JP2008134471A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外装部材に対する変形や、外部からの衝撃を考慮して、映像表示を行うための構成が一体化された表示ユニットを外装部材に取り付けること。
【解決手段】 ＨＭＤ１０１は、ユーザの左右の目に対して画像を投影する為の構成が一体化された表示ユニット３０１と、左右の方向における表示ユニット３０１の中央部分でもって表示ユニット３０１を軸支する外装部材３０２とを備える。更にＨＭＤ１０１は、左右の方向における表示ユニット３０１の両端部と外装部材３０２との間に設けられる弾性部材３０８を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、表示装置に関するものである。

近年、液晶等の映像表示素子に表示された映像を拡大し、観察者の眼前に表示することで、大画面映像を観察可能とした、頭部装着型映像表示装置が開発されている。

図５は、特許文献１に開示されている映像表示装置の構成を示す図である。

装置本体１の外装フレーム２の内側には、観察者Ｍの左右それぞれの眼Ｅに対応した映像を表示する二次元映像表示素子であるＬＣＤ３が左右一対配置されている。それぞれのＬＣＤ３の背後にはＬＣＤ３を照明する一対のバックライト４が配置されており、ＬＣＤ３の下方にはＬＣＤ３からの映像を両眼Ｅにそれぞれ拡大して導く一対のプリズム５が配置されている。そして、ＬＣＤ３に表示された映像は、観察者Ｍの両眼Ｅの前にそれぞれの観察光軸Ｌを介して導かれ、両プリズム５を通る間に拡大されて両眼Ｅの前に浮かぶようにそれぞれ投影される。

また、映像表示装置の本体部を外装に固定する方法としては、特許文献２に開示がある。図６は、特許文献２に開示されている映像表示装置における、本体部を外装部に取り付ける仕組みを示す図である。

本体部２２の略中心部には位置決め部２２ｂを配置し、外装部１４ａに対して位置決めを行い、本体部２２の略中心位置の１箇所２２ｃで外装部１４ａ側の穴部１４ｃに対してネジ４２で固定する。また、本体部２２、外装部１４ａの左右両端部には、本体部２２が回転するのを防ぐための回り止め部材２２ｆ、１４ｆが設置されており、周り止め部材２２ｆを周り止め部材１４ｆの凹部にはめ込むことで固定する。

係る構成により、外装部１４ａが変形した場合でも、その力は本体部２２には伝達されず、光軸ずれ等の問題点が発生するのを防ぐことが可能となる。
特開平11-174988号公報 特開平10-293265号公報

しかしながら、特許文献２で開示されている技術では、外装部１４ａにおける両端部の回り止め１４ｆは、外装部１４ａに加えられた力を本体部２２に伝達させないようにするため、ある一定量のクリアランスを設定する必要がある。即ち、周り止め部材２２ｆを周り止め部材１４ｆの凹部に対してはめ込む際に、周り止め部材２２ｆに対する遊びの領域が必要となる。

ここで、この遊びがない場合、即ち、回り止め１４ｆのクリアランスが狭いと、周り止め部材２２ｆは隙間なく周り止め部材１４ｆの凹部に対してはめ込まれることになる。この場合、外装部１４ａに加えられた外力は周り止め部材２２ｆを介して本体部２２まで伝わってしまい、本体部２２が変形してしまうことが考えられる。本体部２２が変形すると、左右の光軸がずれてしまう恐れがある。左右の光軸は、厳密に調整されており、光軸がずれた状態のまま映像を観察すると、観察者は映像の観察を負担に感じ、最悪の場合、頭痛、船酔い現象等の身体的な影響が発生してしまう。

一方、この遊びが十分にある場合、即ち周り止め部材１４ｆのクリアランスを広く取りすぎてしまうと、振動、落下等の衝撃力が加えられた時に周り止め部材１４ｆ、２２ｆに強い力がかかり、やはり左右の光軸がずれてしまう等の問題点が発生する恐れがある。

以上のことから、両端部を適正なクリアランスに設定することが難しく、適正な組立が難しいという問題が生じる。

本発明は以上の問題に鑑みてなされたものであり、外装部材に対する変形や、外部からの衝撃を考慮して、映像表示を行うための構成が一体化された表示ユニットを外装部材に取り付けることを目的とする。

本発明の目的を達成するために、例えば、本発明の表示装置は以下の構成を備える。

即ち、ユーザの頭部に装着する表示装置であって、
前記ユーザの左右の目に対して画像を投影する為の構成が一体化された表示ユニットと、
前記左右の方向における前記表示ユニットの中央部分でもって前記表示ユニットを軸支する、前記表示装置の外装部材と、
前記左右の方向における前記表示ユニットの両端部と前記外装部材との間に設けられる弾性部材と
を備えることを特徴とする。

本発明の目的を達成するために、例えば、本発明の表示装置は以下の構成を備える。

即ち、ユーザの頭部に装着する表示装置であって、
前記ユーザの右目に対して画像を投影する為の右目用ユニットと、左目に対して画像を投影する為の左目用ユニットと、を有する表示ユニットと、
前記表示ユニットを取り付ける、前記表示装置の外装部材と
を備え、
前記表示ユニットにおいて前記左目用ユニットと前記右目用ユニットとの間には、前記取り付ける方向に対して第１の穴部が設けられてると共に、前記表示ユニットの両端部には、前記取り付ける方向に対してそれぞれ第２の穴部が設けられており、
前記外装部材には、前記第１の穴部を遊貫するための第１の凸部と、前記それぞれの第２の穴部を洞貫するための第２の凸部とが設けられており、
更に前記表示装置は、
前記第２の凸部の根本部に設けられる弾性部材を備える
ことを特徴とする。

本発明の構成により、外装部材に対する変形や、外部からの衝撃を考慮して、映像表示を行うための構成が一体化された表示ユニットを外装部材に取り付けることができる。

以下添付図面を参照して、本発明をその好適な実施形態に従って詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１は、現実空間と仮想空間とが合成された空間（複合現実空間）をユーザに提示する為のシステムの機能構成を示すブロック図である。

同図に示す如く、本実施形態に係るシステムは、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）１０１、位置姿勢センサ１０７、計測部１０８、コンピュータ１００、カメラ１０３により構成されている。

先ず、ＨＭＤ１０１について説明する。ＨＭＤ１０１は周知の通り頭部装着型映像表示装置の一例であり、ユーザ１９９の頭部に装着する表示装置である。ＨＭＤ１０１の詳細については後述する。

次に、位置姿勢センサ１０７、計測部１０８について説明する。位置姿勢センサ１０７は、自身の位置姿勢に応じた信号を後段の計測部１０８に送出するものである。計測部１０８は受けた信号に基づいて位置姿勢センサ１０７の位置姿勢を求め、求めた位置姿勢を示すデータを、後段のコンピュータ１００に送出する。なお、位置姿勢センサ１０７、計測部１０８を用いて位置姿勢センサ１０７の位置姿勢を求める為の技術については周知のものであるので、これについての説明は省略する。

次に、カメラ１０３について説明する。カメラ１０３は現実空間の動画像を撮像するものであり、撮像した各フレームの画像（現実空間画像）は、後段のコンピュータ１００に送出する。なお、一般にはこのカメラ１０３はＨＭＤ１０１に備わっているものであり、ＨＭＤ１０１を頭部に装着するユーザ１９９の視点（目）の位置近傍に取り付けられるものである。また、カメラ１０３は、その撮像方向がユーザ１９９の視線方向と略一致するようにＨＭＤ１０１に取り付けられるものである。

次に、コンピュータ１００について説明する。同図に示す如く、コンピュータ１００は、ＣＧ生成部１０６、合成部１０５、信号処理部１０４により構成されている。

ＣＧ生成部１０６は、仮想空間を構成する各仮想物体を配置することで仮想空間を構成する。そして、計測部１０８から受けたデータが示す位置姿勢を有する視点を仮想空間中に配置し、配置した視点から見える仮想空間の画像（ＣＧ）を生成する。生成した仮想空間の画像データは後段の合成部１０５に送出する。

信号処理部１０４は、カメラ１０３から受けた現実空間画像を受け、周知の様々な補正処理などを行った結果、後段の合成部１０５に送出する。

合成部１０５は、信号処理部１０４から受けた現実空間画像上に、ＣＧ生成部１０６から受けた仮想空間画像を描画することで、合成画像を生成する。なお、現実空間画像上に仮想空間画像が重畳された合成画像を生成するための処理については様々なものがあり、本実施形態では特定の方法に限定するものではない。

合成部１０５は更に、この生成した合成画像を、ＨＭＤ１０１に適合する適切な画像信号に変換し、変換した画像信号をＨＭＤ１０１に送出する。これにより、ＨＭＤ１０１が有する表示画面上には、この画像信号に基づいた合成画像が表示されることになる。

図２は、ＨＭＤ１０１内に搭載された、映像を表示するための構成（映像表示部）を光軸に平行な断面で切断した図である。

同図において２０２は、入射された直線偏光光線の偏光方向を変えて反射させることで２次元の映像を表示する反射型の液晶パネルである。

２２０は、上記反射型の液晶パネル２０２を照明する光源装置としての光源ユニットである。

光源ユニット２２０から射出された光線は、ハーフミラー２１３で反射され、上記反射型の液晶パネル２０２に入射する。反射型の液晶パネル２０２は、表示された映像情報に応じて入射光の偏光方向を変化させ、入射光を反射させる。反射された光線は、再びハーフミラー２１３を透過し、偏光板２０５を透過することで、観察可能な映像となる。偏光板２０５を透過した光線は、レンズ２１２、プリズム２１１によって拡大され、観察者の眼球ＥＰに射出される。

次に、ＨＭＤ１０１内に備わっている上記映像表示部を、ＨＭＤ１０１の外装部材に取り付けるための構成について説明する。

図３は、映像表示部（映像表示ユニット）を、外装部材に取り付けるための構成について記した図である。

３０１は、ＨＭＤ１０１を頭部に装着するユーザ１９９の右目に対して映像を投影する為の右目用ユニット３０１ｂと、左目に対して映像を投影する為の左目用ユニット３０１ａと、が一体化されている映像表示ユニットである。右目用ユニット３０１ｂ、左目用ユニット３０１ａはそれぞれ図２に示したような構成を有している。もちろん、右目用ユニット３０１ｂ、左目用ユニット３０１ａの構成は係る構成に限定するものではない。

係る説明で本質とするところは、ＨＭＤ１０１を頭部に装着するユーザ１９９の両目に対して映像を投影するための構成が一体化されたものが映像表示ユニット３０１であるということである。

更に、映像表示ユニット３０１の左右方向（同図矢印３９９が示す方向）における映像表示ユニット３０１の中央部分には、映像表示ユニット３０１を外装部材３０２に取り付ける方向（同図矢印３９８が示す方向）に対して穴部３０３が設けられてる。ここで、映像表示ユニット３０１の左右方向とは、換言すれば、ＨＭＤ１０１を頭部に装着するユーザ１９９の両目位置を通る方向に沿った方向である。また、「中央部分」とはこの場合、右目用ユニット３０１ｂと左目用ユニット３０１ａとの間の位置であればよい。しかし、映像表示ユニット３０１が１つのユニットで構成されている場合には、この映像表示ユニット３０１における左右方向の中央部分となる。

更に、映像表示ユニット３０１の左右方向における両端部には、上記取り付ける方向に対してそれぞれ穴部３０５が設けられている。係る穴部３０５は、映像表示ユニット３０１をねじで外装部材３０２に固定するためにねじを通す穴部である。

一方、ＨＭＤ１０１の外装部材３０２には、上記穴部３０３を遊貫するための凸部（ボス）３０４が設けられており、係る凸部３０４を穴部３０３に通すことで、映像表示ユニット３０１をこの凸部３０４でもって軸支することになる。更に外装部材３０２には、それぞれの穴部３０５を洞貫するための凸部（ねじ止め用のボス）３０７が設けられている。凸部３０７の内部にはねじの溝が設けられており、矢印３９８が示す方向から穴部３０５に挿入されたねじは、この凸部３０７の内部で閉まるように構成されている。凸部３０６は固定ボスであり、その径は凸部３０７や穴部３０５よりも大きい。

係る構成において、映像表示ユニット３０１を外装部材３０２に対して固定する（取り付ける）場合、先ず、凸部３０４を穴部３０３に通した後、映像表示ユニット３０１を凸部３０４周りに回転させたりして、映像表示ユニット３０１の位置決めを行う。

位置決めが終わると、今度は穴部３０５に対して凸部３０７を通すのであるが、凸部３０７の根本部には、弾性部材３０８を設ける。同図では、筒状の弾性部材３０８を凸部３０７に通し、その後で凸部３０７を穴部３０５に通す。これにより、映像表示ユニット３０１の両端部は、弾性部材３０８を介して外装部材３０２に対して固定されていることになる。

そして最後に、矢印３９８の方向にねじを穴部３０５を介して凸部３０７の穴部に挿入し、締める。

ここで弾性部材３０８について説明する。弾性部材３０８は例えばゴムブッシュであり、硬度３０〜４０のゴム硬度を使用することが望ましい。これ以下の硬度の場合、外装部材３０２に加えられた力を吸収することができず、外力がそのまま映像表示ユニット３０１まで伝達してしまう恐れがある。またゴム硬度５０以上では、弾性部材３０８は衝撃的に加えられた力は吸収できるが、外装部材３０２の捩れ等の力は吸収せずに映像表示ユニット３０１にそのまま伝達してしまう。そのためゴム硬度３０〜４０程度の弾性部材３０８を使用することで、外装部材３０２に加えられた外力を吸収する構成とすることが望ましい。

以上の説明により、本実施形態によれば、映像表示ユニット３０１の略中央部で外装部材３０２に対して位置決めし、両端部でゴム硬度３０〜４０程度の弾性部材３０８を介して外装部材３０２に対して固定する構成とした。これにより、外装部材３０２に加えられた力が映像表示ユニット３０１まで加わることはなく、光軸ずれ等の問題点を発生させることを防ぐことが可能となる。

なお、穴部３０３の位置についてであるが、図３に示した位置に限定するものではなく映像表示ユニット３０１の左右方向における映像表示ユニット３０１の中央部分であれば、上下方向の位置は適宜変更しても良い。

また、映像表示ユニット３０１の両端部と外装部材３０２との間に弾性部材３０８をどのようにして用いるのかについては、適宜変形例が考えられる。

［第２の実施形態］
本実施形態では、第１の実施形態とは異なる構成でもって、映像表示ユニット３０１を外装部材３０２に対して固定する。

図４は、映像表示ユニット３０１を外装部材３０２に取り付けるための構成について記した図である。なお、同図において図３に示したものと同じものについては同じ番号を付けており、その説明は省略する。

本実施形態が第１の実施形態と異なるのは、映像表示ユニット３０１に設けられた穴部の形状にある。図４に示す如く、映像表示ユニット３０１の左右方向における映像表示ユニット３０１の中央部分には穴部３０３の代わりに、左右方向（同図Ｘ軸方向）よりも上下方向（同図Ｙ軸方向）に長い穴部４０２が設けられている。係る穴部４０２の形状は、この穴部４０２に凸部３０４を通した場合における映像表示ユニット３０１の左右方向のずれを規制するものである。

更に、映像表示ユニット３０１の左右方向における両端部には穴部３０５の代わりに、上下方向よりも左右方向に長い穴部４０３が設けられている。係る穴部４０３の形状は、この穴部４０３に凸部３０７を通した場合における映像表示ユニット３０１の上下方向のずれを規制するものである。

以上の構成により、穴部４０２、４０３に対してそれぞれ凸部３０４、３０７を挿入することで、映像表示ユニット３０１を外装部材３０２に対して左右方向、上下方向のずれなく固定することができる。

係る構成で映像表示ユニット３０１を外装部材３０２に対して固定した場合に、この外装部材３０２に外力が加えられ、図４に示されているＹ軸回りに外装部材３０２がたわんだ場合について説明する。係る状況において、穴部４０３の形状は上述の通り、上下方向よりも左右方向に長いので、左右方向のみで凸部３０６が動くことになる。これにより、変形の外力は映像表示ユニット３０１には伝達されない。また、この外装部材３０２を変形させる力は、弾性部材３０８が変形することで吸収される。

また、係る構成で映像表示ユニット３０１を外装部材３０２に対して固定した場合に、この外装部材３０２に外力が加えられ、図４に示されているＸ軸回りに外装部材３０２がたわんだ場合について説明する。係る状況において変形するのは、映像表示ユニット３０１を外装部材３０２に固定している座面の範囲内だけであり、その変形量は、ごくわずかである。そのため、Ｘ軸回りの変形が映像表示ユニット３０１へ伝達することは、考慮しなくても問題ないと考えられる。

その他、図４中のＺ軸回りの力も考えられるが、このようなＨＭＤ１０１は、薄く縦長な構成が多いので、Ｚ軸回りは他の軸と比較して断面２次モーメントが大きく、力に対してほとんど変形しない。そのため、Ｚ軸回りに外装部材３０２が変形することは、あまり考慮する必要がなく、この方向へは嵌合で外装部材３０２と映像表示ユニット３０１とを位置決めすることが可能となる。

以上の説明のように、本実施形態によれば、映像表示ユニット３０１の略中央部で水平方向の位置決めを行い、両端部で垂直方向の位置決めを行う。更に、両端部の垂直方向の位置決めを、ゴム硬度３０〜４０程度の弾性部材３０８を介して固定したことで、外装部材３０２に対して映像表示ユニット３０１が正確に位置決め可能となる。そして更に、外装部材３０２の変形は弾性部材３０８で吸収され、映像表示ユニット３０１まで加わることがないため、光軸ずれ等の問題点を防ぐことが可能となる。

現実空間と仮想空間とが合成された空間（複合現実空間）をユーザに提示する為のシステムの機能構成を示すブロック図である。 ＨＭＤ１０１内に搭載された、映像を表示するための構成（映像表示部）を光軸に平行な断面で切断した図である。 映像表示部（映像表示ユニット）を、外装部材に取り付けるための構成について記した図である。 映像表示ユニット３０１を外装部材３０２に取り付けるための構成について記した図である。 特許文献１に開示されている映像表示装置の構成を示す図である。 特許文献２に開示されている映像表示装置における、本体部を外装部に取り付ける仕組みを示す図である。

Claims (6)

1. ユーザの頭部に装着する表示装置であって、
   前記ユーザの左右の目に対して画像を投影する為の構成が一体化された表示ユニットと、
   前記左右の方向における前記表示ユニットの中央部分でもって前記表示ユニットを軸支する、前記表示装置の外装部材と、
   前記左右の方向における前記表示ユニットの両端部と前記外装部材との間に設けられる弾性部材と
   を備えることを特徴とする表示装置。
2. 前記表示ユニットは、
   外部からの画像信号に基づいた表示を行う表示部と、
   前記表示部に表示された画像を光学的に拡大して投影する光学系と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記表示ユニットの中央部分には、前記表示ユニットを前記外装部材に取り付ける方向に対して第１の穴部が設けられてると共に、前記左右の方向における前記表示ユニットの両端部には、前記取り付ける方向に対してそれぞれ第２の穴部が設けられており、
   前記外装部材には、前記第１の穴部を遊貫するための第１の凸部と、前記それぞれの第２の穴部を洞貫するための第２の凸部とが設けられており、
   前記弾性部材は、前記第２の凸部の根本部に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
4. 前記第１の穴部は、前記左右の方向よりも上下の方向に長い形状を有し、前記第２の穴部は、前記上下の方向よりも左右の方向に長い形状を有する、ことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
5. 前記弾性部材は、ゴム硬度３０以上４０以下のゴム部材により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
6. ユーザの頭部に装着する表示装置であって、
   前記ユーザの右目に対して画像を投影する為の右目用ユニットと、左目に対して画像を投影する為の左目用ユニットと、を有する表示ユニットと、
   前記表示ユニットを取り付ける、前記表示装置の外装部材と
   を備え、
   前記表示ユニットにおいて前記左目用ユニットと前記右目用ユニットとの間には、前記取り付ける方向に対して第１の穴部が設けられてると共に、前記表示ユニットの両端部には、前記取り付ける方向に対してそれぞれ第２の穴部が設けられており、
   前記外装部材には、前記第１の穴部を遊貫するための第１の凸部と、前記それぞれの第２の穴部を洞貫するための第２の凸部とが設けられており、
   更に前記表示装置は、
   前記第２の凸部の根本部に設けられる弾性部材を備える
   ことを特徴とする表示装置。

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