頭部装着型の画像表示装置
【課題】観察者が、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）の頭部装着状態において、そのＨＭＤから感じる閉塞感を軽減する。
【解決手段】画像光を観察者の両眼のうちの一方である観察眼１６に投射するために観察者の頭部に装着される単眼式のＨＭＤ１２と、観察者の頭部に装着されている被装着部材７０に装着され、ＨＭＤ１２を保持するホルダとを含む画像表示装置において、観察眼１６の視野は、観察者の両眼のうち観察眼１６ではない眼である非観察眼１８の視野と重なり合う重複領域と、非観察眼の視野と重なり合うことなく単独で存在する非重複領域とを有しており、前記ホルダは、ＨＭＤ１２のうち重複領域内に存在する部分を観察眼から見た場合の第１投影面積が、ＨＭＤ１２のうち非重複領域内に存在する部分を観察眼から見た場合の第２投影面積以上であるという条件を満たす位置においてＨＭＤを保持する。
【解決手段】画像光を観察者の両眼のうちの一方である観察眼１６に投射するために観察者の頭部に装着される単眼式のＨＭＤ１２と、観察者の頭部に装着されている被装着部材７０に装着され、ＨＭＤ１２を保持するホルダとを含む画像表示装置において、観察眼１６の視野は、観察者の両眼のうち観察眼１６ではない眼である非観察眼１８の視野と重なり合う重複領域と、非観察眼の視野と重なり合うことなく単独で存在する非重複領域とを有しており、前記ホルダは、ＨＭＤ１２のうち重複領域内に存在する部分を観察眼から見た場合の第１投影面積が、ＨＭＤ１２のうち非重複領域内に存在する部分を観察眼から見た場合の第２投影面積以上であるという条件を満たす位置においてＨＭＤを保持する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察者に画像を表示するために観察者の頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイ（以下、「ＨＭＤ」と略称する。）を有する画像表示装置に関するものであり、特に、観察者が、ＨＭＤの頭部装着状態において、そのＨＭＤから感じる閉塞感を軽減する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表示すべき画像を表す画像光を観察者の眼に投射するために観察者の頭部に装着されるＨＭＤを有する画像表示装置が既に知られている。この画像表示装置によれば、観察者は、画像が投影されるスクリーンを媒介にすることなく、画像を直接的に観察することができる。
【０００３】
ＨＭＤを、画像光形成方式によって分類すると、空間変調型、すなわち、画像信号に応じて作動する空間変調素子（例えば、液晶または有機ＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス））を用いて、光源からの出射光から前記画像光を形成する方式と、走査型、すなわち、光源からの出射光であって、前記画像信号に応じた強度を有するものを走査することによって前記画像光を形成する方式とに分類される。
【０００４】
また、ＨＭＤを、表示画像の観察方式によって分類すると、シースルー型、すなわち、観察者が、当該ＨＭＤによる表示画像に重ねて、現実外界を観察することが可能である方式と、密閉型、すなわち、現実外界を表す外光の入射を完全にまたは部分的に（例えば、片眼についてのみ）遮断し、観察者が、主に、ＨＭＤによる表示画像のみを観察することを可能である方式とに分類される。
【０００５】
いずれにしても、この種の画像表示装置は、一般に、ＨＭＤと、観察者の頭部に装着される被装着部材（例えば、眼鏡のフレーム、眼鏡型の専用フレーム、バンド、ゴーグルなど）に装着され、ＨＭＤを保持するホルダとを含むように構成される。
【０００６】
特許文献１は、ＨＭＤを観察者の頭部に装着するために、ＨＭＤを、観察者の頭部に装着される眼鏡のフレームに引っ掛ける技術を開示しており、また、特許文献２は、ＨＭＤを、観察者の頭部に装着される眼鏡のレンズに、吸盤または接着剤により、装着する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−０６１８０４号公報
【特許文献２】特開２００６−０５４６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＨＭＤを用いて画像を観察者に表示する場合には、ＨＭＤの本質的機能、すなわち、画像光を眼に投射するという機能を果たすために、ＨＭＤという物理的存在を観察者の視界内に配置することを避け得ない。例えば、ＨＭＤは、頭部装着型であるため、観察者の眼に接近した位置に配置される傾向が強い。また、ＨＭＤがシースルー型である場合には、観察者の眼の正面にハーフミラーなどの光学部品が配置される。
【０００９】
これに対し、本発明者らは、ＨＭＤの実用性等について種々の研究を行った結果、ＨＭＤの、上記のような基本的なレイアウトが原因で、観察者が、ＨＭＤの頭部装着状態において、そのＨＭＤから閉塞感や圧迫感を感ずる可能性があるということに気が付いた。そして、本発明者らは、ＨＭＤの位置、向き、大きさ、形状、色等の条件を変えてＨＭＤを観察者の頭部に装着するという実験を行い、その結果、その条件次第で、観察者がＨＭＤから感じる閉塞感や圧迫感が軽減したり、増加することが判明した。
【００１０】
このような知見に基づき、本発明は、ＨＭＤを有する画像表示装置であって、観察者が、ＨＭＤの頭部装着状態において、そのＨＭＤから感じる閉塞感を軽減するものを提供することを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載するが、このように、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することにより、各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能となる。
【００１２】
（１） 観察者に画像を表示する頭部装着型の画像表示装置であって、
画像信号に応じた画像光を観察者の両眼のうちの一方である観察眼に投射するために観察者の頭部に装着される単眼式のヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）と、
観察者の頭部に装着されている被装着部材に装着され、前記ＨＭＤを保持するホルダと
を含み、
前記観察眼の視野は、観察者の両眼のうち前記観察眼ではない眼である非観察眼の視野と重なり合う重複領域と、前記非観察眼の視野と重なり合うことなく単独で存在する非重複領域とを有しており、
前記ホルダは、前記ＨＭＤのうち前記重複領域内に存在する部分を前記観察眼から見た場合の第１投影面積が、前記ＨＭＤのうち前記非重複領域内に存在する部分を前記観察眼から見た場合の第２投影面積以上であるという条件を満たす位置において前記ＨＭＤを保持する画像表示装置。
【００１３】
（２） 前記ホルダは、前記被装着部材が眼鏡または眼鏡型フレームであり、かつ、それら眼鏡または眼鏡型フレームに前記ＨＭＤが装着されることを想定した場合にそのＨＭＤが前記観察眼に対して接近することとなる距離と実質的に同じ距離で接近するように前記ＨＭＤを前記観察眼に対して位置決めする（１）項に記載の画像表示装置。
【００１４】
（３） 前記ＨＭＤは、概して直線的に延びる外形を有するハウジングを備えている（１）または（２）項に記載の画像表示装置。
【００１５】
（４） 前記ホルダは、前記ＨＭＤを、水平方向に延びる姿勢で保持する（３）項に記載の画像表示装置。
【００１６】
（５） 前記ホルダは、前記ＨＭＤを、前記観察眼の瞳孔を通過する水平面上において、その水平面に沿って延びる姿勢で保持する（４）項に記載の画像表示装置。
【００１７】
（６） 前記ホルダは、前記ＨＭＤのうちの実質的な全部が、前記観察眼の瞳孔を通過して前後方向に延びる垂直面の位置より、観察者の両耳のうち前記観察眼に近いものの側に偏った位置に位置するという条件を満たす位置において前記ＨＭＤを保持する（１）ないし（５）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００１８】
（７） 前記ＨＭＤは、入射光を２次元空間的に変調して前記画像光を生成する空間変調素子と、その空間変調素子から出射する前記画像光が通過する複数の光学素子と、前記画像信号に応じて空間変調素子を駆動する駆動回路とを含む複数の部品が前記ハウジング内に収容されることによって構成されており、
前記複数の部品は、前記ハウジングの長手方向に沿って一次元配列を成している（１）ないし（６）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００１９】
（８） 前記駆動回路および前記空間変調素子は、いずれも、平面板状を成しており、
前記駆動回路は、前記一次元配列の両端部のうちの一方に配置されるとともに、前記ハウジングの両端部のうち、対応する端部に配置され、
前記駆動回路および前記空間変調素子は、互いに正対する姿勢で配置されている（７）項に記載の画像表示装置。
【００２０】
（９） 前記画像光は、前記ハウジングの両端部のうち、前記駆動回路が配置されている端部とは反対側の端部から出射し
前記ＨＭＤは、さらに、前記ハウジングから出射する前記画像光を曲げて前記観察眼に誘導する反射部材を含み、
その反射部材は、前記ハウジングの、前記反対側の端部に装着されている（８）項に記載の画像表示装置。
【００２１】
（１０） 前記非重複領域は、その非重複領域の後方限界線が、前記観察眼の補助視覚の後方限界線に実質的に一致するように設定される（１）ないし（９）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００２２】
（１１） 前記ホルダは、前記ＨＭＤが、前記観察眼の前方に位置する使用位置と、前記観察眼の前方位置から退避した退避位置との間において回動可能であるように前記ＨＭＤを保持し、
前記使用位置と前記退避位置とのいずれも、前記条件を満たすように設定される（１）ないし（１０）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００２３】
（１２） 前記被装着部材は、観察者の前側において、観察者の頭部の左側面に接する左端垂直面と、右側面に接する右端垂直面との間を延びるフロント部を有し、
前記ホルダは、前記ＨＭＤを、前記フロント部の左右端部のうち前記観察眼に近いものに配置された軸線まわりに回動可能に保持する（１１）項に記載の画像表示装置。
【００２４】
（１３） 前記ホルダは、前記ＨＭＤを、垂直軸線まわりに回動可能に保持する（１１）または（１２）項に記載の画像表示装置。
【００２５】
（１４） 観察者に画像を表示する頭部装着型の画像表示装置であって、
画像信号に応じた画像光を観察者の両眼のうちの一方である観察眼に投射するために観察者の頭部に装着される単眼式のヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）と、
観察者の頭部に装着されている被装着部材に装着され、前記ＨＭＤを保持するホルダと
を含み、
観察者の両眼の２つの瞳孔を同時に通過して垂直に延びる基準面が設定されており、
前記ホルダは、前記ＨＭＤの全体が前記基準面より前方の領域に存在するという条件を満たす位置において前記ＨＭＤを保持し、それにより、観察者が、前記ＨＭＤの装着状態において、そのＨＭＤの物理的存在から受ける閉塞感を軽減する画像表示装置。
【発明の効果】
【００２６】
本発明者らは、ＨＭＤの位置をいろいろ変えてＨＭＤを観察者の頭部に装着するという実験を行った。その結果、種々の知見を得た。
【００２７】
例えば、観察眼の視野は、観察者の両眼のうち前記観察眼ではない眼である非観察眼の視野と重なり合う重複領域と、前記非観察眼の視野と重なり合うことなく単独で存在する非重複領域とを有している。前記ＨＭＤのうち前記重複領域内に存在する部分を前記観察眼から見た場合の第１投影面積が、前記ＨＭＤのうち前記非重複領域内に存在する部分を前記観察眼から見た場合の第２投影面積以上である場合には、そうでない場合より、観察者が、前記ＨＭＤの装着状態において、そのＨＭＤの物理的存在から受ける閉塞感が軽減されることが判明した。
【００２８】
また、観察者の両眼の２つの瞳孔を同時に通過して垂直に延びる基準面を設定した場合に、ＨＭＤの全体が、前記基準面より前方の領域に存在する場合には、そうでない場合より、観察者が、ＨＭＤの物理的存在から受ける閉塞感が軽減されることも判明した。
【００２９】
それらの知見に基づき、本発明によれば、観察者が、前記ＨＭＤの頭部装着状態において、そのＨＭＤの物理的存在から受ける閉塞感が軽減される位置に、ＨＭＤが観察眼に対して保持される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に従う画像表示装置を、それのＨＭＤを観察者の頭部に装着するために使用されるフレームと共に示す正面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１に示すＨＭＤを示す部分断面平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＨＭＤのＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図３（ａ）は、図１に示すＨＭＤを前記フレームと共に、使用位置と退避位置とについて示す平面図であり、図３（ｂ）は、図１に示すＨＭＤを前記フレームと共に、使用位置と退避位置とについて示す側面図である。
【図４】図４は、図１に示すＨＭＤが観察者の眼の視界の角度範囲に対する相対的な位置を説明するための平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のうちの一つを例として図面に基づいて詳細に説明する。
【００３２】
図１には、本発明の一実施形態に従う画像表示装置１０が、観察者の頭部に装着された状態で、正面図で示されている。この画像表示装置１０は、シースルー型のＨＭＤ１２と、ホルダ１４とを備えている。ＨＭＤ１２は、単眼式であり、画像を表す画像光を観察者の両眼のうちの一方である観察眼１６（他方の眼は、非観察眼１８）に投射するように構成されている。
【００３３】
観察者の頭部に被装着部材としてのフレーム２０が装着され、そのフレーム２０にホルダ１４が装着され、そのホルダ１４にＨＭＤ１２が装着される。ホルダ１４は、ＨＭＤ１２を、図１に示すように、垂直に延びる回動軸線まわりに回動可能に支持する。その結果、ＨＭＤ１２がホルダ１４を介して、フレーム２０に装着される。フレーム２０は、観察者の両耳にかけられる状態で観察者の頭部に装着される。このフレーム２０は、ＨＭＤ１２に専用のフレームである。
【００３４】
このフレーム２０は、それの基本的形状が、観察者の頭部に装着される通常の眼鏡に形状に似ていることに着目し、眼鏡型フレームと称することができる。通常の眼鏡は、一対のレンズと、それらレンズを接合するブリッジと、それらレンズとブリッジによって構成されるフロント部から延びる一対のテンプルとを含むように構成される。しかし、フレーム２０に代えて通常の眼鏡に、ホルダ１４を介してＨＭＤ１２を装着してもよい。
【００３５】
いずれにしても、ホルダ１４は、フレーム２０が眼鏡であり、かつ、その眼鏡にＨＭＤ１２が装着されることを想定した場合にそのＨＭＤ１２が観察眼１６に対して接近することとなる距離と実質的に同じ距離で接近するようにＨＭＤ１２を観察眼１６に対して位置決めする。
【００３６】
図２（ａ）には、ＨＭＤ１２が、それの中空のハウジング３０が破断された状態で平面図で示され、図２（ｂ）には、ＨＭＤ１２の、図２（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面図が示されている。ハウジング３０は、概して直線的に延びる外形を有している。このハウジング３０内に、板状の駆動回路４０と、空間変調素子としてのＬＣＤ（複数の画素が２次元的に並んだ液晶ディスプレイ）４２と、接眼光学系４４とを含む複数の部品が、ハウジング３０の長手方向に沿って一次元配列を成している。
【００３７】
その接眼光学系４４は、複数のレンズを有し、それらレンズは、同じ光軸を共有する。その光軸は、ハウジング３０の長手方向に平行に、かつ、ミラーなどの部品によってその方向が曲げられることなく、一直線に延びて、ＬＣＤ４２の中心点を通過する。
【００３８】
駆動回路４０は、図示しないケーブルを介して、ＬＣＤ４２に電気的に接続されている。駆動回路４０は、外部から入力される画像信号に基づいてＬＣＤ４２を駆動し、それにより、観察者に表示すべき画像を表す画像光をＬＣＤ４２から出射させる。ＬＣＤ４２は、バックライト光源を内蔵しているが、その光源に代えて、ＬＣＤ４２から独立した光源を用いてもよい。接眼光学系４４は、複数の光学素子としての複数のレンズが直列に並んだ一次元配列として構成されている。
【００３９】
なお付言するに、本実施形態においては、ＨＭＤ１２が空間変調型であるが、網膜走査型、すなわち、レーザ等、光源からの光束をスキャナによって走査し、その走査された光束を観察者の網膜に投射するものに変更してもよい。
【００４０】
駆動回路４０およびＬＣＤ４２は、いずれも、平面板状を成している。駆動回路４０は、前記一次元配列の両端部のうちの一方に配置されるとともに、ハウジング３０の両端部のうち、対応する端部（図２（ａ）においては、右側の端部）に配置されている。それら駆動回路４０およびＬＣＤ４２は、互いに平行に正対する姿勢で配置されている。
【００４１】
前記画像光は、ハウジング３０の両端部のうち、駆動回路４０が配置されている端部とは反対側の端部（図２（ａ）においては、左側の端部）から出射する。ＨＭＤ１２は、さらに、ハウジング３０から出射する画像光を曲げて観察眼１６に誘導する反射部材としてのハーフミラー５０を有している。そのハーフミラー５０は、ハウジング３０の両端部のうち、駆動回路４０が配置されている端部とは反対側の端部、すなわち、画像光が出射する端部（図２（ａ）においては、左側の端部）に回動可能に装着されている。
【００４２】
接眼光学系４４から出射する画像光は、ハーフミラー５０で反射して、観察眼１６の瞳孔６０を通過して、網膜（図示しない）に入射する。それにより、観察者が２次元画像を虚像として観察することが可能となる。観察眼１６には、ハーフミラー５０で反射した画像光のみならず、現実外界からの光（外光）がハーフミラー５０を透過して入射する。その結果、観察者は、画像光によって表示される画像の観察と並行して現実外界を観察することが可能である。
【００４３】
図１ならびに図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、フレーム２０は、観察者の前側において、フロント部７０を有する。そのフロント部７０は、観察者の頭部の左側面に接する左端垂直面（観察者の左耳を通過する垂直面）と、右側面に接する右端垂直面（観察者の右耳を通過する垂直面）との間を延びている。このフロント部７０にホルダ１４が装着されている。
【００４４】
具体的には、ホルダ１４は、ＨＭＤ１２を、フロント部７０の左右端部のうち観察眼１６に近いものに配置された垂直軸線（図１ならびに図３（ａ）および図３（ｂ）に示す回動軸線）まわりに回動可能に保持する。さらに、ホルダ１４は、図３（ａ）および図３（ｂ）ならびに図４に示すように、ＨＭＤ１２が、観察眼１６の前方に位置する使用位置と、観察眼１６の前方位置から退避した退避位置との間において、垂直な回動軸線まわりに回動可能であるようにＨＭＤ１２を保持する。
【００４５】
前述のように、本実施形態においては、フレーム２０が、観察者の頭部に装着される通常の眼鏡であり、かつ、その通常の眼鏡にＨＭＤ１２が装着されることを想定した場合にそのＨＭＤ１２が観察眼１６に対して接近することとなる距離と実質的に同じ距離で接近するように、ＨＭＤ１２が観察眼１６に対して位置決めされる。すなわち、ＨＭＤ１２が頭部装着型であるため、ＨＭＤ１２が観察眼１６に接近した位置に配置されるのである。また、ＨＭＤ１２がシースルー型であるため、観察眼１６の正面にハーフミラー５０が配置される。
【００４６】
このようなＨＭＤ１２のレイアウトが原因で、観察眼１６の視野のうちやや大きな領域が、ＨＭＤ１２によって遮蔽されてしまう。その結果、観察者は、ＨＭＤ１２の頭部装着状態において、そのＨＭＤ１２から閉塞感および圧迫感を感じ易い。
【００４７】
そこで、本発明者らは、本発明に先立ち、観察眼１６に対するＨＭＤ１２の位置および向きと、観察者が、ＨＭＤ１２の頭部装着状態において、そのＨＭＤ１２の物理的存在から受ける閉塞感および圧迫感の程度との関係について実験を行った。その結果、本発明者らは、その閉塞感および圧迫感を軽減するためにＨＭＤ１２が満たすべき４つの条件を知得した。
【００４８】
１．第１条件
本発明者らの研究によれば、図３（ａ）に示すように、観察者の両眼１６，１８の２つの瞳孔６０，６０を同時に通過して垂直に延びる基準面を設定した場合には、ＨＭＤ１２の全体が基準面より前方の領域に存在するという第１条件を満たすことが、観察者がＨＭＤ１２から受ける閉塞感および圧迫感を軽減するために望ましいことが判明した。
【００４９】
２．第２条件
図３（ａ）に示すように、水平方向における最大片眼視野については、観察眼１６についても非観察眼１８についても、左右のうちの一方の後方限界線は、補助視野の後方限界線（各眼の眼球の中心点を通過する前後中心線から例えば１００°だけ回転した位置）と一致し、左右のうちの他方の後方限界線は、観察者の鼻の位置および高さによって決まる。
【００５０】
また、図３（ｂ）に示すように、垂直方向における最大片眼視野については、観察眼１６についても非観察眼１８についても、各眼の眼球の中心点を通過する前後中心線から上側および下側にそれぞれ例えば６７．５°だけ回転した位置として決まる。
【００５１】
その結果、図３（ａ）に示すように、観察眼１６の視野は、非観察眼１８の視野と重なり合う重複領域と、非観察眼１８の視野と重なり合うことなく単独で存在する非重複領域とを有する。
【００５２】
本発明者らの研究によれば、ＨＭＤ１２のうち、重複領域内に存在する部分を観察眼１６から見た場合の第１投影面積が、ＨＭＤ１２のうち、非重複領域内に存在する部分を観察眼１６から見た場合の第２投影面積以上であるという第２条件を、前記第１条件と同時に満たすことが、観察者がＨＭＤ１２から受ける閉塞感および圧迫感を軽減するためにさらに望ましいことが判明した。
【００５３】
３．第３条件
本発明者らの研究によれば、ＨＭＤ１２のうちの実質的な全部が、観察眼１６の瞳孔６０を通過して前後方向に延びる垂直面の位置より、観察者の両耳のうち観察眼１６に近いものの側に偏った位置に位置するという第３条件を、前記第１条件および前記第２条件のうち少なくとも一つと同時に満たすことが、観察者がＨＭＤ１２から受ける閉塞感および圧迫感を軽減しつつ、観察者の視野を確保するためにさらに望ましいことが判明した。
【００５４】
この第３条件は、観察者の視野のうち視機能が最も優れた弁別視野（観察者によって最も良好に視認される視野）内に存在しないようにＨＭＤ１２を配置することにより、観察者の視野を確保するために重要な条件である。
【００５５】
４．第４条件
本発明者らの研究によれば、ＨＭＤ１２の使用位置と退避位置とのいずれにおいても、前記第１ないし第３条件のうちの少なくとも一つを満たすことが、観察者がＨＭＤ１２から受ける閉塞感を軽減するためにさらに望ましいことが判明した。
【００５６】
本実施形態においては、観察者がＨＭＤ１２から受ける閉塞感および圧迫感を最小化するために、上説明した４つの条件を同時に満たすように、ＨＭＤ１２の位置および向きが、観察眼１６の位置に対して相対的に設定され、その相対位置関係が実現されるように、ＨＭＤ１２を保持するホルダ１４の位置がフレーム２０に対して相対的に設定されている。
【００５７】
具体的には、図３（ａ）に示すように、ＨＭＤ１２の全体が、使用位置にあるか退避位置にあるかを問わず、基準面より前方に位置するように、ホルダ１４がＨＭＤ１２を保持する。これにより、ＨＭＤ１２のうちのいずれも部分も、基準面より後方の位置に存在せずに済む。
【００５８】
さらに、図４に示すように、使用位置にあるＨＭＤ１２のうち重複領域内に存在する部分を観察眼１６から見た場合の第１画角（平面視においては、θ１）が、使用位置にあるＨＭＤ１２のうち非重複領域内に存在する部分を観察眼１６から見た場合の第２画角（平面視においては、θ２）以上であるように、ホルダ１４がＨＭＤ１２を保持する。本実施形態においては、ＨＭＤ１２の断面積が、ＨＭＤ１２の長手方向におけるいずれの位置についても、ほぼ同一である。よって、第１画角θ１が第２画角θ２以上であることは、使用位置にあるＨＭＤ１２のうち重複領域内に存在する部分を観察眼１６から見た場合の第１投影面積が、使用位置にあるＨＭＤ１２のうち非重複領域内に存在する部分を観察眼１６から見た場合の第２投影面積以上であることを意味する。
【００５９】
なお付言するに、平面視において、第１画角θ１の角度範囲と第２画角θ２の角度範囲との間の境界線は、前記重複範囲と前記非重複範囲との間の境界線（すなわち、右眼視界の後方限界線と一致する。）と、使用位置にあるＨＭＤ１２のハウジング３０の、実線で示す外形線との交点を通過するように決定される。
【００６０】
さらに、退避位置にあるＨＭＤ１２のうち重複領域内に存在する部分を観察眼１６から見た場合の第１画角（平面視においては、ψ１）が、退避位置にあるＨＭＤ１２のうち非重複領域内に存在する部分を観察眼１６から見た場合の第２画角（平面視においては、ψ２）以上であるように、ホルダ１４がＨＭＤ１２を保持する。第１画角ψ１が第２画角ψ２以上であることは、退避位置にあるＨＭＤ１２のうち重複領域内に存在する部分を観察眼１６から見た場合の第１投影面積が、退避位置にあるＨＭＤ１２のうち非重複領域内に存在する部分を観察眼１６から見た場合の第２投影面積以上であることを意味する。
【００６１】
なお付言するに、平面視において、第１画角ψ１の角度範囲と第２画角ψ２の角度範囲との間の境界線は、前記重複範囲と前記非重複範囲との間の境界線（すなわち、右眼視界の後方限界線と一致する。）と、退避位置にあるＨＭＤ１２のハウジング３０の、二点鎖線で示す外形線との交点を通過するように決定される。
【００６２】
さらに、図１に示すように、ＨＭＤ１２のうちの実質的な全部が、観察眼１６の瞳孔６０を通過して前後方向に延びる垂直面の位置より、観察者の両耳のうち観察眼１６に近いもの（本実施形態においては、左耳）の側に偏った位置に位置するように、ホルダ１４がＨＭＤ１２を保持する。
【００６３】
さらに、図１に示すように、ＨＭＤ１２が、使用位置にあると退避位置にあるとを問わず、水平方向に延びるように、ホルダ１４がＨＭＤ１２を保持する。さらに、ＨＭＤ１２が、観察眼１６の瞳孔６０を通過する水平面上において、その水平面に沿って延びるように、ホルダ１４がＨＭＤ１２を保持する。
【００６４】
以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、ＨＭＤ１２の、観察眼１６に対する相対的な位置および向きが最適化されることにより、観察者が、ＨＭＤ１２が観察者の頭部に装着されている状態において、ＨＭＤ１２から受ける閉塞感および圧迫感が軽減される。
【００６５】
以上、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、これは例示であり、前記［発明の概要］の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察者に画像を表示するために観察者の頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイ（以下、「ＨＭＤ」と略称する。）を有する画像表示装置に関するものであり、特に、観察者が、ＨＭＤの頭部装着状態において、そのＨＭＤから感じる閉塞感を軽減する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表示すべき画像を表す画像光を観察者の眼に投射するために観察者の頭部に装着されるＨＭＤを有する画像表示装置が既に知られている。この画像表示装置によれば、観察者は、画像が投影されるスクリーンを媒介にすることなく、画像を直接的に観察することができる。
【０００３】
ＨＭＤを、画像光形成方式によって分類すると、空間変調型、すなわち、画像信号に応じて作動する空間変調素子（例えば、液晶または有機ＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス））を用いて、光源からの出射光から前記画像光を形成する方式と、走査型、すなわち、光源からの出射光であって、前記画像信号に応じた強度を有するものを走査することによって前記画像光を形成する方式とに分類される。
【０００４】
また、ＨＭＤを、表示画像の観察方式によって分類すると、シースルー型、すなわち、観察者が、当該ＨＭＤによる表示画像に重ねて、現実外界を観察することが可能である方式と、密閉型、すなわち、現実外界を表す外光の入射を完全にまたは部分的に（例えば、片眼についてのみ）遮断し、観察者が、主に、ＨＭＤによる表示画像のみを観察することを可能である方式とに分類される。
【０００５】
いずれにしても、この種の画像表示装置は、一般に、ＨＭＤと、観察者の頭部に装着される被装着部材（例えば、眼鏡のフレーム、眼鏡型の専用フレーム、バンド、ゴーグルなど）に装着され、ＨＭＤを保持するホルダとを含むように構成される。
【０００６】
特許文献１は、ＨＭＤを観察者の頭部に装着するために、ＨＭＤを、観察者の頭部に装着される眼鏡のフレームに引っ掛ける技術を開示しており、また、特許文献２は、ＨＭＤを、観察者の頭部に装着される眼鏡のレンズに、吸盤または接着剤により、装着する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−０６１８０４号公報
【特許文献２】特開２００６−０５４６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＨＭＤを用いて画像を観察者に表示する場合には、ＨＭＤの本質的機能、すなわち、画像光を眼に投射するという機能を果たすために、ＨＭＤという物理的存在を観察者の視界内に配置することを避け得ない。例えば、ＨＭＤは、頭部装着型であるため、観察者の眼に接近した位置に配置される傾向が強い。また、ＨＭＤがシースルー型である場合には、観察者の眼の正面にハーフミラーなどの光学部品が配置される。
【０００９】
これに対し、本発明者らは、ＨＭＤの実用性等について種々の研究を行った結果、ＨＭＤの、上記のような基本的なレイアウトが原因で、観察者が、ＨＭＤの頭部装着状態において、そのＨＭＤから閉塞感や圧迫感を感ずる可能性があるということに気が付いた。そして、本発明者らは、ＨＭＤの位置、向き、大きさ、形状、色等の条件を変えてＨＭＤを観察者の頭部に装着するという実験を行い、その結果、その条件次第で、観察者がＨＭＤから感じる閉塞感や圧迫感が軽減したり、増加することが判明した。
【００１０】
このような知見に基づき、本発明は、ＨＭＤを有する画像表示装置であって、観察者が、ＨＭＤの頭部装着状態において、そのＨＭＤから感じる閉塞感を軽減するものを提供することを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載するが、このように、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することにより、各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能となる。
【００１２】
（１） 観察者に画像を表示する頭部装着型の画像表示装置であって、
画像信号に応じた画像光を観察者の両眼のうちの一方である観察眼に投射するために観察者の頭部に装着される単眼式のヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）と、
観察者の頭部に装着されている被装着部材に装着され、前記ＨＭＤを保持するホルダと
を含み、
前記観察眼の視野は、観察者の両眼のうち前記観察眼ではない眼である非観察眼の視野と重なり合う重複領域と、前記非観察眼の視野と重なり合うことなく単独で存在する非重複領域とを有しており、
前記ホルダは、前記ＨＭＤのうち前記重複領域内に存在する部分を前記観察眼から見た場合の第１投影面積が、前記ＨＭＤのうち前記非重複領域内に存在する部分を前記観察眼から見た場合の第２投影面積以上であるという条件を満たす位置において前記ＨＭＤを保持する画像表示装置。
【００１３】
（２） 前記ホルダは、前記被装着部材が眼鏡または眼鏡型フレームであり、かつ、それら眼鏡または眼鏡型フレームに前記ＨＭＤが装着されることを想定した場合にそのＨＭＤが前記観察眼に対して接近することとなる距離と実質的に同じ距離で接近するように前記ＨＭＤを前記観察眼に対して位置決めする（１）項に記載の画像表示装置。
【００１４】
（３） 前記ＨＭＤは、概して直線的に延びる外形を有するハウジングを備えている（１）または（２）項に記載の画像表示装置。
【００１５】
（４） 前記ホルダは、前記ＨＭＤを、水平方向に延びる姿勢で保持する（３）項に記載の画像表示装置。
【００１６】
（５） 前記ホルダは、前記ＨＭＤを、前記観察眼の瞳孔を通過する水平面上において、その水平面に沿って延びる姿勢で保持する（４）項に記載の画像表示装置。
【００１７】
（６） 前記ホルダは、前記ＨＭＤのうちの実質的な全部が、前記観察眼の瞳孔を通過して前後方向に延びる垂直面の位置より、観察者の両耳のうち前記観察眼に近いものの側に偏った位置に位置するという条件を満たす位置において前記ＨＭＤを保持する（１）ないし（５）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００１８】
（７） 前記ＨＭＤは、入射光を２次元空間的に変調して前記画像光を生成する空間変調素子と、その空間変調素子から出射する前記画像光が通過する複数の光学素子と、前記画像信号に応じて空間変調素子を駆動する駆動回路とを含む複数の部品が前記ハウジング内に収容されることによって構成されており、
前記複数の部品は、前記ハウジングの長手方向に沿って一次元配列を成している（１）ないし（６）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００１９】
（８） 前記駆動回路および前記空間変調素子は、いずれも、平面板状を成しており、
前記駆動回路は、前記一次元配列の両端部のうちの一方に配置されるとともに、前記ハウジングの両端部のうち、対応する端部に配置され、
前記駆動回路および前記空間変調素子は、互いに正対する姿勢で配置されている（７）項に記載の画像表示装置。
【００２０】
（９） 前記画像光は、前記ハウジングの両端部のうち、前記駆動回路が配置されている端部とは反対側の端部から出射し
前記ＨＭＤは、さらに、前記ハウジングから出射する前記画像光を曲げて前記観察眼に誘導する反射部材を含み、
その反射部材は、前記ハウジングの、前記反対側の端部に装着されている（８）項に記載の画像表示装置。
【００２１】
（１０） 前記非重複領域は、その非重複領域の後方限界線が、前記観察眼の補助視覚の後方限界線に実質的に一致するように設定される（１）ないし（９）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００２２】
（１１） 前記ホルダは、前記ＨＭＤが、前記観察眼の前方に位置する使用位置と、前記観察眼の前方位置から退避した退避位置との間において回動可能であるように前記ＨＭＤを保持し、
前記使用位置と前記退避位置とのいずれも、前記条件を満たすように設定される（１）ないし（１０）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００２３】
（１２） 前記被装着部材は、観察者の前側において、観察者の頭部の左側面に接する左端垂直面と、右側面に接する右端垂直面との間を延びるフロント部を有し、
前記ホルダは、前記ＨＭＤを、前記フロント部の左右端部のうち前記観察眼に近いものに配置された軸線まわりに回動可能に保持する（１１）項に記載の画像表示装置。
【００２４】
（１３） 前記ホルダは、前記ＨＭＤを、垂直軸線まわりに回動可能に保持する（１１）または（１２）項に記載の画像表示装置。
【００２５】
（１４） 観察者に画像を表示する頭部装着型の画像表示装置であって、
画像信号に応じた画像光を観察者の両眼のうちの一方である観察眼に投射するために観察者の頭部に装着される単眼式のヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）と、
観察者の頭部に装着されている被装着部材に装着され、前記ＨＭＤを保持するホルダと
を含み、
観察者の両眼の２つの瞳孔を同時に通過して垂直に延びる基準面が設定されており、
前記ホルダは、前記ＨＭＤの全体が前記基準面より前方の領域に存在するという条件を満たす位置において前記ＨＭＤを保持し、それにより、観察者が、前記ＨＭＤの装着状態において、そのＨＭＤの物理的存在から受ける閉塞感を軽減する画像表示装置。
【発明の効果】
【００２６】
本発明者らは、ＨＭＤの位置をいろいろ変えてＨＭＤを観察者の頭部に装着するという実験を行った。その結果、種々の知見を得た。
【００２７】
例えば、観察眼の視野は、観察者の両眼のうち前記観察眼ではない眼である非観察眼の視野と重なり合う重複領域と、前記非観察眼の視野と重なり合うことなく単独で存在する非重複領域とを有している。前記ＨＭＤのうち前記重複領域内に存在する部分を前記観察眼から見た場合の第１投影面積が、前記ＨＭＤのうち前記非重複領域内に存在する部分を前記観察眼から見た場合の第２投影面積以上である場合には、そうでない場合より、観察者が、前記ＨＭＤの装着状態において、そのＨＭＤの物理的存在から受ける閉塞感が軽減されることが判明した。
【００２８】
また、観察者の両眼の２つの瞳孔を同時に通過して垂直に延びる基準面を設定した場合に、ＨＭＤの全体が、前記基準面より前方の領域に存在する場合には、そうでない場合より、観察者が、ＨＭＤの物理的存在から受ける閉塞感が軽減されることも判明した。
【００２９】
それらの知見に基づき、本発明によれば、観察者が、前記ＨＭＤの頭部装着状態において、そのＨＭＤの物理的存在から受ける閉塞感が軽減される位置に、ＨＭＤが観察眼に対して保持される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に従う画像表示装置を、それのＨＭＤを観察者の頭部に装着するために使用されるフレームと共に示す正面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１に示すＨＭＤを示す部分断面平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＨＭＤのＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図３（ａ）は、図１に示すＨＭＤを前記フレームと共に、使用位置と退避位置とについて示す平面図であり、図３（ｂ）は、図１に示すＨＭＤを前記フレームと共に、使用位置と退避位置とについて示す側面図である。
【図４】図４は、図１に示すＨＭＤが観察者の眼の視界の角度範囲に対する相対的な位置を説明するための平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のうちの一つを例として図面に基づいて詳細に説明する。
【００３２】
図１には、本発明の一実施形態に従う画像表示装置１０が、観察者の頭部に装着された状態で、正面図で示されている。この画像表示装置１０は、シースルー型のＨＭＤ１２と、ホルダ１４とを備えている。ＨＭＤ１２は、単眼式であり、画像を表す画像光を観察者の両眼のうちの一方である観察眼１６（他方の眼は、非観察眼１８）に投射するように構成されている。
【００３３】
観察者の頭部に被装着部材としてのフレーム２０が装着され、そのフレーム２０にホルダ１４が装着され、そのホルダ１４にＨＭＤ１２が装着される。ホルダ１４は、ＨＭＤ１２を、図１に示すように、垂直に延びる回動軸線まわりに回動可能に支持する。その結果、ＨＭＤ１２がホルダ１４を介して、フレーム２０に装着される。フレーム２０は、観察者の両耳にかけられる状態で観察者の頭部に装着される。このフレーム２０は、ＨＭＤ１２に専用のフレームである。
【００３４】
このフレーム２０は、それの基本的形状が、観察者の頭部に装着される通常の眼鏡に形状に似ていることに着目し、眼鏡型フレームと称することができる。通常の眼鏡は、一対のレンズと、それらレンズを接合するブリッジと、それらレンズとブリッジによって構成されるフロント部から延びる一対のテンプルとを含むように構成される。しかし、フレーム２０に代えて通常の眼鏡に、ホルダ１４を介してＨＭＤ１２を装着してもよい。
【００３５】
いずれにしても、ホルダ１４は、フレーム２０が眼鏡であり、かつ、その眼鏡にＨＭＤ１２が装着されることを想定した場合にそのＨＭＤ１２が観察眼１６に対して接近することとなる距離と実質的に同じ距離で接近するようにＨＭＤ１２を観察眼１６に対して位置決めする。
【００３６】
図２（ａ）には、ＨＭＤ１２が、それの中空のハウジング３０が破断された状態で平面図で示され、図２（ｂ）には、ＨＭＤ１２の、図２（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面図が示されている。ハウジング３０は、概して直線的に延びる外形を有している。このハウジング３０内に、板状の駆動回路４０と、空間変調素子としてのＬＣＤ（複数の画素が２次元的に並んだ液晶ディスプレイ）４２と、接眼光学系４４とを含む複数の部品が、ハウジング３０の長手方向に沿って一次元配列を成している。
【００３７】
その接眼光学系４４は、複数のレンズを有し、それらレンズは、同じ光軸を共有する。その光軸は、ハウジング３０の長手方向に平行に、かつ、ミラーなどの部品によってその方向が曲げられることなく、一直線に延びて、ＬＣＤ４２の中心点を通過する。
【００３８】
駆動回路４０は、図示しないケーブルを介して、ＬＣＤ４２に電気的に接続されている。駆動回路４０は、外部から入力される画像信号に基づいてＬＣＤ４２を駆動し、それにより、観察者に表示すべき画像を表す画像光をＬＣＤ４２から出射させる。ＬＣＤ４２は、バックライト光源を内蔵しているが、その光源に代えて、ＬＣＤ４２から独立した光源を用いてもよい。接眼光学系４４は、複数の光学素子としての複数のレンズが直列に並んだ一次元配列として構成されている。
【００３９】
なお付言するに、本実施形態においては、ＨＭＤ１２が空間変調型であるが、網膜走査型、すなわち、レーザ等、光源からの光束をスキャナによって走査し、その走査された光束を観察者の網膜に投射するものに変更してもよい。
【００４０】
駆動回路４０およびＬＣＤ４２は、いずれも、平面板状を成している。駆動回路４０は、前記一次元配列の両端部のうちの一方に配置されるとともに、ハウジング３０の両端部のうち、対応する端部（図２（ａ）においては、右側の端部）に配置されている。それら駆動回路４０およびＬＣＤ４２は、互いに平行に正対する姿勢で配置されている。
【００４１】
前記画像光は、ハウジング３０の両端部のうち、駆動回路４０が配置されている端部とは反対側の端部（図２（ａ）においては、左側の端部）から出射する。ＨＭＤ１２は、さらに、ハウジング３０から出射する画像光を曲げて観察眼１６に誘導する反射部材としてのハーフミラー５０を有している。そのハーフミラー５０は、ハウジング３０の両端部のうち、駆動回路４０が配置されている端部とは反対側の端部、すなわち、画像光が出射する端部（図２（ａ）においては、左側の端部）に回動可能に装着されている。
【００４２】
接眼光学系４４から出射する画像光は、ハーフミラー５０で反射して、観察眼１６の瞳孔６０を通過して、網膜（図示しない）に入射する。それにより、観察者が２次元画像を虚像として観察することが可能となる。観察眼１６には、ハーフミラー５０で反射した画像光のみならず、現実外界からの光（外光）がハーフミラー５０を透過して入射する。その結果、観察者は、画像光によって表示される画像の観察と並行して現実外界を観察することが可能である。
【００４３】
図１ならびに図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、フレーム２０は、観察者の前側において、フロント部７０を有する。そのフロント部７０は、観察者の頭部の左側面に接する左端垂直面（観察者の左耳を通過する垂直面）と、右側面に接する右端垂直面（観察者の右耳を通過する垂直面）との間を延びている。このフロント部７０にホルダ１４が装着されている。
【００４４】
具体的には、ホルダ１４は、ＨＭＤ１２を、フロント部７０の左右端部のうち観察眼１６に近いものに配置された垂直軸線（図１ならびに図３（ａ）および図３（ｂ）に示す回動軸線）まわりに回動可能に保持する。さらに、ホルダ１４は、図３（ａ）および図３（ｂ）ならびに図４に示すように、ＨＭＤ１２が、観察眼１６の前方に位置する使用位置と、観察眼１６の前方位置から退避した退避位置との間において、垂直な回動軸線まわりに回動可能であるようにＨＭＤ１２を保持する。
【００４５】
前述のように、本実施形態においては、フレーム２０が、観察者の頭部に装着される通常の眼鏡であり、かつ、その通常の眼鏡にＨＭＤ１２が装着されることを想定した場合にそのＨＭＤ１２が観察眼１６に対して接近することとなる距離と実質的に同じ距離で接近するように、ＨＭＤ１２が観察眼１６に対して位置決めされる。すなわち、ＨＭＤ１２が頭部装着型であるため、ＨＭＤ１２が観察眼１６に接近した位置に配置されるのである。また、ＨＭＤ１２がシースルー型であるため、観察眼１６の正面にハーフミラー５０が配置される。
【００４６】
このようなＨＭＤ１２のレイアウトが原因で、観察眼１６の視野のうちやや大きな領域が、ＨＭＤ１２によって遮蔽されてしまう。その結果、観察者は、ＨＭＤ１２の頭部装着状態において、そのＨＭＤ１２から閉塞感および圧迫感を感じ易い。
【００４７】
そこで、本発明者らは、本発明に先立ち、観察眼１６に対するＨＭＤ１２の位置および向きと、観察者が、ＨＭＤ１２の頭部装着状態において、そのＨＭＤ１２の物理的存在から受ける閉塞感および圧迫感の程度との関係について実験を行った。その結果、本発明者らは、その閉塞感および圧迫感を軽減するためにＨＭＤ１２が満たすべき４つの条件を知得した。
【００４８】
１．第１条件
本発明者らの研究によれば、図３（ａ）に示すように、観察者の両眼１６，１８の２つの瞳孔６０，６０を同時に通過して垂直に延びる基準面を設定した場合には、ＨＭＤ１２の全体が基準面より前方の領域に存在するという第１条件を満たすことが、観察者がＨＭＤ１２から受ける閉塞感および圧迫感を軽減するために望ましいことが判明した。
【００４９】
２．第２条件
図３（ａ）に示すように、水平方向における最大片眼視野については、観察眼１６についても非観察眼１８についても、左右のうちの一方の後方限界線は、補助視野の後方限界線（各眼の眼球の中心点を通過する前後中心線から例えば１００°だけ回転した位置）と一致し、左右のうちの他方の後方限界線は、観察者の鼻の位置および高さによって決まる。
【００５０】
また、図３（ｂ）に示すように、垂直方向における最大片眼視野については、観察眼１６についても非観察眼１８についても、各眼の眼球の中心点を通過する前後中心線から上側および下側にそれぞれ例えば６７．５°だけ回転した位置として決まる。
【００５１】
その結果、図３（ａ）に示すように、観察眼１６の視野は、非観察眼１８の視野と重なり合う重複領域と、非観察眼１８の視野と重なり合うことなく単独で存在する非重複領域とを有する。
【００５２】
本発明者らの研究によれば、ＨＭＤ１２のうち、重複領域内に存在する部分を観察眼１６から見た場合の第１投影面積が、ＨＭＤ１２のうち、非重複領域内に存在する部分を観察眼１６から見た場合の第２投影面積以上であるという第２条件を、前記第１条件と同時に満たすことが、観察者がＨＭＤ１２から受ける閉塞感および圧迫感を軽減するためにさらに望ましいことが判明した。
【００５３】
３．第３条件
本発明者らの研究によれば、ＨＭＤ１２のうちの実質的な全部が、観察眼１６の瞳孔６０を通過して前後方向に延びる垂直面の位置より、観察者の両耳のうち観察眼１６に近いものの側に偏った位置に位置するという第３条件を、前記第１条件および前記第２条件のうち少なくとも一つと同時に満たすことが、観察者がＨＭＤ１２から受ける閉塞感および圧迫感を軽減しつつ、観察者の視野を確保するためにさらに望ましいことが判明した。
【００５４】
この第３条件は、観察者の視野のうち視機能が最も優れた弁別視野（観察者によって最も良好に視認される視野）内に存在しないようにＨＭＤ１２を配置することにより、観察者の視野を確保するために重要な条件である。
【００５５】
４．第４条件
本発明者らの研究によれば、ＨＭＤ１２の使用位置と退避位置とのいずれにおいても、前記第１ないし第３条件のうちの少なくとも一つを満たすことが、観察者がＨＭＤ１２から受ける閉塞感を軽減するためにさらに望ましいことが判明した。
【００５６】
本実施形態においては、観察者がＨＭＤ１２から受ける閉塞感および圧迫感を最小化するために、上説明した４つの条件を同時に満たすように、ＨＭＤ１２の位置および向きが、観察眼１６の位置に対して相対的に設定され、その相対位置関係が実現されるように、ＨＭＤ１２を保持するホルダ１４の位置がフレーム２０に対して相対的に設定されている。
【００５７】
具体的には、図３（ａ）に示すように、ＨＭＤ１２の全体が、使用位置にあるか退避位置にあるかを問わず、基準面より前方に位置するように、ホルダ１４がＨＭＤ１２を保持する。これにより、ＨＭＤ１２のうちのいずれも部分も、基準面より後方の位置に存在せずに済む。
【００５８】
さらに、図４に示すように、使用位置にあるＨＭＤ１２のうち重複領域内に存在する部分を観察眼１６から見た場合の第１画角（平面視においては、θ１）が、使用位置にあるＨＭＤ１２のうち非重複領域内に存在する部分を観察眼１６から見た場合の第２画角（平面視においては、θ２）以上であるように、ホルダ１４がＨＭＤ１２を保持する。本実施形態においては、ＨＭＤ１２の断面積が、ＨＭＤ１２の長手方向におけるいずれの位置についても、ほぼ同一である。よって、第１画角θ１が第２画角θ２以上であることは、使用位置にあるＨＭＤ１２のうち重複領域内に存在する部分を観察眼１６から見た場合の第１投影面積が、使用位置にあるＨＭＤ１２のうち非重複領域内に存在する部分を観察眼１６から見た場合の第２投影面積以上であることを意味する。
【００５９】
なお付言するに、平面視において、第１画角θ１の角度範囲と第２画角θ２の角度範囲との間の境界線は、前記重複範囲と前記非重複範囲との間の境界線（すなわち、右眼視界の後方限界線と一致する。）と、使用位置にあるＨＭＤ１２のハウジング３０の、実線で示す外形線との交点を通過するように決定される。
【００６０】
さらに、退避位置にあるＨＭＤ１２のうち重複領域内に存在する部分を観察眼１６から見た場合の第１画角（平面視においては、ψ１）が、退避位置にあるＨＭＤ１２のうち非重複領域内に存在する部分を観察眼１６から見た場合の第２画角（平面視においては、ψ２）以上であるように、ホルダ１４がＨＭＤ１２を保持する。第１画角ψ１が第２画角ψ２以上であることは、退避位置にあるＨＭＤ１２のうち重複領域内に存在する部分を観察眼１６から見た場合の第１投影面積が、退避位置にあるＨＭＤ１２のうち非重複領域内に存在する部分を観察眼１６から見た場合の第２投影面積以上であることを意味する。
【００６１】
なお付言するに、平面視において、第１画角ψ１の角度範囲と第２画角ψ２の角度範囲との間の境界線は、前記重複範囲と前記非重複範囲との間の境界線（すなわち、右眼視界の後方限界線と一致する。）と、退避位置にあるＨＭＤ１２のハウジング３０の、二点鎖線で示す外形線との交点を通過するように決定される。
【００６２】
さらに、図１に示すように、ＨＭＤ１２のうちの実質的な全部が、観察眼１６の瞳孔６０を通過して前後方向に延びる垂直面の位置より、観察者の両耳のうち観察眼１６に近いもの（本実施形態においては、左耳）の側に偏った位置に位置するように、ホルダ１４がＨＭＤ１２を保持する。
【００６３】
さらに、図１に示すように、ＨＭＤ１２が、使用位置にあると退避位置にあるとを問わず、水平方向に延びるように、ホルダ１４がＨＭＤ１２を保持する。さらに、ＨＭＤ１２が、観察眼１６の瞳孔６０を通過する水平面上において、その水平面に沿って延びるように、ホルダ１４がＨＭＤ１２を保持する。
【００６４】
以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、ＨＭＤ１２の、観察眼１６に対する相対的な位置および向きが最適化されることにより、観察者が、ＨＭＤ１２が観察者の頭部に装着されている状態において、ＨＭＤ１２から受ける閉塞感および圧迫感が軽減される。
【００６５】
以上、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、これは例示であり、前記［発明の概要］の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察者に画像を表示する頭部装着型の画像表示装置であって、
画像信号に応じた画像光を観察者の両眼のうちの一方である観察眼に投射するために観察者の頭部に装着される単眼式のヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）と、
観察者の頭部に装着されている被装着部材に装着され、前記ＨＭＤを保持するホルダと
を含み、
前記観察眼の視野は、観察者の両眼のうち前記観察眼ではない眼である非観察眼の視野と重なり合う重複領域と、前記非観察眼の視野と重なり合うことなく単独で存在する非重複領域とを有しており、
前記ホルダは、前記ＨＭＤのうち前記重複領域内に存在する部分を前記観察眼から見た場合の第１投影面積が、前記ＨＭＤのうち前記非重複領域内に存在する部分を前記観察眼から見た場合の第２投影面積以上であるという条件を満たす位置において前記ＨＭＤを保持する画像表示装置。
【請求項２】
前記ホルダは、前記被装着部材が眼鏡または眼鏡型フレームであり、かつ、それら眼鏡または眼鏡型フレームに前記ＨＭＤが装着されることを想定した場合にそのＨＭＤが前記観察眼に対して接近することとなる距離と実質的に同じ距離で接近するように前記ＨＭＤを前記観察眼に対して位置決めする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記ＨＭＤは、概して直線的に延びる外形を有するハウジングを備えている請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記ホルダは、前記ＨＭＤを、水平方向に延びる姿勢で保持する請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記ホルダは、前記ＨＭＤを、前記観察眼の瞳孔を通過する水平面上において、その水平面に沿って延びる姿勢で保持する請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記ホルダは、前記ＨＭＤのうちの実質的な全部が、前記観察眼の瞳孔を通過して前後方向に延びる垂直面の位置より、観察者の両耳のうち前記観察眼に近いものの側に偏った位置に位置するという条件を満たす位置において前記ＨＭＤを保持する請求項１ないし５のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記ＨＭＤは、入射光を２次元空間的に変調して前記画像光を生成する空間変調素子と、その空間変調素子から出射する前記画像光が通過する複数の光学素子と、前記画像信号に応じて空間変調素子を駆動する駆動回路とを含む複数の部品が前記ハウジング内に収容されることによって構成されており、
前記複数の部品は、前記ハウジングの長手方向に沿って一次元配列を成している請求項１ないし６のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記駆動回路および前記空間変調素子は、いずれも、平面板状を成しており、
前記駆動回路は、前記一次元配列の両端部のうちの一方に配置されるとともに、前記ハウジングの両端部のうち、対応する端部に配置され、
前記駆動回路および前記空間変調素子は、互いに正対する姿勢で配置されている請求項７に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記画像光は、前記ハウジングの両端部のうち、前記駆動回路が配置されている端部とは反対側の端部から出射し
前記ＨＭＤは、さらに、前記ハウジングから出射する前記画像光を曲げて前記観察眼に誘導する反射部材を含み、
その反射部材は、前記ハウジングの、前記反対側の端部に装着されている請求項８に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記非重複領域は、その非重複領域の後方限界線が、前記観察眼の補助視覚の後方限界線に実質的に一致するように設定される請求項１ないし９のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記ホルダは、前記ＨＭＤが、前記観察眼の前方に位置する使用位置と、前記観察眼の前方位置から退避した退避位置との間において回動可能であるように前記ＨＭＤを保持し、
前記使用位置と前記退避位置とのいずれも、前記条件を満たすように設定される請求項１ないし１０のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記被装着部材は、観察者の前側において、観察者の頭部の左側面に接する左端垂直面と、右側面に接する右端垂直面との間を延びるフロント部を有し、
前記ホルダは、前記ＨＭＤを、前記フロント部の左右端部のうち前記観察眼に近いものに配置された軸線まわりに回動可能に保持する請求項１１に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記ホルダは、前記ＨＭＤを、垂直軸線まわりに回動可能に保持する請求項１１または１２に記載の画像表示装置。
【請求項１４】
観察者に画像を表示する頭部装着型の画像表示装置であって、
画像信号に応じた画像光を観察者の両眼のうちの一方である観察眼に投射するために観察者の頭部に装着される単眼式のヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）と、
観察者の頭部に装着されている被装着部材に装着され、前記ＨＭＤを保持するホルダと
を含み、
観察者の両眼の２つの瞳孔を同時に通過して垂直に延びる基準面が設定されており、
前記ホルダは、前記ＨＭＤの全体が前記基準面より前方の領域に存在するという条件を満たす位置において前記ＨＭＤを保持し、それにより、観察者が、前記ＨＭＤの装着状態において、そのＨＭＤの物理的存在から受ける閉塞感を軽減する画像表示装置。
【請求項１】
観察者に画像を表示する頭部装着型の画像表示装置であって、
画像信号に応じた画像光を観察者の両眼のうちの一方である観察眼に投射するために観察者の頭部に装着される単眼式のヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）と、
観察者の頭部に装着されている被装着部材に装着され、前記ＨＭＤを保持するホルダと
を含み、
前記観察眼の視野は、観察者の両眼のうち前記観察眼ではない眼である非観察眼の視野と重なり合う重複領域と、前記非観察眼の視野と重なり合うことなく単独で存在する非重複領域とを有しており、
前記ホルダは、前記ＨＭＤのうち前記重複領域内に存在する部分を前記観察眼から見た場合の第１投影面積が、前記ＨＭＤのうち前記非重複領域内に存在する部分を前記観察眼から見た場合の第２投影面積以上であるという条件を満たす位置において前記ＨＭＤを保持する画像表示装置。
【請求項２】
前記ホルダは、前記被装着部材が眼鏡または眼鏡型フレームであり、かつ、それら眼鏡または眼鏡型フレームに前記ＨＭＤが装着されることを想定した場合にそのＨＭＤが前記観察眼に対して接近することとなる距離と実質的に同じ距離で接近するように前記ＨＭＤを前記観察眼に対して位置決めする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記ＨＭＤは、概して直線的に延びる外形を有するハウジングを備えている請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記ホルダは、前記ＨＭＤを、水平方向に延びる姿勢で保持する請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記ホルダは、前記ＨＭＤを、前記観察眼の瞳孔を通過する水平面上において、その水平面に沿って延びる姿勢で保持する請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記ホルダは、前記ＨＭＤのうちの実質的な全部が、前記観察眼の瞳孔を通過して前後方向に延びる垂直面の位置より、観察者の両耳のうち前記観察眼に近いものの側に偏った位置に位置するという条件を満たす位置において前記ＨＭＤを保持する請求項１ないし５のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記ＨＭＤは、入射光を２次元空間的に変調して前記画像光を生成する空間変調素子と、その空間変調素子から出射する前記画像光が通過する複数の光学素子と、前記画像信号に応じて空間変調素子を駆動する駆動回路とを含む複数の部品が前記ハウジング内に収容されることによって構成されており、
前記複数の部品は、前記ハウジングの長手方向に沿って一次元配列を成している請求項１ないし６のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記駆動回路および前記空間変調素子は、いずれも、平面板状を成しており、
前記駆動回路は、前記一次元配列の両端部のうちの一方に配置されるとともに、前記ハウジングの両端部のうち、対応する端部に配置され、
前記駆動回路および前記空間変調素子は、互いに正対する姿勢で配置されている請求項７に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記画像光は、前記ハウジングの両端部のうち、前記駆動回路が配置されている端部とは反対側の端部から出射し
前記ＨＭＤは、さらに、前記ハウジングから出射する前記画像光を曲げて前記観察眼に誘導する反射部材を含み、
その反射部材は、前記ハウジングの、前記反対側の端部に装着されている請求項８に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記非重複領域は、その非重複領域の後方限界線が、前記観察眼の補助視覚の後方限界線に実質的に一致するように設定される請求項１ないし９のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記ホルダは、前記ＨＭＤが、前記観察眼の前方に位置する使用位置と、前記観察眼の前方位置から退避した退避位置との間において回動可能であるように前記ＨＭＤを保持し、
前記使用位置と前記退避位置とのいずれも、前記条件を満たすように設定される請求項１ないし１０のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記被装着部材は、観察者の前側において、観察者の頭部の左側面に接する左端垂直面と、右側面に接する右端垂直面との間を延びるフロント部を有し、
前記ホルダは、前記ＨＭＤを、前記フロント部の左右端部のうち前記観察眼に近いものに配置された軸線まわりに回動可能に保持する請求項１１に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記ホルダは、前記ＨＭＤを、垂直軸線まわりに回動可能に保持する請求項１１または１２に記載の画像表示装置。
【請求項１４】
観察者に画像を表示する頭部装着型の画像表示装置であって、
画像信号に応じた画像光を観察者の両眼のうちの一方である観察眼に投射するために観察者の頭部に装着される単眼式のヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）と、
観察者の頭部に装着されている被装着部材に装着され、前記ＨＭＤを保持するホルダと
を含み、
観察者の両眼の２つの瞳孔を同時に通過して垂直に延びる基準面が設定されており、
前記ホルダは、前記ＨＭＤの全体が前記基準面より前方の領域に存在するという条件を満たす位置において前記ＨＭＤを保持し、それにより、観察者が、前記ＨＭＤの装着状態において、そのＨＭＤの物理的存在から受ける閉塞感を軽減する画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１７３６６６（Ｐ２０１２−１７３６６６Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３７８５９（Ｐ２０１１−３７８５９）
【出願日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【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２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【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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