JP4626573B2 - 頭部装着型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、使用者の頭部に表示器および光学系を装着することにより使用者が各種情報を視認できるようにするための頭部装着型表示装置（以下、ＨＭＤともいう）に関する。本発明の頭部装着型表示装置は、例えば、ＰＣ画面、ＴＶ画像、あるいは作業者が作業中に必要な情報を画面に表示して視認することを目的としたウェアラブルコンピュータ用の表示器等に利用される。

携帯可能なコンピュータ機器を作業者の身に付けておき、複雑な処理や高度な知識を要する作業を行う際に、その場でコンピュータを利用して実行することができるようにした、いわゆるウェアラブルコンピュータシステム（ウェアラブルＰＣ）が実用化されつつある。
ウェアラブルコンピュータシステムでは、作業中に、表示装置により形成されたモニタ像（表示虚像）を視認できるようにした頭部装着型の表示装置（ＨＭＤ）が用いられている。すなわち、頭部装着型表示装置（ＨＭＤ）の画像表示器により情報となる画像を映し出し、画像を使用者の眼前に配置された光学系により虚像を形成する。そして形成された虚像を視認することにより、使用者が必要な情報を得られるようにしている。特に、最近は単眼のみに虚像を表示させる単眼視型の頭部装着型表示装置がよく利用されている（例えば特許文献１、２参照）。
特開平１０−３９７８４号公報 特開２００１−２２８４３５号公報

ウェアラブルコンピュータの使用が求められる環境は必ずしも静かでクリーンな環境だけではなく、振動や衝撃を受けやすい環境であったり、水、油、埃が存在する環境であったりする場合も多い。
振動や衝撃を受けやすい環境では、取り扱いが荒くなり、衝突や落下による損傷が多くなる。また、水、油、埃が存在する環境では、水や埃が浸入して故障の原因になるため、メンテナンスが大変であった。また、何かの衝撃を受けた場合に、ケースの突出部分が顔面と衝突して怪我をすることになる。

そこで、本発明は、劣悪な環境で使用される場合であっても、損傷や故障が生じにくく、また、使用者が安全に装着することができる頭部装着型標示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の頭部装着型表示装置は、画像表示器および前記画像表示器から出射される表示光を使用者の片側の眼前に導いて表示させる光学系をケース内に内蔵した表示ユニットと、表示ユニットを使用者の眼前の所定位置に保持する保持手段とを備えた頭部装着型表示装置であって、表示ユニットを構成するケースは分割可能に形成され、ケースの分割線に沿って分割線を覆う弾性カバーが取り付けられるようにしている。

上記発明において、弾性カバーは、さらにケースの顔面に対向する面の突出部分を覆うように形成されてもよい。

ここで、使用者の眼前の所定位置とは、表示ユニットにより表示される表示光を使用者が観察するのに適した位置である。この位置は、使用者が眼前に配置される表示ユニットの位置を保持手段によって適宜調整することにより定められる。

本発明によれば、画像表示器および光学系が表示ユニットのケース内に内蔵してあるので、水、油、埃等が浸入しにくい構造にしてある。また、表示ユニットを構成するケースは分割可能に形成されているので、このケースの分割線の部分から水等が浸入しやすいが、ケースの分割線に沿って弾性カバーが取り付けられるようにしている。これにより、衝撃を和らげるとともに、水等の浸入を防止することができ、故障を生じにくくすることができる。

また、表示ユニットを構成するケースの顔面に対向する突出部分に弾性カバーが取り付けられるようにしているので、たとえケースが顔面に衝突しても衝撃を和らげることにより、怪我を防止することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。

図１は、本発明の一実施形態である頭部装着型表示装置の外観図であり、図２はその要部断面図、図３は図１の頭部装着型表示装置の使用状態を示す図である。
頭部装着型表示装置１は、ベースユニット２と、表示ユニット３と、ベースユニット２と表示ユニット３とを連結する連結部４とから構成される。

ベースユニット２の一端側には、クリップ２１がシャフト２２により旋回可能に軸支されている。クリップ２１を外部のヘルメットＨ（図３参照）に固定した状態で、シャフト２２を中心にしてベースユニット２側を跳ね上げることにより、使用者の視線から一時的に退避できるようになっている。

ベースユニット２の他端側には、連結部４として機能するボールジョイント４１の反球面側が、ピン４２により固定してある。このボールジョイント４１はアルミ等の金属で形成される。ボールジョイント４１の他端は、後述するように表示ユニット３側に対し摺動可能に支持されている。
このように、クリップ２１を含むベースユニット２と連結部４とにより、表示ユニット３の保持手段が形成される。
ボールジョイント４１の周囲には蛇腹状のゴム製カバー４４で覆うようにしてあり、外部から水、油、埃等が摺動部分に浸入することを防いでいる。

表示ユニット３は、上部ケース３ａと、下部ケース３ｂと、ケースの突出部分を保護するゴム製カバー３ｃとにより外観が形成され、上部ケース３ａから下部ケース３ｂが取り外しできるようにネジ３１により接続されて一体構造にしてある。このうち上部ケース３ａ側は、ベースユニット２との接続および角度調整に使用され、下部ケース３ｂ側は表示器および光学系の収納に使用される。表示ユニット３の内部構造についてさらに説明する。

上部ケース３ａは、ボールジョイント４１のボール部分を摺動させるための球面壁３２およびこれに続く貫通孔３３が形成され、貫通孔３３内に摺動性を有する樹脂性押圧部材４３、バネ４５、バネ４５により押圧部材４３をボールジョイント４１に接触させる付勢ネジ４６が螺合するようにしてある。

下部ケース３ｂは、その内部空間における上部位置に表示器３５が固定され、その下方位置に、表示器３５から照射される表示光を眼前に導く光学系３６が配置されている。
図４は下部ケース３ｂ内の表示器および光学系の構成を説明するブロック図である。表示器３５および光学系３６は、液晶パネル５１、光源５２、偏光板５３、偏光機能を持つビームスプリッタ５４、コンバイナ５５、ハーフミラー５６からなる。ハーフミラー５６の下部側は、下部ケース３ｂの裏面側Ｂに形成された開口部分（不図示）に露出するように取り付けられてある。この開口部分のハーフミラー５６が、使用者の眼前にくるように下部ケース３ｂが設計されている。

光源５２から出射される光は、偏光板５３を透過し、Ｓ偏光成分の光が抽出され、ビームスプリッタ５４に入射する。ビームスプリッタ５４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を有する。ビームスプリッタ５４に入射したＳ偏光成分の光が反射透過面で反射され、液晶パネル５１（反射型液晶素子）に入射する。入射したＳ偏光成分の光は、液晶パネル５１（反射型液晶素子）からＰ偏光成分の画像表示光として出射される。液晶パネル５１（反射型液晶素子）から出射されたＰ偏光成分の光は反射透過面を透過し、ハーフミラー５６で反射後、コンバイナ５５で反射され、ハーフミラー５６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、表示器３５は、外部とケーブル接続してあり、映像信号を受信して内蔵駆動回路が作動し、表示光が出射するようにしてある。

ゴム製カバー３ｃには、シリコンゴムやネオプレンゴム等が用いられ、上部ケース３ａと下部ケース３ｂとを分離するときの分割線に沿って、この部分を覆うとともに分割面を挟むように取り付けられており、水、油、埃がケース内部に侵入するのを防ぐようにしている。本実施形態では、分割線はケースの外観を形成する稜線のうち突出する部分でもあり、最も衝突しやすく、また落下したとき衝撃を受けやすい部分でもあるので、この部分にゴム製カバー３ｃを取り付けることにより、衝撃を和らげることができるようにしてある。

また、ゴム製カバー３ｃは、上部ケース３ａと下部ケース３ｂの分割線から続いて、下部ケース３ｂの顔面に対向する面の突出部分を覆うようにしてある。これにより、下部ケース３ｂが顔面に衝突した場合でも衝撃を和らげて怪我しないようにしてある。そして、ゴム製カバー３ｃは、全体が一体になるように形成され、しかも一部分を分割面で挟むようにして固定されることにより、衝撃で簡単に脱落することがないようにしてある。
さらに、ゴム製カバー３ｃは梨地状等の凹凸を有する滑りにくい表面状態にすることにより、位置・角度調整を行うために下部ケース３ｂを掌で握ったときに、滑りにくくなるようにしてある。

次に、頭部装着型表示装置１を使用するときの動作について説明する。まず、クリップ２１により、頭部装着型表示装置１をヘルメットＨの適当な位置に固定する。その後、掌で表示ユニット３を握り、シャフト２２により、表示ユニット３が眼前の適当な位置にくるようにする。続いて、そのまま掌で表示ユニット３を握った状態で、ボールジョイント４１の回りで回転させて、全方位、すなわちロール、ピッチ、ヨーの３軸の角度を同時に調整する。以上の調整作業により使用が可能になる。
そして使用中に何かが衝突した場合、突出した稜線部分に取り付けられたゴム製カバー３ｃが衝撃を吸収することで損傷を防止することができる。その際、たとえ顔面に衝突しても怪我を防ぐことができる。また、水分や埃がかかったとしても、ゴム製カバー３ｃにより、ケース内部への浸入を防止することができ、画像表示器３５や光学系３６の汚染を防ぐことができる。

本発明は、ウェアラブルコンピュータ用の表示器等に利用することができる。

本発明の一実施形態である頭部装着型表示装置の外観図。 図１の頭部装着型表示装置の要部断面図。 図１の頭部装着型表示装置の使用状態を示す図。 表示ユニット内の表示器および光学系を説明する図。

１ 頭部装着型表示装置
２ ベースユニット
３ 表示ユニット
４ 連結部
２１ クリップ
２２ シャフト
３５ 表示器
３６ 光学系
４１ ボールジョイント
４４ 蛇腹状カバー
５１ 液晶パネル
５２ 光源
５４ ビームスプリッタ
５５ コンバイナ
５６ ハーフミラー

Claims (2)

1. 画像表示器および前記画像表示器から出射される表示光を使用者の片側の眼前に導いて表示させる光学系をケース内に内蔵した表示ユニットと、
   表示ユニットを使用者の眼前の所定位置に保持する保持手段とを備えた頭部装着型表示装置であって、
   表示ユニットを構成するケースは分割可能に形成され、ケースの分割線に沿って前記分割線を覆う弾性カバーが取り付けられることを特徴とする頭部装着型表示装置。
2. 前記弾性カバーは、さらにケースの顔面に対向する面の突出部分を覆うように形成される請求項１に記載の頭部装着型表示装置。