JP2016194556A - 頭部搭載ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本願は、着脱が容易で拘束力もある頭部搭載ディスプレイ装置を開示する。
【解決手段】本願で開示する頭部搭載ディスプレイ装置は、ディスプレイを頭に装着するユーザの各眉毛の上部に接触する第１の固定パッド部と、ユーザの頭頂部と第１の固定パッド部との間に位置する第２の固定パッド部と、ユーザの首と頭との付け根部分に後方から接触する可動パッド部と、可動パッド部を付け根部分へ押圧する押圧手段と、を備える。
【選択図】図３

Description

本願は、頭部搭載ディスプレイ装置に関する。

近年、頭部に搭載可能なディスプレイ装置が開発されている（例えば、特許文献１−３を参照）。

特開平９−１７９０６１号公報 特開２００８−２５２３１９号公報 特開平８−１６８０５９号公報

頭部に搭載可能なディスプレイ装置の装着方式としては、例えば、頭部を左右から挟み込む方式のものや、頭頂部に載せてからアジャスターを調整して前後左右から締め込む方式のものが考えられる。しかし、前者の方式によれば、頭部を左右から挟み込んでいるだけなので拘束力が弱く、顔を左右に振った場合に位置ずれを生じやすい。また、後者の方式によれば、拘束力は高いものの、着脱の際の調整が容易でない。

そこで、本願は、着脱が容易で拘束力もある頭部搭載ディスプレイ装置を開示する。

本願は、以下のような頭部搭載ディスプレイ装置を開示する。すなわち、本願で開示する頭部搭載ディスプレイ装置は、ディスプレイを頭に装着するユーザの各眉毛の上部に接触する第１の固定パッド部と、ユーザの頭頂部と第１の固定パッド部との間に位置する第２の固定パッド部と、ユーザの首と頭との付け根部分に後方から接触する可動パッド部と、可動パッド部を付け根部分へ押圧する押圧手段と、を備える。

上記頭部搭載ディスプレイ装置であれば、着脱が容易でありながら十分な拘束力も発揮される。

図１は、実施形態に係る頭部搭載ディスプレイ装置を斜め上から図示した第１の斜視図である。 、図２は、実施形態に係る頭部搭載ディスプレイ装置を斜め下から図示した第２の斜視図である。 図３は、頭部搭載ディスプレイ装置を右側から見た場合の各パッドの位置関係を示している。 図４は、頭部搭載ディスプレイ装置を下側から見た場合の各パッドの位置関係を示している。 図５は、頭部搭載ディスプレイ装置の着脱方法の一例を示した図である。 図６は、ディスプレイの状態図である。 図７は、フレームの各パッドと頭との接触状態を示した図である。 図８は、頭部搭載ディスプレイ装置の各部の位置関係を、頭部搭載ディスプレイ装置の右側から示した図の一例である。 図９は、頭部搭載ディスプレイ装置の各部の位置関係を、頭部搭載ディスプレイ装置の下側から示した図の一例である。 図１０は、変形例に係る頭部搭載ディスプレイ装置を斜め後ろから図示した斜視図である。

以下、実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、単なる例示であり、本開示の技術的範囲を以下の態様に限定するものではない。

図１は、実施形態に係る頭部搭載ディスプレイ装置を斜め上から図示した第１の斜視図である。また、図２は、実施形態に係る頭部搭載ディスプレイ装置を斜め下から図示した第２の斜視図である。頭部搭載ディスプレイ装置１は、ユーザの頭に装着されるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：Head Mounted Display）であり、映像の表示機能を司るディスプレイ２と、ディスプレイ２をユーザの頭に固定するフレーム３とを備える。ディスプレイ２は、映像を表示する電子素子、レンズ等の光学部品、映像データを処理する処理回路等の各種電子部品を内蔵する。頭部搭載ディスプレイ装置１は、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、テレビ、その他の映像を取り扱う各種電子機器と有線または無線で接続され、それらの機器から取得した映像をディスプレイ２の内部に映し出す。ディスプレイ２は、ユーザの視野すべてを覆うものであってもよいし、マイクロディスプレイ型ＨＭＤのようなユーザの視野の一部分を覆うものであってもよい。ディスプレイ２がユーザの視野すべてを覆う場合、頭部搭載ディスプレイ装置１は、例えば、ディスプレイ２を通して外の様子を確認するビデオシースルー型の装置であってもよいし、或いは、外の様子を全て遮断し、映像機器から提供される映像のみをユーザに見せてもよい。

フレーム３は、頭部搭載ディスプレイ装置１を装着するユーザの頭に沿った形状の構造部品であり、ユーザの頭に接触する幾つかのパッドが設けられている。すなわち、フレーム３には、前方側から後方側へ向かって順に、第１の固定パッド部４、第２の固定パッド部５、第３の固定パッド部６、可動パッド部７が設けられている。ここで、前方および後方とは、頭部搭載ディスプレイ装置１を頭に装着したユーザの視点から見た場合の前後関係を表している。以降の説明で登場する方向に関する記載は、何れも頭部搭載ディスプレイ装置１を頭に装着したユーザの視点から見た場合を前提とする。第１の固定パッド部４は、主にディスプレイ２を頭に装着するユーザの各眉毛の上部に接触する。第２の固定パッド部５は、ユーザの頭頂部と第１の固定パッド部４との間に位置する。第３の固定パッド部６は、主にユーザの後頭部の上部に接触する。可動パッド部７は、主にユーザの首と頭との付け根部分に後方から接触する。

図３は、頭部搭載ディスプレイ装置１を右側から見た場合の各パッドの位置関係を示している。また、図４は、頭部搭載ディスプレイ装置１を下側から見た場合の各パッドの位置関係を示している。

第１の固定パッド部４は、頭部搭載ディスプレイ装置１を装着するユーザの各眉毛の上部に接触する一対の隆起部４ａ，４ａと、一対の隆起部４ａ，４ａの間に形成されてユーザの頭の外周に沿う湾曲部４ｂと、を有する柔軟な部材である。また、第２の固定パッド部５は、頭部搭載ディスプレイ装置１を装着するユーザの頭頂部と第１の固定パッド部４との間でユーザの頭に左右両側から各々接触する一対のパッド５ａ，５ａを有する。また、第３の固定パッド部６は、頭部搭載ディスプレイ装置１を装着するユーザの後頭部の上部に左右両側から各々接触する一対のパッド６ａ，６ａを有する。各パッド５ａ，５ａ，６ａ，６ａは、頭部搭載ディスプレイ装置１を装着するユーザの頭部に沿う斜めの接触面
を有する。パッド５ａ，５ａ，６ａ，６ａは、何れも柔軟な部材で形成されている。第１の固定パッド部４、第２の固定パッド部５、第３の固定パッド部６は、何れもフレーム３に固定されており、フレーム３に支持されるディスプレイ２とユーザの頭との相対的な位置関係を規定する。

可動パッド部７は、頭部搭載ディスプレイ装置１を装着するユーザの首と頭との付け根部分に沿う湾曲部７ｂと、湾曲部７ｂの両端に形成される一対の隆起部７ａ，７ａとを有する柔軟な部材である。可動パッド部７は、フレーム３の各部のうちユーザの後頭部の上部付近に対応する部位に設けられたヒンジ３ａを介してフレーム３に連結されるアーム３ｂの先端に設けられている。アーム３ｂは、ヒンジ３ａを中心に所定の角度の範囲内で回転可能である。ここでいう所定の角度とは、フレーム３に対するアーム３ｂの回転可能な相対角度であり、例えば、一般的な人の頭の大きさに関する統計データやその他各種の観点に基づいて適宜決定可能な角度である。アーム３ｂは、アーム３ｂの先端に設けられた可動パッド部７とヒンジ３ａとの間の部分を一端が接触する圧縮バネ３ｃによって、頭部搭載ディスプレイ装置１の前方側へ押圧される。フレーム３に対する可動パッド部７の相対的な位置関係は、ヒンジ３ａを中心に所定の角度の範囲内で回転するので一意に定まらないが、頭部搭載ディスプレイ装置１を左側または右側から見た場合に、第１の固定パッド部４と可動パッド部７の両領域および第２の固定パッド部５と可動パッド部７の両領域を各々結ぶ線を等辺とする二等辺三角形が形成される箇所に概ね位置する。

なお、ディスプレイ２は、フレーム３の前側に設けられたトルクヒンジ８を介してフレーム３に連結されている。ディスプレイ２は、トルクヒンジ８を中心に所定の角度の範囲内で回転可能である。ここでいう所定の角度とは、フレーム３に対するディスプレイ２の回転可能な相対角度であり、ディスプレイ２がユーザの目の前に位置する場合の角度から、ディスプレイ２がユーザの視界を概ね遮らない程度にユーザの目の上側へ跳ね上げられた場合の角度までの範囲内（例えば、約９０度）を挙げることができる。

図５は、頭部搭載ディスプレイ装置１の着脱方法の一例を示した図である。図５において上段側に示す各図は、頭部搭載ディスプレイ装置１を着脱する際の各パッドとユーザの頭との位置関係を左側から見た場合の図を示している。また、図５において下段側に示す各図は、頭部搭載ディスプレイ装置１を着脱する際の頭部搭載ディスプレイ装置１とユーザの頭との位置関係を左側から見た場合の図を示している。

ユーザは、頭部搭載ディスプレイ２を頭に装着する場合、主に第１の固定パッド部４が眉毛の上部に近づくように頭部搭載ディスプレイ２を頭へ覆い被せる（図５（Ａ））。頭部搭載ディスプレイ２が頭へ覆い被さり始めると、やがて可動パッド部７が後頭部の上部に接触する（図５（Ｂ））。ユーザが頭部搭載ディスプレイ２をそのまま頭へ覆い被せ続けると、後頭部に可動パッド部７が押されてアーム３ｂがやや開く（図５（Ｃ））。ユーザが頭部搭載ディスプレイ２をそのまま頭へ覆い被せ続けると、圧縮バネ３ｃに押圧されているアーム３ｂが可動パッド部７をユーザの首と頭との付け根部分に押し付ける（図５（Ｄ））。ユーザが頭部搭載ディスプレイ２を頭から取り外す場合、頭部搭載ディスプレイ２は、上記一連の挙動とは逆の順序で挙動する。

図６は、ディスプレイ２の状態図である。ユーザは、頭部搭載ディスプレイ２を頭に装着したのち、目の上側へ跳ね上げられているディスプレイ２を目の前へ下げる（図６（Ｂ）から図６（Ａ）へ遷移）。また、ユーザは、頭部搭載ディスプレイ２を頭から取り外す場合、目の前にあるディスプレイ２を目の上へ跳ね上げる（図６（Ａ）から図６（Ｂ）へ遷移）。

ディスプレイ２には、映像を表示する電子素子、レンズ等の光学部品、映像データを処
理する処理回路等の各種電子部品が内蔵されている。一方、フレーム３は、頭部搭載ディスプレイ装置１を装着するユーザの頭に沿った形状の構造部品であり、ユーザの頭に接触する幾つかの柔軟なパッドが設けられているに過ぎない。よって、頭部搭載ディスプレイ装置１の重心は、頭部搭載ディスプレイ装置１がユーザの頭に装着された状態において、少なくともユーザの頭の中心より前方側へ位置する。したがって、例えば、ユーザが頭を揺さぶると、ユーザの頭の中心よりも前方側に重心が位置する頭部搭載ディスプレイ装置１には、ユーザの頭に対し相対的な位置ずれを生じさせるような慣性力が作用する。例えば、頭部搭載ディスプレイ装置１をビデオシースルー型ＨＭＤとする場合、臨場感の高いＡＲ（Augmented Reality）表示が可能である一方で、ディスプレイ２自体が大きくて重
い。しかし、上記実施形態に係る頭部搭載ディスプレイ２は、ユーザの頭に十分な強度で固定できるので、ユーザが頭を揺さぶっても容易に位置ずれを生じない。

図７は、フレーム３の各パッドと頭との接触状態を示した図である。図７（Ａ）は、頭が比較的小さい人に頭部搭載ディスプレイ装置１を装着した場合の各パッドの接触状態の一例を示している。また、図７（Ｂ）は、頭が比較的大きい人に頭部搭載ディスプレイ装置１を装着した場合の各パッドの接触状態の一例を示している。

図７（Ａ）と図７（Ｂ）とを見比べると明らかなように、頭の大きい人に頭部搭載ディスプレイ装置１を装着した場合には頭へ接触する第３の固定パッド部６は、頭の小さい人に頭部搭載ディスプレイ装置１を装着した場合には頭へ接触していない。しかし、頭部搭載ディスプレイ装置１には、頭の中心を挟んで第３の固定パッド部６の反対側の位置にパッドやベルト等の部材が存在しない。よって、第３の固定パッド部６からユーザの頭へ加わる荷重は、頭部搭載ディスプレイ装置１の重量を超えることはない。フレーム３には第３の固定パッド部６の他に第１の固定パッド部４および第２の固定パッド部５があるため、第３の固定パッド部６からユーザの頭へ加わる荷重は、せいぜい頭部搭載ディスプレイ装置１の重量の数割程度である。よって、第３の固定パッド部６は、ユーザが頭を揺さぶった場合の頭部搭載ディスプレイ２の固定状態に寄与しておらず、頭の小さい人に頭部搭載ディスプレイ装置１が装着された場合に頭と非接触であっても、頭部搭載ディスプレイ装置１の固定強度が大きく損なわれることはない。したがって、例えば、頭部搭載ディスプレイ装置１の利用が想定されるユーザの平均的な頭の大きさが比較的小さいような場合、第３の固定パッド部６は省略してもよい。

本実施形態の頭部搭載ディスプレイ装置１においてユーザの頭への固定強度に大きく寄与しているのは、第１の固定パッド部４と第２の固定パッド部５と可動パッド部７の位置関係である。すなわち、第１の固定パッド部４と第２の固定パッド部５と可動パッド部７の位置関係が、少なくとも各部を結ぶ線によって形成される三角形の枠線内にユーザの頭の中心が収まる位置関係となっていれば、略球形のユーザの頭の中心が第１の固定パッド部４と第２の固定パッド部５と可動パッド部７の３点に囲まれることになる。よって、アーム３ｂを押圧する圧縮バネ３ｃの力によって生ずる、第１の固定パッド部４と第２の固定パッド部５と可動パッド部７の各部からユーザの頭へ加わる力の向きが、概ねユーザの頭の中心部へ向かう。すなわち、第１の固定パッド部４および第２の固定パッド部５が、可動パッド部７と協働でユーザの頭の中心部を挟む状態になり、結果的に十分な固定強度が発揮されることになる。そして、第１の固定パッド部４と第２の固定パッド部５とを結ぶ線を底辺とし、第１の固定パッド部４と可動パッド部７とを結ぶ線および第２の固定パッド部５と可動パッド部７とを結ぶ線を等辺とする二等辺三角形が形成される位置関係となる場合には、第１の固定パッド部４からユーザの頭へ加わる力と第２の固定パッド部５からユーザの頭へ加わる力とが理論上均等になるので、ユーザの頭の中心部を効率的に挟む状態となり、拘束力がより適切に発揮される状態となる。なお、ユーザの頭が比較的大きい場合、第１の固定パッド部４と第２の固定パッド部５と可動パッド部７を結ぶ線が形成する三角形は、ユーザの頭が比較的小さい場合よりも縦長の三角形となり、一見、拘束
力が低下し得るようにも考えられる。しかし、本実施形態の頭部搭載ディスプレイ装置１には、第３の固定パッド部６が備わっており、比較的大きい頭に第３の固定パッド部６が接触するので、頭部搭載ディスプレイ装置１全体の拘束力は十分に維持される。

また、頭部搭載ディスプレイ装置１は、第１の固定パッド部４が一対の隆起部４ａ，４ａを有し、第２の固定パッド部５が一対のパッド５ａ，５ａを有し、第３の固定パッド部６が一対のパッド６ａ，６ａを有し、可動パッド部７が一対の隆起部７ａ，７ａを有することにより、ユーザの頭に左右両側から接触した状態を形成している。よって、頭部搭載ディスプレイ装置１は、横方向の荷重に対しても十分な拘束力を発揮する。また、仮に頭の大きいユーザであっても、第１の固定パッド部４が一対の隆起部４ａ，４ａでユーザの頭に少なくとも２点で接触するので、頭部搭載ディスプレイ装置１は、横方向の荷重に対しても十分な拘束力を発揮する。また、仮に首回りの太いユーザであっても、可動パッド部７が一対の隆起部７ａ，７ａでユーザに少なくとも２点で接触するので、頭部搭載ディスプレイ装置１は、横方向の荷重に対しても十分な拘束力を発揮する。

また、頭部搭載ディスプレイ装置１は、十分な拘束力を発揮するにも関わらず、第１の固定パッド部４にユーザの頭の外周に沿う湾曲部４ｂが設けられ、可動パッド部７にユーザの首と頭との付け根部分に沿う湾曲部７ｂが設けられているので、ユーザに与える不快感や違和感も十分に抑制されている。

また、本実施形態の頭部搭載ディスプレイ装置１は、図５を用いて説明したとおり、ユーザの頭にフレーム３を覆い被せるだけで装着可能であり、アジャスター等の調整が不要である。よって、本実施形態の頭部搭載ディスプレイ装置１は、着脱が容易であり、例えば、イベント会場等で不特定多数の来場者の頭へ装着される場合に便利である。例えば、ビデオシースルー型ＨＭＤの場合には重量が重くなるので、着脱時の容易性が重要であるが、頭部搭載ディスプレイ装置１をビデオシースルー型ＨＭＤにすれば、着脱時の容易性を損なうことなく拘束力も十分に発揮できる。

ユーザは、本実施形態の頭部搭載ディスプレイ装置１を使用することで、手ぶらの状態でもディスプレイ映像を閲覧することが可能となる。そのため、ユーザは、本実施形態の頭部搭載ディスプレイ装置１を、例えば、各種現場作業（保守点検業務など）に用いて業務効率化を図ることができる。ユーザは、本実施形態の頭部搭載ディスプレイ装置１を各種現場作業に用いることで、場所や状況に関わらず、手ぶらでの各種情報の閲覧が可能となり、業務効率の向上を図ることができる。そして、本実施形態の頭部搭載ディスプレイ装置１は、着脱が容易で拘束力もあるので、現場作業において、頭からの取り外しを阻害する可能性や、意図しない脱落を生ずる可能性も低い。

なお、第１の固定パッド部４の形状や大きさについては特に限定されないが、例えば、横幅が両目の幅よりも大きく、顔の幅よりも小さい範囲内の大きさであれば、頭部搭載ディスプレイ装置１の着脱の容易性が保たれつつ、適度な拘束力も発揮可能である。

また、可動パッド部７は、圧縮バネ３ｃに押圧されていたが、圧縮バネ３ｃに代わる他の弾性部材（例えば、スポンジや板バネ等）に押圧されてもよい。また、可動パッド部７は、アーム３ｂの急激な動きを減衰させるダンパーを圧縮バネ３ｃ等の弾性部材に設けられていてもよい。ダンパーがアーム３ｂに連結されていれば、圧縮バネ３ｃによるアーム３ｂの急激な動きが制限されるので、ユーザが予期しないアーム３ｂの動きが生ずるのを防ぐことができる。

ところで、上記実施形態の頭部搭載ディスプレイ装置１は、例えば、各部を以下のような位置関係となるように設計することで、着脱が容易で拘束力も発揮できるものを実現で
きる。図８は、頭部搭載ディスプレイ装置１の各部の位置関係を、頭部搭載ディスプレイ装置１の右側から示した図の一例である。また、図９は、頭部搭載ディスプレイ装置１の各部の位置関係を、頭部搭載ディスプレイ装置１の下側から示した図の一例である。頭部搭載ディスプレイ装置１は、例えば、図８や図９に示す寸法に従った位置関係となるように設計すれば、ユーザの平均的な頭の形状や大きさに対応可能である。なお、図９に示す寸法が示すように、例えば、第１の固定パッド部４に設けられている一対の隆起部４ａ，４ａの間隔は９７．４ｍｍになっている。しかし、隆起部４ａ，４ａの間隔は、このような値に制限されるものではなく、例えば、９０〜１１０ｍｍであれば、平均的な成人の両目の幅よりも大きく、顔の幅よりも小さい範囲になる。

なお、上記実施形態では、アーム３ｂがフレーム３に覆われており、アーム３ｂとフレーム３との間に設けられた圧縮バネ３ｃがアーム３ｂを押圧していたが、本願で開示する頭部搭載ディスプレイ装置はこのような実施形態に限定されるものではない。上記実施形態の頭部搭載ディスプレイ装置１は、例えば、以下のように変形してもよい。

図１０は、変形例に係る頭部搭載ディスプレイ装置を斜め後ろから図示した斜視図である。本変形例に係る頭部搭載ディスプレイ装置１１は、図１０に示すようにフレーム１３およびアーム１３ｂの形状が実施形態のフレーム３およびアーム３ｂと相違している。すなわち、本変形例に係る頭部搭載ディスプレイ装置１１のフレーム１３は、実施形態のフレーム３のようにアーム３ｂおよびユーザの後頭部を覆っていない。そして、アーム１３ｂは、ヒンジ１３ａを介してフレーム１３に連結される。本変形例では、実施形態の圧縮バネ３ｃに相当する部材でアーム１３ｂを押圧することができない。そこで、本変形例に係る頭部搭載ディスプレイ装置１１は、フレーム１３とアーム１３ｂとを連結するヒンジ１３ａとしてバネ付きヒンジを用いる。その他の部分については、実施形態の頭部搭載ディスプレイ装置１と同様に第１の固定パッド部４、第２の固定パッド部５、第３の固定パッド部６、可動パッド部７、ディスプレイ２が設けられている。

本変形例に係る頭部搭載ディスプレイ装置１１は、実施形態の頭部搭載ディスプレイ装置１と同様、着脱が容易で拘束力も十分に発揮可能である。

１，１１・・頭部搭載ディスプレイ装置：２・・ディスプレイ：３，１３・・フレーム：３ａ，１３ａ・・ヒンジ：３ｂ，１３ｂ・・アーム：３ｃ・・圧縮バネ：４・・第１の固定パッド部：４ａ・・隆起部：４ｂ・・湾曲部：５・・第２の固定パッド部：５ａ・・パッド：６・・第３の固定パッド部：６ａ・・パッド：７・・可動パッド部：７ａ・・隆起部：７ｂ・・湾曲部：８・・トルクヒンジ

Claims (7)

1. ディスプレイを頭に装着するユーザの各眉毛の上部に接触する第１の固定パッド部と、
   前記ユーザの頭頂部と前記第１の固定パッド部との間に位置する第２の固定パッド部と、
   前記ユーザの首と頭との付け根部分に後方から接触する可動パッド部と、
   前記可動パッド部を前記付け根部分へ押圧する押圧手段と、を備える、
   頭部搭載ディスプレイ装置。
2. 前記可動パッド部は、前記第１の固定パッド部と前記可動パッド部の両領域および前記第２の固定パッド部と前記可動パッド部の両領域を各々結ぶ線を等辺とする二等辺三角形が形成される箇所に位置する、
   請求項１に記載の頭部搭載ディスプレイ装置。
3. 前記第１の固定パッド部は、前記各眉毛の上部に接触する一対の隆起部と、前記一対の隆起部の間に形成されて前記ユーザの頭の外周に沿う湾曲部と、を有する柔軟な部材である、
   請求項１または２に記載の頭部搭載ディスプレイ装置。
4. 前記可動パッド部は、前記付け根部分に沿う湾曲部を有する柔軟な部材である、
   請求項１から３の何れか一項に記載の頭部搭載ディスプレイ装置。
5. 前記第２の固定パッド部は、前記頭頂部と前記第１の固定パッド部との間で前記ユーザの頭に左右両側から各々接触する一対のパッドを有する、
   請求項１から４の何れか一項に記載の頭部搭載ディスプレイ装置。
6. 前記ユーザの後頭部の上部に接触する第３の固定パッド部を更に備える、
   請求項１から５の何れか一項に記載の頭部搭載ディスプレイ装置。
7. 前記第３の固定パッド部は、前記後頭部の上部に左右両側から各々接触する一対のパッドを有する、
   請求項６に記載の頭部搭載ディスプレイ装置。