JP6493229B2 - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents
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図1、図2に示すように、装着具8は、樹脂や金属(例えば、ステンレス)などの、可撓性を有する材質で構成される。装着具8は、第1部分81及び第2部分82、83を有する。なお、以下では、理解を容易とするために、装着具8を第1部分81及び第2部分82、83に区分して説明するが、装着具8は、第1部分81及び第2部分82、83のそれぞれの部材に分かれておらず、全体として一体の部材である。
図3に示すように、接続具9は略棒状である。接続具9は、樹脂や金属などで構成される。接続具9は、正面から見た状態で上下方向に延びる。より詳細には、図2に示すように、接続具9は上下方向に対して下端部が前方に傾斜する向きに延びる。接続具9は、内部に空間を有する。図3に示すように、接続具9は、第1部材9A及び第2部材9Bを有する。接続具9の内部の空間は、第1部材9Aの右側の開口を第2部材9Bが覆うことによって形成される。第1部材9Aは、左右方向に貫通する2つの円形の孔90Aを有する。図4に示すように、第2部材9Bは、左側に向けて突出する2つの円筒状の突出部90Bを有する。第2部材9Bは、各突出部90Bが各孔90Aに嵌合することによって、第1部材9Aに固定される。
図1、図2に示すように、画像表示装置11は筐体12を備えている。筐体12は、角が湾曲した略直方体状の形状を有する。筐体12は中空箱状である。図1に示すように、筐体12の左側は開放する。図5に示すように、筐体12は、第1筐体13及び第2筐体16を組み合わせることによって形成される。第1筐体13は、前壁部13A、上壁部13B、及び、下壁部13Cを有する。前壁部13Aは前側に湾曲する。前壁部13Aの左端は、上下方向両端部から上下方向中心に向けて右側に凹み、略円弧を形成する。前壁部13Aの左端の円弧で囲まれた部分の後側、且つ、上下方向において上壁部13Bと下壁部13Cとの間に挟まれた部分に、ハーフミラー14(図1参照)が配置される。前壁部13Aには、前後方向に貫通する孔131が形成され、その周囲に溝132が形成される。後述する操作部材15は、前側から溝132に嵌る。後述する調節機構19は、孔131に後側から進入し、操作部材15の後面に接続する。前壁部13Aは、操作部材15を回転可能に支持する。
図3、図4に示すように、接続部材7は、連結部71及び円筒部72を有する。連結部71は、装着具8(図1、図2参照)に対して接続部材7を着脱可能に連結する。連結部71は、外側部71A及び内側部71Bを有する。外側部71Aは、装着具8の上側、下側、及び、外側に接触する。内側部71Bは、装着具8の内側に接触する。内側部71Bは、右側に向けて突出する円筒状の突出部711を有する。外側部71Aは、装着具8の外側に接触する部分に、左右方向に貫通する非図示の孔を有する。図4に示すように、外側部71Aの非図示の孔に、右側から左側に向けてねじ712が挿通する。ねじ712は、内側部71Bの突出部711に螺合する。外側部71A及び内側部71Bは、装着具8を挟んだ状態でねじ712によって固定される。
図4、図7、図8に示すように、第1ボールジョイント2は、ボールスタッド21、ソケット22、受け部23、及び、押え部24を備える。ボールスタッド21は、球体部21A、棒部21B、及び、基部21Cを有する。球体部21Aは、球状の部位である。棒部21Bは、球体部21Aから右側に向けて延びる円柱状の部位である。棒部21Bの断面の径は、球体部21Aの直径よりも小さい。図8に示すように、棒部21Bは、球体部21Aの中心211から放射状に延びる仮想線212に沿って延び、右斜め後方に曲折し、仮想線213に沿って更に延びる。基部21Cは、棒部21Bのうち球体部21A側と反対側に接続する。図4に示すように、接続具9の第1部材9Aの上端部に凹部911が設けられる。図8に示すように、ボールスタッド21の基部21Cは、左側から凹部911に嵌る。凹部911の底部には、左右方向に貫通する非図示の孔が形成される。この孔に、右側から左側に向けてねじ912が挿通する。ねじ912は、ボールスタッド21の基部21Cに設けられたねじ孔に螺合する。これによって、ボールスタッド21はねじ912によって接続具9に固定される。
図2に示すように、接続部材6は、前後方向に延びる略角柱状の部材である。接続部材6の前面は、画像表示装置11の後面に接続する。接続部材6は、後端の右側面から右側に突出する円筒部62(図10参照)を有する。円筒部62の内側に空間が形成されている。円筒部62の左端は、底部621(図10参照)によって閉塞する。円筒部62の外側面にねじ山が形成されている。円筒部62には、後述する第2ボールジョイント3のソケット32が接続する。
図9、図10に示すように、第2ボールジョイント3の構成は、一部の構成を除き、第1ボールジョイント2と略同一である。以下では、上記における第1ボールジョイント2の説明との重複を避けるため、第2ボールジョイント3の説明を省略又は簡略化している。第2ボールジョイント3は、ボールスタッド31、ソケット32、受け部33、及び、押え部34を備える。ボールスタッド31、ソケット32、受け部33、及び、押え部34は、それぞれ、第1ボールジョイント2のボールスタッド21、ソケット22、受け部23、及び、押え部24に対応する。
HMD1の使用例の一例を説明する。はじめに、ユーザは、HMD1の装着具8を頭部に固定する。ユーザは、画像表示装置11及び接続具9を持ち、ハーフミラー14が左眼の前方に配置されるように位置を調節する。このとき、第1ボールジョイント2は、装着具8に対して接続具9を3つの自由度で移動させることが可能である。又、第2ボールジョイント3は、接続具9に対して画像表示装置11を3つの自由度で移動させることが可能である。つまり、第1ボールジョイント2及び第2ボールジョイント3は、装着具8に対して画像表示装置11を6つの自由度で移動させることが可能ということになる。3次元空間内では、6自由度があれば剛体の全ての動きを表現できる。このため、ユーザは、左眼の前方の所望する位置に所望する向きで画像表示装置11を適切に配置させることができる。
図11を参照し、画像表示装置11の位置の調整が完了した後、ピントを調整するために操作部材15を回転させる操作がユーザによって行われた場合を例示する。ユーザが操作部材15を操作することに応じて、操作部材15は回転軸15Aを中心として回転する。このとき、操作部材15を回転させるために操作部材15に加えられる力やモーメントは、画像表示装置11にも同時に作用する。図11では、XY平面に平行に配置された操作部材15が、Z軸を回転軸15Aとして回転するような座標系を図示している。このとき、ユーザが操作部材15に加えるモーメントを「操作モーメント」とし、その大きさを「M0」と表記する。操作モーメントM0を加えるということは、XY平面内において回転軸15Aから第1平均半径r1の距離の位置で大きさF1の力を加えることに等しい。このF1の大きさの力を、「操作力」と呼ぶこととする。F1は、次の式(1)によって示される。
F1=M0/r1・・・(1)
M1=M0×cosθ1・・・(2)
M1/r2=(M0×cosθ1)/r2・・・(3)
M1<M2・・・(4)
つまり、HMD1では、第1モーメントM1よりも第2モーメントM2の方が大きくなるので、操作部材15が操作力F1によって操作された場合でも、第2ボールジョイント3のボールスタッド31の球体部31Aと受け部33とは相対移動せず、第2ボールジョイント3は画像表示装置11の位置を変化させないことになる。
画像表示装置11は、第1ボールジョイント2によって、接続具9及び第2ボールジョイント3を介して装着具8に保持されている。操作部材15に加えられた操作モーメントの一部は、第1ボールジョイント2を回転させる方向に作用する。具体的には次の通りである。図12に示すように、操作部材15の回転軸15AとXY平面との交点(図12の座標系の原点)と、第1ボールジョイント2の球体部21Aの中心211とを結んだ直線をZ´´軸とし、Z´´軸とZ軸とがなす角をφ1とする。このとき、操作部材15を操作することに応じて第1ボールジョイント2に加わるモーメントを、「第3モーメント」といい、その大きさを「M3」と表記する。この場合、M3は次の式(5)によって示される。
M3=M0×conφ1・・・(5)
M3/r3=(M0×cosφ1)/r3・・・(6)
M3<M4・・・(7)
つまり、HMD1では、第3モーメントM3よりも第4モーメントM4の方が大きくなるので、操作部材15が操作力F1によって操作された場合でも、第1ボールジョイント2のボールスタッド21の球体部21Aと受け部23とは相対移動せず、第1ボールジョイント2は画像表示装置11の位置を変化させないことになる。
以上説明したように、HMD1は、接続具9に対する画像表示装置11の位置を、第2ボールジョイント3によって移動可能とすることによって、ユーザによる画像表示装置11の位置調整を可能としている。又、HMD1では、画像表示装置11に設けられた操作部材15が操作されたときに第2ボールジョイント3に作用する第1モーメントの大きさM1よりも、第2ボールジョイント3によって接続具9に対して画像表示装置11を移動させるために必要な第2モーメントの大きさM2の方が大きくなる。この場合、操作部材15に対する操作に応じた力が画像表示装置11に作用しても、接続具9に対する画像表示装置11の移動は、第2ボールジョイント3によって抑制される。接続具9に対する画像表示装置11の位置は、操作部材15に対する操作の前後でずれ難い。従って、ユーザは、画像表示装置11を所望する位置に配置させた後で操作部材15を操作した場合でも、操作後に画像表示装置11の位置を再調整する必要がない。このため、ユーザは、画像表示装置11を所望する位置に配置させた状態で継続してHMD1を使用できる。
本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。以下、本発明の変形例について、図13を参照して説明する。変形例において、HMD1は、第1ボールジョイント2の代わりに、並進移動可能な第1並進機構4を有する。HMD1は、第2ボールジョイント3の代わりに、並進移動可能な第2並進機構5を有する。HMD1は、操作部材15の代わりに操作部材161を有する。
ユーザが操作部材161を操作することに応じて、操作部材161は左右方向に移動する。このとき、操作部材161を移動させるために操作部材161に加えられる力は、画像表示装置11にも同時に作用する。図14では、XY平面に平行に配置された操作部材161が、X軸方向に沿って移動するような座標系を図示している。このとき、ユーザが操作部材161に加える力を「操作力」という。操作力の大きさF1は、第1摩擦力の大きさに対応する。
P1=F1×cosθ2・・・(8)
P1=(F1×cosθ2)<P2・・・(9)
画像表示装置11は、第1並進機構4によって、接続具9及び第2並進機構5を介して装着具8に保持されている。操作部材161に加えられた操作力の一部は、第1並進機構4を並進させる方向に作用する。具体的には次の通りである。図15に示すように、第1並進機構4の並進方向をX´´軸とし、X軸とX´´軸とがなす角をφ2とする。このとき、操作部材161を操作したことに応じて第1並進機構4に加わる力を、「第3力」とし、その大きさを「P3」と表記する。この場合、P3は次の式(10)によって示される。
P3=F1×conφ2・・・(10)
P3=(F1×cosφ2)<P4・・・(11)
画像ユニット18は本発明の「表示部」の一例である。画像表示装置11の筐体12は本発明の「保持部」の一例である。操作部材15は本発明の「操作部」の一例である。接続具9は本発明の「第1支持部」の一例である。第2ボールジョイント3は本発明の「第1調整部」の一例である。Oリング133は本発明の「弾性部材」の一例である。装着具8は本発明の「第2支持部」の一例である。第1ボールジョイント2は本発明の「第2調整部」の一例である。操作部材15の後面及びOリング133の前面は、本発明の「複数の第1面」の一例である。第2ボールジョイント3の球体部31Aの表面、及び、受け部33の凹部33Bの内面は、本発明の「複数の第2面」の一例である。
2 :第1ボールジョイント
3 :第2ボールジョイント
8 :装着具
9 :接続具
11 :画像表示装置
12 :筐体
14 :ハーフミラー
15 :操作部材
15A :回転軸
18 :画像ユニット
21 :ボールスタッド
21A :球体部
23 :受け部
31 :ボールスタッド
31A :球体部
33 :受け部
132 :溝
133 :Oリング
Claims (11)
- 画像を表示する表示部を有する保持部と、
前記保持部の表面に設けられた操作部と、
前記保持部を支持する第1支持部と、
前記第1支持部と前記保持部との間に接続され、前記第1支持部に対する前記保持部の位置を移動させて保持可能な第1調整部と
を備え、
前記操作部が操作されたときに前記保持部に作用する力の方向と、前記第1調整部により前記保持部が移動可能な方向とは、互いに平行な成分を有し、
前記操作部が操作されたときに前記第1調整部に作用する第1モーメントの大きさよりも、前記第1調整部によって前記第1支持部に対する前記保持部の位置を移動させるために必要な第2モーメントの大きさの方が、前記第1調整部により前記保持部が移動可能なすべての方向について大きいことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 - 前記第1調整部は、
前記保持部の位置を前記第1支持部に対して3つ以上の自由度で移動させることが可能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ディスプレイ。 - 前記第1調整部は、前記第1支持部に対する前記保持部の位置が移動されることに応じて互いに摺動する球体部及び受け部を有し、
前記操作部は、前記保持部に対して所定の回転軸を中心として回転自在に設けられ、
前記保持部の表面と前記操作部との間に介在する環状の部材であって、前記回転軸が環状の内部を通過する弾性部材を更に備え、
前記操作部と前記弾性部材との第1接触面積よりも、前記第1調整部の前記球体部と前記受け部との第2接触面積の方が大きいことを特徴とする請求項2に記載のヘッドマウントディスプレイ。 - 前記第1支持部は、一端側で前記保持部を支持し、
前記第1支持部の他端側に連結される第2支持部と、
前記第1支持部と前記第2支持部との間に接続され、前記第2支持部に対する前記第1支持部の位置を移動させて保持可能な第2調整部と
を更に備え、
前記操作部が操作されたときに前記保持部に作用する力の方向と、前記第2調整部により前記第1支持部が移動可能な方向とは、互いに平行な成分を有し、
前記操作部が操作されたときに前記第2調整部に作用する第3モーメントの大きさよりも、前記第2調整部によって前記第2支持部に対する前記第1支持部の位置を移動させるために必要な第4モーメントの大きさの方が、前記第2調整部により前記第1支持部が移動可能な全ての方向について大きいことを特徴とする請求項1から3の何れかに記載のヘッドマウントディスプレイ。 - 画像を表示する保持部と、
前記保持部の表面に設けられた操作部と、
前記保持部を支持する第1支持部と、
前記第1支持部と前記保持部との間に接続され、前記第1支持部に対する前記保持部の位置を移動させて保持可能な第1調整部と
を備え、
前記操作部が操作されたときに前記保持部に作用する力の方向と、前記第1調整部により前記保持部が移動可能な方向とは、互いに平行な成分を有し、
前記操作部が操作されたときに前記第1調整部に作用する第1力の大きさよりも、前記第1調整部によって前記第1支持部に対する前記保持部の位置を移動させるために必要な第2力の大きさの方が、前記第1調整部により前記保持部が移動可能なすべての方向について大きいことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 - 前記操作部が操作されたことに応じて互いに摺動する複数の第1面の間の静止摩擦力である第1摩擦力よりも、前記第1調整部によって前記第1支持部に対する前記保持部の位置が移動されることに応じて互いに摺動する複数の第2面間の静止摩擦力である第2摩擦力の方が大きいことを特徴とする請求項1から5の何れかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
- 前記複数の第1面の第1静止摩擦係数よりも、前記複数の第2面の第2静止摩擦係数の方が大きいことを特徴とする請求項6に記載のヘッドマウントディスプレイ。
- 前記複数の第1面のうち少なくとも何れかの面の材料は、フッ素樹脂であることを特徴とする請求項6又は7に記載のヘッドマウントディスプレイ。
- 前記第1支持部は、一端側で前記保持部を支持し、
前記第1支持部の他端側に連結される第2支持部と、
前記第1支持部と前記第2支持部との間に接続され、前記第2支持部に対する前記第1支持部の位置を移動させて保持可能な第2調整部と
を更に備え、
前記操作部が操作されたときに前記保持部に作用する力の方向と、前記第2調整部により前記第1支持部が移動可能な方向とは、互い平行な成分を有し、
前記操作部が操作されたときに前記第2調整部に作用する第3力の大きさよりも、前記第2調整部によって前記第2支持部に対する前記第1支持部の位置を移動させるために必要な第4力の大きさの方が、前記第2調整部により前記第1支持部が移動可能な全ての方向について大きいことを特徴とする請求項5に記載のヘッドマウントディスプレイ。 - 前記操作部は、前記保持部に対して所定の回転軸を中心として回転自在に設けられ、
前記保持部の表面と前記操作部との間に介在する環状の弾性部材を更に備え、
前記回転軸は、前記弾性部材の開口部を通過することを特徴とする請求項1又は5に記載のヘッドマウントディスプレイ。 - 前記第1調整部及び前記第2調整部は、前記保持部の位置を前記第2支持部に対して6つの自由度で移動させることを特徴とする請求項4又は9に記載のヘッドマウントディスプレイ。
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