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JP2019062345A - ヘッドマウント装置 - Google Patents

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Toru Kuronuma
徹 黒沼
俊宏 楠
Toshihiro Kusunoki
俊宏 楠
鈴木 啓仁
Hirohito Suzuki
啓仁 鈴木
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Abstract

【課題】血流センサの接触面を適度な接触圧でユーザの頭部に密着させることができるヘッドマウント装置を提案する。【解決手段】ヘッドマウントディスプレイ1は、血流センサ21と、血流センサ21の周囲に配置され、ユーザの頭部に接触している支持部32と、血流センサ21を支持するセンサ支持機構Mと、を有している。センサ支持機構Mは、血流センサ21の接触面21aに対して垂直な方向である接触方向での血流センサ21の動きを許容するように、血流センサ21を支持している。【選択図】 図1

Description

本発明はヘッドマウント装置に関する。
従来、脳波や、血流量などの生体情報を検知する装置の開発が進められている。下記特許文献1は血流センサを開示している。血流センサは被験者の皮膚に密着した状態で使用される。
また、ユーザの頭部に装着するヘッドマウント装置が知られている。例えば、下記特許文献2は、映像を観賞等するためのヘッドマウントディスプレイを開示している。ヘッドマウントディスプレイは、ゲーム装置やオーディオビジュアル装置などの動画生成装置で生成された動画データを受信し、これをユーザの眼前に配置された表示装置に表示する。
特開2013−146371号公報 国際公開第2015/137165号
ヘッドマウント装置に血流センサを搭載することが検討されている。ヘッドマウント装置をユーザの頭部に安定的に装着しようとすると、ヘッドマウント装置と頭部との間にある程度の力が作用する。ところが、そのことによって血流センサと皮膚との接触圧が高くなると、高い接触圧が血流に影響し、血流量の検出精度が下がるという問題が生じる。
本明細書で提案するヘッドマウント装置は、ユーザの頭部に接触する接触面を有している血流センサと、前記血流センサの周囲に配置され、ユーザの頭部に接触している支持部と、前記接触面に対して垂直な方向である接触方向での前記血流センサの動きを許容するように前記血流センサを支持しているセンサ支持機構と、を有している。このヘッドマウント装置によると、血流センサの接触面を適度な接触圧でユーザの頭部に密着させることができ、血流量の検出精度を向上できる。
本発明の実施形態の一例であるヘッドマウントディスプレイを示す斜視図である。 血流センサが配置されている部分の背面図である。 図2に示すIII線−III線での断面図である。 図2に示すIV線−IV線での断面図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。本明細書では、本発明の実施形態の一例として、ヘッドマウントディスプレイについて説明する。本発明は、ヘッドマウントディスプレイとは異なる装置、例えば、ディスプレイを備えていない、脳の動きを検知するヘッドマウント装置に適用されてもよい。
以下の説明では、図1のY1及びY2が示す方向をそれぞれ前方及び後方と称し、図1のZ1及びZ2の示す方向をそれぞれ上方及び下方と称する。また、図2に示すX1及びX2が示す方向をそれぞれ右方向及び左方向と称する。また、以下の説明では、ヘッドマウントディスプレイをHMDと称する。
図1に示すように、HMD1は表示装置11を内蔵している装置本体10を有している。表示装置11は、例えば液晶表示装置や有機エレクトロルミネセンス表示装置であるが、その種類は特に限定されない。HMD1の使用時、装置本体10はユーザの眼前を覆う。装置本体10は表示装置11を収容しているハウジング12を有している。
図1に示すように、HMD1は、その前部に、装着部20を有している。装着部20には、ユーザの額の血流量を検知するための後述する血流センサ21や、脳波を検知するための脳波センサ27A、27Bが設けられている。装着部20は装置本体10の上側に位置し、装置本体10に接続される。HMD1の使用時、装着部20はユーザの額に当てられる。装着部20(より具体的には、装着部20のフレーム31)は、人の額の形状に合うように湾曲している。
図1に示すように、HMD1は、ユーザの頭部に巻かれる装着バンド13を有している。HMD1の例では、装着バンド13は装着部20の右側と左側とに接続している。そして、装着バンド13と装着部20は、それらの平面視において、頭部を取り囲む環状である。装着バンド13は、その長さが調整可能となるように、構成されてもよい。装着バンド13の取り付け位置は、HMD1の例に限られない。例えば、装着バンド13は、装着部20ではなく、装置本体10に接続されていてもよい。
図3に示すように、装着部20は、血流センサ21と、血流センサ21を支持するセンサ支持機構Mとを有している。また、装着部20は、血流センサ21の周囲に配置される支持部32と、フレーム31とを有している(以下では、フレーム31を「前側フレーム」と称する。)。
血流センサ21は、血流量を測定する光学式のセンサである。血流センサ21は、光(例えば、レーザ光)を額に照射し、その反射光から大脳の血流量を計測する。血流センサ21は発光素子(例えば、レーザーダイオード)と受光素子(例えば、フォトダイオード)とを有する。そして、血流センサ21は、例えば赤外光を額に照射し、散乱した光を受光素子で検出する。受光素子で検出した光から、大脳の表面付近の血液量の変化を計測する。血流センサ21は複数の受光素子を有してもよい。また、血流センサ21は複数の発光素子を有してもよい。
HMD1は、例えばゲーム装置やオーディオビジュアル装置、パーソナルコンピュータなどの動画生成装置に、無線又は有線で接続される。そして、HMD1は動画生成装置から動画データを受信し、それを表示装置11に表示する。また、HMD1は、血流センサ21で検出した血流量についての情報を動画生成装置に送信する。動画生成装置は、HMD1から受信した血流量についての情報を、動画生成装置が生成する動画データに反映させる。すなわち、動画生成装置は、HMD1から受信した血流量についてのデータに基づいて、HMD1に送信する動画データを生成(補正を含む)する。
図2に示すように、HMD1の例では、血流センサ21は、左右方向における装着部20の中心部に配置されている。後述するように、センサ支持機構Mは血流センサ21の位置や姿勢の変化を許容するように、血流センサ21を支持している。血流センサ21の配置は、HMD1の例に限られない。例えば、血流センサ21の位置は、左右方向における装着部20の中心から右方向又は左方向にずれていてもよい。HMD1は複数の血流センサ21を有してもよい。この場合、複数の血流センサ21は左右方向に並んでもよいし、上下方向に並んでもよい。
前側フレーム31は、例えば板状である。図1に示すように、支持部32や、センサ支持機構Mなど、装着部20を構成する部品は前側フレーム31に取り付けられる。上述した装着バンド13は、例えばこの前側フレーム31に接続される。前側フレーム31は、人の額の形状に合うように湾曲している。前側フレーム31は、例えばプラスチックによって形成される。前側フレーム31は、一体的に形成された1つの部材でもよいし、それぞれが一体的に形成された複数の部材によって構成されてもよい。例えば、センサ支持機構Mが取り付けられた部分(第1の部分)と、支持部32が取り付けられている部分(第2の部分)は、相互に別個に形成され、第1の部分は第2の部分に取り付けられてもよい。
図1に示すように、支持部32は、前側フレーム31の後面に取り付けられている。支持部32の表面(後面)32a(図3参照)は、HMD1の使用時にユーザの額に当たる。このため、支持部32は、前側フレーム31とユーザの額との距離を確保するスペーサとして機能し得る。この支持部32がユーザの額に当たることによって、血流センサ21がユーザの額に強く押しつけられることを防ぐことができる。例えば、ユーザが装着バンド13の長さを短くしたために、装着部20がユーザの額に押し当てられる場合、その力は支持部32に作用し、血流センサ21には大きな力は作用しない。支持部32は、その表面32aをユーザの額に向けて押す弾性を有している。言い換えれば、支持部32は、クッション性を有する材料で形成されている。支持部32は例えばゴムや発泡材料で形成され得る。
図2に示すように、HMD1の例では、支持部32は、血流センサ21を挟んで(言い換えれば、センサ支持機構Mを挟んで)、互いに反対側に位置する2つの部分32R、32Lを有している(以下では、部分32R、32Lのそれぞれを「半部」と称する。)。HMD1の例では、支持部32は、血流センサ21の右側に配置される右半部32Rと、血流センサ21の左側に配置される左半部32Lとを有している。半部32R、32Lは、例えば血流センサ21に向かった開いた略U字形状である。すなわち、半部32R、32Lのそれぞれは、装着部20の上部で左右方向に伸びている上横部32dと、装着部20の下部で左右方向に伸びている下横部32bと、上横部32dと下横部32bとを繋ぐ縦部32cとを含んでいる。半部32R、32Lの内側の領域E1に、他の部品(例えば、後述する脳波センサ27A、27Bや、回路基板、バッテリなど)が配置されてもよい。
支持部32の形状や配置は、HMD1の例に限られない。例えば、支持部32は、血流センサ21の上側に位置する部分や、血流センサ21の下側に位置する部分を含んでもよい。他の例では、支持部32は四角形や円形でもよい。この場合、支持部32は、他の部品が配置される領域E1を含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。さらに他の例として、半部32R、32Lは、上横部32dと下横部32bとを繋ぐ縦部32cを含んでいなくてもよい。
血流センサ21は、ユーザの額に接する接触面21a(図3参照)を有している。発光素子と受光素子は接触面21aに設けられている。接触面21aと額の皮膚との間に隙間があると、その隙間に外光が入り、血流量が適切に検知できない。そのため、接触面21aは皮膚に密着している必要がある。ところが、接触面21aと皮膚との接触圧が高いと、高い接触圧が血流量に影響し、血流量の検知精度の低下につながる。そのため、接触面21aは適度な接触圧(比較的低い接触圧)で皮膚に密着している必要がある。
そこで、HMD1の例では、血流センサ21の周囲に支持部32が配置されている。そして、センサ支持機構Mは、接触面21aに対して垂直な方向(図3においてD1方向)での血流センサ21の動きを許容するように、血流センサ21を支持している(以下では、D1方向を「接触方向」と称する。本明細書において「接触方向」は、血流センサ21が初期位置にあるときに接触面21aに直交する方向である。)。この構造によると、接触面21aを適度な接触圧で皮膚に密着させることができる。
図3に示すように、センサ支持機構Mは接触方向において伸縮可能な伸縮部25を有し、伸縮部25を介して血流センサ21を支持している。すなわち、センサ支持機構Mは接触方向において血流センサ21をフローティングさせており、伸縮部25はフローティングばねとして機能している。伸縮部25は、例えば蛇腹を含む。すなわち、伸縮部25は、複数の折り目25a、25bを有し、谷折り25aと山折り25bとが接触方向において交互に並んでいる。このように伸縮部25として蛇腹を利用すると、例えば伸縮部25として発条を利用する場合に比して、血流センサ21の変位に起因する接触圧の変化を低減できる。このため、例えば装着バンド13の締め付けを強くした場合でも、接触圧を概ね一定に保つことができる。
伸縮部25はゴム(例えば、シリコーンゴムや、ウレタンゴム、アクリルゴムなど)で形成されている。また、伸縮部25は接触方向に伸びている筒状であり、伸縮部25の内側は中空である。すなわち、伸縮部25は、上面部25c(図3参照)、下面部25d(図3参照)、右側面部25e(図4参照)、及び左側面部25f(図4参照)を有し、それらの内側に空間が形成されている。
伸縮部25は血流センサ21をユーザの額に向けて押す弾性を有している。これによって、接触面21aをユーザの額に密着させることができる。伸縮部25の弾性率は低いのが好ましい。低い弾性率の伸縮部25を利用すれば、ユーザの額の形状や装着バンド13の締め付け具合(言い換えれば、装着バンド13の長さ)によって血流センサ21からユーザの額に作用する荷重(接触圧)が変化することを、抑えることができる。例えば、装着バンド13を短くしたために、支持部32がユーザの額に比較的大きな力で押しつけられる場合であっても、血流センサ21を適度な力でユーザの額に接触させることができる。伸縮部25は、例えば支持部32よりも小さい弾性率を有する。
なお、伸縮部25は蛇腹でなくてもよい。例えば伸縮部25は、接触方向で交互に並ぶ複数の折り目25a、25bに換えて、1つの折り目だけを有してもよい。また、センサ支持機構Mは、伸縮部25として、1又は複数の発条を有してもよい。この場合、伸縮部25としては、比較的低い弾性率を有する発条を用いるのが望ましい。
血流センサ21は、ユーザの額の形状によらず額に接するように設計するのが好ましい。具体的には、血流センサ21は、例えば支持部32の表面(後面)32aが形成する仮想的な湾曲面よりも接触面21aがユーザの額側に位置するように、配置される。言い換えれば、血流センサ21の接触面21aは、支持部32の表面32aが形成する湾曲面よりも後方に位置する。
図3に示すように、血流センサ21は基板22に実装されている(以下では、この基板22を「センサ基板」と称する。)。センサ基板22には血流センサ21の駆動回路が実装されてもよい。また、センサ基板22には、血流センサ21の駆動回路と、HMD1が有している他の回路・部品とを繋ぐ電線22aが接続されてもよい。HMD1の例では、電線22aは筒状の伸縮部25の内側を通って、前方に伸びている。センサ支持機構Mは、センサ基板22が取り付けられるセンサフレーム23を有している。センサ基板22はセンサフレーム23の中央部23aに取り付けられている。
図3に示すように、センサフレーム23は、伸縮部25の後縁25gが接続される外周部23bを有している。上述したように、伸縮部25は上面部25c、下面部25d、右側面部25e、及び左側面部25fを有している筒状である。外周部23bは矩形であり、外周部23bには、上面部25c、下面部25d、右側面部25e、及び左側面部25fの後縁25gが接続されている。このことによって、センサフレーム23とセンサ基板22は接触方向において一緒に動くことができる。
図3に示すように、伸縮部25の前縁25hは前側フレーム31に接続されている。前側フレーム31には、伸縮部25の前方に位置する開口31aが形成されている。伸縮部25の内側の空間は開口31aを通って外部と連通している。伸縮部25が伸縮するとき、空気はこの開口31aを通って伸縮部25の内側に入ったり、出たりできる。その結果、伸縮部25がスムーズに伸縮できる。センサ基板22に接続されている電線22aは、前側フレーム31の開口31aを通って伸びている。
センサ支持機構Mは、血流センサ21の接触面21aの傾斜を許容するように、血流センサ21を支持している。ここで「接触面21aの傾斜」とは、図3及び図4において示す平面P1に対する接触面21aの傾斜である。平面P1は、血流センサ21が初期位置(図3及び図4で示す血流センサ21の位置)にあるときに、接触面21aに平行な面である。この構造によると、血流センサ21の姿勢が、ユーザの額の形状に合わせて変化できる。その結果、接触面21aとユーザの額との密着性を向上できる。
前側フレーム31は、センサフレーム23が接触方向に動くことができるように、センサフレーム23を案内するガイド部31nを有している。HMD1の例では、前側フレーム31は、センサ支持機構Mを挟んで互いに反対側に位置する2箇所に、ガイド部31nを有している。図4に示すように、ガイド部31nは、例えば、センサ支持機構Mの右側と左側とに設けられている。ガイド部31nは、前側フレーム31から接触方向に伸びている。より詳細には、ガイド部31nは前側フレーム31から突出しているボスである。一方、センサフレーム23は、2つのガイド部31nに沿ってそれぞれ移動可能な2つの被ガイド部23nを有している。HMD1の例では、被ガイド部23nはセンサフレーム23の外周部23bの右縁及び左縁に形成されている。
図4に示すように、被ガイド部23nには開口が形成されている。この開口にガイド部31nは嵌まっている。このことによって、センサフレーム23はガイド部31nによって支持されている。すなわち、上下方向及び左右方向でのガイド部31nに対するセンサフレーム23の動きが制限されている。また、被ガイド部23nは、ガイド部31nに沿って接触方向に移動可能となっている。ガイド部31nの端部には、ガイド部31nからの被ガイド部23nの抜けを規制するストッパ部材33が取り付けられている。ストッパ部材33としては、例えば螺子を用いることができる。上述したように、伸縮部25は弾性を有し、血流センサ21を接触方向(後方)に押している。左右の被ガイド部23nが左右のガイド部31nのストッパ部材33にそれぞれ当たっているとき、血流センサ21は初期位置に配置されている。
センサフレーム23に形成されている2つの被ガイド部23nは、ガイド部31nに沿って別個に動くことができる。したがって、センサ基板22の右縁22b(図4参照)と左縁22c(図4参照)は、接触方向において別個に動くことができる。その結果、血流センサ21の接触面21aは、右方向に向かって、或いは左方向に向かって傾斜できる。
また、被ガイド部23nの開口はガイド部31nよりも大きな径を有しており、各被ガイド部23nはガイド部31nに対して傾斜できる。その結果、センサ基板22の上縁22d(図3参照)と下縁22e(図3参照)とが接触方向において別個に動くことができる。その結果、血流センサ21の接触面21aは、上方に向かって、或いは下方に向かって傾斜できる。
なお、センサ基板22の支持構造は、センサ基板22の傾斜が許容されるものであれば、必ずしも図4で示す例に限られない。例えば、前側フレーム31に形成されているガイド部31nの位置は、センサ支持機構Mの上側と下側とに位置してもよい。さらに他の例では、ガイド部31n及び被ガイド部23nは伸縮部25の内側に形成されてもよい。さらに他の例では、ガイド部31nの数は2つに限られず、3つでもよいし、4つでもよい。
図2に示すように、装着部20は脳波センサ27A、27Bを有している。脳波センサ27A、27Bは例えば電極であり、頭部の表面の2点間に生じる電位差の変化を脳波として検出する。HMD1は、ゲーム装置などの動画生成装置に、脳波についての情報を送信する。動画生成装置は、HMD1から受信した脳波についての情報を、動画生成装置が生成する動画データに反映させる。すなわち、動画生成装置は、HMD1から受信した脳波についての情報に基づいて、HMD1に送信する動画データを生成(補正)する。
HMD1の例では、脳波センサ27A、27Bは血流センサ21の右側と左側とにそれぞれ配置されている。HMD1の使用時、脳波センサ27A、27Bは、ユーザの眉の上側に接する。脳波センサ27A、27Bをこの位置に配置することによって、HMD1の使用時に、脳波センサ27A、27Bをユーザの額に十分に押し当てることが許容される。その結果、脳波の検出精度を向上できる。なお、HMD1の使用時、血流センサ21とユーザの額との接触圧は、脳波センサ27A、27Bとユーザの額との接触圧よりも低い。
上述したように、支持部32が有している左右の半部32R、32Lのそれぞれは、内側に領域E1を有している。HMD1の例では、脳波センサ27A、27Bは、その領域E1に配置されており、半部32R、32Lによってそれぞれ囲まれている。このように、HMD1の例では、支持部32の内側の領域E1を有効に利用して、脳波センサ27A、27Bが配置されており、装着部20のサイズを低減できている。
脳波センサ27A、27Bの配置は、HMD1の例に限られず、適宜変更されてよい。例えば、脳波センサ27A、27Bは、センサ支持機構Mの上側に配置されてもよいし、センサ支持機構Mの下側に配置されてもよい。また、図2の例では、装着部20は2つの脳波センサ27A、27Bを有しているが、脳波センサ27A、27Bの数は2つより多くてもよい。
以上説明したように、HMD1は、ユーザの頭部に接する接触面21aを有している血流センサ21と、血流センサ21の周囲に配置され、ユーザの頭部に接する支持部32と、接触面21aに対して垂直な方向である接触方向での血流センサ21の動きを許容するように血流センサ21を支持しているセンサ支持機構Mと、を有している。この装置によれば、接触面21aを適度な接触圧でユーザの額に密着させることができ、血流量の検出精度を向上できる。
なお、本発明は以上説明したHMD1に限られず、適宜変更されてよい。例えば、本発明は、血流センサ21を有しているものの、表示装置11を有していないヘッドマウント装置に適用されてもよい。
M センサ支持機構、10 装置本体、11 表示装置、12 ハウジング、13 装着バンド、20 装着部、21 血流センサ、21a 接触面、22 センサ基板、22a 電線、23 センサフレーム、23a 中央部、23b 外周部、23n 被ガイド部、25 伸縮部、25c 上面部、25d 下面部、25e 右側面部、25f 左側面部、27A、27B 脳波センサ、31 前側フレーム、31a 開口、31n ガイド部、32 支持部、32L 左半部、32R 右半部、32a 後面、33 ストッパ部材。

Claims (9)

  1. ユーザの頭部に接する接触面を有している血流センサと、
    前記血流センサの周囲に配置され、ユーザの頭部に接する支持部と、
    前記接触面に対して垂直な方向である接触方向での前記血流センサの動きを許容するように前記血流センサを支持しているセンサ支持機構と、を有している
    ことを特徴とするヘッドマウント装置。
  2. 前記センサ支持機構は前記接触方向で伸縮可能な伸縮部を有し、前記伸縮部を介して前記血流センサを支持し、
    前記伸縮部は蛇腹を含んでいる
    ことを特徴とする請求項1に記載のヘッドマウント装置。
  3. 前記センサ支持機構は前記接触方向で伸縮可能な伸縮部を有し、前記伸縮部を介して前記血流センサを支持し、
    前記伸縮部は、ゴムで形成され且つ中空の部材である
    ことを特徴とする請求項1に記載のヘッドマウント装置。
  4. 前記センサ支持機構は前記接触方向で伸縮可能な伸縮部を有し、前記伸縮部を介して前記血流センサを支持し、
    前記伸縮部は、前記血流センサを前記頭部に向けて押す弾性を有し、
    前記支持部は、前記支持部の前記面を前記頭部に向けて押す弾性を有し、
    前記伸縮部の弾性率は前記支持部の弾性率よりも小さい
    ことを特徴とする請求項1に記載のヘッドマウント装置。
  5. 前記センサ支持機構は、前記接触面の傾斜を許容するように前記血流センサを支持している
    ことを特徴とする請求項1に記載のヘッドマウント装置。
  6. 前記血流センサは基板に取り付けられており、
    前記センサ支持機構は、前記基板の右縁と左縁とが前記接触方向において別個に動くことができるように、前記基板を支持している
    ことを特徴とする請求項1に記載のヘッドマウント装置。
  7. 前記血流センサは基板に取り付けられており、
    前記センサ支持機構は、前記基板の上縁と下縁とが前記接触方向において別個に動くことができるように、前記基板を支持している
    ことを特徴とする請求項1に記載のヘッドマウント装置。
  8. 前記支持部に囲まれている脳波センサをさらに備えている
    ことを特徴とする請求項1に記載のヘッドマウント装置。
  9. 前記血流センサの右側及び左側にそれぞれ配置される少なくとも2つの脳波センサをさらに備えている
    ことを特徴とする請求項1に記載のヘッドマウント装置。
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