JP6206437B2 - 画像表示装置、及び、ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、ユーザの頭部に装着された状態で使用される画像表示装置、及び、ヘッドマウントディスプレイに関する。

従来、液晶等の表示素子にて形成された画像を光学系により観察者に観察させるヘッドマウントディスプレイ（以下、「ＨＭＤ」という。）が知られている。特許文献１は、表示装置及び装着部を備えたＨＭＤを開示する。表示装置は、表示部及び表示部側接続部材を備える。装着部は、ネックバンド、制御装置及び装着部側接続部材を備える。装着部側接続部材は、円柱状に形成された磁石で構成され、円錐状の凹部が設けられている。また、表示部側接続部材は、三角錐状に形成された鉄部材で構成され、底面部側から頂点に向かって複数のリブが設けられている。装着部側接続部材の凹部には、頂点に向かって複数の溝が設けられている。これら複数の溝は、表示部側接続部材のリブに対応する位置に等間隔で配置されている。装着部側接続部材の凹部には、表示部側接続部材が嵌合し、凹部の溝に表示部側接続部材のリブが係止される。この際、表示部側接続部材の磁力により、表示部側接続部材と装着部側接続部材との間に吸引力又は吸着力が作用する。これにより、表示部側接続部材が装着部側接続部材に係止され、表示部が表示部側接続部材及び装着部側接続部材を介して装着部に着脱自在に支持される。従って、装着部が観察者の頭部に装着された状態で、表示部は、ユーザの片方の眼の前に配置される。観察者は、表示部を手で掴み、位置を調整する。

特開２０１３−７４３２４号公報

上記のＨＭＤでは、頭部に装着された状態で、表示部の位置調整は、装着部側接続部材の軸線回りの回転しかできない。また、他の軸回りの回転や、表示装置と装着部との相対距離が変化する等の位置調整ができない。従って、上記のＨＭＤでは、表示部の自由度の高い位置調整ができないという問題点があった。また、上記のＨＭＤでは、磁力により装着部側接続部材に表示部側接続部材を保持させているので、表示部を手で持って位置を調整する時に、表示装置が装着部から脱落するおそれがあった。

仮に、表示装置と装着部とをネジ止めすれば、表示部を手で持って位置を調整する時に、表示装置が装着部から脱落する可能性は低減できる。しかし、その場合、表示装置と装着部との着脱に手間が掛かるという問題が発生する。

本発明の目的は、表示装置が装着部から脱落しにくく、袋やカバーを装着し易い画像表示装置、及び、ヘッドマウントディスプレイを提供することである。

本発明の第一態様に係る画像表示装置は、画像光を生成する画像ユニットと、前記画像ユニットによって生成された前記画像光を集光する第一光学部分と、前記第一光学部分によって集光された前記画像光を偏向し、第一方向の一方側に射出する第二光学部分とを有する光学系と、前記画像ユニット及び光学系を保持する筐体と、前記筐体の空間における位置を変更可能に支持するアーム部と、前記アーム部の一部分と前記筐体との間に設けられ前記筐体を保持する保持部材とを備え、前記筐体は、前記第一方向と直交する第二方向に延び、前記第一方向及び前記第二方向と直交する第三方向の一方側を向く第一筐体面と、前記第一筐体面と離間し前記第三方向の他方側を向く第二筐体面と、磁力により力を受ける第一磁性体部とを備え、前記保持部材は、前記第一筐体面と対向する第一保持面と、前記第一保持面と離間し前記第二筐体面と対向する第二保持面と、前記第一保持面及び前記第二保持面を接続する第三保持面と、前記第三保持面に設けられ前記第一磁性体部を磁力により保持する第二磁性体部とを備えたことを特徴とする。

保持部材の第一保持面及び第二保持面により筐体の第一筐体面及び第二筐体面を挟んで保持できる。また、第三保持面に設けられた第二磁性体部により、筐体の第一磁性体部を磁力により吸引して保持する。従って、保持部材で筐体を確実に保持できる上に、保持部材にねじや溝が無く、筐体と保持部材との着脱が容易である。

第一態様において、前記筐体は、前記第一筐体面及び前記第二筐体面を接続する第三筐体面を備え、前記第三保持面は前記第三筐体面に対向するようにしてもよい。この場合には、第三保持面は第三筐体面に対向するので、保持部材の第一保持面、第二保持面及び第三保持面により、筐体の第一筐体面、第二筐体面及び第三筐体面の三面を保持して、保持部材により筐体を確実に保持できる。

第一態様において、前記筐体は、前記第一筐体面に設けられ、前記第二方向において前記第二光学部分から離間するに従い前記第三方向の他方側に向かって傾斜する傾斜面部と、前記第三筐体面と反対側の第四筐体面とをさらに備え、前記第一保持面は、前記第一筐体面の前記傾斜面部と同方向に傾斜するようにしてもよい。

第一保持面は、第二保持面に対して傾斜面部と同方向に傾斜するので、指が沿い易く掴み易い、また、筐体の位置合わせをし易い。

第一態様において、前記第一筐体面において、前記傾斜面部の開始箇所には、頂部が形成され、前記第二方向において前記頂部に対して前記傾斜面部と反対側に設けられ、前記第一方向に沿って延びる仮想軸を中心に回転可能であって、前記第四筐体面に設けられる操作部材をさらに備え、前記第一保持面の一端部は、前記頂部に一致するようにしてもよい。

第一保持面の第二保持面と対応する内面の一端部は、頂部に沿うので、保持部材の第二光学部分に近い側の端部が頂部に一致する位置まで嵌め込むことで、筐体を保持部材で確実に保持できる。また、操作部材が頂部に対して傾斜面部と反対側に位置するため、頂部に沿う一端部を操作部材を操作する際の位置基準とすることで、保持部材を手で持った状態で操作部材を動かしやすい。

前記第一保持面の前記第二方向に於ける一端部と他端部との間の長さは、１９〜２２ｍｍであるようにしてもよい。第一保持面の一端部と他端部との間の長さは、１９〜２２ｍｍであるので、成人の人差し指の接触面の長さに対応しており、保持部材を指で掴み易い。

前記第一磁性体部は、強磁性体であり、前記第二磁性体部は、前記第三保持面に設けられた永久磁石であってもよい。この場合には、保持部材の第三保持面に設けられた永久磁石により筐体の第一磁性体部を吸引して筐体を確実に保持できる。また、筐体に永久磁石を設けず、保持部材の第三保持面に永久磁石を設けているので、永久磁石の磁力の画像ユニットへの影響を低減できる。

前記第一保持面の反対側の第一外面と、前記第二保持面の反対側の第二外面とには、前記第一方向に延びる滑り止め部が各々形成されているようにしてもよい。

使用者は、操作時に、指が第二方向に沿うようにして筐体を保持する。眼から筐体までの前後距離は光学系により決まっているので、位置調整は主に、筐体が鉛直面内を移動することになる。上下への移動は保持部材を押すことが可能だが、左右への移動は指と保持部材との間の摩擦力によって行うことになる。前後方向に滑り止めが延びるので、左右への移動の際に、指と保持部材との摩擦が大きくなり、移動時に滑りにくくなる。

前記保持部材と前記アーム部との間には、ボールジョイントが設けられていてもよい。ボールジョイントにより、筐体の位置合わせの自由度を高めることができる。

第二態様のヘッドマウントディスプレイの前記ボールジョイントの軸部は、前記第三保持面に対して前記第一方向の前記一方側において、前記第二方向に延設され、前記保持部材は、前記第三保持面に交差し、且つ、前記第一方向の前記一方側に延びる第四保持面を備え、前記ボールジョイントは前記第四保持面に接続されていてもよい。

ボールジョイントの軸部は、第三保持面に対して第一方向の一方側において、第二方向に延設され、ボールジョイントは第四保持面に接続されているので、構造をコンパクトにできる。

第二態様において、前記画像表示装置と、使用者の頭部に装着可能な装着具と、前記装着具と前記アーム部の他端部とを接続する接続部とを備えていてもよい。第二態様によれば、第一態様と同様の効果を奏することができる。

ＨＭＤ１を前方左斜め上側から見た斜視図である。 ＨＭＤ１を後方左斜め下側から見た斜視図である。 ＨＭＤ１を前方右斜め上側から見た斜視図である。 ＨＭＤ１を後方左斜め上側から見た斜視図である。 画像表示装置１１の正面図である。 画像表示装置１１の平面図である。 保持部材４０を前方右斜め上側から見た斜視図である。 保持部材４０の正面図である。 画像表示装置１１の内部構造の分解斜視図である。 保持部材４０が使用者の左手の親指５７及び人差し指５８によって保持された状態を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１に示すように、ヘッドマウントディスプレイ（Head Mounted Display、以下、「ＨＭＤ」という。）１は、例えば、光学透過型のシースルーＨＭＤである。使用者の眼前の景色の光は、ハーフミラー６１Ａを透過することによって使用者の眼に直接導かれる。ＨＭＤ１の投影形式は、虚像投影型である。ハーフミラー６１Ａは、液晶パネル７２Ｂ（図９参照、後述）に表示された画像の光を、使用者の片側の眼に向けて反射させる。ＨＭＤ１は、使用者に対して、眼前の景色に画像を重ねて認識させることができる。ＨＭＤ１は、装着具８、アーム部９、及び、画像表示装置１１を備える。以下、図の説明の理解を助けるため、画像表示装置１１の上側、下側、左側、右側、前側、及び、後側を定義する。画像表示装置１１の上側、下側、左側、及び、右側、前側、及び、後側は、例えば、図１の上側、下側、左斜め下側、右斜め上側、右斜め下側、及び、左斜め上側にそれぞれ対応する。画像表示装置１１の上側、下側、左側、右側、前側、及び、後側は、それぞれ、装着具８が着用された使用者にとって、上側、下側、右側、左側、前側、及び、後側に対応する。

＜装着具８＞
図１〜図４に示すように、装着具８は、樹脂や金属（例えば、ステンレス）などの、可撓性を有する材質で構成される。装着具８は、第一部分８１及び第二部分８２、８３を有する。なお、以下では、理解を容易とするために、装着具８を第一部分８１及び第二部分８２、８３に区分して説明するが、装着具８は、第一部分８１及び第二部分８２、８３のそれぞれの部材に分かれておらず、全体として一体の部材である。

第一部分８１及び第二部分８２、８３は、それぞれ、湾曲した細長い板状部材である。第一部分８１は、装着具８のうち、中央部分を構成し、左右方向に延びる部分である。第一部分８１は、前側に凸状に湾曲する。第二部分８２は、装着具８のうち、第一部分８１の左側に延びる部分である。第二部分８３は、装着具８のうち、第一部分８１の右側に延びる部分である。第二部分８２、８３は、それぞれ、後端部が互いに近づく方向に延びる。装着具８は、使用者の前頭部、右側頭部、及び、左側頭部のそれぞれに、第一部分８１、第二部分８２、８３を接触させた状態で、使用者の頭部に着用される。

＜アーム部９＞
アーム部９は湾曲した略棒状の部材である。アーム部９は、樹脂や金属などで構成される。アーム部９は、正面から見た状態で上下方向に延びる。より詳細には、図３に示すように、アーム部９は上下方向に対して下端部が前方に傾斜する向きに延びる。アーム部９の上端部は、ボールジョイント２１及び接続部材２６を介して装着具８に接続される。アーム部９の下端部は、ボールジョイント２２及び後述する第四保持板４４（図４参照）を介して画像表示装置１１を保持する保持部材４０に接続される。画像表示装置１１は、アーム部９によって装着具８に取り付けられる。即ち、アーム部９、ボールジョイント２１、ボールジョイント２２、接続部材２６及び保持部材４０は、装着具８と画像表示装置１１とを接続する接続機構として機能する。ボールジョイント２２のアーム部９への接続位置は必ずしも下端部でなくても良く、中央部よりも下で有れば良い。また、ボールジョイント２１のアーム部９への接続位置は必ずしも上端部でなくても良く、中央部よりも上で有れば良い。アーム部９は、装着具８から離隔した位置に画像表示装置１１を保持する。アーム部９は、装着具８が使用者の頭部に着用された状態で、画像表示装置１１のハーフミラー６１Ａを、使用者の左眼の前方に配置させることができる。

＜画像表示装置１１＞
図１〜図６及び図９を参照して、画像表示装置１１について説明する。画像表示装置１１は、筐体３、操作部材４、調節機構５（図９参照）、光学系６（図９参照）、画像ユニット７（図９参照）を有する。

＜筐体３＞
筐体３は、角が面取りされた略直方体状の形状を有する。筐体３は中空箱状である。図２〜６に示すように、筐体３の上面、下面、後面、前面、及び、右側面を、それぞれ、第一筐体面３１、第二筐体面３２、第三筐体面３４、第四筐体面３３、第五筐体面３５という。なお、筐体３の左側は開放されている。第一筐体面３１、第二筐体面３２、第三筐体面３４、第四筐体面３３及び第五筐体面３５は、略平面から構成される。各筐体面同士の接続部分は湾曲して面取りが成されている。

＜第一筐体面３１＞
図４及び図９に示すように、第一筐体面３１は、左右方向に長い屈曲した板状の面である。第一筐体面３１は、傾斜面３１Ａ、傾斜面３１Ｂ、及び頂部３１Ｃを有する。頂部３１Ｃは、傾斜面３１Ａ及び傾斜面３１Ｂの接続部に形成された頂上部であり、第一筐体面３１の前後方向に延設されている。頂部３１Ｃは、第一筐体面３１の左右方向において、中央よりも右寄りに設けられている。傾斜面３１Ａは、略平面であり、頂部３１Ｃから第一筐体面３１の右端部に向けて下向きに傾斜する。傾斜面３１Ｂは、略平面であり、頂部３１Ｃから第一筐体面３１の左端部に向けて下向きに傾斜する。

＜第二筐体面３２＞
図２、図４及び図５に示すように、第二筐体面３２の形状は、第一筐体面３１と上下対称である。第二筐体面３２は、傾斜面３２Ａ、傾斜面３２Ｂ、及び頂部３２Ｃを有する。頂部３２Ｃは、傾斜面３２Ａ及び傾斜面３２Ｂの接続部に形成された頂上部であり、第二筐体面３２の前後方向に延設されている。頂部３２Ｃは、第二筐体面３２の左右方向において、中央よりも右寄りに設けられている。傾斜面３２Ａは、略平面であり、頂部３２Ｃから第二筐体面３２の右端部に向けて上向きに傾斜する。傾斜面３２Ｂは、略平面であり、頂部３２Ｃから第二筐体面３２の左端部に向けて上向きに傾斜する。

＜第四筐体面３３＞
図５に示すように、第四筐体面３３は、左右方向に長い板状の面である。第四筐体面３３の左端は、略矩形の切り欠き形成する。そのため、第四筐体面３３の左右方向の長さは、第一筐体面３１及び第二筐体面３２の左右方向の長さよりも短かい。第四筐体面３３の左端の矩形の切欠き部分の後側に、ハーフミラー６１Ａが配置される。第四筐体面３３には、前後方向に貫通する穴３３Ａ（図９参照）が形成され、その周囲に溝３３Ｂ（図９参照）が形成される。後述する操作部材４は、前側から溝３３Ｂに嵌る。具体的に、操作部材４は、左右方向において、頂部３１Ｃに対して傾斜面３１Ａの反対側に位置する。後述する調節機構５（図９参照）は、穴３３Ａに後側から進入し、操作部材４の後面に接続する。第四筐体面３３は、操作部材４を回転可能に支持する。

＜第三筐体面３４、第五筐体面３５＞
図２、図４及び図６に示すように、第三筐体面３４は、左右方向に長い板状である。第三筐体面３４の左右方向の長さは、第一筐体面３１及び第二筐体面３２のそれぞれの左右方向の長さよりも短い。図３に示すように、第三筐体面３４は、第一筐体面３１及び第二筐体面３２のそれぞれの後端の間を上下方向に延びる。図６に示すように、第三筐体面３４の左端と、第四筐体面３３の左端の左右方向の位置は略同一である。図４に示すように、第三筐体面３４の中央より右端側の部分の中には、第一磁性体部３４Ａが設けられている。第一磁性体部３４Ａとしては、強磁性体が用いられ、一例として、鉄、コバルト、ニッケル、又はそれらの合金、フェライト等の板部材が用いられる。図９に示す第二筐体３０Ｂの樹脂成形の際に、鉄、コバルト、ニッケル、又はそれらの合金、フェライト等の板部材を用いてインサート成形が行われる。また、第三筐体面３４の第一磁性体部３４Ａに、強磁性体の板が貼り付けられたり、嵌め込まれたりしてもよい。また、第二筐体３０Ｂ全体が鉄等の強磁性体の材料で形成されてもよい。

図９に示すように、筐体３は、第一筐体３０Ａ及び第二筐体３０Ｂを組み合わせることによって形成される。第一筐体３０Ａは、第一筐体面３１、第二筐体面３２、第五筐体面３５及び、第四筐体面３３を有する。第二筐体３０Ｂは、第三筐体面３４を有する。第一筐体３０Ａに第二筐体３０Ｂが図示しないねじにより固定される。図５及び図６に示すように、第五筐体面３５からは通信線３７が引き出される。ＨＭＤ１は、外部機器（図示略）と通信線３７を介して接続される。外部機器は、ＨＭＤ１に通信線３７を介して画像データを出力する。また、外部機器は、ＨＭＤ１に通信線３７を介して電力を供給してもよい。

＜画像ユニット７＞
画像ユニット７は、通信線３７（図５、図６参照）を介して外部機器から受信した画像データに応じた画像の画像光を生成し、射出する。図９に示すように、画像ユニット７は、第一保持部材７１、液晶表示装置７２、及び、第二保持部材７３を有する。

第一保持部材７１は、第一部材７１Ａ、及び、第二部材７１Ｂを有する。第一部材７１Ａは、左右方向に延び且つ左右両側が開放した中空の略円柱状の部材である。第二部材７１Ｂは、左右方向に延び、且つ、上側の側面を有さない、左右両側が開放した中空の略四角柱状の部材である。第一保持部材７１は、筐体３に対する固定的な位置に保持される。

液晶表示装置７２は、ガラス基板７２Ａ及び液晶パネル７２Ｂを有する。ガラス基板７２Ａ及び液晶パネル７２Ｂは、第一保持部材７１の第二部材７１Ｂの内側に配置される。液晶パネル７２Ｂは矩形状の周知の液晶パネルである。液晶パネル７２Ｂは、左面に画像を表示させることによって、画像光を生成する。ガラス基板７２Ａは、液晶パネル７２Ｂの左側に設けられ、液晶パネル７２Ｂの表示面を保護する。例えば、液晶パネル７２Ｂが反射型液晶の場合、光源（非図示）からの光が液晶パネル７２Ｂに入射する。液晶パネル７２Ｂは、入射した光を反射することで、画像光を生成する。液晶パネル７２Ｂによって生成された画像光は、ガラス基板７２Ａを左側に透過する。

第二保持部材７３は、基板保持部分７３Ａ及び制御基板７３Ｂを有する。基板保持部分７３Ａは、液晶表示装置７２の液晶パネル７２Ｂの右側に配置される。制御基板７３Ｂは、基板保持部分７３Ａの右側に配置される。制御基板７３Ｂは、フレキシブルプリント基板（図示略）を介して液晶パネル７２Ｂに接続される。制御基板７３Ｂに通信線３７（図３、図４参照）が接続される。制御基板７３Ｂは、外部機器から送信された画像データを、通信線３７を介して受信する。制御基板７３Ｂは、フレキシブルプリント基板を介して液晶パネル７２Ｂに制御信号を出力することによって、画像データに応じた画像を液晶パネル７２Ｂに表示させる。

なお、本発明において、液晶パネル７２Ｂの代わりに、Digital Mirror Device（ＤＭＤ）、有機ＥＬ等の二次元表示装置が用いられてもよい。更に、２次元的に走査された光を使用者の網膜上に投影する網膜走査型の投影装置（Retinal Scanning Display）が用いられてもよい。

＜光学系６＞
光学系６は、偏向ユニット６１及びレンズユニット６２を有する。レンズユニット６２は、画像ユニット７から射出された画像光を、偏向ユニット６１のハーフミラー６１Ａに導く。レンズユニット６２は、第一部材６２Ａ、及び、第二部材６２Ｂを有する。第一部材６２Ａは、左右両側が開放した中空の略円柱状の部材である。第一部材６２Ａは、左右方向に延び、且つ、上下に平坦面を有する。第一部材６２Ａの内側に複数のレンズが固定される。第一部材６２Ａの前面に、前方に向けて突出する第一凸部６２１が設けられる。第一凸部６２１は円柱状である。第一凸部６２１は、後述する調節機構５のカム溝に嵌る。第一部材６２Ａの後面に、後方に向けて突出する第二凸部（図示略）が設けられる。第二凸部は、左右方向に長い棒状である。第二凸部は、第三筐体面３４の前側に設けられた溝３４Ｃに嵌る。レンズユニット６２は、第二凸部が溝３４Ｃに沿って移動することに応じて左右方向に移動可能である。

第二部材６２Ｂは、左右両側が開放した中空の略円柱状の部材である。第二部材６２Ｂは、左右方向に延び、且つ、上下に平坦部を有する。第二部材６２Ｂは第一部材６２Ａの右側に設けられる。第二部材６２Ｂの半径は第一部材７１Ａの半径よりも僅かに小さい。第二部材６２Ｂの少なくとも一部は、画像ユニット７の第一部材７１Ａの内側に嵌る。画像ユニット７によって生成された画像光は、第二部材６２Ｂの内部に右側から入射し、第一部材６２Ａ及び第二部材６２Ｂ内部を通過し、第一部材６２Ａの左端から左側に向けて射出する。複数のレンズは、右側から入射する画像光を集光し、左側に出射させる。

偏向ユニット６１は、レンズユニット６２の左側に配置される。偏向ユニット６１は、ハーフミラー６１Ａ及びホルダ６１Ｂを有する。図１に示すように、ハーフミラー６１Ａは矩形板状である。ハーフミラー６１Ａは、例えば、透明な樹脂やガラスの基板上に、アルミや銀などの金属を所定の反射率（例えば５０％）となるように蒸着することで構成される。ハーフミラー６１Ａは、レンズユニット６２を通過して右側から入射する画像光を、後側に偏向させることができる。ハーフミラー６１Ａによって偏向された画像光は、第三筐体面３４の左端よりも左側を通過する。画像光は、筐体３の左端から後側に射出される。使用者の眼は、筐体３から後方に射出された画像光に基づいて、虚像を視認できる。又、ハーフミラー６１Ａは、前側から入射した外界の光を後側に透過させることができる。ホルダ６１Ｂはハーフミラー６１Ａを保持する。ホルダ６１Ｂは、筐体３の第一筐体面３１の左端部の下面、及び、第二筐体面３２の左端部の上面によって、上下方向から挟まれる。

なお、本発明において、ハーフミラー６１Ａの代わりに、プリズムや回折格子のような光路偏向部材が用いられてもよい。又、ＨＭＤ１は、光学透過型のシースルーＨＭＤでなくてもよい。即ち、ハーフミラー６１Ａの代わりに、透過率が略０％となる鏡面反射部材（一般的な鏡）が用いられてもよい。

＜操作部材４＞
図９に示すように、操作部材４は円形板状である。操作部材４の一方の面は前方向を向き、他方の面は後方向を向く。操作部材４の中心軸４Ａは前後方向に延びる。操作部材４は、中心軸４Ａを中心として回転可能である。操作部材４の側面４Ｂには、前後方向に延びる複数の凹凸が設けられている。凹凸は、使用者が指を側面４Ｂに接触させて力を加えた場合に、操作部材４に対して指が滑ることを防止する。操作部材４は、筐体３の第四筐体面３３に設けられた溝３３Ｂに嵌る。

＜調節機構５＞
図９に示すように、調節機構５は円形板状である。調節機構５の一方の面は前方向を向き、他方の面は後方向を向く。調節機構５は、円形の中心付近から前側に突出する突出部５Ａを有する。突出部５Ａは、第四筐体面３３の穴３３Ａに後側から進入し、第四筐体面３３から前側に突出する。突出部５Ａの前端部は、操作部材４の後面の嵌合溝（図示略）に嵌合する。これによって、操作部材４及び調節機構５は、第四筐体面３３を前後両側から挟む。調節機構５は、操作部材４と一体となって回転可能である。なお、操作部材４及び調節機構５は一体に形成されてもよい。

調節機構５の後面にカム溝（図示外）が設けられる。カム溝は、調節機構５の後面の一部が前側に凹むことによって形成される。カム溝は、調節機構５の円形中心を中心として渦巻き状に延びる。カム溝には、レンズユニット６２の第一凸部６２１が後方から嵌る。操作部材４の回転に応じて調節機構５が回転した場合、カム溝は、レンズユニット６２の第一凸部６２１に対して力を作用させる。操作部材４が、前側から見た状態で時計回りに回転した場合、レンズユニット６２は右側に移動する。操作部材４が、前側からみた状態で反時計回りに回転した場合、レンズユニット６２は左側に移動する。

＜保持部材４０＞
図１〜図４に示すように、保持部材４０は、画像表示装置１１を着脱可能に保持するホルダである。図４、図７及び図８を参照して、保持部材４０の構造を説明する。保持部材４０は、第一保持板４１、第二保持板４２、第三保持板４３及び第四保持板４４を有する。第一保持板４１は略矩形の板材である。第一保持板４１の内側の面が第一保持面４１Ｂである。第一保持板４１の外側の面には、滑り止め部４１Ａが設けられている。滑り止め部４１Ａは、一定間隔で形成された前後方向に延びる複数の突部を有する。第二保持板４２は略矩形の板材である。第二保持板４２の内側の面が第二保持面４２Ｂである。第二保持板４２の外側の面には、滑り止め部４２Ａが設けられている。滑り止め部４２Ａは、一定間隔で形成された前後方向に延びる複数の突部を有する。第一保持面４１Ｂと第二保持面４２Ｂとは、筐体３を保持できる間隔（例えば、筐体３の上下方向の高さ以上の間隔）を開けて互いに対向する。第一保持面４１Ｂ及び第二保持面４２Ｂは、傾斜している。

第三保持板４３は、第一保持板４１及び第二保持板４２の後ろ側の端部を接続する。第三保持板４３の内側（図７に示す前側）の面が第三保持面４３Ｂである。第三保持面４３Ｂには、第二磁性体部４３Ｃが設けられている。第二磁性体部４３Ｃは、一例として、磁石から構成され、アルニコ磁石、フェライト磁石、及びネオジム磁石等の永久磁石の板が用いられる。第二磁性体部４３Ｃは、保持部材４０の樹脂成形の際に永久磁石の板を用いてインサート成形により形成されてもよい。また、第三保持面４３Ｂに永久磁石の板が貼り付けられたり、嵌め込まれてもよい。

図４に示すように、第四保持板４４は、第三保持板４３の外側の面から後ろ方向に垂直に延設されている。第四保持板４４は、上下方向及び前後方向と平行である。

図４及び図７に示すように、第四保持板４４は、第三保持板４３と交差し前後方向に延びる略矩形の板状の部材である。第四保持板４４の上下の端部には、一対のリブ４４Ａ，４４Ａが設けられている。第四保持板４４の右面が第四保持面４４Ｂである。第四保持面４４Ｂは保持部材４０の前後方向に延びている。第四保持面４４Ｂには、ボールジョイント２２のソケット２２Ａが設けられている。ボールジョイント２２はボールスタッド２２Ｂを有する。ボールスタッド２２Ｂは、非図示の球体部と、その球体部から突出する軸部２２Ｃ（図４参照）とを有する。ソケット２２Ａがボールスタッド２２Ｂの非図示の球体部を回転可能に保持する。軸部２２Ｃは、ボールジョイント２２のソケット２２Ａから右方向に延びる。即ち、軸部２２Ｃは、第三保持面４３Ｂの後ろ側において、右方向に延設されている。軸部２２Ｃは、アーム部９の下端部に接続される。

図８に示すように、第三保持板４３の右端部４３Ｅは、左端部４３Ｄよりも上下方向の長さが短い、従って、第一保持面４１Ｂ及び第二保持面４２Ｂは、第三保持板４３の左端部４３Ｄから右端部４３Ｅに向けて、互いが近付く方向に傾斜している。保持部材４０が画像表示装置１１の筐体３を保持する場合には、保持部材４０の第一保持面４１Ｂが筐体３の傾斜面３１Ａに対向して当接する。第二保持面４２Ｂが筐体３の傾斜面３２Ａに対向して当接する。また、保持部材４０の第三保持板４３の第三保持面４３Ｂが筐体３の第三筐体面３４の第一磁性体部３４Ａに対向して当接する。

従って、保持部材４０の第一保持面４１Ｂと第二保持面４２Ｂとの間隔は、筐体３の傾斜面３１Ａ及び傾斜面３２Ａとの間隔と同じか少し狭くなっている。保持部材４０が合成樹脂や金属から構成される場合には、第一保持面４１Ｂと第二保持面４２Ｂとの間隔が筐体３の傾斜面３１Ａ及び傾斜面３２Ａとの間隔より少し狭くても材質の可撓性により第一保持面４１Ｂと第二保持面４２Ｂとの間隔が広がって筐体３を保持できる。また、図８に示す、第一保持面４１Ｂの左端部４１Ｃと第二保持面４２Ｂの左端部４２Ｃの距離は、筐体３の頂部３１Ｃと頂部３２Ｃとの距離と同じか少し狭くなっている。従って、保持部材４０が筐体３を保持した場合には、第一保持面４１Ｂの左端部４１Ｃと筐体３の頂部３１Ｃとが一致し、第二保持面４２Ｂの左端部４２Ｃと筐体３の頂部３２Ｃとが一致する。従って、保持部材４０が筐体３を確実に保持することができる。

また、保持部材４０の第三保持面４３Ｂの第二磁性体部４３Ｃの永久磁石の磁力により筐体３の第三筐体面３４の第一磁性体部３４Ａが引きつけられる。従って、保持部材４０による画像表示装置１１の筐体３の保持が確実に出来る。

図８に示すように、第一保持面４１Ｂの左端部４１Ｃと右端部４１Ｄとの左右方向における長さＬ１は、一例として、１９〜２２ｍｍになっている。以下にその理由を説明する。人差し指の先端から第一関節までの長さの男女平均は、女性：２４．５ｍｍ、男性：２７ｍｍ（外国人も含む）である。ここから、保持部材４０を指で掴んだときに指の腹が第一保持板４１の外面に接するのは（人差し指の先端から第一関節までの長さ−約５ｍｍ）と考えられるので、長さＬ１は、１９〜２２ｍｍあれば確実に人差し指で掴むことが出来る。

＜ボールジョイント２１、２２、接続部材２６、及び第四保持板４４＞
図１及び図３に示すように、接続部材２６は、連結部２６Ａ及び円柱部２６Ｂを有する。連結部２６Ａは、装着具８に対して接続部材２６を着脱可能に連結する。円柱部２６Ｂは円柱状の部材である。円柱部２６Ｂは、連結部２６Ａのうち装着具８の外側に接触する部分から、装着具８から離間する方向に突出する。ボールジョイント２１は、ソケット２１Ａ及びボールスタッド２１Ｂを有する。ソケット２１Ａは、円柱部２６Ｂの先端に接続される。ボールスタッド２１Ｂは、非図示の球体部と、その球体部から突出する棒状部とを有する。ボールスタッド２１Ｂの球体部は、ソケット２１Ａによって回転可能に保持される。ボールスタッド２１Ｂの棒状部は、装着具８から離間する方向に向けて球体部から延びる。ボールスタッド２１Ｂの棒状部の先端は、アーム部９の上端部に接続される。

＜動作概要（ピント調節）＞
ＨＭＤ１の動作概要について説明する。初めに使用者は、ＨＭＤ１の装着具８（図１及び図３参照）を頭部に着用する。図１及び図３に示すように、保持部材４０には、画像表示装置１１が保持されている。図１０に示すように、使用者は、保持部材４０の第二保持板４２の滑り止め部４２Ａに、左手の親指５７を接触させ、第一保持板４１の滑り止め部４１Ａに、左手の人差し指５８を接触させる。より詳細には、使用者は、滑り止め部４２Ａに親指５７の第一関節より先の末節部分（例えば腹部分）を接触させる。使用者は、滑り止め部４１Ａに人差し指５８の第一関節より先の末節部分（例えば腹部分）を接触させる。使用者は、ハーフミラー６１Ａ（図１参照）が左眼の前方に配置されるように、画像表示装置１１の位置を調節する。

外部機器（図示略）から、画像データの出力が開始される。画像データは、通信線３７を介して制御基板７３Ｂに入力される。その画像データに基づき、液晶パネル７２Ｂに画像が表示される。表示された画像の画像光は、ガラス基板７２Ａ及び第一部材７１Ａを左側に通過し、画像ユニット７から左側に射出する。画像ユニット７から射出した画像光は、レンズユニット６２の複数のレンズを左側に通過し、レンズユニット６２から左側に射出する。ハーフミラー６１Ａは、レンズユニット６２から射出された画像光を後側に反射させる。画像光は使用者の左眼に入射する。又、ハーフミラー６１Ａは、前側から入射した外界の光を後側に透過させる。これによって使用者は、ＨＭＤ１の画像表示装置１１に対して前側の景色に虚像を重ねて認識する。

使用者は、左手の中指を操作部材４に接触させて操作部材４を回転させる。操作部材４の回転に応じ、レンズユニット６２は左右方向に移動する。レンズユニット６２の第一部材６２Ａに保持された複数のレンズと、画像ユニット７との間の距離は、操作部材４の回転に応じて変化する。なお、複数のレンズと画像ユニット７との距離が変化したとき、ユーザによって視認される虚像となる画像光の広がり角も変化する。従って使用者は、操作部材４を回転させることによってピント調節を行うことができる。

＜本実施形態の主な作用及び効果＞
保持部材４０が筐体３を保持する場合には、保持部材４０の第一保持面４１Ｂ及び第二保持面４２Ｂにより筐体３の傾斜面３１Ａ及び傾斜面３２Ａを挟んで保持できる。また、第三保持面４３Ｂに設けられた第二磁性体部４３Ｃにより、筐体３の第一磁性体部３４Ａを磁力により吸引して保持する。従って、保持部材４０で筐体３を確実に保持できる上に、保持部材４０にねじや溝が無いので、筐体３と保持部材４０との着脱が容易である。ＨＭＤ１は、使用状況によっては、筐体３を水や埃等の外界の異物から保護するために、ディスポーザブルな袋やカバーで保護したい場合がある。この場合に、特許文献１に記載のＨＭＤでは、袋やカバーに穴を開けて、表示部側接続部材や装着部側接続部材を通過させる必要がある。また、袋に穴を開けず、表示装置全体を袋でくるんで装着部に装着する場合には、袋が表示部側接続部材により破損して穴が開くおそれがあった。何れの場合にも、穴から異物が進入し易く、保護機能が十分発揮されないという問題点がある。また、表示装置が装着部にねじ止め等がされている場合には、袋やカバーが容易に装着できないという問題点がある。しかし、本実施形態では、上記した構成によって、筐体３がディスポーザブルな袋でカバーされた場合やカバーにより保護されている場合でも、袋やカバーに穴をあけなくても保持部材４０が筐体３を保持できる。従って、筐体３からのディスポーザブルな袋やカバーの着脱が容易である。

第三保持面４３Ｂは筐体３の第三筐体面３４に対向するので、保持部材４０の第一保持面４１Ｂ、第二保持面４２Ｂ及び第三保持面４３Ｂにより、筐体３の第一筐体面３１、第二筐体面３２及び第三筐体面３４の三面を保持して、保持部材４０により筐体３を確実に保持できる。

第一保持面４１Ｂは、第二保持面４２Ｂに対して傾斜面部と同方向に傾斜するので、指が沿い易く掴み易い、また、筐体３の位置合わせをし易い。

第一保持面４１Ｂの第二保持面４２Ｂと対応する内面の左端部４１Ｃ（図６及び図８参照）は、頂部３１Ｃ（図６参照）に沿うので、保持部材４０の開口側の左端部４１Ｃが頂部３１Ｃに一致する位置まで嵌め込むことで、筐体３を保持部材４０で確実に保持できる。また、操作部材４が、左右方向において頂部３１Ｃに対して傾斜面３１Ａと反対側に位置するため、頂部３１Ｃに沿う保持部材４０の左端を操作部材４を操作する際の位置基準とすることで、保持部材４０を手で持った状態で操作部材４を動かしやすい。

図８に示すように、第一保持面４１Ｂの左端部４１Ｃと右端部４１Ｄとの間の長さは、１９〜２２ｍｍであるので、図１０に示すように、成人の人差し指５８の接触面の長さと同じになり、保持部材４０を指で掴み易い。

保持部材４０の第三保持面４３Ｂに設けられた第二磁性体部４３Ｃの永久磁石により筐体３の第一磁性体部３４Ａを吸引して筐体３を確実に保持できる。また、筐体３に永久磁石を設けず、保持部材４０の第三保持面４３Ｂに永久磁石を設けているので、永久磁石の磁力の画像ユニット７への影響を低減できる。

使用者は、操作時に、指が保持部材４０の第一保持板４１の滑り止め部４１Ａ及び第二保持板４２の滑り止め部４２Ａに左右方向に沿うようにして保持部材４０を保持する。眼から筐体までの前後距離は光学系により決まっているので、位置調整は主に、筐体３が鉛直面内を移動することになる。上下への移動は保持部材４０を押すことが可能だが、左右への移動は指と保持部材４０との間の摩擦力によって行うことになる。滑り止め部４１Ａ及び滑り止め部４２Ａの滑り止めの突起が左右方向と交差する前後方向に延びるので、左右への移動の際に、指と保持部材４０との摩擦が大きくなり、移動時に滑りにくくなる。

ボールジョイント２２により、筐体３の位置合わせの自由度を高めることができる。図４に示すように、ボールジョイント２２の軸部２２Ｃは、第三保持面４３Ｂに対して後ろ側において、右方向に延設され、ボールジョイント２２は第四保持面４４Ｂ（図７参照）に接続されているので、構造をコンパクトにすることができる。また、筐体の位置合わせの自由度を高めることができる。また、頂部３１Ｃ及び頂部３２Ｃは、操作部材４の近傍に形成されているので、頂部３１Ｃ及び頂部３２Ｃの位置により、操作部材４の位置が推測しやすい。

＜変形例＞
本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。上記実施形態において、画像表示装置１１は、装着具８及びアーム部９によって、使用者の眼前に保持された。画像表示装置１１は、別の機構によって使用者の眼前に保持されてもよい。例えば、画像表示装置１１は、使用者の眼鏡、帽子、ヘッドバンド等に装着されることによって、使用者の眼前に保持されてもよい。上記実施形態において、偏向ユニット６１は、筐体３の第一筐体面３１及び第二筐体面３２で挟まれた部分に保持される場合に限定されない。例えば、偏向ユニット６１は、筐体３に対して左側に保持されてもよい。

滑り止め部４１Ａ及び滑り止め部４２Ａ、リブ状の突起に限らず、複数の柱状の突起を形成したり、平面の表面を荒らして、摩擦係数の高い面を形成しても良い。また、筐体３に装着されるカバーの厚み等を考慮して、筐体３の傾斜面３１Ａと保持部材４０の第一保持面４１Ｂとの間、傾斜面３２Ａと第二保持面４２Ｂとの間、第三筐体面３４と第三保持面４３Ｂとの間は、離間して対向してもよい。

＜その他＞
なお、前後方向は本発明の「第一方向」の一例である。後側は本発明の「第一方向の一方側」の一例である。前側は本発明の「第一方向の他方側」の一例である。左右方向は本発明の「第二方向」の一例である。左端部は本発明の「第二方向の一端部」の一例である。右端部は本発明の「第二方向の他端部」の一例である。上下方向は本発明の「第三方向」の一例である、上側は本発明の「第三方向の一方側」の一例である。下側は本発明の「第三方向の他方側」の一例である。光学系６のレンズユニット６２は本発明の「第一光学部分」の一例である。光学系６の偏向ユニット６１は本発明の「第二光学部分」の一例である。中心軸４Ａは本発明の「仮想軸」の一例である。

１ ＨＭＤ
３ 筐体
４ 操作部材
４Ａ 中心軸
５ 調節機構
６ 光学系
７ 画像ユニット
９ アーム部
１１ 画像表示装置
３１ 第一筐体面
３１Ａ 傾斜面
３１Ｂ 傾斜面
３２ 第二筐体面
３２Ａ 傾斜面
３２Ｂ 傾斜面
３４ 第三筐体面

Claims (9)

1. 画像光を生成する画像ユニットと、
   前記画像ユニットによって生成された前記画像光を集光する第一光学部分と、前記第一光学部分によって集光された前記画像光を偏向し、第一方向の一方側に射出する第二光学部分とを有する光学系と、
   前記画像ユニット及び光学系を保持する筐体と、
   前記筐体の空間における位置を変更可能に支持するアーム部と、
   前記アーム部の一部分と前記筐体との間に設けられ前記筐体を保持する保持部材と
   を備え、
   前記筐体は、前記第一方向と直交する第二方向に延び、前記第一方向及び前記第二方向と直交する第三方向の一方側を向く第一筐体面と、
   前記第一筐体面と離間し前記第三方向の他方側を向く第二筐体面と、
   磁力により力を受ける第一磁性体部と
   を備え、
   前記保持部材は、前記第一筐体面と対向する第一保持面と、
   前記第一保持面と離間し前記第二筐体面と対向する第二保持面と、
   前記第一保持面及び前記第二保持面を接続する第三保持面と、
   前記第三保持面に設けられ前記第一磁性体部を磁力により保持する第二磁性体部と
   を備えたことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記筐体は、前記第一筐体面及び前記第二筐体面を接続する第三筐体面を備え、
   前記第三保持面は前記第三筐体面に対向することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記筐体は、
   前記第一筐体面に設けられ、前記第二方向において前記第二光学部分から離間するに従い前記第三方向の他方側に向かって傾斜する傾斜面部と、
   前記第三筐体面と反対側の第四筐体面と、
   をさらに備え、
   前記第一保持面は、前記第一筐体面の前記傾斜面部と同方向に傾斜することを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記第一保持面の前記第二方向に於ける一端部と他端部との間の長さは、１９〜２２ｍｍであることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の画像表示装置。
5. 前記第一磁性体部は、強磁性体であり、
   前記第二磁性体部は、前記第三保持面に設けられた永久磁石であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の画像表示装置。
6. 前記第一保持面の反対側の第一外面と、前記第二保持面の反対側の第二外面とには、前記第一方向に延びる滑り止め部が各々形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の画像表示装置。
7. 前記保持部材と前記アーム部との間には、ボールジョイントが設けられていることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の画像表示装置。
8. 前記ボールジョイントの軸部は、前記第三保持面に対して前記第一方向の前記一方側において、前記第二方向に延設され、
   前記保持部材は、前記第三保持面に交差し、且つ、前記第一方向の前記一方側に延びる第四保持面を備え、
   前記ボールジョイントは前記第四保持面に接続されていることを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
9. 請求項１から８の何れかに記載の前記画像表示装置と、
   使用者の頭部に装着可能な装着具と、
   前記装着具と前記アーム部の他端部とを接続する接続部と
   を備えたことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。

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