JP6529288B2

JP6529288B2 - 頭部装着装置

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Publication number: JP6529288B2
Application number: JP2015049972A
Authority: JP
Inventors: 茂鳥井原; 祐也永田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2019-06-12
Anticipated expiration: 2035-03-12
Also published as: JP2016171461A; WO2016143279A1

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。

使用者の頭部に装着させ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（ＨｅａｄＭｏｕｎｔｅｄＤｉｓｐｌａｙ）と呼ぶ）がある。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になっている。

ＨＭＤは、使用者の視野を映像で覆いたい用途、使用者に立体映像を提示する用途、使用者の位置や動作に追従した映像を提示する用途などに、適している。しかしながら、装着部の緩みなどの何かしらの要因で、使用者に装着されているＨＭＤの位置がずれてしまうことがある。その場合、使用者の視覚にはズレた映像が提示されることになってしまい、使用者は不快を感じることになる。また、映像のズレが大きくなると、ＨＭＤを使用出来なくなってしまうこともある。

特許文献１には、上記におけるＨＭＤのズレ対策が開示されている。すなわち、特許文献１に開示されている頭部装着装置は、映像を表示する表示部、当接部、それらをつなぐ紐状部材などで構成されている。紐状部材の長さは、調節と保持が可能で、表示部と当接部の間に張力を発生させることにより、使用者の頭部を締め付けるようになっている。締め付けで発生する摩擦力で、表示部は、使用者の頭部に対して強固に位置決めされることになる。強固な位置決めによって、映像のズレを防止することが可能になっている。

特開２０１３−２０１６３７号公報

上述の通り、特許文献１に開示されている頭部装着装置によれば、強固な位置決めによって、映像のズレを防止することが可能になっている。しかしながら、使用者の頭部の大きさには個人差があるため、紐状部材の好適な長さは、使用者によって異なる。よって、複数の使用者が頭部装着装置を交代で使う場合、交代するたびに使用者それぞれに合わせた紐状部材の長さの調整が必要になってしまい、交代作業が煩雑になる可能性があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、複数の使用者で頭部装着装置を交代で使用する場合に、当該交代作業を容易にすることを目的とする。

本発明における頭部装着装置は、使用者に対して画像を表示する表示部と、前記使用者の頭部に装着可能な頭部装着部と、を有し、前記表示部は、前記頭部装着部と脱着可能に結合するための第一の結合部を有し、前記頭部装着部は、前記表示部と脱着可能に結合するための第二の結合部と、前記使用者の頭部に合わせて前記頭部装着部の形状を調整することによって、前記表示部と前記頭部装着部とを結合した場合における前記使用者に対する前記表示部の位置を定める調整部と、前記使用者の頭部に装着された場合に、当該頭部に押されて移動する支持部と、を有し、前記表示部と前記頭部装着部とを結合する場合に、前記第一の結合部と前記第二の結合部とは、ラッチ機構で結合され、前記頭部に押されて移動した前記支持部は、前記ラッチ機構による結合の解除を抑制することを特徴とする。

本発明によれば、複数の使用者で頭部装着装置を交代で使用する場合に、当該交代作業を容易にすることが出来る。

撮影表示部１００と頭部装着部２００とが結合した頭部装着装置の外観を示す図である。撮影表示部１００と手持ち部３００とが結合した頭部装着装置の外観を示す図である。撮影表示部１００の外観を示す図である。頭部装着部２００の構成を示す図である。手持ち部３００の構成を示す図である。装着時における撮影表示部と頭部装着部との分離を防止する機構を示す図である。撮影表示部１０２および頭部装着部２０２の電気接点を示す図である。

以下では、本実施形態における頭部装着装置の構造および機能について説明する。

本実施形態における頭部装着装置は、現実空間を撮影する撮影部と、使用者に対して画像（映像）を表示する表示部と、を備える。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。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。

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１は、本実施形態における頭部装着装置の外観を示す図である。図１に示すように、撮影表示部１００と頭部装着部２００が結合された状態の頭部装着装置は、本実施形態では、頭部装着モードＡと呼ぶ。撮影表示部１００は、撮影部および表示部を備え、本実施形態における頭部装着装置の本体部となる。頭部装着部２００は使用者の頭部に装着可能となっている。頭部装着部２００を使用者の頭部に装着することで、使用者は、手の介添えなしに、撮影表示部１００の表示を観察することが可能になる。尚、具体的な機構については後述するが、撮影表示部１００と頭部装着部２００とは、脱着可能に結合されている。

図２は、本実施形態における頭部装着装置の外観を示す図である。図２に示すように、撮影表示部１００と手持ち部３００が結合された状態の頭部装着装置は、本実施形態では、手持ちモードＢと呼ぶ。

手持ちモードＢの状態で、使用者は、手持ち部３００を把持し、撮影表示部１００と顔とを密着させることで、撮影表示部１００の表示を観察することが出来る。尚、頭部装着モードＡと同様に、撮影表示部１００と手持ち部３００とは脱着可能に結合されている。

本実施形態においては、撮影表示部１００と頭部装着部２００とは脱着可能である。同様に、撮影表示部１００と手持ち部３００とも脱着可能である。結合部分には共通の機構を設けているため、複数の使用者が交代で撮影表示部１００を使用する場合、頭部装着部２００もしくは手持ち部３００と脱着するだけで容易に交代することが可能である。また、結合部分に共通の色もしくは記号などをあらかじめ付与しておけば、使用者は、迷うことなくスムーズな交代作業を行うことが可能となる。更に、あらかじめ複数の頭部装着部２００を用意しておき、使用者ごとの頭部の大きさに合わせて調整をしておけば、交代のたびに頭部装着部２００の締め付けを調整する必要もない。よって、本実施形態によれば、複数の使用者で頭部装着装置を交代で使用する場合に、当該交代作業を容易にすることが可能となる。次に、本実施形形態における頭部装着装置を実現するための具体的な構造および機構について説明する。

図３（ａ）は、本実施形態における頭部装着装置の撮影表示部１００の斜視図である。図示の通り、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は、不図示の撮影部も内蔵している。

前カバー１４０は、透明もしくは半透明の部材で形成されている。撮影部は、前カバー１４０を介して、撮影部前方の現実空間を撮影し、現実空間画像を取得する。前カバー１４０に不透明な部材を用いた場合、撮影部前方に穴を空けておけば撮影は可能である。

ケーブル１５０は、撮影表示部への給電や、外部とのデータ通信に使用される。尚、撮影表示部１００が、各機能を実現するために十分な容量を持つバッテリー、画像処理に十分な演算性能を持つ演算回路、無線通信装置などを備えていれば、ケーブル１５０は省くことが出来る。

図３（ｂ）は、図３（ａ）と異なる視点からの撮影表示部１００の斜視図である。

図示の通り、表示部１１０、後カバー１２０、第１結合部１３０などから構成されている。また、第１結合部１３０は、第１レール１３１、第１支持面１３２、第１爪かかり部１３３を備えている。

後カバー１２０も、前カバー１４０と同様に、透明か半透明な部材、もしくは穴が空いている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の表示を観察することが可能になっている。また、表示部１１０には、画像の表示面である表示デバイスだけでなく、投影光学系や反射光学系などが内蔵されている。

具体的な機能については後述するが、第１結合部１３０は、撮影表示部１００と、頭部装着部２００ないし手持ち部３００との結合に使用される。

図４（ａ）は、頭部装着モードＡ状態の頭部装着部２００の斜視図である。図示の通り、頭部装着部２００は、第２結合部２１０、外ベルト２２０および内ベルト２２１、後頭支持部２３０、前頭支持部２４０などから構成される。

前述の通り、本実施形態における撮影表示部１００と頭部装着部２００とは脱着可能になっている。図４を用いて、本実施形態における撮影表示部１００と頭部装着部２００との結合および分離の具体的な操作および機構について説明する。

第２結合部２１０は、第２レール２１１、第２支持面２１２、第２レバー２１３、第２爪２１４から構成されている。まず、使用者は、撮影表示部１００を頭部装着部２００上方に運び、第１レール１３１が第２レール２１１上方に位置するようにする。そして、第１レール１３１を、第２結合部２１０側に押し当てながら、撮影表示部１００を下げる。すると、第１レール１３１と第２レール２１１が相互に噛み合う。第２爪２１４は、それ自体弾性部材であるか、あるいは他の弾性部材から力を受け、弾性変形可能に支持されている。第１レール１３１と第２レール２１１が噛み合った状態で、さらに撮影表示部１００を下げると、第２爪２１４は、第１結合部１３０に、前頭支持部２４０側へ押しのけられる。第２爪２１４が押しのけられた状態で、さらに撮影表示部１００を下げると、第１支持面１３２と第２支持面２１２が突き当たる。その瞬間、押しのけられた第２爪２１４は、復元力によって、第１爪かかり部１３３上方の空間に入る。図４（ｂ）は、この状態の、第１支持面１３２、第２支持面２１２、第２爪２１４、第１爪かかり部１３３の位置の側断面図を示したものである。一方、第２爪２１４と第１爪かかり部１３３は、お互い噛み合う方向に、傾斜が設けられている。撮影表示部１００を頭部装着部２００から外そうとしても、第１レール１３１と第２レール２１１、第２爪２１４と第１爪かかり部１３３の噛み合いにより、外れない（ラッチ機構）。以上の操作で、撮影表示部１００と頭部装着部２００とを結合することが出来る。

次に、撮影表示部１００と頭部装着部２００とを分離する際は、第２レバー２１３を使用する。第２レバー２１３を、図４（ｂ）のｉ方向に動かすと、第２爪２１４が、第１爪かかり部１３３上方の空間から抜ける。その状態で、撮影表示部１００を、頭部装着部２００上方に動かすと、第２爪２１４と第１爪かかり部１３３が噛み合わない。よって、撮影表示部１００は、第１レール１３１と第２レール２１１にガイドされながら、上方に動く。動かし続ければ、第１レール１３１と第２レール２１１が離れる。以上の操作で、撮影表示部１００と頭部装着部２００とを分離することが出来る。

次に、使用者が、頭部装着部２００を頭部に装着もしくは外す操作について説明する。

使用者は、第２結合部２１０、外ベルト２２０および内ベルト２２１、後頭支持部２３０の内側の空間に、頭を入れる。頭が前頭支持部２４０に突き当ったら、外ベルト２２０および内ベルト２２１を調整部として操作する。内ベルト２２１の一部は、外ベルト２２０の内部に、挿入されている。指かかり２２２ａと２２２ｂに、お互い近づく力を加えると、内ベルト２２１は、外ベルト２２０へさらに挿入される。ここで、外ベルト２２０は、抜け止め機構２２３を備える。抜け止め機構２２３は、例えば、内ベルト２２１に設けられた溝や穴に、爪をかける構成でもよい。抜け止め機構２２３により、内ベルト２２１は、外ベルト２２０から抜ける方向へ動かない。指かかり２２２に、指かかり同士離れる力を加えたとしても、同様である。抜け止め機構２２３により、頭部装着中、頭部装着部２００の締め付けが不意に緩むことはなく、強固に位置決めされる。以上の操作で、使用者は、頭部装着部２００を頭部に装着することが出来る。

一方、抜け止め機構２２３は、所定の操作により抜け止めを解除できる。所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、内ベルト２２１は、締め付けの反力により、外ベルト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、第２結合部２１０、外ベルト２２０および内ベルト２２１、後頭支持部２３０の内側の空間から、頭を抜ける。以上の操作で、使用者は、頭部装着部２００を頭部から外すことが出来る。

図４（ｃ）は、図４（ａ）とは異なる視点からの頭部装着モードＡの頭部装着部２００の斜視図である。第２結合部２１０、外ベルト２２０、後頭支持部２３０、前頭支持部２４０の、頭に当接する側には、第２弾性部材２５０がある。第２弾性部材２５０の弾性により、頭部装着時の圧力集中は緩和され、使用者の装着感が向上する。

図５（ａ）は、手持ちモードＢの状態の手持ち部３００の斜視図である。手持ち部３００は、第３結合部３１０、把持部３２０から構成される。第３結合部３１０は、第３レール３１１、第３支持面３１２、第３レバー３１３、第３爪３１４で構成される。撮影表示部１００と手持ち部３００の結合および分離の操作は、撮影表示部１００と頭部装着部２００の結合および分離の操作と略同一である。

図５（ｂ）は、図５（ａ）とは異なる視点からの手持ちモードＢの状態の手持ち部３００の斜視図である。第３結合部３１０の、頭に当接する側には、第３弾性部材３３０がある。撮影表示部１００に内蔵されたディスプレイ１１０を覗き込むとき、使用者は、額近傍を第３弾性部材３３０に押し当てる。第３弾性部材３３０の弾性により、額への圧力集中が緩和される。両手あるいは片手で把持部３２０を、額で第３弾性部材３３０を、同時に支持すれば、撮影表示部１００と頭の位置がズレにくい。

図６を用いて、装着時における撮影表示部と頭部装着部との分離を防止する機構について説明する。撮影表示部１００と頭部装着部２０１の結合、分離の方法は、撮影表示部１００と頭部装着部２００の場合と、略同一である。

図６（ａ）は、頭部装着時の、頭部装着部２０１の側断面図である。図示の通り、第２結合部２１０、外ベルト２２０、前頭支持部２４０から構成されている。第２結合部２１０は、第２レール２１１、第２支持面２１２、第２レバー２１３、第２爪２１４から構成される。前頭支持部２４０は、回転軸２４１を有する。回転軸２４１は、前頭支持部２４０を任意の角度に保持したり、前頭支持部２４０に、図６（ａ）のｉｉ逆方向の力を与えられる。使用者の頭部から、所定以上の力が加えられると、前頭支持部２４０は、図６（ａ）のｉｉ方向に押しのけられ移動する。頭部装着時とは、使用者の頭によって、前頭支持部２４０が図６（ａ）のｉｉ方向に押しのけられた状態である。この状態の、第２レバー２１３と前頭支持部２４０間のすき間を、頭部装着時すき間ｇ１と呼ぶ。

撮影表示部１００を、頭部装着部２０１から分離するため、第２レバー２１３を図６（ａ）のｉ方向に押すと、頭部装着時すき間ｇ１が狭まる。しかし、頭部装着時すき間ｇ１が狭まりきっても、第２爪２１４は、第１爪かかり部１３３上方の空間から抜けない。使用者の頭の大きさや形状が、通常の想定範囲内でばらついても、同様である。すなわち、頭部装着時、上述のラッチ機構の結合の解除を抑制することによって、撮影表示部１００と頭部装着部２０１は分離できないようにすることが出来る。

装着時、使用者の頭で押しのけられた前頭支持部２４０は、非頭部装着時、使用者の外力により、図６（ａ）のｉｉ逆方向に動かせる。図６（ｂ）は、前頭支持部２４０を動かしたあとの、頭部装着部２０１の側断面図である。この状態の、第２レバー２１３と前頭支持部２４０間のすき間を、非頭部装着時すき間ｇ２と呼ぶ。使用者の頭の大きさや形状が、通常の想定範囲内であれば、この状態で、頭部装着部２０１を装着することはない。また、頭部装着時すき間ｇ１＜非頭部装着時すき間ｇ２、という関係が成り立つ。

撮影表示部１００を、頭部装着部２０１から分離するため、第２レバー２１３を図６（ｂ）のｉｉｉ方向に押すと、非頭部装着時すき間ｇ２が狭まる。非頭部装着時すき間ｇ２が狭まりきれば、第２爪２１４は、第１爪かかり部１３３上方の空間から抜ける。すなわち、非頭部装着時であれば、撮影表示部１００と頭部装着部２０１を分離できる。

頭部装着部２０１では、頭部装着時、撮影表示部１００と頭部装着部２０１を分離できず、非頭部装着時、撮影表示部１００と頭部装着部２０１を分離できる。よって、頭部装着部２０１は、頭部装着時、使用者の意図しない撮影表示部と頭部装着部の分離を、防止できる。

図７を用いて、撮影表示部１０２および頭部装着部２０２の電気接点について説明する。撮影表示部１０２と頭部装着部２０２の結合、分離の方法は、撮影表示部１００と頭部装着部２００の場合と、略同一である。

図７（ａ）は、撮影表示部１０２の斜視図である。撮影表示部１０２は、第１結合部１３０を備え、さらに第１結合部１３０は第１電気接点１３４を備える。

図７（ｂ）は、頭部装着部２０２の斜視図である。頭部装着部２０２は、第２結合部２１０を備え、さらに第２結合部２１０は第２電気接点２１５を備える。

撮影表示部１０２と頭部装着部２０２を、第１結合部１３０と第２結合部２１０を介して結合すると、第１電気接点１３４と第２電気接点２１５が接触する。第１電気接点１３４と第２電気接点２１５の接触により、撮影表示部１０２と頭部装着部２０２は、相互に給電ないし通信できる。たとえば、撮影表示部１０２を駆動するバッテリー類を、頭部装着部２０２に設置できる。あるいは、撮影表示部１０２を操作するスイッチ類を、頭部装着部２０２に設置できる。手持ち部３００に、電気接点を設けた場合も、略同一の機能が実現できる。

１００撮影表示部
２００頭部装着部
３００手持ち部

Claims

使用者に対して画像を表示する表示部と、
前記使用者の頭部に装着可能な頭部装着部と、を有し、
前記表示部は、前記頭部装着部と脱着可能に結合するための第一の結合部を有し、
前記頭部装着部は、前記表示部と脱着可能に結合するための第二の結合部と、
前記使用者の頭部に合わせて前記頭部装着部の形状を調整することによって、前記表示
部と前記頭部装着部とを結合した場合における前記使用者に対する前記表示部の位置を定める調整部と、
前記使用者の頭部に装着された場合に、当該頭部に押されて移動する支持部と、を有し、
前記表示部と前記頭部装着部とを結合する場合に、前記第一の結合部と前記第二の結合部とは、ラッチ機構で結合され、
前記頭部に押されて移動した前記支持部は、前記ラッチ機構による結合の解除を抑制す
ることを特徴とする頭部装着装置。
前記第一の結合部と前記第二の結合部とは、前記表示部と前記頭部装着部との間における給電もしくは通信を行うための電気接点を更に有することを特徴とする請求項１に記載の頭部装着装置。
使用者の頭部の感覚器を刺激する本体部と、
前記使用者の頭部に装着可能な頭部装着部と、を有し、
前記本体部は、前記頭部装着部と脱着可能に結合するための第一の結合部を有し、
前記頭部装着部は、前記本体部と脱着可能に結合するための第二の結合部と、
前記使用者の頭部に合わせて前記頭部装着部の形状を調整することによって、前記本体部と前記頭部装着部とを結合した場合における前記使用者に対する前記本体部の位置を定める調整部と、前記使用者の頭部に装着された場合に、当該頭部に押されて移動する支持部と、を有し、
前記本体部と前記頭部装着部とを結合する場合に、前記第一の結合部と前記第二の結合部とは、ラッチ機構で結合され、
前記頭部に押されて移動した前記支持部は、前記ラッチ機構による結合の解除を抑制することを特徴とする頭部装着装置。
前記第一の結合部と前記第二の結合部とは、前記本体部と前記頭部装着部との間における給電もしくは通信を行うための電気接点を更に有することを特徴とする請求項３に記載の頭部装着装置。
使用者に対して画像を表示する表示部と、
前記使用者の頭部に装着可能な頭部装着部と、
前記使用者に把持される手持ち部と、を有し、
前記表示部は、前記頭部装着部もしくは前記手持ち部と脱着可能に結合するための第一の結合部を有し、
前記頭部装着部は、前記表示部と脱着可能に結合するための第二の結合部と、
前記使用者の頭部に合わせて前記頭部装着部の形状を調整することによって、前記表示部と前記頭部装着部とを結合した場合における前記使用者に対する前記表示部の位置を定める調整部と、
前記使用者の頭部に装着された場合に、当該頭部に押されて移動する支持部と、を有し、
前記表示部と前記頭部装着部とを結合する場合に、前記第一の結合部と前記第二の結合
部とは、ラッチ機構で結合され、
前記頭部に押されて移動した前記支持部は、前記ラッチ機構による結合の解除を抑制し、
前記手持ち部は、前記表示部と脱着可能に結合するための第三の結合部を有することを
特徴とする頭部装着装置。
前記第二の結合部と前記第三の結合部とは、共通の構造を有することを特徴とする請求
項５に記載の頭部装着装置。
使用者の頭部の感覚器を刺激する本体部と、
前記使用者の頭部に装着可能な頭部装着部と、
前記使用者に把持される手持ち部と、を有し、
前記本体部は、前記頭部装着部もしくは前記手持ち部と脱着可能に結合するための第一
の結合部を有し、
前記頭部装着部は、前記本体部と脱着可能に結合するための第二の結合部と、
前記使用者の頭部に合わせて前記頭部装着部の形状を調整することによって、
前記本体部と前記頭部装着部とを結合した場合における前記使用者に対する前記本体部
の位置を定める調整部と、
前記使用者の頭部に装着された場合に、当該頭部に押されて移動する支持部と、を有し、
前記本体部と前記頭部装着部とを結合する場合に、前記第一の結合部と前記第二の結合
部とは、ラッチ機構で結合され、
前記頭部に押されて移動した前記支持部は、前記ラッチ機構による結合の解除を抑制し、
前記手持ち部は、前記本体部と脱着可能に結合するための第三の結合部を有することを特徴とする頭部装着装置。
前記第二の結合部と前記第三の結合部とは、共通の構造を有することを特徴とする請求項７に記載の頭部装着装置。
使用者に対して画像を表示する表示部と脱着可能に結合するための結合部と、
前記使用者の頭部に装着可能な頭部装着部と、
前記使用者の頭部に合わせて前記頭部装着部の形状を調整することによって、前記表示部と前記頭部装着部とを結合した場合における前記使用者に対する前記表示部の位置を定める調整部と、
前記使用者の頭部に装着された場合に、当該頭部に押されて移動する支持部と、を有し、
前記表示部と前記結合部とを結合する場合に、前記表示部と前記結合部とは、ラッチ機
構で結合され、
前記頭部に押されて移動した前記支持部は、前記ラッチ機構による結合の解除を抑制す
ることを特徴とする頭部装着装置。