JP2017195514A

JP2017195514A - 頭部装着装置および把持装置

Info

Publication number: JP2017195514A
Application number: JP2016084730A
Authority: JP
Inventors: 川合　利治; Toshiji Kawai; 利治川合
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2017-10-26
Also published as: US10477730B2; EP3239762B1; US20170311483A1; EP3239762A1; CN107305292A

Abstract

【課題】本発明は、観察者の使用感を損ねずに、熱集中の発生を防止する頭部装着装置、もしくは把持装置と、を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の頭部装着装置は、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、前記観察者に対して画像を表示させる表示部と、前記頭部装着装置の内部の発熱源の方向に向かって、前記頭部装着装置の外装部材の内部に形成されている突起部材と、前記突起部材と前記発熱源との間に配置され、前記突起部材の形状に沿って変形可能な熱伝達部材と、を有することを特徴とする。【選択図】図６

Description

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、および観察者に把持されて使用される把持装置に関する。

近年、観察者の頭部に装着し、該観察者の眼前に映像を表示する表示部を有する頭部装着装置（ヘッドマウントディスプレイ＝ＨＭＤ）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等の理由から、人工現実感（バーチャルリアリティ＝ＶＲ）、複合現実感（ミックスドリアリティ＝ＭＲ）を体験可能な機器として使用されている。

ＭＲを実現するためのＨＭＤは、観察者の左右の眼に対応した被写体の画像を取り込むための撮像部と画像を表示するための表示部と観察光学系とを有する。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。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した後に，観察者の左右の眼球に投影するようになっている。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。さらには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。

特開２０１３−２１８９６８号公報特開２００４−６７９１号公報

ＨＭＤの撮像部や表示素子を高画角・高画質化にすると、一般的に、画素数の増加や画像処理の負荷の増大により消費電力や発熱量が大きくなる傾向にある。発熱への対策としては、ファン等の冷却手段や熱を逃がすための通風孔を設けることが考えらえる。しかしながら、ファン等の冷却手段は騒音・振動を発生させるため、ＨＭＤを装着している観察者に不快感を与える可能性がある。また、通風孔も、装置内部に粉塵等が入り込む可能性があるため、光学機器であるＨＭＤには不適である。

特許文献１および特許文献２には、発熱源の熱を外装（外装部材）に移送して機器外部に放熱する技術が開示されている。しかしながら、特許文献１では、熱を伝える伝熱部材と外装との接触部に熱が集中しやすくなってしまうことが考慮されていない。よって、熱伝導率の低いプラスチック等で外装が構成された場合、熱の伝達部に熱が集中する可能性があり、ＨＭＤのような観察者の近傍で使用する機器には不適である。特許文献２においても、同様に熱伝達部材により外装（外装部材）に熱を伝達しているが、熱伝達部材と外装の接触部に熱が集中しやすくなってしまうことが考慮されていない。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、観察者の使用感を損ねずに、熱集中の発生を防止する頭部装着装置、もしくは把持装置と、を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の頭部装着装置は、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、前記観察者に対して画像を表示させる表示部と、前記頭部装着装置の内部の発熱源の方向に向かって、前記頭部装着装置の外装部材の内部に形成されている突起部材と、前記突起部材と前記発熱源との間に配置され、前記突起部材の形状に沿って変形可能な熱伝達部材と、を有することを特徴とする。

また、本発明の把持装置は、観察者に把持されて使用される把持装置であって、前記観察者に対して画像を表示させる表示部と、前記頭部装着装置の内部の発熱源の方向に向かって、前記頭部装着装置の外装部材の内部に形成されている突起部材と、前記突起部材と前記発熱源との間に配置され、前記突起部材の形状に沿って変形可能な熱伝達部材と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、観察者の使用感を損ねずに、熱集中の発生を防止する頭部装着装置、もしくは把持装置と、を提供することが出来る。

本実施形態におけるＨＭＤを観察者が装着した状態の側面図本実施形態のＨＭＤの形態を変え、手持ちタイプにした場合の模式図本実施形態におけるＨＭＤの内部に配置される光学ユニットの斜視図図３における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本実施形態における発熱部および放熱構成を示すＨＭＤ本体の縦断面図本実施形態における外装部材および外装部材に設けられた突起部材および熱伝達部材の取り付け状態を示す斜視図図５における発熱部および放熱構成部の横断面図本実施形態における突起部材の詳細を示す斜視図

以下、図面を用いて本発明に好適な実施形態について説明する。

図１は、第一の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。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は可撓性を有するバンド部材であり、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。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。

観察者Ｈは、バンド部３２の全長を変えることで、ＨＭＤ本体１０を観察者Ｈの頭部に締めつけ、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。

図１に示すＨＭＤ本体１０は装着系を有し観察者Ｈの頭部に固定する構成である。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、清潔面で気にする観察者がいるかもしれないというデメリットが生じることがある。

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が考えられる。

図２は、手持ち形態の把持装置であるＨＨＤ（ハンドヘルドディスプレイ）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。ＨＨＤの形態にすることで、前述の取りまわし、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。

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光学ユニット部１１の斜視図である。図４は、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。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る。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表示部として機能する。但し、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問題はない。７２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、およびプリズム７２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、プリズム７２を通ることで拡大され、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。２３、２８は観察者の視野に相当する画像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。

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影画像に例えばＣＧ等の別の画面を作成し、前記撮影画像に重畳させ、表示素子２１に表示させる。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。すると、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を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。

図５，６は、本実施形態における発熱源とその放熱に関する説明図である。図５はＨＭＤ本体１０の縦断面図である。前述の光学ユニット部１１の上部に基板４０と基板４０上に配置された発熱源である素子４１と外装部材８０上に配置された突起部材４２，外装部材８０と突起部材４２にまたがるように配置された銅箔で構成された熱伝達部材４３がある。熱伝達部材４３と素子４１は突起部材４２の突出部で接触する。図６は外装部材８０と突起部材４２および、熱伝達部材４３の状態を示す図である。図６（ｂ）に示すように外装部材８０上に突起部材４２が配置されている。図６（ａ）に示すように熱伝達部材４３は外装部材８０と突起部材４２にまたがるように配置されている。熱伝達部材４３は、シート状で柔軟性を持ち変形可能であるため曲面形状の外装部材８０や突起部材４２沿って変形し密着している。本実施形態では熱伝達部材４３は銅箔テープを使用しておりテープの粘着力で外装部材８０および突起部材４２に貼りつけられている。なお熱伝達部材４３は他にも例えばグラファイトシートのような柔軟性を持ち熱伝導率の高い他の材質でもよい。また、銅箔テープを複数枚重ね貼りして熱伝達量を増やすことも可能である。なお銅箔やグラファイトシートは銅箔テープ等の形で粘着剤つきで一般に市販されている。それらを用いることで容易に熱伝達部材を作成し、突起形状および外装に取り付けることができる。図７は、熱伝達部を示す横断面図であり、素子４１から受け取った熱を熱伝達部材４３が突起部材４２や外装部材８０に受けわたしていく。突起部材４２は熱伝達部材４３よりも熱伝導率の低い素材で形成されているため、発熱源である素子４１と最短距離にある突起部材４２の直下の外装部材８０の部位８３への熱伝達が抑制され、部位８３部が局所的に温度上昇することを緩和している。熱伝達部材４３が存在せず、突起部材４２のみがあった場合、突起部材４２を熱伝導率の高い素材で構成することで素子４１の熱を外装部材８０に移送し素子４１の温度上昇を抑制できる。しかし、外装部材８０の部位８３に熱が集中し、温度が上昇しすぎるなどの不具合が発生する可能性がある。

図８は、突起部材４２の形状を説明する斜視図であり、素子４１と熱伝達部材４３を介して接触する面９１、外装部材８０と接触する面を構成するリブ９２からなる。素子４１の表面形状（本実施形態においては平面）に合わせて、相似となるように面９１を構成することにより熱伝達部材４２と素子４１の接触面積を増やし、熱伝達効率を高めることが可能である。突起形状４２の形状により、外装部材８０と素子４１の間の面形状や角度が異なっていても熱伝達部材４３と素子４１を良好に熱的結合することが可能となり外観である外装部材８０の形状の自由度が向上する。尚、熱伝達部材４３と素子４１または突起部材４２の間に例えばシリコンゴムのように弾性をもった耐熱性の高い耐熱性部材を挟むことにより、突起部材４２と素子４１の間の位置合わせ誤差や形状誤差を吸収することが出来る。結果として、安定して熱伝達部材４３と素子４１の間の熱的結合を行うことが可能である。また、リブ９２のような形状により外装部材８０と接触するように構成することにより、突起部材４２と外装部材８０の間の接触面積を少なくすることが出来る。更に、突起部材４２から外装部材８０に伝熱する熱を制限して接触部（図７における部位８３）への熱の集中を緩和できる。またリブ９２の間には空気層ができるため、これらも熱遮蔽に寄与している。本実施形態においては突起部材４２を外装部材８０とは別の部材としているが、熱伝達部材４２より熱伝達率が低いという条件を満たせば外装部材８０に一体的に形成しても構わない。また図示のようにリブ９２を突起部材４２と外装部材８０の間で空気流路ができるように構成することで自然対流により熱を持った空気が突起部材４２にこもらないように構成される。更に、接触部（図７における部位８３）に熱が集中しないようにすることも可能である。以上、説明したように、本実施形態により、ＨＭＤ本体１０内部で発生する熱を外装部材８０に移送して外気に放熱し、かつ外装部材８０の一部が局所的に温度上昇することを防止することができる。更に、突起形状４２を外装部材８０と素子４１間に介在させることと、熱伝達部材４３が柔軟性を持った材質であることで３次元曲面等の複雑な外観形状でも外装部材８０を構成し、形状自由度を高めることが可能である。また、突起部材４２を設けた外装部材８０はＨＭＤ本体１０を装着する使用者の頭部とは反対側の異なる面であり使用者の側に内部の熱が移動する量を減少させる。また、ＦＡＮ等の騒音・振動を発生する排熱手段を持たずに構成しているので使用者の快適性を向上することが可能である。また、外部との空気のやり取りを用いて排熱を行っていないため、通風孔を設ける必要がなく本実施形態のような光学機器にとって問題となる塵挨の侵入を低減することができ、好適である。

１０ＨＭＤ本体
４１素子
４２突起部材
４３熱伝達部材

Claims

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、
前記観察者に対して画像を表示させる表示部と、
前記頭部装着装置の内部の発熱源の方向に向かって、前記頭部装着装置の外装部材の内部に形成されている突起部材と、
前記突起部材と前記発熱源との間に配置され、前記突起部材の形状に沿って変形可能な熱伝達部材と、を有することを特徴とする頭部装着装置。
前記熱伝達部材の形状は、シート状であることを特徴とする請求項１に記載の頭部装着装置。
前記発熱源は、前記頭部装着装置の内部の基板に上に配置された素子であ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。
前記突起部材は、前記熱伝達部材よりも熱伝導率の低い部材で形成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。
前記頭部装着装置が前記観察者の頭部に装着されて場合、前記突起部材は、前記頭部と異なる方向に向いていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の頭部装着装置。
前記突起部材の形状は、前記発熱源の形状と相似の形状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。
前記突起部材により、前記発熱源と外装部材との間に空気の層が形成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。
前記熱伝達部材は、グラファイトシートで形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の頭部装着装置。
前記熱伝達部材と前記発熱源との間には、耐熱性部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の頭部装着装置。
観察者に把持されて使用される把持装置であって、
前記観察者に対して画像を表示させる表示部と、
前記頭部装着装置の内部の発熱源の方向に向かって、前記頭部装着装置の外装部材の内部に形成されている突起部材と、
前記突起部材と前記発熱源との間に配置され、前記突起部材の形状に沿って変形可能な熱伝達部材と、を有することを特徴とする把持装置。