(57)【要約】【課題】ヘッドマウントディスプレイ装置は、第１の重心と重量、第２のメガネ着用、第３の装着方法、第４の携帯電話の特殊性、第５の高画素情報の逐次表示が難しいという問題を有する。【解決手段】上記第１から第５の問題を解決するため、画像出力部の映像を、接眼レンズを介して直接両目で見るタイプのヘッドマウントディスプレイ装置に於いて、装着時に容易に外部との情報交換ができる様な構造、ヘッドマウントディスプレイの重量により首に負担がかからない構造、装置外部のモーションキャプチャー装置を利用した画像情報を前記出力部に表示できる様な構造のヘッドマウントディスプレイ装置を提供する。【選択図】 図２１
2017229048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像出力部の映像を、接眼レンズを介して直接両目で見るタイプのヘッドマウントディスプレイ装置に於いて、画像出力部及び接眼レンズ部を有する本体部と、頭部に前記本体部を固定する為の装着部と、前記本体部の重量を頭部後方に分散させるウェイトキャンセラー部を有し、前記本体部と前記ウェイトキャンセラー部はケーブルで結合されており、前記装着部に対して前記ケーブルが独立に移動できることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項２】
前記ケーブルは、頭部に設置されたガイド部に沿って移動可能に配置されており、前記本体部の移動に伴い、前記ウェイトキャンセラー部も移動できる構成であ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装置。
【請求項３】
前記ウェイトキャンセラー部は前記ケーブルが固定されたユニットと、前記ユニットから脱着可能なバッテリーで構成されており、任意に選ばれた前記バッテリーの重量に応じて、前記ユニットの重量を調整する事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装置。
【請求項４】
画像出力部の映像を、接眼レンズを介して直接両眼で見るタイプのヘッドマウントディスプレイ装置に於いて、画像出力部及び接眼レンズ部を有する本体部と、頭部に前記本体部を固定する為の装着部と、前記装着部に固定され、前記本体部が両目の視線上から外れる様に駆動させる駆動部を有することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項５】
前記駆動部は、両目と前記接眼レンズの距離を変化させる伸縮機構と、前記本体部を両眼の前方位置から回転により頭部方向に退避させる回転部と、所定の位置で前記駆動部を固定する固定機構を有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装置。
【請求項６】
前記本体部の画像出力部は、脱着可能であり、形状の異なる画像出力部に対して画像出力部の中心が一致する様に画像出力部の位置を調整する調整機構を有することを特徴とする請求項１及び４に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項７】
画像出力部の映像を、接眼レンズを介して直接両眼で見るタイプのヘッドマウントディスプレイ装置に於いて、接眼レンズ部を有する本体部と、画像出力に必要な電子デバイスを有する画像出力部は、前記本体部と脱着可能に構成されており、前記画像出力部には、パネルの解像度が１ｋ以上の携帯電話を固定する固定手段と、前記携帯電話に対し、アプリケーションを行う為の電子デバイスが設置されていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項８】
前記画像出力部には、パネルの解像度が１ｋ以上の脱着可能な携帯電話が固定されており、外部ＰＣにより描画された画像を無線で高速受信する無線受信部と、その画像を前記携帯電話で表示させる配線部を有することを特徴とする請求項１、４及び７に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項９】
前記接眼レンズ部の接眼レンズは、高屈折率プラスチックレンズであり、レンズ面の少なくとも１面のコーニック定数が０未満の非球面であり、前記接眼レンズ部から前記接眼レンズは脱着可能であることを特徴とする請求項１、４及び７に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項１０】
画像出力部の映像を、接眼レンズを介して直接両目で見るタイプのヘッドマウントディスプレイ装置に於いて、画像出力部及び接眼レンズ部を有する本体部と、その接眼レンズは高屈折率プラスチック（屈折率１．７４）以上を用いて少なくとも２枚のレンズ構成とし、更に少なくともコーニック係数が０未満の非球面で構成された３面以上の凸面と、残りの１面は平面若しくは凸面の形状である事を特徴とするヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記接眼レンズ中心と装着者の両目の中心位置のずれ量に応じて発生するディストーションや色収差量を第１の情報として記憶しておき、装着者の第２の情報に応じてその記憶された第１の情報に基づき画像処理を行う事を特徴とする請求項１０に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項１２】
装着者の第２の情報とは、メガネの装着の有無や眼福に関するものである事を特徴とする請求項１１に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項１３】
画像出力部の映像を、接眼レンズを介して直接両眼で見るタイプのヘッドマウントディスプレイ装置に於いて、画像出力部及び接眼レンズ部を有する本体部と、前記本体部の画像出力部はパネルの解像度が１ｋ以上の脱着可能な携帯電話であり、前記本体部に前記携帯電話を取り付けた後も、前記パネル画面を見ながら、パネル上の所定の位置を指で触れる様な窓を前記本体部に有することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ装置。
【請求項１４】
画像出力部の映像を、接眼レンズを介して直接両目で見るタイプのヘッドマウントディスプレイ装置に於いて、画像出力部及び接眼レンズ部を有する本体部と、頭部に前記本体部を固定する為の装着部と、前記本体部の重量を頭部後方に分散させるウェイトキャンセラー部を有し、前記本体部と前記ウェイトキャンセラー部は頭部の上を通る角度の異なる２方向に分割して締結している事を特徴とするヘッドマウントディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像出力部の映像を、接眼レンズを介して直接両目で見るタイプのヘッドマウントディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学式モーションキャプチャシステムの原理は、1980年にRashidらによって提案された。このシステムは、体の各部位にマーカーを取り付け、その位置を複数のカメラで撮影し、ステレオ（三角法）の原理で3次元位置を推定するものであり、現在の光学式モーションキャプチャシステムも、基本的に同様の手法を使っている。
【０００３】
現在市販されている主な商用モーションキャプチャシステムでは、複数の赤外線カメラおよび赤外線投光器を用い、人（アクター）は反射素材でできたマーカーを体に取り付ける。赤外線カメラには、赤外線投光器の光を反射したマーカーの像が投影される。各カメラで得られたマーカーの投影画像をカメラ間で対応付けし、ステレオ法によりマーカー個々の3次元位置を求める。得られたマーカー群から、あらかじめ定義した人体の多関節モデルにマッピング（インバースキネマティクス）することで、人の位置、関節角度などを求めることができる。
【０００４】
本手法の長所としては、第１にマーカー自体が小型・軽量でありワイヤーなどの接続物がないため、アクターの動きが比較的自由である、第２にカメラのシャッタスピードを変化させて、高い周波数で計測を行うことができる、第３に位置の検出精度が高い、等があげられ、一般的に広く用いられている。
【０００５】
この様な商用モーションキャプチャシステムを利用して、特許文献１に示されている様な使い方が商用ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ)としての一般的な利用法である。具体的には、ＨＭＤ上にマーカーを設置し、そのマーカーの位置をモニターする。その位置情報からＨＭＤの装着者の見ている画像を左右の眼に対して独立に算出、最終的にはＨＭＤの表示モニター上に算出された３Ｄ画像を表示する。
【０００６】
この３Ｄ画像を、実物大の仮想画像として装着者が検証・評価する試作レスシステムや、ＨＭＤに搭載された画像モニター機構で撮影した画像と仮想画像を融合して検証・評価するＭＲシステム（ミックス＆リアリティシステム）が、一般的な商用のバーチャルリアリティシステムとして考案されている。
【０００７】
この様な商用のＨＭＤは、広視野角や高解像度が必要であり、特許文献１に示されている様な重量の重たいＨＭＤが一般的であった。それに対し、近年では携帯電話用に作られた表示デバイスや、特許文献２に示されている様な、携帯電話の表示画面をＨＭＤの表示画面として用いる方法が提案されている。特許文献２はＨＭＤの接眼レンズの前に携帯電話の表示画面を設置し、ＨＭＤのフレームに携帯を直接操作できる機構を持たせ、ＨＭＤのフレームに携帯電話が装着された時に、その機構を用いて色々な画像表示操作がフレーム上から行えるというものである。民生品として量産され、安価に販売される携帯電話の表示画面を用いるので、広視野角及び高解像度のＨＭＤを安価で提供できる事になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−２１８５３５号公報
【特許文献２】米国特許第８９５７８３５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図２２（ａ）の様に、携帯電話用表示デバイスや、携帯電話１００を接眼レンズ１０１の前に取り付ける事で、色々な問題も発生する。第１の問題はＨＭＤとしての重心位置である。携帯電話１００には多くの機能が組み込まれており、その重量は高解像度、大画面のものでは１５０ｇ程度になる。この大画面を見る為の接眼レンズ１０１の焦点距離は４０〜５０ｍｍ必要であり、接眼レンズ１０１の厚さと眼球１０２と接眼レンズ１０１面間の距離（アイレリーフ）も考えると、視線方向に８０〜１００ｍｍ程度の大きさが必要となる。ＨＭＤ自体の重さも携帯電話を合わせると３００ｇ程度に達してしまう。
【００１０】
装着方法としては、メガネの様な耳と鼻のみの支え方では厳しく、図２２（ｂ）に示す通り、ゴーグルの様なバンド１０５で、ＨＭＤ本体１０４に取り付けられたスポンジ部１０３を顔面に密着させる必要がある。一般のゴーグルが１００ｇ以下なので、顔の前に重心があっても影響は少ないが、図２２（ｂ）の白矢印で示す様に、重心が眼から離れ、且つ３倍以上重たいＨＭＤを長時間装着すると、首への負担が非常に大きくなってしまう。
【００１１】
この重心問題を少しでも解消する為に、ＨＭＤ本体１０４にパット部１０６と頭部後方に頭部に沿って伸びた剛体のフレーム部１０８を固定し、同フレーム部１０８に頭部上方から締め付ける固定部材１０７を設置、ある程度の重量物とする事で、頭部の前後に分かれた重量（点線矢印）の合計を白矢印の重心位置として少しでも首の方向に改善する案も考案されている。しかし、この構造だと、剛体のフレーム部自体が新たな重量物となり、ＨＭＤ全体を重たくしてしまうという問題が新たに生じる。
【００１２】
第２の問題はメガネを装着する人への対応である。近年、ＰＣを用いた作業が多くなり、メガネをかける人が増加している。メガネをかけた状態で前記ＨＭＤを装着する場合、大きな問題が発生する。メガネを装着した状態で、双眼鏡を用いる場合、アイレリーフを１５ｍｍ以上取る事が必要とされている。アイレリーフが長いと同じ視野角を確保する場合、接眼レンズの径をその分大きくする必要がある。しかし、それにより接眼レンズは重たくなり、更には携帯電話も眼からより離れるので、第１の問題を更に悪化させてしまう。
【００１３】
これを回避する方法としては、メガネを外してもらい、ＨＭＤ自体にフォーカスを調整する機構を搭載するか、接眼レンズ自体をその人専用に交換する事である。しかし、メガネ着用の人の中には、左右の視力が違う人、乱視の人もいるので、全てをきちんと調整できる訳では無い。理想的にはメガネを付けたままＨＭＤを装着できる事が望ましい。
【００１４】
第３の問題はゴーグルの様なバンドでＨＭＤを顔面に楕円形状に密着させる装着方法である。ＨＭＤを顔面に密着させる場合は、安全性・位置の微調整を可能にする為、その密着部分はスポンジの様なものを使用する場合が多い。しかし、顔は汗をかきやすくスポンジが汗を吸収する事で、衛生上好ましくない。また、密着部が楕円形状であり、内部の空気が澱む為、汗の為に接眼レンズが曇ってしまう等の問題がある。更に、装着している間、外部情報が得られず、情報が必要な場合、その都度ＨＭＤを取り外さなければならない等の不具合がある。
【００１５】
第４の問題はＨＭＤに搭載する携帯電話の特殊性である。携帯電話をＨＭＤの表示画面として機能させる場合、携帯電話をＨＭＤ本体に取り付けた事を検知し、携帯電話機能からＨＭＤ画像表示機能に切り替え、ＨＭＤ本体から携帯電話の画面の操作が行える様にする。しかしながら、元来この機能は携帯電話単体には不要なものであり、ＨＭＤに搭載する携帯電話は特殊な専用のものにしなければならない。利用者にとっては、新たな携帯を購入する必要があり、携帯電話を利用する事で、安価なＨＭＤを提供する事にならない。
【００１６】
第５の問題は、商用のＨＭＤへの流用の難しさである。商用としては、前述の様に、高精度のモーションキャプチャシステムの情報に基づき、高速ＰＣを使用して３Ｄ画像に変換し、その結果をリアルタイムでＨＭＤの画面上に逐次表示する必要がある。また、ＨＭＤは接眼レンズで画面を拡大して見るので、１ｋ（ハイビジョン１９６０×１０８０画素）では足りず、表示画面の２ｋ、４ｋ化が求められている。
【００１７】
しかしながら、元々の携帯電話の表示画面は、接眼レンズを介さない状態で見る為、例えば５インチサイズの表示画面を有する携帯電話では１ｋレベルの表示機能があれば視力よりも表示画素が細かくなるので、問題無くクリアな画像を見る事ができる。また、画像データについては、時間をかけて受信し、携帯電話のメモリーに記憶した後で、その画像データを表示すれば良く、データの受信を高速で行う必要はない。よって、通常の携帯電話の送受信機能しか持たない携帯電話を商用のＨＭＤ用に使うのは難しい。
【００１８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、課題の第１から第５の問題を解決するヘッドマウントディスプレイ装置を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記問題点を解決するための第１の形態では、画像出力部の映像を、接眼レンズを介して直接両目で見るタイプのヘッドマウントディスプレイ装置に於いて、画像出力部及び接眼レンズ部を有する本体部と、頭部に前記本体部を固定する為の装着部と、前記本体部の重量を頭部後方に分散させるウェイトキャンセラー部を有し、前記本体部と前記ウェイトキャンセラー部はケーブルで結合されており、前記装着部に対して前記ケーブルが独立に移動できることを特徴としている。
【００２０】
これは課題の中の第１の問題を解決する方法であり、図１（ａ）のＨＭＤの側面図と人が装着した場合の側面図を使って説明する。図１（ａ）に示す様に、ＨＭＤ本体部１の重量に対応したウェイトキャンセラー２をケーブル３で結合し、重心位置をトータルで首の位置近くにする事で問題を解決している。ケーブル３とは、釣り糸に代表される様なナイロンやフロロカーボンといった単線の合成繊維や、更に強度の高いＰＥラインといわれる編み糸等が考えられる。引っ張り強度は非常に高く、頭部の色々な形状に沿わせる事が可能で、重さは殆ど無視できる。
【００２１】
また、引っ張り強度は非常に高く、頭部の色々な形状に沿わせる事が可能なものならば、ベルトの様な帯状の構造でも良く、ケーブル３として適用する事ができる。
【００２２】
ウェイトキャンセラー２については、後頭部の後方に配置されるので、できるだけ比重が高く、体積の小さいものが望ましい。一般に考えられる素材としては、比重が１１．３４の鉛等が安価だが、タングステンの比重は１９．３であり、更に体積を小さくする事が可能である。ウェイトキャンセラー２も頭部に沿って配置される為、図１（ａ）では複数の部分に分け、曲面に上手く沿う様に工夫されている。尚、商用のＨＭＤ用に、画像出力部のバッテリーをウェイトキャンセラーとして用いても良い。
【００２３】
頭部に沿ったベルト４にケーブル３用のガイド５を取り付けており、ケーブル３が頭部から外れる事を防止している。また、ケーブル３とガイド５間には所定の摩擦があり、本体部１とウェイトキャンセラー２の重量に差があってもその摩擦により通常の顔の動かし方では、その位置関係がずれる事は無い。
【００２４】
この構成により、ＨＭＤ本体部１とウェイトキャンセラー２の重量は、ベルト４に沿って均等に分散され、頭部全体で支える事になる。その結果、頭部で局部的に重量を支える事で、その局部での痛みや赤い跡が残る様な不具合は発生しない。
【００２５】
また、ＨＭＤ本体部１の前後左右方向のシフト及び回転方向の変動を抑える部材６と、額に沿ったベルト７を設置する事により、安定してＨＭＤ本体部１を頭部に固定する事が可能となる。図１（ｂ）ではＨＭＤの側面図と上面図を使い、部材６とベルト７が耳付近で結合されている様子と、ＨＭＤ本体部１を安定して固定できる原理を示している。
【００２６】
図１（ｂ）に於いて、ＨＭＤ本体部１の重量をＭとすると、重力方向へのベクトルＭｇが存在している。その重量を支える為に、ケーブル３の引っ張り方向に引っ張り力のベクトルＦｔが発生する。更には、ＨＭＤ本体部１はその他に部材６で支えられており、部材６を圧縮する方向の力、ベクトルＦａが発生している。ここでベクトルＦｔと部材６で押し返すベクトル−Ｆａの合力はベクトルＭｇと釣り合っている。部材６を圧縮する方向の力は、結合されている耳付近でベルト７に受け渡され、ベルト７の引っ張り力Ｆｂに置き換えられる。これはベルト４と同様に、額に沿って均等に額全体に分散される構造なので、額部の局部的な部分で重量を支える事で、その局部での痛みや赤い跡が残る様な不具合は発生しない。
【００２７】
尚、部材６はＨＭＤ本体部１の前後左右方向のシフト及び回転方向の変動を抑えるだけの剛性があれば良い。ＨＭＤ本体部１の十字で示した重心の延長線上付近をケーブル３で引き上げる事で、ＨＭＤ本体部１の前後左右方向のシフト及び回転方向の変動も小さく抑える事ができるので更に良い。この様に、重量物を直接支える必要が無いので、それ以上の高い剛性は不要である。よって、これらの部材６は比較的軽量な部材で形成すれば良い。ベルト７は引っ張り強度が高く、額に沿って形状を変える事が可能な、高密度ポリエチレンの板等がその候補である。
【００２８】
ベルト７についても、引っ張り強度が高く、額に沿って形状を変える事が可能なもの、即ち、低密度ポリエチレンやゴム、スポンジにケーブル３を貼り付ける事で引っ張り強度を高くしても同様の効果がある。
【００２９】
図２（ａ）〜（ｃ）では引き上げるケーブル３ａ、３ｂの２本に分けた場合の例を示している。図２（ａ）は顔を向って右方向に傾けた場合を示し、図２（ｂ）は顔を傾けない状態、図２（ｃ）は顔を向って左方向に傾けた場合を示している。それぞれケーブル３の延長線上に十字の本体部１の重心ＨＭＤ−Ｇが存在している。よって、顔を傾けない場合は両方のケーブル３ａ，３ｂで支える為、横への力は発生しない。また、図２（ａ）の状態ではケーブル３ａで主に支えるので、横への力は発生しない。また、図２（ｃ）の状態ではケーブル３ｂで主に支えるので、横への力は発生しない。この様に、ＨＭＤ本体部１とウェイトキャンセラー２を、頭部の上を通る角度の異なる２方向に分割して締結する事で、顔を左右に傾けた場合でも、安定してＨＭＤ本体部１を支える事が可能な構造になっている。
【００３０】
図２（ｄ）、図２（ｅ）では顔を下に向けた場合と上に向けた場合について説明している。図２（ｄ）の様に顔を下に向けると、ケーブル３の引っ張り方向に引っ張り力のベクトルＦｔと重力ベクトルＭｇのなす角は広がっていき、１８０°を超えた時点で、部材６を圧縮する方向の力ベクトルＦａが今度は引っ張るベクトルに反転する。この場合、額部のベルト７は役に立たなくなり、頭部後側のベルト７により支えられる事になる。一方、図２（ｅ）の様に顔を上に向けると、ウェイトキャンセラー２を保持する袋部２ａが頭部から離れてしまう事になる。ここでは頭部後側のベルト７及び、首の方に向かっているベルト７と、後頭部方向に伸びているベルト７が、袋部２ａを頭部から離さない様に支える役割を担う。
【００３１】
次に第２の形態では、前記ケーブルは、頭部に設置されたガイド部に沿って移動可能に配置されており、前記本体部の移動に伴い、前記ウェイトキャンセラー部も移動できる構成である事を特徴としている。
【００３２】
第３の形態では、画像出力部の映像を、接眼レンズを介して直接両眼で見るタイプのヘッドマウントディスプレイ装置に於いて、画像出力部及び接眼レンズ部を有する本体部と、頭部に前記本体部を固定する為の装着部と、前記装着部に固定され、前記本体部が両目の視線上から外れる様に駆動させる駆動部を有する事を特徴としている。
【００３３】
第４の形態では、前記駆動部は両目と前記接眼レンズの距離を変化させる伸縮機構と、前記本体部を両眼の前方位置から回転により頭部方向に退避させる回転部と、所定の位置で前記駆動部を固定する固定機構を有する事を特徴としている。
【００３４】
この第２の形態から第４の形態は、課題の中の第２，３の問題を解決する方法であり、具体的内容を図３のＨＭＤの側面図で説明する。図３（ｂ）は通常の裸眼で画像モニター部を見ている様子を示す。ここで眼球１０２の瞳位置と接眼レンズ９間の距離をアイレリーフＬ１としている。一般的にアイレリーフは裸眼時に２ｍｍ〜８ｍｍ程度取る場合が多く、アイレリーフが短いと視野角が広がり、長くなるに従い視野角は狭くなる。もしも、図３（ａ）の様にメガネをかけた状態でＨＭＤ本体部１を装着すると、アイレリーフＬ２は最低でも１５ｍｍ程度取る必要がある。
【００３５】
これを可能にする方法として本発明では、第４の形態に示した様に、部材６の中に伸縮部１０を設けている。この伸縮部１０を伸縮させる事で、アイレリーフをＬ１からＬ２まで自由に変える事ができる。この伸縮部はワンタッチストッパー（図示せず）が付いており、任意の長さで固定する事が可能な構成である。しかし、前述の様に、ＨＭＤ本体部１は部材６とケーブル３で支えられており、部材６の長さが変わっても、ケーブルの長さが変わらないとＨＭＤ本体部１の位置を変える事ができない。そこでケーブル３及びウェイトキャンセラー２が矢印の様に、ＨＭＤ本体部１の位置変化に応じて、移動できる様な構成となっている。この部分が第２の形態の説明である。
【００３６】
これはエレベータが上下しても、バランスが保てるのと同じ原理であり、ＨＭＤ本体部１が移動しても、常にウェイトキャンセラー２とＨＭＤ本体部１が釣り合う事になり、ＨＭＤ本体部１の安定した固定ができる。これらがアイレリーフ可変機構となり、課題の第２の問題を解消できる。
【００３７】
次に図３（ｃ）では第３の形態について説明する。部材６とベルト７は図１（ｂ）で示した様に、耳付近で結合されているが、その部分に部材６とベルト７の結合位置を中心に部材６を回転させる回転機構１１が設置されている。部材６をθ回転させる事で、ＨＭＤ本体部１も回転し、部材６の長さに応じて上方向に持ち上がる事になる。前述の様に、ケーブル３は移動可能であり、ウェイトキャンセラー２と釣り合う構造なので、手のちからで簡単に持ち上げる事ができる。およそθ＝２５°の回転で、眼球１０２の前にあったＨＭＤ本体部１が無くなり、容易に外界の状況を把握する事ができる。
【００３８】
尚、この回転機構は０〜２５°まで回転できるが、それ以上の移動はストッパー（図示せず）により制限されている。これにより、万一ケーブル３が切れた時でも、ＨＭＤの重心が首付近から眼球１０２の前方に変わるだけで、眼の位置よりも下にＨＭＤ本体部１が下がる事は防止されている。以上の様に、ＨＭＤ本体部１をケーブル３及び部材６のみで保持しており、ゴーグルの様な楕円形状で眼の廻りを覆う必要が無い。更には容易に目の前からＨＭＤ本体部１を移動させる事ができるので、空気の澱みを無くし、顔の汗を拭く行為や、外界の状況把握も簡単にできる事から、課題の第３の問題を解消できる。
【００３９】
第５の形態では、前記本体部の画像出力部は脱着可能であり、形状の異なる画像出力部に対して画像出力部の中心が一致する様に画像出力部の位置を調整する調整機構を有する事を特徴としている。
【００４０】
図４及び、図５は、大きさの異なる携帯電話１２ａと１２ｂを接眼レンズ設置部１３に搭載するまでの様子を正面図及び側面図で示している。図４（ｄ）は大きさが大きい６インチサイズの携帯電話であり、図５（ｄ）は大きさが小さい５インチサイズの携帯電話を示している。それぞれの携帯電話は大きさが異なり、図４（ｃ）に示す携帯電話固定部１４に固定する場合、携帯電話１２ａは３か所に設置された位置固定ピン１５に沿って横から挿入し、抑えバネ１６により携帯電話１２ａを固定する事ができる。重力のかかる下側を２点とした３点支持なので、ガタ等の発生が少ない構造である。
【００４１】
一方、携帯電話１２ｂは概観の寸法が異なるので、そのまま携帯電話固定部１４に固定する事はできない。そこで、図５（ｃ）に示す様に、位置固定ピン１５を携帯電話固定部１４から抜き取り、ワッシャー１７を位置固定ピン１５にはめ込んで戻している。このワッシャー１７は携帯電話１２ｂのサイズを上下から固定できる幅で設計されており、携帯電話固定部１４に固定する場合、携帯電話１２ｂをワッシャー１７に沿って横から挿入し、抑えバネ１６により携帯電話１２ｂを固定する事ができる。
【００４２】
図４（ｂ）と図５（ｂ）は共に本体部１の中から接眼レンズ９が設置された接眼レンズ設置部１３を示している。この接眼レンズ設置部１３は側面図の矢印方向から、固定ガイド１８ａに沿って、携帯電話固定部１４の移動ガイド１８ｂをはめ込む事ができる構造であり、ストッパー（図示せず）により任意の位置に固定できる構造になっている。メガネを装着している人がメガネを外し、裸眼の状態で視野角の大きい映像を楽しみたい場合もあるので、この調整部を用いて、接眼レンズと携帯電話のディスプレイ面の距離を変える事で、近眼の人が裸眼でフォーカスを合わせられる様になっている。以上の機構を全て組み合わせたものがＨＭＤ本体部１に相当し、ドッキングした時の状態を図４（ａ）及び図５（ａ）にて示している。
【００４３】
この様にして、上下方向の位置は異なるサイズの携帯電話でも安価なワッシャーの交換のみで簡単に位置調整を行う事ができる。一方、横方向だが、無論、同様の位置固定ピンを挿入方向と逆の方向に設置し、固定する事も可能である。但し、携帯電話のディスプレイは、短い辺方向には概観とディスプレイの位置が対称で、長い辺の方向には僅かに非対称な位置に取り付けられている場合が多い。本発明では、ドッキングした後でも携帯電話の表示面を見ながら携帯電話を手で触る事は容易にできるので、中心位置が合う様に、携帯電話を横にスライドして調整する事も可能にしている。
【００４４】
次に第６の形態では、画像出力部の映像を、接眼レンズを介して直接両眼で見るタイプのヘッドマウントディスプレイ装置に於いて、接眼レンズ部を有する本体部と、画像出力に必要な電子デバイスを有する画像出力部は、前記本体部と脱着可能に構成されており、前記画像出力部には、パネルの解像度が１ｋ以上の携帯電話を固定する固定手段と、前記携帯電話に対し、アプリケーションを行う為の電子デバイスが設置されている事を特徴としている。
【００４５】
図６を用いて、この第６形態について説明する。図６は、携帯電話１２ａを携帯電話固定部１４ａに搭載するまでの様子を正面図及び側面図で示している。図６（ｃ）は携帯電話１２ａである。ここでは携帯電話１２ａを固定する為に、携帯電話固定部１４ａを用いている。この携帯電話固定部１４ａは、３か所に設置された位置固定ピン１５に沿って横から携帯電話１２ａを挿入し、抑えバネ１６により携帯電話１２ａを固定する。携帯電話固定部１４ａの移動ガイド１８ｂを用いて、接眼レンズ設置部１３の固定ガイド１８ａに固定する構造は携帯電話固定部１４と共通である。相違点は、携帯電話固定部１４ａ上に携帯電話１２ａの画像出力に必要な電子デバイスが設置されている事である。
【００４６】
図６（ｂ）にて携帯電話固定部１４ａ上に配置された電子デバイスを示す。ＵＳＢ端子２０を携帯電話１２ａに接続し、応答する為のＵＳＢ送受信装置１９は、携帯電話固定部１４ａ上の３軸加速度計２１の出力及び、携帯電話１２ａからの電源供給を電子デバイスに対して行う。更に、眼の位置の延長線上に設置された、左右のＵＳＢカメラ２３からの画像データを携帯電話１２ａに送信する役割を果たす。更に、携帯電話固定部１４ａ上にはＵＳＢ端子２４が設置されている。これは有線で外部のバッテリーと接続できる様になっており、携帯電話１２ａのバッテリー容量が少なくなってきた場合に、必要に応じて電力を供給できる構造となっている。
【００４７】
また、このＵＳＢ端子に外部からコントローラ（図示せず）を接続する事で、携帯電話１２ａ上の画面操作も容易に行う事ができる。コントローラとしてはゲーム用コントローラから、有線・無線マウスまで幅広いものに対応可能である。図６（ａ）が、携帯電話固定部１４ａ上に携帯電話１２ａを接続した時の様子を示している。
【００４８】
この携帯電話固定部１４ａも携帯電話固定部１４と同様に、ワッシャー１７を利用する事で、色々な大きさの携帯電話を固定する事が可能である。それぞれの携帯でＵＳＢをつなげる場所も異なるので、どのような携帯電話でも、ＵＳＢの接続ができる様にＵＳＢ端子２０はコードで引き回しができる構成にしている。３軸加速度計２１の出力結果は本体部１を装着した装着者の顔の向きに対応した、角度変位情報として携帯電話１２ａに送られるので、携帯電話１２aの３Ｄ画像表示アプリケーションソフトを用いる事で、装着者の視線方向の仮想画像を画像表示できる。
【００４９】
左右のＵＳＢカメラ２３からの画像データは、携帯電話１２ａに送信され、左右の眼の画像として画像表示されるが、前述の３Ｄ画像表示アプリケーションソフトを用いた装着者の視線方向の仮想画像を重畳画像として表示すれば、簡単にＭＲ（ミックス＆リアリティ）画像を楽しむ事もできる。
【００５０】
この様に、携帯電話固定部１４ａは、ＨＭＤとして装着者に装着される、接眼レンズ設置部１３と完全に電気的に独立しているので、携帯電話のアプリを開発する開発者も、携帯電話固定部１４ａのみの購入で、長時間ＨＭＤを装着しなくても、色々な携帯電話を用いたアプリケーションソフトの開発が可能となる。
【００５１】
また、携帯電話固定部１４ａが、ＨＭＤ本体部１として常時装着者に装着される接眼レンズ設置部１３と、完全に切り離せる構造である。ＨＭＤを装着し、任意の携帯電話を３Ｄ画像モード（左右６２ｍｍ離れた位置を中心とした同じ画像２画面を表示する）に設定し、図７の様に接眼レンズ設置部１３の結像面に持ってくると、簡単にＨＭＤで見ている状態が再現できる。携帯電話を購入する場合、携帯の解像度がディスプレイの大きさでＨＭＤの装着した場合の見えも変わってくるので、購入する機種に目安を付ける事ができる。この様に、第４、第５、第６の形態はどれも課題の第４の問題を解消するのに役立つ。
【００５２】
第７の形態では、前記画像出力部はパネルの解像度が１ｋ以上の脱着可能な携帯電話であり、外部ＰＣにより描画された画像を無線で高速受信する無線受信部と、その画像を前記携帯電話で表示させる配線部を有する事を特徴としている。但し、この場合は外部ＰＣを用いるので、前記画像出力部は携帯電話ではなく、解像度が１ｋ以上の画像表示パネルとその制御ドライバーで置き換える事も可能である。
【００５３】
外部の商用モーションキャプチャシステムを利用して、ＨＭＤ上にマーカーを設置し、そのマーカーの位置をモニターする。外部に設置された高速画像処理ＰＣは、その位置情報からＨＭＤの装着者の見ている画像を左右の眼に対して独立に算出表示する。この３Ｄ画像を、実物大の仮想画像として装着者が検証・評価する試作レスシステムや、ＨＭＤに搭載された画像モニター機構で撮影した画像と仮想画像を融合して検証・評価するＭＲシステム（ミックス＆リアリティシステム）を第７の形態では実現可能となる。
【００５４】
図８（ｂ）にて携帯電話固定部１４ｂ上に配置された電子デバイスを示す。高速画像送受信制御装置２５は、前述の高速画像処理ＰＣからのハイビジョン用の１ｋ〜４ｋの解像度を有する３Ｄ画像データを受信する。図８（ｃ）の高速画像送信端子２６を接続可能な携帯電話１２ｃに接続すると、外部のＰＣの３Ｄ画像データがリアルタイムに高速画像送信端子２６を介して携帯電話１２ｃに送られる。携帯電話１２ｃの画面上には、実物大の仮想画像として装着者が検証・評価できる動画が表示される。尚、高速画像送受信制御装置２５は、高速画像送信端子２６を介して携帯電話１２ｃからの電源供給を受けている。
【００５５】
もう一つの使い方として、眼の位置の延長線上に設置された、左右のＵＳＢカメラ２３で撮像された画像データは、高速画像送受信制御装置２５より外部ＰＣにリアルタイムに送信される。これを受け取った外部ＰＣは、ＵＳＢカメラ２３で撮影した画像と仮想画像を融合して、再び高速画像送受信制御装置２５に融合された画像を送信し、高速画像送受信制御装置２５はこの３Ｄデータを受信する。受信されたデータは、高速画像送信端子２６を介して携帯電話１２ｃに送られる。携帯電話１２ｃの画面上には、現実の画像と仮想画像を融合して検証・評価できる動画が表示される。
【００５６】
更に、携帯電話固定部１４ｂ上にはＵＳＢ端子２４が存在する。これは有線で外部のバッテリーと接続できる様になっており、携帯電話１２ｃのバッテリー容量が少なくなってきた場合に、必要に応じて電力を供給できる構造となっている。
また、このＵＳＢ端子２４に外部からコントローラ（図示せず）を接続する事で、携帯電話１２ｃ上の画面操作も容易に行う事ができる。コントローラとしてはゲーム用コントローラから有線、無線マウスまで幅広いものに対応可能である。図８（ａ）が、携帯電話固定部１４ｂ上に携帯電話１２ｃを接続した時の様子を示している。
【００５７】
この携帯電話固定部１４ｂも携帯電話固定部１４と同様に、ワッシャー１７を利用する事で、色々な大きさの携帯電話を固定する事が可能である。それぞれの携帯で高速画像送信端子２６をつなげる場所も異なるので、どのような携帯電話でも、高速画像送信端子２６の接続ができる様に高速画像送信端子２６はコードで引き回しができる構成にしている。この第７の形態を実施する事で、課題の第５の問題を解消する事ができる。
【００５８】
但し、一般の携帯電話の端子は外部への画像出力用ＨＤＭＩ（登録商標）やＵＳＢ端子である。よって、上記システムを実現するには、画像入力用ＨＤＭＩ（登録商標）やＵＳＢ端子が付いている携帯電話を用いる必要がある。外部ＰＣを使うシステムは、商用が一般的なので、携帯電話ではなく、解像度が１ｋ以上の画像表示パネルとその制御ドライバーで置き換えても良い。画像表示用パネルの制御ドライバーには画像入力用のＨＤＭＩ（登録商標）やＵＳＢ端子が付いているので、高速画像送信端子２６から直接３Ｄデータを受け取る事ができる。
【００５９】
次に、前記接眼レンズ部の接眼レンズ形状に関する説明を行う。第８の形態では、前記前記接眼レンズ部の接眼レンズは高屈折率プラスチックレンズであり、レンズ面の少なくとも１面のコーニック定数が０未満の非球面であり、前記接眼レンズ部から前記接眼レンズは脱着可能である事を特徴としている。図９〜図１２までのそれぞれの図はレンズの光線図（左上）と設計数値（右上）とディストーション(左下)と結像点での光線の広がりを１セットとして開示している。アイレリーフを２．２５ｍｍ⇒７．２５ｍｍ⇒１５ｍｍに変えた時の収差状態と、視線を所定の角度傾けた時（視線角としている）の収差状態でレンズの評価は行っている。
【００６０】
図９は接眼レンズの第１実施例である。接眼レンズに高屈折率プラスチック（屈折率１．７４）を使用している。接眼レンズ径３６ｍｍ、２面ともコーニック定数が０未満の非球面で構成されており、アイレリーフを、メガネを付けた距離１５ｍｍに離しても、更に視線をレンズ周辺に向けても、○で示す様に、高い解像度を得る事ができている。
【００６１】
図１０は接眼レンズの第２実施例である。接眼レンズに高屈折率プラスチック（屈折率１．７４）を使用している。接眼レンズ径４６ｍｍを実現している。２面ともコーニック定数が０未満の非球面で構成されており、アイレリーフを、メガネを付けた距離１５ｍｍに離しても、更に視線をレンズ周辺に向けても、○で示す様に、高い解像度を得る事ができている。その上で、裸眼で１２０°、メガネ装着でも９２°の視野角を確保している。
【００６２】
図１１は接眼レンズの第３実施例である。接眼レンズに高屈折率プラスチック（屈折率１．７４）を使用しているが、レンズ枚数は２枚使っている。接眼レンズ径４１．７ｍｍを実現した上で、ディスプレイのフォーカッシングを行うと、例１、例２よりも高い光学性能を満たしている。レンズの１面はコーニック定数が０未満の非球面で構成されており、○で示す様に、アイレリーフを、メガネを付けた距離１５ｍｍに離しても、更に視線をレンズ周辺に向けても、裸眼で１１４°、メガネ装着でも９０°の視野角を確保している。
【００６３】
図１２は接眼レンズの第４実施例である。接眼レンズに高屈折率プラスチック（屈折率１．７４）を使用しているが、レンズ枚数は２枚使っている。レンズ面計３面のコーニック定数が０未満の非球面で構成されており、接眼レンズ径５０ｍｍを実現した上で、○で示す様に、例１、例２とほぼ同じ光学性能を満たしている。それにより、裸眼で１２０°、メガネ装着でも１００°の視野角を確保している。
【００６４】
次に、図１３〜図１５では、接眼レンズ設置部１３に接眼レンズを取り付ける様子を示している。図１３は接眼レンズ設置部１３の接眼レンズ取り付け面側からの正面図と、その側面図を示す。接眼レンズ設置部１３上には画像を見るための開口部２８が両目に対応して２か所設けられている。それぞれの開口部の上下には接眼レンズを固定する為の固定ガイド２７があり、鼻と接眼レンズ設置部１３が干渉しない様に、溝３１が形成されている。
【００６５】
図１４ではそれぞれ例１から例４までのレンズを鏡筒に入れた接眼レンズユニット２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄの正面図を示しているが、それぞれ同じ接眼レンズ設置部１３の固定ガイド２７に対し共通してはめ込む事ができる様に、同じ寸法位置に移動ガイド３０が設けられている。図１５では接眼レンズ設置部１３にそれぞれの接眼レンズユニット２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄをはめ込んだ時の様子を側面図で示している。色々な視野角の接眼レンズ２９を共通のＨＭＤで利用できるので、総合的に安価で多機能に対応したＨＭＤを供給する事が可能となる。
【００６６】
それぞれの接眼レンズユニット２９は、横から固定ガイド２７に沿ってはめ込むが、その位置を左右僅かにずらす事で、眼福調整を行える様になっている。眼福調整は、携帯電話の画面上で、６２ｍｍ離れた白い縦線を見て、普通に白い線が見えれば調整の必要は無い。但し、白い線が赤・青・緑に分離して見えた場合、眼福が合っていない事になるので、接眼レンズユニット２９を僅かに左右に移動する事で、白い線として認識できる位置を探せば良い。また、各接眼レンズの焦点距離は共通ではないので、接眼レンズ設置部１３の固定ガイド１８ａに沿って、携帯電話固定部１４の移動ガイド１８ｂを移動させて調整すれば良い。眼福調整やフォーカスをきちんと合わせる事で、没入感の高い画像を得る事ができる。
【００６７】
上記で説明した接眼レンズの第１実施例及び、第２実施例は１枚のレンズで構成されており、第３実施例及び第４実施例は凹面を１枚含む２枚のレンズで構成されている。これらは前記眼福調整を行う事で没入感の高い画像を得る事ができるが、眼福調整機構は両眼を同時に左右に動かす機構が必要であり、接眼レンズユニット２９を重たくする原因の一つである。もし、眼福調整を行わないと、眼福は図１６の様に６２ｍｍ程度を中心に±８ｍｍ程度の個人差があるので、接眼レンズの中心と眼の中心がずれてしまう。
【００６８】
図１７は第２実施例に対し、レンズの中心と眼の中心がずれた場合（図上では位置シフト量に該当する）の収差を示したものである。縦方向にずれ量が変わった場合の収差形状、横方向に視線角による収差形状を示しており、右側の眼で見た時に発生する収差の量を赤色、緑色、青色に分けて示している（但し、これは眼の方向から光束を入れた時の収差量であるから、実際には見えは赤方向と青方向が反転して見える）。ずれ量に応じて視線角が大きい位置で、収差が大きくなっている事が分かる。
【００６９】
この問題を解決する為には、接眼レンズを少なくとも２枚のレンズ構成とし、少なくとも３面以上のコーニック係数が０未満の非球面（凸面）と、残りの１面は平面若しくは凸面の形状で構成する事が望ましい。１面の曲率が大きいと、接眼レンズの中心と眼の中心がずれた場合に大きな収差が発生するので、緩い曲率の複数のレンズ面にした方がずれに強くなる。また、一部のレンズ面のみコーニック定数を０未満とし、その数値を大きくすると、視線角やアイレリーフの変化に対してやはり収差が大きくなってしまう。しかし、非球面加工は硝材を用いると高価となるので、非球面の型版に合わせて加工できるプラスチック材を用いたいが、一般のプラスチック材は屈折率が低く、広視野角のレンズを設計する事が困難である。
【００７０】
そこで第８の形態のもう一つの方法として、高屈折率プラスチック（屈折率１．７４以上）を用いた少なくとも２枚のレンズ構成とし、更に少なくともコーニック係数が０未満の非球面で構成された３面以上の凸面と、残りの１面は平面若しくは凸面の形状にしている。この組み合わせにより、図１８に示す様にアイレリーフが変化しても、接眼レンズの中心と眼の中心がずれても収差量が小さい接眼レンズを提供でき、眼福調整を不要とする事で、接眼レンズユニット２９の軽量化と共に、機構をシンプルにする事が可能となる。
【００７１】
図１８では第２実施例の１枚で構成された接眼レンズを用いた場合の、位置シフト量による収差を示している。アイレリーフを、メガネを付けた距離１５ｍｍに離すと、視線角３０°で画像が見えなくなる（×で表示）だけではなく、ずれ量がプラス方向で大きな収差が発生しているのが分かる。これはレンズを２枚にしても、１面を凹面で形成すると同様に大きな収差がある。第４実施例の２枚で構成されたレンズを用いたアイレリーフ１５ｍｍの場合も、位置シフト量による収差量は大きく、視野角が４０°で画像が見えなくなる部分（×で表示）が発生している。
【００７２】
図１８では新たに第８の形態として、１面が平面で残りの３面がコーニック係数０未満の非球面で構成された接眼レンズの第５実施例、１面が凸面で残りの３面がコーニック係数０未満の非球面で構成された接眼レンズの第６実施例を示している。裸眼時のアイレリーフ１０ｍｍの条件及び、メガネを付けたアイレリーフの距離１５ｍｍでシミュレーションしているが、いずれも位置シフト量による収差は小さく、視野角が４０°でも画像を見る事ができている。即ち、この第５実施例及び第６実施例を利用すれば、眼福調整を行なわなくても鮮明な画像を見る事ができる。
【００７３】
但し、第５実施例、第６実施例の接眼レンズを用いても、位置シフト量が大きくなると、収差の中で、ディストーション及び色収差量は、レンズ中心に対して左右に非対称に発生する。図１９では、第５実施例のレンズを用いた場合の、アイレリーフ１０ｍｍと１５ｍｍ、位置シフト量−４ｍｍ、０ｍｍ、４ｍｍの２×３の６通りの条件による収差を示している（但し、これは眼の方向から光束を入れた時の収差であるから、実際には見えは赤方向と青方向が反転して見える）。上下方向は線対称なので省いているが、左右のディストーション及び色収差がシフト量０ｍｍと比較すると、いずれの場合も非対称に発生しているのが分かる。
【００７４】
但し、このディストーション及び色収差は位置シフト量０ｍｍの時点で、画像データの位置をＲＧＢ毎に補正する事で、見えに問題が出ない様に画像処理されているのが一般的である。そこで第９の形態では、複数の位置シフト量に応じて発生するディストーション及び色収差を第１の情報として記憶しておき、装着者の第２の情報に応じてその記憶された第１の情報に基づき画像処理を行う事とした。第２の情報とは、メガネの装着の有無や眼福に関するものである。
【００７５】
メガネの装着の有無については、伸縮部１０の伸縮量を自動計測しても良いし、装着者が直接その情報を入力しても良い。但し、眼福については一般的に分からない場合が多いので、それぞれ記憶された第１の情報で補正した画像情報を装着者に見せ、色収差が少なく、歪が小さいものを選択してもらえば良い。例えば、−４ｍｍ〜４ｍｍの位置シフト量の画像データ（図１９の画像のＲＧＢの位置をそれぞれ計測し、その位置にその色のスポットデータとして表示）を離散的に表示する。無論、それぞれのデータの間を補間し、連続的に変化する画像情報として表示しても良い。このデータは実際の見えとは赤方向と青方向が反転して表示されているので、装着者が眼福に合った画像データを見ると、結果的にＲＧＢデータが一致して白く見える。どこを見渡しても白いスポットデータに見えれば眼福が合った事になる。
【００７６】
尚、図１９を見ると分かるが、周辺ではＲＧＢのスポットの大きさが色毎に異なって見える。人間の眼は緑に対して一番感度が良いので、緑を基準にレンズの設計が行われている場合が多い。この条件では緑より赤、赤より青の方が光の波長が離れているので、スポットも緑と比べて収差が大きく太く見え易い。スポットの大きさや形状が異なると、色が重なって見えても白く見えない可能性がある。このスポットの大きさや形状の違いも第１の情報で予め分かっているので、その分、緑と赤のスポットの大きさが青と同じ大きさ、形状で重なる様に表示すれば、スポットの位置の一致の確認が容易になる。
【００７７】
次に第１０の形態では、画像出力部の映像を、接眼レンズを介して直接両眼で見るタイプのヘッドマウントディスプレイ装置に於いて、画像出力部及び接眼レンズ部を有する本体部と、前記本体部の画像出力部はパネルの解像度が１ｋ以上の脱着可能な携帯電話であり、前記本体部に前記携帯電話を取り付けた後も、前記パネル画面を見ながら、パネル上の所定の位置を指で触れる様な窓を前記本体部に有する事を特徴としている。
【００７８】
図２０では第１０の形態を説明している。図２０は本体部１の上面図と側面図である。この接眼レンズ設置部１３は側面図の矢印方向から、固定ガイド１８ａに沿って、携帯電話固定部１４の移動ガイド１８ｂをはめ込む事ができる構造であるが、その固定ガイド１８ａ及び、ガイド１８ｂの共通位置に指が下から入れる程度の大きさの開口部３２が空けてある。
【００７９】
通常は、ここから光が入ると、携帯電話の画面が見難くなるので、中央部に切り込みが入ったゴム板等の弾性体３３が貼られている。携帯電話のアプリケーションソフトを起動させる時や、ソフトの中止、ソフトの変更等、携帯電話の画面の下側をタッチする事で、ＨＭＤを装着したまま指令を出す事ができる。タッチは片眼側のみで行うので、実際の画像は半透明の様になり、アプリの画像を見ながら携帯電話のソフトを制御する事が可能である。この様に、第８及び第１０の形態は課題の第４の問題を解消するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】（ａ）ＨＭＤの側面図と人が装着した場合の側面図、（ｂ）ＨＭＤの側面図と上面図を使い、部材６とベルト７が耳付近で結合されている様子と、ＨＭＤ本体部１を安定して固定できる原理の説明。
【図２】（ａ）顔を向って右方向に傾けた場合のＨＭＤの正面図、（ｂ）顔を傾けない場合のＨＭＤの正面図、（ｃ）顔を向って左方向に傾けた場合のＨＭＤの正面図、（ｄ）顔を下に向けた場合のＨＭＤの側面図、（ｅ）顔を上に向けた場合のＨＭＤの側面図。
【図３】（ａ）メガネをかけた状態でＨＭＤ本体部１を装着した側面図、（ｂ）通常の裸眼でＨＭＤ本体部１を装着した側面図、（ｃ）ＨＭＤ本体部１を装着し２５°上に回転させた時の側面図。
【図４】（ａ）６インチサイズの携帯電話を設置したＨＭＤ本体部１、（ｂ）接眼レンズ９が設置された接眼レンズ設置部１３の正面図と側面図、（ｃ）６インチサイズ携帯電話用の携帯電話固定部１４の正面図と側面図、（ｄ）６インチサイズの携帯電話の正面図と側面図。
【図５】（ａ）５インチサイズの携帯電話を設置したＨＭＤ本体部１、（ｂ）接眼レンズ９が設置された接眼レンズ設置部１３の正面図と側面図、（ｃ）５インチサイズ携帯電話用の携帯電話固定部１４の正面図と側面図、（ｄ）５インチサイズの携帯電話の正面図と側面図。
【図６】（ａ）携帯電話とＵＳＢ配線を接続した携帯電話固定部１４ａの正面図と側面図、（ｂ）携帯電話用の携帯電話固定部１４ａの正面図と側面図と側面図、（ｃ）６インチサイズの携帯電話の正面図と側面図。
【図７】レンズ設置部１３の結像面に購入予定の携帯電話をかざした様子。
【図８】（ａ）携帯電話固定部１４ｂ上に携帯電話１２ｃを接続した時の正面図と側面図、（ｂ）携帯電話固定部１４ｂ上に配置された電子デバイスの正面図と側面図、（ｃ）の高速画像送信端子２６を接続可能な携帯電話１２ｃの正面図と側面図。
【図９】接眼レンズの第１実施例。
【図１０】接眼レンズの第２実施例。
【図１１】接眼レンズの第３実施例。
【図１２】接眼レンズの第４実施例。
【図１３】接眼レンズ設置部１３の接眼レンズ取り付け面側からの正面図と側面図。
【図１４】接眼レンズユニット２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄの正面図。
【図１５】接眼レンズ設置部１３にそれぞれの接眼レンズユニット２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄをはめ込んだ時の側面図。
【図１６】眼福は６２ｍｍ程度を中心に±８ｍｍ程度の個人差がある事を説明した図で（ａ）は−４ｍｍ、（ｂ）は０ｍｍ、（ｃ）は４ｍｍのずれ量を示した例
【図１７】接眼レンズの第２実施例に対し、レンズの中心と眼の中心がずれた場合の収差の説明で、（ａ）は−４ｍｍ、（ｂ）は０ｍｍ、（ｃ）は４ｍｍのずれの時の実施例。
【図１８】接眼レンズの第２実施例、第４実施例、第５実施例、第６実施例の中心位置のずれ量による収差を示した実施例。
【図１９】接眼レンズの第５実施例のレンズを用いた場合の、アイレリーフ１０ｍｍと１５ｍｍ、位置シフト量−４ｍｍ、０ｍｍ、４ｍｍの２×３の６通りの条件による収差を示した実施例。
【図２０】開口部３２のある本体部１の上面図と側面図。
【図２１】発明を実施するための実施例の上面図と側面図。
【図２２】（ａ）従来技術のＨＭＤの装着時側面図、（ｂ）従来技術のＨＭＤのベルトを使った装着時の側面図、（ｃ）従来技術のＨＭＤの固定具を使った装着時の側面図。
【発明を実施するための形態】
【００８１】
図２１は発明を実施するための実施例であり、上面図、側面図、携帯電話固定部１４ａに携帯電話１２ａを固定した部分のみ正面図を示している。ＨＭＤ本体部１の重量に対応したウェイトキャンセラー２を、ケーブル３で結合し釣り合わせる事で、眼の前方にある重心位置をトータルで首の位置近くにしている。ケーブル３は、ＰＥラインといわれる編み糸である。ウェイトキャンセラー２は、タングステンであり、複数の部分に分け、曲面に上手く沿う様に工夫されている。
【００８２】
頭部に沿ったベルト４にはケーブル３用のガイド５を取り付けており、ケーブル３が頭部から外れる事を防止している。また、ケーブル３とガイド５間には所定の摩擦があり、本体部１とウェイトキャンセラー２の重量に差があってもその摩擦により、通常の顔の動かし方では、その位置関係がずれる事は無い。ケーブルにかかった引っ張り力は、ベルト４で分散され、頭部に伝わる。
【００８３】
また、ＨＭＤ本体部１の前後左右方向のシフト及び回転方向の変動を抑える部材６と、額に沿ったベルト７を設置し、部材６とベルト７を耳付近で結合する事により、部材６の圧縮力は、ベルト７で分散され額部に伝わる。ベルト４とベルト７は支える面積が広いので、安定してＨＭＤ本体部を頭部に固定する事が可能となる。ベルト７は引っ張り強度が高く、額に沿って形状を変える事が可能な、高密度ポリエチレンの板である。
【００８４】
ウェイトキャンセラー２は袋部２ａの中に自由に動き回れる様に保持されており、頭部後側のベルト７及び、首の方に向かっているベルト７と、後頭部方向に伸びているベルト７が、袋部２ａを頭部から離さない様に支える役割を担う。袋部２ａは高密度ポリエチレンの箱の様なものでも良いが、映画を見る様な状態で使用すると、後頭部に椅子のクッション部が当たる場合がある。クッションで袋部２ａを押すと、ウェイトキャンセラー２の動きを止めてしまう可能性があるので、硬質のアクリルの箱等に置き換えても良い。
【００８５】
部材６の中には伸縮部１０を設けている。この伸縮部１０を伸縮させる事で、アイレリーフを裸眼の２ｍｍからメガネ着用時の１５ｍｍまで自由に変える事ができる。この伸縮部はワンタッチストッパー（図示せず）が付いており、任意の長さで固定する事が可能な構成である。またこの伸縮部１０はメガネの様にＨＭＤ本体部１の上方に固定しているが、下を向いた時にバランスが悪くなる事もあるので、ＨＭＤ本体部の重心付近で固定しても良い。
【００８６】
尚、伸縮部１０の伸縮で、顔とＨＭＤ本体部１の間に隙間が発生し、そこから外部の光がＨＭＤ本体１内の接眼レンズ９のレンズ面で反射し、画像の見えを悪くする可能性もある。内部の空気を澱ませず、汗の為に接眼レンズが曇ってしまわない程度に隙間を取る事が望ましいので、ポリプロピレン等の発泡シート等、軽量で遮光できる部材をＨＭＤ本体１の周辺に取り付け、それを伸縮部１０の伸縮に応じて長さを変え、適度な隙間を保つ様に調整しても良い。
【００８７】
部材６とベルト７は耳付近で結合されているが、その部分に部材６とベルト７の結合位置を中心に部材６を回転させる回転機構１１が設置されており、ＨＭＤ本体部１を目の前から退避できる様な構造となっている。
【００８８】
携帯電話１２ａは大きさが大きい６インチサイズのであり、携帯電話固定部１４ａに固定する場合、３か所に設置された位置固定ピン１５に沿って横から挿入し、抑えバネ１６により携帯電話１２ａを固定する事ができる。重力のかかる下側を２点とした３点支持なので、ガタ等の発生が少ない構造である。携帯サイズが小さい場合は、位置固定ピン１５にワッシャー１７をはめ込み、抑える幅を調整する。
【００８９】
携帯電話固定部１４ａ上には配置された電子デバイスを示す。ＵＳＢ端子２０を携帯電話１２ａに接続し、応答する為のＵＳＢ送受信装置１９は、携帯電話固定部１４ａ上の３軸加速度計２１の出力及び、携帯電話１２ａからの電源供給を、電子デバイスに対して行う。更に、眼の位置の延長線上に設置された、左右のＵＳＢカメラ設置台２２上に配置された、ＵＳＢカメラ２３からの画像データを携帯電話１２ａに送信する役割を果たす。更に、携帯電話固定部１４ａ上にはＵＳＢ端子２４が設置されている。これは有線で外部のバッテリーと接続できる様になっており、携帯電話１２ａのバッテリー容量が少なくなってきた場合に、必要に応じて電力を供給できる構造となっている。ＵＳＢ端子２４のケーブルは、携帯電話固定部１４ａ上の他の電子デバイスにも電力を供給できる様に、複数に分岐した構造にしても良い。
【００９０】
尚、ウェイトキャンセラー２の替わりに１００ｇ〜２５０ｇの重さがある外部のバッテリーを用いる事も可能だが、バッテリーは取り外しできる構成にする必要がある。この場合、ＵＳＢ端子２４のケーブルはベルト４若しくはベルト７に沿って頭部後方まで伸ばして設置しており、ＨＭＤ本体１とウェイトキャンセラー１を結ぶケーブル３は、バッテリーを装着するユニット（図示せず）に取り付けられている。そのユニットからバッテリーを外し、ＵＳＢ端子２４との接続を切る事で、バッテリーを取り外せる。このユニットにバッテリーを取り付ける事で、ウェイトキャンセラー２の代替えとなる。このバッテリーは汎用品でも設置可能で、予め別のバッテリーを用意しておき、差し替える事で安定して長時間装着する事が可能となる。
【００９１】
一般にバッテリーは容量が大きくなると重たくなり、サイズも大きくなる。一方、容量が小さいものは、容量は少ないが軽くなりサイズも小さくなる。上記ウェイトキャンセラー２はＨＭＤ本体１と重量的に釣り合う様に設計するので、代わりにバッテリーを用いると重さの決まったバッテリーを使わなければならない。しかし、上記ユニットにバッテリーを取り付ける構造とし、ユニット自体の重さを鉛等の錘を使って調整する事で、ユニット＋バッテリーの重さがＨＭＤ本体１と釣り合わせる事が可能となり、任意のバッテリーを用いる事が可能となる。例えばリクライニングの椅子に座ってＨＭＤを利用する場合は、大きさの小さいバッテリーを使う事で、リクライニング時にウェイトカウンター２が邪魔にならない様にできる。また、長時間ＨＭＤを利用する場合等は、容量の大きい大きなバッテリーを用いる事で、長時間バッテリーを取り換える必要が無くなる。
【００９２】
また、このＵＳＢ端子２４に外部からコントローラ（図示せず）を接続する事で、携帯電話１２ａ上の画面操作も容易に行う事ができる。コントローラとしてはゲーム用コントローラから、有線・無線マウスまで幅広いものに対応可能である。どのような携帯電話でも、ＵＳＢの接続ができる様にＵＳＢ端子２０はコードで引き回しができる構成にしている。３軸加速度計２１の出力結果は本体部１を装着した装着者の顔の向きに対応した、角度変位情報として携帯電話１２ａに送られるので、携帯電話１２aの３Ｄ画像表示アプリケーションソフトを用いる事で、装着者の視線方向の仮想画像を画像表示できる。
【００９３】
左右のＵＳＢカメラ２３からの画像データは携帯電話１２ａに送信され、左右の眼の画像として画像表示されるが、前述の３Ｄ画像表示アプリケーションソフトを用いた装着者の視線方向の仮想画像を重畳画像として表示すれば、簡単にＭＲ（ミックス＆リアリティ）画像を楽しむ事もできる。
【００９４】
この様に、携帯電話固定部１４ａは、ＨＭＤとして装着者に装着される、接眼レンズ設置部１３と完全に電気的に独立しているので、携帯電話のアプリを開発する開発者も、携帯電話固定部１４ａのみの購入で、長時間ＨＭＤを装着しなくても、色々な携帯電話を用いたアプリケーションソフトの開発が可能となる。
【００９５】
接眼レンズ２９ｄは高屈折率プラスチック（屈折率１．７４）を使用した２枚レンズである。レンズ面計３面のコーニック定数が０未満の非球面で構成されており、接眼レンズ径５０ｍｍを実現した上で、高い光学性能を満たしている。それにより、裸眼で１２０°、メガネ装着でも１００°の視野角を確保している。
【００９６】
接眼レンズ設置部１３上には画像を見るための開口部２８が両目に対応して２か所設けられている。それぞれの開口部の上下には接眼レンズを固定する為の固定ガイド２７があり、接眼レンズユニット２９ｄには共通してはめ込む事ができる様に、同じ寸法位置に移動ガイド３０が設けられている。この移動ガイド３０部分をずらす事で、接眼レンズユニット２９ｄを取り外し、その他の接眼レンズと交換する事が可能である。更に、鼻と接眼レンズ設置部１３が干渉しない様に、溝３１が形成されている。
【００９７】
接眼レンズユニット２９ｄの焦点距離は、接眼レンズ設置部１３の固定ガイド１８ａに沿って、携帯電話固定部１４ａの移動ガイド１８ｂを移動させて調整できる。近視の人が、メガネを外して広視野角で画像を楽しみたい場合、この部分でフォーカスをきちんと合わせる事ができる。
【００９８】
接眼レンズ設置部１３は側面図の矢印方向から、固定ガイド１８ａに沿って、携帯電話固定部１４の移動ガイド１８ｂをはめ込む事ができる構造であるが、その固定ガイド１８ａ及び、ガイド１８ｂの共通位置に指が下から入れる程度の大きさの開口部３２が空けてある。
【００９９】
通常は、ここから光が入ると、携帯電話の画面が見難くなるので、中央部に切り込みが入ったゴム板等の弾性体３３が貼られている。携帯電話のアプリケーションソフトを起動させる時や、ソフトの中止、ソフトの変更等、携帯電話の画面の下側をタッチする事で、ＨＭＤを装着したまま指令を出す事ができる。タッチは片眼側のみで行うので、実際の画像は半透明の様になり、アプリの画像を見ながら携帯電話のソフトを制御する事が可能である。
【符号の説明】
【０１００】
１・・・ＨＭＤ本体部、２・・・ウェイトキャンセラー、２ａ・・・袋部、３，３ａ，３ｂ・・・ケーブル、４，７・・・ベルト、５・・・ガイド、６・・・部材、９・・・接眼レンズ、１２，１２ａ，１２ｂ・・・携帯電話、１２ｃ・・・高速画像送信端子２６を接続可能な携帯電話、１３・・・接眼レンズ設置部、１４，１４ａ，１４ｂ・・・携帯電話固定部、１５・・・位置固定ピン、１６・・・抑えバネ、１７・・・ワッシャー１８ａ・・・固定ガイド、１８ｂ・・・移動ガイド、１９・・・ＵＳＢ送受信装置、２０，２４・・・ＵＳＢ端子、２１・・・３軸加速度計、２２・・・ＵＳＢカメラ設置台、２３・・・ＵＳＢカメラ、２４・・・ＵＳＢ端子、２５・・・高速画像送受信制御装置、２６・・・高速画像送信端子、２７・・・固定ガイド、２８・・・開口部、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ・・・接眼レンズユニット、３０・・・移動ガイド、３１・・・溝、３２・・・開口部、３３・・・弾性体、１００・・・携帯電話、１０１・・・接眼レンズ、１０２・・・眼球、１０３・・・スポンジ部、１０４・・・ＨＭＤ本体、１０５・・・バンド、１０６・・・パット部、１０７・・・固定部材。
【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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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