JP2017012264A - リハビリ補助用具およびリハビリ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】マーカーの取り付けに困ることを解消できると共に、マーカーによってリハビリ運動がスムーズに行われなくなることを防止する。【解決手段】画像を表示し得る頭部装着型表示装置(HMD)10とともに用いられ、障害のある身体部分の機能を回復するためのリハビリ用シート110である。リハビリ用シート110では、前記画像を表示する位置を指定するための標識となる、前記身体部分に対応づけられたマーカーMK1〜MK7が、前記身体部分とは異なる位置に設けられている。【選択図】図1
Description
本発明は、リハビリ補助用具と、リハビリ装置とに関する。
従来、リハビリ装置として、患者に麻痺した身体部分が動いているように見せる装置が知られている。例えば、特許文献1に記載されたリハビリ装置では、麻痺した手にマーカーを貼り付け、頭部装着型表示装置を用いることによって、マーカーによって認識された手の表示位置に、動作の手本となる動画を表示する。
特許文献1に記載されたリハビリ装置では、麻痺した手にマーカーを貼り付ける必要があるが、麻痺した手は不自由な部分であり、マーカーの取り付けが容易でないという問題が発生した。また、マーカーが手の動きの妨げになって、リハビリ運動をスムーズに行うことができない虞があった。この他、装置の小型化や、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上等が望まれていた。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
(1)本発明の一形態は、画像を表示し得る身体装着型表示装置とともに用いられ、障害のある身体部分の機能を回復するためのリハビリ補助用具である。このリハビリ補助用具では、前記画像を表示する位置を指定するための標識となる、前記身体部分に対応づけられたマーカーが、前記身体部分とは異なる位置に設けられている。この形態のリハビリ補助用具によれば、障害のある身体部分にマーカーを取り付ける必要がないことから、マーカーの取り付けに困ることを解消できると共に、マーカーによってリハビリ運動がスムーズに行われなくなることを防止できる。
(2)前記形態のリハビリ補助用具において、前記身体部分が配置され得る平面部を備え、前記マーカーが、前記平面部に設けられていてもよい。この形態のリハビリ補助用具によれば、頭部装着型表示装置において、平面部に配置された身体部分に重畳させて、拡張現実感画像を表示することが可能となる。したがって、この形態のリハビリ補助用具を用いることで、リハビリ効果を高めることができる。
(3)前記形態のリハビリ補助用具において、前記身体部分の複数箇所のそれぞれと対応する複数の前記マーカーを有していてもよい。この形態のリハビリ補助用具によれば、頭部装着型表示装置において、拡張現実感画像をより正確に身体部分に重ね合わせて表示することができる。
(4)前記形態のリハビリ補助用具において、前記身体部分は、手であり、前記各マーカーは、前記手の各指に対応づけられていてもよい。この形態のリハビリ補助用具によれば、手のリハビリに活用することができる。
(5)前記形態のリハビリ補助用具において、前記身体部分の配置位置を示すためのイラスト画像が印刷されていてもよい。この形態のリハビリ補助用具によれば、使用者は、障害のある身体部分をいずれの位置に配置するかを容易に知ることができることから、使い勝手がよい。
(6)前記形態のリハビリ補助用具において、前記マーカーは、配設位置を変更し得る構成であってもよい。この形態のリハビリ補助用具によれば、使用者の障害のある身体部分の形に合わせてマーカーの配設位置を変更できることから、拡張現実感画像をより現実感を高めたものにできる。
(7)前記形態のリハビリ補助用具において、前記画像は、前記身体部分の正常な動作を示す動画であってもよい。この形態のリハビリ補助用具によれば、使用者は、障害のある身体部分についての正常な動作を見本としてリハビリを行うことが可能となることから、リハビリ効果を高めることができる。
(8)本発明の他の形態は、障害のある身体部分の機能を回復するためのリハビリ装置である。このリハビリ装置は、画像を表示し得る表示装置と、リハビリ補助用具と、を備え、前記リハビリ補助用具において、前記画像を表示する位置を指定するための標識となる、前記身体部分に対応づけられたマーカーが、前記身体部分とは異なる位置に設けられている。この形態のリハビリ装置によれば、前記形態のリハビリ補助用具と同様に、マーカーの取り付けに困ることを解消できると共に、マーカーによってリハビリ運動がスムーズに行われなくなることを防止できる。
(9)前記形態のリハビリ装置において、前記リハビリ補助用具は、前記身体部分の複数箇所のそれぞれと対応する複数の前記マーカーを有し、前記表示装置は、前記各マーカーを撮影するマーカー撮影部と、前記マーカー撮影部によって撮影された各マーカーの位置に基づいて、前記画像の大きさと表示位置とを調整して、前記の表示を行うリハビリ処理部と、を備えていてもよい。この形態のリハビリ装置によれば、画像の大きさと表示位置とを適切に調整することができる。
(10)前記形態のリハビリ装置において、前記リハビリ処理部は、前記マーカー撮影部によって撮影された各マーカーの傾斜角度に基づいて、前記画像の形状を変形して、前記画像の表示を行ってもよい。この形態のリハビリ装置によれば、画像の形状を適切に調整することができる。
次に、本発明の実施形態を説明する。
A.第1実施形態
A−1.全体構成:
図1は、本発明の第1実施形態としてのリハビリ装置100の全体構成を示す説明図である。図示するように、リハビリ装置100は、頭部装着型表示装置10と、リハビリ用シート110とを備える。リハビリ装置100は、手の関節の曲げ伸ばしを補助することによって、手の機能を回復させるためのものである。まず、頭部装着型表示装置10について説明する。
A.第1実施形態
A−1.全体構成:
図1は、本発明の第1実施形態としてのリハビリ装置100の全体構成を示す説明図である。図示するように、リハビリ装置100は、頭部装着型表示装置10と、リハビリ用シート110とを備える。リハビリ装置100は、手の関節の曲げ伸ばしを補助することによって、手の機能を回復させるためのものである。まず、頭部装着型表示装置10について説明する。
A−2.頭部装着型表示装置の構成:
頭部装着型表示装置10は、頭部に装着する表示装置であり、ヘッドマウントディスプレイ(Head Mounted Display、HMD)とも呼ばれる。HMD10は、使用者が、虚像を視認すると同時に現実空間も視認可能な光学透過型(シースルー型)である。
頭部装着型表示装置10は、頭部に装着する表示装置であり、ヘッドマウントディスプレイ(Head Mounted Display、HMD)とも呼ばれる。HMD10は、使用者が、虚像を視認すると同時に現実空間も視認可能な光学透過型(シースルー型)である。
HMD10は、眼鏡のような形状を有する表示装置20と、制御装置(コントローラー)70とを備える。表示装置20と制御装置70との間は、有線または無線で、通信可能に接続される。本実施形態では、表示装置20と制御装置70とが、有線のケーブル90で接続されている。制御装置70は、表示装置20との間で、ケーブル90を介して、画像の信号(画像信号)や制御の信号(制御信号)を通信する。
表示装置20は、左眼用の表示部(左眼用表示部)30Lと、右眼用の表示部(右眼用表示部)30Rとを備える。
左眼用表示部30Lは、左眼用の画像形成部(左眼用画像形成部)32Lと、左眼用の導光部(図2に示される左眼用導光部34L)と、左眼用の反射部(左眼用反射部)36Lと、左眼用シェード38Lとを備える。右眼用表示部30Rは、右眼用の画像形成部(右眼用画像形成部)32Rと、右眼用の導光部(図2に示される左眼用導光部34Lと同様なもの)と、右眼用の反射部(右眼用反射部)36Rと、右眼用シェード38Rとを備える。
図2は、左眼用表示部30Lの構成を詳細に示す説明図である。図2は、左眼用表示部30Lを真上から見た図である。左眼用表示部30Lに備えられる左眼用画像形成部32Lは、メガネのテンプル(つる)の根元部分に配置され、左眼用の画像生成部(左眼用画像生成部)321Lと、左眼用の投射光学系(左眼用投射光学系)322Lとを備える。
左眼用画像生成部321Lは、左眼用のバックライトの光源(左眼用バックライト光源)BLと、左眼用の光変調素子(左眼用光変調素子)LMとを備える。バックライト光源BLは、本実施形態では、赤色、緑色および青色といった発光色ごとの光源の集合から構成されている。各光源としては、例えば、発光ダイオード(LED)などを用いることができる。光変調素子LMは、本実施形態では、表示素子である液晶表示デバイスによって構成されている。
左眼用表示部30Lは、次のように作用する。左眼用画像生成部321Lに、制御装置70(図1)から左眼用の画像信号が入力されると、左眼用バックライト光源BLの各光源が、赤色光、緑色光および青色光を射出する。各光源から射出された赤色光、緑色光および青色光は拡散して、左眼用光変調素子LMに投射される。左眼用光変調素子LMは、制御装置70から左眼用画像生成部321Lに入力された画像信号に応じて、投射された赤色光、緑色光および青色光を空間変調することにより、画像信号に応じた画像光を射出する。
左眼用投射光学系322Lは、例えば、投射レンズ群から構成され、左眼用画像生成部321Lの左眼用光変調素子LMから射出された画像光を投射して、平行な状態の光束にする。左眼用投射光学系322Lにより平行な状態の光束にされた画像光は、左眼用導光部34Lに投射される。
左眼用導光部34Lは、左眼用投射光学系322Lからの画像光を、左眼用反射部36Lが有する三角プリズムの予め定められた面(半透過反射面)に導く。左眼用反射部36Lに形成されている半透過反射面の表裏のうち、装着時に使用者の左眼EYに向く側には、ミラー層などの反射コーティングが施されている。左眼用反射部36Lに形成されている半透過反射面に導かれた画像光は、この反射コーティングされた面により、使用者の左眼EYに向けて全反射される。これにより、左眼用反射部36Lの予め定められた位置のエリア(画像取り出しエリア)から、前記導かれた画像光に応じた画像光が出力される。出力された画像光は使用者の左眼EYに入って、その左眼EYの網膜上に画像(虚像)を形成する。
左眼用反射部36Lに現実空間から入射する光の少なくとも一部は、左眼用反射部36Lに形成されている前述した半透過反射面を透過し、使用者の左眼EYに導かれる。これにより、使用者には、左眼用画像形成部32Lにより形成された画像と、現実空間からの光学像とが重畳されて見える。
左眼用シェード38Lは、左眼用導光部34Lの使用者の左眼EYとは反対の側に配置され、本実施形態では、取り外し可能である。左眼用シェード38Lは、明るい場所や画面に集中したい時に取り付けられることで、左眼用画像形成部32Lにより形成された画像を、使用者は明瞭に見ることができる。
図1に示すように、右眼用表示部30Rは、上記構成の左眼用表示部30Lと左右対称の同様な構成を有しており、左眼用表示部30Lと同様に作用する。この結果、使用者は、表示装置20を頭部に装着することにより、表示装置20の画像取り出しエリア(左眼用反射部36Lの画像取り出しエリア、右眼用反射部36Rの画像取り出しエリア)から出力される画像光に応じた画像が表示されているように見えることで、その画像を認識することができる。また、使用者は、表示装置20の画像取り出しエリア(左眼用反射部36Lの画像取り出しエリア、右眼用反射部36Rの画像取り出しエリア)に現実空間からの光の少なくとも一部が透過させられることにより、表示装置20を頭部に装着したまま、現実空間を見ることができる。
このように、使用者は、表示装置20の画像取り出しエリアに表示された画像(以下、単に「表示画像」と呼ぶ)と、透過してきた現実空間とを同時に見る(視認する)ことができる。表示画像が、使用者に拡張現実感(AR:Augmented Reality)を与えるAR画像となる。
表示装置20において、使用者が表示装置20を装着した際の使用者の眉間に対応する位置には、カメラ51が設けられている。そのため、使用者が表示装置20を頭部に装着した状態において、カメラ51は、使用者が向いている方向の現実空間を撮像する。カメラ51は、単眼カメラであるが、ステレオカメラであってもよい。
制御装置70は、表示装置20を制御するための装置である。制御装置70は、タッチパッド72と、操作ボタン部74とを備える。タッチパッド72は、タッチパッド72の操作面上での接触操作を検出して、検出内容に応じた信号を出力する。タッチパッド72としては、静電式や圧力検出式、光学式といった種々のタッチパッドを採用することができる。操作ボタン部74は、種々の操作ボタンを有し、各操作ボタンの操作を検出して、検出内容に応じた信号を出力する。タッチパッド72および操作ボタン部74は、使用者によって操作される。
図3は、HMD10の構成を機能的に示すブロック図である。制御装置70は、CPU80と、記憶部82と、運動モデルデータベース84と、入力情報取得部86と、電源部88とを備え、各部はバス等により相互に接続されている。
記憶部82は、ROM、RAM、DRAM、ハードディスク等によって構成される。記憶部82には、オペレーティングシステム(ОS)をはじめとする種々のコンピュータープログラムが格納されている。本実施形態では、格納されているコンピュータープログラムの一つとしてリハビリ用プログラムがある。
運動モデルデータベース84は、運動モデルを蓄積したデータベースである。運動モデルは、リハビリの際に目標とされる運動をモデル化した動画データであり、本実施形態では、左手の運動モデルと、右手の運動モデルが予め蓄積されている。なお、運動モデルは、動画データに換えて、いくつかの静止画データの集まりとしてもよい。さらには、運動モデルは、手の特徴点位置の集合から構成されるデータであってもよく、動画を構築し得るデータであればいずれのデータに換えることもできる。さらに、運動モデルは、運動の回数や速度などのパラメータを含むようにしてもよい。
入力情報取得部86は、前述したタッチパッド72および操作ボタン部74を含む。入力情報取得部86は、タッチパッド72や操作ボタン部74からの検出内容に応じた信号を入力する。
電源部88は、制御装置70および表示装置20に備えられた電源を必要とする各構成部に、電源を供給する。
CPU80は、記憶部82に格納されているコンピュータープログラムを読み出して実行することにより、各種の機能を奏する。具体的には、CPU80は、入力情報取得部86から操作の検出内容の入力があった場合に当該検出結果に応じた処理を実行する機能、記憶部82に対してデータの読み書きを行う機能、および電源部88から各構成部への電源の供給を制御する機能を奏する。
また、CPU80は、記憶部82に格納されているリハビリ用プログラムを読み出して実行することにより、障害のある身体部分の機能を回復するためのリハビリ処理を実行するリハビリ処理部82aとしても機能する。本実施形態では、リハビリ処理は、障害のある身体部分として手の機能を回復するためのものである。障害としては、例えば、脳卒中による麻痺がある。
A−3.リハビリ用シート:
図1において、リハビリ用シート110は平面図によって示されている。リハビリ用シート110は、矩形状、かつ厚みが薄いシート状体である。本実施形態では、リハビリ用シート110のサイズは縦400[mm]×横600[mm]であり、リハビリ用シート110の厚みは3[mm]である。このサイズおよび厚みは一例であり、これらの値に限定される必要はない。サイズは、少なくとも、片方の手を置ける程度の大きさであれば、いずれの大きさであってもよい。本実施形態では、リハビリ用シート110は、合成樹脂製である。なお、合成樹脂製に換えて、厚紙等の他の材料によって製造されたものとしてもよい。
図1において、リハビリ用シート110は平面図によって示されている。リハビリ用シート110は、矩形状、かつ厚みが薄いシート状体である。本実施形態では、リハビリ用シート110のサイズは縦400[mm]×横600[mm]であり、リハビリ用シート110の厚みは3[mm]である。このサイズおよび厚みは一例であり、これらの値に限定される必要はない。サイズは、少なくとも、片方の手を置ける程度の大きさであれば、いずれの大きさであってもよい。本実施形態では、リハビリ用シート110は、合成樹脂製である。なお、合成樹脂製に換えて、厚紙等の他の材料によって製造されたものとしてもよい。
リハビリ用シート110の表面には、イラスト画像ILと、7つのマーカーM1〜M7とが印刷されている。イラスト画像ILは、左手の手のひらの側を表すイラスト風の画像であり、本実施形態では、各指の関節は伸ばされ、各指の間は広げられた状態、すなわち手を広げた状態(いわゆるパーの状態)の画像となっている。イラスト画像ILの大きさは、大人の左手の平均的な大きさとなっている。リハビリ用シート110の表面が、「平面部」の下位概念である。
各マーカーM1〜M7は、二次元マーカーであり、拡張現実感を付与する対象物を指定するための標識となる。本実施形態では、イラスト画像ILの左手の輪郭の周りに、第1〜第7のマーカーM1〜M7が印刷されている。詳しくは、イラスト画像ILにおける親指の外側に第1のマーカーM1が印刷され、イラスト画像ILにおける親指から小指までの5本の指のそれぞれの間に第2〜第5のマーカーM2〜M5が印刷され、イラスト画像ILにおける小指の外側に第6のマーカーM6が印刷され、手首部分の両外側のうちの一方側(本実施形態では、小指側)に第7のマーカーM7が印刷されている。
なお、マーカーM1〜M7の位置は、手の外縁を規定するに適した位置であり、上記の例に限る必要はない。例えば、本実施形態の変形例として、第7のマーカーM7が、手首部分の両外側のうちの親指側に印刷された構成等、種々の位置とすることができる。また、マーカーの数は、7つに限る必要はなく、例えば、手首部分の小指側、親指側の双方に設けることで合計8つとした構成、手首部分を除いた合計6つ(マーカーM1〜M6)とした構成、親指から小指までの5本の指の間だけとした合計4つ(マーカーM2〜M5)の構成、親指と小指の外側だけとして合計2つ(マーカーM1,M6)とした構成等、種々の数とすることができる。また、マーカーは複数とする構成に換えて、1つだけとすることもできる。例えば、マーカーM7だけとすることもできる。
図4は、上記構成のリハビリ用シート110の使用の態様を示す説明図である。リハビリ用シート110は、図示しない机やテーブル等の上に載置されて使用される。使用者(患者)HUは、HMD10の表示装置20を装着した状態で、障害のある左手をリハビリ用シート110の上に差し出す。詳しくは、使用者HUは、左手の手のひらを上側に向け、手を広げた状態で、左手をイラスト画像IL(図1)に重ね合わす。このようにして、使用者HUは、第1のマーカーM1と第2のマーカーM2との間に左手の親指を、第2のマーカーM2と第3のマーカーM3との間に左手のひと指し指を、第3のマーカーM3と第4のマーカーM4との間に左手の中指を、第4のマーカーM4と第5のマーカーM5との間に左手のひと指し指を、第5のマーカーM5と第6のマーカーM6との間に左手の薬指を、第7のマーカーM7の近くに手首部分の両外側のうちの小指側を、それぞれ位置させる。
この結果、第1〜第7のマーカーM1〜M7は、リハビリ用シート110の表面に置かれた手の位置を規定する役目を果たす。また、手によってマーカーM1〜M7の一部分が隠れていれば、手の形や開き具合が、各マーカーM1〜M7の印刷位置から規定される基準モデルからズレがあることがわかる。図4の状態で、使用者HUは、右手を用いて制御装置70のタッチパッド72や操作ボタン部74(図1)を操作することによって、HMD10に対してリハビリ処理の実行を指示する。なお、使用者HUが右手も不自由な場合には、補助者等の使用者以外の者が制御装置70を操作するようにしてもよい。
図5は、右手専用のリハビリ用シート120を示す平面図である。図1で示したリハビリ用シート110は、上述したように左手に対して使用されるものであり、左手専用のものである。これに対して、右手専用のリハビリ用シート120は、図5に示すように、図1で示したリハビリ用シート110と比べて、横方向の真ん中の垂線AXを対称軸として左右対称の図柄となっている。なお、マーカーM1〜M7については、配置された位置が左右対称となっているだけで、各マーカーM1〜M7の図柄は、左手専用のリハビリ用シート110と同一である。各リハビリ用シート110,120は、「リハビリ補助用具」の下位概念である。
A−4.リハビリ処理:
図6は、制御装置70によって実行されるリハビリ処理を示すフローチャートである。このリハビリ処理は、リハビリ処理部82a(図3)の処理であり、入力情報取得部86(図3)からタッチパッド72や操作ボタン部74を用いた所定の操作を受け付けたときに、CPU80によって、実行開始される。
図6は、制御装置70によって実行されるリハビリ処理を示すフローチャートである。このリハビリ処理は、リハビリ処理部82a(図3)の処理であり、入力情報取得部86(図3)からタッチパッド72や操作ボタン部74を用いた所定の操作を受け付けたときに、CPU80によって、実行開始される。
処理が開始されると、CPU80は、まず、カメラ51によって撮影を行い(ステップS110)、その撮影によって得られた撮影画像の中に、リハビリ用シート110のマーカーM1〜M7が含まれるか否かを判定する(ステップS120)。ここでは、マーカーM1〜M7が含まれるとは、7つのマーカーM1〜M7の全てが含まれることをいい、マーカーM1〜M7のうちの一つでも含まれない場合には、マーカーM1〜M7が含まれないと判定される。
使用者は、リハビリ処理に従うリハビリを行うに際し、リハビリを行う身体部分である左手に視線を移す。カメラ51は、使用者の向いている方向の現実空間を撮像することになることから、左手に視線を移したときに、カメラ51による撮影画像の中にマーカーM1〜M7が含まれることになり、ステップS120において肯定判定される。肯定判定された場合には、CPU80は、ステップS130に処理を進める。一方、ステップS120でマーカーM1〜M7が含まれないと判定された場合には、CPU80は、ステップS110に処理を戻して、ステップS110からS120までの処理を繰り返し実行する。
ステップS130では、CPU80は、ステップS110によって得られた撮影画像の中から各マーカーM1〜M7を検出し、各マーカーM1〜M7の二次元位置座標を求める。二次元位置座標を示す座標系は、表示装置20による表示画面に対応したものである。次いで、CPU80は、求めた各マーカーM1〜M7の二次元位置座標から、リハビリ用シート110が右手用か左手用かを判定する(ステップS140)。詳しくは、各マーカーM1〜M7の二次元位置座標から、図1に示すように第1のマーカーM1が他のマーカーM2〜M6に対して左側に位置すると判定されたときには、左手用と判定し、一方、第1のマーカーM1が他のマーカーM2〜M6に対して右側と判定されたときには、右手用と判定する。なお、この判定の方法は、一例であり、各マーカーM1〜M7の配置されている位置関係から判定する方法であれば、いずれの方法によってもよい。
次いで、CPU80は、ステップS140で判定された手の側の運動モデルを、運動モデルデータベース84から読み出す(ステップS150)。すなわち、ステップS140で左手用と判定されたときには左手の運動モデルを、右手用と判定されたときには右手の運動モデルを読み出す。
続いて、CPU80は、表示装置20の表示画面における、運動モデルを表示させるための領域(以下、「表示領域」と呼ぶ)を、ステップS130で求めた各マーカーM1〜M7の二次元位置座標に基づいて決定し(ステップS160)、決定された表示領域で、ステップS150で読み出した運動モデルを再生する(ステップS170)。
図7は、ステップS150によって読み出された運動モデルの一例を示す説明図である。図示した運動モデルMDは、左手の運動モデルである。運動モデルMDは、複数のフレーム(静止画)FR1,…,FR2,…,FR3, …,FR4,…,FR5によって構成される動画データである。FR1〜FR5のそれぞれの間にも、1または複数のフレームが含まれる。
最初のフレームFR1は、手を広げた状態(いわゆるパーの状態)を表す。この手を広げた状態は、リハビリ用シート110においてイラスト画像ILとして表された手の状態と一致している。複数のフレームの真ん中の位置のフレームFR3は、手を閉じた状態(いわゆるグーの状態)を表す。最初のフレームFR1と真ん中のフレームFR3との中間のフレームFR2は、手を広げた状態から各指の関節を途中まで曲げた状態、すなわち、手を広げた状態から手を閉じた状態までの途中の状態を表す。真ん中のフレームFR3と最後のフレームFR5との中間のフレームFR4は、フレームFR2と同一である。最後のフレームFR5は、フレームFR1と同一である。
上述したように構成された運動モデルMDによれば、手を広げた状態から手を閉じた状態となり、続いて、手を閉じた状態から手を広げた状態に戻る運動、すなわち、手の開閉運動が示されることになる。
図6のステップS160では、CPU80は、表示領域として、表示する手の位置と大きさとを決定する。第1ないし第7のマーカーM1〜M7は手の外縁を規定することから、各マーカーM1〜M7の二次元位置座標から表示する手の大きさを定めることができる。また、各マーカーM1〜M7のうちの1または複数から表示する手の位置を定めることができる。なお、大きさの決定には、第1ないし第7のマーカーM1〜M7の全てを使うようにしてもよいし、2以上の数のマーカーを使うようにしてもよい。
また、第1ないし第7のマーカーM1〜M7のうちのいずれか一つだけを用いて、表示領域の大きさと位置を決定することもできる。本実施形態では、第1ないし第7のマーカーM1〜M7は予め印刷されたものであることから、想定する手のサイズは一義的に定められている。その上、一つのマーカーの撮像画像におけるサイズを測ることで、リハビリ用シート110からHMD10までの距離を推定することができる。これらのことから、第1ないし第7のマーカーM1〜M7のうちの一つだけを用いて、表示領域の大きさと位置を決定するようにしてもよい。
続くステップS170では、CPU80は、上記決定した表示領域の大きさと位置に、ステップS150で読み出した運動モデルが合致するように、運動モデルの大きさと位置を調整した上で、上記表示領域で運動モデルを再生(表示)する。この表示は、先に説明した左眼用表示部30Lおよび右眼用表示部30Rを動作させることによって行われる。なお、運動モデルの大きさと位置を調整する際に、第1ないし第7のマーカーM1〜M7の撮像画像から運動モデルの形状を変化させるようにしてもよい。先に説明したように、手によってマーカーM1〜M7の一部分が隠れていれば、手の形や開き具合が、各マーカーM1〜M7の印刷位置から規定される基準モデルからズレがあることがわかることから、マーカーM1〜M7の撮像画像の形状から、手の形や開き具合を推定し、推定した手の形や開き具合に運動モデルを一致させるようにしてもよい。
図8は、再生時において使用者によって視認される画像の一例を示す説明図である。図中の実線で示した手の画像が、再生した運動モデルの画像(AR画像)Gaである。図中の2点鎖線で示した手の画像が、透過して見える現実空間に実在する使用者の手の画像(実画像)Grである。図示するように、使用者にとって、使用者の手の画像Grに対して運動モデルの画像Gaが重畳されて視認される。図示の例では、運動モデルの画像Gaは各指の関節を途中まで曲げた状態となっており、使用者の手の画像Grは手を広げた状態となっている。使用者は、手を広げた状態から、運動モデルの画像Gaの動きに追従して手を開閉することで、リハビリ運動を行う。
図6のステップS170の実行後、CPU80は、このリハビリ処理を一旦終了する。なお、ステップS170では、運動モデルの再生を一回だけ行う構成としたが、これに換えて、複数回、繰り返し再生するようにしてもよい。なお、この繰り返しの回数は、制御装置70のタッチパッド72や操作ボタン部74(図1)を操作することによって、使用者が設定し得る構成としてもよい。また、ステップS170による運動モデルの再生スピードは、予め定められたものであるが、これに換えて、その再生スピードを使用者が設定し得る構成としてもよい。
A−5.実施形態の効果:
以上のように構成された第1実施形態のリハビリ用シート110では、リハビリ用シート110の表面に置かれた手の位置を規定するマーカーM1〜M7が、リハビリ用シート110の表面に予め印刷されている。このため、麻痺した手にマーカーM1〜M7を取り付ける必要がないことから、マーカーM1〜M7の取り付けに困ることを解消できると共に、マーカーM1〜M7によってリハビリ運動がスムーズに行われなくなることを防止できる。
以上のように構成された第1実施形態のリハビリ用シート110では、リハビリ用シート110の表面に置かれた手の位置を規定するマーカーM1〜M7が、リハビリ用シート110の表面に予め印刷されている。このため、麻痺した手にマーカーM1〜M7を取り付ける必要がないことから、マーカーM1〜M7の取り付けに困ることを解消できると共に、マーカーM1〜M7によってリハビリ運動がスムーズに行われなくなることを防止できる。
また、使用者は、先に説明したように(図8参照)、自身の手の画像Grに運動モデルの画像Gaを重ね合わせて視認することができることから、運動モデルの画像Gaが自分の手であると錯覚してリハビリを行うことができる。したがって、本実施形態のリハビリ装置100によれば、錯覚効果によって、手の麻痺を改善させる効果を高めることができる。
A−6.実施形態変形例:
・第1の変形例:
第1実施形態では、リハビリ用シート110の表面に、マーカーM1〜M7とともに、イラスト画像ILが印刷されていた。これに対して、第1の変形例として、イラスト画像ILは無く、マーカーM1〜M7だけが印刷されている構成としてもよい。リハビリ用シート110への手の置き方を使用者(患者)に予め説明しておくことで、使用者は、マーカーM1〜M7の位置だけで手の置き場所を把握し、手を置くことができる。
・第1の変形例:
第1実施形態では、リハビリ用シート110の表面に、マーカーM1〜M7とともに、イラスト画像ILが印刷されていた。これに対して、第1の変形例として、イラスト画像ILは無く、マーカーM1〜M7だけが印刷されている構成としてもよい。リハビリ用シート110への手の置き方を使用者(患者)に予め説明しておくことで、使用者は、マーカーM1〜M7の位置だけで手の置き場所を把握し、手を置くことができる。
・第2の変形例:
図9は、第1実施形態の第2の変形例におけるHMDの使用の形態を示す説明図である。図9に示すように、使用者の位置によっては、リハビリ用シート110に載置した手の位置が、使用者から見て、正面ではなく、斜め横方向となることがある。この場合に、HMD10の表示画面に透けて見える、現実空間の中のマーカーM1〜M7および手は、図10に示すように、変形して見える。第2の変形例のHMDでは、カメラ51による撮影画像の中から検出したマーカーM1〜M7の画像が矩形状であるか否かを判定し、矩形状でない場合に、その画像の所定の角部の角度を傾斜角度とし、その傾斜角度に基づいて運動モデルを変形させる変形処理を行なう。その後、変形処理後の運動モデルを再生する。
図9は、第1実施形態の第2の変形例におけるHMDの使用の形態を示す説明図である。図9に示すように、使用者の位置によっては、リハビリ用シート110に載置した手の位置が、使用者から見て、正面ではなく、斜め横方向となることがある。この場合に、HMD10の表示画面に透けて見える、現実空間の中のマーカーM1〜M7および手は、図10に示すように、変形して見える。第2の変形例のHMDでは、カメラ51による撮影画像の中から検出したマーカーM1〜M7の画像が矩形状であるか否かを判定し、矩形状でない場合に、その画像の所定の角部の角度を傾斜角度とし、その傾斜角度に基づいて運動モデルを変形させる変形処理を行なう。その後、変形処理後の運動モデルを再生する。
図11は、第2の変形例によって再生される動画の一フレームを示す説明図である。この動画は、変形処理後の運動モデルによるものである。この動画の一フレームによって示される手を表す画像Ghdは、HMD10の表示画面に透けて見える現実空間の手の画像と同様に、変形している。したがって、使用者は、斜め横方向からでも、自身の手の画像に運動モデルの画像Ghdを重ね合わせて視認することができる。このため、この第2変形例によれば、前述した錯覚効果をより高めることができ、手の麻痺をより改善させることができる。
・第3の変形例:
第1実施形態のリハビリ用シート110は、厚みの薄いシート状であった。これに対して、第3の変形例として、厚みが例えば10[mm]以上ある板状のリハビリ用プレートとしてもよい。リハビリ用プレートは、例えば、合成樹脂製、金属製、木製等である。リハビリ用プレートの表面には、第1実施形態と同様に、イラスト画像とマーカーが印刷されている。なお、第1の変形例と同様に、イラスト画像は省くことができる。この構成によっても、第1実施形態と同じ効果を奏することができる。また、リハビリ用シート、リハビリ用プレートに換えて、リハビリ用の台としてもよく、リハビリ補助用具は種々の形状のものに換えることができる。
第1実施形態のリハビリ用シート110は、厚みの薄いシート状であった。これに対して、第3の変形例として、厚みが例えば10[mm]以上ある板状のリハビリ用プレートとしてもよい。リハビリ用プレートは、例えば、合成樹脂製、金属製、木製等である。リハビリ用プレートの表面には、第1実施形態と同様に、イラスト画像とマーカーが印刷されている。なお、第1の変形例と同様に、イラスト画像は省くことができる。この構成によっても、第1実施形態と同じ効果を奏することができる。また、リハビリ用シート、リハビリ用プレートに換えて、リハビリ用の台としてもよく、リハビリ補助用具は種々の形状のものに換えることができる。
B.第2実施形態:
図12は、本発明の第2実施形態としてのリハビリ用プレート210を示す説明図である。第2実施形態としてのリハビリ用プレート210は、第1実施形態のリハビリ用シート110と同様に、イラスト画像XILと、7つのマーカーXM1〜XM7とが備えられている。リハビリ用プレート210は、第1実施形態の第3の変形例と同様に、合成樹脂製、金属製、木製等である。イラスト画像XILは、第1実施形態におけるイラスト画像ILと同一である。第1実施形態における各マーカーM1〜M7は、リハビリ用シート110の表面に印刷されたものであったが、本実施形態における各マーカーXM1〜XM7は、矩形のプレート片を有し、このプレート片の表面に第1実施形態における各マーカーM1〜M7と同じ画像がそれぞれ印刷されている。各マーカーXM1〜XM7は、リハビリ用プレート210に形成された各スライド溝SL1〜SL7にそれぞれ、スライド可能に配設されている。
図12は、本発明の第2実施形態としてのリハビリ用プレート210を示す説明図である。第2実施形態としてのリハビリ用プレート210は、第1実施形態のリハビリ用シート110と同様に、イラスト画像XILと、7つのマーカーXM1〜XM7とが備えられている。リハビリ用プレート210は、第1実施形態の第3の変形例と同様に、合成樹脂製、金属製、木製等である。イラスト画像XILは、第1実施形態におけるイラスト画像ILと同一である。第1実施形態における各マーカーM1〜M7は、リハビリ用シート110の表面に印刷されたものであったが、本実施形態における各マーカーXM1〜XM7は、矩形のプレート片を有し、このプレート片の表面に第1実施形態における各マーカーM1〜M7と同じ画像がそれぞれ印刷されている。各マーカーXM1〜XM7は、リハビリ用プレート210に形成された各スライド溝SL1〜SL7にそれぞれ、スライド可能に配設されている。
第1のスライド溝SL1は図中のX方向(以下、左右方向と呼ぶ)に延びており、第1のスライド溝SL1に配設される第1のマーカーXM1は左右方向にスライド可能である。第1のマーカーXM1の図中の位置は、第1実施形態のリハビリ用シート110における第1のマーカーM1の位置(図1参照)と同一であり、この位置を基準として、第1のマーカーXM1は手動によって、左右方向にスライドされる。
第2のスライド溝SL2は左右方向に延びており、第2のスライド溝SL2に配設される第2のマーカーXM2は左右方向にスライド可能である。第2のマーカーXM2の図中の位置は、第1実施形態におけるリハビリ用シート110における第2のマーカーM2の位置と同一であり、この位置を基準として、第2のマーカーXM2は手動によって、左右方向にスライドされる。
第3のスライド溝SL3は図中のY方向(以下、上下方向と呼ぶ)に延びており、第3のスライド溝SL3に配設される第3のマーカーXM3は上下方向にスライド可能である。第3のマーカーXM3の図中の位置は、第1実施形態のリハビリ用シート110における第3のマーカーM3の位置と同一であり、この位置を基準として、第3のマーカーXM3は手動によって、上下方向にスライドされる。
第4のスライド溝SL4は上下方向に延びており、第4のスライド溝SL4に配設される第4のマーカーXM4は上下方向にスライド可能である。第4のマーカーXM4の図中の位置は、第1実施形態のリハビリ用シート110における第4のマーカーM4の位置と同一であり、この位置を基準として、第4のマーカーXM4は手動によって、上下方向にスライドされる。
第5のスライド溝SL5は上下方向に延びており、第5のスライド溝SL5に配設される第5のマーカーXM5は上下方向にスライド可能である。第5のマーカーXM5の図中の位置は、第1実施形態のリハビリ用シート110における第5のマーカーM5の位置と同一であり、この位置を基準として、第5のマーカーXM5は手動によって、上下方向にスライドされる。
第6のスライド溝SL6は左右方向に延びており、第6のスライド溝SL6に配設される第6のマーカーXM6は左右方向にスライド可能である。第6のマーカーXM6の図中の位置は、第1実施形態のリハビリ用シート110における第6のマーカーM6の位置と同一であり、この位置を基準として、第6のマーカーXM6は手動によって、左右方向にスライドされる。
第7のスライド溝SL7は左右方向に延びており、第7のスライド溝SL7に配設される第7のマーカーXM7は左右方向にスライド可能である。第7のマーカーXM7の図中の位置は、第1実施形態のリハビリ用シート110における第7のマーカーM7の位置と同一であり、この位置を基準として、第7のマーカーXM7は手動によって、左右方向にスライドされる。
使用者は、障害のある左手をリハビリ用シート110の上に置いた状態で、障害のない右手で、各マーカーXM1〜XM7をスライドして、各マーカーXM1〜XM7を左手の外縁に接するように配置する。
第2実施形態としてのリハビリ装置は、上述した構成のリハビリ用シートと、HMDとを備える。HMDは、第1実施形態におけるHMD10と同一の構成を備える。さらに、このHMDは、カメラ51による撮影画像の中から検出したマーカーXM1〜XM7の配設位置に基づいて運動モデルの大きさおよび形状を変更する。その後、変更後の運動モデルを再生するようにする。
以上のように構成された第2実施形態のリハビリ用プレート210では、第1実施形態と同様に、麻痺した手にマーカーXM1〜XM7を取り付ける必要がないことから、マーカーXM1〜XM7の取り付けに困ることを解消できると共に、マーカーXM1〜XM7によってリハビリ運動がスムーズに行われなくなることを防止できる。また、第2実施形態のリハビリ装置によれば、第1実施形態のリハビリ装置と同様に、運動モデルのAR画像が自分の手であると錯覚する錯覚効果によって、手の麻痺を改善させる効果を高めることができる。特に、リハビリ用プレート210では、使用者の手の大きさおよび形状に応じて各マーカーM1〜M7の配設位置を調整することができることから、AR画像の大きさおよび形状を自身の手により合致させることができる。したがって、第2実施形態のリハビリ装置によれば、錯覚効果をより高めることができ、手の麻痺を改善させる効果をより高めることができる。
なお、第2実施形態のリハビリ用プレート210では、マーカーXM1〜XM7は、スライド溝SL1〜SL7をスライドすることで配設位置の変更が可能となっていたが、これに限る必要もなく、他の手法によってマーカーの配設位置が変わる構成としてもよい。他の手法としては、例えば、リハビリ用プレートを金属製の平板とし、マーカーに永久磁石を設けた構成としてもよいし、リハビリ用プレートをコルクボードとし、マーカーにピンを設けた構成としてもよい。また、リハビリ用プレート210は、板状に限る必要はなく、リハビリ用の台とすることもできる。
C.変形例:
この発明は前記第1および第2実施形態およびそれらの変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
この発明は前記第1および第2実施形態およびそれらの変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
・変形例1:
前記各実施形態および変形例では、HMDは、装着した状態で使用者の視界が遮断されない透過型の表示装置とした。これに対して、変形例として、HMDは、使用者の視界が遮断される非透過型の表示装置としてもよい。非透過型のHMDは、現実空間の画像をカメラによって撮影し、この撮影された画像にAR画像を重畳させるものである。また、HMDは、左眼用表示部と右眼用表示部とを備える構成としたが、これに換えて、片眼用の表示部だけを備える構成としてもよい。
前記各実施形態および変形例では、HMDは、装着した状態で使用者の視界が遮断されない透過型の表示装置とした。これに対して、変形例として、HMDは、使用者の視界が遮断される非透過型の表示装置としてもよい。非透過型のHMDは、現実空間の画像をカメラによって撮影し、この撮影された画像にAR画像を重畳させるものである。また、HMDは、左眼用表示部と右眼用表示部とを備える構成としたが、これに換えて、片眼用の表示部だけを備える構成としてもよい。
・変形例2:
前記各実施形態および変形例では、AR画像を表示し得る表示装置として、使用者の頭部に装着される頭部装着型表示装置を用いたが、表示装置はこれに限られず、種々変形可能である。例えば、使用者の肩や首に装着したアームによって支持される表示装置のように、頭部や肩、首等の使用者の身体に装着される身体装着型表示装置を用いてもよい。また、使用者に装着されるのではなく、テーブル等に載置される載置型の表示装置であってもよい。
前記各実施形態および変形例では、AR画像を表示し得る表示装置として、使用者の頭部に装着される頭部装着型表示装置を用いたが、表示装置はこれに限られず、種々変形可能である。例えば、使用者の肩や首に装着したアームによって支持される表示装置のように、頭部や肩、首等の使用者の身体に装着される身体装着型表示装置を用いてもよい。また、使用者に装着されるのではなく、テーブル等に載置される載置型の表示装置であってもよい。
・変形例3:
前記各実施形態および変形例では、リハビリ装置は、手の機能を回復するためのものであった。これに対して、変形例として、手首、腕関節の機能を回復するためのものとしてもよい。さらに、足の指、足首、膝の機能を回復するためのものとしてもよい。
前記各実施形態および変形例では、リハビリ装置は、手の機能を回復するためのものであった。これに対して、変形例として、手首、腕関節の機能を回復するためのものとしてもよい。さらに、足の指、足首、膝の機能を回復するためのものとしてもよい。
・変形例4:
前記各実施形態および変形例では、リハビリ処理部82a(図3)は、CPU80が記憶部82に格納されているコンピュータープログラムを実行することにより実現されるものとして記載した。しかし、これらリハビリ処理部は、当該機能を実現するために設計されたASIC(Application Specific Integrated Circuit:特定用途向け集積回路)を用いて構成されてもよい。
前記各実施形態および変形例では、リハビリ処理部82a(図3)は、CPU80が記憶部82に格納されているコンピュータープログラムを実行することにより実現されるものとして記載した。しかし、これらリハビリ処理部は、当該機能を実現するために設計されたASIC(Application Specific Integrated Circuit:特定用途向け集積回路)を用いて構成されてもよい。
・変形例5:
前記各実施形態および変形例では、表示装置20にカメラ51が一体的に取り付けられている構成として記載したが、表示装置20とカメラ51とが別体として設けられる構成としてもよい。
前記各実施形態および変形例では、表示装置20にカメラ51が一体的に取り付けられている構成として記載したが、表示装置20とカメラ51とが別体として設けられる構成としてもよい。
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
10…頭部装着型表示装置(HMD)
20…表示装置
30L…左眼用表示部
30R…右眼用表示部
32L…左眼用画像形成部
32R…右眼用画像形成部)
34L…左眼用導光部
36L…左眼用反射部
36R…右眼用反射部
38L…左眼用シェード
38R…右眼用シェード
51…カメラ
70…制御装置
72…タッチパッド
74…操作ボタン部
80…CPU
82…記憶部
82a…リハビリ処理部
84…運動モデルデータベース
86…入力情報取得部
88…電源部
90…ケーブル
100…リハビリ装置
110,120…リハビリ用シート
210…リハビリ用プレート
321L…左眼用画像生成部
322L…左眼用投射光学系
BL…左眼用バックライト光源
LM…左眼用光変調素子
EY…左眼
FR1〜FR5…フレーム
Ga…AR画像
Gr…実画像
HU…使用者
IL…イラスト画像
M1〜M7…マーカー
MD…運動モデル
XIL…イラスト画像
XM1〜XM7…マーカー
SL1〜SL7…のスライド溝
20…表示装置
30L…左眼用表示部
30R…右眼用表示部
32L…左眼用画像形成部
32R…右眼用画像形成部)
34L…左眼用導光部
36L…左眼用反射部
36R…右眼用反射部
38L…左眼用シェード
38R…右眼用シェード
51…カメラ
70…制御装置
72…タッチパッド
74…操作ボタン部
80…CPU
82…記憶部
82a…リハビリ処理部
84…運動モデルデータベース
86…入力情報取得部
88…電源部
90…ケーブル
100…リハビリ装置
110,120…リハビリ用シート
210…リハビリ用プレート
321L…左眼用画像生成部
322L…左眼用投射光学系
BL…左眼用バックライト光源
LM…左眼用光変調素子
EY…左眼
FR1〜FR5…フレーム
Ga…AR画像
Gr…実画像
HU…使用者
IL…イラスト画像
M1〜M7…マーカー
MD…運動モデル
XIL…イラスト画像
XM1〜XM7…マーカー
SL1〜SL7…のスライド溝
Claims (10)
- 画像を表示し得る身体装着型表示装置とともに用いられ、障害のある身体部分の機能を回復するためのリハビリ補助用具であって、
前記画像を表示する位置を指定するための標識となる、前記身体部分に対応づけられたマーカーが、前記身体部分とは異なる位置に設けられた、リハビリ補助用具。 - 請求項1に記載のリハビリ補助用具であって、
前記身体部分が配置され得る平面部を備え、
前記マーカーが、前記平面部に設けられた、リハビリ補助用具。 - 請求項1または請求項2に記載のリハビリ補助用具であって、
前記身体部分の複数箇所のそれぞれと対応する複数の前記マーカーを有する、リハビリ補助用具。 - 請求項3に記載のリハビリ補助用具であって、
前記身体部分は、手であり、
前記各マーカーは、前記手の各指に対応づけられた、リハビリ補助用具。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載のリハビリ補助用具であって、
前記身体部分の配置位置を示すためのイラスト画像が印刷された、リハビリ補助用具。 - 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載のリハビリ補助用具であって、
前記マーカーは、配設位置を変更し得る構成である、リハビリ補助用具。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載のリハビリ補助用具であって、
前記画像は、前記身体部分の正常な動作を示す動画である、リハビリ補助用具。 - 障害のある身体部分の機能を回復するためのリハビリ装置であって、
画像を表示し得る表示装置と、
リハビリ補助用具と、
を備え、
前記リハビリ補助用具において、前記画像を表示する位置を指定するための標識となる、前記身体部分に対応づけられたマーカーが、前記身体部分とは異なる位置に設けられた、リハビリ装置。 - 請求項8に記載のリハビリ装置であって、
前記リハビリ補助用具は、前記身体部分の複数箇所のそれぞれと対応する複数の前記マーカーを有し、
前記表示装置は、
前記各マーカーを撮影するマーカー撮影部と、
前記マーカー撮影部によって撮影された各マーカーの位置に基づいて、前記画像の大きさと表示位置とを調整して、前記画像の表示を行うリハビリ処理部と、
を備える、リハビリ装置。 - 請求項9に記載のリハビリ装置であって、
前記リハビリ処理部は、
前記マーカー撮影部によって撮影された各マーカーの傾斜角度に基づいて、前記画像の形状を変形して、前記画像の表示を行う、リハビリ装置。
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