(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下反転してもほぼ同じ保持力を発揮する形状であって、少なくとも両側頭部と前頭部に近接する頭部保持用ホルダと、該頭部保持用ホルダの前頭部側の左右いずれかの眼上位置に配した表示ユニットとを有すると共に、前記頭部保持用ホルダに表示ユニット保持用ガイドを設け、前記表示ユニットを前記保持用ガイドにスライド可能にし、前記表示ユニットを前記頭部保持用ホルダの上下のいずれの方向にも保持可能とした頭部装着型表示装置。
【請求項２】
上下反転してもほぼ同じ保持力を発揮する形状であって、少なくとも両側頭部と前頭部に近接する頭部保持用ホルダと、該頭部保持用ホルダの前頭部側の左右いずれかの眼上位置に配した表示ユニットとを有すると共に、前記頭部保持用ホルダに表示ユニット保持用ガイドを設け、前記頭部保持用ホルダに表示ユニット保持用ガイドを設け、前記表示ユニットをガイドの突き出し方向を軸に回転可能にし、前記表示ユニットを前記頭部保持用ホルダの上下のいずれの方向にも保持可能とした頭部装着型表示装置。
【請求項３】
頭部保持用ホルダの両側頭部と前頭部に近接する部材は分割されたものであり、両部材の間がヒンジ構造を有していることを特徴とした請求項１又は２のいずれかに記載の頭部装着型表示装置。
【請求項４】
頭部保持用ホルダの前頭部付近又は／及び両側頭部から後頭部の一部に頭部保護部材が具備されていることを特徴とした請求項１から３のいずれかに記載の頭部装着型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエアラブルPC用表示器等、頭部に装着してPC画面やTV画像、あるいは作業等に関連する各種表示を視認することを目的とした頭部装着型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今年、コンピュータ機能を身に付け、複雑な作業や高度な知識を必要とする判断を、対象となる現場で行う際の補助機器としてウエアラブルPCに代表される情報装置が実用されている。このコンピュータのモニタとして用いられる表示装置を頭部に装着することにより、作業中にもこのモニタ画像を視認できる。
ここで、頭部装着型表示装置としては、側頭部や眼球の上または下に表示器を配し、これを非球面の反射光学系を用いて視認可能にするとともに、これらのユニットをヘッドホン型の装着部位で頭部に固定する構造を有したものが知られている。
【０００３】
しかし、これらのものは表示部が大きく装着者にとっては負荷が伴う問題があった。そこで、頭部の側面から後頭部を回り込むような形状のホルダに側方から突き出したアームにより表示器ユニットを固定する方式が提案されている。この方式では、ホルダ、表示器ともに小型のものが実現できるメリットがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、表示器を側方から突き出したアームに固定する従来の方式は、表示器が眼からある程度離れるため、視野角を大きく取ろうとすると表示ユニットが大きくなってしまうという問題があった。例えば、この従来方式の場合、小型軽量な表示ユニットのままでは本格的なPC画面の精細さ(たとえば800×600のカラーSVGA)の表示で細部を視認するのは困難である。
【０００５】
また、装着者の状態（左右視力の差や利き眼の状況）に合せて表示ユニットを左右入れ替えて使用しなければならないため、安定した保持を確保しつつ左右を入替える機構が必要であった。さらに、装着者の顔面形状（眼窩の窪み具合や額の傾斜具合）は個人差が大きく、眼球と表示ユニットの間隔を最適な視認位置に合せるには、表示ユニットを前後に調整する機構も必要であった。
【０００６】
そこで、本発明は、表示画像の情報を十分に認識可能な視野角を確保でき、かつ、左右眼での使用を自由に選択して表示画像を視認できるとともに、表示画像の最適視認位置を容易に調整できる頭部装着型表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、上下反転してもほぼ同じ保持力を発揮する形状であって、少なくとも両側頭部と前頭部に近接する頭部保持用ホルダと、該頭部保持用ホルダの前頭部側の左右いずれかの眼上位置に配した表示ユニットとを有すると共に、前記頭部保持用ホルダに表示ユニット保持用ガイドを設け、前記表示ユニットを前記保持用ガイドにスライド可能にし、前記表示ユニットを前記頭部保持用ホルダの上下のいずれの方向にも保持可能とした頭部装着型表示装置である。
また、上下反転してもほぼ同じ保持力を発揮する形状であって、少なくとも両側頭部と前頭部に近接する頭部保持用ホルダと、該頭部保持用ホルダの前頭部側の左右いずれかの眼上位置に配した表示ユニットとを有すると共に、前記頭部保持用ホルダに表示ユニット保持用ガイドを設け、前記頭部保持用ホルダに表示ユニット保持用ガイドを設け、前記表示ユニットをガイドの突き出し方向を軸に回転可能にし、前記表示ユニットを前記頭部保持用ホルダの上下のいずれの方向にも保持可能とした頭部装着型表示装置である。
【０００８】
ここで、「上下反転してもほぼ同じ保持力」とは、ホルダを上下反転して少なくとも両側頭部と前頭部に保持させたとき、使用者に違和感を与えない程度に同じ保持力を有する場合をいい、物理的に同一の保持力までも要求しない。
ホルダの形状としては、例えばヘッドバンドやヘアバンドのようなＵ字の形状、あるいはリング形状が挙げられるが、これらに限定されず少なくとも両側頭部と前頭部に接するものならば何でも良い。近接部位も両側頭部と前頭部に限らず、頭頂部に近接しても良い。その場合には、ホルダの形状としては例えばキャップ形状が用いられる。
また、ホルダは左右対称とは限らず、ほぼ同じ保持力を発生させるためには、ホルダの前頭部、両側頭部の形状を変形させても、重量を左右非対称にしてもよい。
なお、「近接」とは、両側頭部と前頭部にホルダが直接接触する場合のみならず、例えば後述する頭部保護部材などの中間材質を介して間接接触する場合をも含む意味である。
また、ホルダは単一の部材で構成しても、両側頭部と前頭部に近接する部材を分割し、両部材の間がヒンジ構造を有するものでも良い。
【０００９】
頭部保持用ホルダの前頭部付近又は／及び両側頭部から後頭部の一部に頭部保護部材を設けてもよい。頭部保護部材は、いわゆるパッドなどの緩衝材が該当し、その材質は、ウレタンスポンジ、エラストマー、ゴム等の弾性力のあるものならば何でもよい。この頭部保護部材は、頭部保持用ホルダと一体に構成しても別部材として構成してもよい。
【００１０】
表示ユニットは、少なくとも表示画像を作り出す表示器と、表示器から出射された表示光を反射する反射面を有した反射光学部材とからなる。表示器は、例えば液晶表示器、プラズマディスプレイ、小型ＣＲＴを用いることができるが、これらに限定されない。なお、液晶表示器は、透過型、反射型のいずれでもよく、光源は面光源、点光源いずれでもよく、例えばＬＥＤ、ハロゲン球、冷陰極管などを用いることができる。
反射光学部材は、全反射ミラー、ハーフミラー、プリズムなどを組み合わせて構成することができる。
なお、表示ユニット内に外部の信号源から信号を受けて表示器を駆動するための回路基板などの駆動手段を備えても、又は表示ユニットとは切り離して備えてもよい。
【００１１】
表示ユニットは、頭部保持用ホルダの前頭部側の左右いずれかの眼上位置に取り付ける。これにより、表示器ユニットは眉毛付近から吊下げることになり、少ない視野障害で安定した保持を確保しつつ表示器ユニットを眼球に近づけ、小さい表示器ユニットのまま適切な視野角を確保することができる。ここで、「眼上位置」とは、表示ユニットからの出射光が使用者の視線水平方向から０〜±４５度の上下方向になる位置である。また、左右方向は、視線垂直方向から０〜±６０度になる位置である。この表示ユニットは頭部保持用ホルダを上下のいずれの方向にも保持可能になっている。
【００１２】
表示ユニットの頭部保持用ホルダへの取り付けは、表示ユニットを簡易に着脱できる方式のものが好ましく、例えば頭部保持用ホルダに表示ユニット保持用ガイドを設け、表示ユニットを該ガイドにスライド可能にしたものが挙げられる。ただし、この構成に限定されず、ねじなどで取り付けてもよい。
さらに、表示ユニットを着脱可能にするのではなく、頭部保持用ホルダに表示ユニット保持用ガイドを設け、表示ユニットをガイドの突き出し方向を軸に回転可能にしてもよい。また、表示ユニットがガイドの先端近くに来た場合、表示ユニットの上下を反転できるようにガイド部に切り欠きを設ける等の構造で表示ユニットの左右を入替えるようにしてもよい。
【００１３】
本発明の表示装置は、種々の製品の製造工場、組立工場等の作業内容表示、英会話などの教育用情報表示、観光地の名所、旧跡、水族館、植物園、ショールーム等の展示物などに応用できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に本発明による頭部装着型表示装置の一例を示す。
図中１は前頭部に近接する前フレームで、前フレーム１の両側には側頭部に近接する側フレーム２ａ、２ｂがヒンジ３ａ、３ｂで取り付けられている。ヒンジ３ａ、３ｂはほぼ図示の状態まで開くと突起が当たりこれ以上は開かない。このヒンジ３ａ、３ｂの回転軸の軸方向は、頭部装着時の上下方向に向いている。
なお、この前フレーム１及び側フレーム２ａ、２ｂが本発明の頭部保持用ホルダに該当する。
【００１５】
また、前フレーム１及び側フレーム２ａ、２ｂには、頭部保護部材たるパッド４ｃ、４ａ、４ｂが取り付けられており、パッド４ｃは、頭部装着時には眉毛を含む額部に接する。パッド４ｃ、４ａ、４ｂの材質は、ウレタンスポンジ、エラストマー、ゴム等の弾性力のあるものならば何でもよい。
【００１６】
前フレーム１において使用者の左右いずれかの眼上位置(本実施例では左眼の上)には表示ユニット５が取り付けられる。6は、表示ユニット５内部に信号を送るためのケーブルである。なお、表示ユニット５の取り付け方法及びその内部構造については後述する。
表示ユニット５を前フレーム１に取り付ける時、前フレーム１は左右非対称となり、側フレーム２ａ、２ｂが同一形状の場合、両側頭部後方を押さえる保持力が左右アンバランスとなる。したがって、頭部形状の個人差を考慮すると、上下反転使用時に保持力の差が発生することになる。この対策として、本実施例では、側フレーム２ａ、２ｂの断面形状を異なる方式を採用するが、前フレーム１を左右対称形にしてもよい。図示の場合、側フレーム２ｂの剛性を、側フレーム２ａより低くする必要があるため、側フレーム２ｂの断面積は、側フレーム２ａより小さくしている。
なお、より頭部装着時のフィット感を向上させるためには、前フレーム１の曲率をR=60〜90mm、側フレーム２ａ、２ｂのパッド４ａ、４ｂ取付部付近の曲率をR=70〜120mmとし、フレーム全体を楕円に近い形状にすることが好ましい。
【００１７】
次に表示ユニット５と前フレーム１の結合部を図２に示す。図２中図１と同じのものには同じ番号が付して有る。
表示ユニット５は、その開口部５ａをガイド１ａに挿入し、前フレーム１と結合する形態となっている。表示ユニット５はガイド１ａを利用し、前後スライド可能となっている。図示していないが、表示ユニット５内部及びガイド１ａに前後スライド時の抜け防止機構を設けてもよいし、抜け防止機構をスイッチ等でON/OFFできる構造でもよい。
【００１８】
表示ユニット５の内部構造は図３に示す。表示ユニット５の光学系は、ビームスプリッタ機能を持つコンバイナ１１及びハーフミラー１２、偏光機能を持つビームスプリッタ１３、光源１４、偏光板１５、反射型液晶素子１６で構成される。光源１４から射出される光(二点鎖線部)は、偏光板１５を透過し、Ｓ偏光成分の光が抽出され、ビームスプリッタ１３に入射する。ビームスプリッタ１３はＳ偏光成分の光を高反射し、Ｐ偏光成分の光を高透過する反射透過面１３ａを有する。ビームスプリッタ１３に入射したＳ偏光成分の光が反射透過面１３ａで反射され、反射型液晶素子１６に入射する。入射したＳ偏光成分の光は、反射型液晶素子１６からＰ偏光成分の画像表示光として出射される。反射型液晶素子１６から出射されたＰ偏光成分の光は反射透過面１３ａを透過し、ハーフミラー１２で反射後、コンバイナ１１で反射され、ハーフミラー１２を透過し、使用者の眼に画像表示光として入射する。
なお、図示していないが、表示ユニット５の内部には、ケーブル６により外部の信号源から送られてきた反射型液晶素子１６及び光源１４を駆動するための駆動回路も収容されている。
【００１９】
本発明は、以上の構成により、使用者の額部に前フレーム１のパッド４ｃが接し、側フレーム２ａ、２ｂのパッド４ａ、４ｂが使用者の側頭部に接するように装着すると、表示ユニット５は使用者の眉毛付近から吊下げた状態になり、少ない視野障害で安定した保持を確保しつつ表示ユニット５を眼球に近づけ、小さい表示ユニットのまま適切な視野角を確保することができる。
また、表示ユニット５をガイド１ａから外し、表示ユニット５を上下反転させ、ガイド１ａに再装着し、フレーム全体を反転させることで、左右眼使用時の切換が可能になる。
【００２０】
なお、本実施例では、ケーブル６は表示ユニット５の前方から出ているが、ガイド１ａ内部及び前フレーム１内部に空間を設け、ケーブル６を内部配線する構造でもよい。また、パッド４ａ、４ｂは側フレーム２ａ、２ｂと一体の物であってもよく、パッド以外にも側フレーム２ａ、２ｂへのゴム塗装やゴムカバーで覆う形態でも良い。
更に、ガイド１ａは前フレーム１と一体構造でなくても良く、回転可能な構造で前フレーム１に取付けられている構造でも良い。この場合、表示器ユニット５を上下反転させる際にこの回転構造を有効に利用できる。
また、頭部保持用ホルダの両側頭部後方の保持力を確保するため、側フレーム２ａ、２ｂ間を後頭部で接続するサポータを用いてもよい。
更に、前フレーム１又は側フレーム２ａ、２ｂには、イヤホンを保持するホルダを設けてもよい。
光学系も図３の構成のものに限定されず、表示素子からの出射光を１枚のコンバイナで反射させる方式でもよい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、表示の視野角が実用レベルであるにもかかわらず小形軽量で装着も容易であり、かつ左右を自由に選択して表示を視認できるとともに、表示の最適視認位置を容易に調整できる頭部装着型表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の頭部装着型表示装置の概略図
【図２】表示ユニット５と前フレーム１の結合部を示す図
【図３】表示ユニット５の内部構造図
【符号の説明】
１:前フレーム
２ａ、２ｂ:側フレーム
４ａ、４ｂ、４ｃ:パッド
５:表示ユニット
【図１】
0004341114.tif 000002
【図２】
0004341114.tif 000003
【図３】
0004341114.tif 000004