ヘッドマウントディスプレイ
【課題】コンパクトな構成でピント調整を可能とし、さらに防塵対策ができるヘッドマウントディスプレイを提供する。
【解決手段】ＨＭＤ１では、レンズホルダ１５に対して液晶ホルダ１７を同軸上に移動させるので、使用者の視力に応じてハーフミラー８で視認できる画像のピント調整を容易に行うことができる。レンズホルダ１５と液晶ホルダ１７は互いに同軸上にオーバーラップしてスライド可能に連結されている。故に液晶ホルダ１７の内部に埃等の異物が侵入するのを防止できるので、液晶装置１０１に埃等の異物が付着するのを防止できる。また液晶装置１０１を液晶ホルダ１７に内蔵し、接眼光学系１２０をレンズホルダ１５に内蔵し、これらをオーバーラップさせる構成であるので、ＨＭＤ１をコンパクトにできる。
【解決手段】ＨＭＤ１では、レンズホルダ１５に対して液晶ホルダ１７を同軸上に移動させるので、使用者の視力に応じてハーフミラー８で視認できる画像のピント調整を容易に行うことができる。レンズホルダ１５と液晶ホルダ１７は互いに同軸上にオーバーラップしてスライド可能に連結されている。故に液晶ホルダ１７の内部に埃等の異物が侵入するのを防止できるので、液晶装置１０１に埃等の異物が付着するのを防止できる。また液晶装置１０１を液晶ホルダ１７に内蔵し、接眼光学系１２０をレンズホルダ１５に内蔵し、これらをオーバーラップさせる構成であるので、ＨＭＤ１をコンパクトにできる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヘッドマウントディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、使用者の眼の前方に画像として視認されるように画像を表示す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。ＨＭＤは、画像光発生部、接眼光学系、及び偏向部材を備えている。画像光発生部は画像情報に基づいた画像光を発生する。接眼光学系は画像光発生部が発生した画像光を一定方向に導く。偏向部材は接眼光学系から出射された画像光を反射して利用者の眼に入射する。ところが人間の視力には個人差があるので、入射した画像光に対して、眼球内でピント調整が容易に出来る人と出来ない人がいる。眼球内でのピント調整が不十分であると、画像を明確に視認することができない。そこで表示器を光軸方向に移動させることにより、画像のピント調整ができる情報表示装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１６０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の情報表示装置は、少なくとも表示器、光学系、及び表示器を移動させる移動機構等を一つの本体内に収納している。そのような本体内で表示器が露出しているので、その表面に本体内の埃が付着して画像上に表示されてしまう可能性があった。またこれらを一つの本体内に収納していることから、本体が大きくなってしまい、使用者の頭部に装着するＨＭＤとして適用するのは困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、上記課題を解決するためになされたものであり、コンパクトな構成でピント調整を可能とし、さらに防塵対策ができるヘッドマウントディスプレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様に係るヘッドマウントディスプレイは、使用者の頭部に装着される装着部材に取り付けられ、画像情報に基づいて前記使用者の眼に画像光を入射して前記使用者に画像を認識させるヘッドマウントディスプレイにおいて、画像光を発生する画像光発生部と、前記画像光発生部を内蔵する筒状の第１ホルダと、少なくとも１枚以上のレンズを有し、前記画像光発生部が発生した画像光を一定方向に導く接眼光学系と、前記接眼光学系を内蔵する筒状の第２ホルダとを備え、前記第１ホルダの軸方向の一端側は前記画像光発生部によって塞がれ、かつ他端側は開放され、前記第２ホルダの軸方向の一端側は前記レンズによって塞がれ、かつ他端側は開放され、前記第１ホルダの前記他端、及び前記第２ホルダの前記他端のうち何れか一方が、他方の内側に摺動可能な状態で挿入され、前記第１ホルダと前記第２ホルダとが互いにオーバーラップして移動可能に連結されていることを特徴とする。
【０００７】
第１態様に係るヘッドマウントディスプレイでは、第１ホルダと第２ホルダとが互いにオーバーラップして移動可能に連結されている。これにより画像光発生部と接眼光学系との離間する距離を調製できるので、使用者の視力に応じて画像のピント調整が可能である。さらに第１ホルダの一端側、及び第２ホルダの一端側は塞がれ、第１ホルダの他端、及び第２ホルダの他端のうち何れか一方が、他方の内側に摺動可能な状態で挿入されている。それ故、第１ホルダ及び第２ホルダの内部に埃等の異物が侵入するのを防止できるので、画像光発生部に埃等の異物が付着するのを防止できる。また画像光発生部を内蔵する第１ホルダと、接眼光学系を内蔵する第２ホルダとをオーバーラップさせて連結する構成であるので、ヘッドマウントディスプレイ全体をコンパクトにできる。
【０００８】
また第１態様において、前記第２ホルダを前記装着部材に位置決め保持する位置決め保持部を備えていてもよい。接眼光学系の位置が使用者の頭部に対して移動すると、使用者の瞳孔と接眼光学系との相対位置が変化する。その結果、例えば、アイレリーフ長の変化に伴う画像光のけられが生じる可能性がある。そこで本態様の構成によれば、第２ホルダに保持される接眼光学系の位置が使用者の頭部に対して位置決めされている。それ故、ピント調整を行う際は、画像光発生部の位置のみが変更されるので、使用者の瞳孔位置と接眼光学系との相対位置は変化しない。従って本態様はピント調整に起因する画像光のけられを防止できる。
【０００９】
また第１態様において、前記第１ホルダの前記他端の内側に、前記第２ホルダの前記他端が摺動可能な状態で挿入され、前記第１ホルダの前記他端側の外周に設けられた螺旋溝と、前記螺旋溝に係合する係合部を有し、当該係合部を前記他端側の周方向に移動させる移動調整部とを備えてもよい。第１ホルダの他端側の外周に設けられた螺旋溝に係合する係合部を、第１ホルダの他端側の周方向に移動させる。これにより第１ホルダを第２ホルダに対して移動させることができる。係合部の周方向への移動量を調整することで、第１ホルダと第２ホルダとの距離を調整できるので、ピント調整が容易である。
【００１０】
また第１態様において、前記螺旋溝は溝カムであって、前記移動調整部は前記第１ホルダの前記他端側を内挿するリング状に形成され、前記係合部は前記リングの内周面に設けられ、前記移動調整部と前記第１ホルダとの相対位置関係を規定する位置規定部をさらに備えてもよい。移動調整部を回転させることにより螺旋溝に係合する係合部を回転させることができる。螺旋溝は溝カムになっているので、移動調整部を回転させるだけで第１ホルダを第２ホルダに対して移動させることができる。螺旋溝は溝カムであることから、移動調整部の回転力を第１ホルダを移動させる応力に容易に変換できる。位置規定部は移動調整部と第１ホルダとの相対位置を規定しているので、第１ホルダに対して移動調整部がずれてしまうのを防止できる。
【００１１】
また第１態様において、前記第１ホルダの前記一端側とは反対側の他端側には、前記画像光発生部を当該他端側に固定する為の金属製部材が設けられていてもよい。画像光発生部は金属製部材で第１ホルダの他端側に固定されているので、画像光発生部に影響を及ぼす静電気を逃がすことができる。
【００１２】
また第１態様において、前記第１ホルダ及び前記移動調製部はポリアセタール樹脂で形成されていてもよい。これにより第１ホルダと移動調整部との摺動性を向上できるので、移動調整部を周方向へ移動する際に大きな力を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ＨＭＤ１を取り付けた眼鏡フレーム９１の斜視図である。
【図２】ＨＭＤ１の平面図である。
【図３】図２のＩ−Ｉ線矢視方向断面図である。
【図４】左斜め前方から見た投影ユニット１０の分解斜視図である。
【図５】右斜め前方から見た投影ユニット１０の分解斜視図である。
【図６】投影ユニット１０の斜視図（アジャスタ１６省略）である。
【図７】投影ユニット１０の斜視図（アジャスタ１６搭載）である。
【図８】液晶ホルダ１７が右方に移動した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態であるヘッドマウントディスプレイ１（以下ＨＭＤ１という）について、図面を参照して説明する。以下説明において、図１の上下方向、右斜め下方向、左斜め上方向、右斜め上方向、左斜め下方向が、夫々、ＨＭＤ１の上下方向、前方向、後ろ方向、右方向、左方向である。図２の下方向、上方向、右方向、左方向が、夫々、ＨＭＤ１の前方向、後ろ方向、右方向、左方向である。図３の上方向、下方向、右方向、左方向が、夫々、ＨＭＤ１の上方向、下方向、右方向、左方向である。図４の右斜め下方向、左斜め上方向、上下方向、右斜め上方向、左斜め下方向が、夫々、投影ユニット１０の前方向、後ろ方向、上下方向、右方向、左方向である。図５の左斜め下方向、右斜め上方向、上下方向、右斜め下方向、左斜め上方向が、夫々、投影ユニット１０の前方向、後ろ方向、上下方向、右方向、左方向である。
【００１５】
先ず、ＨＭＤ１の概要について説明する。図１に示すように、ＨＭＤ１は、眼鏡フレーム９１に着脱可能に取り付けられる。眼鏡フレーム９１は使用者の頭部に装着される。図１，図２に示すように、ＨＭＤ１は筐体２を備える。筐体２は四角筒状の樹脂部材であり、平面視Ｌ字型に形成されている。筐体２は投影ユニット１０（図３，図７参照）を内蔵する。投影ユニット１０は画像光を生成し、筐体２の左端側の開口を介して左方向に出射する。筐体２の左端にはミラーホルダ５が固定されている。ミラーホルダ５は上下一対の挟み板６，７を備える。挟み板６，７はハーフミラー８を上下方向から保持する。ハーフミラー８は投影ユニット１０の出射光の少なくとも一部を反射して使用者の左の眼球（図示略）に入射する。使用者は自己の視野において実像に重畳して画像を視認できる。
【００１６】
本実施形態では、筐体２の前面における左右方向中央部にスリット９Ａが設けられている。スリット９Ａは上下方向に長い長孔である。スリット９Ａではアジャスタ１６の一部が露出している。使用者はアジャスタ１６を指で上下方向に回転させる。これによりハーフミラー８で視認できる画像のピント調整ができる。
【００１７】
次に、眼鏡フレーム９１について説明する。図１に示すように、眼鏡フレーム９１は、左フレーム部９２、右フレーム部９３、中央フレーム部９４、及びＨＭＤ支持部９６を備える。左フレーム部９２は使用者の左耳に掛けられる部分である。右フレーム部９３は使用者の右耳に掛けられる部分である。中央フレーム部９４は、左フレーム部９２の前端部と、右フレーム部９３の前端部との間に渡設されている。中央フレーム部９４は長手方向中央部に一対の鼻当て部９５（図１では一方のみ図示）を備えている。ＨＭＤ支持部９６は使用者側から見て中央フレーム部９４の上面左端側に設けられている。ＨＭＤ支持部９６は下方延出部９８を備えている。
【００１８】
なお、図１，図２に示すように、ＨＭＤ１の筐体２の眼鏡フレーム９１に対向する部分には被保持部４９が設けられている。被保持部４９は上下方向に沿ったＵ字溝４９Ａ（図２参照）を内側に備える。Ｕ字溝４９Ａの底部には摩擦部４９Ｂが設けられている。Ｕ字溝４９Ａには、眼鏡フレーム９１のＨＭＤ支持部９６に設けられた下方延出部９８が内挿される。摩擦部４９Ｂと下方延出部９８との間に摩擦を生じる。それ故、ＨＭＤ１は下方延出部９８に沿って上下方向に移動可能に取り付けることができるＨＭＤ１は使用者の頭部における上下方向の所定範囲内において位置決め可能となる。
【００１９】
次に、ＨＭＤ１の筐体２の構成について説明する。図１〜図３に示すように、筐体２は、左側から右側に向かって順に、第１筐体１１、第２筐体１２、及び第３筐体１３を備える。第１筐体１１及び第２筐体１２は投影ユニット１０を主に収容する。第３筐体１３は投影ユニット１０の各種配線及び各種制御基板等（図示略）を主に収容する。第１筐体１１、第２筐体１２、及び第３筐体１３は何れも樹脂部材である。
【００２０】
先ず、第１筐体１１の構造について説明する。図４，図５に示すように、第１筐体１１は本体２１を備える。本体２１は左右方向に延出する筒体である。本体２１の開口する左端には上述のミラーホルダ５が取り付けられる。本体２１は上面部２２及び下面部２３を備える。上面部２２及び下面部２３は略水平かつ板状に各々形成されている。上面部２２には上側隆起部２４が設けられている。上側隆起部２４は上面部２２の左右方向中央から右斜め上方に傾斜して一段高くなっている。下面部２３には下側隆起部２５が設けられている。下側隆起部２５は下面部２３の左右方向中央から右斜め下方に傾斜して一段低くなっている。本体２１の開口する右端において前後方向の前側の部分には、左方に落ち込んだ矩形状のスリット９Ａが設けられている。他方、後ろ側の部分にも、左方に落ち込んだ矩形状のスリット９Ｂが設けられている。スリット９Ａ，９Ｂはアジャスタ１６の一部を外部に露出させる。
【００２１】
図５に示すように、上側隆起部２４の内側上部には、一対の筒状の固定部３１が右方に突出して設けられている。その間には筒状の固定部３２が固定部３１よりも右方にさらに突出して設けられている。さらにそれらの下方であって上側隆起部２４の傾斜部分に相当する内面には、一対の筒状のホルダ固定部（図示略）が右方に突出して設けられている。その間には突起部３４（図３参照）が右方に突出して設けられている。下側隆起部２５の内側下部には、一対の筒状の固定部３３が右方に突出して設けられている。さらにそれらの上方であって下側隆起部２５の傾斜部分に相当する内面には、一対の筒状のホルダ固定部３５が右方に突出して設けられている。その間には突起部３６が右方に突出して設けられている。なお後述するが、固定部３１，３２，３３は、第１筐体１１に第２筐体１２を固定する為の部位である。上側の一対のホルダ固定部（図示略）、突起部３４、下側のホルダ固定部３５、突起部３６は、第１筐体１１に対して後述するレンズホルダ１５を固定する為の部位である。
【００２２】
次に、第２筐体１２の構造について説明する。図４，図５に示すように、第２筐体１２は本体４１を備える。本体４１は左右方向に延出する筒体である。本体４１の開口する右端の後方部分には板部４２が設けられている。板部４２は本体４１の軸方向に対して略直角かつ後方に延設されている。板部４２の右方に対向する裏面には一対の固定部４８が右方に突出して設けられている。本体４１は上面部４３及び下面部４４を備える。上面部４３及び下面部４４は略水平に各々形成されている。図４に示すように、上面部４３の左端には前後方向に一対の筒状の固定部４５が左方に突出して設けられている。その間には固定孔４６が設けられている。下面部４４の左端には一対の筒状の固定部４７が設けられている。なお後述するが、固定部４５，４７、固定孔４６は、第２筐体１２に第１筐体１１を固定する為の部位である。
【００２３】
次に、第３筐体１３の構造について説明する。図２，図３に示すように、第３筐体１３は断面凹状のカバー部材である。第３筐体１３は、第２筐体１２の板部４２の裏面に設けられた一対の固定部４８（図５参照）に固定される。第１筐体１１と第２筐体１２とを同軸上に固定し、さらに第２筐体１２の開口する右端側に第３筐体１３を固定することにより筐体２が完成する。筐体２は左端側が開口する平面視略Ｌ字型の筒体となる。
【００２４】
次に、投影ユニット１０の構成について説明する。図４，図５に示すように、投影ユニット１０は、左側から右側に向かって順に、レンズホルダ１５、アジャスタ１６、液晶ホルダ１７を備える。レンズホルダ１５は接眼光学系１２０（図３参照）を内側に保持する。液晶ホルダ１７は液晶装置１０１（図３参照）を保持する。液晶装置１０１は画像光を出射する。接眼光学系１２０は、少なくとも１枚以上のレンズ（図示略）を収容し、液晶装置１０１から出射される画像光を筐体２の左端側の開口に導く。アジャスタ１６は自己の回転によって液晶ホルダ１７を左右方向に移動させる。以下、各部材の構造について詳細に説明する。なお図４，図５では、レンズホルダ１５及び液晶ホルダ１７によって保持される接眼光学系１２０及び液晶装置１０１については省略している。
【００２５】
先ず、レンズホルダ１５の構造について説明する。図４，図５に示すように、レンズホルダ１５はポリカーボネート樹脂で形成されている。レンズホルダ１５は左側本体５１及び右側本体５２を同軸上に備える。左側本体５１及び右側本体５２は筒状である。右側本体５２は左側本体５１よりも縮径している。左側本体５１及び右側本体５２は何れも上面と下面とが略水平に形成され、かつ互いに平行である。左側本体５１と右側本体５２との連結部分には、上側フランジ部５４及び下側フランジ部５５が設けられている。上側フランジ部５４は上方に延出する鍔状に形成されている。下側フランジ部５５は下方に延出する鍔状に形成されている。上側フランジ部５４の長手方向の両側には一対の固定孔５８が設けられている。その間には貫通孔５７が設けられている。固定孔５８及び貫通孔５７は上側フランジ部５４の板厚方向に貫通する。下側フランジ部５５の長手方向の両側には一対の固定孔６０が設けられている。固定孔６０は下側フランジ部５５の板厚方向に貫通する。その間には引っ掛け溝５９が設けられている。引っ掛け溝５９は下側フランジ部５５の下端から上方に逆Ｕ字状に窪んでいる。
【００２６】
右側本体５２の上面及び下面は略水平に形成されている。右側本体５２の上面にはホルダガイド６１が設けられている。ホルダガイド６１はレール状である。ホルダガイド６１は右側本体５２の上面の幅方向中央に沿って延設されている。右側本体５２の下面にはホルダガイド６２が設けられている。ホルダガイド６２はレール状である。ホルダガイド６２は右側本体５２の下面の幅方向中央に沿って延設されている。ホルダガイド６１，６２は、液晶ホルダ１７をレンズホルダ１５の軸方向に沿ってガイドする。図３に示すように、レンズホルダ１５の左側本体５１内には接眼光学系１２０が装着される。右側本体５２内は液晶装置１０１から出射される画像光を通過させる為の空洞領域である。
【００２７】
次に、図４，図５を用いて、液晶ホルダ１７の構造について説明する。液晶ホルダ１７はポリアセタール樹脂で形成されている。液晶ホルダ１７は本体７１を備える。本体７１は左右方向に延出する筒体である。本体７１の右端には円形板状の液晶保持部７２が設けられている。液晶保持部７２は開口７６、保持枠７７、及び固定部８１を備える。開口７６は長方形状である。開口７６は本体７１の内側中央に挿通する。保持枠７７は上部が開放された長方形状の枠体である。保持枠７７は板状の液晶装置１０１を内側に保持する。保持枠７７に保持された液晶装置１０１は、後記する押さえ板１１０によって固定される。この押さえ板１１０が固定される固定部８１は、保持枠７７の下部の直下に位置する。固定部８１は筒状に形成され、右方に突出して設けられている。固定部８１にはネジ１０２（図３参照）が締結される。ネジ１０２は押さえ板１１０を液晶ホルダ１７に固定する。押さえ板１１０は保持枠７７に保持した液晶装置１０１を右方から押さえる。なお押さえ板１１０は金属製である。それ故、押さえ板１１０は液晶装置１０１に影響を及ぼす静電気を逃がすことができる。
【００２８】
本体７１の内周面上部には、一対の上側ガイドレール７４が液晶ホルダ１７の軸方向に対して平行に延設されている。本体７１の内周面下部には、一対の下側ガイドレール７５が液晶ホルダ１７の軸方向に対して平行に延設されている。さらに本体７１の外周面には溝カム８５が設けられている。溝カム８５の長手方向に沿った断面は凹状である。溝カム８５は開始端８５Ａと終端８５Ｂとを備える。開始端８５Ａは本体７１の外周面の右端側、終端８５Ｂは本体７１の外周面の左端側に位置する。溝カム８５は開始端８５Ａから終端８５Ｂまで延設され、本体７１を螺旋状に取り囲むようにして形成されている。
【００２９】
次に、アジャスタ１６の形状について説明する。図４，図５に示すように、アジャスタ１６はリング状である。アジャスタ１６の外周面には滑り止め用の凹凸面が刻設されている。アジャスタ１６の内周面には径方向に突出する係合部１６Ａが設けられている。係合部１６Ａは液晶ホルダ１７の溝カム８５に係合し、溝カム８５に沿って移動可能である。アジャスタ１６の幅と、第１筐体１１のスリット９Ａ，９Ｂの幅とは略同一に調整されている。なお、アジャスタ１６はポリアセタール樹脂で形成されている。
【００３０】
次に、ＨＭＤ１の組み立て工程について説明する。図４，図５に示すように、作業者は、先ず、アジャスタ１６を液晶ホルダ１７の本体７１に外挿して取り付ける。このとき、アジャスタ１６の係合部１６Ａを、液晶ホルダ１７の溝カム８５に係合させる。係合部１６Ａは溝カム８５に沿って移動可能となる。それ故、アジャスタ１６は液晶ホルダ１７に対して、溝カム８５の開始端８５Ａ〜終端８５Ｂまでの範囲内で回動自在となる。
【００３１】
次いで、アジャスタ１６を取り付けた液晶ホルダ１７の本体７１側を、レンズホルダ１５の右側本体５２の一端側に向けて、レンズホルダ１５と同軸上に配置する。さらに液晶ホルダ１７の一対の上側ガイドレール７４（図４参照）の間に、レンズホルダ１５のホルダガイド６１を挿入する。一対の下側ガイドレール７５の間に、レンズホルダ１５のホルダガイド６２を挿入する。そして液晶ホルダ１７をレンズホルダ１５に対して押し込む。液晶ホルダ１７はホルダガイド６１，６２に沿って移動する。液晶ホルダ１７の本体７１の内側に、レンズホルダ１５の右側本体５２が挿入され、互いにオーバーラップした状態で連結される。こうして、レンズホルダ１５、アジャスタ１６、及び液晶ホルダ１７が一体となり、図７に示す投影ユニット１０の組み立て工程が完了する。
【００３２】
次いで、投影ユニット１０を第１筐体１１の右端側から内側に嵌め込んで固定する。このとき、投影ユニット１０のレンズホルダ１５の上側フランジ部５４と、下側フランジ部５５とを、第１筐体１１の内周面に固定する。具体的に言うと、上側フランジ部５４の中央の貫通孔５７に、第１筐体１１の上側の突起部３４を挿入する。さらに第１筐体１１の上側の一対のホルダ固定部（図示略）に対して、上側フランジ部５４の一対の固定孔５８を合わせてネジ留めする。下側フランジ部５５の中央の引っ掛け溝５９を、第１筐体１１の下側の突起部３６上に引っ掛ける。さらに第１筐体１１の下側の一対のホルダ固定部３５に対して、下側フランジ部５５の一対の固定孔６０を合わせてネジ留めする。こうして投影ユニット１０が第１筐体１１の内側に固定される。
【００３３】
次いで、投影ユニット１０を内側に固定した第１筐体１１に対して、第２筐体１２を同軸上に固定する。このとき、第２筐体１２の一対の固定部４５と、第１筐体１１の一対の固定部３１とをネジ留めする。第２筐体１２の固定孔４６にはネジを挿入して、第１筐体１１の固定部３２に締結する。第２筐体１２の一対の固定部４７と、第１筐体１１の一対の固定部３３とをネジ留めする。こうして第２筐体１２に対して第１筐体１１が固定される。さらに第２筐体１２の開口する右端側を閉塞するように第３筐体１３を固定する。最後に、第１筐体１１の開口する左端にミラーホルダ５を固定する。ミラーホルダ５にはハーフミラー８が予め保持されている。こうしてＨＭＤ１の組み立て工程が完了し、図３の状態となる。
【００３４】
ここで、図３に示すように、アジャスタ１６の上下部位は、第１筐体１１の上側隆起部２４の内側、及び下側隆起部２５の内側にそれぞれ覆われている。他方、アジャスタ１６の前後方向にそれぞれ対向する各部位は、第１筐体１１のスリット９Ａ，９Ｂから外部に露出している。アジャスタ１６は、上側隆起部２４及び下側隆起部２５によって、筐体２に対して上下方向に位置決めされている。アジャスタ１６は、スリット９Ａ，９Ｂ及び第２筐体１２の左端に挟まれることによって、筐体２に対して左右方向に位置決めされている。それ故、アジャスタ１６は筐体２に対して移動せずにその位置で回転する。
【００３５】
次に、ＨＭＤ１のピント調節方法について説明する。図３に示すように、ＨＭＤ１では、投影ユニット１０が筐体２の内側に収納されている。図１，図２に示すように、スリット９Ａ，９Ｂでは、アジャスタ１６の一部が露出している。使用者はＨＭＤ１の前側のスリット９Ａから露出するアジャスタ１６を指で上下方向に回転させる。上述したように、アジャスタ１６は筐体２に対して位置決めされている。アジャスタ１６はその位置で回転する。アジャスタ１６の回転によって、アジャスタ１６の内周面に設けた係合部１６Ａが回転する。ここで係合部１６Ａは液晶ホルダ１７の溝カム８５に沿って移動するが、アジャスタ１６は左右方向には動かない。それ故、係合部１６Ａは溝カム８５の左右両側にある一対の内壁面のうち一方を摺動する。
【００３６】
アジャスタ１６の回転方向によって、係合部１６Ａが摺動する溝カム８５の内壁面が決まる。図３に示す例では、アジャスタ１６を上方向に回転させると、溝カム８５における右側の内壁面に摺動するので、液晶ホルダ１７は右方向に移動する（図８参照）。アジャスタ１６を下方向に回転させると、溝カム８５における左側の内壁面に摺動するので、液晶ホルダ１７は左方向に移動する。アジャスタ１６の回動量に応じて、液晶ホルダ１７の左右方向の位置が調整されるので、液晶装置１０１と接眼光学系１２０との離間距離を自由に調整できる。これにより使用者はハーフミラー８によって視認する画像のピント調整を容易に行うことができる。
【００３７】
以上説明において、図１に示す眼鏡フレーム９１が本発明の「フレーム」の一例である。図３に示す液晶装置１０１が本発明の「画像光発生部」の一例である。接眼光学系１２０が本発明の「接眼光学系」の一例である。図４に示す液晶ホルダ１７が本発明の「第１ホルダ」の一例である。レンズホルダ１５が本発明の「第２ホルダ」の一例である。図１，図２に示す被保持部４９が本発明の「位置決め保持部」の一例である。図３に示すアジャスタ１６が本発明の「移動調整部」の一例である。図３に示すスリット９Ａ，９Ｂが本発明の「位置規定部」の一例である。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態のＨＭＤ１では、レンズホルダ１５に対して液晶ホルダ１７を同軸上に移動させるので、使用者の視力に応じてハーフミラー８で視認できる画像のピント調整を容易に行うことができる。さらにレンズホルダ１５と液晶ホルダ１７とは互いに同軸上にオーバーラップしてスライド可能に連結されている。それ故、レンズホルダ１５と液晶ホルダ１７とが連結された状態において、内部に埃等の異物が侵入するのを防止できる。よって、液晶装置１０１に埃等の異物が付着するのを防止できる。また液晶装置１０１を液晶ホルダ１７に内蔵し、接眼光学系１２０をレンズホルダ１５に内蔵し、これらをオーバーラップさせる構成であるので、ＨＭＤ１をコンパクトにできる。
【００３９】
また本実施形態では特に、レンズホルダ１５に対して液晶ホルダ１７を同軸上に移動させている。例えば、接眼光学系１２０の位置が使用者の頭部に対して移動すると、使用者の瞳孔と接眼光学系１２０との相対位置が変化する。その結果、例えば、アイレリーフ長の変化に伴う画像光の「けられ」が生じる可能性がある。本実施形態は、レンズホルダ１５に対して液晶ホルダ１７を同軸上に移動させているので、接眼光学系１２０の位置が使用者の頭部に対して位置決めされている。それ故、画像のピント調整を行う際には、液晶装置１０１の位置のみが変更される。そのため使用者の瞳孔位置と接眼光学系１２０との相対位置は変化しない。従って、ピント調整に起因する画像光のけられを防止できる。
【００４０】
また本実施形態では特に、液晶ホルダ１７の一端に設けられた溝カム８５に係合する係合部１６Ａを、アジャスタ１６の回転によって、液晶ホルダ１７の一端側の周方向に移動させている。これにより液晶ホルダ１７をレンズホルダ１５に対して同軸上に移動させることができる。係合部１６Ａの周方向への移動量を調整するだけで、液晶ホルダ１７とレンズホルダ１５との距離を調整できるので、ピント調整が容易となる。
【００４１】
また本実施形態では特に、アジャスタ１６を回転させることにより溝カム８５に係合する係合部１６Ａを回転させることができる。溝カム８５を採用することにより、アジャスタ１６の回転力を、液晶ホルダ１７を移動させる応力に容易に変換できる。スリット９Ａ，９Ｂはアジャスタ１６と液晶ホルダ１７との相対位置を規定する。それ故、アジャスタ１６が液晶ホルダ１７の軸方向に移動してしまうのを防止できる。
【００４２】
また本実施形態では特に、液晶装置１０１は金属製の押さえ板１１０によって液晶ホルダ１７に固定されている。それ故、液晶装置１０１に影響を及ぼす静電気を逃がすことができる。
【００４３】
また本実施形態では特に、レンズホルダ１５と液晶ホルダ１７とは、何れもポリアセタール樹脂で形成されている。それ故、レンズホルダ１５と液晶ホルダ１７との摺動性が向上する。レンズホルダ１５と液晶ホルダ１７とはオーバーラップして連結されているが、グリス等を使うことができない。そこで本実施形態のように、レンズホルダ１５と液晶ホルダ１７とをポリアセタール樹脂で形成することで、レンズホルダ１５に対する液晶ホルダ１７の移動性を向上できる。
【００４４】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態のＨＭＤ１では、本発明の「画像光発生部」の一例として液晶装置１０１を説明したが、ＤＭＤ、有機ＥＬ等の二次元表示素子を用いたものでも適用可能である。さらに、２次元的に走査された光をユーザの網膜上に投影する網膜走査型の投影装置（Retinal Scanning Display）でも適用可能である。
【００４５】
また上記実施形態では、液晶ホルダ１７の本体７１の外周面に溝カム８５を設け、該溝カム８５に係合部１６Ａを係合させたアジャスタ１６を回動させることにより、レンズホルダ１５に対して液晶ホルダ１７を移動させているが、液晶ホルダの本体７１の外周面に設ける螺旋の溝は溝カムに限らない。例えば、ネジ山を形成し、そのネジ山に螺合するネジ山をアジャスタの内周面に刻設してもよい。ネジ山は溝カムに比べてピッチが狭くなるので、液晶ホルダ１７の移動量は小さくなるので、画像のピントを微調整することもできる。
【００４６】
また上記実施形態では、液晶ホルダ１７の内部にレンズホルダ１５が挿入されているが、液晶ホルダ１７がレンズホルダ１５の内部に挿入される構成であってもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１ ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）
２ 筐体
９Ａ スリット
９Ｂ スリット
１０ 投影ユニット
１１ 第１筐体
１２ 第２筐体
１５ レンズホルダ
１６ アジャスタ
１６Ａ 係合部
１７ 液晶ホルダ
４９ 被保持部
６１，６２ ホルダガイド
７４ 上側ガイドレール
７５ 下側ガイドレール
８５ 溝カム
９１ 眼鏡フレーム
１０１ 液晶装置
１１０ 押さえ板
１２０ 接眼光学系
【技術分野】
【０００１】
本発明はヘッドマウントディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、使用者の眼の前方に画像として視認されるように画像を表示す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。ＨＭＤは、画像光発生部、接眼光学系、及び偏向部材を備えている。画像光発生部は画像情報に基づいた画像光を発生する。接眼光学系は画像光発生部が発生した画像光を一定方向に導く。偏向部材は接眼光学系から出射された画像光を反射して利用者の眼に入射する。ところが人間の視力には個人差があるので、入射した画像光に対して、眼球内でピント調整が容易に出来る人と出来ない人がいる。眼球内でのピント調整が不十分であると、画像を明確に視認することができない。そこで表示器を光軸方向に移動させることにより、画像のピント調整ができる情報表示装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１６０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の情報表示装置は、少なくとも表示器、光学系、及び表示器を移動させる移動機構等を一つの本体内に収納している。そのような本体内で表示器が露出しているので、その表面に本体内の埃が付着して画像上に表示されてしまう可能性があった。またこれらを一つの本体内に収納していることから、本体が大きくなってしまい、使用者の頭部に装着するＨＭＤとして適用するのは困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、上記課題を解決するためになされたものであり、コンパクトな構成でピント調整を可能とし、さらに防塵対策ができるヘッドマウントディスプレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様に係るヘッドマウントディスプレイは、使用者の頭部に装着される装着部材に取り付けられ、画像情報に基づいて前記使用者の眼に画像光を入射して前記使用者に画像を認識させるヘッドマウントディスプレイにおいて、画像光を発生する画像光発生部と、前記画像光発生部を内蔵する筒状の第１ホルダと、少なくとも１枚以上のレンズを有し、前記画像光発生部が発生した画像光を一定方向に導く接眼光学系と、前記接眼光学系を内蔵する筒状の第２ホルダとを備え、前記第１ホルダの軸方向の一端側は前記画像光発生部によって塞がれ、かつ他端側は開放され、前記第２ホルダの軸方向の一端側は前記レンズによって塞がれ、かつ他端側は開放され、前記第１ホルダの前記他端、及び前記第２ホルダの前記他端のうち何れか一方が、他方の内側に摺動可能な状態で挿入され、前記第１ホルダと前記第２ホルダとが互いにオーバーラップして移動可能に連結されていることを特徴とする。
【０００７】
第１態様に係るヘッドマウントディスプレイでは、第１ホルダと第２ホルダとが互いにオーバーラップして移動可能に連結されている。これにより画像光発生部と接眼光学系との離間する距離を調製できるので、使用者の視力に応じて画像のピント調整が可能である。さらに第１ホルダの一端側、及び第２ホルダの一端側は塞がれ、第１ホルダの他端、及び第２ホルダの他端のうち何れか一方が、他方の内側に摺動可能な状態で挿入されている。それ故、第１ホルダ及び第２ホルダの内部に埃等の異物が侵入するのを防止できるので、画像光発生部に埃等の異物が付着するのを防止できる。また画像光発生部を内蔵する第１ホルダと、接眼光学系を内蔵する第２ホルダとをオーバーラップさせて連結する構成であるので、ヘッドマウントディスプレイ全体をコンパクトにできる。
【０００８】
また第１態様において、前記第２ホルダを前記装着部材に位置決め保持する位置決め保持部を備えていてもよい。接眼光学系の位置が使用者の頭部に対して移動すると、使用者の瞳孔と接眼光学系との相対位置が変化する。その結果、例えば、アイレリーフ長の変化に伴う画像光のけられが生じる可能性がある。そこで本態様の構成によれば、第２ホルダに保持される接眼光学系の位置が使用者の頭部に対して位置決めされている。それ故、ピント調整を行う際は、画像光発生部の位置のみが変更されるので、使用者の瞳孔位置と接眼光学系との相対位置は変化しない。従って本態様はピント調整に起因する画像光のけられを防止できる。
【０００９】
また第１態様において、前記第１ホルダの前記他端の内側に、前記第２ホルダの前記他端が摺動可能な状態で挿入され、前記第１ホルダの前記他端側の外周に設けられた螺旋溝と、前記螺旋溝に係合する係合部を有し、当該係合部を前記他端側の周方向に移動させる移動調整部とを備えてもよい。第１ホルダの他端側の外周に設けられた螺旋溝に係合する係合部を、第１ホルダの他端側の周方向に移動させる。これにより第１ホルダを第２ホルダに対して移動させることができる。係合部の周方向への移動量を調整することで、第１ホルダと第２ホルダとの距離を調整できるので、ピント調整が容易である。
【００１０】
また第１態様において、前記螺旋溝は溝カムであって、前記移動調整部は前記第１ホルダの前記他端側を内挿するリング状に形成され、前記係合部は前記リングの内周面に設けられ、前記移動調整部と前記第１ホルダとの相対位置関係を規定する位置規定部をさらに備えてもよい。移動調整部を回転させることにより螺旋溝に係合する係合部を回転させることができる。螺旋溝は溝カムになっているので、移動調整部を回転させるだけで第１ホルダを第２ホルダに対して移動させることができる。螺旋溝は溝カムであることから、移動調整部の回転力を第１ホルダを移動させる応力に容易に変換できる。位置規定部は移動調整部と第１ホルダとの相対位置を規定しているので、第１ホルダに対して移動調整部がずれてしまうのを防止できる。
【００１１】
また第１態様において、前記第１ホルダの前記一端側とは反対側の他端側には、前記画像光発生部を当該他端側に固定する為の金属製部材が設けられていてもよい。画像光発生部は金属製部材で第１ホルダの他端側に固定されているので、画像光発生部に影響を及ぼす静電気を逃がすことができる。
【００１２】
また第１態様において、前記第１ホルダ及び前記移動調製部はポリアセタール樹脂で形成されていてもよい。これにより第１ホルダと移動調整部との摺動性を向上できるので、移動調整部を周方向へ移動する際に大きな力を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ＨＭＤ１を取り付けた眼鏡フレーム９１の斜視図である。
【図２】ＨＭＤ１の平面図である。
【図３】図２のＩ−Ｉ線矢視方向断面図である。
【図４】左斜め前方から見た投影ユニット１０の分解斜視図である。
【図５】右斜め前方から見た投影ユニット１０の分解斜視図である。
【図６】投影ユニット１０の斜視図（アジャスタ１６省略）である。
【図７】投影ユニット１０の斜視図（アジャスタ１６搭載）である。
【図８】液晶ホルダ１７が右方に移動した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態であるヘッドマウントディスプレイ１（以下ＨＭＤ１という）について、図面を参照して説明する。以下説明において、図１の上下方向、右斜め下方向、左斜め上方向、右斜め上方向、左斜め下方向が、夫々、ＨＭＤ１の上下方向、前方向、後ろ方向、右方向、左方向である。図２の下方向、上方向、右方向、左方向が、夫々、ＨＭＤ１の前方向、後ろ方向、右方向、左方向である。図３の上方向、下方向、右方向、左方向が、夫々、ＨＭＤ１の上方向、下方向、右方向、左方向である。図４の右斜め下方向、左斜め上方向、上下方向、右斜め上方向、左斜め下方向が、夫々、投影ユニット１０の前方向、後ろ方向、上下方向、右方向、左方向である。図５の左斜め下方向、右斜め上方向、上下方向、右斜め下方向、左斜め上方向が、夫々、投影ユニット１０の前方向、後ろ方向、上下方向、右方向、左方向である。
【００１５】
先ず、ＨＭＤ１の概要について説明する。図１に示すように、ＨＭＤ１は、眼鏡フレーム９１に着脱可能に取り付けられる。眼鏡フレーム９１は使用者の頭部に装着される。図１，図２に示すように、ＨＭＤ１は筐体２を備える。筐体２は四角筒状の樹脂部材であり、平面視Ｌ字型に形成されている。筐体２は投影ユニット１０（図３，図７参照）を内蔵する。投影ユニット１０は画像光を生成し、筐体２の左端側の開口を介して左方向に出射する。筐体２の左端にはミラーホルダ５が固定されている。ミラーホルダ５は上下一対の挟み板６，７を備える。挟み板６，７はハーフミラー８を上下方向から保持する。ハーフミラー８は投影ユニット１０の出射光の少なくとも一部を反射して使用者の左の眼球（図示略）に入射する。使用者は自己の視野において実像に重畳して画像を視認できる。
【００１６】
本実施形態では、筐体２の前面における左右方向中央部にスリット９Ａが設けられている。スリット９Ａは上下方向に長い長孔である。スリット９Ａではアジャスタ１６の一部が露出している。使用者はアジャスタ１６を指で上下方向に回転させる。これによりハーフミラー８で視認できる画像のピント調整ができる。
【００１７】
次に、眼鏡フレーム９１について説明する。図１に示すように、眼鏡フレーム９１は、左フレーム部９２、右フレーム部９３、中央フレーム部９４、及びＨＭＤ支持部９６を備える。左フレーム部９２は使用者の左耳に掛けられる部分である。右フレーム部９３は使用者の右耳に掛けられる部分である。中央フレーム部９４は、左フレーム部９２の前端部と、右フレーム部９３の前端部との間に渡設されている。中央フレーム部９４は長手方向中央部に一対の鼻当て部９５（図１では一方のみ図示）を備えている。ＨＭＤ支持部９６は使用者側から見て中央フレーム部９４の上面左端側に設けられている。ＨＭＤ支持部９６は下方延出部９８を備えている。
【００１８】
なお、図１，図２に示すように、ＨＭＤ１の筐体２の眼鏡フレーム９１に対向する部分には被保持部４９が設けられている。被保持部４９は上下方向に沿ったＵ字溝４９Ａ（図２参照）を内側に備える。Ｕ字溝４９Ａの底部には摩擦部４９Ｂが設けられている。Ｕ字溝４９Ａには、眼鏡フレーム９１のＨＭＤ支持部９６に設けられた下方延出部９８が内挿される。摩擦部４９Ｂと下方延出部９８との間に摩擦を生じる。それ故、ＨＭＤ１は下方延出部９８に沿って上下方向に移動可能に取り付けることができるＨＭＤ１は使用者の頭部における上下方向の所定範囲内において位置決め可能となる。
【００１９】
次に、ＨＭＤ１の筐体２の構成について説明する。図１〜図３に示すように、筐体２は、左側から右側に向かって順に、第１筐体１１、第２筐体１２、及び第３筐体１３を備える。第１筐体１１及び第２筐体１２は投影ユニット１０を主に収容する。第３筐体１３は投影ユニット１０の各種配線及び各種制御基板等（図示略）を主に収容する。第１筐体１１、第２筐体１２、及び第３筐体１３は何れも樹脂部材である。
【００２０】
先ず、第１筐体１１の構造について説明する。図４，図５に示すように、第１筐体１１は本体２１を備える。本体２１は左右方向に延出する筒体である。本体２１の開口する左端には上述のミラーホルダ５が取り付けられる。本体２１は上面部２２及び下面部２３を備える。上面部２２及び下面部２３は略水平かつ板状に各々形成されている。上面部２２には上側隆起部２４が設けられている。上側隆起部２４は上面部２２の左右方向中央から右斜め上方に傾斜して一段高くなっている。下面部２３には下側隆起部２５が設けられている。下側隆起部２５は下面部２３の左右方向中央から右斜め下方に傾斜して一段低くなっている。本体２１の開口する右端において前後方向の前側の部分には、左方に落ち込んだ矩形状のスリット９Ａが設けられている。他方、後ろ側の部分にも、左方に落ち込んだ矩形状のスリット９Ｂが設けられている。スリット９Ａ，９Ｂはアジャスタ１６の一部を外部に露出させる。
【００２１】
図５に示すように、上側隆起部２４の内側上部には、一対の筒状の固定部３１が右方に突出して設けられている。その間には筒状の固定部３２が固定部３１よりも右方にさらに突出して設けられている。さらにそれらの下方であって上側隆起部２４の傾斜部分に相当する内面には、一対の筒状のホルダ固定部（図示略）が右方に突出して設けられている。その間には突起部３４（図３参照）が右方に突出して設けられている。下側隆起部２５の内側下部には、一対の筒状の固定部３３が右方に突出して設けられている。さらにそれらの上方であって下側隆起部２５の傾斜部分に相当する内面には、一対の筒状のホルダ固定部３５が右方に突出して設けられている。その間には突起部３６が右方に突出して設けられている。なお後述するが、固定部３１，３２，３３は、第１筐体１１に第２筐体１２を固定する為の部位である。上側の一対のホルダ固定部（図示略）、突起部３４、下側のホルダ固定部３５、突起部３６は、第１筐体１１に対して後述するレンズホルダ１５を固定する為の部位である。
【００２２】
次に、第２筐体１２の構造について説明する。図４，図５に示すように、第２筐体１２は本体４１を備える。本体４１は左右方向に延出する筒体である。本体４１の開口する右端の後方部分には板部４２が設けられている。板部４２は本体４１の軸方向に対して略直角かつ後方に延設されている。板部４２の右方に対向する裏面には一対の固定部４８が右方に突出して設けられている。本体４１は上面部４３及び下面部４４を備える。上面部４３及び下面部４４は略水平に各々形成されている。図４に示すように、上面部４３の左端には前後方向に一対の筒状の固定部４５が左方に突出して設けられている。その間には固定孔４６が設けられている。下面部４４の左端には一対の筒状の固定部４７が設けられている。なお後述するが、固定部４５，４７、固定孔４６は、第２筐体１２に第１筐体１１を固定する為の部位である。
【００２３】
次に、第３筐体１３の構造について説明する。図２，図３に示すように、第３筐体１３は断面凹状のカバー部材である。第３筐体１３は、第２筐体１２の板部４２の裏面に設けられた一対の固定部４８（図５参照）に固定される。第１筐体１１と第２筐体１２とを同軸上に固定し、さらに第２筐体１２の開口する右端側に第３筐体１３を固定することにより筐体２が完成する。筐体２は左端側が開口する平面視略Ｌ字型の筒体となる。
【００２４】
次に、投影ユニット１０の構成について説明する。図４，図５に示すように、投影ユニット１０は、左側から右側に向かって順に、レンズホルダ１５、アジャスタ１６、液晶ホルダ１７を備える。レンズホルダ１５は接眼光学系１２０（図３参照）を内側に保持する。液晶ホルダ１７は液晶装置１０１（図３参照）を保持する。液晶装置１０１は画像光を出射する。接眼光学系１２０は、少なくとも１枚以上のレンズ（図示略）を収容し、液晶装置１０１から出射される画像光を筐体２の左端側の開口に導く。アジャスタ１６は自己の回転によって液晶ホルダ１７を左右方向に移動させる。以下、各部材の構造について詳細に説明する。なお図４，図５では、レンズホルダ１５及び液晶ホルダ１７によって保持される接眼光学系１２０及び液晶装置１０１については省略している。
【００２５】
先ず、レンズホルダ１５の構造について説明する。図４，図５に示すように、レンズホルダ１５はポリカーボネート樹脂で形成されている。レンズホルダ１５は左側本体５１及び右側本体５２を同軸上に備える。左側本体５１及び右側本体５２は筒状である。右側本体５２は左側本体５１よりも縮径している。左側本体５１及び右側本体５２は何れも上面と下面とが略水平に形成され、かつ互いに平行である。左側本体５１と右側本体５２との連結部分には、上側フランジ部５４及び下側フランジ部５５が設けられている。上側フランジ部５４は上方に延出する鍔状に形成されている。下側フランジ部５５は下方に延出する鍔状に形成されている。上側フランジ部５４の長手方向の両側には一対の固定孔５８が設けられている。その間には貫通孔５７が設けられている。固定孔５８及び貫通孔５７は上側フランジ部５４の板厚方向に貫通する。下側フランジ部５５の長手方向の両側には一対の固定孔６０が設けられている。固定孔６０は下側フランジ部５５の板厚方向に貫通する。その間には引っ掛け溝５９が設けられている。引っ掛け溝５９は下側フランジ部５５の下端から上方に逆Ｕ字状に窪んでいる。
【００２６】
右側本体５２の上面及び下面は略水平に形成されている。右側本体５２の上面にはホルダガイド６１が設けられている。ホルダガイド６１はレール状である。ホルダガイド６１は右側本体５２の上面の幅方向中央に沿って延設されている。右側本体５２の下面にはホルダガイド６２が設けられている。ホルダガイド６２はレール状である。ホルダガイド６２は右側本体５２の下面の幅方向中央に沿って延設されている。ホルダガイド６１，６２は、液晶ホルダ１７をレンズホルダ１５の軸方向に沿ってガイドする。図３に示すように、レンズホルダ１５の左側本体５１内には接眼光学系１２０が装着される。右側本体５２内は液晶装置１０１から出射される画像光を通過させる為の空洞領域である。
【００２７】
次に、図４，図５を用いて、液晶ホルダ１７の構造について説明する。液晶ホルダ１７はポリアセタール樹脂で形成されている。液晶ホルダ１７は本体７１を備える。本体７１は左右方向に延出する筒体である。本体７１の右端には円形板状の液晶保持部７２が設けられている。液晶保持部７２は開口７６、保持枠７７、及び固定部８１を備える。開口７６は長方形状である。開口７６は本体７１の内側中央に挿通する。保持枠７７は上部が開放された長方形状の枠体である。保持枠７７は板状の液晶装置１０１を内側に保持する。保持枠７７に保持された液晶装置１０１は、後記する押さえ板１１０によって固定される。この押さえ板１１０が固定される固定部８１は、保持枠７７の下部の直下に位置する。固定部８１は筒状に形成され、右方に突出して設けられている。固定部８１にはネジ１０２（図３参照）が締結される。ネジ１０２は押さえ板１１０を液晶ホルダ１７に固定する。押さえ板１１０は保持枠７７に保持した液晶装置１０１を右方から押さえる。なお押さえ板１１０は金属製である。それ故、押さえ板１１０は液晶装置１０１に影響を及ぼす静電気を逃がすことができる。
【００２８】
本体７１の内周面上部には、一対の上側ガイドレール７４が液晶ホルダ１７の軸方向に対して平行に延設されている。本体７１の内周面下部には、一対の下側ガイドレール７５が液晶ホルダ１７の軸方向に対して平行に延設されている。さらに本体７１の外周面には溝カム８５が設けられている。溝カム８５の長手方向に沿った断面は凹状である。溝カム８５は開始端８５Ａと終端８５Ｂとを備える。開始端８５Ａは本体７１の外周面の右端側、終端８５Ｂは本体７１の外周面の左端側に位置する。溝カム８５は開始端８５Ａから終端８５Ｂまで延設され、本体７１を螺旋状に取り囲むようにして形成されている。
【００２９】
次に、アジャスタ１６の形状について説明する。図４，図５に示すように、アジャスタ１６はリング状である。アジャスタ１６の外周面には滑り止め用の凹凸面が刻設されている。アジャスタ１６の内周面には径方向に突出する係合部１６Ａが設けられている。係合部１６Ａは液晶ホルダ１７の溝カム８５に係合し、溝カム８５に沿って移動可能である。アジャスタ１６の幅と、第１筐体１１のスリット９Ａ，９Ｂの幅とは略同一に調整されている。なお、アジャスタ１６はポリアセタール樹脂で形成されている。
【００３０】
次に、ＨＭＤ１の組み立て工程について説明する。図４，図５に示すように、作業者は、先ず、アジャスタ１６を液晶ホルダ１７の本体７１に外挿して取り付ける。このとき、アジャスタ１６の係合部１６Ａを、液晶ホルダ１７の溝カム８５に係合させる。係合部１６Ａは溝カム８５に沿って移動可能となる。それ故、アジャスタ１６は液晶ホルダ１７に対して、溝カム８５の開始端８５Ａ〜終端８５Ｂまでの範囲内で回動自在となる。
【００３１】
次いで、アジャスタ１６を取り付けた液晶ホルダ１７の本体７１側を、レンズホルダ１５の右側本体５２の一端側に向けて、レンズホルダ１５と同軸上に配置する。さらに液晶ホルダ１７の一対の上側ガイドレール７４（図４参照）の間に、レンズホルダ１５のホルダガイド６１を挿入する。一対の下側ガイドレール７５の間に、レンズホルダ１５のホルダガイド６２を挿入する。そして液晶ホルダ１７をレンズホルダ１５に対して押し込む。液晶ホルダ１７はホルダガイド６１，６２に沿って移動する。液晶ホルダ１７の本体７１の内側に、レンズホルダ１５の右側本体５２が挿入され、互いにオーバーラップした状態で連結される。こうして、レンズホルダ１５、アジャスタ１６、及び液晶ホルダ１７が一体となり、図７に示す投影ユニット１０の組み立て工程が完了する。
【００３２】
次いで、投影ユニット１０を第１筐体１１の右端側から内側に嵌め込んで固定する。このとき、投影ユニット１０のレンズホルダ１５の上側フランジ部５４と、下側フランジ部５５とを、第１筐体１１の内周面に固定する。具体的に言うと、上側フランジ部５４の中央の貫通孔５７に、第１筐体１１の上側の突起部３４を挿入する。さらに第１筐体１１の上側の一対のホルダ固定部（図示略）に対して、上側フランジ部５４の一対の固定孔５８を合わせてネジ留めする。下側フランジ部５５の中央の引っ掛け溝５９を、第１筐体１１の下側の突起部３６上に引っ掛ける。さらに第１筐体１１の下側の一対のホルダ固定部３５に対して、下側フランジ部５５の一対の固定孔６０を合わせてネジ留めする。こうして投影ユニット１０が第１筐体１１の内側に固定される。
【００３３】
次いで、投影ユニット１０を内側に固定した第１筐体１１に対して、第２筐体１２を同軸上に固定する。このとき、第２筐体１２の一対の固定部４５と、第１筐体１１の一対の固定部３１とをネジ留めする。第２筐体１２の固定孔４６にはネジを挿入して、第１筐体１１の固定部３２に締結する。第２筐体１２の一対の固定部４７と、第１筐体１１の一対の固定部３３とをネジ留めする。こうして第２筐体１２に対して第１筐体１１が固定される。さらに第２筐体１２の開口する右端側を閉塞するように第３筐体１３を固定する。最後に、第１筐体１１の開口する左端にミラーホルダ５を固定する。ミラーホルダ５にはハーフミラー８が予め保持されている。こうしてＨＭＤ１の組み立て工程が完了し、図３の状態となる。
【００３４】
ここで、図３に示すように、アジャスタ１６の上下部位は、第１筐体１１の上側隆起部２４の内側、及び下側隆起部２５の内側にそれぞれ覆われている。他方、アジャスタ１６の前後方向にそれぞれ対向する各部位は、第１筐体１１のスリット９Ａ，９Ｂから外部に露出している。アジャスタ１６は、上側隆起部２４及び下側隆起部２５によって、筐体２に対して上下方向に位置決めされている。アジャスタ１６は、スリット９Ａ，９Ｂ及び第２筐体１２の左端に挟まれることによって、筐体２に対して左右方向に位置決めされている。それ故、アジャスタ１６は筐体２に対して移動せずにその位置で回転する。
【００３５】
次に、ＨＭＤ１のピント調節方法について説明する。図３に示すように、ＨＭＤ１では、投影ユニット１０が筐体２の内側に収納されている。図１，図２に示すように、スリット９Ａ，９Ｂでは、アジャスタ１６の一部が露出している。使用者はＨＭＤ１の前側のスリット９Ａから露出するアジャスタ１６を指で上下方向に回転させる。上述したように、アジャスタ１６は筐体２に対して位置決めされている。アジャスタ１６はその位置で回転する。アジャスタ１６の回転によって、アジャスタ１６の内周面に設けた係合部１６Ａが回転する。ここで係合部１６Ａは液晶ホルダ１７の溝カム８５に沿って移動するが、アジャスタ１６は左右方向には動かない。それ故、係合部１６Ａは溝カム８５の左右両側にある一対の内壁面のうち一方を摺動する。
【００３６】
アジャスタ１６の回転方向によって、係合部１６Ａが摺動する溝カム８５の内壁面が決まる。図３に示す例では、アジャスタ１６を上方向に回転させると、溝カム８５における右側の内壁面に摺動するので、液晶ホルダ１７は右方向に移動する（図８参照）。アジャスタ１６を下方向に回転させると、溝カム８５における左側の内壁面に摺動するので、液晶ホルダ１７は左方向に移動する。アジャスタ１６の回動量に応じて、液晶ホルダ１７の左右方向の位置が調整されるので、液晶装置１０１と接眼光学系１２０との離間距離を自由に調整できる。これにより使用者はハーフミラー８によって視認する画像のピント調整を容易に行うことができる。
【００３７】
以上説明において、図１に示す眼鏡フレーム９１が本発明の「フレーム」の一例である。図３に示す液晶装置１０１が本発明の「画像光発生部」の一例である。接眼光学系１２０が本発明の「接眼光学系」の一例である。図４に示す液晶ホルダ１７が本発明の「第１ホルダ」の一例である。レンズホルダ１５が本発明の「第２ホルダ」の一例である。図１，図２に示す被保持部４９が本発明の「位置決め保持部」の一例である。図３に示すアジャスタ１６が本発明の「移動調整部」の一例である。図３に示すスリット９Ａ，９Ｂが本発明の「位置規定部」の一例である。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態のＨＭＤ１では、レンズホルダ１５に対して液晶ホルダ１７を同軸上に移動させるので、使用者の視力に応じてハーフミラー８で視認できる画像のピント調整を容易に行うことができる。さらにレンズホルダ１５と液晶ホルダ１７とは互いに同軸上にオーバーラップしてスライド可能に連結されている。それ故、レンズホルダ１５と液晶ホルダ１７とが連結された状態において、内部に埃等の異物が侵入するのを防止できる。よって、液晶装置１０１に埃等の異物が付着するのを防止できる。また液晶装置１０１を液晶ホルダ１７に内蔵し、接眼光学系１２０をレンズホルダ１５に内蔵し、これらをオーバーラップさせる構成であるので、ＨＭＤ１をコンパクトにできる。
【００３９】
また本実施形態では特に、レンズホルダ１５に対して液晶ホルダ１７を同軸上に移動させている。例えば、接眼光学系１２０の位置が使用者の頭部に対して移動すると、使用者の瞳孔と接眼光学系１２０との相対位置が変化する。その結果、例えば、アイレリーフ長の変化に伴う画像光の「けられ」が生じる可能性がある。本実施形態は、レンズホルダ１５に対して液晶ホルダ１７を同軸上に移動させているので、接眼光学系１２０の位置が使用者の頭部に対して位置決めされている。それ故、画像のピント調整を行う際には、液晶装置１０１の位置のみが変更される。そのため使用者の瞳孔位置と接眼光学系１２０との相対位置は変化しない。従って、ピント調整に起因する画像光のけられを防止できる。
【００４０】
また本実施形態では特に、液晶ホルダ１７の一端に設けられた溝カム８５に係合する係合部１６Ａを、アジャスタ１６の回転によって、液晶ホルダ１７の一端側の周方向に移動させている。これにより液晶ホルダ１７をレンズホルダ１５に対して同軸上に移動させることができる。係合部１６Ａの周方向への移動量を調整するだけで、液晶ホルダ１７とレンズホルダ１５との距離を調整できるので、ピント調整が容易となる。
【００４１】
また本実施形態では特に、アジャスタ１６を回転させることにより溝カム８５に係合する係合部１６Ａを回転させることができる。溝カム８５を採用することにより、アジャスタ１６の回転力を、液晶ホルダ１７を移動させる応力に容易に変換できる。スリット９Ａ，９Ｂはアジャスタ１６と液晶ホルダ１７との相対位置を規定する。それ故、アジャスタ１６が液晶ホルダ１７の軸方向に移動してしまうのを防止できる。
【００４２】
また本実施形態では特に、液晶装置１０１は金属製の押さえ板１１０によって液晶ホルダ１７に固定されている。それ故、液晶装置１０１に影響を及ぼす静電気を逃がすことができる。
【００４３】
また本実施形態では特に、レンズホルダ１５と液晶ホルダ１７とは、何れもポリアセタール樹脂で形成されている。それ故、レンズホルダ１５と液晶ホルダ１７との摺動性が向上する。レンズホルダ１５と液晶ホルダ１７とはオーバーラップして連結されているが、グリス等を使うことができない。そこで本実施形態のように、レンズホルダ１５と液晶ホルダ１７とをポリアセタール樹脂で形成することで、レンズホルダ１５に対する液晶ホルダ１７の移動性を向上できる。
【００４４】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態のＨＭＤ１では、本発明の「画像光発生部」の一例として液晶装置１０１を説明したが、ＤＭＤ、有機ＥＬ等の二次元表示素子を用いたものでも適用可能である。さらに、２次元的に走査された光をユーザの網膜上に投影する網膜走査型の投影装置（Retinal Scanning Display）でも適用可能である。
【００４５】
また上記実施形態では、液晶ホルダ１７の本体７１の外周面に溝カム８５を設け、該溝カム８５に係合部１６Ａを係合させたアジャスタ１６を回動させることにより、レンズホルダ１５に対して液晶ホルダ１７を移動させているが、液晶ホルダの本体７１の外周面に設ける螺旋の溝は溝カムに限らない。例えば、ネジ山を形成し、そのネジ山に螺合するネジ山をアジャスタの内周面に刻設してもよい。ネジ山は溝カムに比べてピッチが狭くなるので、液晶ホルダ１７の移動量は小さくなるので、画像のピントを微調整することもできる。
【００４６】
また上記実施形態では、液晶ホルダ１７の内部にレンズホルダ１５が挿入されているが、液晶ホルダ１７がレンズホルダ１５の内部に挿入される構成であってもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１ ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）
２ 筐体
９Ａ スリット
９Ｂ スリット
１０ 投影ユニット
１１ 第１筐体
１２ 第２筐体
１５ レンズホルダ
１６ アジャスタ
１６Ａ 係合部
１７ 液晶ホルダ
４９ 被保持部
６１，６２ ホルダガイド
７４ 上側ガイドレール
７５ 下側ガイドレール
８５ 溝カム
９１ 眼鏡フレーム
１０１ 液晶装置
１１０ 押さえ板
１２０ 接眼光学系
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者の頭部に装着される装着部材に取り付けられ、画像情報に基づいて前記使用者の眼に画像光を入射して前記使用者に画像を認識させるヘッドマウントディスプレイにおいて、
画像光を発生する画像光発生部と、
前記画像光発生部を内蔵する筒状の第１ホルダと、
少なくとも１枚以上のレンズを有し、前記画像光発生部が発生した画像光を一定方向に導く接眼光学系と、
前記接眼光学系を内蔵する筒状の第２ホルダと
を備え、
前記第１ホルダの軸方向の一端側は前記画像光発生部によって塞がれ、かつ他端側は開放され、
前記第２ホルダの軸方向の一端側は前記レンズによって塞がれ、かつ他端側は開放され、
前記第１ホルダの前記他端、及び前記第２ホルダの前記他端のうち何れか一方が、他方の内側に摺動可能な状態で挿入され、前記第１ホルダと前記第２ホルダとが互いにオーバーラップして移動可能に連結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。
【請求項２】
前記第２ホルダを前記装着部材に位置決め保持する位置決め保持部を備えてい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。
【請求項３】
前記第１ホルダの前記他端の内側に、前記第２ホルダの前記他端が摺動可能な状態で挿入され、
前記第１ホルダの前記他端側の外周に設けられた螺旋溝と、
前記螺旋溝に係合する係合部を有し、当該係合部を前記他端側の周方向に移動させる移動調整部と
を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項４】
前記螺旋溝は溝カムであって、
前記移動調整部は前記第１ホルダの前記他端側を内挿するリング状に形成され、
前記係合部は前記リングの内周面に設けられ、
前記移動調整部と前記第１ホルダとの相対位置関係を規定する位置規定部をさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項５】
前記第１ホルダの前記一端側には、前記画像光発生部を当該他端側に固定する為の金属製部材が設けられていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項６】
前記第１ホルダ及び前記移動調製部はポリアセタール樹脂で形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１】
使用者の頭部に装着される装着部材に取り付けられ、画像情報に基づいて前記使用者の眼に画像光を入射して前記使用者に画像を認識させるヘッドマウントディスプレイにおいて、
画像光を発生する画像光発生部と、
前記画像光発生部を内蔵する筒状の第１ホルダと、
少なくとも１枚以上のレンズを有し、前記画像光発生部が発生した画像光を一定方向に導く接眼光学系と、
前記接眼光学系を内蔵する筒状の第２ホルダと
を備え、
前記第１ホルダの軸方向の一端側は前記画像光発生部によって塞がれ、かつ他端側は開放され、
前記第２ホルダの軸方向の一端側は前記レンズによって塞がれ、かつ他端側は開放され、
前記第１ホルダの前記他端、及び前記第２ホルダの前記他端のうち何れか一方が、他方の内側に摺動可能な状態で挿入され、前記第１ホルダと前記第２ホルダとが互いにオーバーラップして移動可能に連結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。
【請求項２】
前記第２ホルダを前記装着部材に位置決め保持する位置決め保持部を備えてい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。
【請求項３】
前記第１ホルダの前記他端の内側に、前記第２ホルダの前記他端が摺動可能な状態で挿入され、
前記第１ホルダの前記他端側の外周に設けられた螺旋溝と、
前記螺旋溝に係合する係合部を有し、当該係合部を前記他端側の周方向に移動させる移動調整部と
を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項４】
前記螺旋溝は溝カムであって、
前記移動調整部は前記第１ホルダの前記他端側を内挿するリング状に形成され、
前記係合部は前記リングの内周面に設けられ、
前記移動調整部と前記第１ホルダとの相対位置関係を規定する位置規定部をさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項５】
前記第１ホルダの前記一端側には、前記画像光発生部を当該他端側に固定する為の金属製部材が設けられていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項６】
前記第１ホルダ及び前記移動調製部はポリアセタール樹脂で形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−４４８２８（Ｐ２０１３−４４８２８Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８１０７６（Ｐ２０１１−１８１０７６）
【出願日】平成２３年８月２３日（２０１１．８．２３）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２３日（２０１１．８．２３）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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