(57)【要約】【課題】  装着者の移動範囲が限定されることがなく、表示部を頭部に追従させることが可能となる頭部への表示部の装着機構を提供すること。【解決手段】  装着機構を、表示部１を頭部に装着する頭部装着部と、頭部以外の身体に装着し、頭部装着部の重量の一部を支持する重量支持部９と、頭部装着部が頭部の動きに追従して可動するように、頭部装着部と重量支持部とを連結する連結部材６とで構成する。【選択図】  図１
2007049684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示部を頭部に装着する頭部装着部と、前記頭部以外の身体に装着され、前記頭部装着部の重量の一部を支持する重量支持部と、前記頭部装着部が頭部の動きに追従して可動するように、前記頭部装着部と前記重量支持部とを連結する連結部材とを有することを特徴とする装着機構。
【請求項２】
前記連結部材は、弾性を有する部材であることを特徴とする請求項１記載の装着機構。
【請求項３】
前記連結部材は、複数のアーム部材と、前記アーム部材を駆動するアクチュエータとを有することを特徴とする請求項１記載の装着機構。
【請求項４】
前記頭部装着部と前記重量支持部の少なくとも一方は、ユニバーサルジョイントを介して前記連結部材に連結されることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の装着機構。
【請求項５】
前記頭部装着部の重心と前記ユニバーサルジョイントの位置が、鉛直線上で一致するように構成されていることを特徴とする請求項４記載の装着機構。
【請求項６】
前記重量支持部は、肩支持部であることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の装着機構。
【請求項７】
前記頭部装着部は、中央の軸に対して回動自在に設けられ、且つ前記表示部を支持する支持部材を有し、該支持部材の両端部と、前記肩支持部の左右の肩に対応する部分とは、それぞれユニバーサルジョイントを介し、一対の前記連結部材によって連結されていることを特徴とする請求項６記載の装着機構。
【請求項８】
前記頭部装着部と前記肩支持部とは、ユニバーサルジョイントを介し、前記頭部装着部の前頭部側から後頭部側にわたって設けられた前記連結部材によって連結されていることを特徴とする請求項６記載の装着機構。
【請求項９】
前記連結部材は、前記頭部装着部に連結される第１アーム部材と、前記肩支持部に連結される第２アーム部材と、前記頭部装着部と前記第１アーム部材との連結部に設けられる第１アクチュエータと、前記第１アーム部材と前記第２アーム部材との連結部に設けられる第２アクチュエータと、前記第２アーム部材と前記肩支持部との連結部に設けられる第３アクチュエータと、前記頭部装着部の荷重の方向を検出するセンサーとを有し、前記第１アクチュエータ、第２アクチュエータ、第３アクチュエータが、前記センサーの出力を用いて駆動されることを特徴とする請求項６記載の装着機構。
【請求項１０】
使用者に画像を表示する表示部と、該表示部を頭部に装着する請求項１〜９いずれかに記載の装着機構とを有することを特徴とする頭部装着型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示部の頭部への装着機構及びその装着機構を用いた頭部装着型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドマウントディスプレイ（Ｈｅａｄ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ）と呼ばれる種類の視覚装置が、ビデオ映像やパーソナルコンピュータの画面を観察することを目的として使用されている。従来、この種の装置の頭部への装着機構として、例えば、頭部を締め付けるゴーグルタイプや、頭部全体を覆って保持するヘルメットタイプのものが知られている。
【０００３】
特許文献１では、ゴーグルタイプにおける頭部の締め付け感を軽減させ、あるいはヘルメットタイプの窮屈感、着脱の煩わしさ等を軽減させるため吸着装着型ヘッドマウンテッドディスプレイの提案がなされている。この例では、表示部を顔面に密着させ、吸引ポンプにより内部圧力を低下させて装着するようにされている。その際、小さい吸引力でも保持できるように、一定の空間内において自在に運動可能な支持部材を設け、他端を机などに固定して装置重量を軽減させる構成が採られている。また、特許文献２では、装置の重量による肩こりや疲労を軽減するため、表示部を頭部に保持せずに肩に架けて使用するタイプのものが提案されている。
【特許文献１】特開平８−１２５９４８号公報
【特許文献２】特開平８−２９７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した特許文献１のものでは、装置重量を軽減させるため、連結部材の他端を机などの固定物に支持されていることから、一定の空間内でしか移動ができない。また、上記した特許文献２の肩に架けて使用する従来例のものでは、表示部が頭部に保持されていないだけでなく支持部に対しても可動でないため、装着者が頭を動かした場合に表示部がそれに追従しない。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑み、装着者の移動範囲が限定されることがなく、表示部等を頭部に追従させることが可能となる頭部装着機構を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の装着機構は、例えばヘッドマウントディスプレイの装着機構として好適なものである。例示的な本発明の装着機構は、表示部を頭部に装着する頭部装着部と、頭部以外の身体に装着し、頭部装着部の重量の一部を支持する重量支持部と、頭部装着部が頭部の動きに追従して可動するように、頭部装着部と重量支持部とを連結する連結部材とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、首への負担を軽減し、装着者の移動範囲が限定されることがなく、表示部を頭部に追従させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。
【０００９】
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用し、表示部を備えた頭部装着部と肩部装着部（重量支持部）とを有する頭部装着型映像表示装置を構成した。図１に、本実施例における頭部装着型映像表示装置の斜視図を示す。また、図２に、本実施例における頭部装着型映像表示装置の上面図を示す。
【００１０】
図１において、１は表示部、２は装着部、３は位置調整つまみ、４は前頭部押圧部、５は後頭部押圧部である。また、６は頭部支持部、７は支持フレーム、８は連結部材としての弾性部材、９は肩支持部である。
【００１１】
本実施例の映像表示装置は、表示部を備えた頭部装着部と、肩部装着部とに大別される。表示部を備えた頭部装着部は、表示部１、装着部２、位置調整つまみ３、前頭部押圧部４、後頭部押圧部５、頭部支持部６、支持フレーム７で構成される。また、肩部装着部は、肩支持部９から構成される。そして、頭部装着部と肩部装着部とは、ピアノ線等の弾性部材８により連結されている。
【００１２】
表示部１は図示されていない表示素子と、表示素子の画像を拡大表示させるための光学系（不図示）で構成されている。装着部２は、剛体でできた前フレーム２ａと、前フレーム２ａに対して前後に可動である後フレーム２ｂから構成される。後フレーム２ｂは例えばベルトのような可撓性を有する部材で形成されている。
【００１３】
本実施例においては、図２に示すように、前フレーム２ａの左右の中心外側には、軸２ｃが設けられている。表示部１は、この前フレーム２ａに設けられた軸２ｃに一体的に結合される。後フレーム２ｂの左右の略先端には、位置調整つまみ３が設けられている。また、前フレーム２ａの内側の略中心位置には、前頭部押圧部４が取り付けられている。前頭部押圧部４は、前パッド基台４ａと装着時に前頭部を押圧する前パッド４ｂから構成されている。後フレーム２ｂにも同様に、後頭部押圧部５が取り付けられており、後頭部押圧部５は後パッド基台５ａと後パッド５ｂで構成されている。
【００１４】
装着時には、位置調整つまみ３を前方向へスライドさせ、前パッド４ｂ及び後パッド５ｂで頭部を挟んで保持させる。位置調整つまみ３は、例えばフレーム内に組み込まれたラチェット機構によりつまみから手を離しても位置を固定でき、取り外す際は解除ボタンを押すことによりロックが解除される。
【００１５】
ここで、支持フレーム７は、軸２ｃに回転自在に取り付けられている。支持フレーム７の両端には、弾性部材８の一方の先端を接続する頭部回転軸６ａと支持部連結部材６ｂから構成された頭部支持部６が一体的に結合されている。頭部回転軸６ａは、図１中のｘ軸まわりに回転可能なように、支持部連結部材６ｂに組み込まれている。
【００１６】
肩支持部９は、ボールジョイント等のユニバーサルジョイント９ａ、肩パッド基台９ｂ、肩パッド９ｃで構成されている。弾性部材８の他端は、ユニバーサルジョイント９ａに接続される。また、本実施例においては図３に示すように、頭部装着部の重心とユニバーサルジョイント９ａの前後位置は鉛直線上で一致するように構成されている。
【００１７】
つぎに、各機構部の動きについて説明する。
【００１８】
弾性部材８は、頭部装着部を支持することができるばね力を持ちつつ、なるべくばね定数を低くすることにより、頭を動かした時の弾性部材８による抵抗が小さくなるようにする。それにより違和感なく首を動かすことが可能となる。装着した状態では、前述したように、頭部装着部の重心の位置とユニバーサルジョイント９ａの位置が鉛直線上で一致している（図３）。したがって、首を傾けない状態では頭部装着部のバランスが保たれるので、首に対する前後の回転モーメントがかからないこととなる。
【００１９】
前述したとおり、弾性部材８のばね定数を低くすることにより、頭を動かした時の弾性部材８による抵抗が小さくでき、違和感なく首を動かすようにすることができる。その際、頭部を動かした場合、弾性部材の変形による抵抗をできるだけ小さくする。そのため、上記したとおりｘ軸まわりに回転可能な頭部支持部６ａが構成され、肩支持部にユニバーサルジョイント９ａが構成されている。頭部を前後に傾けた時に、頭部装着部とユニバーサルジョイント９ａの位置関係がずれてしまい、この頭部装着部の重量による回転モーメントが発生してしまうこととなる。しかし、本実施例によれば、従来の装置のように首で重量を支えている時と比べ、頭部装着部の重心位置とのずれ量が小さくてすむ。そのため、図４に示すように、頭部を前後に傾けた際に、首に負担がかかるような回転モーメントが発生しない。
【００２０】
なお、頭部支持部６は、重量の一部を分散させ上下方向の回転モーメントによるずれ落ち感を抑制するために、１自由度とした構成を採ることができる。また、頭部装着部と頭部支持部６、ユニバーサルジョイント９ａの前後位置が鉛直線上になるように、例えば、図１０に示すように、後フレーム２ｂの後方にカウンタウェイト１３を用いるなどしても良い。また、首を左右に傾けた場合は、図５に示すように、支持フレーム７が装置に対してｘ軸まわりに回転し、なおかつ頭部回転軸６ａが支持部連結部材６ｂに対してｘ軸周りに回転して平行になるため、左右の弾性部材８の力が一定となる。これにより違和感なく首を左右に傾けることが可能となる。以上によれば、少なくとも６自由度の構成とすることができる。また、首を左右にひねる場合は、図６に示すように、弾性部材８が変形すると共に、ユニバーサルジョイント９ａのｚ軸まわりに回転する。これにより違和感なく首を左右にひねることができる。以上によれば、少なくとも６自由度の構成とすることができる。
【００２１】
［実施例２］
実施例２においては、実施例１とは異なる形態の装着機構を有する頭部装着型映像表示装置を構成した。図７に、本実施例における頭部装着型映像表示装置の斜視図を示す。本実施例の基本構成は実施例１と同様であり、図７には図１の実施例１と同じ構成に同一の符号が付されているので、共通する部分の説明は省略する。図７において、１０ａは頭部支持部のユニバーサルジョイント、１１は肩支持部、１２は弾性部材である。
【００２２】
本実施例において、頭部支持部はユニバーサルジョイント１０ａとなっている。左右の肩支持部１１は肩パッド基台１１ｂ、肩パッド１１ｃにおいて、背中に沿う形状を有した肩フレーム１１ｄで連結されている。肩フレームの中心には頭部支持部のユニバーサルジョイント１０ａと肩支持部１１とを連結するための弾性部材１２を接続する肩フレーム連結部１１ａが設けられている。肩フレーム連結部１１ａはｚ軸周りに回転可能な機構となっている。
【００２３】
本実施例の構成においては、表示部を備えた頭部装着部の重量を１本の弾性部材１２により上部から吊るして支持している。また、頭部支持部のユニバーサルジョイント１０ａの前後位置は、頭部装着部の重心と一致させて、頭部装着部の重量による首に対するモーメントを減少させるように構成されている。これにより、首に対する負担や、前頭部押圧部のずれ落ち感などの不快感を軽減することができ、より良い装着感を得ることが可能となる。
【００２４】
装着者が首を左右に傾けた場合は弾性部材１２の変形と、頭部支持部のユニバーサルジョイント１０ａの回転により、図８に示すように、首の動きの自由度を確保することができる。また、首を前後に傾けた場合も同様に、弾性部材１２の変形と頭部支持部のユニバーサルジョイント１０ａの回転により、首の動きの自由度を確保することができる。また、首を左右にひねった場合には、図９に示すように、弾性部材１２の変形と頭部支持部のユニバーサルジョイント１０ａの回転、さらに肩フレーム連結部１１ａの回転により、首の動きの自由度を確保することができる。
【００２５】
［実施例３］
実施例３においては、実施例１，２とは異なる形態の装着機構を有する頭部装着型映像表示装置を構成した。図１１に、本実施例における頭部装着型映像表示装置の斜視図を示す。また、図１２に、本実施例における頭部装着型映像表示装置の側面図を示す。図１１，１２において実施例１，２と共通する部材には同一の符号を付しており、説明は省略する。本実施例は、頭部装着部と重量支持部とを連結する連結部材を、弾性部材で構成していない点が実施例１，２との相違点である。
【００２６】
図１１，１２において、頭部装着部の一部を構成する装着部２と、その重量を支持する肩支持部９とは、連結部を介してアーム部材２０，２１で連結されている。装着部２とアーム部材２０とは連結部３０を介して、アーム部材２０とアーム部材２１とは連結部３１を介して、アーム部材２１と肩支持部０とは連結部３２を介して、それぞれ連結されている。そして、装着者の頭部の動きを連結部３０に設けた圧力センサーで検出し、それに基づいて、各連結部に設けた駆動モーター（アクチュエータ）を駆動している。このような構成により、装着部２の重量を支持しながら、装着部２を装着者の頭部の動きに追従させている。すなわち本実施例では、連結部材を装着者の動きに合わせて動的に可動する連結機構で実現している。
【００２７】
図１３を用いて、連結部３０の詳細について説明する。連結部３０は、駆動モーター４０と、センサー部４１と、ボールジョイント４２とから構成されている。
【００２８】
センサー部４１は、外郭部材５０と、センサー取り付け部材５１とから構成されている。外郭部材５０は、アーム部材２０の先端に一体的に取り付けられた駆動モーター４０の回転軸に回転駆動可能に取り付けられている。センサー取り付け部材５１は外郭部材５０に嵌合している。センサー取り付け部材５１の５１ａ部と外郭部材５０の内壁との接触面には、センサー取り付け部材５１の３軸方向（図１１の直交座標軸ｘ，ｙ，ｚ）の荷重を検出する圧電素子等からなる圧力センサー５１ｘ，５１ｙ，５１ｚが設けられている。
【００２９】
ボールジョイント４２は、装着部２に一体的に設けられたカップリング部材６０と、センサー取り付け部材５１の他端に一体的に設けられた球体６１とから構成されている。球体６１はカップリング部材６０に勘合している。
【００３０】
次にアーム部材２０とアーム部材２１との連結部３１、アーム部材２１と肩支持部９との連結部３２について説明する。
【００３１】
アーム部材２０とアーム部材２１の連結部３１には駆動モーター３１ａが設けられている。この駆動モーター３１ａは、アーム部材２１に一体的に取り付けられ、アーム部材２０側は、駆動モーター３１ａの回転軸に取り付けられている。
【００３２】
アーム部材２１と肩支持部９の接続部３２は、駆動モーター３２ａ、駆動モーター３２ｂが設けられている。駆動モーター３２ａは、肩支持部９を基準とする直交座標ｘ，ｙ，ｚのｘ軸方向に回転駆動可能なモーターである。アーム部材２１はこの駆動モーター３２ａの回転軸に取り付けられている。
【００３３】
駆動モーター３２ｂは、肩支持部９を基準とする直交座標ｘ，ｙ，ｚのｙ軸方向に回転駆動可能なモーターである。駆動モーター３２ａは、この駆動モーター３２ｂの回転軸に取り付けられている。つまり、駆動モーター３２ａと駆動モーター３２ｂの回転軸とは、互いに直交している。
【００３４】
ここで、上述した各駆動モーター４０，３１ａ，３２ａ，３２ｂは、非駆動状態で頭部装着部の重量を支持する必要から、回転位置を保持できる超音波モーター等が望ましい。但し、超音波モーター以外でも回転部にフリクション機構を設けるようにしても良い。
【００３５】
また、各駆動モーターには回転位置を検出するためのエンコーダーが設けられている。
なお、上述した連結機構は装着者の左右に設けられている。また頭部装着部に対し、接続部３０はｙ軸方向における略重心位置になるように取り付けられている。したがって、頭部装着部は前後、左右でバランス良く支持され、装着者に対しモーメント等の負荷が作用しない。
【００３６】
以上の構成により、連結部３０は、空間上をｘ，ｙ，ｚ軸方向の任意の位置に移動可能となる。また、表示部１を備える装着部２は、ボールジョイント４２によりｘ，ｙ，ｚ軸に対し任意の方向に回転可能である。
【００３７】
装着者が頭部を前後左右に傾けたとき、装着部２は頭部と一体的に動こうとする。この動きは連結部３０に設けた圧力センサー５１ｘ，５１ｙ，５１ｚにより検出される。一方、各駆動モーターのエンコーダーで検出された回転角により、連結部３０の空間位置、すなわち座標軸ｘ，ｙ，ｚに対する位置及び方向が求められる。この位置及び方向と、圧力センサー５１ｘ，５１ｙ，５１ｚにより検出された荷重とから、空間座標ｘ，ｙ，ｚ方向に対する荷重成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚが求められる。この荷重成分がゼロになるよう、各駆動モーターは回転制御される。
【００３８】
以上のように、センサー部４１により検出された荷重に基づき、各連結部に設けられた駆動モーターを回転制御することにより、観察者に頭部装着部の重量をかけることなく、表示部１を観察者の頭部に追従させて移動させることができる。
【００３９】
なお、上述した例では、連結機構が装着者の前に配置されるのを避けるため、左右に設けたが、図１３に示すように中央に設けるようにしても良い。また、上述した例以外にも、首を回転中心とした頭部の動く範囲をカバーできる追従する連結機構であれば良い。
【００４０】
以上の各実施例では、肩支持部で重量の一部を分散させて支持するようにした構成例で説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではない。表示部を備えた頭部装着機構の重量の一部を分散させて支持することができる頭部以外の身体部であれば、肩に限らずその他の身体部、例えば腰部等に支持部を構成して重量の一部を分散させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例１における頭部装着型映像表示装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施例１における頭部装着型映像表示装置の上面図である。
【図３】本発明の実施例１において、表示部が設けられた頭部装着機構の重心の位置とユニバーサルジョイントの位置が鉛直線上で一致している状態を説明する図である。
【図４】本発明の実施例１において、頭部を前後に傾けた際に、首に負担がかかるような回転モーメントが発生しないことを説明する図である。
【図５】本発明の実施例１において、違和感なく首を左右に傾けることができることを説明する図である。
【図６】本発明の実施例１において、違和感なく首を左右にひねることができることを説明する図である。
【図７】本発明の実施例２における頭部装着型映像表示装置の斜視図である。
【図８】本発明の実施例２において、首を左右に傾けた際に首の動きの自由度を確保することができることを説明する図である。
【図９】本発明の実施例２において、首を左右にひねった際に首の動きの自由度を確保することができることを説明する図である。
【図１０】本発明の実施例１の装着機構において、カウンタウェイトを取り付けた構成例を示す側面図である。
【図１１】本発明の実施例３における頭部装着型映像表示装置を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施例３における頭部装着型映像表示装置を示す側面図である。
【図１３】本発明の実施例３における連結部の詳細を示す説明図である。
【図１４】本発明の実施例３における別の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  表示部
２  装着部
３  位置調整つまみ
４  前頭部押圧部
５  後頭部押圧部
６  頭部支持部
７  支持フレーム
８  弾性部材
９  肩支持部
【図１】
2007049684.tif 000003
【図２】
2007049684.tif 000004
【図３】
2007049684.tif 000005
【図４】
2007049684.tif 000006
【図５】
2007049684.tif 000007
【図６】
2007049684.tif 000008
【図７】
2007049684.tif 000009
【図８】
2007049684.tif 000010
【図９】
2007049684.tif 000011
【図１０】
2007049684.tif 000012
【図１１】
2007049684.tif 000013
【図１２】
2007049684.tif 000014
【図１３】
2007049684.tif 000015
【図１４】
2007049684.tif 000016