JP7242241B2

JP7242241B2 - 頭部装着装置

Info

Publication number: JP7242241B2
Application number: JP2018192552A
Authority: JP
Inventors: 真梨奈北上
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2018-10-11
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2023-03-20
Anticipated expiration: 2038-10-11
Also published as: US20200117008A1; JP2020061679A; US11347059B2

Description

本発明は、使用者に対して画像を表示させる頭部装着装置に関するものである。

従来、画像を表示する表示部を備え、使用者の頭部に装着して使用される頭部装着装置がある。このような頭部装着装置は、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）と呼ばれ、使用者に対して仮想画像などを提示することが出来る。ＨＭＤは近年さまざまな分野で利用されつつある。

ＨＭＤの装着機構としては、ゴーグル型と呼ばれるベルト状の部材で頭部周囲を締め付けるものや、前頭部パッドと後頭部パッドとを設け、後頭部パッドを前後に移動させて頭部を押圧したり緩めたりするものがある。いずれにしても、ＨＭＤの装着機構には、映像を正しく観察できる位置及び姿勢に表示部を保持出来ることに加え、使用者が頭部を動かした場合においてもその保持位置を維持でき、さらに快適な装着感を得られることが求められる。

特開平７－１６８１１９号公報

特許文献１において、装着者の頭部に支持させるＨＭＤの支持部が軽量材料または柔軟性材料で構成されている。さらに、画像表示部の重量によって画像表示部がずれ下がってくることのあるＨＭＤについて、装着者の後頭部との接触面積を他の支持部と接する面積より広くするか分岐帯状体で構成している。当該構成により、画像表示部がずれにくくすることが開示されている。しかし、ＨＭＤを装着した状態で頭部を正面から左右いずれかの方向に傾ける動作をした場合においては、十分な構成ではない。

従来のゴーグル型装着機構は、装着者の顔面当接部に圧力分散・緩和用の可撓部材を有し、可撓部材を固定する土台となる部材には剛性部材が用いられている。その為、頭部の大きい人に合う形状の剛性部材が用いられているＨＭＤの場合、頭の小さい人が装着すると、前頭部でＨＭＤを支持する状態となり顔側面部に空間が発生する。頭部を左右いずれかの方向に傾ける動作をすると、画像表示部の重量によって装着者の頭部に対して横方向に画像表示部のずれが生じてしまう可能性があった。

反対に、頭部の小さい人に合う形状の剛性部材が用いられているＨＭＤの場合、頭の大きい人が装着すると、可撓部材が装着者の顔に当接する面積が小さくなり、装着者の頭部にかかる圧力が増え、装着快適性が低下することがある。また、ＨＭＤと眼鏡を併用しようとすると、剛性部材が眼鏡に干渉してしまい併用できないことがある。

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頭部形状の個人差に関わらず、同様な装着感が得られ、頭部を動かした場合でも装着安定性が保たれるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の頭部装着装置は、使用者の頭部に装着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、前記表示部の近傍に配置され前記使用者の頭部に当接する当接部と、前記当接部に接続されており前記当接部と前記使用者の頭部との位置関係を保持する支持部材と、前記当接部に対し移動可能に接続されており、前記使用者の顔の側面部に当接させることが可能で、前記支持部材の支持を補助する補助部材と、を有し、前記補助部材は、前記使用者が装着している眼鏡のテンプルに接しない形状であ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頭部形状の個人差に関わらず、同様な装着感が得られ、頭部を動かした場合でも装着安定性が保たれるようにすることが出来る。

第一の実施形態の頭部装着装置装着状態図第一の実施形態の構成を説明する天面図頭部装着装置使用者の動きを表した図第一の実施形態の可撓部材の配置を示した図第一の実施形態の可撓部材の固定位置を示した図第一の実施形態の眼鏡テンプル避け形状を示した図第一の実施形態の開口部を示した図第一の実施形態のチルト構成を示した図第二の実施形態の構成を説明する天面図第三の実施形態の構成を説明する背面図

（第一の実施形態）
図１は、本実施形態の頭部装着装置１０を使用者が装着した状態を示した図である。頭部装着装置１０は、画像表示部２００と、使用者の頭部１００に画像表示部２００を装着する機能を有した装着部３００から構成されている。画像表示部２００と装着部３００は別部材であってもよい。画像表示部２００の内部には、画像を表示する表示素子（不図示）と、その表示素子の画像を拡大し使用者の眼に導く光学系（不図示）とが配置されており、装着部３００によって、使用者の眼前に配置して保持される。画像表示部２００の内部には撮像素子と撮像光学系からなる撮像部をも有し、撮像部から取り込まれた現実画像を表示部によって拡大し使用者の眼に導く構成となっていてもよい。取り込まれた現実空間画像を表示素子に表示する際に、ＣＧを重畳して表示していてもよい。

画像表示部２００の使用者頭部１００への保持は、装着部３００に具備される使用者の頭部１００への当接部３１０と、当接部３１０を含む固定側部材３２０に接続される。そして、当接部３１０と使用者の頭部との位置関係を保持する支持部材３３０による頭部への押圧力を利用している。図示の通り、当接部３１０は、画像表示部２００の近傍に配置されている。支持部材３３０は、当接部３１０と使用者頭部１００との位置関係を保持する機能が備わっていれば、具体的な構成は限定されない。例えば、ゴムバンドの様な柔軟な弾性部材で頭部を円環状に締め付ける構成や、当接部３１０と使用者頭部の後頭部とを剛性部材で挟み込む構成でもよい。

図１の装着部３００を頭頂方向から見た図２に当接部３１０及び補助部材３４０の関係を示す。当接部３１０には、補助部材３４０が図２（ａ）から（ｂ）の様に保持部材であるトルクヒンジ５００を介してトルクヒンジ５００の軸を中心に回転可能に接続されている。上記構成をとることで、補助部材を使用者の顔側面部形状に沿うように可動でき、複数の人の顔側面形状に合わせた装着部を用意すること無く、顔側面形状の異なる使用者に対して、同様の装着感を提供することを可能にしている。また、保持部材であるトルクヒンジ５００を具備し、補助部材３４０を顔側面部形状に合わせて位置調整し保持している。このような構成にすることで、使用者の顔側面部に当接し図３に示す使用者が頭部を正面に向けている状態（ａ）から頭部を左右方向に傾けた状態（ｂ）に頭を動かした時、画像表示部２００が図のＸ方向にずれる量を軽減することを可能としている。眼鏡を使用している使用者に対しても、補助部材３４０の位置を最大に開いてから当接部３１０を頭部１００に接触させ、眼鏡のフレームが補助部材３４０を通過した後に、補助部材３４０を顔側面部形状に沿わせて保持することで眼鏡との併用が可能である。保持部材にはトルクヒンジ５００を用いることで、ストッパー機構を設けることなく、任意の連続的な位置で保持することが可能であり、操作も直感的である。補助部材の位置姿勢が保持可能であれば、トルクヒンジ５００の変わりにラチェット機構やストッパー機構にて補助部材３４０の位置姿勢を保持する構成を用いてもよい。

補助部材３４０は、付勢部材を用いて、当接部３１０に対して、使用者の顔側面部を押圧する方向に付勢することも可能である。前記構成をとることで、調整せずに常に使用者の顔側面部に補助部材３４０を密着させることが可能になる。付勢部材については具体的な構成は限定されない。例えば、トーションバネや圧縮バネを用いてもよい。

上記トルクヒンジ５００のトルクや付勢部材に使用されるバネのバネ力は、最大でも画像表示部２００の全重量が図３のＸ方向にかかった場合でも補助部材３４０が動かない程度の力が好適である。

図４で示す様に、当接部３１０及び補助部材３４０と使用者頭部１００との間に可撓部材３５０を配置することで、使用者頭部１００に当接部３１０及び補助部材３４０の接触する部分の面積を拡大し、圧力緩和が可能となる。可撓部材３５０が、当接部３１０から補助部材３４０にまたがって固定される場合、補助部材３４０を使用者の顔側面部形状に合わせて可動させると可撓部材３５０にたわみが生じてしまう。そこで、可撓部材３５０の固定位置を当接部３１０のみ（図５（ａ））、あるいは補助部材３４０のみ（図５（ｂ））に限定することで上記たわみを改善することが可能となる。可撓部材の固定方法については具体的な構成は限定されない。例えば面ファスナーを用いて着脱交換可とすることも可能である。

また、本実施形態に一様態として、図６（ａ）に示す様に、補助部材３４１は、眼鏡のテンプル部分に接しないように、眼鏡のテンプル部分を避けた形状３６１が具備されている。眼鏡を着用している使用者が補助部材３４１を顔側面部に当接する際、間に眼鏡のテンプルが挟まり接触が不十分になるのを防ぐことが可能である。さらに眼鏡のテンプルが挟まり使用者に不快感を与える可能性を低減させることが可能である。前記テンプル避け形状は図６（ｂ）に示す様に、当接部３１０及び補助部材３４０と使用者頭部１００と間に配置する可撓部材３５１に具備することも可能である。テンプル避け形状３６２を可撓部材３５１に具備することで、テンプル避け形状３６２が必要ない使用者が装着する場合、可撓部材３５１をテンプル避けのない形状のものに交換するだけで切り替えが可能となる。

図７に示す様に、画像表示部２００から補助部材３４０の間にある固定側部材３２０に開口部４００を形成することで、使用者が頭部装着装置１０を装着した状態で、画像表示部２００の周囲の現実空間を視認することが可能となる。上記構成は特に撮像部で得られた現実画像も表示部で表示している場合に有効である。使用者が頭部装着装置１０を装着した状態で、画像表示部２００の周囲の現実空間を視認できることで、安全性の向上、画像表示部に表示された現実画像の現実感向上が期待できる。開口部４００の形状は、画像表示部周辺が使用者の眼の位置から視認可能であればよい為、開口形状は具体的に限定されない。例えば、複数穴が開いた形状でも可能である。

図８に示す様に、画像表示部２００と装着部３００を別部材とした場合、装着部３００は画像表示部２００を支持し、装着部３００を使用者頭部１００に装着した状態のまま画像表示部２００を回動できる回動部７００を具備することも可能である。この回動部には、例えばトルクヒンジを用いてもよい。上記構成を用いることで、画像表示部２００を装着部３００に対して回動部７００を中心にチルトさせ、当接部３１０に対する使用者頭部１００の接触位置と使用者の眼の位置に生じる個人差を吸収することを可能としている。また、使用者が頭部装着装置１０を装着した状態で移動する際にも、安全を確保する為に画像表示部をチルトさせ、現実空間が見える範囲を十分に確保することも可能である。

（第二の実施形態）
続いて、第二の実施形態について説明する。尚、第一の実施形態と共通の構成については、第一の実施形態と同じ符号を付し、説明は省略する。

第二の実施形態における固定側部材３２１及び補助部材３４２との接続関係を図９に示す。補助部材３４２は第一の実施形態と同様に固定側部材３２１に接続されているが、その接続方法が異なる。固定側部材３２１から関節部材６０１を通して２つ以上のヒンジを介し、接続されていることで、図９（ａ）や（ｂ）の様にさらに自由度を持って補助部材３４２を動かすことが可能である。上記構成をとることで、第一の実施形態よりさらに補助部材３４２の可動範囲が広がり、使用者の希望に合わせられることで装着快適性の向上が期待できる。図９ではトルクヒンジ５０１、５０２を用いて補助部材の支持を実現している。

（第三の実施形態）
続いて、第三の実施形態について説明する。尚、第一及び第二の実施形態と共通の構成については、第一及び第二の実施形態と同じ符号を付し、説明は省略する。

第三の実施形態における固定側部材３２２及び補助部材３４３の接続関係を図１０に示す。それぞれ左側の部材にＬ、右側の部材にＲの符号を振っているが機能は同じである為、以降数字のみの符号で表記する。補助部材３４３は関節部材６０２を通して２つ以上のヒンジを介し、接続されているところは第二の実施形態と同様である。本実施形態は補助部材３４３の上部に配置されているヒンジのうち、一方のヒンジの回転軸方向を図１０（ｂ）に示す様に補助部材３４３を外側へ開く方向に回転する様、配置している。上記構成を取ることで、補助部材の可動範囲を広げることができ、装着快適性向上が期待できる。

また、本実施形態の場合、第一の実施形態の時に使用者頬部に当接していた当接部３１１を、固定側部材３２２ではなく、可動する補助部材３４３側に保持させている。上記構成をとることで、頬部当接位置を移動可能にし、頬部の圧力集中の緩和、装着快適性の向上が期待できる。図１０では、トルクヒンジ５０３、５０４を用いて補助部材の支持を実現している。補助部材３４３の下方側を固定側部材３２２に移動可能に接続することで、補助部材３４３が使用者頭部を支える際にたわむのを抑えることが可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態の組み合わせや、本発明の要点の範囲内で様々な変形及び変更が可能である。

２００画像表示部
３１０（３１１）使用者頭部と装着部との当接部
３２０（３２１、３２２）固定側部材
３４０（３４１、３４２）補助部材
３５０（３５１）可撓部材
５００（５０１、５０２、５０３、５０４）トルクヒンジ

Claims

使用者の頭部に装着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、
前記表示部の近傍に配置され前記使用者の頭部に当接する当接部と、
前記当接部に接続されており前記当接部と前記使用者の頭部との位置関係を保持する支持部材と、
前記当接部に対し移動可能に接続されており、前記使用者の顔の側面部に当接させることが可能で、前記支持部材の支持を補助する補助部材と、
を有し、
前記補助部材は、前記使用者が装着している眼鏡のテンプルに接しない形状であることを特徴とする頭部装着装置。
更に、前記補助部材の前記当接部との位置関係を保持する保持部材を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。
前記保持部材は、トルクヒンジであることを特徴とする請求項２に記載の頭部装着装置。
更に、前記使用者の顔の側面部を押圧する方向に前記補助部材を付勢する付勢部材を有す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。
使用者の頭部に装着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、
前記表示部の近傍に配置され前記使用者の頭部に当接する当接部と、
前記当接部に接続されており前記当接部と前記使用者の頭部との位置関係を保持する支持部材と、
前記当接部に対し移動可能に接続されており、前記使用者の顔の側面部に当接させることが可能で、前記支持部材の支持を補助する補助部材と、
前記当接部及び前記補助部材と前記使用者の頭部との間に、前記当接部から前記補助部材にまたがって配置されている可撓部材と、
を有することを特徴とする頭部装着装置。
前記可撓部材の固定位置が、前記当接部のみあるいは前記補助部材のみであることを特徴とする請求項５に記載の頭部装着装置。
前記可撓部材に、前記使用者が装着している眼鏡のテンプルに接しない形状が設けられていることを特徴とする請求項５または６に記載の頭部装着装置。
更に、前記表示部の近傍に少なくとも一つ以上の撮像素子と撮像光学系からなる撮像部を有し、
前記表示部は前記撮像部で撮像された現実画像と仮想画像を表示することが可能であって、
前記補助部材と前記表示部との間に前記使用者が前記表示部の周辺から現実空間を視認可能な開口部が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。
更に、前記表示部を前記使用者の頭部に対して回動する回動部を有す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。
前記回動部は、前記表示部をチルトの方向に回動させることを特徴とする請求項９に記載の頭部装着装置。
前記回動部は、トルクヒンジであることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の頭部装着装置。