(57)【要約】      （修正有）【課題】画角が互いに異なる複数種類の頭部装着装置を容易に製造可能な頭部装着装置の製造方法を提供する。【解決手段】現実空間を撮像して、撮像画像を取得する撮像手段と、撮像画像の一部の領域を表示用の画像として抽出する抽出手段と、表示用の画像を表示する表示素子と、表示素子に表示された表示用の画像を観察者の眼に導光する観察光学系と接続可能な接続部と、接続部に接続される観察光学系に応じて、抽出手段で抽出される領域を設定する設定手段と、を有する装置と、観察光学系とを結合させて頭部装着装置を製造する。【選択図】図５
2017049553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現実空間を撮像して、撮像画像を取得する撮像手段と、
前記撮像画像の一部の領域を表示用の画像として抽出する抽出手段と、
前記表示用の画像を表示する表示素子と、
前記表示素子に表示された前記表示用の画像を観察者の眼に導光する観察光学系と接続可能な接続部と、
前記接続部に接続される前記観察光学系に応じて、前記抽出手段で抽出される領域を設定する設定手段と、を有する装置と、
前記観察光学系とを結合させて頭部装着装置を製造することを特徴とする頭部装着装置の製造方法。
【請求項２】
前記観察光学系は、前記観察者の目幅に合わせて幅を調整可能な複数の単眼ユニットを有することを特徴とする請求項１に記載の頭部装着装置の製造方法。
【請求項３】
前記撮像手段の撮影光軸と前記観察光学系の光軸とは略一致していることを特徴とする請求項１もしくは２のいずれか１項に記載の頭部装着装置の製造方法。
【請求項４】
前記装置は、前記観察者が把持する把持部を結合することが可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の頭部装着装置の製造方法。
【請求項５】
観察者の頭部に装着されて使用される頭部装着装置であって、
現実空間を撮像して、撮像画像を取得する撮像手段と、
前記撮像画像の一部の領域を表示用の画像として抽出する抽出手段と、
前記表示用の画像を表示する表示素子と、
前記表示素子に表示された前記表示用の画像を前記観察者の眼に導光する観察光学系と接続可能な接続部と、
前記接続部に接続される前記観察光学系に応じて、前記抽出手段で抽出される領域を設定する設定手段と、を有する頭部装着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察者の頭部に装着されて使用される頭部装着装置の製造方法および頭部装着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、観察者の頭部に装着させ、該観察者の眼前に映像を表示する頭部装着装置（ＨＭＤ（Ｈｅａｄ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ））が、利用されるようになってきている。ＨＭＤは、手軽に映像を大画面で見ることが可能であること、立体視が容易であることなどの理由から、人工現実感（ＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｒｅａｌｉｔｙ））、複合現実感（ＭＲ（Ｍｉｘｅｄ  Ｒｅａｌｉｔｙ））を体験可能な機器として使用されている。
【０００３】
ＭＲを実現するためのＨＭＤは、主に、撮像部と表示部と観察光学系とから構成されている。撮像部は、カメラ機能を有し、観察者の左右の眼に対応した被写体の画像を取り込むことが出来る。表示部は、撮像部により撮影された画像と、ＰＣ等により作成された３ＤＣＧ画像を重畳し表示することが出来る。観察光学系は、観察者に投影することが出来る。
【０００４】
観察者に投影する映像は、観察者の左右の眼に対応した小型の液晶パネル等の表示素子に映像を表示し、この映像を観察者の左右それぞれの目に対応した前記観察光学系を介して拡大する。拡大後、映像を観察者の左右の眼球に投影するようになっている。
【０００５】
そして、撮影された被写体の画像は左右両眼に対応する視差を有した画像になっている。更には３ＤＣＧ画像を観察者の左右両眼に対応した視差画像を作成し、前記撮像系で撮像された映像に重畳して表示することで、あたかも仮想の３ＤＣＧ画像が現実に存在するかのように表現することが可能になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１４９５８７号公報
【特許文献２】特開２０１３−１３２０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＨＭＤにより観察者に表示される画像の範囲（画角）は一般的に広い方が望ましい。例えば、特許文献１には、比較的大きい観察光学系を用いて、画角を広くしつつ装置を小型化する方法が開示されている。また、特許文献２には、広い範囲の撮像画像から必要な範囲を切り出して用いる方法が開示されている。
【０００８】
一方で、観察光学系が大きく重くなると使用感が損なわれる可能性がある。よって、画角はある程度制限されても小さく軽い方がよいというニーズも存在する。そのため、例えば、
（１）多少大きくても画角や画質を優先する高画角モデル
（２）装着感や装着可能時間を優先してある程度画角を制限する普通画角モデル
などの複数のモデルを製品として揃える方がユーザニーズにこたえやすい。
【０００９】
しかしながら、これら複数のモデルを揃えるためにそれぞれを個別に設計・開発すると設計リソースや部品種類および部品を作る金型数が増加する。
【００１０】
更に、ＭＲに用いられるＨＭＤは撮像部のカメラそのものの組立や、立体視のために複数のカメラの向きを所定の位置に揃える等調整組立が必要になる。そのための組立工具の種類・台数、組立要員の人数や訓練等がモデル毎に必要になり、コストや日程の増大につながるという課題がある。
【００１１】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、画角が互いに異なる複数種類の頭部装着装置を容易に製造可能な頭部装着装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の頭部装着装置の製造方法は、現実空間を撮像して、撮像画像を取得する撮像手段と、前記撮像画像の一部の領域を表示用の画像として抽出する抽出手段と、前記表示用の画像を表示する表示素子と、前記表示素子に表示された前記表示用の画像を観察者の眼に導光する観察光学系と接続可能な接続部と、前記接続部に接続される前記観察光学系に応じて、前記抽出手段で抽出される領域を設定する設定手段と、を有する装置と、前記観察光学系とを結合させて頭部装着装置を製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、画角が互いに異なる複数種類の頭部装着装置を容易に製造可能な頭部装着装置の製造方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ＨＭＤを観察者が装着した状態の側面図
【図２】ＨＭＤの形態を変え、手持ちタイプにした場合の模式図
【図３】第１のＨＭＤの内部に配置される光学ユニットの斜視図
【図４】第１のＨＭＤの光学ユニットの観察者の映像を観察する光軸に平行な断面で切断した断面図
【図５】第１のＨＭＤと第２のＨＭＤとの共通部分である撮像ユニットを示す図
【図６】第２のＨＭＤの内部に配置される光学ユニットの斜視図
【図７】第２のＨＭＤの光学ユニットの観察者の映像を観察する光軸に平行な断面で切断した断面図
【図８】本実施形態における異なる画角のＨＭＤを実現するための撮像画像の切り出しの説明図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本実施形態について説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態における観察者の頭部に装着する頭部装着装置（以下ＨＭＤと略す）を側面からみた図である。
【００１７】
１０は、ＨＭＤ本体であり、内部に後述する光学ユニット部１１を内蔵している（不図示）。３０は観察者Ｈの頭部に沿うように配置されるフレーム、３２は可撓性を有する部品であり、たとえばポリプロピレンの薄板等で構成され、観察者Ｈの頭部に沿うように変形可能なバンド部材である。また、全長を変えることで観察者Ｈの頭部を締めつけ可能に配置される。
【００１８】
２０、および４０は、観察者Ｈの頭部に当接し、ＨＭＤ本体１０を観察者Ｈに安定的に、また快適に固定させるためのパッド部材である。
【００１９】
観察者Ｈは、バンド部３２の全長を変えることで、バンド部３２を観察者Ｈの頭部に締めつけて固定する。また、パッド部材２０，４０を観察者Ｈの頭部に当接させることで、締め付けによる圧力を分散して快適に装着できるようにする。
【００２０】
図１に示すＨＭＤ本体１０は装着系を有しており、観察者Ｈの頭部に固定される構成である。装着系にて観察者Ｈの頭部に固定することで観察者Ｈは両手がフリーになり、様々な操作を行うことができる。しかしながら、頭部に装着するという固定方法は複数人が同一の機体を使用する場合は、装着者を変更する取り回しが行い難い。また、清潔面で気にする観察者がいる可能性もある。そのため、ＨＭＤ本体１０から装着系を取り外し、手持ち形態にすることも考えられる。
【００２１】
図２は、手持ち形態のＨＨＤ（Ｈａｎｄ  Ｈｅｌｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ）の形態を模式的に示した図である。ＨＭＤ本体１０を装着系から分離し、手持ちユニット２００（把持部）に接続することで観察者Ｈは装置全体を手で把持し、映像を観察することが可能となる。ＨＭＤ本体１０は接続部を有し、手持ちユニット２００と接続可能な構成となっている。ＨＨＤの形態にすることで、前述の取りまわり、装着によるデメリットは解消され、複数人が快適に使用できる環境を提供できる。
【００２２】
図３は、本実施形態の第１のＨＭＤ本体１０内部に配置されている第１の光学ユニット部１１の斜視図である。また、図４は、第１の光学ユニット部１１のうちの片眼側を観察者の光軸に垂直な面で切断した断面図である。
【００２３】
図３、４において、２１は、ＰＣ等の機器で作成された２次元映像を表示するための映像表示素子であり、有機ＥＬ、あるいは液晶等の２次元マトリクスで映像を表示する素子で構成されている。ただし、２次元マトリクスで表示する素子に限定されているものではなく、走査型で映像を表示する素子でも良い。２２は前記表示素子２１に表示された映像を拡大し、観察者に眼球に投影する観察光学系を構成する素子であるプリズムである。前記表示素子２１、および第１のプリズム２２は観察者の左右両眼の眼前に配置される。表示素子２１に表示された映像は、第１のプリズム２２を通ることで拡大され導光されることにより、観察者は左右の眼前に拡大された映像が表示され、高い没入感を得ることができる。
【００２４】
２３、２８は観察者の視野に相当する現実空間を撮影する主観カメラであり、撮像素子２４および前記撮像素子２４に像を結像させるための主観カメラレンズ２５から構成されている。主観カメラ２３、２８の撮影光軸は観察者が第１のプリズム２２を観察する観察光軸と略一致しており、観察者の視線方向の映像を撮影するようになっている。
【００２５】
主観カメラ２３、２８で撮影された映像は、撮像素子２４の基板に接続されたケーブルでＰＣ等の外部機器に接続される（ケーブルは図示していない）。ＰＣ等の外部機器に入力された撮像画像に例えばＣＧ等の別の画面を重畳する。重畳後により生成された画像は、表示素子２１に表示される。この際に左右の表示素子２１に表示するＣＧ画像に左右の視差を有する画像を作成し表示素子２１に表示させる。そして、主観カメラ２３、２８で撮影された現実の空間内に、ＰＣで作成されたＣＧあたかも現実に存在するかのように映像を観察することが可能となる。
【００２６】
図３において主観カメラ２３、２８、映像表示素子２１、第１のプリズム２２により構成される単眼ユニットが観察者Ｈの左右両眼に対応した位置に２個配置される。
【００２７】
この第１のプリズム２２を用いた単眼ユニットによるＨＭＤが本実施形態における第１のＨＭＤとなる。図５は、単眼ユニットが取り外された状態を示す斜視図である。単眼ユニットは、ラック５１，５２とピニオン５３からなるラックピニオン機構とピニオン５３に直結するツマミ５４を備えている。ラック５１，５２には単眼ユニットを取り付ける位置決め穴５５とネジの穴５６を備えており、単眼ユニットを各々ネジ固定することで一つの光学ユニット部となる。また、ツマミ５４を左右に回転させてラックピニオン機構を動かすことでラック５１，５２に取り付けられた単眼ユニットが左右に移動し観察者の目幅に合わせて調整することでよりよい立体感や画質を得ることが可能となっている。ラックピニオン機構は、単眼ユニット同士の幅を調整可能な調整部材として機能している。
【００２８】
図５で示す主観カメラ２３，２８ラック５１，５２等を含むユニットが共通化された撮像ユニット６０となっている。
【００２９】
図６、７は第２のプリズム７２を取り付けた第２のＨＭＤの光学ユニット７１の結合状態を示す斜視図と断面図である。第１のＨＭＤと同様に、主観カメラ２３，２８で撮像した画像を映像表示素子２１に表示し第２のプリズム７２を通して観察できるようになっている。第１のプリズム２２よりも広い画角を観察できるように第２のプリズム７２が構成されているがその分第１のプリズム２２より大きくなり質量も増加している。
【００３０】
ラック５１，５２，ピニオン５３，ツマミ５４からなるラックピニオン機構とそれを用いた単眼ユニットの移動機構は第一の光学ユニット１１と同様である。次に図８を用いて第１のＨＭＤと第２のＨＭＤでどのように主観カメラ２３，２８で撮像した画像を映像表示素子２１に表示しているかを説明する。
【００３１】
図８の（ａ）に示しているのが主観カメラ２３，２８で撮像している画像である。第１のＨＭＤは図８の（ｂ）のように一部分の領域を切り出して（抽出して）映像表示素子２１に表示している。これに対し第２のＨＭＤは、図８の（ｃ）のように第１のＨＭＤよりも広い範囲を切り出して映像表示素子２１に表示している。切り出し位置は製造時にどの範囲を切り出すかを設定し、図示しない制御基板にその情報を保存する。
【００３２】
以上のように、切り出して表示した表示用の画像を第１のプリズム２２または第２のプリズム７２を通すことでそれぞれの画角の画像を観察することができる。このとき眼球に投影される画像のサイズはＨＭＤを外して裸眼で観察したときとほぼ同じ大きさになるようにどちらのＨＭＤのプリズムでも構成されている。よって、表示された物体に手を差し伸べるなどの行動が違和感なくできるようになっている。
【００３３】
尚、撮像ユニット６０の主観カメラ２３，２８の組立や取り付けには誤差が発生し撮像視線のズレ（理論上の撮像中心と取得画像の中心のズレ等）を生じるため取得画像の取り出し補正を行う必要がある。これは上記切り出し位置決定と同じ作業であり兼用可能なため、本実施形態の複数機種のＨＭＤ内部の光学ユニットに対応するための切り出し工程による調整工数の増加は発生しない。
【００３４】
また、本実施形態では撮像ユニットおよびそこに含まれる主観カメラ２３，２８と映像表示素子２１を第１、第２のＨＭＤで共通にすることで図示していない制御基板も同一として共通化率を高めている。
【００３５】
例えば、高画角である第２のＨＭＤにおいて解像度をより高めるために映像表示素子をより表示画素数の多い物に変更する等が考えられるが、上記制御基板の共通化の可否等を考慮する必要がある。
【００３６】
以上、説明したように、本実施形態によれば画角の異なるＨＭＤをプリズム部分のみを異なる物としてその他の撮像ユニット等は共通化する。従って、製品の作り分けには簡易な電気調整である切り出しで行うことで、設計手番や部品数、コストを低減して構成する製造方法を提供することが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ＨＭＤ本体
１１  第１の光学ユニット
２００  手持ちユニット
２１  映像表示素子
２２  第１のプリズム
２３、２８  主観カメラ
２４  撮像素子
２５  主観カメラレンズ
６０  撮像ユニット
７１  第２の光学ユニット
７２  第２のプリズム
【図１】
2017049553.tif 000003
【図２】
2017049553.tif 000004
【図３】
2017049553.tif 000005
【図４】
2017049553.tif 000006
【図５】
2017049553.tif 000007
【図６】
2017049553.tif 000008
【図７】
2017049553.tif 000009
【図８】
2017049553.tif 000010