(57)【要約】【課題】  本発明は、使用者の頭部に装着される頭部装着装置において、保持部材の保持を補助する補助部材の位置調整を容易にすることを目的とする。【解決手段】  使用者の頭部に装着される頭部装着装置であって、前記使用者に対して画像を表示する表示部と、前記表示部を前記使用者の頭部に保持する保持部材と、回動部を有し、当該回動部を中心に回動して前記使用者の前頭部に当接することにより、前記保持部材による保持を補助する補助部材と、を有し、前記回動部には、前記前頭部を押圧する方向に前記補助部材を付勢する付勢部材と、前記回動部における回動を抑制する抑制部材と、が配設されていることを特徴とする。【選択図】  図２
2017017518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者の頭部に装着される頭部装着装置であって、
前記使用者に対して画像を表示する表示部と、
前記表示部を前記使用者の頭部に保持する保持部材と、
回動部を有し、当該回動部を中心に回動して前記使用者の前頭部に当接することにより、前記保持部材による保持を補助する補助部材と、を有し、
前記回動部には、前記前頭部を押圧する方向に前記補助部材を付勢する付勢部材と、前記回動部における回動を抑制する抑制部材と、が配設されていることを特徴とする頭部装着装置。
【請求項２】
前記付勢部材の付勢する力は、前記抑制部材の回動を抑制する力よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の頭部装着装置。
【請求項３】
前記抑制部材の回動を抑制する力を調整する調整部材を更に有することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の頭部装着装置。
【請求項４】
前記付勢部材は、トーションバネ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。
【請求項５】
前記付勢部材は、引っ張りバネ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。
【請求項６】
前記抑制部材は、前記回動を摩擦力により抑制するトルクヒンジであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の頭部装着装置。
【請求項７】
前記回動部には、更に、前記補助部材の位置を保持するためのダンパが配設されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の頭部装着装置。
【請求項８】
使用者の頭部に装着される頭部装着装置であって、
前記使用者の頭部の感覚器を刺激する本体部と、
前記本体部を前記使用者の頭部に保持する保持部材と、
回動部を有し、当該回動部を中心に回動して前記使用者の前頭部に当接することにより、前記保持部材による保持を補助する補助部材と、を有し、
前記回動部には、前記前頭部を押圧する方向に前記補助部材を付勢する付勢部材と、前記回動部における回動を抑制する抑制部材と、が配設されていることを特徴とする頭部装着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者の頭部に装着される頭部装着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像を表示する表示部を備え、使用者の頭部に装着して使用される頭部装着装置がある。このような頭部装着装置は、ＨＭＤ（Ｈｅａｄ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ）と呼ばれ、移動する使用者に対して仮想物体の映像などを提示することが出来る。ＨＭＤは、近年、さまざまな分野で利用されつつある。
【０００３】
一般的な表示部を備える頭部装着装置の構成は、使用者に対して映像を表示する表示部と、当該表示部を使用者の頭部に固定するための保持部材とに大別することが出来る。保持部材には、必要な締め付け力で使用者の頭部を保持し、安全かつ簡単に着脱できることが求められる。また、使用者それぞれの頭部の形状に合わせて、適宜、柔軟に形状変化することも求められる。
【０００４】
特許文献１には、上記のような要求を満たすために、保持部材としてベルトを用いた頭部装着装置の機構が開示されている。
【０００５】
特許文献１の頭部装着装置は、映像を表示する表示部、表示部から後頭部へ伸びるベルト、表示部から頭頂部へ伸びるベルトから構成されている。ベルトに加えて、ベルトを備えることにより、表示部とベルトとの間を使用者の頭部が突き抜けることを防止しつつ、全体の保持を安定させている。また、ベルトおよびベルトの長さはそれぞれ独立して調整可能で、使用者の頭部の形状に合わせて、必要な力で締め付けることが出来る。
【０００６】
一方、特許文献２には、上記のような要求を満たすために、保持部材としてパッドおよび紐部材を用いた頭部装着装置の機構が開示されている。
【０００７】
特許文献２の頭部装着装置は、映像を表示する表示部、表示部から後頭部へ伸びる紐部材、使用者の頭頂近傍に当接するパッドで構成されている。パッドを備えることにより、表示部と紐部材との間を使用者の頭部が突き抜けることを防止しつつ、全体の保持を安定させている。また、紐部材の長さ、およびパッドの頭頂方向の凸量は調整可能で、使用者の頭部の形状に合わせて、必要十分な力で締め付けることが出来る。更に、つまみの操作によって、紐部材の長さ、およびパッドの凸量を、連動して調整することが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−２００３２５号公報
【特許文献２】特開２０１１−０１０１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従前の頭部装着装置には、以下の課題がある。すなわち、保持部材による保持を補助するための補助部材（特許文献１におけるベルト、特許文献２におけるパッド）の位置調整を行いにくいということである。
【００１０】
例えば、特許文献１に開示されている頭部装着装置を装着する場合、使用者は、ベルトおよびベルトの長さを大まかに調整してから、頭部装着装置を被る。被った後に、ベルトおよびベルトの位置および締め付けを調整するが、ベルト６０２の位置および締め付けが適切であったとしても、ベルトの締め付けが適切になっていないことがある。その場合、ベルトの締め付けを緩め、ベルトの位置および締め付けを再調整するなどの試行錯誤が必要になることがある。このような操作は、使用者にとって煩雑に感じる可能性があり、適切な位置調整の妨げとなる。
【００１１】
また、特許文献２に開示されている頭部装着装置を装着する場合、使用者は、装着しながら、つまみを操作して、紐部材の締め付けとパッドの凸量とを調整することになる。しかし、使用者の頭部の形状によっては、紐部材６０５およびパッド６０６の位置調整を適切に行うことが出来ない場合もある。
【００１２】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、使用者の頭部に装着される頭部装着装置において、保持部材の保持を補助する補助部材の位置調整を容易にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、使用者の頭部に装着される頭部装着装置であって、前記使用者に対して画像を表示する表示部と、前記表示部を前記使用者の頭部に保持する保持部材と、回動部を有し、当該回動部を中心に回動して前記使用者の前頭部に当接することにより、前記保持部材による保持を補助する補助部材と、を有し、前記回動部には、前記前頭部を押圧する方向に前記補助部材を付勢する付勢部材と、前記回動部における回動を抑制する抑制部材と、が配設されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、使用者の頭部に装着される頭部装着装置において、保持部材の保持を補助する補助部材の位置調整を容易にすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第一の実施形態における頭部装着装置の外観を表す図。
【図２】第一の実施形態における頭部装着装置の内部機構を示す図。
【図３】第一の実施形態における頭部装着装置を装着した状態を示す図。
【図４】第二の実施形態における頭部装着装置の内部機構を示す図。
【図５】第三の実施形態における頭部装着装置の内部機構を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第一の実施形態）
以下に、本実施形態における頭部装着装置について説明する。
【００１７】
本実施形態における頭部装着装置は、現実空間を撮影可能な撮影部と、使用者に対して画像を表示する表示部とを備えている。
【００１８】
使用者は、自身の視線の先の風景を、撮影部と表示部とを介して観察することになる。
【００１９】
頭部装着装置の具体的な処理としては、まず、撮影部によって撮影された現実空間画像を取得する。そして、必要に応じて、取得された現実空間画像に仮想の物体（コンピュータグラフィックスなど）や他の現実空間画像を重畳する。最後に、重畳の処理がなされた画像を、表示部で使用者に提示する。尚、上記処理を十分に高速に行えば、使用者に対してリアルタイムの映像表示も可能になる。具体的なユースケースとしては、試作せずに部品を評価する開発用途、稀な災害に対する訓練用途、エンターテインメント用途、などに好適である。
【００２０】
一方で、本実施形態は、撮影部および表示部を備えず、視覚以外の頭部の感覚器を刺激する頭部装着装置に適用することも可能である。例えば、視覚が不自由な使用者に対して音声でガイドを行うサウンドガイド装置や、仮想物体に対する現実感を増幅させるために、人工的に匂いを発生させる装置などの本体部を内蔵した頭部装着装置に適用することが可能である。
【００２１】
図１は、本実施形態における頭部装着装置の外観を表す図である。
【００２２】
図１（ａ）は、本実施形態における頭部装着装置の外観の斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）とは異なる角度からの頭部装着装置の外観の斜視図である。図に示す通り、本実施形態における頭部装着装置は、撮影表示部１００と頭部装着部２００とから構成されている。使用者は、頭部装着部２００を自身の頭部に装着することで、手の介添えなしに、撮影表示部１００を眼前で覗き込むことが出来る。
【００２３】
図１（ａ）に示す通り、撮影表示部１００は、前カバー１４０、後カバー１２０、ケーブル１５０から構成されている。また、撮影表示部１００には、不図示の撮影部（カメラ）が内蔵されている。前カバー１４０は、部分的に透明もしくは半透明の部材で形成されている。前述の撮影部は、前カバー１４０を介して、使用者の視線の先の現実空間を撮影することが出来る。ケーブル１５０は、撮影表示部１００の給電や、外部装置との通信に使用される。撮影表示部が、バッテリーや画像処理に十分な演算性能や、無線通信機能を有していれば、ケーブル１５０を構成から省くことも可能である。
【００２４】
また、図１（ｂ）に示す通り、撮影表示部１００の表示部１１０側に後カバー１２０がある。そして、撮影表示部１００は、撮影部で撮影された画像や仮想画像を表示する表示部１１０を内蔵する。表示部１１０には、表示デバイスだけでなく、投影光学系や反射光学系が構成に含まれている。後カバー１２０も、前カバー１４０と同様に、部分的に透明か半透明の部材で形成されている。使用者は、後カバー１２０を介して表示部１１０で表示される画像を閲覧する。次に、頭部装着部２００の構成について説明する。
【００２５】
図１（ａ）に示す通り、頭部装着部２００は、結合部２１０、固定ベルト２２０（保持部材）および可動ベルト２２１（保持部材）、前頭支持部２４０（補助部材）を備える。撮影表示部１００、固定ベルト２２０、前頭支持部２４０は、結合部２１０を介して結合されている。用途に応じて、撮影表示部１００は、結合部２１０と着脱可能であってもよい。前頭支持部２４０は、結合部２１０に対し、回転軸２４１（回動部）を中心にして、回転可能に結合している。
【００２６】
また、図１（ｂ）に示す通り、頭部装着部２００は、後頭支持部２３０および弾性部材２５０を備える。後頭支持部２３０は、可動ベルト２２１に結合している。結合部２１０、固定ベルト２２０、可動ベルト２２１、および後頭支持部２３０により円筒状の空間が形成されるので、使用者は、装着の際には当該空間に頭を挿し入れる。また、結合部２１０、固定ベルト２２０および可動ベルト２２１、後頭支持部２３０、前頭支持部２４０の使用者の頭部に当接する面には、弾性部材２５０が配設されている。弾性部材２５０の弾性により、頭部装着時の締め付け圧力は分散され、使用者の装着感が向上する。弾性部材２５０の材質および形状は、装着感や清潔感を考慮して、任意に設計することが可能である。
【００２７】
図２は、本実施形態における頭部装着装置の内部機構を示す図である。結合部２１０の一部分を切断して、回転軸２４１が内蔵する機構を露出したカットモデルを示している。回転軸２４１には、トルクヒンジ２４２（抑制部材）およびダブルトーションバネ２４４（付勢部材）が配設されている。トルクヒンジ２４２は、静止摩擦力によって回転を抑制し、開き角度を保持することができるヒンジである。よって、結合部２１０と前頭支持部２４０とによって形成される回転軸２４１周りの劣角は、トルクヒンジ２４２の静止摩擦力を超えるトルクを与えないと変更できない。このとき、トルクヒンジ２４２の静止摩擦力を、回転軸２４１の保持力と呼ぶ。トルクヒンジ２４２は、静止摩擦力を調整するための調整ネジ２４３（調整部材）を備えていても良い。調整ネジ２４３の締りを調整することにより、回転軸２４１の保持力を調整することが出来る。ダブルトーションバネ２４４は、二つのトーションバネを連結することにより形成されたバネである。トーションバネには、変形させても、弾性力によって初期形状へ復元しようとする復元力が働く。結合部２１０と前頭支持部２４０とで形成される回転軸２４１周りの劣角が閉じるように（前頭支持部２４０が使用者の前頭部を押圧する方向に付勢するように）、ダブルトーションバネ２４４の初期形状を設計する。このとき、結合部２１０と前頭支持部２４０の劣角が常に閉じようとする力を、回転軸２４１の付勢力と呼ぶ。結合部２１０と前頭支持部２４０との劣角に関わらず、回転軸２４１の付勢力は、保持力よりも大きくなるようにする。よって、頭部装着部２００を未装着の状態にすると、結合部２１０と前頭支持部２４０が付き当たるまで、結合部２１０と前頭支持部２４０とで形成される劣角は閉じようとする。すなわち、結合部２１０と前頭支持部２４０とで形成される劣角は、自動的に所定の角度（初期角度）になる。このような構成にすることによって、使用者が頭部装着装置を装着する前に、結合部２１０と前頭支持部２４０とで形成される角度を初期角度にする手間を省くことが出来る。
【００２８】
（装着方法）
本実施形態における頭部装着装置の装着方法について説明する。まず、使用者は、固定ベルト２２０を持ち、頭部装着部２００を、頭上に持ち上げる。そして、結合部２１０、固定ベルト２２０および可動ベルト２２１、後頭支持部２３０の内側の空間に、頭を挿し入れる。いつしか使用者の頭は、前頭支持部２４０に突き当たる。回転軸２４１の付勢力と保持力の関係から、結合部２１０と前頭支持部２４０の劣角は、すでに最小である。使用者の頭が、前頭支持部２４０に突き当たった時点では、使用者の眼前に表示部１１０がない。構わず使用者が、前頭支持部２４０に、頭を押しつける。使用者により、回転軸２４１に付勢力と保持力の合算を勝る力が加わる。すると、結合部２１０と前頭支持部２４０の劣角が、開き始める。使用者は、表示部１１０の映像が見えるまで、前頭支持部２４０を押し上げる。表示部１１０の映像が見えたら、使用者は、固定ベルト２２０から手を離す。回転軸２４１の付勢力と保持力の合算は、頭部装着装置全体を、前頭支持部２４０のみで支持するのに十分である。使用者が、固定ベルト２２０から手を離しても、結合部２１０と前頭支持部２４０の劣角は変化せず、頭部装着装置の位置は保持される。結合部２１０、固定ベルト２２０および可動ベルト２２１、後頭支持部２３０の内側の空間を、頭が突きぬけることもなく、前頭支持部２４０は、頭の抜け止めとしても機能する。
【００２９】
続いて、使用者は、可動ベルト２２１を操作する。可動ベルト２２１は、部分的に、固定ベルト２２０の内部に、挿入されている。また、固定ベルト２２０は、抜け止め機構２２３を備える。抜け止め機構２２３は、たとえば、可動ベルト２２１に設けられた溝や穴に、爪をかける構成でよい。使用者が、固定ベルト２２０上の指かかり２２２ａおよび可動ベルト２２１上の指かかり２２２ｂにお互い近づく力を加えると、可動ベルト２２１は、固定ベルト２２０へさらに挿入される。抜け止め機構２２３により、可動ベルト２２１は、固定ベルト２２０から不意に抜けることはない。使用者は、指かかり２２２ａおよび２２２ｂの操作により、結合部２１０、固定ベルト２２０および可動ベルト２２１、後頭支持部２３０で、頭を締め付けられる。締め付けに伴う摩擦力、および前頭支持部の支持力で、頭部装着部２００は、使用者の頭に固定される。前頭支持部の支持力が、頭部装着部２００の重量の一部を支持するため、締め付け具合を緩和できる。以上の操作により、本実施形態における頭部装着装置の装着は完了する。
【００３０】
（脱ぐ方法）
次に、本実施形態における頭部装着装置を脱ぐ方法を説明する。抜け止め機構２２３は、特定の操作により抜け止めを解除できる。特定の操作により抜け止め機構２２３の抜け止めを解除すると、可動ベルト２２１は、締め付けの反力により、固定ベルト２２０から引き抜かれる。結果、頭部装着系の締め付けが緩まる。使用者は、結合部２１０、固定ベルト２２０および可動ベルト２２１、後頭支持部２３０の内側の空間から、頭を抜ける。以上の操作により、使用者は、本形態の頭部装着装置を脱ぐことが出来る。
【００３１】
（装着の状態）
図３は、本実施形態における頭部装着装置を装着した状態を示す図である。
図３（ａ）は、女性や子供などの頭部が比較的小さい使用者が、本実施形態における頭部装着装置を装着した場合の側面図である。頭部の小さい使用者が、前頭支持部２４０に頭を押しつけ、結合部２１０と前頭支持部２４０の劣角を開いた量をＳ１とする。また、指かかり２２２ａおよび２２２ｂの操作により、可動ベルト２２１を固定ベルト２２０に挿入した量をＳ２とする。いっぽう、図３（ｂ）は、成人男性などの頭部が比較的大きい使用者が、本実施形態における頭部装着装置を装着した場合の側面図である。頭の大きい使用者が、前頭支持部２４０に頭を押しつけ、結合部２１０と前頭支持部２４０の劣角を開いた量をＬ１とする。また、指かかり２２２ａおよび２２２ｂの操作により、可動ベルト２２１を固定ベルト２２０に挿入した量をＬ２とする。Ｓ１とＬ１は異なり、Ｓ１＜Ｌ１となる。また、Ｓ２とＬ２は異なり、Ｓ２＞Ｌ２となる。結合部２１０と前頭支持部２４０の劣角および可動ベルトの可動範囲は、このようなバラツキを十分考慮して、設定されている。本実施形態における頭部装着装置は、使用者の頭の大きさ・形に拠らず、確からしく装着できる。
【００３２】
以上を踏まえて、あらためて本実施形態の頭部装着装置の効果を説明する。すなわち、回転軸２４１にトルクヒンジ２４２およびダブルトーションバネ２４４を配設することにより、装着の際に、使用者の前頭部に対して、前頭支持部２４０から必要十分な締め付け力を加えることが可能になった。トルクヒンジ２４２のみでは使用者の前頭部の位置ズレに追従することが出来ず、ダブルトーションバネ２４４のみでは締め付け力が強すぎて装着が困難になってしまう。トルクヒンジ２４２およびダブルトーションバネ２４４を共に配設することによって、必要十分な締め付け力が発生し、補助部材（前頭支持部２４０）の位置調整を容易ならしめているのである。
【００３３】
（第二の実施形態）
図４は、第二の実施形態における頭部装着装置の内部機構を示す図である。図４における回転軸２４１には、第一の実施形態におけるトルクヒンジ２４２ａとダブルトーションバネ２４４とに代わり、引っ張りバネ２４４ａが内蔵されている。ダブルトーションバネ２４４と比較して、引っ張りバネ２４４ａは、使用者の頭側へ若干せり出す。また、伸縮のストロークも合わせ、スペースも必要とする。しかし、略同等の弾性力を発生させるのに、引っ張りバネはトーションバネより、バネ定数を小さく設計できる。よって、回転角の変化に伴う付勢力の変化は、回転軸２４１ａのほうが回転軸２４１より小さい。また、バネ定数の製造ばらつきも小さい。さらに、繰り返し変形によるバネ定数の変化も小さい。以上の効果から、回転軸２４１ａは回転軸２４１より、付勢力をさらに高い精度で保証できる。
【００３４】
（第三の実施形態）
図５は、第三の実施形態における頭部装着装置の内部機構を示す図である。図５における回転軸２４１ｂには、トルクヒンジ２４２ｂと、ダブルトーションバネ２４４ｂに加え、ダンパ２４５ｂが内蔵されている。回転軸２４１ｂの回転角に拠らず、略一定の保持力を発生するトルクヒンジ２４２ｂに対し、ダンパ２４５ｂは、回転軸２４１ｂの回転角に拠らず、回転角速度に略比例して、保持力を発生する。たとえば、使用者が、回転軸２４１を備えた頭部装着装置を、装着したとする。そのまま、首を極端に早く上下に振った場合、回転軸２４１には、瞬間的にトルクヒンジ２４２の保持力を超えた角加速度がかかり、回転角が変化する可能性がある。それに対し、使用者が、ダンパ２４５ｂを内蔵した回転軸２４１ｂを備えた頭部装着装置を、装着したとする。同じく、首を極端に上下に振った場合、ダンパ２４５ｂは、回転角速度に略比例して、保持力を発生するため、回転軸２４１ｂの回転角は、回転軸２４１よりも変化しにくい。
【符号の説明】
【００３５】
２４１  回転軸
２４２  トルクヒンジ
２４４  ダブルトーションバネ
【図１】
2017017518.tif 000003
【図２】
2017017518.tif 000004
【図３】
2017017518.tif 000005
【図４】
2017017518.tif 000006
【図５】
2017017518.tif 000007