JP5004751B2 - 頭部装着型機器 - Google Patents

Description

本発明は、頭部装着型機器の装着機構に関するものである。

頭部に装着して使用する頭部装着型機器としてヘッドマウントディスプレイ（以下ＨＭＤと称する）がよく知られている。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、観察者と共に移動が可能であることなどから広く用いられている。ＨＭＤの装着機構では、前頭部を押圧するための前頭部押圧部と後頭部を押圧するための後頭部押圧部が設けられ、後頭部押圧部を前後に移動させて頭部を押圧したり緩めたりすることによりＨＭＤを着脱可能としたものが一般的である。

また、頭部を押圧した際に生ずる不快感を低減させる目的で、頭部を押圧する押圧部を複数位置に設けたものが提案されている（特許文献１参照）。さらには、頭部全体を覆って装着するヘルメットタイプのものも提案されている（特許文献２参照）。
特開平１０−１２３４５２号公報 特許第０３０３８９８８号公報

頭部装着型機器を頭部にしっかり保持するためには、装着者の頭部に加わる押圧力の和を大きくする必要がある。しかし、押圧力の和を大きくできるような機構を設けたとしても、押圧位置によっては、押圧力の増加に伴って不快感が増大してしまう。例えば、前頭部と後頭部の２ヶ所で押圧するタイプにおいては、装着者の調節具合により高い押圧力で締付ける。

しかし押圧部が前頭部と後頭部に１箇所ずつの２箇所であるため、１箇所あたりの押圧力が高くなり装着時に不快感を感じることがあった。また、ヘルメットタイプにおいては、頭部全体を覆うことにより装着者に圧迫感を感じさせたり、押圧に対して敏感な装着者のこめかみ等を押圧したりするため、装着時に不快感を招いていた。さらに従来の技術における装着機構は、押圧位置に関しては規定されているが、押圧位置と押圧力との関係が明示されているものはない。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、頭部への押圧力を大きくしても不快感を感じることなく、機器本体を確実に頭部へ保持可能とすることを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の一態様による頭部装着型機器は、
機器本体を使用者の頭部に装着して使用する頭部装着型機器であって、
前記機器本体を装着者の頭部へ保持するために、装着者の前頭部を押圧する前頭部押圧部と、後頭部を押圧する後頭部押圧部と、両側頭部のそれぞれを押圧する側頭部押圧部と、側頭部と後頭部の間の後頭部側面部を押圧する後頭部側面押圧部とを有する押圧手段と、
前記後頭部押圧部と前記後頭部側面押圧部による頭部への押圧力を生じさせる押圧力発生機構とを備え、
前記頭部装着型機器の装着時において、前記押圧力発生機構による前記後頭部側面押圧部の押圧力は、前記押圧力発生機構による前記後頭部押圧部の押圧力よりも大きい。

上記の目的を達成するための本発明の他の態様による頭部装着型機器は、
機器本体を使用者の頭部に装着して使用する頭部装着型機器であって、
前記機器本体を頭部へ保持するために、装着者の前頭部を押圧する前頭部押圧部と、後頭部を押圧する後頭部押圧部と、側頭部と後頭部の間の後頭部側面部を押圧する後頭部側面押圧部とを有する押圧手段と、
前記後頭部押圧部と前記後頭部側面押圧部による頭部への押圧力を生じさせる押圧力発生機構とを備え、
前記頭部装着型機器の装着時において、前記押圧力発生機構による前記後頭部押圧部の押圧力は、前記押圧力発生機構による前記後頭部側面押圧部の押圧力よりも大きい。

本発明によれば、頭部への押圧力を大きくしても不快感を感じることなく、機器本体を確実に頭部へ保持させることが可能となる。

以下、添付の図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。尚、以下の実施形態では、機器本体を使用者の頭部に装着して使用する頭部装着型機器として、ＨＭＤを例に挙げて説明する。

［第１実施形態］
図１は第１実施形態に係わるＨＭＤを示す斜視図である。本実施形態のＨＭＤは映像を表示する表示部１と、表示部１を観察者の頭部へ保持するための装着部２からなる。表示部１は表示素子と表示素子の映像を拡大するための光学系（いずれも図示していない）で構成され、映像が観察者の瞳へ導かれる。装着部２は頭部の周囲を囲む形状を有し、剛性を有するフレーム部材としてのフレーム２１を有する。また装着部２は、前頭部を押圧する前頭部押圧部２２、側頭部を押圧する側頭部押圧部２３、後頭部を押圧する後頭部押圧部２４、両側頭部と後頭部の間の後頭部側面部を押圧する後頭部側面部押圧部２５を有し、各押圧部はフレーム２１に配置される。

前頭部押圧部２２は、前頭部押圧パッド２２ａとそれを取り付けるための前頭部押圧パッド取付基台２２ｂで構成されている。前頭部押圧パッド２２ａは観察者の左右のこめかみ部にかからない広さを有しており、表示部１と一体化されて固定されている。側頭部押圧部２３は低反発性のポリウレタン材で形成され、フレーム２１の内周の左右に固定されている。後頭部押圧部２４と後頭部側面部押圧部２５は、押圧方向へ直進可動となるようにフレーム２１に係合されている。

図２はフレーム２１と後頭部押圧部２４との接続構造を示す断面図である。図２により、本実施形態のＨＭＤによる押圧力発生機構を説明する。後頭部押圧部２４は、後頭部押圧パッド２４ａと後頭部押圧パッド取付基台２４ｂからなる。また、後頭部押圧パッド取付基台２４ｂにはフレーム２１と係合する係合部２４ｃが設けられ、その内側にはねじ部２４ｄを有している。さらに係合部２４ｃはフレーム２１に対して回転しないように、長方形の断面形状を有している。フレーム２１内にはモータ３１が取り付けられている。モータ３１の回転軸には、後頭部押圧パッド取付基台２４ｂのねじ部２４ｄとねじ勘合するモータねじ３２が一体化されている。フレーム２１と後頭部側面部押圧部２５との接続構造も同様である。

また、後頭部押圧部２４と後頭部側面部押圧部２５のパッド内部には圧力センサ２６が設けられている。フレーム２１の右側の下部には後頭部押圧部２４及び後頭部側面部押圧部２５と接続されたモータ３１を動作させるためのスイッチ２７が設けられている。スイッチ２７はＦ（締まる方向）、ＯＦＦ、Ｒ（緩める方向）の３つの状態をとることができ、操作しない場合はＯＦＦとなるように構成されている。以上のように、後頭部押圧部２４と後頭部側面押圧部２５には、各押圧パッドを押圧方向に移動させる駆動部としてのモータ３１と、押圧パッドに加わる押圧力を検出する検出部としての圧力センサ２６が設けられている。そして、圧力センサ２６によって検出される押圧力に基づいて駆動部としてのモータ３１による後頭部押圧部２４と後頭部側面押圧部２５による頭部への押圧力が制御される。

観察者は映像が見える位置に表示部１を合わせながら、フレーム２１にあるスイッチ２７をＦ側へ入れる。スイッチ２７の入力信号により、スイッチ２７と電気的に結合されたモータ３１が回転し、それと一体化されているモータねじ３２が回転する。後頭部押圧部２４及び後頭部側面部押圧部２５のそれぞれのねじ部は、モータねじ３２とねじ勘合しているため、それぞれの押圧パッドは観察者の頭部方向へ直進移動する。なお、後頭部押圧部２４と後頭部側面部押圧部２５が頭部へ加える押圧力は、圧力センサ２６によって後頭部押圧部２４の押圧力よりも後頭部側面部押圧部２５の押圧力が常に大きくなるように制御される。また、後頭部押圧部２４及び後頭部側面部押圧部２５にはそれぞれ最大の押圧力が設定されており、その押圧力に達した場合はモータ３１が止まるように制御される。

側頭部押圧部２３は低反発性のポリウレタン材により、観察者の側頭部を軽く押圧する。また低反発性であるため、頭部の大きさが異なっても、その形状による押圧力の差異は小さくすることが可能である。

ＨＭＤをはずす場合は、スイッチ２７をＲ側へ入れることにより、後頭部押圧部２４及び後頭部側面部押圧部２５のそれぞれのモータ３１が逆回転して各押圧部が後方へ下がり、押圧が解除される。

上記の機構により、観察者はスイッチ２７をＦ方向に入れるだけで、後頭部押圧部２４の押圧力よりも後頭部側面部押圧部２５の押圧力が大きくなるような押圧力で、確実にＨＭＤを保持することができる。

以上のように、上記実施形態の押圧力発生機構によれば、装着者頭部への押圧位置が、「前頭部、後頭部、側頭部、後頭部側面部」である頭部装着機構において、後頭部への押圧力よりも後頭部側面部の押圧力が大となるように構成されている。このような押圧位置の組み合わせと押圧力の大小関係により、頭部への押圧に不快感を示すまでの押圧力の和が大きくなるという検証結果が、被検者を用いた検証により得られている。したがって、上記実施形態の頭部装着機構および押圧力発生機構によれば、装着者頭部への押圧力の和を大きくすることが出来る。

なお、側頭部押圧部を有していない場合には、上記とは逆に、後頭部押圧部２４の押圧力が後頭部側面部押圧部２５の押圧力よりも常に大きくなるように制御する。

すなわち、頭部装着機構の装着者頭部への押圧位置が、「前頭部、後頭部、後頭部側面部」の場合には、後頭部への押圧力が後頭部側面部の押圧力よりも大となるように押圧力発生機構を構成する。このような押圧位置の組み合わせと押圧力の大小関係により、頭部への押圧に不快感を示すまでの押圧力の和が大きくなるという検証結果が、被検者を用いた検証により得られている。したがって、上記頭部装着機構および押圧力発生機構によれば、装着者頭部への押圧力の和を大きくすることが出来る。

［第２実施形態］
図３は第２実施形態に係わるＨＭＤを示す斜視図である。第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。

装着部２のフレーム２１はフロントフレーム２１Ｆとリアフレーム２１Ｒで構成されている。リアフレーム２１Ｒはフロントフレーム２１Ｆに対して前後に可動となるように係合されている。リアフレーム２１Ｒの左右の位置には、リアフレーム２１Ｒの前後位置を調節するための調節部２８がそれぞれ設けられている。調節部２８は例えばラチェット機構を有し、前方向へは移動可能であるが後方向への移動はロックされる。このように、第２実施形態の押圧力発生機構は、各押圧部が配置され、頭部の周囲を囲むフレーム部材の周囲長を変更することにより後頭部押圧部２４と後頭部側面押圧部２５の押圧パッドに頭部を押圧させる。また、さらに調節部２８はロック解除機構も有している。観察者はロック解除機構を動作させることでロックを解除させ、リアフレーム２１Ｒを後方向へ移動させることが可能となる。

図４の（ａ）は頭部の小さい観察者が第２実施形態のＨＭＤを装着した場合における、ＨＭＤの断面図である。後頭部押圧部２４と後頭部側面部押圧部２５の内部には、後頭部押圧部２４及び後頭部側面部押圧部２５の各押圧パッドが観察者の頭部へ常に押圧力を加えるように、後頭部付勢ばね２４ｅ、後頭部側面部付勢ばね２５ｅを有する。後頭部付勢ばね２４ｅ及び後頭部側面部付勢ばね２５ｅは共に、後頭部押圧部２４と後頭部側面部押圧部２５の可動範囲において、変形による力の差が小さくなるようにばね定数が低いものが用いられる。図４の（ｂ）は頭部の大きい観察者が装着した場合のＨＭＤの断面図である。

観察者は映像が見える位置に表示部１を合わせながら、リアフレーム２１Ｒの左右にある調節部２８を前方向へ移動させ、後頭部押圧部２４及び後頭部側面部押圧部２５により頭部を押圧して保持力を得る。後頭部付勢ばね２４ｅ及び後頭部側面部付勢ばね２５ｅのばね定数は低いため、観察者の頭部の大きさによる押圧力の差異を小さくすることができる。また、後頭部押圧部２４と後頭部側面部２５のそれぞれの可動範囲において、後頭部付勢ばね２４ｅのばね力よりも後頭部側面部付勢ばね２５ｅのばね力を強くする。このようにばね力を設定することで、いずれの観察者でも、常に後頭部への押圧力よりも後頭部側面部の押圧力を強くすることができる。

以上のように、第２実施形態によれば、後頭部押圧部２４と後頭部側面押圧部２５による頭部への押圧力を弾性部材により調整する。すなわち、後頭部押圧部２４と後頭部側面押圧部２５の各押圧パッドとフレーム２１との間に、各押圧パッドを押圧方向へ付勢する独立したばね部材としての後頭部付勢ばね２４ｅ、後頭部側面部付勢ばね２５ｅを有するが設けられている。そして、後頭部押圧部２４と後頭部側面部２５のそれぞれの可動範囲において、後頭部付勢ばね２４ｅのばね力よりも後頭部側面部付勢ばね２５ｅのばね力を強くする。これにより、頭部装着型機器の装着時において、後頭部押圧部の押圧力よりも後頭部側面押圧部の押圧力を大きくする押圧力発生機構が形成される。したがって、第２実施形態の頭部装着機構においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

なお、第１実施形態と同様に、頭部装着機構の装着者頭部への押圧位置が、「前頭部、後頭部、後頭部側面部」の場合には、後頭部への押圧力が後頭部側面部の押圧力よりも大となるように押圧力発生機構を構成する。すなわち、後頭部付勢ばね２４ｅのばね力を後頭部側面部付勢ばね２５ｅのばね力よりも強くすることで、側頭部押圧部２３を有していない場合にも適用できる。

［第３実施形態］
図５は第３実施形態に係わるＨＭＤを示す平面図である。第１、第２実施形態と同様の構成については説明を省略する。第３実施形態においては、側頭部を押圧する側頭部押圧部を有していない構成となっている。第３実施形態においても、各押圧部が配置され、頭部の周囲を囲むフレーム２１の周囲長を変更することにより後頭部押圧部２４と後頭部側面押圧部２５の押圧パッドにより頭部を押圧させる構造が用いられている。

後頭部押圧部２４とリアフレーム２１Ｒの間には、後頭部押圧部２４の押圧パッドとフレーム２１との間に当該押圧パッドを押圧方向へ付勢する第１のばね部材としての後頭部付勢ばね２４ｅが設けられている。後頭部押圧パッド取付基台２４ｂは、後頭部側面部押圧パッド取付基台２５ｂと板ばね３４とを介して、前後に可動となるよう結合されている。板ばね３４は、後頭部押圧部２４の押圧パッドのフレーム２１方向への移動に応じて後頭部側面押圧部２５の押圧パッドが押圧方向へ付勢されるように押圧パッドをリンクする第２のばね部材として機能する。また、２つの板ばね３４（３４Ｌ，３４Ｒ）はそれぞれ回転軸３３（３３Ｌ，３３Ｒ）を中心に回動する。さらに、後頭部付勢ばね２４ｅ及び板ばね３４はばね定数の低いものが用いられている。したがって、ばねの変形量の違いによる力の変化は少ない。

図６は第３実施形態におけるＨＭＤを装着した際の平面図である。第２実施形態と同様に、観察者は映像が見える位置に表示部１を合わせながら、リアフレーム２１Ｒの左右にある調節部２８を前方向へ移動させる。リアフレーム２１Ｒが前方向へ移動すると、後頭部押圧部２４が後頭部を押圧する。また、後頭部押圧部２４が反力によりフレーム２１Ｒ側へ押されると、左右の板ばね３４が３３を中心にそれぞれＡ、Ｂ方向へ回転する。それにより後頭部側面部押圧部２５が観察者の後頭部側面部を押圧する。後頭部付勢ばね２４ｅ及び板ばね３４のばね定数が低いので、観察者の頭部の大きさの違いによる押圧力の差は小さい。また、後頭部押圧部２４と後頭部側面部押圧部２５のそれぞれの可動範囲において、第１のばね部材としての後頭部付勢ばね２４ｅのばね力が、第２のばね部材としての板ばね３３のばね力よりも大きくなるようになっている。そのため、いずれの観察者でも常に後頭部を後頭部側面部よりも強く押圧することが可能となる。したがって、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、側頭部押圧部を有する場合には、上記とは逆に、第１のばね部材としての後頭部付勢ばね２４ｅのばね力よりも第２のばね部材としての後頭部側面部付勢ばね２５ｅのばね力を強くすればよい。

［第４実施形態］
図７は、第４実施形態に係わるＨＭＤを示す斜視図である。第１〜第３実施形態と同様の構成については説明を省略する。第４実施形態においては、後頭部押圧部と後頭部側面部押圧部を一体化した後頭部押圧部２９を有することに特徴がある。

後頭部押圧部２９は後頭部を押圧する後頭部押圧パッド２９１、左右の後頭部側面部を押圧する後頭部側面部押圧パッド２９２Ｒ及び２９２Ｌ、それらのパッドを取り付けるための後頭部押圧パッド取付基台２９ｂを具備する。後頭部押圧パッド取付基台２９ｂは、非装着時において、頭部形状よりも小さい曲率の湾曲形状を有する板状の弾性部材からなる。また、後頭部押圧パッド取付基台２９ｂはばね定数が低くなるような形状を有している。また、後頭部押圧部２９は、接続部材２９ｃを介してリアフレーム２１Ｒと接続されており、後頭部押圧パッド取付基台２９ｂとリアフレーム２１Ｒの間には後頭部付勢ばね２９ｅ（図９を参照）が設けられている。すなわち、後頭部付勢ばね２９ｅは、フレーム２１と板状の弾性部材との間に設けられ、当該板状の弾性部材を頭部方向へ付勢する弾性部材として機能する。後頭部付勢ばね２９ｅは後頭部押圧部２９の可動範囲において、変形による力の差が小さくなるように、ばね定数が低い形状を有している。

図８は第４実施形態におけるＨＭＤの平面図、図９は第４実施形態におけるＨＭＤを装着した際のＨＭＤの平面図である。第２実施形態と同様に、観察者は映像が見える位置に表示部１を合わせながら、リアフレーム２１Ｒの左右にある調節部２８を前方向へ移動させる。リアフレーム２１Ｒを前方向に移動することで、後頭部押圧部２９が前方向へ移動する。後頭部押圧パッド取付基台２９ｂの曲率は小さいため、観察者の頭部が後頭部押圧パッド２９２Ｒ及び２９２Ｌを介して後頭部押圧パッド取付基台２９ｂを図中矢印方向へ押し広げる。そのため、観察者の後頭部側面部は後頭部押圧パッド取付基台２９ｂの反力により押圧される。また、後頭部は後頭部押圧パッド２９１により押圧される。こうして、第４実施形態の押圧力発生機構は、後頭部付勢ばね２９ｅにより板状の弾性部材である後頭部押圧パッド取り付け基台２９ｂに押圧力を付与し、後頭部押圧部２４の押圧力を発生する。そして、後頭部押圧パッド取り付け基台２９ｂの湾曲形状への復元力により後頭部側面押圧部２５の押圧力を発生する。ここで、後頭部付勢ばね２９ｅ及び後頭部押圧パッド取付基台２９ｂのばね定数は低いため、観察者の頭部の大きさの違いによる押圧力の差は小さい。また、後頭部押圧部２９と後頭部側面部押圧パッド取付基台２９ｂのそれぞれの可動範囲において、後頭部付勢ばね２９ｅのばね力が後頭部側面部押圧パッド取付基台２９ｂのばね力よりも大きくなるようになっている。そのため、いずれの観察者でも常に後頭部を後頭部側面部よりも強く押圧することが可能となる。したがって、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、頭部装着機構が側頭部押圧部を有する場合には、上記実施形態とは逆に、後頭部付勢ばね２９ｅのばね力よりも後頭部側面部押圧パッド取付基台２９ｂのばね力を強くすればよい。

以上説明したように、上記各実施形態によれば、押圧部の構成に応じて押圧位置と押圧力との関係が、それら押圧力の和の増加による装着者が不快感を感じにくいように調整される。そのため、上記各実施形態の頭部装着機構および押圧力発生機構によれば、装着者頭部への押圧力の和を大きくすることが出来、装着者が不快感を感じることなく、より確実にＨＭＤを頭部に保持させることが可能となる。

実施形態１におけるＨＭＤの斜視図である。 後頭部押圧手段の部分断面図である。 実施形態２におけるＨＭＤの斜視図である。 実施形態２におけるＨＭＤの断面図である。 実施形態３におけるＨＭＤの平面図である。 実施形態３におけるＨＭＤを装着した際の平面図である。 実施形態４におけるＨＭＤの斜視図である。 実施形態４におけるＨＭＤの平面図である。 実施形態４におけるＨＭＤを装着した際の平面図である。

Claims (7)

1. 機器本体を使用者の頭部に装着して使用する頭部装着型機器であって、
   前記機器本体を装着者の頭部へ保持するために、装着者の前頭部を押圧する前頭部押圧部と、後頭部を押圧する後頭部押圧部と、両側頭部のそれぞれを押圧する側頭部押圧部と、側頭部と後頭部の間の後頭部側面部を押圧する後頭部側面押圧部とを有する押圧手段と、
   前記後頭部押圧部と前記後頭部側面押圧部による頭部への押圧力を生じさせる押圧力発生機構とを備え、
   前記頭部装着型機器の装着時において、前記押圧力発生機構による前記後頭部側面押圧部の押圧力は、前記押圧力発生機構による前記後頭部押圧部の押圧力よりも大きいことを特徴とする頭部装着型機器。
2. 機器本体を使用者の頭部に装着して使用する頭部装着型機器であって、
   前記機器本体を頭部へ保持するために、装着者の前頭部を押圧する前頭部押圧部と、後頭部を押圧する後頭部押圧部と、側頭部と後頭部の間の後頭部側面部を押圧する後頭部側面押圧部とを有する押圧手段と、
   前記後頭部押圧部と前記後頭部側面押圧部による頭部への押圧力を生じさせる押圧力発生機構とを備え、
   前記頭部装着型機器の装着時において、前記押圧力発生機構による前記後頭部押圧部の押圧力は、前記押圧力発生機構による前記後頭部側面押圧部の押圧力よりも大きいことを特徴とする頭部装着型機器。
3. 前記押圧力発生機構は、
   前記後頭部押圧部と前記後頭部側面押圧部の押圧パッドを押圧方向に移動させる駆動部と、
   前記押圧パッドに加わる押圧力を検出する検出部とを有し、
   前記検出部によって検出される押圧力に基づいて前記駆動部による前記後頭部押圧部と前記後頭部側面押圧部による頭部への押圧力を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の頭部装着型機器。
4. 前記押圧手段の各押圧部が配置され、頭部の周囲を囲むフレーム部材を有し、
   前記押圧力発生機構は、
   前記フレーム部材の周囲長を変更することにより前記後頭部押圧部と前記後頭部側面押圧部の押圧パッドに頭部を押圧させ、
   前記後頭部押圧部と前記後頭部側面押圧部による頭部への押圧力を調整する弾性部材を有することを特徴とする請求項１または２に記載の頭部装着型機器。
5. 前記後頭部押圧部と前記後頭部側面押圧部の各押圧パッドと前記フレーム部材との間に、各押圧パッドを押圧方向へ付勢する独立したばね部材が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の頭部装着型機器。
6. 前記後頭部押圧部の押圧パッドと前記フレーム部材との間に当該押圧パッドを押圧方向へ付勢する第１のばね部材が設けられ、
   前記後頭部押圧部の押圧パッドのフレーム部材の方向への移動に応じて前記後頭部側面押圧部の押圧パッドが押圧方向へ付勢されるように、前記後頭部側面押圧部の押圧パッドを前記後頭部側面押圧部の押圧パッドとリンクする第２のばね部材を有することを特徴とする請求項４に記載の頭部装着型機器。
7. 押圧方向への湾曲形状を有し、前記後頭部押圧部と前記後頭部側面押圧部が配置された板状の弾性部材と、
   前記フレーム部材と前記板状の弾性部材との間に、前記板状の弾性部材を頭部方向へ付勢するばね部材とを備え、
   前記ばね部材により前記後頭部押圧部の押圧力を発生し、前記板状の弾性部材の前記湾曲形状への復元力により前記後頭部側面押圧部の押圧力を発生することを特徴とする請求項４に記載の頭部装着型機器。

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