JP2020036367A - 頭部装着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、頭部装着装置の使用者の装着感が、当該使用者の頭部に接するカウンターウェイトによって損ねられてしまうことを防止することを目的とする。【解決手段】 本発明は、使用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、前記使用者に対して画像を表示する表示部と、外装部材を有し、前記頭部装着装置の重心の位置を調整するカウンターウェイト部と、前記表示部と前記カウンターウェイト部とに結合され、前記使用者の頭部に対する前記表示部と前記カウンターウェイト部との位置を保持する保持部とを有し、前記カウンターウェイト部は、前記使用者の頭部に前記頭部装着装置が装着された場合に、前記使用者の頭部の形状に応じて変形するように形成され、前記外装部材を前記保持部に巻き付けることにより前記保持部に結合されることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、使用者が頭部に装着して使用する頭部装着装置に関するものである。

使用者の頭部に装着され使用される頭部装着装置の一つに、ヘッドマウントディスプレイ（以後、ＨＭＤ（Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ）と呼ぶ）がある。一般的なＨＭＤには、表示装置が内蔵されており、使用者に対して様々な映像を提示することが可能となっている。ＨＭＤを装着した使用者は、装着したまま、表示される立体映像を閲覧しながらの移動が可能である。

ＨＭＤは、ベルト状の締め付け部材や前頭部押圧部および後頭部押圧部などの装着部材を用いて、使用者の頭部に保持される。装着部材には、締め付けや押圧を調整できる調整機構が備えられており、当該調整機構の調整により使用者の頭部から着脱可能になっている。

装着部材には、使用者が正しい映像を認識できる位置および姿勢に表示部を保持することに加え、使用者の首振り等の動作に対して表示部がずれないように保持することが求められる。更に、頭部形状や大きさが異なる様々な人が、長時間使用しても快適な装着感が得られることが望ましい。

特許文献１には、装着部材に加え、カウンターウェイトを頭部装着装置に備えさせることが開示されている。カウンターウェイトを備えることによって、頭部装着装置全体の重心位置を調整し、使用者の頭部に対する表示部のずれを軽減することが可能となっている。

特開２００４−２３３８９９号公報

上述の通り、特許文献１には、頭部装着装置にカウンターウェイトを備えさせることが開示されている。具体的な構成として、装着時に、表示部やカウンターウェイトなどの頭部装着装置を構成する部材と使用者の頭部との接する面積を大きくする構成と小さくする構成とが挙げられる。

使用者の頭部との接する面積を小さくする構成を採用した場合、使用者の首振り等の動作によって表示部のずれが発生してしまう可能性が残る。表示部のずれの発生を防止するためには、頭部装着装置の保持機構の締め付けを強くしたり、摩擦係数の大きい部材を用いる必要がある。しかしながら、いずれにしても使用者の装着感を損ねてしまう可能性がある。

一方、使用者の頭部との接する面積を大きくする構成を場合、保持機構の締め付けを強くしたり、摩擦係数の大きい部材を用いなくても、保持力を高めることが出来る。しかしながら、一般的に固い部材で構成されているカウンターウェイトと使用者の頭部との接する面積が大きくなるため、使用者の装着感を損ねてしまう可能性が同様にある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、頭部装着装置の使用者の装着感が、当該使用者の頭部に接するカウンターウェイトによって損ねられてしまうことを防止することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明における頭部装着装置は、使用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、前記使用者に対して画像を表示する表示部と、外装部材を有し、前記頭部装着装置の重心の位置を調整するカウンターウェイト部と、前記表示部と前記カウンターウェイト部とに結合され、前記使用者の頭部に対する前記表示部と前記カウンターウェイト部との位置を保持する保持部とを有し、前記カウンターウェイト部は、前記使用者の頭部に前記頭部装着装置が装着された場合に、前記使用者の頭部の形状に応じて変形するように形成され、前記外装部材を前記保持部に巻き付けることにより前記保持部に結合されることを特徴とする。

本発明によれば、頭部装着装置の使用者の装着感が、当該使用者の頭部に接するカウンターウェイトによって損ねられてしまうことを防止することが出来る。

第１の実施形態における頭部装着型表示装置の外観を示した図である。 第１の実施形態におけるカウンターウェイトの構造に関する概略図である。 第１の実施形態におけるベルト部の構成とカウンターウェイトの着脱に関する概略図である。 第１の実施形態におけるカウンターウェイトの機能に関する概略図である。 第２の実施形態におけるカウンターウェイトの構造に関する概略図である。 第３の実施形態における頭部装着型表示装置の外観を示した図である。 第４の実施形態における頭部装着型表示装置の外観を示した図である。 第５の実施形態における頭部装着型表示装置の外観を示した図である。 第６の実施形態における頭部装着型表示装置の外観を示した図である。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における頭部装着型の表示装置（表示部を備える頭部装着装置）の外観を示した図である。本実施形態の頭部装着型表示装置は、画像表示部１０と、前頭支持部２０と、ベルト部３０（保持部）と、カウンターウェイト４０（カウンターウェイト部）から構成されている。図１に示す通り、頭部装着型表示装置は使用者の頭部に装着されて使用される。

それぞれの具体的な機能について以下に述べる。画像表示部１０の内部には、映像を表示する表示素子と、その表示素子の映像を拡大し使用者の眼に導く光学系とが配置されている。前頭支持部２０には、画像表示部１０とベルト部３０とがそれぞれ結合されており、装着する際に使用者Ｈの前頭部近傍に触れることで画像表示部１０は保持される。ベルト部３０は、厚み方向に柔軟性を持った板材で、重力Ｇの方向に対して剛性を有し、頭部に巻き付く方向に柔軟性を有する。また、ベルト部３０は、自身の長さを調整できる調整機構を有する。カウンターウェイト４０は使用者Ｈの頭部に沿う形状に変形が可能な構成で、ベルト部３０の一部である調整用ベルト３２と結合されている。装着時には、使用者Ｈの後頭部近傍に配置される。この頭部装着型表示装置は、前頭支持部２０を支点として、画像表示部１０の自重によるモーメントと、カウンターウェイト４０の自重によるモーメントが概ね釣り合うように重心位置が調整されている。また、ベルト部３０の剛性によってモーメントが伝達され、この釣り合いが実現されている。これにより画像表示部１０の位置と姿勢が安定し、使用者Ｈが正しい映像を認識できるような位置と姿勢に画像表示部１０を保持させることが容易となる。画像表示部１０を保持するにあたっては、ベルト部３０の長さを調整し、画像表示部１０とベルト部３０とカウンターウェイト４０を使用者Ｈの頭部に密着させる。これにより、使用者Ｈの首振り等の諸動作に対して、画像表示部１０の位置と姿勢を保持する摩擦力を得ることができ、頭部装着型表示装置の使用時に画像表示部１０の位置と姿勢がずれにくくなる。

尚、上述では、表示部を備える頭部装着装置について説明した。しかしながら、表示部を備えず、視覚以外の頭部の感覚器を刺激する本体部を備える頭部装着装置に本実施形態を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を内蔵した頭部装着装置に適用することが可能である。

図２は、カウンターウェイト４０の構造に関する概略図である。図２（ａ）が外観図、図２（ｂ）がカウンターウェイト４０の断面図である。カウンターウェイト４０は、シート状で伸縮性のある布製部材４１を２枚重ね合わせ、縁に封入用布部材４２を縫い付けることで袋状になっている。そして、図２（ｂ）に示す通り、その中に複数の鉄玉４３が詰められている。袋は自由に形状が変わり、また複数の鉄玉４３は袋内で自由に動くため、カウンターウェイト４０は使用者Ｈの頭部に沿う形状に変形できる。またカウンターウェイト４０には、着脱用布部材４４が縫い付けられている。布製部材４１にスナップボタンのソケット４５、着脱用布部材４４にスナップボタンのスタッド４６がそれぞれ取り付けられ、互いが嵌まる構成である。これにより、調整用ベルト３２に巻きつけて取り付けることができる。図２（ａ）、（ｂ）に示す通り、カウンターウェイト４０は使用者の後頭部の形状に沿うような矩形形状をしており、更に凹部が形成されている。このような形状にすることによって、使用者の後頭部に適切に装着することが可能になる。上記では、カウンターウェイト４０が布製部材４１で構成され、複数の鉄玉４３が封入されている構成について説明した。しかしながら、布製部材だけでなく、他の可撓性を有する部材を用いても良いし、鉄玉だけでなく、他の金属部材の球状部材を用いても良い。

図３は、ベルト部３０の構成とカウンターウェイト４０の着脱機能に関する概略図である。図３（ａ）はベルト部３０の構成に関する概略図である。格納部３１は２枚の板材で構成され、２枚の板材の間には一定間隔の隙間が設けられている。ベルト部３０を使用者Ｈの頭部に巻き付けるために、格納部３１に設けられた隙間に調整用ベルト３２が格納され、ベルト部３０の長さが調整される。調整部３３は格納部３１に取り付けられており、調整用ベルト３２が格納部３１に格納される際に調整用ベルト３２を保持する機能、使用者が操作して保持を解除する機能を有している。つまみ３４は格納部３１と調整用ベルト３２に取り付けられている。装着時には、使用者が格納部３１に取り付けられているつまみ３４と調整用ベルト３２に取り付けられているつまみ３４を手で互いに引き寄せる。当該操作によって、格納部３１に調整用ベルト３２が格納され、ベルト部３０を使用者Ｈの頭部に巻きつけることができる。パッド部材３５は柔軟性を持った部材であり、使用者の前頭部から側頭部にかけて当たり、装着時にかかる押圧力を分散させる。溝３６はカウンターウェイト４０を調整用ベルト３２に装着し固定するためにある。図３（ｂ）は調整用ベルト３２にカウンターウェイト４０を装着する時の概略図である。溝３６にソケット４５が収まることでカウンターウェイト４０の位置決めがなされる。図３（ｃ）は調整用ベルト３２にカウンターウェイト４０を装着した時の概略図である。着脱用布部材４４に取り付けてあるスタッド４６を布製部材４１に取り付けてあるソケット４５に嵌めることで、調整用ベルト３２に着脱用布部材４４を巻き付け固定することができる。またソケット４５からスタッド４６を外すことで調整用ベルト３２からカウンターウェイト４０を着脱することが可能である。これによって、例えばカウンターウェイト４０に皮脂などが付着した場合や重さを変えたい場合に、別のものと交換することが可能となり、ユーザビリティの向上に繋がる。

図４はカウンターウェイト４０が使用者Ｈの後頭部に密着した際の概略図である。図４（ａ）は使用者Ｈの後頭部にカウンターウェイト４０が密着し巻き付いた時の概略図である。図４（ｂ）、図４（ｃ）はそれぞれ図４（ａ）におけるＡの方向から見た図、Ｂの方向から見た図である。カウンターウェイト４０は任意に形状を変えることができるため、図４（ｂ）のＸと図４（ｃ）のＹ方向に反ることができ、頭部形状に追従できる。また、カウンターウェイト４０の形状が変形することで、使用者Ｈの後頭部近傍に密着した際にかかる押圧を分散でき、装着感の向上が期待できる。

以上より、第１の実施形態では画像表示部１０を任意の位置に装着し保持しやすく、使用者Ｈの動作に対しても画像表示部１０の位置と姿勢がずれにくくなる。またカウンターウェイト４０の形状が変形することで頭部形状に追従して密着させることができる。さらに、密着している時にかかる頭部への押圧が分散されやすくなることから、装着感の向上が期待できる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態における頭部装着型表示装置の外観を示した図である。カウンターウェイト５０は、第１の実施形態と同様の頭部装着型表示装置に適用されるが、カウンターウェイト４０の構成とは異なる。図５（ａ）が外観図、図５（ｂ）がカウンターウェイト５０の断面図である。カウンターウェイト５０は、袋状に構成させた伸縮性のある非浸透部材５１で形成されている。そして、非浸透部材５１の内部に、注入口５２から注入された液体５３が詰められている。非浸透部材５１が柔軟性をもつことと、液体５３が流動的に動くことから、カウンターウェイト４０と同様、カウンターウェイト５０は使用者Ｈの頭部に沿う形状に変形することができ、また装着時にかかる押圧を分散できる。また、液体５３の注入量を調整することで、使用者Ｈがカウンターウェイト５０の重量を任意に調整することが可能となり、ユーザビリティの向上に繋がる。着脱用部材５４は非浸透部材５１の表面に取り付けられている。また、非浸透部材５１にスナップボタンのソケット５５が、着脱用部材５４にスナップボタンのスタッド５６がそれぞれ取り付けられ、それぞれが嵌まる構成になっている。この構成により、図３（ｂ）、図３（ｃ）と同様の方法で、調整用ベルト３２にカウンターウェイト５０を取り付け、取り外しができる。尚、上記では、非浸透部材５１に液体５３が詰められている構成について説明したが、液体５３の代わりに、液状もしくはゲル状の他の物質を用いても良い。

以上から、本実施形態は、第１の実施形態と同様に、画像表示部を任意の位置に装着し保持しやすく、使用者Ｈの動作に対しても画像表示部の位置と姿勢がずれにくい。また、カウンターウェイト５０の形状が変形することで頭部形状に追従して密着させることができる。さらに、密着している時にかかる頭部への押圧が分散されやすくなることから、装着感の向上が期待できる。

（第３の実施形態）
図６（ａ）は、第３の実施形態における頭部装着型表示装置の外観を示した図である。カウンターウェイト部６０は、第１および第２の実施形態のカウンターウェイト同様の構成で変形可能な後頭支持部６１と、回動軸６２を有する。カウンターウェイト部６０は、可動部として機能する回動軸６２を介し、ベルト部と結合する。カウンターウェイト部６０とベルト部は、回動軸６２が規制する範囲内で、互いに回動自由である。図６（ｂ）は、特徴的な形状の後頭下部を持つ使用者に、第３の実施形態における頭部装着型表示装置を装着した様子である。カウンターウェイト部６０は、回動軸６２を中心に、角度Ｂ１回転する。この回転で、カウンターウェイト部６０は、頭の形状にいっそう追従し、装着感が向上する。

（第４の実施形態）
図７（ａ）は、第４の実施形態における頭部装着型表示装置の外観を示した図である。カウンターウェイト部７０は、第１および第２の実施形態のカウンターウェイト同様の構成で変形可能な後頭支持部７１と、着脱部７２を有する。たとえば、着脱部は、第１第２の実施形態のカウンターウェイト同様、スナップボタンのソケットとスタッドの組み合わせであり、ベルトに空いた丸穴を挟みつつ、スナップボタンを留める構成である。丸いスタッドの外壁と丸穴の内壁がぶつかり、カウンターウェイト部７０はベルトから外れないが、丸いスタッドと丸穴は、互いに回動自由である。よって、カウンターウェイト部７０はベルトに対し、ある規制範囲で回動自由である。図７（ｂ）は、特徴的な形状の後頭下部を持つ使用者に、第４の実施形態における頭部装着型表示装置を装着した様子である。カウンターウェイト部７０は、着脱部７２を中心に、角度Ｂ２回転する。この回転で、カウンターウェイト部７０は、頭の形状にいっそう追従し、装着感が向上する。以上を踏まえて、本実施形態の頭部装着型表示装置の効果を述べる。本実施形態の頭部装着型機器は、頭部装着型機器における本体部の位置と姿勢を使用者の頭に対して保持できる。使用者の動作によって生じる前記本体部の位置と姿勢のずれを軽減でき、かつ使用者の頭部にかかる押圧を分散できるため、装着感の向上が期待できる。

（第５の実施形態）
図８は、第５の実施形態における頭部装着型表示装置の外観を示した図である。カウンターウェイト８０は第１〜第４の実施形態に適用されるが、構成が異なる。カウンターウェイト８０は鉄玉および液体が封入される袋部が、頭部に巻き付ける方向に対して垂直方向に３分割された構成である。図８（ａ）は使用者Ｈにカウンターウェイト８０が密着し巻き付いた時の概略図、図８（ｂ）はカウンターウェイト８０を人の頭部に接触する側から見た時の概略図である。８１〜８３の各々の袋部に鉄玉および液体が封入されており、８１と８３には同量の鉄玉および液体が封入され、８２には８１および８３と比べて少ない量の鉄玉および液体が封入されており、カウンターウェイト８０の右側と左側が膨らんだ形状となっている。これによって、頭部装着型表示装置を使用者Ｈが装着する際に、カウンターウェイト８０の分割されている箇所が折れる事によって頭部への追従性が増し、装着感の向上が期待できる。また８１と８３の袋部が使用者Ｈの後頭骨の下部の左右に突きあたることによって、装着時の保持力が期待できる。

（第６の実施形態）
図９は、第６の実施形態における頭部装着型表示装置の外観を示した図である。カウンターウェイト９０は第１〜第５の実施形態に適用されるが、構成が異なる。カウンターウェイト９０は人の頭部に接触する側の面に半球状のシリコンゴム９１が複数個ついている構成である。図９（ａ）は使用者Ｈにカウンターウェイト９０が密着し巻き付いた時の概略図、図９（ｂ）はカウンターウェイト９０を人の頭部に接触する側から見た時の概略図である。各シリコンゴム９１が、使用者Ｈの頭部に接触し滑り止めとして機能する事により、使用者Ｈの動作によって生じる頭部装着型表示装置の位置と姿勢のずれを軽減する事が期待できる。

１０ 画像表示部
３０ ベルト部
４０ カウンターウェイト部

Claims (13)

1. 使用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、
   前記使用者に対して画像を表示する表示部と、
   外装部材を有し、前記頭部装着装置の重心の位置を調整するカウンターウェイト部と、
   前記表示部と前記カウンターウェイト部とに結合され、前記使用者の頭部に対する前記表示部と前記カウンターウェイト部との位置を保持する保持部とを有し、
   前記カウンターウェイト部は、前記使用者の頭部に前記頭部装着装置が装着された場合に、前記使用者の頭部の形状に応じて変形するように形成され、前記外装部材を前記保持部に巻き付けることにより前記保持部に結合されることを特徴とする頭部装着装置。
2. 前記カウンターウェイト部は、前記保持部と着脱が可能に結合されていることを特徴とする請求項１に記載の頭部装着装置。
3. 前記カウンターウェイト部は、可撓性のある部材で形成されていることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の頭部装着装置。
4. 前記カウンターウェイト部の内部には、複数の球状部材が封入されてい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。
5. 前記カウンターウェイト部の内部には、液状もしくはゲル状の物質が封入されてい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。
6. 前記カウンターウェイト部は矩形形状をしており、凹部が形成されてい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。
7. 前記カウンターウェイト部は、前記保持部に対して可動になる可動部を有す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。
8. 前記保持部に対して着脱することが可能な着脱部を更に有し、
   前記着脱部は、前記可動部に装着されることを特徴とする請求項７に記載の頭部装着装置。
9. 前記カウンターウェイト部は、内部に部材を詰めることが可能な複数の袋部で構成されていること特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の頭部装着装置。
10. 前記カウンターウェイト部は、前記使用者の頭部に接触する面にシリコンゴムが取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の頭部装着装置。
11. 前記カウンターウェイト部の前記使用者の頭部に接触する側には、半球状の複数のシリコンゴムが付けられていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の頭部装着装置。
12. 前記外装部材はスタッドを有し、
    前記スタッドを前記保持部に嵌めることにより、前記カウンターウェイト部は、前記保持部に結合されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の頭部装着装置。
13. 使用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、
    前記使用者の頭部の感覚器を刺激する本体部と、
    外装部材を有し、前記頭部装着装置の重心の位置を調整するカウンターウェイト部と、
    前記本体部と前記カウンターウェイト部とに結合され、前記使用者の頭部に対する前記本体部と前記カウンターウェイト部との位置を保持する保持部とを有し、
    前記カウンターウェイト部は、前記使用者の頭部に前記頭部装着装置が装着された場合に、前記使用者の頭部の形状に応じて変形するように形成され、前記外装部材を前記保持部に巻き付けることにより前記保持部に結合されることを特徴とする頭部装着装置。

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