專利名稱：頭戴顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種佩戴在使用者頭部上使用的頭戴顯示器。
背景技術(shù)：
佩戴在頭部等身體上使用并在使用者的眼前顯示圖像的頭戴顯示器被應(yīng) 用于以虛擬現(xiàn)實(shí)為代表的顯示圖像用的各種領(lǐng)域。頭戴顯示器一般形成護(hù)目鏡 形狀、或大型眼鏡的框架形狀。此外，還有相對(duì)于眼鏡的框架形狀的佩戴構(gòu)件
可自由裝卸的、安裝在此佩戴構(gòu)件上使用的頭戴顯示器(以下稱為安裝式HMD (Head Mount Display))。此時(shí)的佩戴構(gòu)件有的是市場(chǎng)上出售的眼鏡。
安裝式HMD中有安裝于佩戴構(gòu)件的外側(cè)(比佩戴構(gòu)件的框架還要遠(yuǎn)離使用 者頭部的部分，例如眼鏡鏡片的前側(cè))的HMD和安裝于佩戴構(gòu)件的內(nèi)側(cè)(比佩 戴構(gòu)件的框架還要靠近使用者頭部的部分，例如眼鏡鏡片與使用者的眼鏡之間 的空間)的HMD。安裝于佩戴構(gòu)件外側(cè)的安裝式服D由于在佩戴構(gòu)件的外側(cè)有 大的空間，因此安裝到佩戴構(gòu)件上本身是容易的，但例如由于眼鏡鏡片的前方 有HMD，因此設(shè)計(jì)性或時(shí)尚性差。相反，安裝于佩戴構(gòu)件內(nèi)側(cè)的HMD的設(shè)計(jì)性、 時(shí)尚性出色，但由于空間的問題，因此需要在安裝到佩戴構(gòu)件的方法上想辦法。
考慮到HMD的普及，不能忽視設(shè)計(jì)性、時(shí)尚性。根據(jù)這點(diǎn)，本申請(qǐng)發(fā)明者 對(duì)安裝于佩戴構(gòu)件內(nèi)側(cè)的HMD進(jìn)行了研究。
將HMD配置于佩戴構(gòu)件的內(nèi)側(cè)時(shí)，最大的問題是HMD的小型化很難。例如， 安裝于佩戴構(gòu)件內(nèi)側(cè)的HMD至今仍有被提出，那樣的HMD例如在專利文獻(xiàn)等中 公開了幾種，但現(xiàn)狀是那樣的HMD別說(shuō)產(chǎn)品化，就是試制品也沒有令人滿意地 完成。小型化HMD、使其前后方向(與HMD安裝于使用者頭部時(shí)使用者的面部 的前后方向相同，本申請(qǐng)中一樣)的厚度小到那種程度是很難的。
因此，在將HMD安裝于佩戴構(gòu)件的內(nèi)側(cè)時(shí)，眼鏡等佩戴構(gòu)件會(huì)稍微(幾ram 幾cm左右)遠(yuǎn)離使用者的面部。
此時(shí)的問題在于鼻托。這是因?yàn)?，佩戴?gòu)件為了固定于使用者的頭部而多 數(shù)具有與通常的眼鏡所具有的鼻托同樣的鼻托，但在佩戴構(gòu)件遠(yuǎn)離使用者的面
部時(shí)，鼻托不再起作用，將佩戴構(gòu)件固定于使用者的頭部變得困難。 專利文獻(xiàn)1:日本專利特開2001-133724號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而作，其目的在于提供一種將頭戴顯示器安裝 于眼鏡等佩戴構(gòu)件的內(nèi)側(cè)時(shí)也能使用鼻托的技術(shù)。
為解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)發(fā)明者提出如下的頭戴顯示器。
該頭戴顯示器具有用于顯示圖像的顯示裝置和用于將該顯示裝置顯示的 圖像以規(guī)定的倍率放大后引導(dǎo)至使用者的眼睛的導(dǎo)光裝置，以位于呈眼鏡形狀 并佩戴于使用者頭部的佩戴構(gòu)件的內(nèi)側(cè)的形態(tài)安裝在該佩戴構(gòu)件上使用。此 外，此頭戴顯示器具有鼻托，在上述頭戴顯示器安裝在佩戴于使用者頭部的上 述佩戴構(gòu)件上的狀態(tài)下，上述鼻托與使用者的鼻子抵接。
由于此頭戴顯示器自身具有鼻托，因此即便由于頭戴顯示器安裝于眼鏡形 狀的佩戴構(gòu)件與使用者之間而使佩戴構(gòu)件遠(yuǎn)離使用者的面部，也容易使用頭戴 顯示器所具有的鼻托。
這樣在頭戴顯示器上設(shè)置鼻托的結(jié)構(gòu)不僅適用于安裝式(或后裝式)的頭 戴顯示器，也適用于頭戴顯示器相對(duì)于佩戴構(gòu)件不能自由裝卸、即以固定方式 安裝于佩戴構(gòu)件的產(chǎn)品。例如，如果準(zhǔn)備多種眼鏡狀的佩戴構(gòu)件，并將具有鼻 托的頭戴顯示器分別固定于這些佩戴構(gòu)件，那么佩戴構(gòu)件的設(shè)計(jì)就可以變得簡(jiǎn) 單。
也就是說(shuō)，頭戴顯示器朝佩戴構(gòu)件的安裝既可以是自由裝卸式的，也可以 是固定式的。
如上所述，可使頭戴顯示器相對(duì)于佩戴構(gòu)件自由裝卸。此種情形下，如果 將頭戴顯示器從佩戴構(gòu)件卸下，則佩戴構(gòu)件將不能利用設(shè)于頭戴顯示器的鼻 托。將頭戴顯示器形成為相對(duì)于佩戴構(gòu)件自由裝卸主要是由于要求佩戴構(gòu)件不僅與頭戴顯示器組合使用，還要作為單體使用，如果佩戴構(gòu)件作為單體使用時(shí) 不能利用設(shè)于頭戴顯示器的鼻托，則需要采用某些方法。 作為此方法的例子，可舉出下述的例子。
例如，可將頭戴顯示器具有的鼻托做成相對(duì)于上述頭戴顯示器自由裝卸、 并相對(duì)于卸下上述頭戴顯示器后的佩戴構(gòu)件自由裝卸的構(gòu)件。本發(fā)明中，通過 將頭戴顯示器具有的鼻托做成能從頭戴顯示器卸下后安裝于佩戴構(gòu)件的構(gòu)件， 使得頭戴顯示器具有的鼻托在頭戴顯示器從佩戴構(gòu)件卸下后也能使用。 '
此外，也可以考慮準(zhǔn)備一個(gè)在上述頭戴顯示器從上述佩戴構(gòu)件被卸下時(shí)能 安裝于上述佩戴構(gòu)件的、上述頭戴顯示器所具有的鼻托以外的鼻托。此時(shí)，頭 戴顯示器具有的鼻托不需要做成相對(duì)于頭戴顯示器自由裝卸。
此外，也可以最初就在佩戴構(gòu)件上設(shè)置頭戴顯示器所具有的鼻托以外的鼻 托。但是，此時(shí)可能需要將設(shè)于佩戴構(gòu)件的鼻托設(shè)計(jì)成在佩戴構(gòu)件上安裝有頭 戴顯示器時(shí)與頭戴顯示器不干涉。
至此的說(shuō)明中，將佩戴構(gòu)件和頭戴顯示器理解為分體形成的構(gòu)件，但也可 將他們理解為組合后的構(gòu)件。本申請(qǐng)中，將佩戴構(gòu)件與頭戴顯示器的組合體的 構(gòu)件理解為頭戴顯示器系統(tǒng)。
本申請(qǐng)發(fā)明的頭戴顯示器系統(tǒng)具有佩戴構(gòu)件，其呈眼鏡形狀，并佩戴于 使用者頭部；以及頭戴顯示器，其以位于上述佩戴構(gòu)件的內(nèi)側(cè)的形態(tài)安裝在 上述佩戴構(gòu)件上使用，并具有用于顯示圖像的顯示裝置和用于將該顯示裝置 顯示的圖像以規(guī)定的倍率放大后引導(dǎo)至使用者眼睛的導(dǎo)光裝置，上述頭戴顯示 器具有在將頭戴顯示器安裝在佩戴于使用者頭部的上述佩戴構(gòu)件上的狀態(tài)下 與使用者的鼻子抵接的鼻托。
本申請(qǐng)的頭戴顯示器系統(tǒng)中的頭戴顯示器既可以是固定地安裝于上述佩 戴構(gòu)件的構(gòu)件，也可以是相對(duì)于上述佩戴構(gòu)件自由裝卸的構(gòu)件。
上述佩戴構(gòu)件具有鏡腳，且其鏡腳也可以是直線型鏡腳。眼鏡狀結(jié)構(gòu)的佩 戴構(gòu)件多數(shù)具有與眼鏡同樣的鏡腳。眼鏡具有的最一般的鏡腳其前端部分(腳 套)從橫向看去朝下方彎曲，以便容易卡定在耳朵上，但是有的鏡腳的腳套幾 乎不朝下方彎曲。此種鏡腳稱為直線型鏡腳。佩戴構(gòu)件的鏡腳采用此種直線型鏡腳時(shí)具有以下的優(yōu)點(diǎn)。即，將頭戴顯示器安裝到佩戴構(gòu)件上時(shí)，如上所述佩 戴構(gòu)件從面部離開，將頭戴顯示器從佩戴構(gòu)件卸下時(shí)，佩戴構(gòu)件靠近面部。當(dāng) 存在這種佩戴構(gòu)件的前后方向的移動(dòng)時(shí)，如果鏡腳的腳套彎曲，則鏡腳的腳套 與使用者的耳朵會(huì)干涉。如果鏡腳為直線型鏡腳，則可以避免這種事態(tài)，因此 對(duì)使用者來(lái)說(shuō)使用感好。
本申請(qǐng)的頭戴顯示器系統(tǒng)中的上述頭戴顯示器具有的上述鼻托也可相對(duì) 于上述頭戴顯示器裝卸自由，且當(dāng)從上述頭戴顯示器卸下時(shí)，能裝卸自由地安 裝于卸下上述頭戴顯示器后的上述佩戴構(gòu)件。
本申請(qǐng)的頭戴顯示器系統(tǒng)中的上述佩戴構(gòu)件也可具有在上述頭戴顯示器 從該佩戴構(gòu)件卸下的狀態(tài)下佩戴于使用者的頭部時(shí)與使用者的鼻子抵接的、與 上述頭戴顯示器所具有的鼻托不同的鼻托。
本發(fā)明的頭戴顯示器也可以是下述的構(gòu)件。
例如，本發(fā)明的頭戴顯示器可以是使用者佩戴佩戴構(gòu)件時(shí)，從使用者的角 度來(lái)看顯示裝置與導(dǎo)光裝置連接成橫向并排的裝置。使用者佩戴佩戴構(gòu)件時(shí)從 使用者的角度來(lái)看顯示裝置和導(dǎo)光裝置配置成橫向并排的頭戴顯示器配置在 佩戴構(gòu)件的內(nèi)側(cè)時(shí)，能將其大致整體隱藏在佩戴構(gòu)件的內(nèi)側(cè)(佩戴構(gòu)件為眼鏡 時(shí)，眼鏡鏡片的背面?zhèn)?，大致能避免從佩戴構(gòu)件的上下看到頭戴顯示器的情 況。這有利于提高頭戴顯示器的設(shè)計(jì)性和時(shí)尚性。
頭戴顯示器也可以以顯示裝置位于佩戴構(gòu)件的橫向中間(例如，佩戴構(gòu)件 具有眼鏡鏡片時(shí)其中間位置)的形態(tài)安裝在佩戴構(gòu)件上。通過使安裝在佩戴構(gòu) 件上的頭戴顯示器的位置位于上述的位置，可使顯示裝置位于使用者的兩眼之 間，使顯示裝置從使用者的視野中完全消失(使用者不能清楚地看到顯示裝 置)。
導(dǎo)光裝置中能利用例如將圖像(用于顯示圖像的圖像光)在其內(nèi)部反射規(guī) 定的次數(shù)后引導(dǎo)至使用者的眼睛的自由曲面棱鏡。如果使用自由曲面棱鏡，則 能容易地實(shí)現(xiàn)頭戴顯示器整體的小型化。自由曲面棱鏡也可以是這樣的構(gòu)件
具有第1面、第2面、第3面及第4面的4個(gè)面，使顯示裝置發(fā)出的光通過第 l面，使通過第1面的光在第2面上反射，使第2面上反射的光在第3面上反射，使第3面上反射的光通過第4面，從而在改變引導(dǎo)至其內(nèi)部的光的方向的
同時(shí)放大顯示裝置顯示的圖像。此時(shí)的第1面至第4面可以是分別不連續(xù)的面， 但第1面至第4面中的至少兩個(gè)面(例如第2面和第4面)也可以是連續(xù)的平 滑連接的一個(gè)面。當(dāng)然，導(dǎo)光裝置并不局限于自由曲面棱鏡，也可使用具有改 變用于顯示圖像的圖像光的方向的功能(例如可用反射鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)這種功能)和 放大圖像的功能(例如可用透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)這種功能)的光學(xué)要素來(lái)構(gòu)成。此時(shí)， 導(dǎo)光裝置也可通過多個(gè)光學(xué)要素的組合來(lái)構(gòu)成。
本申請(qǐng)發(fā)明的頭戴顯示器也可具有使顯示裝置及導(dǎo)光裝置在佩戴構(gòu)件的 梁與樁頭(日文智)間滑動(dòng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)。由于具有移動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此從導(dǎo)光裝
置輸出的圖像的位置可變。因此，能根據(jù)使用者的眼睛的位置在最合適的位置 上提供圖像。移動(dòng)機(jī)構(gòu)例如能釆用具有一端與顯示裝置連接的齒條部和使用者 可操作的小齒輪部的結(jié)構(gòu)。通過小齒輪部的旋轉(zhuǎn)，齒條部移動(dòng)，顯示裝置及導(dǎo) 光裝置滑動(dòng)。
此外，頭戴顯示器還可具有使顯示裝置能在導(dǎo)光裝置的方向上移動(dòng)的調(diào)整
機(jī)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)中，通過根據(jù)使用者的視程(日文視度)將顯示裝置至導(dǎo)光 裝置的距離調(diào)整至最適合的距離，能向使用者提供視程被修正后的圖像。


圖1是表示將本實(shí)施方式的頭戴顯示器安裝到眼鏡上的狀態(tài)的圖。
圖2是頭戴顯示器安裝到眼鏡上的方法的說(shuō)明圖。
圖3是盒子的俯視圖。
圖4是表示盒子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的局部剖視圖。
圖5是移動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作說(shuō)明圖。
圖6是調(diào)整機(jī)構(gòu)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。
圖7是調(diào)整機(jī)構(gòu)的動(dòng)作說(shuō)明圖。
圖8是自由曲面棱鏡內(nèi)的導(dǎo)光路的說(shuō)明圖。
圖9是從后方所見的本實(shí)施方式的頭戴顯示器的圖。
圖10a是從前方所見的在安裝有本實(shí)施方式的頭戴顯示器的狀態(tài)下的眼鏡的圖。
圖10b是從前方所見的在安裝有本實(shí)施方式的頭戴顯示器的狀態(tài)下的眼 鏡的圖。
圖11是本發(fā)明的自由曲面棱鏡的變形例的結(jié)構(gòu)圖。
圖12是本發(fā)明的自由曲面棱鏡的變形例的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的一種理想的實(shí)施方式。
本實(shí)施方式的頭戴顯示器1是安裝在如圖1所示的眼鏡框架形狀的眼鏡 100上使用的安裝型的HMD。本實(shí)施方式中，頭戴顯示器1安裝于眼鏡100的 后方。使用時(shí)，頭戴顯示器1位于使用者的面部與眼鏡100之間。因此除使用 者以外很難知道頭戴顯示器1的存在。
眼鏡100相當(dāng)于本申請(qǐng)中的佩戴構(gòu)件，采用眼鏡框架101內(nèi)嵌有眼鏡鏡片 102的與通常的眼鏡相同的結(jié)構(gòu)。眼鏡鏡片102可以有度數(shù)也可以沒有度數(shù)， 此外無(wú)色透明或有色透明都可以。眼鏡框101具有左右眼鏡腿103、左右邊框 104和連接左右邊框104的梁105。左右眼鏡腿103分別通過鉸鏈與左右邊框 104連接，可將眼鏡腿103以與邊框104平行的朝向折疊。可以通過將眼鏡腿 103的前端分別卡定在使用者的雙耳上或通過2條眼鏡腿103夾住使用者的頭 部將眼鏡100固定在使用者的頭部。
本實(shí)施方式中，安裝于眼鏡100的頭戴顯示器1位于眼鏡100的后方，此 時(shí)眼鏡100必須從使用者的面部向前方移動(dòng)，因此眼鏡腿103的長(zhǎng)度比通常的 眼鏡框架稍長(zhǎng)，以便在此狀態(tài)下也可使眼鏡腿103卡在使用者的耳朵上。
圖1所示例中，眼鏡腿103的前端向下方彎曲，以便容易卡定在使用者的 耳朵上，但眼鏡腿103的前端也可以是直線狀。即眼鏡腿103也可以是直線型 鏡腳。將眼鏡腿103做成直線狀可使使用者對(duì)眼鏡腿103的感覺與頭戴顯示器 1是否安裝在眼鏡100上無(wú)關(guān)，保持不變。圖1中，將采用直線型鏡腳的變形 例中的眼鏡腿103的例子以103S表示。
頭戴顯示器1具有內(nèi)置有顯示器的盒子10、通過可動(dòng)部16與盒子10連接的左右的自由曲面棱鏡20、與盒子10連接的鼻托30。
盒子10沒有必要局限于此，但本實(shí)施方式中安裝在眼鏡100的梁105上。 盒子10在被安裝于眼鏡100時(shí)，位于眼鏡100的后方。自由曲面棱鏡20與盒 子10連接成在使用者佩戴眼鏡100時(shí)，從使用者的角度來(lái)看與盒子10橫向并 排。鼻托30安裝在比盒子10更靠后方的位置上。在將安裝有頭戴顯示器1的 眼鏡100佩戴在使用者的頭部上時(shí)，鼻托30與使用者的鼻子抵接，防止眼鏡 100的錯(cuò)位。顯示器顯示的圖像被自由曲面棱鏡20以規(guī)定的倍率放大，從自由 曲面棱鏡20朝后方輸出。朝后方輸出的圖像進(jìn)入佩戴眼鏡100的使用者的眼 中。在本實(shí)施方式中，圖像從自由曲面棱鏡20的點(diǎn)線圍起的區(qū)域(參照?qǐng)D9) 輸出。
頭戴顯示器1如圖2所示安裝在眼鏡100上。在眼鏡100的梁105上形成 有第1安裝構(gòu)件40。本實(shí)施方式中，第1安裝構(gòu)件40由與梁105連接的第1 軸部40a和設(shè)于第1軸部40a前端的第1球部40b構(gòu)成。第1安裝構(gòu)件40也 可與眼鏡100形成一體。眼鏡100使用通用的眼鏡框架時(shí)，第1安裝構(gòu)件40 當(dāng)然與眼鏡100分體形成。此時(shí)第1安裝構(gòu)件40通過粘結(jié)劑等安裝到眼鏡100 上。
在頭戴顯示器1的盒子10上，更詳細(xì)而言是在安裝到眼鏡100上時(shí)與眼 鏡100相對(duì)側(cè)的面上形成有第1嵌合孔10a。將頭戴顯示器1安裝到眼鏡100 上時(shí)，第1安裝構(gòu)件40的第1球部40b與第1嵌合孔10a嵌合。這些構(gòu)成所 謂的球節(jié)。
此外在盒子10的設(shè)有第1嵌合孔10a的面的相反側(cè)的面上形成有與第1 安裝構(gòu)件40結(jié)構(gòu)、大小相同的第2安裝構(gòu)件50。第2安裝構(gòu)件50由與盒子 10連接的第2軸部50a及設(shè)于第2軸部50a前端的第2球部50b構(gòu)成。第2 安裝構(gòu)件50可與盒子10形成一體，但也可做成通過粘結(jié)劑等安裝到盒子10 上的結(jié)構(gòu)。
在鼻托30的與盒子10連接的一側(cè)形成有第2嵌合孔30a。第2嵌合孔30a 與第1嵌合孔10a大小相同。在將鼻托30安裝到盒子10上時(shí)，第2安裝構(gòu)件 50的第2球部50b與第2嵌合孔30a嵌合。這些構(gòu)成所謂的球節(jié)。第1安裝構(gòu)件40與第2安裝構(gòu)件50、第1嵌合孔10a與第2嵌合孔30a 分別形狀、大小相同。因此第1安裝構(gòu)件40的第1球部40b也可與第2嵌合 孔30a嵌合。由此，也可除去盒子IO、可動(dòng)部16及自由曲面棱鏡20，只將鼻 托30直接安裝在眼鏡100上。眼鏡100與鼻托30的組合體可與通常的眼鏡一 樣地使用。
接著對(duì)頭戴顯示器1進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖3是從圖1中的上側(cè)所見的頭戴顯示器1的圖。
盒子10是大致矩形的中空結(jié)構(gòu)。盒子10并非必須是樹脂制的，但本實(shí)施 方式中是樹脂制的。盒子10的上表面設(shè)有用于調(diào)整視程的視程調(diào)整鈕12和用 于調(diào)整自由曲面棱鏡20的位置的棱鏡位置調(diào)整鈕13。
視程調(diào)整鈕12用于通過其操作使盒子10內(nèi)部的顯像在圖像的光軸方向上 進(jìn)退動(dòng)作。本實(shí)施方式中，為了能分別調(diào)整左右眼睛的視程而設(shè)置了2個(gè)視程 調(diào)整鈕12。
棱鏡位置調(diào)整鈕13用于通過其操作使自由曲面棱鏡20的位置相對(duì)于盒子 IO在規(guī)定的范圍內(nèi)移動(dòng)。棱鏡位置調(diào)整鈕13的附近設(shè)有刻度，以便能直接感 知與棱鏡位置調(diào)整鈕13的操作量相對(duì)應(yīng)的自由曲面棱鏡20的移動(dòng)量。
圖4是表示盒子10的內(nèi)部、從上面看盒子10的局部剖視圖
在盒子10內(nèi)設(shè)有視程調(diào)整鈕12，視程調(diào)整板ll，顯示器14，控制電 路板15，將視程調(diào)整鈕12、視程調(diào)整板11、顯示器14及控制電路板15包容 在內(nèi)部并與自由曲面棱鏡20連接的可動(dòng)部16，以及小齒輪部17。
本實(shí)施方式中，對(duì)可動(dòng)部16及自由曲面棱鏡20分別設(shè)置兩個(gè)的情形進(jìn)行 了說(shuō)明，但并非必須這樣，這些也可分別設(shè)置一個(gè)。就是說(shuō)頭戴顯示器l并非 必須是雙眼用的裝置，也可以是只具有右眼用或左眼用的可動(dòng)部16及自由曲 面棱鏡20的右眼用或左眼用的裝置。
顯示器14是顯示圖像的構(gòu)件，本實(shí)施方式中為矩形的液晶顯示器，但不 局限于此。顯示器14安裝在可動(dòng)部16上，使其在使用者佩戴眼鏡100時(shí)，從 使用者的角度來(lái)看其短邊方向?yàn)榭v向，相對(duì)于眼鏡鏡片102的寬度方向傾斜， 并且將圖像以規(guī)定的角度射入到自由曲面棱鏡20的一面上?？刂齐娐钒?5是控制顯示器14顯示的圖像的構(gòu)件?？刂齐娐钒?5將用
于顯示圖像的數(shù)據(jù)送到顯示器14，在顯示器14上顯示合適的圖像?？刂齐娐?板15從未圖示的外部裝置獲取關(guān)于圖像的數(shù)據(jù)，并將其顯示在顯示器14上。 控制電路板15通過有線或無(wú)線傳輸從未圖示的外部裝置獲取關(guān)于圖像的數(shù)據(jù)。 外部裝置例如可使用硬盤播放器、DVD播放器、電視播放用的調(diào)諧器、 個(gè)人電腦、手機(jī)、用于玩電腦游戲的游戲裝置、具有圖像處理功能的MP3 播放器等。
在可動(dòng)部16上，顯示器14和自由曲面棱鏡20安裝成使來(lái)自顯示器14 顯示的圖像的圖像光以規(guī)定的角度射入到自由曲面棱鏡20的一面上。
可動(dòng)部16形成有齒條部16a，使其與小齒輪部17接觸。各齒條部16a 在朝向小齒輪部17的面上形成有齒。
小齒輪部17與棱鏡位置調(diào)整鈕13連接，棱鏡位置調(diào)整鈕13旋轉(zhuǎn)時(shí)，小 齒輪部17也隨之旋轉(zhuǎn)。小齒輪部17為圓柱形，在側(cè)面上形成有與圓柱的軸 向平行的齒。小齒輪部17的齒與齒條部16a的齒嚙合。小齒輪部17旋轉(zhuǎn) 時(shí)，對(duì)應(yīng)其旋轉(zhuǎn)的量和方向，齒條部16a沿齒條部16a的長(zhǎng)度方向移動(dòng)。
如圖5所示，將棱鏡位置調(diào)整鈕13向左旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒條部16a的基端朝 從小齒輪部17分離的方向移動(dòng)，2個(gè)可動(dòng)部16朝分離的方向滑動(dòng)。相反， 將棱鏡位置調(diào)整鈕13向右旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒條部16a的基端朝向小齒輪部17靠近 的方向移動(dòng)，2個(gè)可動(dòng)部16朝靠近的方向滑動(dòng)。由于可動(dòng)部16與自由曲面 棱鏡20連接，因此隨著此可動(dòng)部16的滑動(dòng)，自由曲面棱鏡20也同樣地滑 動(dòng)。這樣，通過旋轉(zhuǎn)棱鏡位置調(diào)整鈕13，即使在將盒子10安裝到眼鏡100上 后，也可使安裝在可動(dòng)部16上的自由曲面棱鏡20在梁105與眼鏡100的樁頭 之間滑動(dòng)。隨著自由曲面棱鏡20的滑動(dòng)，從自由曲面棱鏡20輸出的圖像的位 置也滑動(dòng)。由此能使圖像的輸出位置與使用者的眼睛位置相協(xié)調(diào)。本實(shí)施方式 中，利用上述的機(jī)構(gòu)，通過一個(gè)棱鏡位置調(diào)整鈕13的動(dòng)作使兩個(gè)自由曲面棱 鏡20 (導(dǎo)光裝置)的移動(dòng)左右對(duì)稱地同時(shí)進(jìn)行。根據(jù)兩眼間的距離使導(dǎo)光裝置 左右對(duì)稱地同時(shí)移動(dòng)也可不利用上述的機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但總之是方便的。
小齒輪部17也可與棱鏡位置調(diào)整鈕13構(gòu)成一體。被可動(dòng)部16包容在內(nèi)部的視程調(diào)整鈕12和視程調(diào)整板11構(gòu)成用于通過 改變從顯示器14到自由曲面棱鏡20的距離來(lái)提供與使用者的視力相協(xié)調(diào)的圖 像的調(diào)整機(jī)構(gòu)。圖6是放大可動(dòng)部16來(lái)詳細(xì)說(shuō)明調(diào)整機(jī)構(gòu)的圖。圖7是用于 說(shuō)明調(diào)整機(jī)構(gòu)動(dòng)作的圖。
視程調(diào)整鈕12采用朝盒子10的外部突出的頭部形成有槽，中部有彎成曲 柄狀的曲柄部12a的結(jié)構(gòu)。在頭部的槽內(nèi)插入平板旋轉(zhuǎn)時(shí)，曲柄部12a繞旋轉(zhuǎn) 中心旋轉(zhuǎn)。
視程調(diào)整板11的一邊與控制電路板15連接，在與該邊相對(duì)的邊的附近設(shè) 有在該邊的延伸方向上設(shè)有長(zhǎng)邊并經(jīng)倒棱的矩形狀的調(diào)整孔lla。視程調(diào)整鈕 12的曲柄部12a貫通設(shè)置在調(diào)整孔lla內(nèi)。調(diào)整孔lla的短邊長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)此曲柄 部12a的大小形成。
在圖7的狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)視程調(diào)整鈕12時(shí)，曲柄部12a繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)。由 于曲柄部12a貫通調(diào)整孔lla，因此在曲柄部12a旋轉(zhuǎn)時(shí)，調(diào)整孔lla對(duì)應(yīng)其 動(dòng)作獲得朝控制電路板15方向的加載。由此，視程調(diào)整板ll朝對(duì)控制電路板 15加載的方向移動(dòng)?？刂齐娐钒?5移動(dòng)時(shí)，顯示器14朝靠近自由曲面棱鏡 20的方向移動(dòng)。通過使顯示器14與自由曲面棱鏡20之間的距離變化，能根據(jù) 使用者的視力調(diào)整圖像的視程。
由于視程調(diào)整鈕12旋轉(zhuǎn)，因此視程調(diào)整板11的動(dòng)作為活塞狀。因此不會(huì) 發(fā)生顯示器14動(dòng)作過度而與自由曲面棱鏡20碰撞、互相破損的情況。使用者 在使用時(shí)能旋轉(zhuǎn)視程調(diào)整鈕12使顯示器14的位置調(diào)整至最適合自己眼睛的視 程的位置。
圖8是說(shuō)明自由曲面棱鏡20的導(dǎo)光路的圖。自由曲面棱鏡20在將顯示器 14發(fā)出的光引導(dǎo)至使用者的至少一只眼睛的同時(shí)放大顯示器14顯示的圖像。
自由曲面棱鏡20釆用具有分別為自由曲面的第1面S1、第2面S2、第3 面S3的三個(gè)面并且截面為大致三角形狀的結(jié)構(gòu)。
第1面Sl面對(duì)顯示器14，使顯示器14顯示的圖像中的顯示器14發(fā)出的 光通過并引導(dǎo)至自由曲面棱鏡20的內(nèi)部。顯示器14發(fā)出的光在通過第1面Sl 時(shí)折射，變化成使顯示器14顯示的圖像放大。第2面S2設(shè)成反射(通常是全反射)通過第1面Sl的光。通過第1面 Sl的光被第2面S2反射后，其方向發(fā)生大的改變，此外，變化成使顯示器14 顯示的圖像放大。第2面S2還使第3面S3反射的光通過。對(duì)此將在后面說(shuō)明。
第3面S3設(shè)成使第2面S2反射的光反射。第2面S2反射的光被第3面 S3反射后，其方向發(fā)生大的改變，此外，變化成使顯示器14顯示的圖像放大。 第3面S3上發(fā)生的反射既可以是全反射，也可以是金屬反射。當(dāng)?shù)?面S3上 發(fā)生的反射是全反射時(shí)，第3面S3的曲面設(shè)計(jì)成被第2面S2反射的光在到達(dá) 第3面S3時(shí)的入射角為全反射角以下。第3面S3上發(fā)生的反射是金屬反射時(shí)， 金屬例如通過蒸鍍附著在第3面S3的外側(cè)。在第3面S3的外側(cè)也可形成電介 質(zhì)多層膜以替代附著金屬。此時(shí)的反射通過電介質(zhì)多層膜進(jìn)行。
如上所述被第3面S3反射的光再次朝向第2面S2并通過第2面S2。通 過第2面S2的光在通過第2面S2時(shí)折射，變化成使顯示器14顯示的圖像放 大。顯示器14顯示的圖像如圖9所示顯示在自由曲面棱鏡20的點(diǎn)線部分。
在將盒子10安裝到眼鏡100上時(shí)，如上所述的自由曲面棱鏡20的至少一 部分在使用頭戴顯示器1時(shí)位于使用者的至少一只眼睛的前方，自由曲面棱鏡 20與盒子IO連接成使顯示器14發(fā)出的光射入使用者的眼中。
從佩戴眼鏡100的使用者的角度來(lái)看，自由曲面棱鏡20并不是與盒子10 縱向連接，而是配置成與其橫向連接。S卩，頭戴顯示器l整體的形狀為橫向伸 展的形狀。
圖10a、圖10b分別是表示從前方所見的安裝有頭戴顯示器1的眼鏡100 的圖。
如這些圖所示，從前方看安裝有頭戴顯示器1的眼鏡100時(shí)，頭戴顯示器 1基本都隱藏在眼鏡鏡片102的后方。
本實(shí)施方式的頭戴顯示器1中，由于主體10與自由曲面棱鏡20被連接成 橫向并排，因此在將盒子10安裝到眼鏡100的后方時(shí)，能使頭戴顯示器l的 大部分從眼鏡100的前方看不到。g卩，能極力減少頭戴顯示器1從眼鏡100的 露出量，不會(huì)損害到設(shè)計(jì)性。
此外，由于本實(shí)施方式的頭戴顯示器1不會(huì)遮擋使用者的上下方向的視野，因此即便是看自由曲面棱鏡20顯示的圖像時(shí)，自由曲面棱鏡20的周圍依
然可見，雖然其有些模糊。因此，即便是視線朝向自由曲面棱鏡20的狀態(tài)也 能進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作，很便利。此外，即便是視線朝向自由曲面棱鏡20的狀態(tài) 也能看清腳下，可以行走。除此之外，如果將視線從自由曲面棱鏡20移開， 就能看清周圍。
接著對(duì)此頭戴顯示器1的使用方法進(jìn)行說(shuō)明。
使用此頭戴顯示器1時(shí)，將安裝有頭戴顯示器1的眼鏡100固定于使用者 的頭部。通過將安裝于眼鏡100的第1安裝構(gòu)件40具有的第1球部40b嵌合 到設(shè)在頭戴顯示器1的盒子10上的第1嵌合孔10a內(nèi)，將頭戴顯示器1安裝 于眼鏡IOO。此外，如上所述，通過將眼鏡100的眼鏡腿103卡定在使用者的 耳朵上、或用眼鏡100的眼鏡腿103夾住使用者頭部，將安裝有頭戴顯示器l 的眼鏡100固定到使用者的頭部。
在將眼鏡100固定到使用者的頭部前將鼻托30安裝到頭戴顯示器1上。 通過將頭戴顯示器1的盒子10具有的第2球部50b與設(shè)于鼻托30的第2嵌合 孔30a嵌合，將鼻托30安裝到頭戴顯示器1上。
在此狀態(tài)下，使用者操作上述的外部裝置，將頭戴顯示器l應(yīng)顯示的圖 像的數(shù)據(jù)輸入到頭戴顯示器1中?？刂齐娐钒?5根據(jù)圖像的數(shù)據(jù)在顯示器14 上顯示圖像。
顯示器14顯示的圖像的光從顯示器14出發(fā)、輸入自由曲面棱鏡20的第 1面S1面。在自由曲面棱鏡20內(nèi)，光如圖8所示從第2面S2射出。通過射出 的光，使用者用雙眼看到變成適當(dāng)大小的圖像。
需要時(shí)，使用者通過操作視程調(diào)整鈕12，在使從顯示器14射向自由曲面 棱鏡20的光的入射角不發(fā)生變化的同時(shí)能使顯示器14相對(duì)于自由曲面棱鏡20 靠近或遠(yuǎn)離。B卩，能使顯示器14在顯示器發(fā)出的光的射出方向(光軸方向) 上進(jìn)退動(dòng)作。由此，能調(diào)整至顯示與使用者的視力相協(xié)調(diào)的圖像。
此外，使用者通過操作棱鏡位置調(diào)整鈕13將自由曲面棱鏡20的位置移動(dòng) 到與使用者的兩眼間的距離相應(yīng)的位置，能將自由曲面棱鏡20的位置調(diào)整至 使用者容易看見圖像的位置。此外，使用者通過佩戴未圖示的耳機(jī)能聽到與圖像同步的聲音。 在不使用頭戴顯示器1時(shí)，使用者將頭戴顯示器1從眼鏡100上卸下。此
外將從眼鏡100卸下的頭戴顯示器1上卸下的鼻托30安裝到眼鏡100上。由 此，使用者能將眼鏡100作為通常的眼鏡使用。
通過將安裝于眼鏡100的第1安裝構(gòu)件40具有的第1球部40b與設(shè)于鼻 托30的第2嵌合孔30a的嵌合，將鼻托30安裝到眼鏡100上。
作為以上的實(shí)施方式的變形例能舉出以下的例子。
在本實(shí)施方式中，記述為盒子10安裝于眼鏡100的梁105的大致中心位 置，但并不局限于此，盒子10也可安裝于眼鏡100的其他部分。
此外，作為本發(fā)明的導(dǎo)光裝置，在本實(shí)施方式中說(shuō)明的是使用截面呈 大致三角形狀的自由曲面棱鏡20的裝置，但也可將其他形狀的自由曲面棱 鏡或自由曲面棱鏡以外的構(gòu)件作為導(dǎo)光裝置使用。只要是至少一部分在使 用頭戴顯示器1時(shí)位于使用者的至少一只眼睛之前、能將顯示器14發(fā)出的光 引導(dǎo)至使用者的至少一只眼睛、并能放大顯示器14顯示的圖像，導(dǎo)光裝置使 用任何構(gòu)件都可以。
例如，也可以代替上述的自由曲面棱鏡20而使用這樣的自由曲面棱鏡 具有第1面、第2面、第3面和第4面的4個(gè)面，使顯示器14發(fā)出的光通過 第1面，使通過第1面后的光在第2面上反射，使在第2面上反射后的光在第 3面上反射，使在第3面上反射后的光通過第4面，從而使引導(dǎo)至自由曲面棱 鏡內(nèi)部的光的方向變化的同時(shí)放大顯示器14顯示的圖像。第1面至第4面可 以是分別不連續(xù)的面，但第1面至第4面中的至少兩個(gè)面也可以是連續(xù)的平滑 連接的一個(gè)面。上述的自由曲面棱鏡20中，第2面和第4面是連續(xù)的平滑連 接的一個(gè)面。
此外，本發(fā)明的導(dǎo)光裝置也可如圖ll所示，具有放大從顯示器14發(fā)出 的圖像的第1透鏡71，使第1透鏡71發(fā)出的光反射、改變其光的方向的第l 反射鏡72，將第1反射鏡72反射的光反射、改變其光的方向的第2反射鏡73， 以及使第2反射鏡73發(fā)出的光透過的同時(shí)放大圖像的第2透鏡74。反射的次 數(shù)及圖像放大到何種程度由顯示器14與使用者的眼睛的位置關(guān)系等決定。此外，導(dǎo)光裝置也可如圖12所示，具有自由曲面棱鏡20、透鏡75和 透鏡76中的至少一方。透鏡75和透鏡76用于放大顯示器14顯示的圖像。對(duì) 這些透鏡75、透鏡76是板狀透鏡時(shí)的情形進(jìn)行說(shuō)明，但并不局限于此，只要 是局部折射率不同的具有透鏡的功能的透鏡都可以。此種情形下，透鏡75安 裝于顯示器14與自由曲面棱鏡20的第1面Sl之間的任一位置，使得顯示器 14發(fā)出的光通過透鏡75輸入自由曲面棱鏡20的第1面Sl 。通過透鏡75的光 在通過時(shí)折射，變化成使顯示器14顯示的圖像放大。即，通過這樣的透鏡75， 在射入自由曲面棱鏡20前，能放大顯示器14顯示的圖像。此外，透鏡76貼 在自由曲面棱鏡20的第2面S2的外側(cè)，從自由曲面棱鏡20的第2面S2射出 的來(lái)自顯示器14的光通過透鏡76射入使用者的眼中。通過透鏡76的光在通 過時(shí)折射，變化成使顯示器14顯示的圖像放大。即，通過這樣的透鏡76，能 將從自由曲面棱鏡20射出的顯示在顯示器14上的圖像放大至合適的大小，射 入使用者的眼中。
此外，本實(shí)施方式中，盒子IO采用了具有調(diào)整視程的視程調(diào)整鈕12和調(diào) 整自由曲面棱鏡20的位置的棱鏡位置調(diào)整鈕13的結(jié)構(gòu)，但是這些構(gòu)件不是必 須的，也可采用不具有這些構(gòu)件的結(jié)構(gòu)。
此外，上述的實(shí)施方式中，眼鏡100可自由裝卸地安裝在頭戴顯示器1 上。但是，眼鏡100并非必須可自由裝卸地安裝在頭戴顯示器1上。在制造眼 鏡100上安裝有頭戴顯示器1的頭戴顯示器系統(tǒng)的階段，兩者的安裝可以是固 定式的。此時(shí)，相對(duì)于頭戴顯示器l的盒子10進(jìn)行的鼻托30的安裝最好也是 固定式的。這是因?yàn)?，如果頭戴顯示器1是固定在眼鏡100上的，則眼鏡IOO 始終與頭戴顯示器1 一起使用，因而沒有必要特地使鼻托30與頭戴顯示器1 分離。頭戴顯示器1朝眼鏡100的安裝、或鼻托30朝頭戴顯示器1的盒子10 的安裝為固定式時(shí)，在上述安裝中可采用使用粘結(jié)劑粘結(jié)、使用螺釘螺合等合 適的方法而不采用球節(jié)。
此外，即使在頭戴顯示器1相對(duì)于眼鏡100可自由裝卸時(shí)，鼻托30相對(duì) 于頭戴顯示器1的盒子10的安裝也可以是固定式的。此時(shí)，在將頭戴顯示器1 從眼鏡100卸下的狀態(tài)下，不能將安裝在頭戴顯示器1的盒子10上的鼻托30安裝到眼鏡100上。因此，需要準(zhǔn)備一個(gè)可安裝到卸下頭戴顯示器l后的眼鏡 100上的、頭戴顯示器l所具有的鼻托以外的鼻托。此時(shí)使用的鼻托采用與上
述實(shí)施方式中說(shuō)明的鼻托30相同的結(jié)構(gòu)即可。如果將與上述實(shí)施方式中說(shuō)明 的鼻托相同的鼻托安裝到卸下頭戴顯示器1后的眼鏡100上，則可將眼鏡100 作為通常的眼鏡使用。或者，也可以考慮最初便將頭戴顯示器l所具有的鼻托 以外的鼻托以固定方式安裝在眼鏡100上。只要此鼻托具有不妨礙頭戴顯示器 1朝眼鏡100安裝的形狀、大小，并安裝在不妨礙頭戴顯示器1朝眼鏡100安 裝的位置上，則也可以是與安裝在通常的眼鏡上的鼻托并無(wú)不同的鼻托。如果 眼鏡100最初就具有鼻托，則卸下頭戴顯示器1后的眼鏡100作為通常的眼鏡 使用不會(huì)存在不便。
此外，上述的安裝有頭戴顯示器1的眼鏡100在本實(shí)施方式中記述為是具 有梁105的眼鏡，但并不局限于此，也可以是如圖10b所示的沒有梁的眼鏡。 此外，眼鏡100也可以不是市場(chǎng)上賣的眼鏡，而是頭戴顯示器l專用的眼鏡。 例如，也可以是耳機(jī)內(nèi)置于眼鏡100的眼鏡腿的眼鏡。
權(quán)利要求
1.一種頭戴顯示器，以位于呈眼鏡形狀并佩戴于使用者頭部的佩戴構(gòu)件的內(nèi)側(cè)的形態(tài)安裝在該佩戴構(gòu)件上使用，具有用于顯示圖像的顯示裝置和用于將該顯示裝置顯示的圖像以規(guī)定的倍率放大后引導(dǎo)至使用者的眼睛的導(dǎo)光裝置，其特征在于，所述頭戴顯示器具有鼻托，當(dāng)將所述頭戴顯示器安裝在佩戴于使用者頭部的所述佩戴構(gòu)件上時(shí)，所述鼻托與使用者的鼻子抵接。
2. 如權(quán)利要求1所述的頭戴顯示器，其特征在于，所述頭戴顯示器朝所述佩戴構(gòu)件的安裝可自由裝卸地進(jìn)行。
3. 如權(quán)利要求2所述的頭戴顯示器，其特征在于，所述鼻托相對(duì)于所述 頭戴顯示器可自由裝卸，且相對(duì)于卸下所述頭戴顯示器后的佩戴構(gòu)件可自由裝 卸地安裝。
4. 如權(quán)利要求2所述的頭戴顯示器，其特征在于，所述頭戴顯示器具有 在所述頭戴顯示器從所述佩戴構(gòu)件被卸下時(shí)能安裝到所述佩戴構(gòu)件上的、所述 頭戴顯示器所具有的鼻托以外的鼻托。
5. —種頭戴顯示器系統(tǒng)，具有佩戴構(gòu)件，該所述頭戴顯示器呈眼鏡形狀，并佩戴于使用者頭部；以及 頭戴顯示器，該頭戴顯示器以位于所述佩戴構(gòu)件的內(nèi)側(cè)的形態(tài)安裝在所 述佩戴構(gòu)件上使用，并具有用于顯示圖像的顯示裝置和用于將該顯示裝置顯 示的圖像以規(guī)定的倍率放大后引導(dǎo)至使用者的眼睛的導(dǎo)光裝置，其特征在于，所述頭戴顯示器具有鼻托，在將頭戴顯示器安裝在佩戴于使用者頭部的所 述佩戴構(gòu)件上的狀態(tài)下，所述鼻托與使用者的鼻子抵接。
6. 如權(quán)利要求5所述的頭戴顯示器系統(tǒng)，其特征在于，所述頭戴顯示器 朝所述佩戴構(gòu)件的安裝可自由裝卸地進(jìn)行。
7. 如權(quán)利要求5所述的頭戴顯示器系統(tǒng)，其特征在于，所述佩戴構(gòu)件具 有鏡腳，且該鏡腳為直線型鏡腳。
8. 如權(quán)利要求6所述的頭戴顯示器系統(tǒng)，其特征在于，所述頭戴顯示器具有的所述鼻托相對(duì)于所述頭戴顯示器可自由裝卸，且當(dāng)從所述頭戴顯示器卸 下時(shí)，能裝卸自由地安裝于卸下所述頭戴顯示器后的所述佩戴構(gòu)件。
9.如權(quán)利要求6所述的頭戴顯示器系統(tǒng)，其特征在于，所述佩戴構(gòu)件具 有與所述頭戴顯示器所具有的鼻托不同的鼻托，當(dāng)所述佩戴構(gòu)件在所述頭戴顯 示器從該佩戴構(gòu)件卸下的狀態(tài)下佩戴于使用者頭部時(shí)，所述佩戴構(gòu)件的鼻托與 使用者的鼻子抵接。
全文摘要
一種安裝在眼鏡上的頭戴顯示器。頭戴顯示器(1)具有內(nèi)置有顯示器的盒子(10)和自由曲面棱鏡(20)。在頭戴顯示器(1)的盒子(10)上安裝有鼻托(30)。頭戴顯示器(1)在盒子(10)被安裝在眼鏡(100)的梁(105)上的狀態(tài)下使用。此時(shí)，安裝于盒子(10)的鼻托(30)起到眼鏡(100)的鼻托的作用。
文檔編號(hào)H04N5/64GK101627622SQ20078005206
公開日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月9日
發(fā)明者山本正男 申請(qǐng)人:斯卡拉株式會(huì)社