(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者が装着するヘルメット本体と、
前記ヘルメット本体に取り付けられ、前記被験者の視点からのバーチャルリアリティ映像を表示するヘッドマウントディスプレイと、
前記ヘルメット本体に設けられた開口と、
前記開口の内側に配置され、衝撃音を伝搬する伝搬部材と、
前記開口の位置に固定され、前記バーチャルリアリティ映像において前記被験者の頭部に物体が当たるタイミングで前記開口を通じて前記伝搬部材を打撃する打撃機構と
を具備する危険体感用のヘルメット。
【請求項２】
前記打撃機構は、
磁性体を一端に配置したシャフト部を有する可動部材と、
前記シャフト部を軸方向に移動自在に支持する軸受と、
前記シャフト部の前記軸受と前記伝搬部材との間の位置に固定されたフランジ部と、
前記軸受に固定され、電流が流されることで前記磁性体を磁気的に引き付けて前記可動部材を、軸方向に位置する前記伝搬部材側に移動させるコイルと、
前記軸受と前記フランジ部との間に介挿された戻り衝撃吸収部材と
を具備する請求項１記載の危険体感用のヘルメット。
【請求項３】
前記ヘルメット本体に取り付けられ、前記バーチャルリアリティ映像の音声を出力するヘッドホンを具備する請求項１または請求項２いずれか記載の危険体感用のヘルメット。
【請求項４】
外部装置から入力されるタイミング信号を基に、前記打撃機構を駆動する制御部を具備する請求項１乃至請求項３いずれか１項に記載の危険体感用のヘルメット。
【請求項５】
前記外部装置が、
打撃テスト釦を有し、前記打撃テスト釦が操作されることにより前記制御部へタイミング信号を出力する操作ユニットである請求項４に記載の危険体感用のヘルメット。
【請求項６】
被験者が装着するヘルメット本体に取り付けられたヘッドマウントディスプレイに、前記被験者から見たバーチャルリアリティ映像を表示し、
前記ヘルメット本体に設けた開口の内側に、衝撃音を伝搬する伝搬部材を配置し、
前記バーチャルリアリティ映像において前記被験者の頭部に物体が当たるタイミングで、前記開口の位置に固定した打撃機構で前記開口を通じて前記伝搬部材を打撃する危険体感方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、危険体感教育のためのヘルメット及び危険体感方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、労働災害などを防止するため、作業従事者に危険を体感させ、災害防止の感度を上げる教育が実施されている。
【０００３】
一般に、危険体感教育は、実際の災害に近い設備や環境を再現し、安全対策を講じた上で危険を体感させる手法がとられていたが、体験設備が大掛かりになる上、安全対策を講じていても被災するリスクがある。このため、バーチァルリアリティ（以下「ＶＲ」と称す）技術を用いた危険体感教育システムが導入されつつある。
【０００４】
ＶＲ技術を用いた従来の危険体感教育システムは、ヘッドマウントディスプレイを用いて３Ｄ映像を被験者に見せて視覚を刺激し、ヘッドホンからの音声で被験者の聴覚を刺激する等、被験者の視覚や聴覚等の感覚を同時に刺激することで、よりリアリティ効果を上げるようにしている。
【０００５】
近年では、ゲーム用のヘッドマウントディスプレイ固定用のバンドに振動子を取り付けて、振動子を震わせることでプレイヤに物理的な刺激を与えるものが発案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３５３２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の場合、ゲーム用途のヘッドマウントディスプレイ固定用のバンドに取り付けている振動子を振わす程度の振動のため、災害等の危険を体感するという意味では刺激が少なく、さらに現実味のある危険体感が味わえる工夫が必要である。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、よりリアルな危険体感を味わえるヘルメット及び危険体感方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の危険体感用のヘルメットは、被験者が装着するヘルメット本体と、前記ヘルメット本体に取り付けられ、前記被験者の視点からのバーチャルリアリティ映像を表示するヘッドマウントディスプレイと、前記ヘルメット本体に設けられた開口と、前記開口の内側に配置され、衝撃音を伝搬する伝搬部材と、前記開口の位置に固定され、前記バーチャルリアリティ映像において前記被験者の頭部に物体が当たるタイミングで前記開口を通じて前記伝搬部材を打撃する打撃機構とを具備する。
【００１０】
実施形態の危険体感方法は、被験者が装着するヘルメット本体に取り付けられたヘッドマウントディスプレイに、前記被験者から見たバーチャルリアリティ映像を表示し、前記ヘルメット本体に設けた開口の内側に、衝撃音を伝搬する伝搬部材を配置し、前記バーチャルリアリティ映像において前記被験者の頭部に物体が当たるタイミングで、前記開口の位置に固定した打撃機構で前記開口を通じて前記伝搬部材を打撃する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一つの実施の形態のＶＲ体感システムの構成を示す図である。
【図２】ＶＲ体感システムのＶＲ危険体感用ヘルメットを示す拡大図である。
【図３】プッシュソレノイドの構成を示す図である。
【図４】プッシュソレノイドが打撃動作した様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。  
図１は一つの実施の形態のＶＲ体感システムを示す図、図２は図１のＶＲ体感システムにおけるＶＲ危険体感用ヘルメット２０の拡大図である。
【００１３】
図１、図２に示すように、このＶＲ体感システムは、ＶＲ再生装置１０、制御部としての制御ボックス３０、操作ユニット３１、ＶＲ危険体感用ヘルメット２０などをケーブル（電源ケーブル及び信号ケーブルなど）で接続して構成される。
【００１４】
ＶＲ再生装置１０は、例えばコンピュータなどであり、ＶＲ動画（３Ｄ映像およびステレオ音声など）を再生し出力する。
【００１５】
ＶＲ危険体感用ヘルメット２０は、殻部としてのヘルメット本体２１と、このヘルメット本体２１に取り付けたヘッドマウントディスプレイ２２（以下「ＨＭＤ２２」と称す）とを備える。ＨＭＤ２２は、ゴーグル形のディスプレイ２３及びヘッドホン２４を有しており、装着位置を調整可能にヘルメット本体２１に一体的に取り付けられている。
【００１６】
ヘルメット本体２１は、被験者の頭部を覆い保護する。ヘルメット本体２１には上部と側部にそれぞれ開口２１ａが設けられている。ヘルメット本体２１の開口２１ａの内側には、衝撃音や衝撃力が伝搬し易い伝搬部材としてアルミニウム板２６（以下「アルミ受板２６」と称す）と、衝撃吸収ライナー２５が設けられている。
【００１７】
アルミ受板２６は、衝突した物体の音（衝突音）を伝搬する部材である。アルミ受板２６は、開口２１ａの内側に開口２１ａよりも少し広い幅で設けられている。衝撃吸収ライナー２５には、例えば発砲スチロールや発泡ウレタン等の衝撃を緩和する衝撃緩衝用の発砲材が用いられる。
【００１８】
ヘルメット本体２１の各開口２１ａの位置には、開口２１ａを通じて伝搬部材（アルミ受板２６）を打撃する打撃機構としてのプッシュソレノイド４０ａ、４０ｂが固定されている。プッシュソレノイド４０ａ、４０ｂは、駆動電圧を変えることで、プッシュ力（衝撃力）が変わるため、ヘルメット本体２１の内側（被験者の頭部）への衝撃であることを考慮し、適切な電圧に設定するものとする。この他、ヘルメット本体２１には、ヘッドバンド、ハンモック、あごひも等が設けられているものもある。
【００１９】
プッシュソレノイド４０ａは、ヘルメット本体２１の上部に固定されている。プッシュソレノイド４０ｂは、ヘルメット本体２１の側部に固定されている。
【００２０】
ＨＭＤ２２（ディスプレイ２３及びヘッドホン２４）は、それぞれのケーブルを介してＶＲ再生装置１０に接続されている。ディスプレイ２３は、ＶＲ再生装置１０から入力される立体映像（３Ｄ映像）を表示する。３Ｄ映像をＶＲ映像ともいう。
【００２１】
３Ｄ映像中には、被験者の視点からの映像が映し出され、被験者の動きに合わせて被験者視点での映像が動くよう制御される。ヘッドホン２４は、ＶＲ再生装置１０から入力されるステレオ音声または３Ｄ音声などを発声（出力）する。
【００２２】
この他、ＨＭＤ２２には、モーションセンサや視線センサなどが設けられている。モーションセンサがこのＨＭＤ２２（被験者の頭部）の上下左右の動きを検知し視線センサが被験者の視線を検知することで、ＨＭＤ２２は、これらの検知情報をＶＲ再生装置１０に通知し、検知した頭部の動きや視線に応じてＶＲ再生装置１０から出力される映像（例えば右を向いたら右側の映像）や音声をディスプレイ２３やヘッドホン２４に出力する。
【００２３】
制御ボックス３０には、ＵＳＢ端子（図示せず）及び同軸端子（図示せず）等が設けられている。制御ボックス３０は、同軸端子に接続された同軸ケーブル（通信ケーブル）を介してプッシュソレノイド４０ａ、４０ｂと接続されている。
【００２４】
また、制御ボックス３０は、ＵＳＢ端子に接続されたＵＳＢケーブルを介してＶＲ再生装置１０や操作ユニット３１等の外部装置と接続されている。つまりＵＳＢ端子は、落下のトリガとなる信号を外部装置から受け取る通信インターフェースである。
【００２５】
制御ボックス３０は、ＶＲ再生装置１０の３Ｄ映像に同期したタイミング信号に基づきプッシュソレノイド４０ａ、４０ｂに電流を流し、プッシュソレノイド４０ａ、４０ｂを駆動する。
【００２６】
制御ボックス３０は、ＶＲ再生装置１０により再生される３Ｄ動画で、被験者の映像の上方から落下してきた飛来物（ネジや工具等）がヘルメット本体２１に当たったタイミングに合わせて出力されるタイミング信号を基に、プッシュソレノイド４０ａを動作させる。
【００２７】
また、制御ボックス３０は、ＶＲ再生装置１０により再生される３Ｄ動画で、被験者の映像の頭部側方から物体（パイプ等）がヘルメット本体２１に激突したタイミングに合わせて出力されるタイミング信号を基に、プッシュソレノイド４０ｂを動作させる。
【００２８】
操作ユニット３１は、制御ボックス３０に対して、打撃テストのトリガを発生させるトリガ発生部である。操作ユニット３１には、ＬＥＤ３２、打撃テスト釦３３、３４等が設けられている。ＬＥＤ３２は、制御ボックス３０からの電源信号を受けて点灯し、制御ボックス３０が動作中、つまり電源が入っていることを通知する。
【００２９】
打撃テスト釦３３は、プッシュソレノイド４０ａに打撃を指示する釦である。打撃テスト釦３４は、プッシュソレノイド４０ｂに打撃を指示する釦である。オペレータがこれらのテスト釦３３、３４を押下することによって、制御ボックス３０は、打撃を指示するトリガの発生を検出する。これらの打撃テスト釦３３、３４を操作することで、任意のタイミングでプッシュソレノイド４０ａ、４０ｂに打撃を行わせることが可能である。
【００３０】
図３に示すように、プッシュソレノイド４０ａ、４０ｂは、可動部材４１、フランジ部４４ａを有する軸受４４、フランジ部４４ａの上に載置し軸受４４の周囲に配置するように軸受４４に固定されたコイル４５、軸受４４のフランジ部４４ａに下方に突設された取り付けネジ４７と、取り付けネジ４７をヘルメット本体２１の孔に通して軸受４４を固定するナット４８、戻り衝撃吸収部材４２、ヘルメット本体２１に固定されたカバー５０等を備える。
【００３１】
可動部材４１は、磁性体であるプランジャー４１ｂを上部（上端）に配置すると共にアルミ受板２６と軸受４４との間の位置にフランジ部４１ａを固定したシャフト部４１ｃと、フランジ部４１ａの下に配置されるダンパー付きのセットカラー４９とを有する。
【００３２】
シャフト部４１ｃは、フランジ部４１ａ及びプランジャー４１ｂを接続する。シャフト部４１ｃは、軸受４４において軸方向に移動することでその先端（下端）が軸方向に位置するアルミ受板２６に当接する。
【００３３】
フランジ部４１ａは、軸受４４の下側に露出するシャフト部４１ｃに、軸受４４の底面に対向して設けられている。軸受４４の底面に対向とは、軸受４４の底面に接して設けてもよく、底面から離間して設けてもよい。つまりフランジ部４１ａは、シャフト部４１ｃの、アルミ受板２６と軸受４４との間の位置に固定されていればよい。セットカラー４９の底部には、ダンパーとして緩衝用のゲル材４９ａが配置されている。
【００３４】
軸受４４は、可動部材４１のシャフト部４１ｃを軸方向に移動自在に支持する。コイル４５は、電流が流されることで磁界が発生し、上部のプランジャー４１ｂを磁気的に引き付け、可動部材４１全体を軸方向下側に位置するアルミ受板２６側に移動させる。これにより、シャフト部４１ｃの先端（下端）がアルミ受板２６に打ち付けられ、その衝撃音及び衝撃力がアルミ受板２６を通じて周囲に伝搬する。
【００３５】
戻り衝撃吸収部材４２は、軸受４４とフランジ部４１ｂとの間に介挿されている。戻り衝撃吸収部材４２としては、例えば制振ゴム、低反発ウレタンフォーム、衝撃吸収ゲルシートなどを用いる。
【００３６】
カバー５０は、プッシュソレノイド４０ａ、４０ｂ全体を覆うようにヘルメット本体２１に固定されている。カバー５０は、軽量の金属、例えばアルミニウム等の部材を、筒状に加工し蓋をしたもの、またはエンボス加工したものである。
【００３７】
以下、このＶＲ体感システムの動作を説明する。  
このＶＲ体感システムの場合、ＶＲ再生装置１０から出力された被災映像がＨＭＤ２２のディスプレイ２３に表示され、その映像に対する音声がヘッドホン２４から出力され、被験者が仮想的に被災体験をする。
【００３８】
被災映像は、被験者の動きに合わせて場面が変化し、その中で、被験者の上から飛来物が頭部に落下してきたとき（例えば上階で作業している作業者がネジや工具を誤って落下させてしまい、被験者の頭に当ったシーンになったとき）、ＶＲ再生装置１０から、プッシュソレノイド４０ａを駆動するためのタイミング信号が制御ボックス３０へ出力される。
【００３９】
２つあるプッシュソレノイド４０ａ、４０ｂを別々に駆動するためのタイミング信号については、複数の配線を束ねた通信ケーブルの配線のうちそれぞれ別の配線で送ってもよく、同じ配線で信号の種類を変えて送ってもよい。
【００４０】
このタイミグ信号を受けた制御ボックス３０は、プッシュソレノイド４０ａのコイル４５に駆動電流を流すよう制御する。
【００４１】
これにより、図４に示すように、可動部材４１が、矢印Ａ方向（下方）に移動し、シャフト部４１ｃの先端がアルミ受板２６を打撃する。
【００４２】
この際、セットカラー４９の底部に配置されているゲル材４９ａが潰され、ダンパーとして機能するので、チャタリングなどの現象が起きなくなる。また、打撃時の反動でシャフト部４１ｃが矢印Ｂ方向（上方）に移動し、軸受４４のフランジ部４４ａに衝突するようになるが、フランジ部４４ａの底面には、戻り衝撃吸収部材４２が配置されているために、シャフト部４１ｃのフランジ部４１ａが戻り衝撃吸収部材４２によって受け止められるので、さらにシャフト部４１ｃが下方に移動、つまり２度打ちすることがなくなり、衝撃と衝撃音が１度だけになる。つまりヘルメット本体２１に落下物が１回当たったのと同じリアルな衝撃状態が作り出される。
【００４３】
また、被災映像が、被験者の動きに合わせて場面が変化し、その中で、被験者の頭部側方から物体が激突したとき（例えば他の作業者が足場パイプを持って振り向き、その足場パイプが被験者の側頭部に当ったようなシーンになったとき）、ＶＲ再生装置１０からプッシュソレノイド４０ｂを駆動するタイミング信号（プッシュソレノイド４０ａのタイミング信号とは異なる信号）が制御ボックス３０へ出力される。
【００４４】
このタイミグ信号を受けた制御ボックス３０は、プッシュソレノイド４０ｂのコイル４５に駆動電流を流すよう制御する。以降の動作は、上記で説明したプッシュソレノイド４０ａの動作と同じであるため、その説明を省略する。
【００４５】
このようにこの実施形態のＶＲ体感システムによれば、ヘルメット本体２１の上部および／または側部に設けた開口２１ａの内側にアルミ受板２６を配置し、開口２１ａの位置に固定したプッシュソレノイド４０ａ、４０ｂを、ＨＭＤ２２に出力される３Ｄ動画に合わせて駆動し、開口２１ａを通じてアルミ受板２６を打撃することで、被験者の上から飛来物が頭部に落下してきた衝突時の衝撃や頭部側方から物体が激突したときの衝撃を、頭部に近い位置で与えることで、よりリアルな危険体感を味わえるＶＲ危険体感用ヘルメット２０を提供することができる。
【００４６】
この他、この実施形態では、以下のような効果も得られる。  
ＶＲ体感システムにおいて、被検者の上から飛来してきたネジや工具や頭部側方からの足場パイプが激突する瞬間のシーンに、打撃機構により衝撃と激突音が加味されるので、よりリアルな危険体感を味わうことができる。
【００４７】
また、実際のパイプ等で軽くたたく場合よりもリアルでありながら、危険を安全に体感することができる。さらに、危険体感のシステムとして小型軽量で狭いスペース（会議室等）でも危険体感教育を行うことができる。
【００４８】
すなわち、このＶＲ体感システムでは、被験者は、ＨＭＤ２２を装着してＶＲ映像を視聴しつつ予期せぬ方向からの物体の不意な衝突の衝撃をヘルメット自体で体感することで、迫力ある危険体感を味わうことができる。
【００４９】
なお、上記実施形態では、ヘルメット本体２１の上部および側部にそれぞれプッシュソレノイド４０ａ、４０ｂを配置したが、さらにヘルメット本体２１の後部および前部に配置してもよく、またプッシュソレノイドを１つだけ配置してもよい。
【００５０】
上記実施形態では、外部装置としてのＶＲ再生装置１０及び操作ユニット３１を制御ボックス３０を介してヘルメット本体２１に接続したが、制御ボックス３０の制御部としての機能をヘルメット本体２１に内蔵してもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、ヘルメット本体２１にＨＭＤ２０（ディスプレイ２３とヘッドホン２４）を一体的に取り付けたが、ディスプレイ２３とヘッドホン２４のうちいずれか一方を分離して取り付けてもよい。
【００５２】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００５３】
また上記実施形態に示した各構成要素を、コンピュータのハードディスク装置などのストレージにインストールしたプログラムで実現してもよく、また上記プログラムを、コンピュータ読取可能な電子媒体：electronic mediaに記憶しておき、プログラムを電子媒体からコンピュータに読み取らせることで本発明の機能をコンピュータが実現するようにしてもよい。電子媒体としては、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やフラッシュメモリ、リムーバブルメディア：Removable media等が含まれる。さらに、ネットワークを介して接続した異なるコンピュータに構成要素を分散して記憶し、各構成要素を機能させたコンピュータ間で通信することで実現してもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１０…ＶＲ再生装置、２０…ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、２１…ヘルメット本体、２３…ディスプレイ、２４…ヘッドホン、２５…衝撃吸収ライナー、２６…アルミニウム板（アルミ受板）、３０…制御ボックス、３１…操作ユニット、３２…ＬＥＤ、３３、３４…打撃テスト釦、４０ａ、４０ｂ…プッシュソレノイド、４１…可動部材、４１ａ…フランジ部、４１ｂ…プランジャー、４１ｂ…フランジ部、４１ｃ…シャフト部、４２…戻り衝撃吸収部材、４４…軸受、４４ａ…フランジ部、４５…コイル、４７…ネジ、４８…ナット、４９…セットカラー、４９ａ…ゲル材、５０…カバー。
【図１】
0006928802.tif 000002
【図２】
0006928802.tif 000003
【図３】
0006928802.tif 000004
【図４】
0006928802.tif 000005