ヘッドマウントディスプレイ
【課題】樹脂製の反射板のガタつきを抑制しつつ反射板に生じる歪みを低減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】ＨＭＤは筐体の画像光が出射する一端にＨＭホルダ５を備えている。ＨＭホルダ５は樹脂製のＨＭ８を保持している。ＨＭホルダ５は、ＨＭ８よりも剛性の低い材質で形成している。これによりＨＭ８を保持する応力をＨＭホルダ５側に適度に逃がすことができる。従って、ＨＭ８が回転してしまうことによるガタつきを抑制しつつ、ＨＭ８の画像光の反射面に生ずる歪みを低減できる。ＨＭ８の歪みを低減することによりＨＭ８で使用者が視認できる画像の歪みを防止できる。
【解決手段】ＨＭＤは筐体の画像光が出射する一端にＨＭホルダ５を備えている。ＨＭホルダ５は樹脂製のＨＭ８を保持している。ＨＭホルダ５は、ＨＭ８よりも剛性の低い材質で形成している。これによりＨＭ８を保持する応力をＨＭホルダ５側に適度に逃がすことができる。従って、ＨＭ８が回転してしまうことによるガタつきを抑制しつつ、ＨＭ８の画像光の反射面に生ずる歪みを低減できる。ＨＭ８の歪みを低減することによりＨＭ８で使用者が視認できる画像の歪みを防止できる。
【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偏向（反射、屈折、回折など）して利用者の眼に入射する。偏向部材として反射部材が用いられる場合、安全性や軽量化の視点から透明の樹脂基板に蒸着処理を施した反射部材が用いられるのが望ましい。また、使用者が、ＨＭＤの画像光を現実外界に重ねて観察する場合、所謂シースルー型のＨＭＤの場合、反射部材としてハーフミラー（以下ＨＭという）が用いられる。この場合、例えば、ＨＭの一端を回転自在に軸支することにより、ＨＭＤの筐体の開口部を開閉できるＨＭＤ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２０１０−１７５８２９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、ＨＭの一端を回転自在に軸支すると、ＨＭが回転して視野から外れて画像が見えなくなるという問題が生じる。そこで、本件出願人は、ＨＭの回動のガタを制限したＨＭＤを検討した。図１０はこのようなＨＭＤに用いられるハーフミラーホルダ７０（以下ＨＭホルダ７０という）の断面図を示している。ＨＭホルダ７０はＨＭＤの筐体の開口する一端に取り付けられている。ＨＭホルダ７０はＨＭ８０を保持する。ＨＭホルダ７０は一対の壁部７１（図１０では一方のみを図示）を備える。一対の壁部７１は互いに間隔を空けて立設されている。一対の壁部７１はその間にＨＭ８０を保持する。ＨＭ８０の互いに対向する一対の端部にはボス部８５，８８が各々設けられている。一対の壁部７１はＨＭ８０の一対のボス部８５を中心に回動可能に軸支している。ＨＭホルダ７０は、ストッパ部７５と、回転防止部７２とを備える。ストッパ部７５は、ＨＭ８０が画像光を使用者の眼球に導入できる位置で止まるようにＨＭ８０の後端部に当接する。回転防止部７２は、ＨＭ８０が回動しないようにＨＭ８０のボス部８８に当接する。
【０００５】
しかしながら、ストッパ部７５に当接する部分と、回転防止部７２に当接する部分とに応力（図１０中矢印Ａ１，Ａ２）がかかる。ＨＭ８０は樹脂製であるので、その間の部分においてＨＭ８０の反射面が歪曲してしまい、画像がぼけて歪んで見えるという問題点があった。
【０００６】
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、樹脂製の反射板のガタつきを抑制しつつ反射板に生じる歪みを低減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】
【０００７】
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、前記画像光発生部が発生した画像光を一定方向に導く接眼光学系と、前記画像光発生部と、前記接眼光学系とを内蔵する筐体と、前記接眼光学系の出射光の少なくとも一部を反射して前記使用者の眼に入射する樹脂製の反射板と、前記筐体の前記出射光が出射される開口部に設けられ、前記反射板を所定の応力を加えることで挟持し且つ前記反射板よりも剛性の低い材質で形成したホルダとを備えている。
【０００８】
第１態様に係るヘッドマウントディスプレイでは、樹脂製の反射板を保持するホルダは、反射板よりも剛性の低い材質で形成しているので、反射板を保持する応力をホルダ側に逃がすことができる。これにより反射板のガタつきを抑制しつつ反射板に生ずる歪みを低減できる。反射板の歪みを低減することにより画像の歪みを防止できる。
【０００９】
また第１態様において、前記反射板の端部には、当該端部から離間する方向に延出する第１ボス部が設けられ、前記ホルダには、前記第１ボス部を受ける受け部が設けられていてもよい。ホルダに設けた受け部が反射板の端部に設けた第１ボス部を受けるので、ホルダに対して反射板を位置決めできる。
【００１０】
また第１態様において、前記反射板は互いに対向する一対の端部を備え、前記第１ボス部は、前記一対の端部に各々設けられ、前記ホルダには、一対の前記第１ボス部をそれぞれ受ける一対の前記受け部が設けられていてもよい。反射板に設けた一対の第１ボス部を、ホルダに設けた一対の受け部で挟み込むので、ホルダに対して反射板を位置決めしつつ無理のない力で挟持できる。
【００１１】
また第１態様において、前記一対の受け部の内側の離間距離である第一の寸法は、前記反射板の前記一対の端部に挟まれる第二の寸法よりも小さくなるようにしてもよい。それ故、ホルダは一対の受け部によって、反射板の一対の端部に所定の応力を加えて無理なく挟持できる。
【００１２】
また第１態様において、前記第１ボス部の径は前記反射板の板厚よりも大きく、前記第１ボス部は、前記端部の板厚方向において、前記反射板の前記出射光が反射する反射面から突出しないように、前記反射面とは反対側にずれた位置に設けられていてもよい。ボス部の径が反射板の板厚よりも大きいので外部衝撃に強い。故に反射板をホルダで確実に保持することができる。さらに、ボス部は反射板の反射面から突出しないように、反射面とは反対側にずれた位置に設けられているので、反射面側の成形による影響を軽減することができる。
【００１３】
また第１態様において、前記第１ボス部は、前記端部において、前記反射面のうち前記出射光が反射する領域の中央に対応する位置に設けられていてもよい。反射面に入射する出射光は、光軸に近い中央部分ほど収差が少なく、光軸から離れるほど収差が大きくなる。そのため、出射光が反射する領域の中央部分は、隅部に比べて、入射する出射光の収差が小さい。ボス部を反射板の端部において出射光が反射する領域の中央に対応する位置に設けることで、ボス部にかかる応力による反射面の変形は、ボス部に近い出射光が反射する領域の中央に比べて、出射光が反射する隅部で小さくなる。そのため、ボス部にかかる応力によって生じる反射面の変形の影響による画像の歪みを最小限に留めることができる。
【００１４】
また第１態様において、前記反射板の前記端部には、当該端部から離間する方向に延出する第２ボス部が設けられ、前記ホルダには、前記反射板が前記第１ボス部を中心に回転しようとしたときの前記第２ボス部に当接する当接部が設けられていてもよい。反射板が第１ボス部を中心に回転しようとしても、反射板の第２ボス部がホルダの当接部に当接する。故に反射板が回転してしまうのを防止できる。
【００１５】
また第１態様において、前記筐体には前記フレームに取り付ける為の取付部が設けられ、前記取付部を前記フレームに取り付けた状態では、前記開口部は前記使用者の眼に近い位置に配置され、前記筐体は前記使用者の頭部から離間する方向に配置されていてもよい。それ故、反射板、ホルダ、筐体の順に、使用者の眼から遠ざかるように配置されるので、使用者の視界を広くとることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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】ＨＭホルダ５の上方から見た斜視図である。
【図５】ＨＭホルダ５の下方から見た斜視図である。
【図６】ＨＭホルダ５の平面図である。
【図７】ＨＭ８の平面図である。
【図８】ＨＭ８の左側面図である。
【図９】図６のＩＩ−ＩＩ線矢視方向断面図である。
【図１０】従来のＨＭホルダ７０の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。図１に示すＨＭＤ１は、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ものである。
【００１８】
先ず、ＨＭＤ１の構成について、図１〜図３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。
【００１９】
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は四角筒状の樹脂であり、平面視Ｌ字型に形成されている（図２参照）。筐体２は投影ユニット１０（図３参照）を内蔵する。図３に示すように、投影ユニット１０は画像光を生成し、筐体２の左端側の開口部７を介して左方向に出射する。筐体２の左側の開口部７にはハーフミラーホルダ５（以下ＨＭホルダ５という）が固定されている。ＨＭホルダ５は樹脂である。図１〜図３に示すように、ＨＭホルダ５はハーフミラー８（以下ＨＭ８という）を保持する。ＨＭ８は樹脂である。ＨＭ８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。図１，図２に示すように、筐体２の前面における左右方向中央部にはスリット９Ａが設けられている。スリット９Ａにはアジャスタ１６の一部が露出する。使用者はアジャスタ１６を指で上下方向に回転させることによりＨＭ８で視認できる画像のピント調整ができる。
【００２０】
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（図１における上面右端）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。下方延出部９８は使用者の顔の左前方において上下方向に延出されている。下方延出部９８の前面にはノコギリ状の凹凸を有する歯部（図示略）が長手方向に刻設されている。
【００２１】
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取付部４９が設けられている。取付部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の底部には板バネ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。板バネ４９Ｂは下方延出部９８に設けられた歯部の何れかの山に係止する。これにより、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。
【００２２】
次に、投影ユニット１０の構成について説明する。図３に示すように、投影ユニット１０は筐体２に内蔵されている。投影ユニット１０は、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を保持する。液晶ホルダ１７は液晶装置１０１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、複数のレンズ（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の開口部７に導く。アジャスタ１６はリング状である。アジャスタ１６は液晶ホルダ１７に外挿して取り付けられている。液晶ホルダ１７の外周面には螺旋状の溝カム１７Ａが設けられている。アジャスタ１６の内周面には係合部（図示略）が設けられている。係合部は液晶ホルダ１７の溝カム１７Ａに係合し、溝カム１７Ａに沿って移動する。アジャスタ１６は筐体２内で上下左右方向に位置決めされている。故にアジャスタ１６を回転させると、溝カム１７Ａの働きによって液晶ホルダ１７が左右方向に移動する。これにより液晶装置１０１と接眼光学系１２０との距離が変わるので、ＨＭ８で視認できる画像のピント調整ができる。
【００２３】
次に、ＨＭホルダ５の構造について、図４〜図６を参照して説明する。なお説明の便宜上、ＨＭホルダ５の方向については、ＨＭホルダ５を水平面に載置したときの姿勢で改めて定義する。即ち、図４の上下方向、左方向、右方向、右斜め上方向、左斜め下方向を、夫々、ＨＭホルダ５の上下方向、前方向、後方向、右方向、左方向とする。図５の上下方向、左方向、右方向、右斜め下方向、左斜め上方向を、夫々、ＨＭホルダ５の上下方向、前方向、後方向、右方向、左方向とする。図６の上下方向、左方向、右方向を、夫々、ＨＭホルダ５の上下方向、前方向、後方向とする。
【００２４】
図４〜図６に示すように、ＨＭホルダ５はＨＭ８を内側に保持する。ＨＭホルダ５は、右側壁部５１、左側壁部５２、前側底部５３、後側底部５４を備える。右側壁部５１及び左側壁部５２は側面視略三角形状であり、左右方向に所定間隔を空けて各々立設されている。右側壁部５１の上側の頂点近傍には、保持穴６７（図６参照）が設けられている。保持穴６７は右側壁部５１の板厚方向（左右方向）に貫通している。保持穴６７の径は、ＨＭ８の右端部２６に設けられた後述する位置決めボス部３５の径と略同一に調整されている。左側壁部５２の上側の頂点近傍には保持穴６８が設けられている。保持穴６８は左側壁部５２の板厚方向（左右方向）に貫通する。保持穴６８の径は、後述する位置決めボス部３６の径と略同一に調整されている。保持穴６７，６８は円形状である。
【００２５】
図４，図６に示すように、右側壁部５１の左側壁部５２に対向する内面には、押し当て部６１と、回転抑制部６４とが各々設けられている。押し当て部６１は右側壁部５１の内面から左方向に突出する筒体であり、保持穴６７と同軸上に位置する。押し当て部６１の中央の穴の径は保持穴６７の径と同じある。図４に示すように、回転抑制部６４は、右側壁部５１の内面に立設され、押し当て部６１の外周面から後方に向かって略円弧を描きつつ下方にある後側底部５４の上面５４Ａまで直線状に延設されている。左側壁部５２の右側壁部５１に対向する内面にも、押し当て部６２と、回転抑制部６５とが各々設けられている。押し当て部６２は左側壁部５２の内面から右方向に突出する筒体であり、保持穴６８と同軸上に位置する。押し当て部６２の中央の穴の径は保持穴６８の径と同じある。図４，図６に示すように、回転抑制部６５は、左側壁部５２の内面に立設され、押し当て部６２の外周面から後方に向かって略円弧を描きつつ下方にある後側底部５４の上面５４Ａまで直線状に延設されている。
【００２６】
前側底部５３及び後側底部５４は、右側壁部５１の底部と、左側壁部５２の底部との間に渡設されている。前側底部５３はＨＭホルダ５の前側に位置する。後側底部５４はＨＭホルダ５の後ろ側に位置する。後側底部５４の上面５４Ａの左右方向中央にはストッパ部５４Ｂが設けられている。ストッパ部５４Ｂは凹状に陥没している。図５に示すように、前側底部５３と後側底部５４との間には開口部５６が設けられている。開口部５６は投影ユニット１０の開口部７（図３参照）から出射される画像光をＨＭ８に向けて通過させる。
【００２７】
次に、ＨＭ８の構造について、図７，図８を参照して説明する。図７の上方向、下方向、左方向、右方向を、夫々、ＨＭ８の右方向、左方向、前方向、後方向とする。図８の上下方向、左方向、右方向を、夫々、ＨＭ８の上下方向、前方向、後方向とする。ＨＭ８は、本体部２１と、被ストッパ部２２とを備える。本体部２１は所定厚（例えば１．５ｍｍ）を有し、一方向に長手を有する長方形状の板体である。本体部２１は反射面４１と裏面４２と（図８参照）を備える。反射面４１は使用者の左の眼球に向けて画像光を反射する面である。本体部２１は、前端部２５、右端部２６、左端部２７、及び後方連結部２９を備える。右端部２６には右側段部２６Ａが設けられている。右側段部２６Ａは右端部２６の長手方向略中央から後方までの部分に位置する。右側段部２６Ａは本体部２１の幅方向中央側に一段低くなっている。
【００２８】
右側段部２６Ａの前側の角部には台座部３１が設けられている。台座部３１は短円柱状である。台座部３１の軸方向は本体部２１の前後方向に直交している。台座部３１の外周面は裏面４２から半円状に隆起している（図４参照）。台座部３１の右側の端面には位置決めボス部３５が設けられている。位置決めボス部３５は円柱状であり、台座部３１と同軸上に位置する。位置決めボス部３５の径は台座部３１の径よりは小さいが、ＨＭ８の板厚よりは大きい。位置決めボス部３５の後方には回転抑制ボス部３８が設けられている。回転抑制ボス部３８は右側段部２６Ａから右方に延出している。
【００２９】
左側段部２７Ａの前側の角部には台座部３２が設けられている。台座部３２は短円柱状である。台座部３２の軸方向は本体部２１の前後方向に直交している。台座部３２の外周面は裏面４２から半円状に隆起している。台座部３２の左側の端面には位置決めボス部３６が設けられている。位置決めボス部３６は円柱状であり、台座部３２と同軸上に位置する。位置決めボス部３６の径も台座部３２の径よりは小さいが、ＨＭ８の板厚よりは大きい。位置決めボス部３６の後方には回転抑制ボス部３９が設けられている。回転抑制ボス部３９は左側段部２７Ａから左方に延出している。
【００３０】
なおＨＭホルダ５を筐体２に取り付けた状態では、位置決めボス部３６はＨＭ８の下側に位置する。それ故、位置決めボス部３６にはＨＭ８の重量の負荷がかかる。そこで図７に示すように、位置決めボス部３６を位置決めボス部３５よりも太くしている。これにより位置決めボス部３６の剛性を向上できるので、ＨＭ８の位置決めボス部３６の折損を防止できる。
【００３１】
被ストッパ部２２は後方に一の頂点を有する略三角形状に形成されている。被ストッパ部２２は本体部２１の後方連結部２９に連結されている。被ストッパ部２２は、後方連結部２９において本体部２１に対して裏面４２側に折れ曲がって傾斜している。
【００３２】
次に、ＨＭホルダ５及びＨＭ８の材質について説明する。本実施形態では、ＨＭホルダ５の剛性がＨＭ８の剛性に比べて低くなるように、ＨＭホルダ５及びＨＭ８の各材質がそれぞれ選定されている。例えば、ＨＭ８の材質として、光学系の分野で一般的に使用されている透明樹脂材料（例えば、ポリカーボネート）を選定できる。次いで、ＨＭホルダ５の材質はポリカーボネートよりも剛性の低い材質を選定する。例えばＡＢＳ樹脂等を選定できる。なお材質についてはこれらに限定されず、上述の条件が満たされれば他の材質でもよい。
【００３３】
次に、ＨＭホルダ５及びＨＭ８の寸法調整について説明する。例えば、図６に示すように、ＨＭ８の短手方向である左右方向の寸法をＸ、ＨＭホルダ５による挟み込み寸法をＹとする。寸法Ｘは、ＨＭ８０の台座部３１の右端と、台座部３２の左端との間の距離である。寸法Ｙは、ＨＭ８を保持していない状態で、ＨＭホルダ５における右側壁部５１の内面に設けた押し当て部６１の左端部と、左側壁部５２の内面に設けた押し当て部６２の右端部との間の距離である。本実施形態では寸法Ｙは寸法Ｘよりも若干狭く調製される。例えば、Ｘを１５．１ｍｍ、Ｙを１４．６ｍｍとする。ＸとＹの差分は０．５ｍｍである。これらＸ，Ｙの寸法で、ＨＭ８をＨＭホルダ５に組み付ける。なおＸ寸法は本発明の「第二の寸法」の一例であり、Ｙ寸法は本発明の「第一の寸法」の一例である。
【００３４】
次に、ＨＭホルダ５へのＨＭ８の組み付け手順について説明する。図４〜図６に示すように、先ず、ＨＭホルダ５の右側壁部５１と左側壁部５２とを外方に押し開きながらその中央にＨＭ８を配置する。次いで、ＨＭホルダ５の右側壁部５１の押し当て部６１の穴に対し、ＨＭ８の位置決めボス部３５を挿入する。ＨＭホルダ５の左側壁部５２の押し当て部６２の穴に対し、ＨＭ８の位置決めボス部３６を挿入する。次いで、押し開かれていたＨＭホルダ５から手を放す。右側壁部５１及び左側壁部５２は樹脂の弾性復帰力により元の状態に戻る。これにより右側壁部５１の内面に設けた押し当て部６１の左端部に対し、ＨＭ８の台座部３１の右側端面の外周に沿った部分が押し当てられる。さらに左側壁部５２の内面に設けた押し当て部６２の右端部に対し、ＨＭ８の台座部３２の左側端面の外周に沿った部分が押し当てられる。このようにしてＨＭ８がＨＭホルダ５の内側に挟み込まれて保持される。
【００３５】
次に、ＨＭホルダ５のＨＭ８の保持構造によって得られる効果について説明する。図６に示すように、ＨＭホルダ５及びＨＭ８において、寸法Ｙは寸法Ｘよりも若干狭くなっている。それ故、ＨＭ８はボス部５１，５２の各根元部分において、ＨＭホルダ５の右側壁部５１及び左側壁部５２によって左右方向から応力が加えられる。ＨＭ８は左右方向から挟持された状態となるので、ＨＭ８がボス部５１，５２を中心に勝手に回動するのを抑制できる。さらにＨＭホルダ５はＨＭ８よりも剛性の低い材質で形成されている。これによりＨＭ８を挟み込む一定以上の応力を、剛性の低いＨＭホルダ５に適度に逃がすことができる。従って、ＨＭ８の右端部２６及び左端部２７に無理な応力が加わらないので、ＨＭ８の反射面が歪曲しない。それ故、ＨＭホルダ５を筐体２に取り付けた状態において、使用者がＨＭ８で視認できる画像がぼやけて歪んでしまうのを効果的に防止できる。
【００３６】
また、図７に示すように、ＨＭ８の位置決めボス部３５，３６の径は、ＨＭ８の板厚よりも大きい。例えば、ＨＭ８の板厚が１．５ｍｍとすると、位置決めボス部３５は２．６φである。それ故、位置決めボス部３５，３６は外部衝撃に強いので、ＨＭホルダ５に対してＨＭ８を安定して保持させることができる。
【００３７】
さらに、図８，図９に示すように、位置決めボス部３５，３６は、ＨＭ８の反射面４１から突出しないように、反射面４１とは反対側にずれた位置に設けられている。それ故、反射面側の成形による影響を軽減することができる。
【００３８】
また、図７，図８に示すように、位置決めボス部３５，３６（図８では位置決めボス部３５は図示略）は、ＨＭ８の右端部２６，左端部２７において、反射面４１のうち出射光が反射する領域の中央に対応する位置に設けられている。反射面４１に入射する出射光は、光軸に近い中央部分ほど収差が少なく、光軸から離れるほど収差が大きくなる。そのため、出射光が反射する領域の中央部分は、ＨＭ８０の隅部に比べて、入射する出射光の収差が小さい。そこで、位置決めボス部３５，３６をＨＭ８の右端部２６，左端部２７において出射光が反射する領域の中央に対応する位置に設けている。これにより位置決めボス部３５，３６にかかる応力による反射面４１の変形は、位置決めボス部３６に近い出射光が反射する領域の中央に比べて、出射光が反射する隅部で小さくなる。従って、ＨＭホルダ５を筐体２に取り付けた状態において、位置決めボス部３５，３６にかかる応力によって生じる反射面４１の変形の影響による画像の歪みを最小限に留めることができる。
【００３９】
また、図４，図６，図９に示すように、ＨＭホルダ５を筐体２に取り付けた状態では、被ストッパ部２２は、ＨＭホルダ５の後側底部５４のストッパ部５４Ｂに当接可能である。これによりＨＭ８が回転してずれてしまった場合でも、被ストッパ部２２をストッパ部５４Ｂに押し当てることで、ＨＭ８を正常位置に容易かつ迅速に戻すことができる。正常位置は画像光を使用者の眼球に導入できる位置である。
【００４０】
また、図７に示すように、ＨＭ８の右端部２６，左端部２７には、当該端部から離間する方向に延出する回転抑制ボス部３８，３９を設けている。図４，図９に示すように、ＨＭホルダ５には、回転抑制部６４，６５（図６参照）を設けている。それ故、ＨＭ８が位置決めボス部３５，３６を中心に回転しようとしても、ＨＭ８の回転抑制ボス部３８，３９がＨＭホルダ５の回転抑制部６４，６５に当接する。故にＨＭ８が勝手に回転してしまい、視界からＨＭ８が外れてしまうのを防止できる。
【００４１】
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。ＨＭホルダ５が本発明の「ホルダ」の一例である。ＨＭ８が本発明の「反射板」の一例である。図７に示す位置決めボス部３５，３６が本発明の「第１ボス部」の一例である。回転抑制ボス部３８，３９が本発明の「第２ボス部」の一例である。図６に示すＨＭホルダ５の右側壁部５１、押し当て部６１と、左側壁部５２、押し当て部６２とが本発明の「受け部」の一例である。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態のＨＭＤ１では、樹脂製のＨＭ８を保持するＨＭホルダ５は、ＨＭ８よりも剛性の低い材質で形成している。それ故、ＨＭ８を保持する応力をＨＭホルダ５側に逃がすことができる。これによりＨＭ８のガタつきを抑制しつつＨＭ８に生ずる歪みを低減できる。ＨＭ８の歪みを低減することによりＨＭ８で使用者が視認できる画像の歪みを防止できる。
【００４３】
また本実施形態では更に、図７に示すように、ＨＭ８の右端部２６と左端部２７とに一対の位置決めボス部３５，３６を各々設けている。さらにＨＭホルダ５では、図６に示すように、右側壁部５１及び左側壁部５２に押し当て部６１，６２を設けている。押し当て部６１の穴に位置決めボス部３５が挿入され、押し当て部６２の穴に位置決めボス部３６が挿入される。それ故、本実施形態は、ＨＭ８をＨＭホルダ５に対して容易に位置決めできる。
【００４４】
また本実施形態では更に、図２に示すように、ＨＭホルダ５は、ＨＭ８を右側壁部５１及び左側壁部５２によって両側から挟持している。それ故、ＨＭホルダ５はＨＭ８を位置決めしつつ無理のない力で挟持できる。
【００４５】
また本実施形態では更に、図５に示すように、位置決めボス部３５，３６の径はＨＭ８の板厚よりも大きいので外部衝撃に強い。さらに、位置決めボス部３５，３６は、ＨＭ８の反射面４１から突出しないように、反射面４１とは反対側にずれた位置に設けられている。反射面側の成形による影響を軽減することができる。
【００４６】
また本実施形態では更に、図５に示すように、位置決めボス部３５，３６は、ＨＭ８の右端部２６，左端部２７において、反射面４１のうち出射光が反射する領域の中央に対応する位置に設けられている。これにより、位置決めボス部３５，３６にかかる応力によって生じる反射面４１の変形の影響による画像の歪みを最小限に留めることができる。
【００４７】
また本実施形態では更に、ＨＭ８の右端部２６，左端部２７には、当該端部から離間する方向に延出する回転抑制ボス部３８，３９を設けている。ＨＭホルダ５には、回転抑制部６４，６５を設けている。それ故、ＨＭ８が位置決めボス部３５，３６を中心に回転しようとしても、ＨＭ８の回転抑制ボス部３８，３９がＨＭホルダ５の回転抑制部６４，６５に当接する。故にＨＭ８が使用中に勝手に回転してしまうのを防止できる。
【００４８】
また本実施形態では更に、筐体２には眼鏡フレーム９１に取り付ける為の取付部４９が設けられている。取付部４９を眼鏡フレーム９１に取り付けた状態では、筐体２の画像光が出射する開口部は使用者の眼に近い位置に配置され、かつ筐体２は使用者の頭部から離間する方向に配置される。それ故、図１，図２に示すように、ＨＭ８、ＨＭホルダ５、筐体２の順に、使用者の眼から遠ざかるように配置されるので、使用者の視界を広くとることができる。
【００４９】
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、網膜走査型の投影装置（Retinal Scanning Display）でも適用可能である。
【００５０】
また上記実施形態では、図１に示すように、使用者の左眼の前方にＨＭ８が配置され、その右方に向かって、ＨＭホルダ５、筐体２の順に配置され、使用者の頭部から遠ざかるように配置されている。例えば、使用者の左眼の上方にＨＭホルダを配置し、ＨＭを上方から眼の前方に配置してもよい。このような場合、筐体はＨＭホルダから使用者の頭部から遠ざかるように配置される。このような縦置きタイプのような場合でも、上記実施形態と同じ効果を得ることができる。
【００５１】
また上記実施形態では、使用者の左眼前方にＨＭ８を配置するタイプのＨＭＤ１を説明したが、右眼前方にＨＭを配置するタイプのＨＭＤでも本発明は適用可能である。
【００５２】
また上記実施形態では、ＨＭ８は回転抑制ボス部３８，３９を備えているが、省略することも可能である。
【００５３】
また上記実施形態では、右側壁部５１に設けた押し当て部６１、及び左側壁部５２に設けた押し当て部６２は省略してもよい。この場合、ＨＭ８の位置決めボス部３５，３６を、右側壁部５１及び左側壁部５２に設けた保持穴６７，６８に直接挿入すればよい。
【００５４】
また上記実施形態では、ＨＭＤ１は眼鏡型フレーム９１に取り付けられるものとして説明したが、例えば、ヘッドバンド、ヘッドホン、又はヘルメット等の頭部に装着する装着部材にも取り付けることができる。
【符号の説明】
【００５５】
１ ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）
２ 筐体
５ ハーフミラーホルダ（ＨＭホルダ）
７ 開口部
８ ハーフミラー（ＨＭ）
２６ 右端部
２７ 左端部
３５，３６ 位置決めボス部
３８，３９ 回転抑制ボス部
４１ 反射面
４９ 取付部
５１ 右側壁部
５２ 左側壁部
５４ 後側底部
５４Ｂ ストッパ部
６４，６５ 回転防止部
６７，６８ 保持穴
１０１ 液晶装置
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偏向（反射、屈折、回折など）して利用者の眼に入射する。偏向部材として反射部材が用いられる場合、安全性や軽量化の視点から透明の樹脂基板に蒸着処理を施した反射部材が用いられるのが望ましい。また、使用者が、ＨＭＤの画像光を現実外界に重ねて観察する場合、所謂シースルー型のＨＭＤの場合、反射部材としてハーフミラー（以下ＨＭという）が用いられる。この場合、例えば、ＨＭの一端を回転自在に軸支することにより、ＨＭＤの筐体の開口部を開閉できるＨＭＤ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２０１０−１７５８２９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、ＨＭの一端を回転自在に軸支すると、ＨＭが回転して視野から外れて画像が見えなくなるという問題が生じる。そこで、本件出願人は、ＨＭの回動のガタを制限したＨＭＤを検討した。図１０はこのようなＨＭＤに用いられるハーフミラーホルダ７０（以下ＨＭホルダ７０という）の断面図を示している。ＨＭホルダ７０はＨＭＤの筐体の開口する一端に取り付けられている。ＨＭホルダ７０はＨＭ８０を保持する。ＨＭホルダ７０は一対の壁部７１（図１０では一方のみを図示）を備える。一対の壁部７１は互いに間隔を空けて立設されている。一対の壁部７１はその間にＨＭ８０を保持する。ＨＭ８０の互いに対向する一対の端部にはボス部８５，８８が各々設けられている。一対の壁部７１はＨＭ８０の一対のボス部８５を中心に回動可能に軸支している。ＨＭホルダ７０は、ストッパ部７５と、回転防止部７２とを備える。ストッパ部７５は、ＨＭ８０が画像光を使用者の眼球に導入できる位置で止まるようにＨＭ８０の後端部に当接する。回転防止部７２は、ＨＭ８０が回動しないようにＨＭ８０のボス部８８に当接する。
【０００５】
しかしながら、ストッパ部７５に当接する部分と、回転防止部７２に当接する部分とに応力（図１０中矢印Ａ１，Ａ２）がかかる。ＨＭ８０は樹脂製であるので、その間の部分においてＨＭ８０の反射面が歪曲してしまい、画像がぼけて歪んで見えるという問題点があった。
【０００６】
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、樹脂製の反射板のガタつきを抑制しつつ反射板に生じる歪みを低減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】
【０００７】
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、前記画像光発生部が発生した画像光を一定方向に導く接眼光学系と、前記画像光発生部と、前記接眼光学系とを内蔵する筐体と、前記接眼光学系の出射光の少なくとも一部を反射して前記使用者の眼に入射する樹脂製の反射板と、前記筐体の前記出射光が出射される開口部に設けられ、前記反射板を所定の応力を加えることで挟持し且つ前記反射板よりも剛性の低い材質で形成したホルダとを備えている。
【０００８】
第１態様に係るヘッドマウントディスプレイでは、樹脂製の反射板を保持するホルダは、反射板よりも剛性の低い材質で形成しているので、反射板を保持する応力をホルダ側に逃がすことができる。これにより反射板のガタつきを抑制しつつ反射板に生ずる歪みを低減できる。反射板の歪みを低減することにより画像の歪みを防止できる。
【０００９】
また第１態様において、前記反射板の端部には、当該端部から離間する方向に延出する第１ボス部が設けられ、前記ホルダには、前記第１ボス部を受ける受け部が設けられていてもよい。ホルダに設けた受け部が反射板の端部に設けた第１ボス部を受けるので、ホルダに対して反射板を位置決めできる。
【００１０】
また第１態様において、前記反射板は互いに対向する一対の端部を備え、前記第１ボス部は、前記一対の端部に各々設けられ、前記ホルダには、一対の前記第１ボス部をそれぞれ受ける一対の前記受け部が設けられていてもよい。反射板に設けた一対の第１ボス部を、ホルダに設けた一対の受け部で挟み込むので、ホルダに対して反射板を位置決めしつつ無理のない力で挟持できる。
【００１１】
また第１態様において、前記一対の受け部の内側の離間距離である第一の寸法は、前記反射板の前記一対の端部に挟まれる第二の寸法よりも小さくなるようにしてもよい。それ故、ホルダは一対の受け部によって、反射板の一対の端部に所定の応力を加えて無理なく挟持できる。
【００１２】
また第１態様において、前記第１ボス部の径は前記反射板の板厚よりも大きく、前記第１ボス部は、前記端部の板厚方向において、前記反射板の前記出射光が反射する反射面から突出しないように、前記反射面とは反対側にずれた位置に設けられていてもよい。ボス部の径が反射板の板厚よりも大きいので外部衝撃に強い。故に反射板をホルダで確実に保持することができる。さらに、ボス部は反射板の反射面から突出しないように、反射面とは反対側にずれた位置に設けられているので、反射面側の成形による影響を軽減することができる。
【００１３】
また第１態様において、前記第１ボス部は、前記端部において、前記反射面のうち前記出射光が反射する領域の中央に対応する位置に設けられていてもよい。反射面に入射する出射光は、光軸に近い中央部分ほど収差が少なく、光軸から離れるほど収差が大きくなる。そのため、出射光が反射する領域の中央部分は、隅部に比べて、入射する出射光の収差が小さい。ボス部を反射板の端部において出射光が反射する領域の中央に対応する位置に設けることで、ボス部にかかる応力による反射面の変形は、ボス部に近い出射光が反射する領域の中央に比べて、出射光が反射する隅部で小さくなる。そのため、ボス部にかかる応力によって生じる反射面の変形の影響による画像の歪みを最小限に留めることができる。
【００１４】
また第１態様において、前記反射板の前記端部には、当該端部から離間する方向に延出する第２ボス部が設けられ、前記ホルダには、前記反射板が前記第１ボス部を中心に回転しようとしたときの前記第２ボス部に当接する当接部が設けられていてもよい。反射板が第１ボス部を中心に回転しようとしても、反射板の第２ボス部がホルダの当接部に当接する。故に反射板が回転してしまうのを防止できる。
【００１５】
また第１態様において、前記筐体には前記フレームに取り付ける為の取付部が設けられ、前記取付部を前記フレームに取り付けた状態では、前記開口部は前記使用者の眼に近い位置に配置され、前記筐体は前記使用者の頭部から離間する方向に配置されていてもよい。それ故、反射板、ホルダ、筐体の順に、使用者の眼から遠ざかるように配置されるので、使用者の視界を広くとることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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】ＨＭホルダ５の上方から見た斜視図である。
【図５】ＨＭホルダ５の下方から見た斜視図である。
【図６】ＨＭホルダ５の平面図である。
【図７】ＨＭ８の平面図である。
【図８】ＨＭ８の左側面図である。
【図９】図６のＩＩ−ＩＩ線矢視方向断面図である。
【図１０】従来のＨＭホルダ７０の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。図１に示すＨＭＤ１は、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ものである。
【００１８】
先ず、ＨＭＤ１の構成について、図１〜図３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。
【００１９】
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は四角筒状の樹脂であり、平面視Ｌ字型に形成されている（図２参照）。筐体２は投影ユニット１０（図３参照）を内蔵する。図３に示すように、投影ユニット１０は画像光を生成し、筐体２の左端側の開口部７を介して左方向に出射する。筐体２の左側の開口部７にはハーフミラーホルダ５（以下ＨＭホルダ５という）が固定されている。ＨＭホルダ５は樹脂である。図１〜図３に示すように、ＨＭホルダ５はハーフミラー８（以下ＨＭ８という）を保持する。ＨＭ８は樹脂である。ＨＭ８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。図１，図２に示すように、筐体２の前面における左右方向中央部にはスリット９Ａが設けられている。スリット９Ａにはアジャスタ１６の一部が露出する。使用者はアジャスタ１６を指で上下方向に回転させることによりＨＭ８で視認できる画像のピント調整ができる。
【００２０】
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（図１における上面右端）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。下方延出部９８は使用者の顔の左前方において上下方向に延出されている。下方延出部９８の前面にはノコギリ状の凹凸を有する歯部（図示略）が長手方向に刻設されている。
【００２１】
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取付部４９が設けられている。取付部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の底部には板バネ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。板バネ４９Ｂは下方延出部９８に設けられた歯部の何れかの山に係止する。これにより、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。
【００２２】
次に、投影ユニット１０の構成について説明する。図３に示すように、投影ユニット１０は筐体２に内蔵されている。投影ユニット１０は、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を保持する。液晶ホルダ１７は液晶装置１０１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、複数のレンズ（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の開口部７に導く。アジャスタ１６はリング状である。アジャスタ１６は液晶ホルダ１７に外挿して取り付けられている。液晶ホルダ１７の外周面には螺旋状の溝カム１７Ａが設けられている。アジャスタ１６の内周面には係合部（図示略）が設けられている。係合部は液晶ホルダ１７の溝カム１７Ａに係合し、溝カム１７Ａに沿って移動する。アジャスタ１６は筐体２内で上下左右方向に位置決めされている。故にアジャスタ１６を回転させると、溝カム１７Ａの働きによって液晶ホルダ１７が左右方向に移動する。これにより液晶装置１０１と接眼光学系１２０との距離が変わるので、ＨＭ８で視認できる画像のピント調整ができる。
【００２３】
次に、ＨＭホルダ５の構造について、図４〜図６を参照して説明する。なお説明の便宜上、ＨＭホルダ５の方向については、ＨＭホルダ５を水平面に載置したときの姿勢で改めて定義する。即ち、図４の上下方向、左方向、右方向、右斜め上方向、左斜め下方向を、夫々、ＨＭホルダ５の上下方向、前方向、後方向、右方向、左方向とする。図５の上下方向、左方向、右方向、右斜め下方向、左斜め上方向を、夫々、ＨＭホルダ５の上下方向、前方向、後方向、右方向、左方向とする。図６の上下方向、左方向、右方向を、夫々、ＨＭホルダ５の上下方向、前方向、後方向とする。
【００２４】
図４〜図６に示すように、ＨＭホルダ５はＨＭ８を内側に保持する。ＨＭホルダ５は、右側壁部５１、左側壁部５２、前側底部５３、後側底部５４を備える。右側壁部５１及び左側壁部５２は側面視略三角形状であり、左右方向に所定間隔を空けて各々立設されている。右側壁部５１の上側の頂点近傍には、保持穴６７（図６参照）が設けられている。保持穴６７は右側壁部５１の板厚方向（左右方向）に貫通している。保持穴６７の径は、ＨＭ８の右端部２６に設けられた後述する位置決めボス部３５の径と略同一に調整されている。左側壁部５２の上側の頂点近傍には保持穴６８が設けられている。保持穴６８は左側壁部５２の板厚方向（左右方向）に貫通する。保持穴６８の径は、後述する位置決めボス部３６の径と略同一に調整されている。保持穴６７，６８は円形状である。
【００２５】
図４，図６に示すように、右側壁部５１の左側壁部５２に対向する内面には、押し当て部６１と、回転抑制部６４とが各々設けられている。押し当て部６１は右側壁部５１の内面から左方向に突出する筒体であり、保持穴６７と同軸上に位置する。押し当て部６１の中央の穴の径は保持穴６７の径と同じある。図４に示すように、回転抑制部６４は、右側壁部５１の内面に立設され、押し当て部６１の外周面から後方に向かって略円弧を描きつつ下方にある後側底部５４の上面５４Ａまで直線状に延設されている。左側壁部５２の右側壁部５１に対向する内面にも、押し当て部６２と、回転抑制部６５とが各々設けられている。押し当て部６２は左側壁部５２の内面から右方向に突出する筒体であり、保持穴６８と同軸上に位置する。押し当て部６２の中央の穴の径は保持穴６８の径と同じある。図４，図６に示すように、回転抑制部６５は、左側壁部５２の内面に立設され、押し当て部６２の外周面から後方に向かって略円弧を描きつつ下方にある後側底部５４の上面５４Ａまで直線状に延設されている。
【００２６】
前側底部５３及び後側底部５４は、右側壁部５１の底部と、左側壁部５２の底部との間に渡設されている。前側底部５３はＨＭホルダ５の前側に位置する。後側底部５４はＨＭホルダ５の後ろ側に位置する。後側底部５４の上面５４Ａの左右方向中央にはストッパ部５４Ｂが設けられている。ストッパ部５４Ｂは凹状に陥没している。図５に示すように、前側底部５３と後側底部５４との間には開口部５６が設けられている。開口部５６は投影ユニット１０の開口部７（図３参照）から出射される画像光をＨＭ８に向けて通過させる。
【００２７】
次に、ＨＭ８の構造について、図７，図８を参照して説明する。図７の上方向、下方向、左方向、右方向を、夫々、ＨＭ８の右方向、左方向、前方向、後方向とする。図８の上下方向、左方向、右方向を、夫々、ＨＭ８の上下方向、前方向、後方向とする。ＨＭ８は、本体部２１と、被ストッパ部２２とを備える。本体部２１は所定厚（例えば１．５ｍｍ）を有し、一方向に長手を有する長方形状の板体である。本体部２１は反射面４１と裏面４２と（図８参照）を備える。反射面４１は使用者の左の眼球に向けて画像光を反射する面である。本体部２１は、前端部２５、右端部２６、左端部２７、及び後方連結部２９を備える。右端部２６には右側段部２６Ａが設けられている。右側段部２６Ａは右端部２６の長手方向略中央から後方までの部分に位置する。右側段部２６Ａは本体部２１の幅方向中央側に一段低くなっている。
【００２８】
右側段部２６Ａの前側の角部には台座部３１が設けられている。台座部３１は短円柱状である。台座部３１の軸方向は本体部２１の前後方向に直交している。台座部３１の外周面は裏面４２から半円状に隆起している（図４参照）。台座部３１の右側の端面には位置決めボス部３５が設けられている。位置決めボス部３５は円柱状であり、台座部３１と同軸上に位置する。位置決めボス部３５の径は台座部３１の径よりは小さいが、ＨＭ８の板厚よりは大きい。位置決めボス部３５の後方には回転抑制ボス部３８が設けられている。回転抑制ボス部３８は右側段部２６Ａから右方に延出している。
【００２９】
左側段部２７Ａの前側の角部には台座部３２が設けられている。台座部３２は短円柱状である。台座部３２の軸方向は本体部２１の前後方向に直交している。台座部３２の外周面は裏面４２から半円状に隆起している。台座部３２の左側の端面には位置決めボス部３６が設けられている。位置決めボス部３６は円柱状であり、台座部３２と同軸上に位置する。位置決めボス部３６の径も台座部３２の径よりは小さいが、ＨＭ８の板厚よりは大きい。位置決めボス部３６の後方には回転抑制ボス部３９が設けられている。回転抑制ボス部３９は左側段部２７Ａから左方に延出している。
【００３０】
なおＨＭホルダ５を筐体２に取り付けた状態では、位置決めボス部３６はＨＭ８の下側に位置する。それ故、位置決めボス部３６にはＨＭ８の重量の負荷がかかる。そこで図７に示すように、位置決めボス部３６を位置決めボス部３５よりも太くしている。これにより位置決めボス部３６の剛性を向上できるので、ＨＭ８の位置決めボス部３６の折損を防止できる。
【００３１】
被ストッパ部２２は後方に一の頂点を有する略三角形状に形成されている。被ストッパ部２２は本体部２１の後方連結部２９に連結されている。被ストッパ部２２は、後方連結部２９において本体部２１に対して裏面４２側に折れ曲がって傾斜している。
【００３２】
次に、ＨＭホルダ５及びＨＭ８の材質について説明する。本実施形態では、ＨＭホルダ５の剛性がＨＭ８の剛性に比べて低くなるように、ＨＭホルダ５及びＨＭ８の各材質がそれぞれ選定されている。例えば、ＨＭ８の材質として、光学系の分野で一般的に使用されている透明樹脂材料（例えば、ポリカーボネート）を選定できる。次いで、ＨＭホルダ５の材質はポリカーボネートよりも剛性の低い材質を選定する。例えばＡＢＳ樹脂等を選定できる。なお材質についてはこれらに限定されず、上述の条件が満たされれば他の材質でもよい。
【００３３】
次に、ＨＭホルダ５及びＨＭ８の寸法調整について説明する。例えば、図６に示すように、ＨＭ８の短手方向である左右方向の寸法をＸ、ＨＭホルダ５による挟み込み寸法をＹとする。寸法Ｘは、ＨＭ８０の台座部３１の右端と、台座部３２の左端との間の距離である。寸法Ｙは、ＨＭ８を保持していない状態で、ＨＭホルダ５における右側壁部５１の内面に設けた押し当て部６１の左端部と、左側壁部５２の内面に設けた押し当て部６２の右端部との間の距離である。本実施形態では寸法Ｙは寸法Ｘよりも若干狭く調製される。例えば、Ｘを１５．１ｍｍ、Ｙを１４．６ｍｍとする。ＸとＹの差分は０．５ｍｍである。これらＸ，Ｙの寸法で、ＨＭ８をＨＭホルダ５に組み付ける。なおＸ寸法は本発明の「第二の寸法」の一例であり、Ｙ寸法は本発明の「第一の寸法」の一例である。
【００３４】
次に、ＨＭホルダ５へのＨＭ８の組み付け手順について説明する。図４〜図６に示すように、先ず、ＨＭホルダ５の右側壁部５１と左側壁部５２とを外方に押し開きながらその中央にＨＭ８を配置する。次いで、ＨＭホルダ５の右側壁部５１の押し当て部６１の穴に対し、ＨＭ８の位置決めボス部３５を挿入する。ＨＭホルダ５の左側壁部５２の押し当て部６２の穴に対し、ＨＭ８の位置決めボス部３６を挿入する。次いで、押し開かれていたＨＭホルダ５から手を放す。右側壁部５１及び左側壁部５２は樹脂の弾性復帰力により元の状態に戻る。これにより右側壁部５１の内面に設けた押し当て部６１の左端部に対し、ＨＭ８の台座部３１の右側端面の外周に沿った部分が押し当てられる。さらに左側壁部５２の内面に設けた押し当て部６２の右端部に対し、ＨＭ８の台座部３２の左側端面の外周に沿った部分が押し当てられる。このようにしてＨＭ８がＨＭホルダ５の内側に挟み込まれて保持される。
【００３５】
次に、ＨＭホルダ５のＨＭ８の保持構造によって得られる効果について説明する。図６に示すように、ＨＭホルダ５及びＨＭ８において、寸法Ｙは寸法Ｘよりも若干狭くなっている。それ故、ＨＭ８はボス部５１，５２の各根元部分において、ＨＭホルダ５の右側壁部５１及び左側壁部５２によって左右方向から応力が加えられる。ＨＭ８は左右方向から挟持された状態となるので、ＨＭ８がボス部５１，５２を中心に勝手に回動するのを抑制できる。さらにＨＭホルダ５はＨＭ８よりも剛性の低い材質で形成されている。これによりＨＭ８を挟み込む一定以上の応力を、剛性の低いＨＭホルダ５に適度に逃がすことができる。従って、ＨＭ８の右端部２６及び左端部２７に無理な応力が加わらないので、ＨＭ８の反射面が歪曲しない。それ故、ＨＭホルダ５を筐体２に取り付けた状態において、使用者がＨＭ８で視認できる画像がぼやけて歪んでしまうのを効果的に防止できる。
【００３６】
また、図７に示すように、ＨＭ８の位置決めボス部３５，３６の径は、ＨＭ８の板厚よりも大きい。例えば、ＨＭ８の板厚が１．５ｍｍとすると、位置決めボス部３５は２．６φである。それ故、位置決めボス部３５，３６は外部衝撃に強いので、ＨＭホルダ５に対してＨＭ８を安定して保持させることができる。
【００３７】
さらに、図８，図９に示すように、位置決めボス部３５，３６は、ＨＭ８の反射面４１から突出しないように、反射面４１とは反対側にずれた位置に設けられている。それ故、反射面側の成形による影響を軽減することができる。
【００３８】
また、図７，図８に示すように、位置決めボス部３５，３６（図８では位置決めボス部３５は図示略）は、ＨＭ８の右端部２６，左端部２７において、反射面４１のうち出射光が反射する領域の中央に対応する位置に設けられている。反射面４１に入射する出射光は、光軸に近い中央部分ほど収差が少なく、光軸から離れるほど収差が大きくなる。そのため、出射光が反射する領域の中央部分は、ＨＭ８０の隅部に比べて、入射する出射光の収差が小さい。そこで、位置決めボス部３５，３６をＨＭ８の右端部２６，左端部２７において出射光が反射する領域の中央に対応する位置に設けている。これにより位置決めボス部３５，３６にかかる応力による反射面４１の変形は、位置決めボス部３６に近い出射光が反射する領域の中央に比べて、出射光が反射する隅部で小さくなる。従って、ＨＭホルダ５を筐体２に取り付けた状態において、位置決めボス部３５，３６にかかる応力によって生じる反射面４１の変形の影響による画像の歪みを最小限に留めることができる。
【００３９】
また、図４，図６，図９に示すように、ＨＭホルダ５を筐体２に取り付けた状態では、被ストッパ部２２は、ＨＭホルダ５の後側底部５４のストッパ部５４Ｂに当接可能である。これによりＨＭ８が回転してずれてしまった場合でも、被ストッパ部２２をストッパ部５４Ｂに押し当てることで、ＨＭ８を正常位置に容易かつ迅速に戻すことができる。正常位置は画像光を使用者の眼球に導入できる位置である。
【００４０】
また、図７に示すように、ＨＭ８の右端部２６，左端部２７には、当該端部から離間する方向に延出する回転抑制ボス部３８，３９を設けている。図４，図９に示すように、ＨＭホルダ５には、回転抑制部６４，６５（図６参照）を設けている。それ故、ＨＭ８が位置決めボス部３５，３６を中心に回転しようとしても、ＨＭ８の回転抑制ボス部３８，３９がＨＭホルダ５の回転抑制部６４，６５に当接する。故にＨＭ８が勝手に回転してしまい、視界からＨＭ８が外れてしまうのを防止できる。
【００４１】
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。ＨＭホルダ５が本発明の「ホルダ」の一例である。ＨＭ８が本発明の「反射板」の一例である。図７に示す位置決めボス部３５，３６が本発明の「第１ボス部」の一例である。回転抑制ボス部３８，３９が本発明の「第２ボス部」の一例である。図６に示すＨＭホルダ５の右側壁部５１、押し当て部６１と、左側壁部５２、押し当て部６２とが本発明の「受け部」の一例である。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態のＨＭＤ１では、樹脂製のＨＭ８を保持するＨＭホルダ５は、ＨＭ８よりも剛性の低い材質で形成している。それ故、ＨＭ８を保持する応力をＨＭホルダ５側に逃がすことができる。これによりＨＭ８のガタつきを抑制しつつＨＭ８に生ずる歪みを低減できる。ＨＭ８の歪みを低減することによりＨＭ８で使用者が視認できる画像の歪みを防止できる。
【００４３】
また本実施形態では更に、図７に示すように、ＨＭ８の右端部２６と左端部２７とに一対の位置決めボス部３５，３６を各々設けている。さらにＨＭホルダ５では、図６に示すように、右側壁部５１及び左側壁部５２に押し当て部６１，６２を設けている。押し当て部６１の穴に位置決めボス部３５が挿入され、押し当て部６２の穴に位置決めボス部３６が挿入される。それ故、本実施形態は、ＨＭ８をＨＭホルダ５に対して容易に位置決めできる。
【００４４】
また本実施形態では更に、図２に示すように、ＨＭホルダ５は、ＨＭ８を右側壁部５１及び左側壁部５２によって両側から挟持している。それ故、ＨＭホルダ５はＨＭ８を位置決めしつつ無理のない力で挟持できる。
【００４５】
また本実施形態では更に、図５に示すように、位置決めボス部３５，３６の径はＨＭ８の板厚よりも大きいので外部衝撃に強い。さらに、位置決めボス部３５，３６は、ＨＭ８の反射面４１から突出しないように、反射面４１とは反対側にずれた位置に設けられている。反射面側の成形による影響を軽減することができる。
【００４６】
また本実施形態では更に、図５に示すように、位置決めボス部３５，３６は、ＨＭ８の右端部２６，左端部２７において、反射面４１のうち出射光が反射する領域の中央に対応する位置に設けられている。これにより、位置決めボス部３５，３６にかかる応力によって生じる反射面４１の変形の影響による画像の歪みを最小限に留めることができる。
【００４７】
また本実施形態では更に、ＨＭ８の右端部２６，左端部２７には、当該端部から離間する方向に延出する回転抑制ボス部３８，３９を設けている。ＨＭホルダ５には、回転抑制部６４，６５を設けている。それ故、ＨＭ８が位置決めボス部３５，３６を中心に回転しようとしても、ＨＭ８の回転抑制ボス部３８，３９がＨＭホルダ５の回転抑制部６４，６５に当接する。故にＨＭ８が使用中に勝手に回転してしまうのを防止できる。
【００４８】
また本実施形態では更に、筐体２には眼鏡フレーム９１に取り付ける為の取付部４９が設けられている。取付部４９を眼鏡フレーム９１に取り付けた状態では、筐体２の画像光が出射する開口部は使用者の眼に近い位置に配置され、かつ筐体２は使用者の頭部から離間する方向に配置される。それ故、図１，図２に示すように、ＨＭ８、ＨＭホルダ５、筐体２の順に、使用者の眼から遠ざかるように配置されるので、使用者の視界を広くとることができる。
【００４９】
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、網膜走査型の投影装置（Retinal Scanning Display）でも適用可能である。
【００５０】
また上記実施形態では、図１に示すように、使用者の左眼の前方にＨＭ８が配置され、その右方に向かって、ＨＭホルダ５、筐体２の順に配置され、使用者の頭部から遠ざかるように配置されている。例えば、使用者の左眼の上方にＨＭホルダを配置し、ＨＭを上方から眼の前方に配置してもよい。このような場合、筐体はＨＭホルダから使用者の頭部から遠ざかるように配置される。このような縦置きタイプのような場合でも、上記実施形態と同じ効果を得ることができる。
【００５１】
また上記実施形態では、使用者の左眼前方にＨＭ８を配置するタイプのＨＭＤ１を説明したが、右眼前方にＨＭを配置するタイプのＨＭＤでも本発明は適用可能である。
【００５２】
また上記実施形態では、ＨＭ８は回転抑制ボス部３８，３９を備えているが、省略することも可能である。
【００５３】
また上記実施形態では、右側壁部５１に設けた押し当て部６１、及び左側壁部５２に設けた押し当て部６２は省略してもよい。この場合、ＨＭ８の位置決めボス部３５，３６を、右側壁部５１及び左側壁部５２に設けた保持穴６７，６８に直接挿入すればよい。
【００５４】
また上記実施形態では、ＨＭＤ１は眼鏡型フレーム９１に取り付けられるものとして説明したが、例えば、ヘッドバンド、ヘッドホン、又はヘルメット等の頭部に装着する装着部材にも取り付けることができる。
【符号の説明】
【００５５】
１ ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）
２ 筐体
５ ハーフミラーホルダ（ＨＭホルダ）
７ 開口部
８ ハーフミラー（ＨＭ）
２６ 右端部
２７ 左端部
３５，３６ 位置決めボス部
３８，３９ 回転抑制ボス部
４１ 反射面
４９ 取付部
５１ 右側壁部
５２ 左側壁部
５４ 後側底部
５４Ｂ ストッパ部
６４，６５ 回転防止部
６７，６８ 保持穴
１０１ 液晶装置
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、
前記画像光発生部が発生した画像光を一定方向に導く接眼光学系と、
前記画像光発生部と、前記接眼光学系とを内蔵する筐体と、
前記接眼光学系の出射光の少なくとも一部を反射して前記使用者の眼に入射する樹脂製の反射板と、
前記筐体の前記出射光が出射される開口部に設けられ、前記反射板を所定の応力を加えることで挟持し且つ前記反射板よりも剛性の低い材質で形成したホルダと
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。
【請求項２】
前記反射板の端部には、当該端部から離間する方向に延出する第１ボス部が設けられ、
前記ホルダには、前記第１ボス部を受ける受け部が設けられ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】
前記反射板は互いに対向する一対の端部を備え、
前記第１ボス部は、前記一対の端部に各々設けられ、
前記ホルダには、一対の前記第１ボス部をそれぞれ受ける一対の前記受け部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項４】
前記一対の受け部の内側の離間距離である第一の寸法は、前記反射板の前記一対の端部に挟まれる第二の寸法よりも小さい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ボス部の径は前記反射板の板厚よりも大きく、
前記第１ボス部は、前記端部の板厚方向において、前記反射板の前記出射光が反射する反射面から突出しないように、前記反射面とは反対側にずれた位置に設けられていることを特徴とする請求項２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ボス部は、前記端部において、前記反射面のうち前記出射光が反射する領域の中央に対応する位置に設けられていることを特徴とする請求項２から５の何れかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項７】
前記反射板の前記端部には、当該端部から離間する方向に延出する第２ボス部が設けられ、
前記ホルダには、前記反射板が前記第１ボス部を中心に回転しようとしたときの前記第２ボス部に当接する当接部が設けられていることを特徴とする請求項２から６の何れかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項８】
前記筐体には前記フレームに取り付ける為の取付部が設けられ、
前記取付部を前記フレームに取り付けた状態では、
前記開口部は前記使用者の眼に近い位置に配置され、前記筐体は前記使用者の頭部から離間する方向に配置されることを特徴とする請求項１から７の何れか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、
前記画像光発生部が発生した画像光を一定方向に導く接眼光学系と、
前記画像光発生部と、前記接眼光学系とを内蔵する筐体と、
前記接眼光学系の出射光の少なくとも一部を反射して前記使用者の眼に入射する樹脂製の反射板と、
前記筐体の前記出射光が出射される開口部に設けられ、前記反射板を所定の応力を加えることで挟持し且つ前記反射板よりも剛性の低い材質で形成したホルダと
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。
【請求項２】
前記反射板の端部には、当該端部から離間する方向に延出する第１ボス部が設けられ、
前記ホルダには、前記第１ボス部を受ける受け部が設けられ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】
前記反射板は互いに対向する一対の端部を備え、
前記第１ボス部は、前記一対の端部に各々設けられ、
前記ホルダには、一対の前記第１ボス部をそれぞれ受ける一対の前記受け部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項４】
前記一対の受け部の内側の離間距離である第一の寸法は、前記反射板の前記一対の端部に挟まれる第二の寸法よりも小さい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ボス部の径は前記反射板の板厚よりも大きく、
前記第１ボス部は、前記端部の板厚方向において、前記反射板の前記出射光が反射する反射面から突出しないように、前記反射面とは反対側にずれた位置に設けられていることを特徴とする請求項２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ボス部は、前記端部において、前記反射面のうち前記出射光が反射する領域の中央に対応する位置に設けられていることを特徴とする請求項２から５の何れかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項７】
前記反射板の前記端部には、当該端部から離間する方向に延出する第２ボス部が設けられ、
前記ホルダには、前記反射板が前記第１ボス部を中心に回転しようとしたときの前記第２ボス部に当接する当接部が設けられていることを特徴とする請求項２から６の何れかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項８】
前記筐体には前記フレームに取り付ける為の取付部が設けられ、
前記取付部を前記フレームに取り付けた状態では、
前記開口部は前記使用者の眼に近い位置に配置され、前記筐体は前記使用者の頭部から離間する方向に配置されることを特徴とする請求項１から７の何れか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９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−４６１２１（Ｐ２０１３−４６１２１Ａ）
【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２０１１−１８１０７４（Ｐ２０１１−１８１０７４）
【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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