリズム４１は、表示光学系３０から入射した画像光の光路Ｌをユーザの眼Ｅの方向に反射する手段として機能する導光部材である。接眼レンズ４２は、正のパワー（屈折力）を持ち、画像光をユーザの眼Ｅに集光する。なお、プリズム４１は、単一のプリズムで構成されるか、または複数プリズムを組み合わせて構成される。本実施形態では、プリズム４１は、入射面に接合された接眼レンズ４２と一体に形成される。
【００２２】
表示部１０の支持部材１１は、上下方向（Ｚ軸方向）に互いに対面する２枚の支持板（１１ａ、１１ｂ）で構成され、両支持板の間には空間が存在する。したがって、支持部材１１によってユーザの視線は遮られない。なお、両支持板（１１ａ、１１ｂ）を補強するために支持部材１１を透明樹脂などの部材で覆うことも可能である。また、本実施形態では、支持部材１１は互いに対面する２枚の支持板（１１ａ、１１ｂ）で形成されるが、これに限定されない。例えば、単一の支持板または支柱で形成され得る。また、この場合、支持板または支柱は透明部材で形成してもよい。なお、第２収納室１０ｂのユーザの眼に対向する面には、ユーザの眼を保護するための透明な弾性部材からなるプロテクト板（図示せず）を配置してもよい。
【００２３】
支持部２０の筐体２０ａ内に収納される印刷回路基板３４には、個別には図示しないが、マイクロプロセッサ、画像処理プロセッサ、フラッシュメモリチップ、メモリモジュール、無線通信用ＬＳＩモジュール、加速度センサ、スピーカー、及び画像表示装置の操作に必要な外部インターフェイスその他のコンポーネントが組み込まれる。
【００２４】
また、支持部２０の筐体２０ａの側面には、画像表示ユニット１００をヘッドバンド部２００に固定するための連結部材２０ｂが設けられる。本実施形態による連結部材２０ｂは、マグネットを備え、ヘッドバンド２１０の一端側に設けられた連結受け部２２０に磁力によって固定される。ヘッドバンド２１０の連結受け部２２０の構成は後述する。
【００２５】
図３は、本発明の一実施形態による頭部装着型画像表示装置の画像表示ユニットをヘッドバンド部に固定する他の例を示す模式図である。
【００２６】
この例では、画像表示ユニット１００に接続されたケーブル２１を連結部材として使用し、ヘッドバンド２１０の連結受け部２２０にスナップ式の留め具（ケーブル・フック）を設けて、ケーブル２１を連結受け部２２０のフックに嵌め込んで固定する。なお、ケーブル２１は、画像表示ユニット１００に別途のコントローラや外部機器を接続するための電気通信ケーブルであって、可撓性チューブで被覆され、図１に示した実施形態の画像表示ユニット１００にも適用し得る。
【００２７】
画像表示ユニット１００をヘッドバンド部２００に固定する方法は、ヘッドバンドの両端部に別個の固定用構造体を付加しない簡易な構成であれば、これらに限定されず、例えば、画像表示ユニット１００の連結部材としてクリップを備え、クリップでヘッドバンド２１０を挟み込んで固定することも可能である。
【００２８】
図４は、図１に示した本発明の一実施形態による頭部装着型画像表示装置をユーザが頭部に装着した状態を模式的に示す側面図である。
【００２９】
図４に示すように、ヘッドバンド２１０には、その一端側に画像表示ユニット１００が、連結部材（図示せず）を介して連結受け部２２０に固定される。
【００３０】
ヘッドバンド部２００は、図１に示すように、ユーザの頭部３０１に装着した状態において、後頭部から両側頭部に亘る頭囲方向に沿って円弧状に延在する弾性変形可能な薄板からなるヘッドバンド２１０と、ヘッドバンドの少なくとも一端側の外方側面に画像表示ユニットを連結して固定するための連結受け部２２０とを備える。
【００３１】
図４に示すように、ヘッドバンド２１０は、後頭部から両側頭部に向かう頭囲方向に沿って、後述する両端部を除き、所定の第１の幅Ｗ１を有する薄板で形成される。ヘッドバンド２１０を構成する薄板は、プラスチック又は金属とプラスチックとの複合板などで構成される。連結受け部２２０は、ヘッドバンド２１０の薄板と一体に形成され、形成された連結受け部２２０内の所定箇所にマグネット又は金属プレート（図示せず）が埋め込まれる。マグネット又は金属プレート（図示せず）を連結受け部２２０に埋め込む方法は、特に限定されないが、接着又はネジ止めなど、周知の方法を適用し得る。
【００３２】
図５は、本発明の一実施形態による頭部装着型画像表示装置をユーザが頭部に装着した状態のヘッドバンド部の保持位置を示す模式図である。図６は、本発明の一実施形態による頭部装着型画像表示装置をユーザが頭部に装着した状態をユーザの前方上方から見下ろした時のヘッドバンド部の保持位置を示す模式図である。図７は、図５に示したヘッドバンド部の保持位置に対応する頭蓋骨の部位を示す模式図であり、図８は、図６に示したヘッドバンド部の保持位置に対応する頭蓋骨の部位を示す模式図である。
【００３３】
ヘッドバンド２１０は、図４、５に示すように、両端部及び後頭部に対向する位置のそれぞれに固定用部位（２１１〜２１３）を有する。固定用部位（２１１〜２１３）は、ユーザの頭部に当接するヘッドバンド２１０の部分（部位）である。
【００３４】
図７、８に示すように、本実施形態によるヘッドバンド部は、ヘッドバンド２１０の両端部の固定用部位（２１１、２１２）を、ユーザの左右の頬骨（３０２、３０３）の眼窩外側位置に当接する。頬骨の眼窩外側の近傍部分は、下顎骨を動かすための咀嚼筋から離れているため、側頭筋に覆われたこめかみ付近に比べて、筋肉の動きの影響が小さく、安定してヘッドバンド部を保持することができる。従来の頭部装着型画像表示装置は、側頭部に当接させるヘッドバンドのパッド部を、耳やこめかみの周辺に配置し、ズレやがたつきを防止するために、クッション性の大型パッドで押圧する構成であったため、装着機構が複雑になり、重く、製造コストが上昇するという問題があった。
【００３５】
これに対し、本実施形態によるヘッドバンド部は、ヘッドバンド２１０の両端部の固定用部位（２１１、２１２）をそれぞれ眼窩外側の頬骨（３０２、３０３）上に載置する形態で当接させ、これらと後頭部に当接する固定用部位２１３との３点支持により、ユーザの頭部に保持される。これらの固定用部位のそれぞれに対応する部分のヘッドバンド２１０の表面に、滑り止め処理を施すか、又は保護シートを貼付することも可能である。しかし、本実施形態によるヘッドバンド部は、ヘッドバンド部を側頭部に固定するために付加的なパッド部等の構造部材を要しないため、構成がシンプルで、安価に製造できるという利点がある。
【００３６】
図４、５に示すように、本実施形態によるヘッドバンド２１０の両端部の固定用部位（２１１、２１２）は、それぞれ所定の平面部を有し、それぞれの平面部に対応するヘッドバンドの下辺部分は、下方に拡張して第１の幅よりも大きい第２の幅Ｗ２を有する。具体的に、ヘッドバンドの両端部の固定用部位のそれぞれの平面部は、ヘッドバンドの頭囲方向に沿った第１組の対辺と、下方に拡張された下辺部分に亘るヘッドバンドの頭囲方向に垂直な第２組の対辺とからなる平面である。
【００３７】
例えば、第１の幅Ｗ１は、１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲であり、第２の幅Ｗ２は、１５ｍｍ〜３５ｍｍの範囲である。また、両端部の固定用部位（２１１、２１２）におけるヘッドバンド２１０の薄板の厚みは、１ｍｍ〜４ｍｍの範囲である。これにより、両端部の固定用部位（２１１、２１２）は、頬骨に備わる段差上の一点で支持されるのではなく、一定の長さの線、すなわち辺で支持されるため、ヘッドバンド部２００を安定して保持するとともに、ユーザの装着感が向上する。なお、後頭部から両側頭部に亘る頭囲方向に沿ったヘッドバンド２１０の全長は、人の頭囲の統計的な値に基づいて設定することができ、両端部の固定用部位の頭囲方向に沿った長さは、ユーザ毎の頭囲の個人差を調整するマージンとなる。両端部の固定用部位の頭囲方向に沿った長さは、それぞれ１０ｍｍ〜４０ｍｍの範囲である。
【００３８】
図９は、本発明の一実施形態による頭部装着型画像表示装置を眼鏡をかけたユーザが頭部に装着した状態のヘッドバンド部の保持位置を示す模式図である。
【００３９】
図９に示すように、本実施形態による頭部装着型画像表示装置は、ユーザが眼鏡をかけた状態で頭部装着型画像表示装置を装着する場合、ヘッドバンド２１０の両端部の固定用部位（２１１、２１２）が、眼鏡のテンプル（つる）４０１に当接して頬骨に備わる段差上に載置される。この時、ヘッドバンド２１０の両端部の固定用部位（２１１、２１２）は、所定の平面部を有するため、眼鏡のテンプル４０１に対し、平面部に対応する部分の眼鏡のテンプル４０１と面接触して当接する。これにより、ヘッドバンド部２００は、後頭部の固定用部位２１３、ユーザが装着する眼鏡フレームのテンプル４０１に当接する両端部の固定用部位、及びユーザの頬骨（３０２、３０３）段差上に載置される両端部の固定用部位の下辺部分を介して、ユーザの頭部に安定して保持される。
【００４０】
また、ヘッドバンド２１０の両端部の固定用部位（２１１、２１２）は、眼鏡のレンズ枠（リム）４０２とモダン４０３との間のテンプル４０１の部分に当接するため、ヘッドバンド２１０が眼鏡のテンプル４０１を押圧する力は、眼鏡のレンズ枠（リム）４０２とモダン４０３に分散して受け止められる。このため、ユーザのこめかみや耳の後方の眼鏡フレーム（モダン）が当たる部分に力が掛からず、ヘッドバンド部２００の装着によるユーザの負荷を軽減することができる。
【００４１】
上述した構成により、本発明の一実施形態による頭部装着型画像表示装置は、ヘッドバンド部を固定するために付加的な機構や部材を要しないため、構造がシンプルで、軽く、安価に製造できるという効果を奏する。また、眼鏡を装着した状態においても、ユーザへの負担が少なく、安定して当該装着を装着することができる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１    頭部装着型画像表示装置
１０    表示部
１０ａ、１０ｂ（第１、第２）収納室
１１    支持部材
１１ａ、１１ｂ    支持板
２０    支持部
２０ａ    筐体
２０ｂ    連結部材
３０    表示光学系
３１    光源
３２    集光レンズ
３３    画像表示素子
３４    印刷回路基板
３５    バッテリー
４０    接眼光学系
４１    プリズム
４２    接眼レンズ
１００    画像表示ユニット
２００    ヘッドバンド部
２１０    ヘッドバンド
２１１、２１２、２１３    固定用部位
２２０    連結受け部
３０１    頭部
３０２、３０３    頬骨
４０１    テンプル（つる）
４０２    レンズ枠（リム）
４０３    モダン
【図１】
2017120336.tif 000003
【図２】
2017120336.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2017120336.tif 000008
【図７】
2017120336.tif 000009
【図８】
2017120336.tif 000010
【図９】
2017120336.tif 000011