JPWO2018003084A1 - ウェアラブル装置及び調整方法 - Google Patents

Abstract

ウェアラブル装置１００は、装着者の頭部７０に装着される装着部と、装着者の視界の一部に画像を表示する表示部１４０と、表示部１４０を保持するアーム１３０と、アーム１３０と装着部とを連結する連結部１１０と、を含む。連結部１１０は、第１軸ＴＸ１でアーム１３０を回動可能な第１の回動機構１１１と、第１の回動機構１１１よりも装着部側に設けられ、第１軸ＴＸ１に直角な第２軸ＴＸ２と第２軸ＴＸ２に直角で且つ第１軸ＴＸ１に交差する第３軸ＴＸ３とを含む自由度でアーム１３０を回動可能な第２の回動機構１１２と、を有する。

Description

本発明は、ウェアラブル装置及び調整方法等に関する。

従来より、ユーザーの頭部に装着してユーザーの視界に画像を投影するウェアラブル装置（ヘッドマウントディスプレイ）が知られている。このようなウェアラブル装置の従来技術としては、例えば特許文献１、２に開示される技術がある。

特許文献１には、ヘッドホンのイヤーパッドにアームを介して表示部が保持され、そのイヤーパッドとアームとは、少なくとも左右軸及び上下軸で回動可能な連結部によって連結され、アームと表示部とは、少なくとも左右軸及び上下軸で回動可能な連結部によって連結されるヘッドマウントディスプレイが開示されている。

特許文献２には、瞳分割シースルー型のヘッドマウントディスプレイが開示されている。この技術では、表示画像の虚像を射出する接眼部（接眼窓）が非常に小型であり、それによってシースルー（外界視界と表示画像がオーバーラップすること）やシーアラウンド（広い外界視界を確保すること）を実現する。

特開２００４−８０６７９号公報 特開２００６−３８７９号公報

ヘッドマウントディスプレイでは、ユーザーが表示画面を適切に視認できるようにするためには、表示部を正しい位置に調整し、光軸の方向を適切に視軸と一致させるための細かい調整（アライメント）が必要である。このような調整を行うための従来技術としては、例えば上述した特許文献１の技術がある。この技術では、多軸のジョイント（関節）を使うことで、表示部の位置や光軸の向きの微妙な調整を可能にしている。

しかしながら、このようなヘッドマウントディスプレイが活用される現場では、表示部を眼前から一旦退避させる場合がある。例えば、工場や倉庫等において作業をアシストする情報をヘッドマウントディスプレイに表示させている場合、表示部を一旦退避させて作業を行いやすくすることが想定される。そして、退避した後に再び表示画像を見るためには、上述のような細かい調整を再び行う必要があるが、退避及び復帰のたびに、そのような細かい調整を行うことは非常に煩わしい。

例えば、表示部のアイボックス（表示画像を視認可能な視線と光軸のずれの許容範囲）が比較的狭い小型のヘッドマウントディスプレイ（例えば上記の特許文献２）では、光軸の微妙な調整が求められる。退避及び復帰のたびにアライメントに時間がかかると、その調整が煩わしいだけでなく、作業の効率を低下させる可能性もある。そのため、退避した後に簡素な動作で復帰できることが望まれる。

本発明の幾つかの態様によれば、表示部の位置調整やアライメントを一旦実施した後は、簡素な動作で表示部の退避及び復帰を行うことが可能なウェアラブル装置及び調整方法等を提供できる。

本発明の一態様は、装着者の頭部に装着される装着部と、前記装着者の視界の一部に画像を表示する表示部と、前記表示部を保持するアームと、前記アームと前記装着部とを連結する連結部と、を含み、前記連結部は、第１軸で前記アームを回動可能な第１の回動機構と、前記第１の回動機構よりも前記装着部側に設けられ、前記第１軸に直角な第２軸と前記第２軸に直角で且つ前記第１軸に交差する第３軸とを含む自由度で前記アームを回動可能な第２の回動機構と、を有するウェアラブル装置に関係する。

本発明の一態様によれば、第１の回動機構よりも装着部側に設けられた第２の回動機構が、第１軸に直角な第２軸と、第２軸に直角で且つ第１軸に交差する第３軸とでアームを回動可能であるため、第１軸を装着者の両目に沿った方向に平行となるように調整することが可能である。このような調整を行うと共に、表示部の位置調整やアライメントを一旦実施した後は、第１軸でアームを回動して表示部の退避及び復帰を行うことで、簡素な動作で表示部の退避及び復帰を行うことが可能となる。

また本発明の他の態様は、上記に記載されたウェアラブル装置の調整方法であって、前記第２の回動機構で前記アームを回動することで前記第１軸を前記装着者の両目に沿った方向に平行となるように調整する調整方法。

また本発明の更に他の態様は、上記に記載されたウェアラブル装置の調整方法であって、前記第３軸で前記アームを回動することで前記第２軸を前記頭部の上下方向に平行となるように調整し、前記第２軸で前記アームを回動することで前記第１軸が前記装着者の両目に沿った方向に平行となるように調整することを特徴とする調整方法。

図１は、ユーザーの頭部に装着された状態でのウェアラブル装置の斜視図である。 図２は、ユーザーの頭部に装着された状態でのウェアラブル装置の上面視図である。 図３は、連結部の詳細な構成例である。 図４は、連結部を用いたウェアラブル装置の調整方法を説明する図である。 図５は、連結部を用いたウェアラブル装置の調整方法を説明する図である。 図６は、連結部を用いたウェアラブル装置の調整方法を説明する図である。 図７は、表示部の退避、復帰を説明する図である。 図８は、表示部の退避、復帰を説明する図である。 図９は、ボールジョイントの構成例である。 図１０は、ピンジョイントの構成例である。 図１１は、ラッチ機構を有するジョイントの構成例である。 図１２は、ロック機構を有するボールジョイントの構成例である。 図１３（Ａ）〜図１３（Ｄ）は、第１の回動機構の変形構成例である。 図１４は、第１軸の位置の設定例について説明する図である。 図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）は、第１軸の位置の設定例について説明する図である。

以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．構成
図１、図２に、本実施形態のウェアラブル装置１００の構成例を示す。図１は、ユーザーの頭部７０に装着された状態でのウェアラブル装置１００の斜視図である。図２は、ユーザーの頭部７０に装着された状態でのウェアラブル装置１００の上面視図である。

図１、図２において、方向ＤＸ、ＤＹ、ＤＺは互いに直角な（略直角を含む。広義には交差する）方向である。方向ＤＸはユーザーから見て右方向（頭部７０中央から右側頭部へ向かう方向）であり、方向ＤＹはユーザーから見て上方向（頭部７０中央から頭頂部へ向かう方向）であり、方向ＤＺはユーザーから見て正面方向（頭部７０中央から顔正面へ向かう方向）である。

ウェアラブル装置１００は、装着部（ヘッドマウント）、アーム１３０、連結部１１０、表示部１４０（表示装置）を含む。またウェアラブル装置１００は、回動機構１２０を含むことができる。

装着部は、ユーザー（装着者）の頭部７０に装着され、アーム１３０や表示部１４０を頭部７０に対して保持するための装置（機構、部品）である。具体的には、装着部は、第１当接部１０（第１接触部）、第２当接部２０（第２接触部）、ヘッドバンド３０、第１連結部４０、第２連結部５０を含む。なお、装着部の構成はこれに限定されない。例えば、装着部は、イヤーパッド（耳当て部分）を備えたヘッドホンのような構成であってもよい。

アーム１３０は、連結部１１０を介して第１当接部１０に連結（接続）され、表示部１４０をユーザーの所望の位置（例えばユーザーの眼前）に保持する。アーム１３０は、例えば直線状の又は湾曲した棒状の部材である。例えばアーム１３０の一端に回動機構１２０を介して表示部１４０が連結（接続）され、アーム１３０の他端に連結部１１０を介して装着部が接続される。なお、連結部１１０はアーム１３０の端に設けられる必要はなく、アーム１３０の端から離れた部分に設けられてもよい。なお、アーム１３０の長さを調整するスライド機構等が更に設けられてもよい。

表示部１４０は、アーム１３０の一端に設けられ、ユーザーの視界の一部に画像を表示する。具体的には、表示部１４０は、表示装置が出力する画像の光を光学系により接眼窓に導き、接眼窓から眼球の瞳に向けて（眼球の視線に対向して視軸方向に）射出し、画像の拡大虚像を視界に表示する（網膜に画像を投影する）。光学系は、例えばプリズムや鏡、レンズ等で構成される。

表示部１４０は、例えば瞳分割シースルー光学系方式を採用できる。瞳分割シースルー光学系方式は、接眼レンズ（接眼窓）の付近に光学系の射出瞳が設定されており、それによって接眼レンズを小さくすることが可能である。接眼レンズが小さいので、外界視界の光が接眼レンズの外側を通って目の瞳に入射し、シースルーを実現できる。この光学系を用いた場合、例えば表示部１４０の先端部（接眼窓が設けられている部分）の幅は４ｍｍ以下である。なお、表示部１４０としては、瞳分割シースルー光学系方式に限らず種々の形式の光学系を用いたタイプの表示部を採用できる。

回動機構１２０は、アーム１３０に対して表示部１４０を回動可能に保持する機構であり、例えば表示画像の水平走査方向に平行な軸で回動可能である。或いは、その軸に直角な（略直角を含む。広義には交差する）軸で回動可能であってもよい。例えば表示部１４０をユーザーの眼前に調整し、表示画像の水平走査方向に平行な軸を方向ＤＸに平行にした場合において、方向ＤＺ又は方向ＤＹに平行な軸で回動可能であってもよい。或いは、これら３軸で自由に回動可能であってもよい。

連結部１１０は、アーム１３０と装着部とを連結する機構（部品）であり、装着部に対してアーム１３０を回動可能に保持する機構である。具体的には、連結部１１０は、第１の回動機構１１１と第２の回動機構１１２とを含む。

第１の回動機構１１１は、第１軸ＴＸ１でアーム１３０を回動可能な回動機構である。第２の回動機構１１２は、第１の回動機構１１１よりも装着部側に設けられ、第２軸ＴＸ２と第３軸ＴＸ３とを含む自由度でアーム１３０を回動可能な回動機構である。第２軸ＴＸ２は、第１軸ＴＸ１に直角な軸である。第３軸ＴＸ３は、第２軸ＴＸ２に直角で且つ第１軸ＴＸ１に交差する（非平行な）軸である。即ち、３軸のうち隣り合う２軸（第１軸ＴＸ１と第２軸ＴＸ２、第２軸と第３軸ＴＸ３）が直角になっている。なお、第２軸ＴＸ２での回動により第１軸ＴＸ１の方向が変わるので、第３軸ＴＸ３と第１軸ＴＸ１とが成す角度は不定であり、直角とは限らない。

ここで、第２軸ＴＸ２と第３軸ＴＸ３とを含む自由度で回動可能であるとは、第２軸ＴＸ２での回動、第３軸ＴＸ３での回動のみが可能な場合と、それ以外の軸での回動が更に可能な場合と、例えばボールジョイント等のような任意の軸で回動可能な場合とを含む。

以上の実施形態によれば、第１の回動機構１１１よりも装着部側に設けられた第２の回動機構１１２により第１の回動機構１１１の第１軸ＴＸ１の方向を調整し、その後に第１軸ＴＸ１でアーム１３０を回動することで表示部１４０の退避及び復帰を簡素な動作で行うことが可能となる。即ち、第１軸ＴＸ１の方向を調整すると共に、ユーザーが表示画像を視認するのに最適な位置及びアライメント状態に表示部１４０を（例えば回動機構１２０で）調整した後は、退避及び復帰を第１軸ＴＸ１のみで行うことができる。これにより、復帰時に微妙な位置調整やアライメントを行う必要がなく、単に表示部１４０が元の位置に戻るまで第１軸ＴＸ１でアーム１３０を回動させるだけでよい。

具体的には、ウェアラブル装置１００が頭部７０に装着された状態において、第２の回動機構１１２でアーム１３０が回動されることで第１の回動機構１１１の第１軸ＴＸ１がユーザーの両目に沿った方向（ＤＸ）に平行となるように調整される。

第１軸ＴＸ１がユーザーの両目に沿った方向（ＤＸ）に平行となることで、第１軸ＴＸ１によりアーム１３０を回動させるとアーム１３０及び表示部１４０が上下方向（おおよそＤＹ又は−ＤＹ）に移動する。これにより、自然な退避及び復帰が可能になると共に、退避及び復帰の際にアーム１３０及び表示部１４０が眼鏡等の装着物に干渉する可能性を低減できる。即ち、第１軸ＴＸ１が左右方向に対して傾いている（例えば頭頂側から見てＤＸを反時計回りに回した方向に第１軸ＴＸ１が平行な）場合、第１軸ＴＸ１に垂直な面が眼鏡のフレームやテンプルに交差する可能性が高い。アーム１３０は、第１軸ＴＸ１での回動でその面内を移動するので、眼鏡のフレームやテンプルにぶつかる可能性が高くなる。本実施形態では、このような状況を避けることが可能である。

なお、装着部は以下のような構成である。即ち、第１当接部１０、第２当接部２０は、ユーザー（装着者）の側頭部に当接する部材（部品）である。ここで「当接する」とは、当たり接することである。各当接部１０、２０は、ウェアラブル装置１００がユーザーの頭部７０に装着された状態において頭部７０の前後方向を長手方向とする弾性部材で構成され、側頭部の前後方向での湾曲形状に沿った湾曲を有する。図１、図２では、頭部７０の前後方向は方向ＤＺ（及び−ＤＺ）に相当する。ヘッドバンド３０は、第１当接部１０と第２当接部２０とを連結し、第１当接部１０及び第２当接部２０を側頭部に向かって付勢する。ここで「付勢する」とは、ある方向に力を加えることである。第１連結部４０は、第１当接部１０とヘッドバンド３０とを連結する。第２連結部５０は、第２当接部２０とヘッドバンド３０とを連結する。

このように、頭部７０に接触する当接部１０、２０の上下方向の幅が短く、前後方向に長い形状となっていることで、個々のユーザーの頭部形状や髪型の違い、ウェアラブル装置以外の装着物（例えば眼鏡、補聴器等）の有無等の違いの影響を受けにくくなる。また、当接部１０、２０がヘッドバンド３０で付勢されることによって、当接部１０、２０の湾曲と弾性によって当接部１０、２０が側頭部へ密着する。これにより、個々のユーザーの頭部形状が違う場合であっても、当接部１０、２０が側頭部に対して安定して当接し、表示部を安定して保持することが可能となる。

上述のように、装着部の構成はこれに限定されず、ヘッドマウントディスプレイの頭部装着部として用いられる種々の装着部に対して本実施形態の手法や連結部１１０の構成を適用できる。

２．詳細構成、調整方法
図３に、連結部１１０の詳細な構成例を示す。連結部１１０は、部材（部品）１５、１７１〜１７５を含む。これらの部材は例えば樹脂等により形成される。

アーム１３０の一端には表示部１４０が連結されており、他端には第１軸ＴＸ１で回動する第１ジョイントが設けられている。第１ジョイントには第１リンク（部材１７４）の一端が連結され、第１リンクの他端には第２軸ＴＸ２で回動する第２ジョイントが設けられている。第２ジョイントには第２リンク（部材１７２）の一端が連結され、第２リンクの他端には第３軸ＴＸ３を含む自由度で回動する第３ジョイントが設けられる。第３ジョイントには基部（部材１５）が連結され、基部は第１当接部１０に固定される。なお、図１、図２の第１の回動機構１１１には第１ジョイントが対応し、第２の回動機構１１２には第２、第３ジョイントが対応する。

より具体的には、第１、第２ジョイントの各ジョイントは、１つのピンを軸に回動するピンジョイントである。即ち、アーム１３０の他端にはコの字型の（U-shaped）凹部が設けられ、その凹部に第１リンク（部材１７４）の一端が挿入され、凹部と第１リンクの一端にピン１７５が貫通している。同様に、第２リンク（部材１７２）の一端にはコの字型の（U-shaped）凹部が設けられ、その凹部に第１リンク（部材１７４）の他端が挿入され、凹部と第１リンクの他端にピン１７３が貫通している。これらのピン１７５、１７３を軸とする回動によって、第１軸ＴＸ１、第２軸ＴＸ２での回動が実現される。第１軸ＴＸ１、第２軸ＴＸ２は直角なので、ピン１７５、１７３は直角を成すように設けられている。

第３ジョイントは、３軸の自由度で自在に回動可能なボールジョイントである。即ち、第２リンク（部材１７２）の他端には、第３ジョイントのボール受け（部材１７１のボールが嵌まり合う穴）が設けられる。部材１７１はボールジョイントのボール部分であり、基部である部材１５の一端からボールが突出した構造となっている。このボールとボール受けとの間が自在に摺動する（滑り動く）ことで、第３軸ＴＸ３を含む自由度の回動が実現される。第３軸ＴＸ３は第２軸ＴＸ２に直角な軸であり、例えば第２リンク（部材１７２）の長手方向に沿った軸である。即ち、第２リンクの長手方向を軸に第２リンクを回動させると、第３軸ＴＸ３で回動することになる。また、ボールジョイントによって、第２リンクの長手方向に直角な方向に第２リンクを回動させることも可能である。

各部材の形状は例えば以下のようである。即ち、第１リンクである部材１７４、第２リンクである部材１７２は、円柱状或いは四角柱状等の棒状の部材である。基部である部材１５は、例えば四角柱状である。部材１５、１７１は例えば一体に形成される。なお、部材１５の形状はこれに限定されない。例えば、部材１５は第１当接部１０の湾曲形状に沿って湾曲する板状部材であってもよい。或いは、第１当接部１０に直接に部材１７１が固定又は一体形成され、部材１５が省略されてもよい。

以上のように、図１、図２の第２の回動機構１１２は、第２軸ＴＸ２でアーム１３０を回動可能な第２軸回動機構（第２ジョイント）と、第３軸ＴＸ３を含む自由度でアーム１３０を回動可能な第３軸回動機構（第３ジョイント）と、を含む。第３軸回動機構は、第２軸回動機構よりも装着部側に設けられる。

隣り合う２軸が直角を成す第１軸ＴＸ１、第２軸ＴＸ２、第３軸ＴＸ３が個別に設けられているので、各軸を当接部側から順に調整していくことで、第１軸ＴＸ１を両目に沿った方向に調整しやすくなる。即ち、第３軸ＴＸ３で回動すれば、それに直角な第２軸ＴＸ２の方向が変わり、第２軸ＴＸ２の方向を決めた後に第２軸ＴＸ２で回動すれば、それに直角な第１軸ＴＸ１の方向が変わり、第１軸ＴＸ１の方向を決めることができる。このようにして、ユーザーにとって分かりやすく、簡素な手順で調整できる。この調整方法の詳細については後述する。

また、第１軸ＴＸ１に直角な方向の第２軸ＴＸ２が独立して設けられているため、第１軸ＴＸ１で表示部１４０を退避及び復帰させたときに、それに直角な第２軸ＴＸ２でアーム１３０が回動しにくい。これにより、退避及び復帰の際に、表示部１４０の位置やアライメント状態が第２軸ＴＸ２を誤って回動することによりずれてしまう可能性を低減できる。なお、第３軸ＴＸ３で誤って回動する可能性については、例えばボールジョイントの摩擦を大きくする、或いはロック機構を設けること等によって、低減できる。

本実施形態では、第３軸回動機構（第３ジョイント）は、第３軸ＴＸ３を含む任意の軸で回動可能なジョイントである。一例としては、上述したようなボールジョイントである。

このようにすれば、第１当接部１０（部材１５）に対するアーム１３０が延びる方向を自在に調整すると共に、その方向での第３軸ＴＸ３での回動が可能となる。即ち、第１当接部１０は側頭部に当接しているので、頭部７０の形状の個人差によって様々な角度になる。そうすると、各個人でアーム１３０の向きが異なり、表示部１４０を適切な位置に保持できなくなる。この点、本実施形態では、第３軸回動機構によってアーム１３０の向きを自在に変えることができ、表示部１４０を適切な位置に調整できる。

また、ユーザーが眼鏡等を着用している場合には、テンプルとアーム１３０が干渉する恐れがある。この点、本実施形態では、第３軸回動機構によりアーム１３０をテンプルから離れる方向に向けることが可能である。そして、アーム１３０をどのような方向に向けたとしても、その位置において第３軸ＴＸ３で回動させることが可能である。

次に図４〜図６を用いて、上記連結部１１０を用いたウェアラブル装置１００の調整方法を説明する。

まず図４に示すように、ウェアラブル装置１００が頭部７０に装着された状態において、第３軸ＴＸ３でアーム１３０を回動することで第２軸ＴＸ２が頭部７０の上下方向（ＤＹ）に平行となるように調整する。このとき、アーム１３０の向きや位置についても第３ジョイントを用いて適宜に調整し、それと共に第２軸ＴＸ２が頭部７０の上下方向（ＤＹ）に平行となるように調整する。この調整は、例えば基部（部材１５）を手で押さえながら第２リンク（部材１７２）に指で力を加えることで行う。

次に図５に示すように、第２軸ＴＸ２でアーム１３０を回動することで第１軸ＴＸ１がユーザーの両目に沿った方向（ＤＸ）に平行となるように調整する。この調整は、例えば基部（部材１５）又は第２リンク（部材１７２）を手で押さえながらアーム１３０に指で力を加えることで行う。

次に図６に示すように、第１軸ＴＸ１でアーム１３０を回動することで、視野内での表示画像の位置がユーザー所望の位置となるように、表示部１４０の位置を調整する。例えば、表示部１４０の接眼部が眼前に配置されるように調整する。このとき、アーム１３０に対して表示部１４０を回動させる回動機構１２０を用いて、表示部１４０の光軸を視軸（視線を接眼部に向けた時の眼球の光軸）に一致させる調整（アライメント）を行う。

本実施形態では、隣り合う２軸が直角を成す第１軸ＴＸ１、第２軸ＴＸ２、第３軸ＴＸ３で回動する回動機構が個別に設けられていることで、上記のような調整方法が可能となっている。即ち、装着部に近い第３軸ＴＸ３から順次に１軸ずつ調整していくことで、第１軸ＴＸ１を左右方向（ＤＸ）に平行に調整し、表示部１４０を眼前に配置するように調整できる。このように３軸あることで自由度の高い調整を実現しつつ、１軸ずつ調整できることで手順が覚えやすく簡素な調整を実現している。

上記のように一旦調整を行った後は、図７、図８に示すように第１軸ＴＸ１のみの回動で、表示部１４０を退避及び復帰させることが可能となる。即ち、対象物をよく見たい場合や細かい作業を行う場合等には、図７に示すように第１軸ＴＸ１でアーム１３０を回動させて表示部１４０を上方向（又は下方向でもよい）に退避させる。これにより、表示画像を視野から無くす、或いは表示画像を視野の周辺部に移動させることができる。また、再び表示画像から情報を得たい場合には、図８に示すように第１軸ＴＸ１でアーム１３０を回動させて表示部１４０を眼前に復帰させる。これにより、再び視野に表示画像が表示されるようになる、或いは表示画像が視野の周辺部から所望の位置に移動される。

この退避及び復帰は、例えばアーム１３０の一端（表示部１４０が連結される側の一端）に指で力を加えることにより行う。このとき、上述のように第２軸ＴＸ２は回動しない。第３軸ＴＸ３についても第１軸ＴＸ１に交差しているので第３軸ＴＸ３では回動しにくい。しかしながらボールジョイントを用いている場合にはボールジョイントが回動する可能性があるので、第１軸ＴＸ１が回動する力よりもボールジョイントが回動する力の方が大きくなるようにしておく。この点の詳細については、後述する。

なお、以上の実施形態では第３ジョイント（第３軸回動機構）がボールジョイントである場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば第３ジョイントは第３軸ＴＸ３のみで回動するジョイントであってもよい。また、以上の実施形態では第３ジョイントが第２ジョイント（第２軸回動機構）と装着部の間に設けられる場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、第２ジョイントが第３ジョイントと装着部との間に設けられてもよい。

３．連結部の変形例
上記図３〜図７では、３軸ＴＸ１〜ＴＸ３の各軸に１つずつジョイントが設けられる場合を例に説明したが、図１、図２の連結部１１０の構成はこれに限定されない。即ち、第１軸ＴＸ１を両目に沿った方向に調整できる機構があれば十分である。例えば、第２軸ＴＸ２、第３軸ＴＸ３の回動を１つのジョイントで実現する以下のような変形例が考えられる。

この変形例では、図１、図２の第２の回動機構１１２は、第２軸ＴＸ２及び第３軸ＴＸ３を含む自由度で回動可能な１つのジョイントで構成される。例えば、第２軸ＴＸ２及び第３軸ＴＸ３を含む任意の軸で回動可能なジョイントである。一例としては、ボールジョイントである。他の例としては、２軸で回動可能なピンジョイントである。

図９にボールジョイントの構成例を示す。ボールジョイントは、ボール受け側の部材２１０と、ボール側の部材２２０で構成される。これらの部材の一方が第１当接部１０に固定され、他方がアーム１３０に第１の回動機構１１１を介して連結される。

部材２１０には、コの字型（U-shaped）を成す２つの突起２１１、２１３が設けられている。２つの突起２１１、２１３の内側にはボール２２１を嵌め込んで摺動させるための穴（又は凹み）２１２、２１４が設けられる。

部材２２０には、円柱等の軸部材２２２を介してボール２２１が設けられる。部材２１０、２２０は例えば樹脂で形成される。

図１０にピンジョイントの構成例を示す。ピンジョイントは、第１のリンクである部材２３０、第２のリンクである部材２５０、第１、第２リンクを連結する連結部材２４０で構成される。部材２３０、２５０の一方が第１当接部１０に固定され、他方がアーム１３０に第１の回動機構１１１を介して連結される。

部材２３０には、コの字型（U-shaped）を成す２つの突起２３２、２３３が設けられている。２つの突起２３２、２３３には、ピン２３１を挿入する穴が設けられている。同様に部材２５０には、コの字型（U-shaped）を成す２つの突起２５２、２５３が設けられている。２つの突起２５２、２５３には、ピン２５１を挿入する穴が設けられている。

連結部材２４０には、十字に突出する２本のピン２３１、２５１が設けられる。このピン２３１、２５１の方向は直角を成す。例えば一方のピンが第２軸ＴＸ２に相当し、他方のピンが第３軸ＴＸ３に相当する。

４．連結部の各軸の保持力について
上述したように、本実施形態では第１軸ＴＸ１が頭部７０の左右方向（ＤＸ）に平行になるように調整した後、その第１軸ＴＸ１での回動により表示部１４０の退避及び復帰を行う。この際、第１軸ＴＸ１以外での回動を生じない（又は生じにくい）ことが望ましい。

そのため本実施形態では、第１軸ＴＸ１でアーム１３０を回動させる場合において、第２の回動機構１１２がアーム１３０を保持する保持力は、第１の回動機構１１１がアーム１３０を保持する保持力よりも大きい。

保持力は、回動機構によるアーム１３０の回動を生じさせない力である。逆に言えば、回動機構によるアーム１３０の回動を生じ始める最小の力である。例えば、表示部１４０の退避や復帰を行う際には、表示部１４０が連結される側のアーム１３０の一端を指で掴んで上方向に力を加える。このとき、加えた力に応じたトルクが第１の回動機構１１１、第２の回動機構１１２に加わり各回動機構での回動を生じさせようとする。仮に第１の回動機構１１１を固定して動かないようにした場合に、第２の回動機構１１２が回動し始める最小の力（アーム１３０の一端に加えた力）を保持力Ｆ２とする。同様に、仮に第２の回動機構１１２を固定して動かないようにした場合に、第１の回動機構１１１が回動し始める最小の力（アーム１３０の一端に加えた力）を保持力Ｆ１とする。この場合、Ｆ１＜Ｆ２が成り立つ。各回動機構には実際にはトルクとして加わるので、そのトルクに対する保持力を、Ｆ１＜Ｆ２が成り立つように設定しておく。

このような回動機構の保持力の調整は、例えば摩擦力を調整する手法、ラッチ機構を用いる手法、ロック機構を用いる手法等で実現できる。また、図３〜図８で説明した３軸独立に回動機構を設ける例では、第２軸ＴＸ２が第１軸ＴＸ１に直角を成すことで、保持力の関係が実現されている。即ち、仮に第２軸ＴＸ２での回動が弱い力で可能であっても、第１軸ＴＸ１で回動させる際には少なくとも第２軸ＴＸ２での回動は生じにくい。

摩擦力を調整する手法では、ジョイントの回動における静止摩擦力の最大値（動き出す直前の静止摩擦力。以下、単に静止摩擦力と呼ぶ）をＦ１＜Ｆ２が成り立つように設定する。静止摩擦力は、ジョイントの摺動部分の材料や表面加工、或いは摺動する面どうしを押しつける力で決まる。

例えば、材料や表面加工によって摩擦係数が異なるので、それによって静止摩擦力を設定できる。或いは、ボールジョイントにおいてボール受けがボールを締め付ける力、ピンジョイントにおいてピンが挿入される穴がピンを締め付ける力に応じて摩擦力が変わるので、それによって静止摩擦力を設定できる。例えば、第２の回動機構１１２の静止摩擦力を第１の回動機構１１１の静止摩擦力よりも大きくしておくことで、Ｆ１＜Ｆ２に設定する。

ラッチ機構を用いる手法では、ラッチの保持力によってＦ１＜Ｆ２を実現する。例えば、第１の回動機構１１１にはラッチ機構を採用せず、第２の回動機構１１２にラッチ機構を採用することで、退避や復帰の際に第２の回動機構１１２が回動しないようにできる。

図１１にラッチ機構を有するジョイントの構成例を示す。このジョイントは、一軸で回動するジョイントである。例えば、このジョイントを２軸又は３軸組み合わせて第２の回動機構１１２を構成してもよい。図１１のラッチ機構は、ラッチのツメが設けられる部材２６０と、ラッチの突起が設けられる部材２７０と、を含む。

部材２６０では、円盤２６７の中心に円形穴が設けられ、円盤の外周に沿って円筒２６１が設けられ、円形穴の外周に沿って円筒２６２が設けられる。円筒２６２からは円筒２６１に向かって２組のツメ２６３、２６５が延びている。ツメ２６３は、弾性を有する２つのツメの間にスリット２６４が設けられた構造になっている。同様に、ツメ２６５は、弾性を有する２つのツメの間にスリット２６６が設けられた構造になっている。これらのツメは、円盤２６７には固定されておらず、その弾性によってスリットの間隔が変動できるようになっている。

部材２７０では、円盤２７７の中心に円形穴が設けられ、円盤の外周に沿って円筒２７１が設けられ、円形穴の外周に沿って円筒２７２が設けられる。円筒２７１の内周には全周にわたって凹凸（例えば波状の凹凸）が設けられている。

部材２６０、２７０は、図面で見えている面どうしを重ね合わせるように組み合わされる。このとき、円筒２７１は、部材２６０の円筒２６１とツメ２６３、２６５との間に挿入される。また、円筒２７２は、円筒２６２の内側に挿入される。ジョイントの回動軸は、円形穴の中心を通り、円盤２６７、２７７に垂直な方向の軸である。この回動軸で部材２６０、２７０の間を回動させた際、ツメのスリット２６４、２６６に円筒２７１内周の凸部が嵌まると回動に対する抵抗が大きくなる。その抵抗に逆らって回動させる力を加えると、スリット２６４、２６６から凸部が外れ、次の凸部がスリット２６４、２６６に嵌まる。このようにして、不連続なポイント（回動角度）で回動が半固定されることになる。

ロック機構を用いる手法では、第２の回動機構１１２にロック機構を設け、退避や復帰の際に第２の回動機構１１２での回動が起きないようにする。即ち、第１軸ＴＸ１を左右方向に平行にする調整や、表示部１４０の位置調整とアライメント時にはロック機構を開放状態にし、それらの調整が終わった後にロック機構をロック状態にする。なお、第１の回動機構１１１にもロック機構を設け、退避や復帰の際にロック機構を開放にする構成としてもよい。

図１２にロック機構を有するボールジョイントの構成例を示す。ボールジョイントは、ボール２８０、ボール受け２９０、締め付けネジ２９１を含む。締め付けネジ２９１はオスネジであり、ボール受け２９０のメスネジに嵌合するようになっている。例えば、締め付けネジ２９１を締めると、オスネジの先端、或いはオスネジの先端によって押される部材がボール２８０に押しつけられ、ボール２８０の摺動がロックされる。

同様のロック機構は、一軸のジョイントでも実現可能である。例えば、軸と軸受けで構成されるジョイントにおいて、軸受けに締め付けネジが設けられ、その締め付けネジを締めることによって軸の摺動がロックされてもよい。

ロック機構を採用する場合、第２の回動機構１１２は、第２軸ＴＸ２及び第３軸ＴＸ３の少なくとも一方の軸での回動をロックするロック機構を有していればよい。即ち、第２軸ＴＸ２のみ、又は第３軸ＴＸ３のみ、又は第２軸ＴＸ２及び第３軸ＴＸ３の両方での回動をロックするロック機構を有する。

例えば第２の回動機構１１２をボールジョイントで構成した場合、図１２のロック機構を採用することで、第２軸ＴＸ２及び第３軸ＴＸ３の両方での回動をロック可能になる。或いは、図３〜図８で説明した連結部１１０の構成において、第３軸ＴＸ３に対応する第３ジョイントにロック機構を採用した場合、第３軸ＴＸ３での回動のみをロック可能になる。

なお、ロック機構は図１２のようにネジで締める構成に限定されない。例えば、チューブ等の締め付けに用いるピンチコックのように、一時的に締め付け（ロック）を緩めることが可能で、通常は締め付け（ロック）状態になっているような機構を採用してもよい。例えば、ボールジョイントに適用する場合には、ピンチコックのチューブ締め付け部がボールを挟み込む構成となっており、ピンチコックを掴むとボールが回動可能となり、ピンチコックを離すとボールの回動がロックされる。このようなロック機構では調整終了時にピンチコックを離すことで自動的にロックがかかり、ユーザーの負担が軽減される。

５．第１の回動機構の変形例
図１３（Ａ）〜図１３（Ｄ）に、第１の回動機構１１１の変形構成例を示す。この変形構成例では、回動範囲を制限する構成、或いは回動の半固定ポイントが設けられており、それによって表示部１４０を退避前の位置に正確に復帰できるようになっている。

図１３（Ａ）に示すように、長い板状の部材３１０に細い円柱状の突起３１１、３１２が設けられる。また、長い板状の部材３２０に円形穴３２２と、その円形穴３２２を中心とする円弧状穴３２１とが設けられる。部材３１０は図１等のアーム１３０に対応しており、その一端（突起３１２とは逆側の一端）には表示部１４０が連結される。また部材３２０の一端（穴３２１とは逆側の一端）は第２の回動機構１１２を介して第１当接部１０に連結される。なお、部材３１０、３２０の形状は板状に限定されず、組み合わせたときに突起３１２を軸とする回動が実現できる形状であればよい。

図１３（Ｂ）に示すように、穴３２１に突起３１１が挿入され、穴３２２に突起３１２が挿入されるように、部材３１０、３２０が組み合わされる。そして、円弧状穴３２１に沿って突起３１１を動かしながら突起３１２を軸（第１軸ＴＸ１に相当）に部材３１０を回動させる。

第１軸ＴＸ１を左右方向に調整する際や、表示部１４０の位置調整とアライメントを実施する際には、突起３１１が円弧状穴３２１の下端に突き当たるようにしておく。そして、図１３（Ｃ）に示すように、表示部１４０を退避する際には、例えば突起３１１が円弧状穴３２１の上端に突き当たるまで、部材３１０（アーム１３０）を上に回動させる。復帰の際には、再び図１３（Ｂ）のように突起３１１が円弧状穴３２１の下端に突き当たるまで部材３１０を下に回動させる。このようにして、表示部１４０を退避前の位置に容易に正確に復帰させることができる。

図１３（Ｄ）は、回動の半固定ポイントを更に設けた変形構成例である。即ち、円弧状穴３２１の複数の位置に、突起３１１を半固定にするためのラッチが設けられている。図１３（Ｄ）の例では、円弧の両端と、中央にラッチを設けている。

調整時には、これら複数のラッチのいずれか（例えば図１３（Ｄ）のように中央のラッチ）に突起３１１を半固定にしておき、退避時には他のラッチに突起３１１を移動させるように部材３１０を回動させる。そして、元のラッチに突起３１１が戻るまで部材３１０を回動させることで、表示部１４０を退避前の位置まで復帰させることができる。

６．第１軸の位置について
第１軸ＴＸ１の位置は特に限定されるものではないが、例えば図１４に示すような位置に第１軸ＴＸ１を設定することで、表示部１４０の退避及び復帰が簡素化されるだけでなく、画像の表示位置の上下移動を簡素化することも可能である。

即ち、ウェアラブル装置１００が頭部７０に装着された状態において、前記第２の回動機構１１２により第１軸ＴＸ１がユーザーの両目に沿った方向に平行となるように調整された場合において、第１軸ＴＸ１は、ユーザーの眼球６１、６２を通る軸である。

眼球６１、６２の大きさには個人差があるが、例えば統計的な平均の直径を想定し、その眼球６１、６２に第１軸ＴＸ１が交差するように設計しておく。このとき、眼球６１、６２の中心６３、６４から半径５ｍｍ以内を第１軸ＴＸ１が通ることが望ましく、眼球６１、６２の中心６３、６４を第１軸ＴＸ１が通ることが更に望ましい。また、表示画像を視認する側の眼球（図１４では右の眼球６１）を第１軸ＴＸ１が通ればよく、必ずしも両方の眼球を通る必要はない。

例えば、第１当接部１０とヘッドバンド３０を連結する第１連結部４０は、耳の上方に配置される。このとき、頭部７０を横方向（ＤＸ）から見た場合における耳と眼球の配置（平均的な配置）が分かっているので、それに対応して第２の回動機構１１２の位置、第２の回動機構１１２から第１の回動機構１１１までの長さ等を決める。このようにして、第１軸ＴＸ１が眼球６１、６２を通るように連結部１１０を設計しておく。

以下、画像の表示位置の上下移動について説明する。図１５（Ａ）に示すように、表示画像を視認可能とするために、視線ＹＸ（視軸）と表示部１４０の接眼部１４１の光軸ＡＸＰとを一致（略一致を含む）させるように表示部１４０の位置調整やアライメントを実施する。

図１５（Ｂ）に示すように、第１軸ＴＸ１でアーム１３０を回動させて表示部１４０を移動させたとする。第１軸ＴＸ１が眼球６１の中心を通っている場合、接眼部１４１の光軸ＡＸＰは眼球６１の中心を向いたままである。

そのため、図１５（Ｃ）に示すように、視線ＹＸを接眼部１４１に向ければ視線ＹＸと光軸ＡＸＰが一致し、表示画像を視認可能となる。

このように、第１軸ＴＸ１が眼球６１の中心を通るようにしておくことで、表示画像を視認可能なように一旦調整した後は、表示画像の位置を上下に移動させても、再度アライメントすることなく表示画像が視認可能な状態（接眼部１４１に視線を向ければ視認できる状態）を維持できる。

また、第１軸ＴＸ１が眼球６１の中心から多少ずれていたとしても、アイボックス（表示画像を視認可能な視線と光軸のずれの許容範囲）の範囲内であれば、表示位置を変えても再度アライメントする必要はない。たとえアイボックスの範囲を超えても、わずかな調整だけで視認可能にできるので、煩雑なアライメントの再実施は不要である。

なお、アーム１３０に対して表示部１４０を回動させる回動機構１２０に、左右方向（ＤＸ、即ち調整後の第１軸ＴＸ１の方向）の調整軸を設けておくことが望ましい。第１軸ＴＸ１で回動したときに生じる視線ＹＸと光軸ＡＸＰのずれは、第１軸ＴＸ１に直交する平面内でのずれなので、それに平行な調整軸で光軸ＡＸＰを回動することで、容易にアライメントが可能である。

以上、本発明を適用した実施形態およびその変形例について説明したが、本発明は、各実施形態やその変形例そのままに限定されるものではなく、実施段階では、発明の要旨を逸脱しない範囲内で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記した各実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成することができる。例えば、各実施形態や変形例に記載した全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態や変形例で説明した構成要素を適宜組み合わせてもよい。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能である。また、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。

１０ 第１当接部、２０ 第２当接部、３０ ヘッドバンド、
４０ 第１連結部、５０ 第２連結部、６１，６２ 眼球、
６３，６４ 眼球の中心、７０ 頭部、１００ ウェアラブル装置、
１１０ 連結部、１１１ 第１の回動機構、１１２ 第２の回動機構、
１２０ 回動機構、１３０ アーム、１４０ 表示部、１４１ 接眼部、
ＡＸＰ 光軸、ＤＸ，ＤＹ，ＤＺ 方向、ＴＸ１ 第１軸、
ＴＸ２ 第２軸、ＴＸ３ 第３軸、ＹＸ 視線

Claims (11)

1. 装着者の頭部に装着される装着部と、
   前記装着者の視界の一部に画像を表示する表示部と、
   前記表示部を保持するアームと、
   前記アームと前記装着部とを連結する連結部と、
   を含み、
   前記連結部は、
   第１軸で前記アームを回動可能な第１の回動機構と、
   前記第１の回動機構よりも前記装着部側に設けられ、前記第１軸に直角な第２軸と前記第２軸に直角で且つ前記第１軸に交差する第３軸とを含む自由度で前記アームを回動可能な第２の回動機構と、
   を有することを特徴とするウェアラブル装置。
2. 請求項１において、
   ウェアラブル装置が前記頭部に装着された状態において、前記第２の回動機構で前記アームが回動されることで前記第１の回動機構の前記第１軸が前記装着者の両目に沿った方向に平行となるように調整されることを特徴とするウェアラブル装置。
3. 請求項１又は２において、
   ウェアラブル装置が前記頭部に装着された状態において、前記第３軸で前記アームが回動されることで前記第２軸が前記頭部の上下方向に平行となるように調整され、前記第２軸で前記アームが回動されることで前記第１軸が前記装着者の両目に沿った方向に平行となるように調整されることを特徴とするウェアラブル装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記第２の回動機構は、
   前記第２軸で前記アームを回動可能な第２軸回動機構と、
   前記第２軸回動機構よりも前記装着部側に設けられ、前記第３軸を含む自由度で前記アームを回動可能な第３軸回動機構と、
   を有することを特徴とするウェアラブル装置。
5. 請求項４において、
   前記第３軸回動機構は、前記第３軸を含む任意の軸で回動可能なジョイントであることを特徴とするウェアラブル装置。
6. 請求項１又は２において、
   前記第２の回動機構は、前記第２軸及び前記第３軸を含む任意の軸で回動可能なジョイントであることを特徴とするウェアラブル装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記第１軸で前記アームを回動させる場合において、前記第２の回動機構が前記アームを保持する保持力は、前記第１の回動機構が前記アームを保持する保持力よりも大きいことを特徴とするウェアラブル装置。
8. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記第２の回動機構は、
   前記第２軸及び前記第３軸の少なくとも一方の軸での回動をロックするロック機構を有することを特徴とするウェアラブル装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかにおいて、
   ウェアラブル装置が前記頭部に装着された状態において、前記第２の回動機構により前記第１軸が前記装着者の両目に沿った方向に平行となるように調整された場合において、
   前記第１軸は、前記装着者の眼球を通る軸であることを特徴とするウェアラブル装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載されたウェアラブル装置の調整方法であって、
    前記第２の回動機構で前記アームを回動することで前記第１軸を前記装着者の両目に沿った方向に平行となるように調整することを特徴とする調整方法。
11. 請求項１乃至９のいずれかに記載されたウェアラブル装置の調整方法であって、
    前記第３軸で前記アームを回動することで前記第２軸を前記頭部の上下方向に平行となるように調整し、
    前記第２軸で前記アームを回動することで前記第１軸が前記装着者の両目に沿った方向に平行となるように調整することを特徴とする調整方法。