(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
頭部に装着されて眼前で使用される映像表示装置において、
映像を表示する表示器と、表示器に表示した映像の光を眼に導いて虚像を提供する接眼光学系と、表示器および接眼光学系を保持する筺体とを含む２つの表示部と、
当該装置を装着した使用者から見たときを基準に方向を定めるとき、左右方向の長さが眼幅以上で、左右方向のどの部位においても前後方向の長さが上下方向の長さよりも大きい略板状の形状を有し、２つの表示部を支持するフレームと、
フレームの左右方向の中央付近に取り付けられ、鼻に接する鼻当てと、フレームの左右方向の両端付近に取り付けられ、耳、側頭部または後頭部に接する１対のテンプルとを含む装着部と、を備え、
表示部は眼前に位置し、接眼光学系の光軸の上下方向の位置が眼の瞳の上下方向の位置に略一致するように、フレームに取り付けられており、
表示部を支持している箇所以外のフレームの中央部と両端部が、眼と略同じ高さになるように構成されており、表示部の左右方向外側の周辺部において視界が確保されていることを特徴とする映像表示装置。
【請求項２】
フレームが表示部を左右方向に移動可能に支持していることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
【請求項３】
フレームおよび表示部の重心が眼よりも下方に位置することを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
【請求項４】
さらに、頭部への装着用の部材と、筺体の前面の略全体を覆うカバーと、を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の映像表示装置。
【請求項５】
カバーが着脱可能であることを特徴とする請求項４に記載の映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、頭部に装着されて使用される頭部装着型の映像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、頭部に装着されて眼前にて使用される頭部装着型の映像表示装置が個人観賞用の映像表示装置として普及している。一般に、頭部装着型の映像表示装置は、映像を表示する表示器と、表示器に表示した映像の光を観察者の眼に導く接眼光学系と、これらを収容する筺体とを備える。接眼光学系を備えて、眼に近い位置に表示される実像そのものではなく、眼から適度に離れた虚像を提供することで、映像を自然に観察することが可能になり、また、接眼光学系に拡大機能をもたせることで、小型の表示器を使用しながらも、大きな映像を提供することができる。
【０００３】
頭部に装着するための構成には、頭部全体を締め付けるようにしたものと、鼻と耳または側頭部で支持される普通の眼鏡のようにしたものとがある。前者は、例えば、特開平９−５０８７１１号公報や特開平７−９２４４１号公報に開示されており、後者は、例えば、特開平１０−２９４９８３号公報に開示されている。
【０００４】
特開平９−５０８７１１号公報の装置では、左右の表示器を収容した１つの筺体の両端にベルト状の部材を取り付けて、筺体およびベルトで頭部の額およびそれ以外の部位を締め付けるようにしている。表示器や接眼光学系は筺体に固定されており、使用者の眼幅すなわち左右の眼の間隔に応じて、左右の映像の間隔を調節することはできない。特開平７−９２４４１号公報の装置では、頭部の全周をベルト状の部材で締め付けるようにするとともに、この部材に左右の筺体を移動可能に取り付けて、左右の映像の間隔を調節し得るようにしている。
【０００５】
特開平１０−２９４９８３号公報の装置では、１つの筺体に左右の表示器および接眼光学系を収容し、筺体に鼻当てと１対のテンプルを取り付けている。表示器や接眼光学系は筺体に固定されており、左右の映像の間隔を使用者の眼幅に応じて調節することはできない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
頭部の全周を締め付けるようにした装置では、装着後の装置の安定性はよいが、装着がやや困難である上、使用者に違和感や苦痛を与え易い。一方、普通の眼鏡のように装着する装置は、装着は容易であるが、装着後の装置の安定性が悪い。
【０００７】
いずれの装着方法を採用する装置でも、左右の映像の間隔を固定した構成では、眼幅にかかわらずけられのない映像を提供するために、使用者の眼に導く光束の径を大きくする必要があり、このために大きな接眼光学系を備えなければならない。また、１つの筺体に左右の表示器や接眼光学系を収容する構成では、当然、大きな筺体が必要になる。接眼光学系や筺体の大型化は、装置の重量化を招いて使用者の疲労を増すだけでなく、重量のアンバランスを増大させて装着後の装置を不安定にする。特に、眼鏡のように装着する装置では不安定化は顕著になり、安定性を高めるためにテンプルで頭部を強く挟むようにすると、使用者に苦痛を与えることになる。
【０００８】
筺体の大型化は、映像の周囲の視界を大きく遮る結果ともなる。映像の周囲の視界が遮られることは映像の観察そのものには影響しないが、映像以外の現実の環境を視認できるようにすることが安全上必要なことも多く、筺体で視界が大きく遮られることは好ましくない。
【０００９】
また、筺体をベルト状の部材に取り付けるようにした装置では、装着時のベルトの上下方向の位置により眼と接眼光学系の相対位置が変わり易く、しかも、使用者の額の形状により左右の接眼光学系の光軸の向きが変動し易い。これらは使用者の眼にかかる負担を増すことになり、健康上好ましくない。
【００１０】
従来の頭部装着型の映像表示装置では、これらの問題点のいずれかが顕著に現れる。本発明は、このような現状に鑑みてなされたもので、装着が容易で、快適に使用することができ、しかも、映像以外の視界を広く確保することが可能な頭部装着型の映像表示装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の映像表示装置は、頭部に装着されて眼前で使用される映像表示装置において、映像を表示する表示器と、表示器に表示した映像の光を眼に導いて虚像を提供する接眼光学系と、表示器および接眼光学系を保持する筺体とを含む２つの表示部と、当該装置を装着した使用者から見たときを基準に方向を定めるとき、左右方向の長さが眼幅以上で、左右方向のどの部位においても前後方向の長さが上下方向の長さよりも大きい略板状の形状を有し、２つの表示部を支持するフレームと、フレームの左右方向の中央付近に取り付けられ、鼻に接する鼻当てと、フレームの左右方向の両端付近に取り付けられ、耳、側頭部または後頭部に接する１対のテンプルとを含む装着部と、を備え、表示部は眼前に位置し、接眼光学系の光軸の上下方向の位置が眼の瞳の上下方向の位置に略一致するように、フレームに取り付けられており、表示部を支持している箇所以外のフレームの中央部と両端部が、眼と略同じ高さになるように構成されており、表示部の左右方向外側の周辺部において視界が確保されていることを特徴とする。
【００１２】
この映像表示装置は、鼻に接する鼻当てと、耳、側頭部または後頭部に接する１対のテンプルとを含む装着部を備えており、普通の眼鏡のように装着されて３部位で支持される。表示部は片眼に映像を提供するものであり、表示部を２つ備えることで、両眼用の映像表示装置となる。フレームは左右方向に長く、使用者の顔前に位置して、２つの表示部を支持するとともに装着部を成す３部材を連結する。フレームの前後方向すなわち使用者の視線の方向の長さは上下方向の長さよりも大きい。したがって、撓み等の変形を防ぐに足る強度をフレームにもたせながら、フレームにより遮られる視界の範囲を小さくすることができる。
【００１３】
ここで、フレームが表示部を左右方向に移動可能に支持するようにするとよい。このようにすると、表示部と眼の相対位置の調節が可能になり、接眼光学系を小さくすることができる。表示部を２つ備えて両眼用の装置とするときは、左右の映像の間隔を使用者の眼幅に合わせることも容易である。
【００１４】
また、フレームおよび表示部の重心が眼よりも下方に位置するようにするとよい。フレームおよび表示部は主として鼻で支持されるが、これらの重心から鼻までの距離が長ければ、回転モーメントが大きくなって、使用者が下方を向いたときに装置が不安定になる。フレームと表示部の重心を眼よりも下方に位置させることにより回転モーメントを小さくすることができて、装置の安定性を高めることが可能になる。
【００１５】
さらに、頭部への装着用の部材と、筺体の前面の略全体を覆うカバーと、を備えるとよい。
【００１６】
筺体は、使用者の視界を遮る範囲を小さくし、また軽量とするために、表示器と接眼光学系を保持するという機能を損なわない範囲で、小さくかつ簡素な構成とすることが望ましい。しかし、そのような筺体の外観は、必ずしも美しいとはいえない。筺体の前面の略全体を覆うカバーを備えることで、視界を遮る範囲を小さくし、軽量にしながらも、美しい外観の装置とすることができる。
【００１７】
カバーは着脱可能とするとよい。数種のカバーを用意しておくことでカバーを任意に取り替えることが可能になり、使用者の好みに応じた外観の装置とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の映像表示装置について図面を参照しながら説明する。本発明の一実施形態の映像表示装置１の外観を図１〜図４に示す。図１、図２、図３は、使用時つまり頭部に装着された状態を表しており、それぞれ上面図、正面図、側面図である。図４は非使用時の上面図である。
【００１９】
映像表示装置１は、左右１対の表示部１０Ｌ、１０Ｒ、フレーム２０および装着部３０を有する。表示部１０Ｌおよび１０Ｒは、それぞれ映像を表示して使用者の左眼ＥＬおよび右眼ＥＲに提供する。フレーム２０は表示部１０Ｌ、１０Ｒを支持し、使用時に表示部１０Ｌ、１０Ｒを左右の眼ＥＬ、ＥＲの直前に位置させる。装着部３０は鼻当て３１および左右１対のテンプル３２Ｌ、３２Ｒより成り、頭部に対するフレーム２０の位置を規定する。
【００２０】
表示部１０Ｌ、１０Ｒは、筺体１６Ｌ、１６Ｒとこれに保持された光学系より成る。表示部１０Ｌ、１０Ｒの光学系の構成を図５に示す。各表示部の光学系は、光源１１、凹面反射鏡１２、プリズム１３、液晶表示器（ＬＣＤ）１４および接眼光学系１５を有する。光源１１は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイより成り、液晶表示器１４を照明するための光を発する。凹面反射鏡１２は光源１１からの光を集光しつつプリズム１３に入射させ、プリズム１３は入射光を屈折させてＬＣＤ１４に導く。プリズム１３の入射面には、Ｐ偏光を透過させＳ偏光を反射する偏光分離（ＰＢＳ）膜１３ａが設けられており、光源１１からの光のうちＰ偏光のみがＬＣＤ１４に導かれる。
【００２１】
ＬＣＤ１４は反射型であり、表示した映像により入射光を変調しつつ反射する。ＬＣＤ１４は変調により偏光面が９０゜回転した光が映像を表すように設定されている。ＬＣＤ１４によって反射された光は、プリズム１３に再度入射する。この光のうち、変調後も偏光面が変わらなかった光は、Ｐ偏光としてＰＢＳ膜１３ａに入射して透過し、変調により偏光面が回転した映像を表す光は、Ｓ偏光としてＰＢＳ膜１３ａに入射して反射される。
【００２２】
接眼光学系１５は凹レンズ１５ａおよび凸レンズ１５ｂより成る。接眼光学系１５は、ＰＢＳ膜１３ａによって反射された映像を表す光を使用者の眼に導いて、ＬＣＤ１４に表示された映像の拡大虚像を提供する。この虚像の位置は眼から数ｍ程度に設定されており、拡大率は数十倍に設定されている。
【００２３】
接眼光学系１５の２つのレンズ１５ａ、１５ｂの光軸方向の位置や両レンズ間の距離は可変であり、これらを変えることで視度を調整することができる。図１に示すように、筺体１６Ｌ、１６Ｒにはそれぞれ視度調節用の操作部材１７Ｌ、１７Ｒが設けられており、使用者は左右の眼の視力に応じて、左右の表示部１６Ｌ、１６Ｒの視度を設定することができる。
【００２４】
ＬＣＤ１４の表示や光源１１の点灯は、映像表示装置１の外部に設けられた制御装置（不図示）によって制御される。制御装置はケーブル４０によって映像表示装置１に接続されており、表示部１０Ｌ、１０Ｒの光源１１およびＬＣＤ１４に電力を供給し、また、表示する映像を表す映像信号をＬＣＤ１４に与える。制御装置が左右の表示部１０Ｌ、１０ＲのＬＣＤ１４に表示させる映像には視差があり、使用者には立体感のある映像が提供される。
【００２５】
フレーム２０は軽量で強度の高いチタン等の金属で作製されている。フレーム２０の左右方向の長さは、成人男性の標準的な眼幅よりも大きく設定されており、その両端は顔面の両端付近に位置する。フレーム２０は、左右方向のどの部位においても、前後方向の長さが上下方向の長さよりも大きく、略板状である。また、フレーム２０の両端部は後方に向かって滑らかに湾曲している。
【００２６】
フレーム２０の中央部は両端部よりも低く、中央部と両端部の間の部位は中央部よりもさらに低い。最も低いこれらの部位は、左右の眼ＥＬ、ＥＲの前方下方に位置し、これらの部位に表示部１０Ｌ、１０Ｒが取り付けられている。これにより、表示部１０Ｌ、１０Ｒが眼ＥＬ、ＥＲの直前に位置し、接眼光学系１５の光軸の上下方向の位置が眼ＥＬ、ＥＲの瞳の上下方向の位置に略一致する。
【００２７】
図１に矢印Ａで示すように、表示部１０Ｌ、１０Ｒは左右方向に移動し得るようにフレーム２０に取り付けられており、接眼光学系１５の光軸が眼ＥＬ、ＥＲの瞳の中心を通るように設定することができる。したがって、けられのない映像を提供するために観察者の眼に導く光束の径をあまり大きくする必要がなく、接眼光学系１５は小型の構成とすることが可能である。
【００２８】
なお、前述のケーブル４０は、一方の端部からフレーム２０に挿入されており、フレーム２０の内部を通って表示部１０Ｌ、１０Ｒに接続されている。ケーブル４０はフレーム２０から後方の外側に向かって突出する形態となり、使用者の腕の動きを制約したり目障りになったりすることはない。
【００２９】
装着部３０の鼻当て３１は、やや弾性のある樹脂で作製されており、フレーム２０の中央部に取り付けられている。鼻当て３１とフレーム２０の間にはバネ（不図示）が介装されており、鼻当て３１は、図１に矢印Ｂで示したように前後方向に移動可能であり、後方に向けて軽く付勢されている。
【００３０】
テンプル３２Ｌ、３２Ｒはフレーム２０の左右両端部に設けられたヒンジ２１に取り付けられている。テンプル３２Ｌ、３２Ｒはヒンジ２１の回転軸２１ａを中心に水平方向に回転可能であり、映像表示装置１は、図１に示す開いた状態と、図４に示す畳んだ状態をとる。テンプル３２Ｌ、３２Ｒは略円弧状であり、チタン等の金属の表面を樹脂で覆って作製されている。テンプル３２Ｌ、３２Ｒの前半部は上下方向に薄く水平方向に広く形成されており、後半部は、逆に、上下方向に広く水平方向に薄く形成されている。したがって、テンプル３２Ｌ、３２Ｒの前半部は水平方向の剛性が高く、後半部は水平方向の弾性に富む。
【００３１】
使用者は、テンプル３２Ｌ、３２Ｒを図１の符号αに示すように外側に撓ませて装着する。装着した状態では、鼻当て３１が使用者の鼻に当たり、テンプル３２Ｌ、３２Ｒが耳の付け根の上端と側頭部から後頭部にかけての部位に当たる。これにより、使用者の頭部に対する映像表示装置１の位置が定まる。鼻当て３１が前後方向に可動であり、テンプル３２Ｌ、３２Ｒの後半部が弾性を有するから、頭部の大小にかかわらず、多くの人が映像表示装置１を装着することができ、また装着した映像表示装置１の安定性は高い。しかも、テンプル３２Ｌ、３２Ｒの後半部の上下方向の幅が広いから、使用者が受ける押圧感も少ない。
【００３２】
また、フレーム２０は、板状でありながら前後方向の長さが大きいから、テンプル３２Ｌ、３２Ｒからの力を受けても撓むことがない。したがって、表示部１０Ｌ、１０Ｒの向きが変化することはなく、接眼光学系１５の光軸の方向を常に一定に保つことができる。
【００３３】
表示部１０Ｌ、１０Ｒとフレーム２０の重心は眼ＥＬ、ＥＲよりも下方に位置しており、鼻当て３１が当たる鼻の部位からその重心までの距離は短い。使用者が下方を向くと回転モーメントが働くが、このような設定では回転モーメントは小さいから、テンプル３２Ｌ、３２Ｒにより頭部を強く押圧しなくても、映像表示装置１の安定性が損なわれることはない。
【００３４】
上記構成のテンプル３２Ｌ、３２Ｒは、図４に示す畳んだ状態でも、一方の前半部と他方の後半部が干渉することがない。したがって、映像表示装置１は非使用時には携帯に便利な大きさとなる。
【００３５】
筺体１６Ｌ、１６Ｒは、表示部１０Ｌ、１０Ｒの光学系を保持するに足るだけの大きさで、簡素な直方体状とされている。このため、使用者の視界のうち筺体１６Ｌ、１６Ｒによって遮られる範囲は小さい。また、フレーム２０は板状であって、上下方向の長さが小さいから、フレーム２０によって遮られる視界の範囲も小さい。図６に、筺体１６Ｌ、１６Ｒよりも左右方向外側の視界を示す。フレーム２０によって遮られる範囲Ｖ１は全範囲Ｖ０のごく一部である。このように、映像表示装置１では映像の周囲に広い視界を確保することが可能であり、映像観賞中であっても、使用者は環境の変化を容易に視認することができる。
【００３６】
筺体１６Ｌ、１６Ｒの前面には、その略全体を覆う薄いカバー５０Ｌ、５０Ｒが備えられている。カバー５０Ｌ、５０Ｒは不透明であり、また、着脱可能である。筺体１６Ｌ、１６Ｒ自体の美感はあまり高くないが、カバー５０Ｌ、５０Ｒを備えたことで映像表示装置１は十分に高い美感を有する。
【００３７】
形状、模様および色彩の異なる種々のカバーを用意すれば、使用者の好みに応じた外観の装置とすることができ、また、使用する環境に応じて外観を変え得る装置となる。ただし、カバーをあまり大きくすると、カバーによって視界が遮られるようになるから、カバーは筺体の前面の略全体を覆う程度の大きさにとどめるのがよい。カバーの取り付けはネジを用いて行ってもよく、カバーの縁部を挿入する溝等の係合部を筺体またはフレームに設けて、係合によって行ってもよい。
【００３８】
なお、本実施形態の映像表示装置１では２つの表示部１０Ｌ、１０Ｒを備える構成としたが、一方を省略して片眼用の装置とすることも可能である。
【００３９】
【発明の効果】
左右方向の長さが眼幅以上で、左右方向のどの部位においても前後方向の長さが上下方向の長さよりも大きい略板状の形状を有するフレームを備えて、このフレームにより２つの表示部を支持するとともに、鼻当てと左右１対のテンプルとを含む装着部を備えるようにした本発明の映像表示装置は、普通の眼鏡のように容易に装着することが可能である。また、装着するだけで眼に対する表示部の上下方向の相対位置が定まり、しかも、フレームは撓み等の変形を防ぐに足る強度を確保することが容易な形状であるから、接眼光学系の光軸の方向が変化して眼に負担がかかるのを避けることができて、快適に使用することができる。さらに、フレームによって遮られる視界の範囲は小さく、使用時の安全性も高い。
【００４０】
フレームが表示部を左右方向に移動可能に支持するようにすると、眼に対する表示部の左右方向の相対位置を調節することが可能になって、接眼光学系として小さなものを用いることができる。したがって、装置が軽量化し、快適性がさらに増す。また、表示部を２つ備えた両眼用の装置であるため、左右の映像の間隔を使用者の眼幅に合わせることができて、誰でも快適に使用し得る装置となる。
【００４１】
また、フレームおよび表示部の重心が眼よりも下方に位置するようにすると、使用者が下方を向いたときに、装置が不安定になるのを避けることができて、一層快適に使用できる装置となる。
【００４２】
表示器および接眼光学系を保持する筺体の前面の略全体を覆うカバーを備えるようにした本発明の映像表示装置では、カバーによって美感を確保することができるから、筺体として表示器と接眼光学系を保持するに足るだけの簡素で小さなものを備えればよい。したがって、軽量で美しく、しかも筺体によって遮られる視界の範囲が小さい装置となり、快適にかつ安全に使用することができる。また、カバーを着脱可能とすることで、使用者の好みに応じた外観の装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態の映像表示装置の使用時の上面図。
【図２】  上記映像表示装置の使用時の正面図。
【図３】  上記映像表示装置の使用時の側面図。
【図４】  上記映像表示装置の非使用時の上面図。
【図５】  上記映像表示装置の表示部の光学系の構成を示す断面図。
【図６】  上記映像表示装置を装着した使用者の視界を示す断面図。
【符号の説明】
１    映像表示装置
１０Ｌ、１０Ｒ  表示部
１１    光源
１２    凹面反射鏡
１３    プリズム
１３ａ  偏光分離膜
１４    液晶表示器
１５    接眼光学系
１５ａ  凹レンズ
１５ｂ  凸レンズ
１６Ｌ、１６Ｒ  筺体
１７Ｌ、１７Ｒ  視度調節部材
２０    フレーム
２１    ヒンジ
２１ａ  回転軸
３０    装着部
３１    鼻当て
３２Ｌ、３２Ｒ  テンプル
４０    ケーブル
５０Ｌ、５０Ｒ  カバー
【図１】
0004258950.tif 000002
【図２】
0004258950.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004258950.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004258950.tif 000007