JP2002515127A - Personal display system - Google Patents

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JP2002515127A
JP2002515127A JP50967196A JP50967196A JP2002515127A JP 2002515127 A JP2002515127 A JP 2002515127A JP 50967196 A JP50967196 A JP 50967196A JP 50967196 A JP50967196 A JP 50967196A JP 2002515127 A JP2002515127 A JP 2002515127A
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ラリソン，リチャード・デニス
アマドン，シィ・グレゴリー
マック・ジュニア，ウォルフガング・アダム
ニコラ，レオ
ツェオ，エリック
ドナルドソン，ダグラス
エッター，ロバート・ティ
Original Assignee
バーチュアル・アイ／オゥ・インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 ユーザの目に、好ましくは環境的な光と組合せられ得る生成画像を届けるためのビジュアルディスプレイ装置が提供される。１つの実施例では、画像生成器は無駄なく高品質の画像をもたらすために少なくとも２つのマスク（２２２、２２４）によってマスキングされる。１つの実施例では、着脱可能なように装着されたシールド（３０２）または活性化可能な装置が、装置をシースルー装置から没入装置に変換し、そして再び元に戻す。頭部装着ディスプレイ（ＨＭＤ）の配向、態勢および／または位置の指示を出力するためのトラッカ（１００）が設けられてもよい。トラッカ（１００）はＨＭＤのハウジング内に組込まれるように構成することもできるし、かつ／またはＨＭＤが（たとえば映画観賞のために）トラッカなしで使用され得るように、ＨＭＤから容易に取外せるものにすることもできる。好ましくは、トラッカはＨＭＤへの信号の通過をもたらし、ＨＭＤに結合される場合は、ＨＭＤとトラッカの組合せをホストコンピュータ（５１０）に接続するのはただ１つのケーブル（１３４）である。１つの実施例では、トラッカは磁気センサ（５４２ａ、５４２ｂ、５４２ｃ）を用いる。別の実施例では、レートジャイロ（５２）および／または加速度計（５６２ａ、５６２ｂ）などの１つまたはそれ以上の慣性センサが用いられる。 SUMMARY A visual display device is provided for delivering a generated image, preferably combined with environmental light, to a user's eyes. In one embodiment, the image generator is masked with at least two masks (222, 224) to provide a high quality image without waste. In one embodiment, a removably mounted shield (302) or an activatable device converts the device from a see-through device to an immersive device and back again. A tracker (100) for outputting an indication of the orientation, attitude and / or position of a head mounted display (HMD) may be provided. The tracker (100) can be configured to be incorporated within the housing of the HMD and / or can be easily removed from the HMD such that the HMD can be used without the tracker (eg, for movie viewing). You can also Preferably, the tracker provides for the passage of signals to the HMD, and when coupled to the HMD, only one cable (134) connects the HMD and tracker combination to the host computer (510). In one embodiment, the tracker uses magnetic sensors (542a, 542b, 542c). In another embodiment, one or more inertial sensors such as a rate gyro (52) and / or accelerometers (562a, 562b) are used.

Description

【発明の詳細な説明】 パーソナルディスプレイシステム この特許出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）の下で優先権が主張される、 通常どおりここに譲渡され、かつ引用により援用される、１９９５年７月１４日 にエリック・ツェオ（Eric Tseo）、ダグラス・ドナルドソン（Douglas Donalds on）およびロバート・ティ・エッター（Robert T．Etter）によって出願された 「頭部装着ディスプレイのためのヘッドトラッカ」（“Head Tracker for Head- Mounted Display”）と題された米国仮出願連続番号第６０／００１，１５１号 （代理人書類番号第９１１９３／９１０００号）に一部基づくものである。この 特許出願は、通常どおりここに譲渡された、ＰＣＴ／ＵＳ９４／０９８１９の米 国国内段階の米国特許出願連続番号第０８／４１６，９１９号の一部継続出願で あり、これらはともに引用により援用される。ともに引用により援用される、１ ９９４年８月３１日に出願された米国意匠出願Ｓ．Ｎ．２９／０２７，８９８と 、同じ日付で出願された意匠出願Ｓ．Ｎ． （代理人書類番号 第９１１９３／８０２００号）とに対して相互参照が行われる。 この発明は、好ましくは生成された画像をユーザを取巻く環境の光景と組合す ことができ、かつこのような組合されたビジュアル情報をユーザの目の位置に送 ることができるビジュアルディスプレイに関する。 背景情報 ビジュアル情報を人に与えることがしばしば所望される。このようなビジュア ル情報を実世界の光景に重ね合せることがたびたび所望される。他の応用では、 環境の光景からユーザを遮蔽し、ビジュアル情報の光景だけを与えることが望ま しい。このようなディスプレイは、折返し反射屈折光学ディスプレイとして知ら れる形状で、画像生成器およびビームスプリッタを含んだ多数のコンポーネント を含んでもよい。ビームスプリッタは画像生成器から画像光をしばしば一連のレ ンズと他の光学素子とを介して受け、このような画像光の、反射部分と呼ばれる 部分を反射コンバイナに送る。この反射コンバイナは非透過性であるか、または 、実世界からの光をこのようなコンバイナに通過させ、かつ画像光を反射するの で、実世界の光と画像光との両方がビームスプリッタを介して、しばしば一連の レンズまたは他の光学素子を介してユーザの目に送られる。ビームスプリッタは 、コリメータコンバイナから反射した画像光の、透過部分と呼ばれる部分を送る 。コンバイナが少なくとも部分的に透過性である実施例では、実世界の光の部分 もまたビームスプリッタによって送られる。 これまでの装置は多数の付加的なコンポーネントを含んだ。ある装置には補正 光学素子が含まれた。他の装置は、たとえば１９９４年２月７日に出願されたＰ ＣＴ／ＵＳ９４／０１３９０「デピクセレートされたビジュアルディスプレイ」 （“Depixelated Visual Display”）（引用によ り援用される）に説明されるようなデピクセレータを含んだ。さらに他の装置は 、１９９４年２月７日に出願されたＰＣ／ＵＳ９４／０１３９１「倍増ビジュア ルディスプレイ」（“Intensified Visual Display”）に説明されるようなビジ ュアルディスプレイを増倍するための装置を含んでいる。 生成された画像をユーザの片目または両目に与えるためのシステムを設計する に際し、さまざまな要因がしばしば対立する。ユーザにとって満足で、魅力的な ディスプレイを与えるだけでなく、眼精疲労をも減少させるように高い品質を有 する画像を与えることが好ましいが、しばしば、このような高品質の画像を生成 するために用いられる技術は、軽量および低コストであり、かつ設計、製作およ び／または修理が相対的に容易にできる装置という目標に反している。これまで の多くの装置が、所望の画質を達成するために、レンズのような高価で重い一連 の光学素子を必要としてきた。他の装置は低コストまたは軽量という目標を達成 するためにより劣った品質の画像に甘んじてきた。たとえば、これまでの装置の 中には平坦な焦点視野をユーザに与えることができないものがあった。他のもの は、特に画像の高い観察角で、劣った像コントラストを生じている。多くの装置 が画像生成器の端縁近くで不要な光をマスクオフするために全体的な画像をユー ザに与えていない。 したがって、高品質な画像を与え、低コスト、軽量、か つ快適であり、設計、製作、修理等の容易さが向上した個人的なビジュアルディ スプレイ装置を提供することが有益であろう。 頭部装着ディスプレイの多くの用途において、ユーザの頭部の位置、方位、配 向、姿勢、場所および／または動きに関する情報を集めることが望ましい。この ような情報は、数多くの目的のために、ユーザの目に生成された画像を制御する ように用いられ得る。こういった目的には、「バーチャルリアリティ」またはシ ミュレートされた環境をユーザに与え、シミュレートされた物をさまざまな角度 等から観察するためにユーザにさまざまな表示された画像を進ませるようなこと が含まれる。たとえば、この情報は、ユーザの手の動きに対応するであろう画像 の変化を生じるように、頭部装着ディスプレイまたは他のバーチャルリアリティ 装置に示される画像の特性を制御するために用いられ得る。たとえば、フライト シミュレータプログラムでは、ユーザの頭部が真っ直ぐに前を向いた位置から９ ０°左の位置まで回転すると、ディスプレイは操縦室の窓の外の前方の光景をシ ミュレートするディスプレイから航空機の左翼にかけての光景をシミュレートす るディスプレイに変化するべきである。 米国特許第５，３７３，８５７号および第５，３４５，９４４号に説明される ようなヘッドトラッカが過去において試みられてきた。しかしながら、これまで の多くのヘッ ドトラッカは多くの欠点を経験している。ある装置では、ヘッドトラッカは頭部 装着ディスプレイの一体的な部分として形成され、容易には取外し可能ではなか った。しかしながら、これは、頭部追跡が必要または所望されない応用において 用いられるときに必要であるよりも重い頭部装着ディスプレイにつながった。さ らに、一体的なヘッドトラッカは、頭部追跡が所望とされないときにいくつかの 用途のために不必要であり得る態様で頭部装着ディスプレイのコストをかさませ た。 あるヘッドトラッキング装置は頭部装着ディスプレイ装置において望ましい重 量バランスを与えない位置でいくつかのコンポーネントを装着することを含んで おり、したがって、望ましくない首の疲労がユーザに起こるかもしれない。 これまでのいくつかのヘッドトラッカは、エンドユーザが据えつけるのには困 難であり、および／または動作において扱いにくい、コンピュータへの通信を備 えていた。たとえば、いくつかの装置では、ユーザがパーソナルコンピュータ（ ＰＣ）のシャシの内部にカードを据えつけることが必要とされ、これは事実上、 多くのユーザがコンピュータサービス所まで出向かなければならないことを意味 する。 ヘッドトラッカからコンピュータへの通信が頭部装着ディスプレイケーブルと は別個のケーブルを介する構成では、絡み合いかつユーザの自由な動きを阻止し 得る２つの別個 のケーブルを経て「つなぎ留められた」装置をユーザは身につけなければならな い。単一のケーブルがヘッドトラッカおよび映像情報の両方の通信に備える装置 では、ヘッドトラッカは頭部装着ディスプレイから容易には取外し可能ではなか った。 これまでのいくつかの装置では、ヘッドトラッカからの出力が単一のフォーマ ットにおいてのみ与えられ、ヘッドトラッカ情報を用いるソフトウェアはそのデ ータフォーマットに対処するように書込まれなければならなかった。 いくつかの装置では、ヘッドトラッカは磁気センサを用いた。磁気センサが多 くの状況で有益であり得るが、頭部追跡情報は、イヤホンまたは他の音声出力装 置の調節のために生じ得るような空間的な変化および／または局所磁界における 変化によって歪められ得る。 したがって、モジュール方式または取外し可能な構成であり、バランスの良い 位置に配置でき、エンドユーザが据えつけやすくて使用時における煩わしさを防 ぐ態様でコンピュータとの通信に備え、磁界の変化からのエラーを減少するかま たは除去し、および／または多数の異なった出力フォーマットで出力を与えるヘ ッドトラッカを提供することが有益であろう。 発明の概要 この発明のある実施例は、陰極線管（ＣＲＴ）または液晶ディスプレイ（ＬＣ Ｄ）のような画像生成器からの画像 を観察者の片目または両目に投影できるか、または、このような画像を送るとと もにそれを、取り巻く環境の直接的な光景と組合すことのできる頭部装着ディス プレイ（ＨＭＤ）である。コンバイナは、画像をコンバイナの方に反射する簡単 な金属製、誘電式またはホログラフ式折返しミラーで、目の上に装着されたＣＲ ＴまたはＬＣＤディスプレイ面に結像する。 この発明のある局面に従って、装置は素子の総数を減少させることによって結 像光学素子を簡単にする。この発明のある実施例は本質的に、ＣＲＴまたはＬＣ Ｄのような画像生成器と、球状の金属製、誘電式またはホログラフ式コンバイナ またはコリメータコンバイナのようなコンバイナと、金属製、誘電式またはホロ グラフ式折返しミラーとからなる。 ある実施例では、所望の高品質の画像を達成するためにほとんど光学素子が必 要とされない。好ましくは、リレーレンズまたは付加的な補正屈折光学素子のよ うなある光学素子の必要性をなくすことによって、ビジュアルディスプレイが簡 略化され、軽量かつ安価になる。ある実施例では、反射結像光学素子だけを用い ることなどによって屈折光学素子なしで、ビジュアルディスプレイは単色および ／または３色のディスプレイをもたらす。 画像ディスプレイに必要とされる装置の重量が小さいので、相対的に軽い装置 を維持しながら、頭部追跡、眼球追 跡、３次元ディスプレイデコーディングまたは他の３−Ｄ能力、広い範囲の大き さおよび形状のユーザに用いられる能力、コンピュータおよび映像ソース材料で の互換性、眼鏡との両立性等を含んだ多数の付加的な機能のいずれかまたはすべ てを含むことが可能である。 この発明のある実施例では、装置は軽量で視覚的に魅力のある構成を用いなが ら高品質の画像を与える。ある実施例では、装置は眼鏡のような構造であり、光 学素子は画像をユーザの目の位置に届け、好ましくは生成された画像をユーザの 左目および右目に届けるように構成され、テンプルピースは眼鏡のようにユーザ の頭部の両側で後向きに突出する。ストラップは装置を所望の場所に保持するの に役立つように用いられ得る。ヘッドホンのようなラウドスピーカは同時に起こ る映像および音声をユーザに与えるためにユーザの耳の近くで位置決め可能であ る。ある実施例では、適切に位置決めし、かつ重量を支えるのにさらに役立つよ うにプレースがユーザの額に接触するように用いられる。この構成は、装置とユ ーザの目との間に十分な空間を残して普通の眼鏡を収容することが望ましい場合 に特に役立つ。好ましくは、頭部装着可能な装置に装着されるようなさまざまな 制御装置が利用可能である。これらには、たとえば、音声および映像のミュート のようなミュートボタン、ボリューム制御装置、画像選択器等が含まれ得る。好 ましくは、テンプルピースは、かさばらない保管または携 帯される構成を達成するために、典型的な眼鏡を折り畳むのと同様に折り畳まれ 得る。 ある実施例では、ディスプレイ装置はさらなるコンポーネントを好ましくはス ナップで留めて加えることによって変更可能である。たとえば、シースルーのデ ィスプレイを没入ディスプレイに変換するためにライトシールドがスナップで留 められ得る。頭部位置トラッカコンポーネントが、ユーザの頭の配向、動き、お よび／または場所についての指示をたとえばコンピュータおよび／またはビデオ ゲーム装置に与えるためにスナップで留められ得る。 ある実施例では、特に画像の端縁近くでバックライトで照らされたＬＣＤディ スプレイによって生成された画像から生じ得るような画像コントラストの損失を 減少するかまたは除去するように光学素子が構成される。ある実施例では、高密 度のカラーディスプレイが、カラーシャッタに結合された白または単色のディス プレイという組合せによって設けられる。ある実施例では、シャッタは画像生成 器のスクリーンまたは出力面から間隔をあけて配置され、実質的にユーザの目の すぐ前に位置決めされ得る。別の実施例では、画像生成器の出力面か、または、 画像生成器の出力面に隣接した、像面湾曲補正レンズのような光学素子かに隣接 してシャッタが配置される。 ある実施例に従って、シュラウドが装置のさまざまなコンポーネントを適切に 遮蔽、保持および整列する。シュラ ウドは、迷光を塞ぐだけではなくたとえば折返しミラーおよび／またはコンバイ ナを保持するように構成できる。ある実施例では、２つ以上のマスクが画像生成 器に設けられて、画像の所望の部分をマスクせずに不要な光源角の除去を達成す る。好ましくは、このようなマスクは、ＬＣＤまたは他の画像生成器、光源、レ ンズ等のような他の素子を保持するようにも機能できる単一のピースとして与え られる。このようなホルダの位置における調節に備えることによって、装置が両 眼態様で用いられる場合に左の画像生成器と右の画像生成器との間の位置格差、 特に垂直位置格差を補正することができる。 この発明のある実施例に従って、トラッキング装置は、ユーザに適宜トラッキ ング装置を取付けおよび取外しさせるように構成される。ある実施例では、ヘッ ドトラッカはフックおよびループの型の結合のような簡単な結合によって頭部装 着ディスプレイに機械的に結合できる。好ましくは、典型的に頭部の前部の近く に装着される映像電子装置および光学素子に対して部分的な釣合いおもりとして 作用するように、ヘッドトラッカは頭部の後部に配置され得る。ある実施例では 、単一のケーブルがホストコンピュータとトラッカ／ＨＭＤとの間の通信をもた らすようにヘッドトラッカが通し配線または回路を含むが、トラッカが取外され ると、単一のケーブルがトラッカから抜かれ、コンピュータとＨＭＤとの間の通 信をもたらすためにコンピュータ に結合され得る。好ましくは、コンピュータとの通信は直列ポート、映像ポート 、および／または音声ポートのような通常利用可能なポートを介して達成され、 カードまたは他のハードウェア装置をホストコンピュータに据えつけることは必 要ではない。 好ましくは、ポーリングまたはストリーミング態様での、ハードウェアでフィ ルタ処理されるフォーマット、ハードウェアおよびソフトウェアでフィルタ処理 されるフォーマット、オイラーフォーマット、およびマウスシミュレーションフ ォーマットを含む多様なユーザ選択可能なフォーマットでデータがトラッカから 出力される。 磁気センサ、慣性センサおよび機械的センサを含む多数のセンサ技術が頭部の 動きまたは位置を感知するために用いられ得る。ある実施例では、ヨー感知のた めのレートジャイロとピッチおよび／またはロールをそれぞれ感知するための２ つの加速度計とを用いることなどによって、慣性センサがヨー感知およびピッチ ／ロール感知の両方のために用いられる。他の実施例は、ヨーを検出するための レートジャイロとピッチおよび／またはロールを検出するための１つ以上の重量 測定センサとを用いることを含み、ヨーを検出するための磁気センサとピッチお よび／またはロールを検出するための（１つ以上の加速度計のような）慣性セン サとを用いることを含む。別の実施例では、磁気抵抗器がヨー感知のために用い られ、重量測定センサがピッチ およびロールの感知のために用いられる。ある特定的な実施例では、各対が３つ のホイートストンブリッジのうちの１つの２つの脚を形成する、３対の直交して 装着された磁気抵抗センサがヨー検出をもたらす。好ましくは、３つの内の２つ の対の磁気抵抗器を正規化するために１つの正規化コイルを用いることなどによ って、３つよりも少ない正規化コイルが必要とされる。 図面の簡単な説明 図１は、この発明のある実施例に従う頭部装着ディスプレイの斜視図である。 図２は、図１の装置の正面図である。 図３は、図１の装置の背面図である。 図４は、図１の装置の右側立面図である。 図５は、図１の装置の左側立面図である。 図６は、図１の装置の平面図である。 図７は、一般に図６に対応する平面図であるが、テンプルピースを折り畳まれ た構成で示す。 図８は、図４に類似した平面図であるが、その内部コンポーネントを示すため に一部が切り取られた部分を有する。 図９は、この発明のある実施例に従う光学コンポーネントを示す概略側面図で ある。 図１０は、この発明のある実施例に従う光学シュラウドの斜視図である。 図１１は、図１０の光学シュラウドの正面図である。 図１２は、図１０の光学シュラウドの側面図である。 図１３Ａは、図１０の光学シュラウドの底面図である。 図１３Ｂは、図１０の光学シュラウド、折返しミラー、コンバイナおよび像面 湾曲補正レンズの部分分解斜視図である。 図１４Ａは、この発明のある実施例に従うマスクおよびホルダ装置の概略断面 図である。 図１４Ｂは、この発明のある実施例に従うマスクおよびホルダ装置の分解斜視 図である。 図１５は、さらなるコンポーネントの取付けを示す、図１の装置の斜視図であ る。 図１６は、この発明の実施例に従うテンプルピースおよびイヤホンの分解斜視 図である。 図１７Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、この発明のある実施例に従う頭部装着ディスプレイ およびヘッドトラッカの斜視図、背面図、側面図および平面図である。 図１８は、この発明の実施例に従うＨＭＤの前部部分の分解斜視図である。 図１９は、この発明の実施例に従うＨＭＤ額ブレースおよび上部ハウジングの 分解斜視図である。 図２０は、この発明の実施例に従うストラップ引張装置の斜視図である。 図２１は、この発明の実施例に従う電気コンポーネントのブロック図である。 図２２は、ＶＣＲに結合されたＨＭＤのブロック図である。 図２３は、ドリフト補償プロセスの例を示すフローチャートである。 図２４は、この発明の実施例に従うストラップ引張装置の分解斜視図である。 図２５Ａは、トラッカを含んだ画像生成およびディスプレイシステムのブロッ ク図である。 図２５Ｂは、ＨＭＤを含むディスプレイシステムのブロック図である。 図２５Ｃは、ＨＭＤおよびトラッカを含むディスプレイシステムのブロック図 である。 図２６は、この発明のある実施例に従う磁気トラッカシステムのブロック図で ある。 図２７は、この発明の実施例に従う磁気トラッカシステムの概略ブロック図で ある。 図２８は、ＰＣおよび周辺装置に接続されたＰＣインタフェース装置のブロッ ク図である。 図２９は、この発明の実施例に従う慣性トラッカの概略／ブロック図である。 図３０Ａ−３０Ｆは、６回の位置を示すユーザの頭部の概略平面図である。 図３１Ａ−３１Ｆは、図３０Ａ−３０Ｆによって表された回に対応する基準方 向に対する、トラッカによって示さ れる方向の関係を概略的に示す。 図３２は、図３０Ａ−３０Ｆに示された回に対応する期間における、実線で示 された頭部位置の角変位と、ダッシュードット線で示されたトラッカ指示変位と のグラフである。 好ましい実施例の詳細な説明 図１に示されるように、この発明のある実施例は、ビジュアルディスプレイに 用いられる電子装置または光学素子のうちのいくらかまたはすべてを好ましくは 含む主要コンポーネント１２と左および右のテンプルピース１４ａ、１４ｂとを 備える。テンプルピースは、映像出力をユーザの目に届けるのに所望の位置に主 要部分１２を補助し、かつ保持するために用いられ得る。ストラップ１６はユー ザの頭部１８に対して装置を所望の位置に保持するのをさらに補うために設けら れ得る。額ブレース２２は主要部分１２を適切に位置決めするのをさらに補うた めに設けられ得る。額ブレース２２は装置の重量のうちのいくらかをユーザの額 に伝えるのに役立つ。これは、いくつかの装置で用いられ得るようなテンプル１ ４ａ、１４ｂ、ヘッドストラップ１６および／またはノーズブリッジピースのよ うな、他のコンポーネントを介して実質的に全重量が伝えられるよりも快適な構 成を与え得る。図４および図５でわかるように、額ブレース２２は装置の主要部 分１２からある距離２４だけ後に延びる。結果として、ユーザの目の位置２８と ユー ザの目の前にある装置の部分３２との間に好ましくはユーザの眼鏡を収容するの に十分なある量の空間２６または「アイレリーフ」、たとえば約１インチ以上（ ある実施例では約２８ｍｎ）がある。図１に示される実施例では、額ブレース２ ２は上向きに延び、かつ傾斜したブラケット部分と額接触部分とを含む。ある実 施例では、額接触部分はたとえば軸１９０２（図１９）を中心として旋回可能で あるように結合される。所望であれば、接触プレート１９０４がたとえば使用中 において額ブレースの不適切な位置決めを防ぐために所望の旋回位置に付勢され てもよい。ばね、弾性バンドまたはロープ、空気または液圧装置、リビングヒン ジ等を含む多数の装置がこのような付勢する力を与えるために用いられ得る。示 される実施例では、弾性ショックコード１９２２が開口部１９２４ａ、１９２４ ｂ、１９２４ｃ、１９２４ｄを通らされ、孔１９２６ａ、１９２６ｂを通って留 められる。示される実施例では、プレート１９０４の内面１９０６が、フックお よびループ材料（たとえばVelcro（登録商標））、接着材料のような中間接続材 料１９０７を介するか、または、スナップ、スポット溶接、周辺クリンピング等 によってプレート１９０４に結合され得るパッド１９０８で覆われる。プレート １９０６は（ブラケット１９１４上のピボットピン１９１２ａ、１９１２ｂと係 合する）レセプタクル１９１０ａ、１９１０ｂを含む。プレート１９０６から取 り除き可能な間隔装置１９０ ８を設けると、ユーザの顔の前でＨＭＤが位置決めされる距離を調節し、そうし てたとえば子供に合うようにアイレリーフ２６の量を調節するようさまざまな厚 さのパッドをユーザが据え付け可能になる。 ディスプレイ装置への通信またはデータ伝達を確立するために接続がもたらさ れ、示される実施例では、ディスプレイ装置は、左のテンプルピース１４ｂの下 側に沿って装着され、コネクタ３６で集結するケーブル３４を含む。典型的に、 コネクタ３６は、コンピュータか、ビデオカセットレコーダ（ＶＣＲ）か、（ポ ータブルビデオディスクプレイヤを含む）ビデオディスク（レーザディスク）プ レイヤか、ブロードキャストテレビジョン受信機か、テレビジョンケーブルまた は光ファイバソースか、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）ゲームまたはたとえば Nintendo（商標）、Sega（商標）、Atari（商標）、3DO（商標）、CD-i（商標） などから入手可能な非ＰＣゲーム装置のようなゲーム装置か、またはビデオ電話 サービスのような映像／音声ソース３８（図１７）に（直接的か、または、接続 箱またはインタフェースを介して）データ伝達または他の通信をもたらすケーブ ルに接続される。好ましくは、ケーブル３４は装置に電力を届けるためにも用い られる。他の実施例では、光ファイバケーブルを用いるか、または赤外線または 電波通信のような無線通信を用いることなどによって、（たとえばプラグ型のコ ネクタを用いずに）永続的に取付 けられたケーブルを介するかまたはワイヤケーブルを用いずにデータ伝達が行な われ得る。ある実施例では、ＨＭＤは、特定の型の映像フォーマットか、または 、ＮＴＳＧ信号のような信号をケーブル３４にわたって受入れるように構成され る。映像信号のためのＮＴＳＧフォーマットはビデオカセットレコーダおよび多 くのビデオゲームからの出力のために米国において通常用いられているフォーマ ットである。ほとんどのパーソナルコンピュータはＶＧＡ（ビデオグラフィック アレイ）映像出力フォーマットを用いて映像信号を出力する。したがって、ある 実施例では、パーソナルコンピュータによって映像出力を表示することが望まし い場合にはインタフェース装置５０６（図５Ａおよび図１５）がＶＧＡ信号をＮ ＴＳＧ信号に変換するために用いられる。図１５に示されるように、パーソナル コンピュータ５１０からの出力は第１のケーブル５１１によって、この技術にお いて周知の態様でＶＧＡ信号をＮＴＳＧ信号に変換するインタフェース装置５０ ６に運ばれる。ＮＴＳＧ信号は次にインタフェース装置５０６からケーブル３４ によって（または、ヘッドトラッカ装置１００を介してケーブル１３４によって 、次にケーブル３４を介して）ＨＭＤ１０２の光学素子および電子装置に進む。 ある実施例では、ユーザに制御装置を与えることが役立つ。示される実施例で は、頭部装着ユニットに装着されない（遠隔制御ユニットまたは制御卓のような ）制御装置を 与えることが可能であるが、少なくともいくつかの制御装置が頭部装着ユニット 上にある。示される実施例では、第１のボタン４２がたとえばミュート機能を与 えるために用いられ得る。好ましくは、このボタンが活性化すると、映像ミュー トおよび音声ミュートをもたらすために、目下出力されている映像画像の表示が 停止され、（あるならば）ヘッドホン５２に与えられている音声が止められる。 しかしながら、映像だけをミュートする制御装置かまたは映像だけをミュートす る制御装置を設けることも可能である。好ましくは、ＨＭＤへの電力をターンオ フするか、またはデータの流れを中断することを必要とせずにユーザが少なくと も映像を容易にターンオフできるようにミュート制御装置は構成される（ただし 、ある実施例では、中断コマンドまたは他の信号を直列ポートを介してＰＣに送 ることなどによってデータの流れを同時に止めるようにミュートボタンは構成で きる）。ある実施例では、ミュート制御装置はＬＣＤバックライト、ＬＣＤおよ び／または音声機能のための電力をターンオフする。好ましくは、現行の制御設 定、たとえばモノスコープ／３−Ｄ、ボリューム、コントラストがさらに維持さ れ、たとえば制御装置をリセットする必要なしでユーザが再び見る状態に素早く 戻れるようにする。 示される実施例では、ロッカスイッチ４４が、音声のボリュームのような、あ る範囲にわたって変化するパラメー タを制御するために用いられ得る。このように制御できる他のアイテムは映像画 像の明度、色相またはコントラストと、チャネル選択のような映像および／また は音声ソースの選択と、画像の明るさと、音声トーン（すなわち、トレブル／バ ス制御）などとを含む。摺動スイッチ４６がたとえば、左、右または非相対的フ レーム相を選択する別個の選択肢間の選択、立体的光景と非立体的光景との間の 選択などのために用いられ得る。ある実施例では、標準的（非３Ｄ）ディスプレ イ、すなわち、右の目が最初に符号化される（３Ｄ１）視野連続的３次元ディス プレイ（３−Ｄ）のために符号化される映像か、または、左の目が最初に符号化 （３Ｄ２）される視野連続的３−Ｄに対して符号化される映像かのディスプレイ の間で摺動スイッチ４６が切換えできる。１つ以上の可視ディスプレイが設けら れ得る。示される実施例では、ＬＥＤ「パワーオン」インジケータが設けられる 。ある実施例では、インジケータライト４８が、スイッチ４６が標準的な設定に あるときに第１の色を表示し、スイッチ４６が２つの３Ｄ（立体的に見える）設 定にあるときに第２の色を表示することなどによって、摺動スイッチ４６の設定 に関する情報を与えることもできる。所望であれば、照らされた光、言葉または アイコンのような形状で表示された画像とともに、またはそれに重ねられたたと えばステータス（３Ｄまたは単眼、バッテリロー、ミュートオンなど）の視覚的 な指示をユーザの目に表示す るように電子装置が構成できる。他の制御装置および／またはインジケータもま た用いられることができ、図１の頭部装着装置のさまざまな面に装着できる。所 望であれば、手に持つ装置、および／または、たとえばベルトの穴に付けられ、 赤外線、電波または他の無線通信、ケーブルなどを介してＨＭＤに通信されるよ うな装置などのような他の装置上に制御装置が装着できる。 示される実施例では、イヤホン型のラウドスピーカ５２ａ、５２ｂのような音 声装置が設けられる。他の音声装置は耳に掛けられる「イヤーバド」装置として 用いられる得る。左および右のラウドスピーカ５２ａ、５２ｂは好ましくは、た とえば、各テンプル１４ａ、１４ｂの装着スロット５６ａ、５６ｂにおいて横に 調節できる旋回可能なアーム５４ａ、５４ｂによってテンプルピース１４ａ、１ ４ｂの端部に移動可能に取付けられる。スピーカ５２ａ、５２ｂが摩擦によって 適所に保持できるか、または、移動止めタイトナ５８ａ、５８ｂがスピーカ５２ ａ、５２ｂを所望の位置にしっかり締めるために用いられ得る。ケーブル６２ａ 、６２ｂは所望の信号をラウドスピーカ５２ａ、５２ｂに与えるために用いられ る。 図１６は、調節可能なイヤホンを与えるための別の実施例を示す。図１６の実 施例では、テンプルピース１６１４が、間に中空の構造を形成するためにリベッ トまたはピン１６０２ａ、１６０２ｂによって結合された外部部材１６ １４ａおよび内部部材１６１４ｂを含む。ある実施例では、たとえば、イヤホン か、またはヘッドトラッカのような他のコンポーネントへ、かつ、そこから信号 を与えるためのケーブル、光ファイバまたは他の通信ラインを収容するために中 空構造が用いられ得る。この場合、ケーブルは好ましくはテンプルの折り畳み（ 図７）に対処するように十分な弛みを有する。示される実施例では、調節可能な アーム１６５４ａがテンプルピース１６１４をイヤホン１６５２に接続する。示 される実施例では、イヤホン１６５２は外部カバー１６５２ａ、第１のスペーサ １６５２ｂ、トランスデューサまたはスピーカ１６５２ｃ、第２のスペーサ１６ ５２ｄおよび外部カバー１６５２ｅからなる。内部コンポーネント１６５２ｂ、 １６５２ｃ、１６５２ｄは、クリップ、ラッチ、接着剤、超音波溶接などによっ て適所に保持され得る内部カバー１６５２ａと外部カバー１６５２ｅとの間に挟 まれることによって適所に保持される。示される実施例では、アーム１６５４は 、外部カバー１６５２ａ上にリブを係合するためのクリップ１６０４を下端に含 み、アーム１６５４をテンプルピース１６１４に回転可能かつ摺動可能な態様で 結合するコネクタを収容するための孔１６０４ｂを上端に含む。示される実施例 では、テンプルピース１６１４へのアーム１６５４の結合はボタン１６０６ａ、 ばね１６０６ｂ、プレート１６０６ｃ、座金１６０６ｄおよびピン１６０６ｅに よる。組立てられると、ばね１ ６０６ｂは通常、外部テンプルピース１６４０ａに形成されたスロット１６０８ ｂの移動止めまたは歯のついた端縁１６０８ａに対してプレート１６０６ｃを押 しつけた状態で維持する。歯１６０８ａと隣接し、所望であれば歯１６０８ａと 噛み合うようにうねを付けられ得るプレート１６０６ｃの表面はスロット１６０ ８ｂ内でプレート１６０６ｃとしたがって取付けられたアーム１６５４とが摺動 するのを防ぐように作用する。ばね１６０６ｂはさらに、プレート１６０６ｃ内 の座金１６０６ｄの摩擦相互作用などによって、結合軸１６０６ｆを中心とする アーム１６５４の回転を通常防ぐ。ユーザがイヤホン１６５２の位置を調節する ことを望むとき、プレート１６０６ｃに対する座金１６０６ｄの圧力を減少させ 、かつ歯１６０８ａに対してプレート１６０６ｃの圧力を減少させるボタン１６ ０６ａをユーザは押す。このように圧力が減少すると、ユーザはスロット１６０ ８内でコネクタアセンブリとしたがってアーム１６５４とを摺動でき、また軸１ ６０６ｆに対してアーム１６５４を回転できる。軸１６０６ｆを中心とする回転 はイヤホン１６５２とテンプル１６１４との間の垂直距離（および水平位置）を 調節し、スロット１６０８ｂに沿う摺動はイヤホン１６５２の水平または横の位 置を調節する。 図１のある実施例では、ヘッドストラップ１６が左および右のストラップピボ ット、ループまたはＤリング１７ａ、１７ｂ（図１）を介してテンプル１４ａ， １４ｂに結合さ れる。バックルのような長さおよび／またはきつさ調節機構がストラップ上に設 けられ得る。 好ましくは、テンプル１４ａ、１４ｂは左および右のヒンジ６４ａ、６４ｂを 用いて主要部分１２に接続される。ヒンジ６４ａ、６４ｂはテンプルピース１４ ａ、１４ｂを方向６６ａ、６６ｂへと内側に折り曲げさせて、図７に示されるか さばらない構成を与える。かさばらない構成は部分的には、映像装置の製造に関 連した電子装置の多くまたはすべてを（以下に十分に説明されるように）主要部 分１２に配置することによって達成される。ある実施例では、テンプルピース１ ４ａ、１４ｂには光学または映像素子または電子装置がほとんどないか全くない （ただし、いくつかの実施例ではこれらはたとえばケーブルおよびコネクタを含 み得る）。結果として、テンプル１４ａ、１４ｂは図７に示されるように主要部 分１２に対してほぼ平坦に折り畳まれることができ、額ブレース２２の下に存在 する。このようなかさばらない構成のために、発送、保管、輸送などが容易にな る。ある実施例では、画像を生成するのに用いられる電子装置７２の実質的にす べてが図８に示されるように装置の主要部分１２の上部部分に含まれる。この目 的のために用いられる電子装置は、ビデオレコーダのアイピースに映像画像を生 成するのに用いられる電子装置のような、映像画像を生成するための技術におい て一般に周知であるものであり得、たとえば、電源、（たとえば、到着 したデータが画像生成器の適切な位置に送られることを確かにするための）タイ ミング回路、バッファメモリまたは他のメモリ装置、および／または画像処理回 路を含み得る。図２１は、たとえば回路板１８０６（図１８）上にあり得るよう な、この発明と接続して用いるための電気コンポーネントと、ＨＭＤのさまざま なコンポーネントへの接続とをブロック図の態様で示す。示される実施例では、 ＮＴＳＣフォーマットであってもよい映像信号がたとえばケーブル３４によって この技術においては周知の型のＮＴＳＣ復号器２１０２に入力される。ＮＴＳＣ 復号器２１０２は赤緑青（ＲＧＢ）信号２１０４のような画像データを第１およ び第２のＬＣＤ７２に与える。ＬＣＤ７２によるデータの通常の表示はこの技術 において周知の型のＬＣＤタイミング発生器２１０８から与えられるタイミング 信号２１０６を用いて制御され、ＬＣＤタイミング発生器２１０８は、ＮＴＳＣ 復号器２１０２、および／またはＮＴＳＣ復号器２１０２に結合され得るプログ ラマブル論理装置２１１０からフレーム同期情報のようなタイミング情報を受け る。たとえば３次元ディスプレイのための特殊タイミング信号２１１２はプログ ラマブル論理装置２１１０から直接ＬＣＤ７２に与えられ得る。プログラマブル 論理装置２１１０は電力スイッチ、ミュートスイッチ、ボリュームスイッチ、映 像モードスイッチ等２１１４のようなスイッチから入力を受ける。プログラマブ ル論理装置２１１０は、たとえば 映像ミュート、フィールド順次または他の目的のためにタイミングおよび／また は制御信号２１１６をバックライト装置２２８に与える。プログラマブル論理装 置２１１０は、たとえばケーブル３４によって音声信号を受け、かつ増幅された 信号をケーブル６２によってヘッドホン５２に出力する第１および第２の音声増 幅器２１１０にボリューム制御信号２１１８を与える。ケーブル３４で受け取ら れる得る電力は、電源２１２６によって、デジタル電子装置１２４、および／ま たはバックライトＬＣＤ２１２４ｂなどのようなコンポーネントに供給するのに 所望の電圧に安定化および／または変換される。 映像信号を構成する電気信号は画像生成器７４によって、単一の映像または一 連の映像、たとえばシミュレート運動に変換される。画像生成器２は、陰極線管 （ＣＲＴ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、 電界放出装置（ＦＥＤ）、およびレーザダイオードアレイのようなレーザ装置を 含むどのような複数個のカラーまたは単色の画像装置であってもよい。 この目的のために用いられ得るＬＣＤの一例は、たとえばセイコー・エプソン 社（SeiKo Epson Corporation）から入手可能なModel ＦＯ７ＫＭ２００のカム コーダのファインダに通常よく用いられる型の０．７”対角ＬＣＤである。日立 （Hitachi，Inc．）から入手可能な１インチ対角ＬＣＤのような他の大きさおよ び型のＬＣＤも用いられ得 る。好ましくは、ＬＣＤ装置は、白熱照明具、蛍光照明具、エレクトロルミネセ ンスおよび周囲照明具のような多数のバックライト装置のいずれを用いてもバッ クライトで照らされる能力を含む。 画像生成器７４が一旦光学画像を生成すると、画像生成器からの光がさまざま な光学素子によって構成されて、ユーザの目の位置２８に所望の画像を届ける。 多数の異なった光学構成がこの目的のために用いられることができ、それは、そ れぞれ本明細書に引用により援用される、１９９２年２月７日に出願された米国 特許第５，３０３，０８５号の分割出願である、１９９３年１１月１２日に出願 されたＵＳＳＮ ０８／１５０，９９６「光学的に補正されたヘルメット装着デ ィスプレイ」（“Optically Corrected Helmet Mounted Display）、または、引 用により援用されるＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ９４／０９８２０号「パーソナル ビジュアルディスプレイ」（“Personal Visual Display”）を含む。図８に示 される実施例では、光学装置は、画像生成器７４と、焦点の実質的に平坦な視野 をユーザに与えるための平凹または凹凸レンズ７６のような視野補正装置と、画 像生成器からの画像の少なくとも一部をコンバイナ８２の方に反射するための折 返しミラー７８とを含む。コンバイナ８２は折返しミラー７８から受けた画像の 少なくとも一部を折返しミラー７８を介してユーザの目の位置に反射し、好まし くは（たとえば、その実質的に球状の表 面から反射することによって）画像を拡大し、コンバイナが少なくとも部分的に 透明である実施例では、画像光を環境からの光と組合せて、同時に起こる、環境 の光景と生成された画像とをユーザに与える。好ましくは、コンバイナは画像光 のための主要な拡大素子となる。光学素子は、画像の二次元的な拡大をもたらす ならば「倍率化」素子と称される。このアイテムは便宜上「コンバイナ」と称さ れるが、ある実施例ではコンバイナは以下にさらに説明されるように画像光を環 境光と組合せずに用いられ得る。 示される実施例では、画像生成器２は実質的にミラー１の上方に装着される（ 目の位置５とコンバイナ４との間の軸が実質的に水平であるように装置が配向さ れるとき垂直に上方であることを意味する）。この構成を参照して、画像光は画 像生成器２から折返しミラー１の方へ下向きに移動する。画像光は折返しミラー １によってユーザの目５から離れた実質的に水平の方向へと少なくとも部分的に 反射され、コンバイナ４の方へ向かう。コンバイナ４では、画像光が少なくとも 部分的にミラー１の方へ逆反射される。ユーザが画像または環境光を同時に見る 実施例では、環境からの光は実質的に透明なコンバイナ４を通過し、コンバイナ ４から反射された画像光とともに移動して組合された光を生じる。ユーザが環境 を見ることができずに生成された画像だけを見る実施例（「没入装置」と称され る）では、コンバイナは実質的に十分に反射性があり、実質的に非透 過性であり得る。画像光および／または組合された光は折返しミラーを介してユ ーザの目５の方へ少なくとも部分的に透過される。取巻く環境から観察者の目に わたる光があるならば、その量はコンバイナの表面上にあるコーティングと折返 しミラーとによって少なくとも部分的に制御できる。 ある実施例では、画像は約３０°の（目の各々に対する）視野と、約１１フィ ート（約４ｍ）の固定された焦点と、ＬＣＤパネル１枚当り約１８０，０００個 のピクセルという解像度とを有するようにユーザには見える。 多くの応用では、ユーザにカラー画像の印象を与えることが望ましい。フルカ ラーの画像は、赤、緑および青の成分のような別個のカラー成分を表示すること によって達成できる。カラー映像画像を与えるための最新技術は、さまざまな成 分の色が空間または時間において互いからずれるように配列される。たとえば、 典型的なテレビジョンスクリーンでは、所与の画像ピクセルに対する赤、緑およ び青の位置が空間においてずらされたピクセルの３つ組を形成する。すなわち、 これは同じ位置ではなく互いに隣接して存在する。これは、ピクセル密度が他の 方法よりもおそらく高くない結果として、必然的にピクセル３つ組の平均的な大 きさを高める。 別のアプローチは、所与のピクセルに対する赤、緑および青の色をみな同じ位 置で異なった時間に与えるように成 分の色を時間においてずらすアプローチである。このように、着色された画像を １秒当り６０フレームの割合で与えることが望ましい構成では、各フレームは３ つのサブフレームに分割され、各色に対する１つでは、たとえば赤のフレーム、 緑のフレーム、青のフレーム、赤のフレームなどと繰返すパターンで１秒当り約 １８０回の割合でサブフレームが表わされるようにされる。 時間においてずらされるカラー画像を達成する１つの方法はカラーシャッタを 用いることによってである。カラーシャッタは、全画像区域わたってカラーシャ ッタを与え、３つの画像色（赤、青、緑）の間でたとえば１秒当り１８０回急速 に切換えできる電気的に駆動される装置である。カラーシャッタの１つの型はテ クトロニクスＥＸ１００ＨＤ１インチカラーディスプレイシステムに備えられる ものである。このようなカラーシャッタは単色（または、黒および白）映像画像 生成器のスクリーンの表面に直接装着できる。単色画像生成器は次に、所望の最 終的な画像のそれぞれの色成分における黒および白の画像をたとえば１秒当り１ ８０フレームで生じるように構成される。このように、第１の（赤）サブフレー ムを生じるために、黒および白の画像生成器が画像の第１のフレームの赤成分の 黒および白の画像を生じ、カラーシャッタが赤い光のみを透過するように構成さ れる。１／１８０秒後の次のサブフレームの間、単色の生成器は画像の青成分の 白黒画像を生成し、カラー シャッタは青い光のみを透過するように構成される。第３のサブフレームの間、 単色の画像生成器はフレームの緑成分の白黒画像を出力し、カラーシャッタは緑 の光のみを透過するように構成される。結果として生じる画像は十分に着色され ているようにユーザには見えるが、所与のピクセルに対する３つの色はちょうど 同じ位置にある。すなわち、ピクセルの色成分の位置は物理的に分離されていな い。 カラーシャッタのアプローチは高強度の色画像を与えるのに役立つが、軽量か つ高品質の頭部装着ディスプレイという状況においてはこれまでに与えられてい ない。典型的に、過去の光学構成は、遠隔的に装着されたＣＲＴからの画像をユ ーザの目に送るために、リレイレンズシステムと関連してたとえば単色のＣＲＴ を用いてきた。このことで典型的に重いシステムとなり、しばしば、ヘルメット 装着され、軍事用に主に適した型となった。 カラーシャッタをレンズ８６のもののような実質的に曲がった表面の上に満足 のいくように位置決めし、整列させることは難しいとわかっている。ほとんどの 場合、このような位置決めのために観察開口が非常に小さくなり、装置の使用を 困難かつ不快にすることがわかっている。したがって、この発明のある実施例は カラーシャッタを出力スクリーン上に直接位置決めするアプローチから離れ、代 わりに、図９に示される位置のように、光路にさらに遠くで沿う位置にカラーシ ャッタ８８を位置決めする。図９に示さ れるように、カラーシャッタ８８は折返しミラー７８とユーザの目の位置２８と の間に置かれ得る。これは曲がった表面８６にシャッタを配置する困難さを避け 、（フィルタがおそらくは光を二度フィルタ処理するように）光路が２つ以上の 方向に延びる、折返しミラー７８とコンバイナ８２との間の領域のような領域に カラーシャッタを配置することを避ける。図９に示されるように、カラーシャッ タ８８がレンズ８６の下方に位置決めされるならば、折返しミラー７８とコンバ イナ８２との間の光を干渉するか二重フィルタ処理することを防ぐために装置の 高さ９２を増すことが必要であろう。装置の高さが増すと、観察開口の拡大また は縮小が減少する。 多くのアイテムがユーザに高品質の画像を届けるという点を損ない得ることが わかっている。画像が劣化し得るのは、画像生成器またはさまざまな光学素子が 、互いに対しておよび／またはユーザの目の位置に対して正確な位置に配置され ていないからである。画像が劣化し得るのは、迷光、すなわちユーザに届けられ るのが望ましい以外の光が画像および／または所望の環境光と組合され得るから である。高品質の維持とともに低コストおよび軽量という目標を達成するため、 この発明の実施例は、迷光を遮蔽し、かつ光学素子の正確な位置決めをもたらす という２つの機能のために用いられ得る光学シュラウドをもたらす。図１０に示 される実施例では、シュラウド１１２の頂部表面１１ ４は画像光が入るための開口部１１６を有する。頂部部分１１４の下方には左お よび右の側壁１２２ａ、１２２ｂとフロア部材１２４とによって規定されるチャ ンバ１１８がある。図１１および図１３に示されるように、サイド部材１２２ａ 、１２２ｂは好ましくはたとえば（ユーザの視界における真っ直ぐな軸１２８に 対して）約１０°から約３０°の間、好ましくは約１０°から約２５°の間、さ らに好ましくは約１５°の角１２４で外側に（すなわち、目の位置から離れた方 向に）張り出す。示される実施例では、シュラウドの頂部１１４は画像生成器の 出力と視界の真っ直ぐな軸との平面に実質的に平行な平面を規定する。示される 実施例では、フロア１２４は頂部平面１３１に対して約１０°から約２５°の間 、好ましくは約１０°から約２０°の間、さらに好ましくは約１２°である角１ ３２で下向きに張り出されている。フロアの前端縁の近くにある溝１３４ｃはコ ンバイナのそれに対応する湾曲で曲がっている。この溝はリセス１３４ａおよび １３４ｂと関連して、図１３Ｂに示されるようにコンバイナ８２が正確な位置に 配置されることを確実にするようにコンバイナを装着するために用いられる。位 置決めした後、コンバイナはたとえば接着剤、超音波溶接、インターロッキング タブおよびスロット、ラッチ、ガスケットなどによって適所に保持できる。側壁 １２２ａ、１２２ｂと側壁の内部を斜めに延びる線に沿って交差する想像上の平 面を規定するレッジ１３６、 １３７、１３９が、図１３Ｂに示されるように他の光学コンポーネントに対して 正確な位置で折返しミラー７８を装着するために用いられる。位置決めした後、 折返しミラーはたとえば接着剤、超音波溶接、インターロッキングタブおよびス ロット、ヒートステイキング、ラッチ、ガスケットなどによって適所に保持され 得る。頂部１１４、フロア１２４、側壁１２２ｂと、特にフロア１２４および外 部側壁とは通常よく画像劣化をもたらす型の迷光から光学素子を遮蔽するのに役 立つ。このような迷光の一例はユーザの鼻またはユーザの明るい色のシャツから 上方に跳ね上がり得る光であろう。シュラウドもまた、少なくともチャンバ１１ ８内に取囲まれた光学素子の表面上で塵、摩耗、掻き傷などから光学コンポーネ ントを守る。光学素子を保護するのを補うため、透明な塵カバー１４１がたとえ ば折返しミラー７８とユーザの目との間に位置決めされ得る。図１に示されるよ うに、ある実施例では、左および右のシュラウド１１２が左および右の目の前に 個々に位置決めされ、互いから間隔をあけられる。この構成は多くの利点をもた らすと考えられている。第１に、両目が単一のシュラウド構造によって覆われる 装置よりも、多くのユーザによって心地よい外観をもたらすと考えられる。さら に、２つの目の間の空間なしで両目にかけて、かつその前に延びる装置よりも小 さい質量または重量をもたらしながら、ユーザの鼻から反射し得る光のような迷 光を遮蔽するのにさらに役 立つと考えられる。加えて、別個のシュラウド１１２を与えると、両目にかけて 、かつその前に延びる単一のコンポーネントを有した装置よりもモジュール方式 であり、設計、維持、修理、および構成するのが容易である装置が生じると考え られる。さらに、左および右の目に対して別個のシュラウドを与えることで、典 型的には各々が湾曲の異なった中心を有して、（左および右の目に届けられ、お よび／または左および右の目によって観察される単一の画像を拡大するのとは異 なって）左および右の画像の（好ましくは垂直および水平の両方の）画像拡大を もたらす倍率化（または拡大される）反射板８２を各目に対して有する装置の位 置決めおよび組立が容易となる。 示される実施例では、上部表面１１４から突出するピン１５２ａ、１５２ｂ、 １５２ｃが、平凹レンズ７６のような（備えられるならば）像面湾曲補正装置を 、たとえばレンズ７６の対応する孔１５４ａ、１５４ｂ、１５４ｃと噛み合わす ことによって整列させるのを手伝う。レンズ７６はピン１５２ａ、１５２ｂ、１ ５２ｃの端部をヒートステイキングするかまたはヒートドーミングすることによ ってか、または接着剤、超音波溶接、クランプ、ラッチなどのような他の手段に よってシュラウド１２に取付けできる。タブ１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃはシ ュラウド１１２を頭部装着ディスプレイ装置の主要部分１２に整列および／また は取付けするために設けられる。 一体化されたシュラウドも設けられ得るが、ある実施例では、たとえば図１に 示されるように別個のシュラウド１１２が左および右の光学素子に対して設けら れる。示される実施例はさまざまな光学コンポーネントを整列および／または保 持するためのリセス１３４ａ、１３４ｂと、溝１３４ｃと、レッジ１３６、１３ ７、１３９と、ピン１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃとを示すが、タブ、うね、軌 道、レール、ばね台、ガスケット、ラッチなどのような、整列および／または保 持するための他の装置が用いられてもよい。シュラウド１１２はプラスチック、 金属、セラミック、繊維強化樹脂などを含む多数の成分から作られ得る。シュラ ウド１１２は、装置の他のアイテムに対して正確な位置で（コントラスト向上光 学素子のような）他の光学素子へのシュラウドの接続を容易にするために、孔、 スロット、または他の形状を含んでもよい。 別の整列問題は画像生成器によってもたらされる。もちろん、画像生成器は視 野補正レンズ８６、（設けられる場合は）折返しミラー７８などのような他の素 子に対して正確に位置決めされなければならない。ある画像生成装置、特にＬＣ ＤアレイはＬＣＤの画像区域の周辺に光が透過する結果として画像劣化を被る。 典型的に、ＬＣＤはバックライトで照らされており、多くのＬＣＤが長方形のマ スクをＬＣＤの端縁のまわりに用いて、観察者がＬＥＤの活性区域を取り巻く明 るい輪郭を見ることを防いできた。ＬＣ Ｄがある厚さ（典型的に約２．５ｍｍ）を有するので、たとえばバックライトか らの、典型的にはコリメートされない不所望な光がＬＣＤを介して、出力面にと っては通常ではない角度でＬＣＤに移動し、ＬＣＤの活性区域までしか延びてい なかった出力面上のマスクが望ましくない光を十分に覆わないであろう。図１４ Ａは、バックライト２０２、活性ＬＣＤ区域２０４、周辺ＬＣＤ回路２０６、お よびマスク２０８の断面図を示す。この構成でわかるように、ＬＣＤ２０４を介 して移動する光だけが矢印２１０によって示されるような通常の方向に移動する ならば、マスク２０８は十分に効果的であろう。しかしながら、ＬＣＤ２０４の 面にとって通常ではない方向でバックライト２０２から光が移動するので、いく らかの光２１２がＬＣＤ２０４を斜めに移動し、マスク２０８を飛ばす。この理 由のため、これまでの装置では、ＬＣＤの端縁のまわりの不所望な斜めの光を防 ぐために、マスク２０８が典型的に恐らくはＬＣＤの全活性区域（または実質的 に光を透過する区域）よりも小さい開口部２１４を典型的に設けられた。このこ とによってわかったのは、ＬＣＤ画像の端縁が恐らくマスクされるので、ＬＣＤ によって生成された画像のうちのある量が無駄になったということである。 したがって、この発明のある実施例は、ＬＥＤ７２の出力面に隣接した１つの マスク２２２（図１４Ｂ）と、ＬＣＤ位置２２６とバックライト２２８の位置と の間のもう１ つのマスク２２４という少なくとも２つのマスクを設けることを含む。好ましく は、第１のマスク２２２および第２のマスク２２４の両方が、ＬＣＤの活性区域 に実質的に等しく、かつ一致する開口部または窓２３２、２３４をそれぞれ有す る。 好ましくは、第１のマスク２２２は第２のマスク２２２、２２４および／また はＬＣＤ装置７２を適切に整列するための側壁２３７ａ、２３７ｂ、２３７ｃを 含むホルダ２３６と一体的に形成されて、マスクし、かつＬＣＤに対して適切に 位置決めかつ整合するための正確かつ安価な方法を与える。代わりに、マスク２ ２２、２２４を単一のマスク／ＬＣＤ−ホルダの一部として設けることが可能で ある。ある実施例では、マスク／ホルダは保持器を頭部装着ディスプレイ装置の 主要部分１２に装着するための孔２３８ａ、２３８ｂ、２３８ｃを含む。ホルダ ２３６が、画像ソース、バッグライト、レンズなどのようなアイテムを装着する ための（図示されないねじ孔、ボス、溝、レールなどのような）装置を含むこと も可能である。 ある実施例では、マスク／ホルダ２３６には装置の主要部分１２内にマスク／ ホルダを調節可能に装着するための手段が設けられる。この実施例では、調節可 能であることは２つの目の位置の間の画像格差を防ぐために役立つ。画像格差は 部分的に、ＬＣＤの活性領域が製造上の公差のために、装置端縁に対して各ＬＣ Ｄ装置の同じ位置に正確に 配置されていないかもしれないという事実から生じる。変化は典型的に水平およ び垂直方向に約±０．２５ｍｍ内である。水平および垂直の両方の格差の調節に 備えることは可能であるが、垂直の格差（すなわち、左および右の画像の対応す る部分が上下軸に沿って互いにずれているように観察者に見える格差）に対する ほど水平の格差（すなわち、左および右の画像の対応する部分が左右軸に沿って 互いにずれていると観察者に見える格差）に対して人間の視覚が敏感ではないこ とが示されている。したがって、示される実施例では、左および右の画像の垂直 の格差から生じ得る眼精疲労をたとえば取除くために、移動ねじ配置２４４ａの ような光学調節機構が２つの画像を垂直に整列するために設けられ得る。ねじ２ ２４ａを回転させることによってホルダ２３６に取付けられたトラベラ２４６が 垂直に上下に（すなわち、軸２４７に沿って）移動し、所望の垂直的な調節がこ のように達成される。垂直の格差を調節する他の方法には、ラックおよびピニオ ン調節ならびにシムの使用と、（他の歪みをもたらす代償に）コンバイナを傾け ることとが含まれる。同様の調節機構２４４ｂ、２４６ｂが一方の目のための画 像の焦点を他方に対して調節するために設けられ得る。 さまざまな型の調節をもたらすことが可能であるが、一般にエンドユーザによ って必要とされる調節の数を最小にすることが望ましい。これは特に、このよう な調節を行な うことはユーザにとって困難であり得、誤った調節が眼精疲労につながり、また はユーザの損傷または負傷さえ生じ得るためである。ある実施例では、実質的に 焦点調節の必要性がない。ある実施例では、（ユーザによる実質的な焦点調節の 必要なしで）固定した焦点長さをもたらすことが可能である。これは、ＨＭＤが （たとえば、相対的に大きなアイレリーフ２６のために）眼鏡の使用と両立可能 であるためである。ある実施例では、ひとみ間の距離をエンドユーザが調節する ための方策がない。屈折光学素子、特に、ユーザの目の前に位置決めされたレン ズに頼る装置はしばしばひとみ間の距離の調節を必要とする。これは、たとえば ユーザがレンズの中心ではなくレンズの端縁を通して眺めるように、屈折光学素 子がユーザのひとみと実質的に同軸方向ではないならばプリズム的または他の歪 みが生じ得るためである。この発明のある実施例では、光学素子は実質的に反射 光学素子であり、（典型的な屈折装置によってもたらされる射出ひとみと比較し て）相対的に大きなひとみをもたらす。結果として、（約５５ｍｍから約６０ｍ ｍの間、好ましくは約５０ｍｍから約７０ｍｍの間のような）広範囲にわたるひ とみ間距離がユーザによるひとみ間距離調節の必要なしに対処できる。エンドユ ーザが焦点またはひとみ間距離のような光学要素を調節する必要または機会を避 けることによって、誤った調節および眼精疲労の可能性が回避され、装置の設計 、維持、修理および製作の コストが低下される。 図１８は、ディスプレイ装置の光学部分の別の実施例を示す。この実施例では 、バイザハウジングが、下部ハウジング１８０２ｂと噛み合う上部ハウジング部 分１８０２ａからなる。下部ハウジング１８０２ｂは、光学シュラウド１８１２ が結合される開口部１８０４ａ、１８０４ｂを規定する。光学シュラウド１８１ ２は、不所望な迷光を遮蔽し、折返しミラー１８７８ａ、１８７８ｂと、反射板 １８８２ａ、１８８２ｂと、塵カバー１８０４ａ、１８０４ｂとのようなさまざ まな要素を位置決めするように作用する。 マスク／ホルダ装置１８３６ａ、１８３６ｂは開口部１８０４ａ、１８０４ｂ に位置決めされ、たとえばリボンケーブル１８７３ａを介して回路板１８０６ま たは他の電子装置に結合されるＬＣＤまたは他の画像生成器１８７２ａ、１８７ ２ｂを受ける。第２のマスク１８２４ａ、１８２４ｂは画像生成器１８７３ａ、 １８７３ｂの上方に位置決めされ、さまざまなコンポーネントがたとえばリベッ ト１８１１ａ−ｆを用いて板はね１８０８ａ、１８０８ｂとキャップ１８１０ａ 、１８１０ｂとによって適切な位置合わせおよび間隔で保持される。バックライ ト装置１８２８ａ、１８２８ｂは通常使用の構成で画像生成器の上方に位置決め される。 図１８に示されるように、親指摺動器１８１４が、たとえば標準または３Ｄの 観察モードを選択するために回路板 １８０６上に装着された摺動スイッチ１８４６と係合する。ピンまたはリベット １８１６ａ、１８１６ｂ、１８１６ｃ、１８１６ｄが、たとえばブッシングまた はスペーサ１８１８ａ、１８１８ｂ、１８１８ｃ、１８１８ｄを介して光学シュ ラウド１８１２ａ、１８１２ｂを下部プレート１８０２ｂに結合するために用い られ得る。 頭部装着ディスプレイを利用する場合、ユーザに、環境と生成される画像との 光景を同時に与えることが望ましい場合ある。環境を除いて画像のみの光景を与 えることが好ましい使用の場合もある。上で注目されるように、１つの実施例で は、環境の光景はコンバイナを用いて画像光を環境からの光と結合させることに よって与えられ得る。完全に反射性の、実質的に球形である鏡を設けて、画像の みのまたは「没入」デバイスを設けることも可能である。しかしながら、好まし くは、装置はユーザによって所望されるとおりのいずれのタイプの画像をも与え るように用いられ得る。環境の光景を得るというオプションをユーザに残してお くことは、ユーザがその装置を装着した状態で適切かつ安全に移動するために、 および／または運動酔いのような感覚を回避するためにそのような光景を必要と するかもしれないため、特に有用であると思われる。図１５に示される実施例で は、シールド３０２はコンバイナ８２の外部領域上にスナップし得るよう構成さ れ、したがって環境光景デバイス（「シースルー」、「透過性」または「ヘッド アップ」とも呼ばれる）を没入光景デバイスに変換する。１つの実施例ては、シ ールド３０２はユーザがシールド下で環境の部分的光景を見る（たとえば歩いて いるときに足元を見る）ために下を見るのをさらに可能にする。このシールドは 、スナップ３０４等の数多くの機構によって、またはタブおよびスロット装置、 ベルクロ（Velcro）（登録商標）の商標名で販売されるようなフックおよびルー プ装置、もしくは種々のラッチもしくはピボット（フリップアップシールド等） によって定位置に保持され得る。シールド３０２は、プラスチック、金属等を含 む多種類の材料から形成され得る。 機械的に加えられまたは取外され得るシールドを設けることに加えて、コンバ イナ８２を通過する光の透過性は、電子機械的に制御されるアイリス、フォトク ロミックに活性化されるコーティングもしくは電気的に活性化されるコーティン グ、またはＬＣＤ装置等の他の装置によってさらに制御され得る。 頭部装着ディスプレイの大半の使用では、ユーザの頭の位置、姿勢、ロケーシ ョンおよび／または動きに関する情報を集めることが所望される。この情報を用 いて、たとえばユーザに「仮想現実」またはシミュレーションされた環境を与え 、ユーザが種々の表示される画像を通して進路を決定し、シミュレーションされ た物体をさまざまな角度から観察する等の数多くの目的のために、ユーザの目に 生成 される画像を制御することができる。この目的のために、慣性トラッキング、電 磁気トラッキング、ホール効果トラッキング、磁気抵抗トラッキング、電解チル ト感知および磁束ゲートトラッキング等、多数のトラッキングデバイスが使用さ れ得る。この発明の一実施例に従うと、トラッキング装置はユーザが所望するよ うにそれを着脱することができるよう構成される。図１５に示される実施例では 、トラッキング装置３１２は、テンプル１４ａ、１４ｂの端と係合するよう構成 される可撓性のフック取付具３１４を用いるなどして、装置のテンプル１４ａ、 １４ｂのいずれにも取付けられ得る。使用され得る他の取付デバイスには、（Ve lcro（登録商標）の商標名で販売されるような）ラッチ、クランプ、ならびに／ またはフックおよびループ材料が含まれる。この目的に用いられ得る１つのトラ ッキング装置は、アセンション・テクノロジー・コープ（Ascension Technology Corp.）によってＴＨＥ ＢｉｒｄTMの商標名で販売される製品である。図示さ れる実施例では、トラッカ３１２は情報をたとえばコンピュータに伝送するため のそれ自身のケーブルを有する。ＨＭＤケーブルでトラッキング情報を送るよう 結合器および配線を設けて、関係する別個のケーブルの数を減らすことも可能で ある。スナップ・オンまたは他の態様で取外し可能に装着できるトラッカはそれ が所望されない場合にその容積および重量をなしで済ますというオプションをユ ーザに残すが、別の実施例 では１つ以上のトラッカが頭部装着表示装置に一体化して作られ得る。 図１７Ａ−Ｄに示されるようにヘッドトラッカ１００は頭部装着ディスプレイ １０２（ＨＭＤ）と関連して使用する場合にそれに結合されてもよい。ここに記 載されるＨＭＤに加えて、多数のＨＭＤをここに開示されるトラッカ装置と組合 せて用い得る。図１７Ａに示される実施例では、ヘッドトラッカ１００は、スト ラップ１０４ａ、１０４ｂによって頭部装着ディスプレイに物理的に結合され、 かつケーブル３４によって電子的に結合される。ストラップ１０４ａ、１０４ｂ は好ましくは、ＨＭＤのテンプルピース１０４ａ、１０４ｂのスロットを縫うよ うに通ってそのストラップをストラップ延長部１０５ａ、１０５ｂに（Velcro（ 登録商標）の商標名で販売されるようなフックおよびループコネクタを介するな どして）取付け、またはスナップ、バックル、ラッチ等を介するなどして、ＨＭ Ｄ１０２に取外し可能に接続される。ケーブル３４は、プラグ３６を抜いてスト ラップ１０４ａ、１０４ｂの接続を解くとトラッカ１００がＨＭＤ１０２から取 外され得るように、プラグ３６によって取外し可能なように結合される。ＨＭＤ １０２は、たとえば、トラッカ入力を使用および／またはサポートせず、ビデオ カセットレコーダ（ＶＣＲ）等の非対話式ソースからの映像を見るゲームソフト ウェアまたは他のソフトウェアと関連するような多数の適用例の場合に、 トラッカなしで用いられ得る。ＨＭＤ１０２がトラッカ１００なしで用いられる 場合、簡単なストラップ（図示せず）がユーザの頭１８上で位置を維持するのに 用いるためにテンプル１４ａ、１４ｂ間で延長し得、ＨＭＤは、ケーブル１３４ をＶＣＲ５０３等の画像ジェネレータに（好ましくはコネクタブロック５０５な らびに映像および左右音声ケーブル５０７ａ、５０７ｂ、５０７ｃ）を介して、 またはコンピュータに（好ましくはフリッカを低減し、および／または映像形式 をＶＧＡ（ビデオ・グラフィックス・アレイ）等のコンピュータ映像出力形式か ら、ＮＴＳＣまたはＰＡＬ等であってもよい、ＨＭＤが用いる形式に変換する等 のサービスを提供し得るＰＣアダプタボックスまたはインタフェース５０６を介 して）接続することによって、映像または画像ジェネレータに結合されてもよい 。コネクタブロック５０５は、電力オン／オフスイッチ５０５ａ、および／また は電力状態を示すため等の１つ以上のインジケータ光５０５ｂが設けられてもよ い。好ましくは、ＨＭＤ／トラッカをコンピュータまたはＶＣＲ等の画像ソース に結合するケーブル３４、１３４または他の通信リンクを用いて、（ユーザに表 示されるべき画像を生成し制御するための）いくつかのまたはすべての映像デー タ、（イヤホン５４ａ、５４ｂを介すなどしてユーザによって聞かれる音声を生 成するための、または音声情報をたとえばマイクロフォン１５０２からコンピュ ータに伝えるための）音声 データ、（ＨＭＤ／トラッカの動作、ＨＭＤ／トラッカにより出力される情報の 形式もしくは内容等を制御するための、またはＰＣ、ＶＣＲ、ビデオディスクプ レーヤ等の画像ソースの動作のアスペクトを制御するための）制御情報、（ヘッ ドトラッカ、アイトラッカ等からなどの）トラッカ情報、（ＲＯＭ等のオンボー ドメモリ装置に記憶され、プロセッサ等によって伝送されて、たとえば「プラグ ・アンド・プレー（plug-and-play）」態様におけるように、ＨＭＤ／トラッカ の設置または使用を容易にする等の）製品識別情報または構成情報、（たとえば ＰＣ５１０、ＶＣＲ５０３等から得られる、またはＡＣ壁部プラグ差込口（図示 せず）に直接プラグ接続されてもよいＡＣ−ＤＣ変換器５０１から得られる）Ｈ ＭＤ／トラッカに電力を与えるための電力、ポーリングおよび／または割込信号 の通信等を含む、多数の異なる項目のうちの任意のものまたはすべてを通信し得 る。 トラッカ１００をＨＭＤ１０２に加えることが所望される場合、トラッカはス トラップ１０４ａ、１０４ｂによって物理的に接続される。トラッカケーブル３ ０４はＨＭＤのソケットにプラグ接続される。次いでケーブル１３４はプラグ１ ３６を介して、ＰＣ５１４ａのシリアルポートにプラグ接続し、オプションとし てＰＣインタフェース５０６を介するなどして、映像ジェネレータに結合される 。ケーブル１３４を介して受信される映像信号（および、与え られる場合には、音声信号）はトラッカのエレクトロニクスを介して好ましくは 実質的に変更されない状態で送られて、その画像および／または音声情報がＨＭ Ｄ１０２に与えられる。トラッカ１００はケーブル１３４を介して受取られ（次 いでＨＭＤに与えられ）る電力を介して電力を与えられ、信号を受信して出力を ＰＣまたは他のトラッカデータ受信装置に好ましくは下により十分に記載される ようにＰＣインタフェースボックス５０６を介して与える。 ＨＭＤ１０２から容易に取外し可能なトラッカ１００を提供することによって 、ユーザはより大きな柔軟性を提供され、所望するならば、トラッカ情報を必要 としない適用例からの映画またはコンピュータ表示を見るのに使用する場合には 、ＨＭＤ１０２をトラッカ１００なしで、したがってそうでない場合よりも軽量 で、用い得る。容易に取外し可能なトラッカ１００を提供することにより、製造 業者または小売業者がユーザのための幅広い範囲のオプションを提供しながらも 在庫を維持しなければならないアイテムの数を最小限にすることが可能となる。 したがって、この構成を用いると、１つ以上の「映像のみの」製品または「トラ ッカを伴なうＨＭＤ」製品、および／または、所望される場合にはトラッカアッ プグレードを、わずか２つのタイプのパーツ（ＨＭＤおよびトラッカ）を在庫維 持しながら販売するということ等も可能である。一実施例において、トラッカの 所与のモデルは複数のモデルのＨＭＤのう ちの任意のものに取付けられ得る。 この発明のこの特徴は、磁気（ソースなしおよびありの両方）、光、慣性およ び重力センサを含む多数の異なるトラッカ技術を用い、好ましくは容易な減結合 を達成するためにその技術がＨＭＤとトラッカとの間における十分に簡単な結合 を提供することと互換性を有する状態で、達成され得る。下により十分に記載さ れる一実施例では、トラッカは３軸磁気感知システムおよび２軸重量測定感知シ ステムを組合せて、ピッチ、ロールおよびヨーに対する角度を計算する。ここに 用いるとおりでは、「ピッチ」は中心軸または面における頭の回転または旋回（ 頷く動き）を示し、「ロール」は横方向面における頭の回転（たとえば左耳を左 肩方向へ傾ける）を示し、「ヨー」は脊髄軸の周りでの回転（一般にはユーザが 直立している場合のコンパス方位に対応する）を示す。 一実施例において、トラッカハウジング１００は、ユーザの頭でストラップを 緩めまたは締めるため等のストラップ調節機構をさらに収容する。図２４に示さ れる実施例では、ノブ１４０２はホルダ１４０６とピン１４０８と座金１４１０ とによってピニオン１４０４に結合される。ピニオン１４０４は、ストラップ延 長部１４１６ａの下側ラック１４１４ａと、ストラップ延長部１４１６ｂの上側 ラック１４１４ｂとに係合する。ノプ１４０２が第１の方向１４１８ａに回転す ると、ストラップ延長部がガイドウェイ １４２４内でそれぞれの方向１４２０ａ、１４２０ｂに動いて、ユーザの頭の上 のストラップを締付け、ノブ１４０２が第２の方向１４１８ｂに回転すると、ス トラップ延長部はそれぞれの方向１４２２ａ、１４２２ｂに動いて、ユーザの頭 のストラップを緩める。この機構は所望されるならばトラッカ装置およびエレク トロニクスを封入するのにも用いられ得るハウジング１４２４ａ、１４２４ｂに 封入されてもよい。図示される実施例では、フォームラバー等のパッドまたはク ッション１０９がトラッカ１００の内側領域を裏打ちし、ユーザの頭１１１と接 触する。好ましくはパッド１０９はフックおよびループ材料、スナップ等などに よって取外し可能に取付けられ、特定のユーザの頭の大きさまたは形状に対応す るよう異なる形状または厚みを有するなどの異なるパッド１０９との置き換えを 可能にする。 図２０に示される実施例では、以下のような機構を用いてストラップを緩めま たは締めるためのノブ２００６が設けられる。ノブ２００６の回転はシャフト２ ００８に伝達され、これがギア２０１０ａ、２０１０ｂを介してカム２０１２の 運動を引起こし、それによってストラップ１０４ａ、１０４ｂを緩めまたは締め る。モータ、レバー、つめ車機構などを有する機構等、他の緩めおよび締付け機 構がさらに設けられ得る。 図２５Ａは、ブロック態様で、ＨＭＤおよびトラッカが コンピュータ５１０にＰＣインタフェース５０６を介して結合するのを示す。デ ータおよび制御信号５０２ならびに電力５０４はＰＣインタフェース５０６から 与えられる。トラッカ回路５０８はＨＭＤ１０２との間で信号を送る。したがっ て、トラッカ５０８が接続されていない場合には、ＨＭＤ１０２は直接コンピュ ータ５１０に（ＰＣインタフェース５０６を介して）たとえば図２５Ｂに示され るように接続されてもよい。ＨＭＤがＶＣＲ、ビデオディスクプレーヤ、映像受 信機等の画像ジェネレータとともに用いられる場合には、ＨＭＤは、インタフェ ースを通過することなく、または所望されるならば中継ブロック５０５（図２２ ）を介して、直接接続５１２されてもよい。ＰＣインタフェース５０６は少なく とも映像ポート５１４ｂを介してコンピュータ５１０に結合される。好ましくは 、ＰＣインタフェース５０６は、シリアルポート５１４ａ（一実施例ではトラッ カ情報のための主Ｉ／Ｏポートを形成するが、ヘッドトラッカ１００、ＨＭＤ１ ０２等に制御および／または構成信号を与える等のために用いられ得る）を介し 、音声出力ポート５１４ｄ（たとえば、ＨＭＤ１０２に取付けられてもよいヘッ ドフォン５２ａ、５２ｂに音声を出力するためのもの）を介し、オプションとし て音声入力ポート５１４ｃ（たとえば、所望されるならばＨＭＤに結合されても よく、および／または音声認識、記録音声、テレコミュニケーション等を介する などして入力を与えるために 用いられてもよい、図示されないマイクロフォンからの入力を受取るためのもの ）を介してコンピュータにさらに結合される。大半の状況では、映像および／ま たは音声出力を外部ビデオスクリーンもしくはモニタ５１５ａおよび／またはス ピーカ５１５ｂ（たとえばＰＣおよび／またはマルチメディアスピーカ）に与え ることが望ましく、ＰＣインタフェース５０６はこの目的のために映像および音 声出力信号の信号スプリッタおよび／または通過５１６を、好ましくは映像およ び／または音声がＨＭＤ１０２上に出力されつつあるのと同時にその同じ映像お よび／または音声がモニタ５１５ａおよび／またはスピーカ５１５ｂに出力され 得るように、与える。 図示される実施例では、トラッカのデジタル動作はマイクロプロセッサ５２２ によって制御され、これは一実施例においてはモトローラ（Motorola）６８ＨＣ １１Ｄ０マイクロプロセッサであり得る。マイクロプロセッサのためのプログラ ム等のファームウェアはたとえばＰＳＤ３−１１Ｌ ＰＲＯＭ等のプログラマブ ルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）５２４に記憶されてもよい。マイクロプロ セッサは下により十分に記載されるようにホストコンピュータ５１０から要求を 受取って処理する。マイクロプロセッサ５２２はさらに（下により十分に記載さ れるように）コイル制御５２６およびチルトセンサに制御信号を与える。マイク ロプロセッサ５２０には、たとえば下により十分に 記載されるようにセンサ補償情報を記憶しそれにアクセスするための電子的に消 去可能なプログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）５２８に結合さ れる。マイクロプロセッサ５２２はアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器５３２ からチルトおよび磁気センサデータを読出し、そのデータで計算を行なって、た とえば要求されたフォーマットに従ってデータを出力し、データをホストコンピ ュータ５１０に送る。 図示される実施例では、２つの別個のピッチチルトおよびロールチルトセンサ が設けられ、５２６と、５２８と、対応するアナログフィルタ５４４ａ、５４４ ｂ、５４４ｃを各々が伴う、別個のＸ、ＹおよびＺの直交して取付けられる磁気 センサアレイ５４２ａ、５４２ｂ、５４２ｃとが設けられる。図示される実施例 では、第１の正規化コイル５４６は実質的にＸセンサ５５２を包囲し、第２の正 規化コイル５４８は実質的にＹセンサおよびＺセンサ５４２ａ、５４２ｂの両方 を包囲する。１つの正規化コイル５４８を、それが２つのセンサアレイ５４２ａ 、５４２ｂを包囲するような構成で設けることにより、２つのコイル５４６、５ ４８は各センサアレイ５４２ａ、５４２ｂ、５４２ｃがそれ自身のコイルを有す るように要求される場合よりも容易にプリント回路板等上に取付けられるため、 製造プロセスが簡素化される。 図２５Ａに示される磁気／重量測定ヘッドトラッキング システムに加えて、たとえば図２５Ｃに示されるタイプの慣性感知技術等の他の 感知技術が設けられることも可能である。図２５Ｃの実施例において、ピッチお よびロールは加速度計５６２ａ、５６２ｂによってそれぞれ感知され、ヨーは下 により十分に記載されるようにレートジャイロ５６２を用いて感知される。 図２６はブロック図形式でのトラッカ回路を示す。図２６の実施例では、チル トセンサ６６２からの信号は復調６６４され、増幅され、オプションとして、ア ナログ−デジタル変換器６７０を介してプロセッサ６６８に与えられる前に、フ ィルタ処理６６６される。磁気センサ６７２はプロセッサ６６８の制御下で発生 されるパルス６７４によって正規化され、センサ出力はＡ／Ｄ変換器６７０を介 してプロセッサ６６８に与えられる前に増幅６７４され、復調６７６され、フィ ルタ処理６７８される。 図２７はいくらかより詳細にトラッカ回路の実施例を示す。明確にするために 、電力線等は図示されない。図２７の実施例において、センサアレイ５４２ａ、 ５４２ｂ、５４２ｃの各々は、ブリッジの２つの（可変抵抗）脚部がフィリップ ス・エレクトロニクス（Philips Electronics）から入手可能なＫＭＺ１０Ｂ型 （Model KMZ10B）等の磁気抵抗素子を含む、ホイートストンブリッジと同様のブ リッジ形式である。ＹおよびＺセンサ５４２ａ、５４２ｂは正規化コイル５４８ によって正規化され、一方Ｘセンサは正 規化コイル５４６によって正規化される。特に、磁界感知プロセスの一部は、各 測定前に磁気センサの周囲で正規化コイル５４８、５４６にパルスを送ることを 含む。マイクロプロセッサ５２２はＰＲＯＭ５２４でデコードされる信号を与え て、コイルを通る電流を方向付けるための、および下により十分に記載されるよ うに同期復調回路においてアナログスイッチを切換えるためのタイミング信号６ ０２を（たとえば種々のスイッチを可能化することによって）発生させる。 測定に先立って磁気センサ５４２ａ、５４２ｂ、５４２ｃを正規化するために 、コイルはセンサの磁区を再配向する強い磁界を与えるようパルスを送られる。 ＤＣオフセットおよびドリフトを補償するために、コイル電流の極性は規則的な 間隔および測定されるセンサ出力で交番される。マルチプレクサ６０４ａ、６０ ４ｂは結果として生ずるＡＣ信号の同期整流および復調を与えるために整流回路 を規定する。コイル５４８、５４６は並列して「トーテムポール」スイッチアレ イ６０６ａ、６０６ｂに接続される。パルス間で、スイッチはオンされて、コイ ルの両側を接地する。交流電流パルスの場合、これらスイッチの１つはオフされ 、他方のトーテムポール上のその対応するスイッチはたとえば４０マイクロ秒の ような所定期間の間オンされる。スイッチの極性は次いで逆転され、スイッチの 他方の対でシーケンスが繰返される前に約３ミリ秒が経過する。２つ のコイル５４６、５４８における電流はパルス持続期間の終わりで２アンペアに 近づき、したがって５Ｖ電力バスにノイズをもたらすことなく電流サージを与え るためのキャパシタ６１０が設けられている。キャパシタ６１０上の電圧は、そ れが各コイルパルスを放電し、パルス間で再充電する際に、約６００〜７００ｍ Ｖだけ変化する。 抵抗器またはセンサ５４２ａ、５４２ｂ、５４２ｃは、センサと整列する磁界 に応答して２つの端子間に小さい電圧変化を与える抵抗器ブリッジのように振る 舞う。図示される実施例では、出力変化の信号振幅は、地球の磁界の大きさを有 する界の場合で２ｍＶの大きさである。極性逆転回路と関連して用いられる同期 復調回路６０４ａ、６０４ｂは、外部ノイズならびにセンサの出力電圧における ＤＣオフセットおよび／または温度オフセットドリフト成分の両方を打消す。各 センサの出力の極性は直交正規化界の配向によって決定される。各センサに対す るＤＣオフセットはその極性を正規化パルス極性にかかわらず維持するので、セ ンサはコイルパルスを正規化することによって「フリップ」され、交番する極性 を出力に与える。したがって、センサ５４２ａ、５４２ｂ、５４２ｃからの出力 はＡＣ結合され整流され得、オフセット電圧およびドリフトを０にする。好まし くは正規化コイルは、極性が各パルスで交番される状態で、約３．５ミリ秒の間 隔でパルスを与えられる。 センサの出力は、計装増幅器６１２ａ、６１２ｂ、６１ ２ｃとして構成されるデュアルオペアンプの非反転入力に与えられる。図示され る実施例では、計装増幅器６１２ａ、６１２ｂ、６１２ｃは約１００の利得を与 える。デマルチプレクサ６０４ａ、６０４ｂは、トグルされると入力の経路を交 換するよう出力が交差配線される二極双投（ＤＰＤＴ）スイッチとして構成され る。その効果は、極性信号に同期される全波ブリッジ整流器のそれである。コイ ルがパルスを送られているとき、デマルチプレクサ６０４ａ、６０４ｂは信号を 送ることを禁じられ、コイルパルスによって生じるセンサからの電圧過渡現象が 回路の次段に送られるのを防ぐ。 デマルチプレクサ６０４ａ、６０４ｂからの出力は、約５の利得を有する差動 増幅器６１４ａ、６１４ｂ、６１４ｃの入力に与えられる。所与のセンサと整列 する磁界成分が全くない場合、対応する出力はその正規化コイルパルスが極性を 変更しても変化せず、したがって差動増幅器６１４ａの出力は変わらないままで ある。センサの１つが磁界を感知すると、その出力電圧シフトは、極性が、対応 する差動増幅器６１４ａ、６１４ｂ、６１４ｃの出力に反映される正規化パルス の極性に対応する。磁気抵抗器およびオペアンプのオフセットの総和は数百ｍＶ の差を生じるかもしれないが、デュアルオペアンプ６１２ａ、６１２ｂ、６１２ ｃの出力間では、この差はコイルからの正規化磁界の逆転で変化せず、後に続く ＡＣ結合６１６および差動増幅 器段６１４によって打消される。 差動増幅器６１４ａからの信号はローパスフィルタ６１６ａ、６１６ｂ、６１ ６ｃによって平滑化される。一実施例において、ローパスフィルタは、約２０Ｈ ｚの折点周波数を有し、６０Ｈｚのノイズを約−２０ｄＢだけ低減する。このフ ィルタは、たとえば、電力線回路、ＣＲＴ偏向回路、および切換過渡現象からの 干渉を減衰するのに有用である。ローパスフィルタ６１６ａ、６１６ｂ、６１６ ｃからの出力はアナログ−デジタル変化器５３２に与えられる。 図示される実施例において、チルトセンサアレイ６２０はピッチチルトセンサ およびロールチルトセンサの両方を含む。数多くのタイプのチルトセンサが用い られ得る。一実施例において、チルトセンサは、トラッカのチルトの量を判断す るための電解液を利用する。液体は、ＨＭＤが基準垂直位置にあるときは実質的 に垂直である５電極を含む封入体を部分的に満たす。この５電極は、１電極が中 央にある状態で、方形パターンを形成する。センサが傾くと、いくつかの電極は より多くの電解質によって覆われ、対向する電極が覆われる部分はより少なくな る。この液体は性質が抵抗性であり、抵抗器６２２ａ、６２２ｂ、６２２ｃ、６ ２２ｄを伴って分圧器を形成する。５Ｖｐｐ等の電圧が中央の電極を駆動し、こ の電圧は他の電極と接触する液体の量に従って実質的に減衰される。これらの出 力は、復調器６０４ａ、６０４ｂと同様である、同期全波整流器とし て構成されるＣＭＯＳスイッチアレイであり得る同期復調器６２４に送られる。 チルトセンサ内の液体は電解質であるため、それは電気分解および電極のめっ きを避けるためにＡＣ環境内で動作される。ＤＣ遮断キャパシタ６２６がＤＣの 流れを防ぐ。クロック信号６２８は２値カウンタ６３２を駆動して、チルトセン サ制御６３４の場合２．４ｋＨｚ信号のような、交互する信号を与える。 復調器６２４からの出力は差動増幅器６２６ａ、６２６ｂへ与えられ、次いで 、磁気増幅器回路において用いられるものと同様のローパスフィルタ６２８ａ、 ６２８ｂに与えられる。ローパスフィルタ６２８ａ、６２８ｂからの出力はＡ／ Ｄ変換器５３２に与えられる。図示される実施例において、Ａ／Ｄ変換器は、３ 磁気および２チルト測定電圧に対し１０ビットデータ変換を与える。マイクロプ ロセッサは、シリアル出力線６４２で出力を与え、シリアル入力線６４４で、た とえばＭＡＸ２０２レベルトランスレータであってもよいレベルトレンスレータ ６４６を介してデータを受取る。ホストコンピュータ５１０からシリアル線６４ ４で受取られるデータは、トラッカデータのための出力フォーマットを指定する ためのデータであってもよく、トラッカデータの伝送等を要求するためにポーリ ング信号であってもよい。トラッカからのシリアル線６４２上のデータ出力は、 下により十分に記載される多数のフォーマッ トであってもよい。マイクロプロセッサ５２２はＡ／Ｄ変換器からのデータを受 取り、オプションとしてまたは選択的にソフトウェアフィルタ処理等のさらなる 信号変更を与えてもよく、データを適当なフォーマットでレベルトランスレータ ６４６に出力する。 一実施例において、トラッカはＲＳ２３２Ｃ ３配線シリアルインタフェース （ＴＸＤ、ＲＸＤ、ＧＮＤ）を介してホストコンピュータ５１０と通信する。好 ましくはこのトラッカは１秒につき１２００、２４００、４８００、９６００お よび１９２００ビット（ｂｐｓ）で通信し得る。一実施例において、ヘッドトラ ッカは約２５０Ｈｚのサンプルレートを与える。トラッカは標準ＡＳＣＩＩター ミナルプログラムを用いて問合せされテストされ得る。好ましくは、トラッカに 与えられるすべてのコマンドはプリント可能なＡＳＣＩＩストリームである。好 ましくはトラッカは、コマンドがうまく処理されたかどうかをコンピュータ５１ ０内のアプリケーションに知らせるためにフィードバックを送信することによっ て、すべてのコマンドに応答する。 磁気センサと関連して注目されている１つの問題は、センサが局所的な磁界の 変化に応答するという点である。たとえば、ヘッドトラッカの付近に磁石または 磁気源（たとえばラウドスピーカもしくはヘッドフォンまたは付近の何らかの他 の磁石等）がある場合、そのような磁石の動きは 磁気センサによって検出され得、たとえユーザがその頭を静止状態で保っていた としてもユーザの頭の動きを示すものとして解釈されるかもしれない。この問題 は、各イヤホン駆動磁石に近接して取消または「打消」磁石を設けることにより 少なくとも部分的に克服され得る。しかしながら、レートジャイロ、加速度計等 の慣性センサは磁気の乱れを実質的に免れるという利点を有し、したがってこの 意味において磁気センサよりも正確である。さらに、慣性センサを利用するトラ ッカは設けられる回路素子がより少なくてもよく、一般に製造、設計、修理およ び／または維持がより容易であり、磁気センサトラッカよりも安価に製造される と考えられる。さらに、ＨＭＤが磁界を発生する回路（たとえばＨＭＤバックラ イトのための昇圧変圧器等）を有する場合、磁気センサをそのような磁気源から たとえば図１に示されるように遠ざけて位置決めし、磁気の干渉を避けることが 好ましい。慣性センサは磁界の影響を実質的に受けないため、このようなセンサ は、たとえばＨＭＤのつば領域１２におけるように、ＨＭＤエレクトロニクスに 近接して位置決めされてもよい。このような位置により、たとえばケーブル１３ ４の除去のように、ケーブル布線の使用がより少なくて済み、小さくてよりコン パクトな設計を与えるだろう。一実施例において、トラッカは、ＨＭＤと一体化 して設けられ、ユーザによって取外し可能ではないだろう。しかしながら、磁気 センサシステムと反対に、 慣性センサの相対的に小さいサイズおよび重量のため、ユーザが取外しできるこ とに対する要求はより小さい。 しかしながら、慣性センサもそれら自身の問題がないわけではない。たとえば 、レートジャイロセンサは、センサ温度の変化に応答してセンサ出力変化から生 ずるドリフト等のドリフトを被りやすい。いくつかの例では、慣性センサは非常 に低速および／または低加速運動は検出しない。慣性センサの中には、「ペッグ アウト」するもの、または最大の大きさの非常に速いまたは高加速運動を正しく 測定しないものもある。一実施例では、レート値が連続的に積分されて、連続し た位置値を生成するので、位置値は累積し得、および／または位置値に所望され ないアーティファクトを引起こし得る。これらの誤差は、特にそれらが時間を通 して累積する場合には、トラッカユニットの位置、姿勢または動きを的確または 正確に示さない情報をトラッカに出力させ得る。一例として、仮想環境のさまざ まな部分を見るためにユーザが頭を動かすことができるゲームソフトウェアに関 連したＨＭＤ／トラッカをユーザが使用している場合を考える。理想的には、ユ ーザがまず真っ直ぐ前を見ており、次いでその頭を左に回転させ、次いでその頭 を真っ直ぐ前方の位置に戻す場合、トラッカは始めおよび終わりの頭の位置は同 じであることを正確に示し、したがってこの動きの始めおよび終わりでの表示は 同じである。しかしながら、慣性トラッカのドリフトまたは他の不正確 さのため、ユーザがその頭を最初の位置に戻した後、ユーザが最初の位置から数 度離れていることを示す情報（累積されたドリフトを表わす）がトラッカから出 力され、したがってユーザに呈示される表示は所望の最初の表示からわずかにス キューされるかまたはオフセットされるという状況が生じる可能性がある。 この発明の実施例に従うと、このようなドリフトの問題を相殺または克服する ための訂正が与えられる。この訂正をなすためにさまざまな方策が用いられ得る 。たとえば、何らかの基準絶対枠を磁気センサ、光センサ等から与えて、（局所 的磁界、固定された光学物体等、）何らかの固定される基準枠に関するドリフト 量の指示を与えることが可能である。基準センサのそのような枠はトラッカセン サに対して必要とされる感度および精密な区別を与える必要はなく、したがって 、慣性センサよりも低コストで設けられながらもドリフトの問題を克服するのに 十分な情報を与え得る。 別の方策では長期平均の計算を伴う。一実施例において、レートジャイロ等の 慣性センサは、ナルオフセット電圧および感度の両方を有すると特徴付けられ得 る信号をボルトで出力する。ナルオフセットとは、センサ上に伝えられる物理的 運動が全くないときの電圧である。感度とはセンサの特定の運動量に対する出力 電圧変化の大きさである。ナルオフセット電圧および感度は両方とも完全に安定 してい るとは言えないかも知れず、または時間においておよび／または温度もしくは他 の環境変数の変化に応答して、線形に変化を表わすかもしれない。長期平均の使 用は、ナルオフセット値の不安定性に対処するのに役立つ。一実施例においては 、レートジャイロ（または他のセンサ）により出力される値は「累算器」変数に おいて連続して加算される。この総和はそれが含むサンプルの数によって除算さ れ、この結果が平均値である。十分に大きなサンプル数について平均される場合 、その平均は（現在の）ナルオフセットとなり、デジタイザの解像度内となる。 多くの場合、累算器の限界のため、累算器はたとえば周期的に０にリセットされ 、または平均が各度ごとに累算器から減算される。長期平均は周期的に計算され 得るか、または移動平均であり得る。長期平均はさらに、ユーザの頭が動いてい るかどうかを決定するための基礎を形成し得る。たとえば、センサ読取値とオフ セット値との間の差が指定されるしきい値よりも大きい場合、ユーザの頭は動い ていると判断され得る。このしきい値は、所与のセンサのノイズ仕様および感度 に対し選択され得る。一実施例では、装置によって出力される位置指示は、ユー ザの頭が動いていないことを装置が示す場合には更新されない。これにより、小 さいセンサドリフトから生ずる頭の位置変化の指示が出力されることが避けられ る。 さらに別の方策では、上述の長期平均と組合されてもよ く、初期または基準位置の規定を伴う。たとえば、装置および関連付けられるソ フトウェアは、コンピュータまたは他の装置がブートアップされるとき、特定の ソフトウェアアプリケーションが最初に実行するとき、ユーザによって（たとえ ばキーまたはボタンを押すことで）選択される時間等で、トラッカによりどのよ うな位置が示されようとも、基準位置として取ってよい。この後、トラッカが初 期位置から移動し次いでその初期位置に戻り、初期位置（Ｘ０）から僅か所定の 角度（たとえば２０°）しか異ならない角度（Ｘ１）の指示を出力する場合、ユ ーザが実際には初期位置（Ｘ０）に戻っており、差（Ｘ１−Ｘ０）がドリフトに より生じたとされる。一般には、ユーザはたとえばジョイスティック、キーボー ド等と整列する向きに繰返して戻るつもりであると考えられる。この場合、その ような向きからの小さな離脱はセンサドリフトの影響を表わすと多いに考えられ 、次いで訂正がそのようなドリフト量に等しい量で適用され得る。 慣性センサを用いドリフトに対する訂正を行なうための１つのプロセスは、装 置の初期電力アップ１３０２で始まる（図２３）。基準ヨー方向等の基準方向は たとえば上述したように規定され記憶される。動作中、このプロセスはヘッドト ラッカが現在動いているか動いていないかを判断する。これは多数の方法によっ て、好ましくは（上述した）履歴平均または最近のトラッカ出力の他の統計解析 に 基づいて行なわれ得る。一実施例において、トラッカは、（１）トラッカ出力の 変化量が所定しきい値未満であり、かつ（２）現在の見掛けの位置（センサ出力 に基づく）がそのすぐ前の見掛けの位置と少なくともしきい値量だけ異なる場合 には動いていないとされる。一実施例において、ドリフトは、装置が好ましくは 少なくとも時間のしきい値期間の間非運動状態にある場合にのみ計算される。ト ラッカが非運動状態にある場合、現在の見掛けのヨー位置（センサ出力に基づく ）と基準または初期方向との間の差が計算１３０８される。次いで、その差がド リフトしきい値量を超えるかどうかが判断１３１０される。しきい値の値は、理 論的または経験的に計算されること等による、多数の判断に基づき得る。相対的 に小さいしきい値は有意な「偽の負数」、つまり実際には大きさが相対的に大き いドリフトがあったときに、ドリフトが全くないという指示を発生するかもしれ ない。相対的に大きいしきい値はユーザが基準方向から逸れる能力を制限する。 これは、基準方向から相対的に大きなしきい値よりも小さい分だけ頭（およびし たがってトラッカ）が逸れる運動は、実際の運動ではなくむしろドリフトとして 扱われるからである。一実施例において、このしきい値は約３０°未満であり、 好ましくは約５°と約２５°との間であり、より好ましくは約１０°と約２０° との間であり、さらにより好ましくは約１５°と約２０°との間である。差がし きい値よりも大きい場合、ド リフトはなかったと推定され、手順は運動非運動判断１３０６に戻る。計算され た差がドリフトしきい値内である場合には、その差はヨー訂正値に記憶１３１２ され、ルーチンはリターン１３１４する。 ヘッドトラッカが運動状態にあると判断される場合には、見掛けのヨー値をセ ンサ出力に基づいて計算１３２２した後、ヨー訂正値があるかどうかが判断され 、もしそうであれば、手順がリターン１３２８する前に、その値がたとえば計算 されたヨー値への加算等によって適用１３２６される。一実施例においては、位 置誤差のフィードバックは指定される量で行なわれ、誤差訂正は認知可能な視覚 的アーティファクトをほとんどまたは全く有さない。 図３０Ａ〜３０Ｆ、３１Ａ〜３１Ｆおよび３２は、図２３の手順の１適用例の 例を示す。時間Ｔ１（図３０Ａおよび３１Ａ）において、ユーザの頭１００２は 基準ヨー方向１００４と整列している。この基準方向は絶対方向（たとえば磁北 ）であり得、または一実施例ではたとえばユーザによって選択可能な任意の方向 もしくはブートアップ時での方向であり得る。トラッカは、基準方向１００４と 並行である整列１１０２を示すデータを出力する。図２２に示される実施例では 、時間Ｔ１においてトラッカは基準ヨー方向１２０２からの０°のずれの指示を 出力する。 時間Ｔ２において、ユーザはその頭を左に４５°回転１００６させ（逸らせ） ている。この例では、この時点では まだトラッカドリフトは全くないとされ、したがってトラッカは基準ヨー方向１ １０４から４５°１１０６である位置１１０８の指示を出力し、この出力は図２ ２において１２０８で示される。 時間Ｔ３において、ユーザはその頭１００２を回転させ、基準方向１００４と 整列させて元の位置（図３０Ａに示される位置と同じ）に戻している。しかしな がら、時間Ｔ２と時間Ｔ３との間にドリフトが生じたとされ、トラッカは基準方 向１００４に関し角Ｘ１（１１１２）にある方向の指示１１１０を与える。した がって、図３２（１２１２）に示されるように、角Ｘ１（１１１２）は誤差また はセンサドリフトの量を表わす。時間Ｔ３において、センサは（図３２に示され るように）運動をちょうど終了したところであり、したがって装置は「非運動状 態」１３０６をまだ示してはいない。したがって、このときはドリフトまたはヨ ー訂正は全く計算されない。 この例では、時間Ｔ３とＴ４との間の期間中、ユーザはその頭を実質的に静止 状態に維持し、あるドリフト量１１２はこの期間中存在し続ける。しかしながら 、時間Ｔ３とＴ４との間の期間中、トラッカは実質的に動いていないと判断１３ ０６される。応じて、時間Ｔ３とＴ４との間の期間中に、装置は角１１１２の値 を計算し、この角がしきい値角未満（たとえば２０°未満）であると判断する。 この結果、「ヨー訂正」値が記憶される。しかしながら、この ヨー訂正値はこの図示される実施例ではこの時点においては適用されない。代わ りに、ヨー訂正は装置が再び運動状態になるまで適用されない。装置が運動状態 になるまで待機するということの１つの利点は、ヨー訂正はユーザには実質的に 知覚不可能であるという点であり、と言うのもトラッカおよびおそらくは表示画 像が動いている時間中はユーザは典型的にはヨー訂正の適用を知覚できないから である。 時間Ｔ４とＴ５との時間期間中、ユーザはその頭１００２を右へ４５°動かす （図３０Ｅ）。センサは依然として何らかのドリフト量を経験していると推定さ れ、したがって未訂正のセンサ出力はセンサ位置１１１８の左にＸ１°である角 １１２４の指示１１２２（つまり基準方向１００４の右に４５°）を与える。し かしながら、時間Ｔ４とＴ５との時間中に角１１１２をセンサ出力１１２４に加 算することによってヨー訂正が適用されたので、訂正された指示１１２８は図３ ２（１２１８）にも示されるように正しい角１１１８を示す。したがって、ユー ザがこの後その頭を基準方向１００４に戻すと、センサドリフト角１１１２が訂 正として適用されており、センサ出力１０３２（訂正後）は図３２の１２３２に 示されるように０の角度のずれを正しく示す。 上述の訂正法はマイクロプロセッサ９２２における実施、ホストコンピュータ ５１０における実施、またはその組合 せを含む、数多くの方法で実施され得る。ソフトウェアによる訂正を実施するこ とに加え、またはそれと置き換えて、所望されるならアナログ訂正が実施され得 る。 図２９は、慣性センサに備えたハードウェアの実現例を示すブロック図である 。図２９の実現例は、図２６の磁気センサの実現例とある程度類似しているが、 回路の量および設けられている構成要素の数は、図２９の実施例ではずっと少な い。示されている実施例では、レートジャイロ５６２からの出力は増幅器９１２ によって増幅され、ローパスフィルタ９１６によってアナログフィルタリングさ れてから、アナログ−デジタルコンバータ９３２に与えられる。フィルタリング された出力はヨー角度の指示を提供する。それぞれピッチおよびロールを示す加 速度計５６２ａ、５６２ｂからの出力もアナログ−デジタルコンバータ９３２に 与えられ、このアナログ−デジタルコンバータ９３２はマイクロプロセッサ９２ ２への出力を提供する。マイクロプロセッサ９２２はたとえばセンサの感度にお ける差異について補正を行なうためのセンサ補正データを、たとえばＥＰＲＯＭ ９２８に記憶されたデータを用いて、与えることができる。データは、たとえば ＰＲＯＭ９２４に記憶されたプログラムに従い、プロセッサ９２２内で処理され る。処理は、たとえばソフトウェアフィルタリングおよび／またはオイラー角計 算および／またはＡＳＣＩＩコード化などのコード化を含み得る。処理されたデ ータは、図２６と の関連で上述したものと類似の態様で、レベルトランスレータ９４６を介して出 力され得る。 好ましくはマイクロプロセッサおよび／またはホストコンピュータはロールお よびピッチセンサのデータをも用いて、ロールおよびピッチ角度を計算する。ロ ールおよびピッチ角度をチルトセンサから計算する、以前の方法の難点の１つは 、計算の量、プログラミングおよび／またはそのような計算を行なうのに必要な 時間であった。本発明の一実施例に従い、計算の複雑さを低減する改良された計 算システムが用いられる。好ましくは、受入れ可能な精度を有するロールおよび ピッチ角度の指示が、単一の三角法による計算（好ましくはルックアップテーブ ルから得られたコサイン値）および平方根の比率計算しか必要としないプロセス によって達成される。この方法に従えば、チルトセンサの各々は２本の異なった 、好ましくは直交する軸に沿って傾きの角度の指示を出力し、それにより１つの 面（または平行な面の集合）を規定する。この手順における第１のステップは、 規定された面が水平の仮想面などの基準面となしている角度を計算することに関 する。これはただ１つの三角法による計算、好ましくはルックアップテーブルを 用いて好ましくは弧のコサインを決定することで計算される。一旦、２つのチル トセンサにより規定される面が仮想水平面となしている角度が知れると、この角 度はセンサ出力の大きさに比例して、２つのセンサ軸間で比例的に分配 される。たとえば、２つのチルトセンサは現在それぞれ１Ｖおよび２Ｖの電圧を 出力しているとする。三角法による計算で、２つのセンサによって規定された面 は水平方向に対して３０°の角度におかれているという結果が出たとする。２つ のセンサ軸上のこの角度をセンサ出力値に比例して分配することにより、第１の センサ軸に沿った傾斜角度は１０°であり、第２のセンサ軸に沿った傾斜角度は ２０°であると決定される。この例は線形分配に基づくものであるか、実際には センサ軸間で角度を分配するのには好ましくは平方根の比率が用いられる。 電解質チルトセンサではなくチルト検知のための加速度計を用いることの利点 の１つは、加速度計は大きい傾斜角度において精度がより高く、少なくとも約９ ０度までの角度について、実質的に精密かつ線形であるということである。対照 的に、電解質チルトセンサではしばしば、約３０°を超える角度において著しい 非線形性が表示される。１つの実施例では、約３０°から約６０°の範囲におけ る非線形性は、メモリ内に記憶されたルックアップ「テーブル」から得られた補 正ファクタを用いて低減または補正される。 レートジャイロとしてはいくつかの装置を用いることができる。好ましくは、 たとえばモーションまたはジッタを低減するため、手持用のビデオカメラ（カム コーダ）で用いられるタイプのムラタ・カンパニー（Murata Company） から入手可能なレートジャイロを用いることができる。モトローラ（Motorola） 、テキサス・インスツルメンツ（Texas Instruments）および／またはアナログ ・デバイシズ・インコーポレイテッド（Analog Devices，Inc.）から入手可能な 装置を含む、乗物のエアーバッグまたはアンチロックブレーキシステムとの関連 で用いるために一般に入手可能なもののような、いくつかの加速度計を用いるこ とができる。 １つの実施例では、いくつかの送出モードの１つ、いくつかのデータモードの １つ、およびいくつかのフォーマットの１つにおけるトラッカからデータが出力 されてよい。データモードはＡＳＣＩＩで符号化されるか、２値化されていても よい。フォーマットは「未処理（uncooked）」、「処理済（cooked）」（ソフト ウェアで補正済および／またはフィルタリング済）、オイラー角、またはマウス エミュレーションであってもよい。送出モードは連続的（ストリーミング）、ポ ーリング、またはマウスエミュレーションであってもよい。多くの状況では、連 続モードおよび一連の割込みにおいてはエラーの回復は困難であり、ＣＰＵサイ クルが無駄になってしまうため、商業的な応用では好ましくはポーリングされた 送出モードでの動作が企図される。 連続（ストリーミング）データ送出モードでは、コンピュータから受取られた 「スタート」信号により、トラッカ は連続する複数のパケットとしてトラッカデータの連続的なストリームを出力す る。好ましくは、各パケットはスタートヘッダを有しており、アプリケーション は連続的に受取られるデータを読取り、スタートヘッダをサーチする。好ましく は、このパケットはチェックサムをも含む。一旦アプリケーションがヘッダを発 見すると、パケットの残りの部分が読取られ、チェックサムが計算される。計算 されたチェックサムが伝送されたチェックサムと一致しなければ、アプリケーシ ョンは最後にヘッダを見つけたところから１バイト超えたところのデータを再び 読取り、プロセスをもう一度やり直す。代替的には、アプリケーションは認識さ れるまでストップコマンドを送ることによって連続的なストリームを停止させ、 読取バッファの中身を流した後でストリームを再び読み直し始めることができる 。ポーリングモードでは、ホストコンピュータからの「送出」信号の受取りに応 答して、トラッカは単一のデータパケットを出力する。１つの実施例では、パケ ットサイズは要求されるフォーマットに応じて１２バイトから８バイトである。 未処理データフォーマットでは、データは上述のように増幅、フィルタリング 、復調および整流された後、アナログ−デジタル（Ａ−Ｄ）コンバータによりデ ジタル化され、その後２進データモードのための１２バイトパケットか、または ２バイトのＡＳＣＩＩ１６進値の各々を（ＡＳＣＩＩ）スペースが分離している 、ＡＳＣＩＩに符号化された 一連の１６進値のいずれかとしてホストコンピュータに送られる。未処理モード は、主にデバッグで用いることが企図されている。 処理済データフォーマットでは、データがＡ−Ｄコンバータから受取られた後 、磁気ベクトルがスケーリングされ、それが中央のおよそ０のところに位置付け られ、チルトセンサの読取はＥＥＰＲＯＭに記憶されている内部補償定数に基づ き線形化される。処理済データはたとえばトラッカのマイクロプロセッサよりも むしろホストコンピュータ上で角度計算を行なうことが所望される場合に用いら れ得るだろう。処理済データについては、装置が２進データモードであればデー タは１２バイトパケットとして送られ、ＡＳＣＩＩデータモードについては、デ ータは２バイトのＡＳＣＩＩ１６進フォーマットで送られる。 オイラー角フォーマットでは、上述のようにデータの「処理」を行なうことに 加えて、トラッカのマイクロプロセッサはヨー、ピッチおよびロールの角度を計 算する。１つの実施例では、磁気センサデータは周囲の磁界、すなわち構成、材 料、パワーライン等のいかなる局所的影響によってでも見られる地球の磁界から 生じる局所的磁界に関して、絶対的配向を示す。２進データモードでは、データ は８バイトの２進データとして出力される。ＡＳＣＩＩデータモードの場合、オ イラー角データが２バイトのＡＳＣＩＩ１６進値の各々を（ＡＳＣＩＩ）スペー スが分離してい るＡＳＣＩＩ１６進値の形態で伝送される。 エミュレーションモードでは、トラッカからの直列出力がマウスドライバ装置 と交信する。このモードでは、トラッカは１２００ｂｐｓで動作し、常に最後の データビットをシミュレートされたストップビットとして送ることによって、１ つのストップビットと１つのスタートビットとを備える７ビットデータバイトを シミュレートする。出力フォーマットは、マイクロソフト（Microsoft）（登録 商標）のマウス直列データフォーマット（３バイトフォーマット）によって規定 されるものである。マウスモードで動作している間、Ｘがスケーリングされたヨ ー角度計算によって決定され、Ｙがスケーリングされたピッチ角度の検知によっ て決定される。１つの実施例では、２つのマウスモードが利用可能である。第１ のモードでは、トラッカが移動したときはいつも変位またはデルタ値が送られる 。デルタ値のサイズは、トラッカがどの程度遠くまで動いたかに依存する。第２ のモードでは基準位置が規定される。これはたとえば、トラッカがまず初期化さ れ、この基準位置から離れるどのような運動も、トラッカ基準位置の付近のしき い値内に戻るように動かされるまでデルタが連続的に送出されるという結果をも たらす場合になされる。デルタのサイズはトラッカがどの程度基準位置から遠く へ動かされるかに依存する。好ましくは、ユーザまたはアプリケーションがマウ ス感度およびしきい値をセットできる。 上の説明に鑑み、本発明におけるいくつかの利点を見て取ることができる。本 発明は頭部装着ディスプレイにおいて低コストおよび軽量で高品質の画像をもた らすものである。たとえば、１つの実施例では本発明に従うＨＭＤは約８ｏｚ（ 約２００ｇ）の重量を有する。１つの実施例では、イヤホンを含まないＨＭＤは 、約３インチ（約７ｃｍ）の高さと、約７インチ（約１８ｃｍ）の幅と、折り畳 まれていない状態では約８インチ（約２０ｃｍ）、折り畳まれた状態では約３． ５インチ（約９ｃｍ）の長さ（いかなるストラップまたはトラッカをも含まない 場合）とを有し、イヤホンは（アーム５４の回転に応じて）高さ計約１．５イン チ（約３ｃｍ）になる。１つの実施例では、ＨＭＤは眼性疲労を低減または回避 するため、約３．５ｍなどの固定された比較的大きい焦点距離と約２ｍなどのい くぶん短いまたは収束する深さを提供する。好ましくは、左および右の画像にお いて実質的に１００％の立体画像のオーバラップがある。好ましくは、装置は簡 単に保管および輸送でき、重量が軽いことと装着が容易なこととによって、ユー ザにとっての快適さをもたらし、映像および音声のための制御をもたらすことが でき、容易に調節可能またはユーザの頭部のサイズおよび耳や目の位置に対処す べく構成されるものであり、高い強度をもたらし、これは好ましくはカラー画像 であり、整列・製造・設計および修理が容易なようにされており、映像、音声ま たは没入特性などのユーザによ る制御が容易なようにされており、かつ／またはトラッキングが付随するかどう かユーザが選択できるようになっている。いくつかの実施例では、各々が単一の 機能を果たす複数の構成要素を必要とするのではなく、複数の機能を果たす構成 要素を設けることによって、重量およびコストが最低限にされる、または低減さ れる。たとえば、反射板８２は画像の光をユーザの目に向け、画像を拡大し、か つ画像の光と環境的な光との組合せに備えるという複数の機能を果たす。光学シ ュラウド１１２は、所望の位置に光学部品を位置付け、迷光を防ぐという複数の 機能を提供する。１つの実施例では、ホルダ２２２はＬＣＤ７２を所望の位置に 位置付け、マスキングを行ない、かつ所望されるならば位置２４６ａおよび２４ ６ｂを調節するという複数の機能を果たす。 開示されているヘッドトラッカは、低コストで使用の簡単さおよび快適さを備 えており高速で正確なデータを生成する。ＨＭＤから好ましくは道具を使う必要 なしにエンドユーザが容易に着脱できるトラッカを設けることにより、ユーザは 望むならば（たとえばトラッカを必要としない、および／またはサポートしない 用途のために）トラッカが取付けられておらず、装置の重量の低減がもたらされ た状態のＨＭＤを容易に用いることができる。トラッカは使用されているかどう かに関係なく、ホストコンピュータ（または他の画像生成器）への接続に必要な ケーブルまたは他 のリンクはただ１つなので、複数のケーブルまたは他のリンクによって拘束され ることに付随する不便さは回避される。トラッカは容易に着脱できるので、トラ ッキング能力に費用をかけたくない消費者は後にトラッカ装置へアップグレード するオプションを保有しつつ、ＨＭＤを単体で購入することを選択でき、かつ小 売業者はトラッキングするＨＭＤとトラッキングしないＨＭＤとを双方ともスト ックしておく必要はない。好ましくは、トラッカはユーザの頭部において実質的 に（たとえばバイザー領域上または付近に位置付けられた光学素子など）ＨＭＤ の最も重い部分と対向する位置に置かれ、少なくとも部分的に釣合いを取るもの として作用することによって、首の疲れを減じる、またはなくする。好ましくは システムにおけるいくつかの構成要素は、トラッカとヘッドストラップ引っ張り 装置とを双方とも含む単一のハウジングを提供することなどにより機能を組合せ ることで最小化される。コンピュータのシリアルポートを介してトラッカの通信 に備えることによって、ユーザはカードをインストールしたり、さもなければホ ストコンピュータの内部にアクセスする必要がない。複数個のユーザに選択可能 な、好ましくはソフトウェアによって選択可能な、出力フォーマットを設けるこ とにより、本発明のトラッカは多種にわたる現在のアプリケーションソフトウェ アとの関連において、より容易に用いられ、また将来のアプリケーションソフト ウェアを本発明のトラッカと 互換性のあるものとなるように開発することがより容易になる。磁気センサがコ イル（たとえば磁気抵抗器の場合には正規化コイル、またはフラックスゲート装 置の場合には駆動コイル）により包囲されている実施例では、本発明のいくつか の実施例は２つまたはそれ以上のセンサを包囲するのに単一のコイルを用い、そ れにより装置の組立、たとえばプリント回路板への装着が、各センサに別々のコ イルが用いられていた場合よりも容易かつ安価に行なわれるようにすることをな し遂げる。１つの実施例では、加速度計および／またはレートジャイロなどの慣 性センサの使用で、多くのタイプの磁気センサを用いる場合よりも精度が高まり 、歪みが少なくなり、かつ製造がより容易になる。 この発明におけるいくつかの変形例および修正例を用いることもできる。示さ れている装置は両眼用であるが、単眼用の装置を用いることもできる。示されて いるよりも多い、または少ない制御を用いることができる。他の局面を提供する ことなく、この発明のいくつかの局面を用いることができる。たとえば、カラー シャッタを設けることなく、眼鏡状の折り畳みスタイルをもたらすことが可能で ある。ストラップテンショナを設けることなくユーザによって着脱可能なトラッ カを提供する、またはその反対が可能である。さまざまな厚みの取外し可能な額 用ブレースパッドが、ユーザの頭部からの装置の間隔を調節し、それにより目へ の負担軽減の量を調節するために開示されているが、前後 方向に線形に摺動可能である、または額からの距離に影響を与えるべく旋回可能 なブラケットを備える、および／または前後方向に移動可能または摺動可能とな るよう装着される光学素子を備える額用ブレースを設けることなどによって目の 負担緩和を調節するための他の装置が提供される。 頭部装着ディスプレイは、ウルトラ・ポータブル・コンピュータ（Ultra Port able Computer）についての１９９５年７月１２日に提出されここに引用により 援用される米国特許出願連続番号第６０／００１，０６９号（代理人文書番号９ １１１９３／９０７０１号）で包括的に説明される全機能コンピュータ、キーボ ード、マイクロフォンまたは他の入力装置や、スペックル・デピクセレータ（Sp eckle Depixelator）についての１９９５年１月１８日に提出されここに引用に よって援用される出願連続番号ＰＣＴ／ＵＳ９５／００６６１号で説明されるよ うなデピクセレータ、および／またはアイトラッキングを備える頭部装着ディス プレイ（Head Mounted Display with Eye Tracking）についての１９９５年８月 ８日に提出されここに引用によって援用される出願連続番号 号（代理 人文書番号９１１１９３／９０６００号）で説明されるようなアイトラッキング などの他の装置に組合せ得る、または結合され得る。組込式のディスプレイ装置 が提供されるようにＨＭＤ内に画像および／または音声記憶装置ならびに／また は供給源を収納する、または結合することが実現可能であ る。画像はメモリ装置（たとえばＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、磁気記憶装 置（ハードディスクまたはビデオテープなど）、光学装置（ビデオディスクまた はコンパクトディスクなど）等の中に記憶してもよい。ＰＣインタフェースはＨ ＭＤとは別個になっておりケーブルを介してＨＭＤと通信するものとして示され ているが、このＰＣインタフェースは所望されるならばＨＭＤの一部として組込 まれてもよい。これにより好ましくは、ユーザスイッチまたは他の制御の活性化 に応答する際、または受信されたビデオフォーマットのタイプの電子的検出に自 動的に応答する際など、ビデオフォーマット変換が必要でない場合にはこれを選 択的にバイパスすることができる。デコーダ、衛星への直接結合および衛星の表 示ができるようにするための「セットトップボックス」装置など、ケーブル、ビ デオフォン、コンピュータネットワークまたは類似の情報アウトレットなど、他 のアイテムがＨＭＤの中または上に装着されるか、それに結合されてもよい。 上述の１つの実施例は、トラッカが用いられている場合にトラッカからホスト コンピュータへの第１のケーブルと、第２のケーブルを介してのＨＭＤへの画像 情報のトラッカの通過とをもたらす。第２のケーブルはトラッカが使用されてい ないときにはホストコンピュータへの接続に用いられる。しかしながら、トラッ カが使用されているかどうかにかかわりなくＨＭＤをホストコンピュータまたは 他の画 像供給源に結合するケーブル（または赤外線、無線または他のワイヤレスリンク などの通信リンク）、およびトラッカ情報をＨＭＤに送るための（そしてオプシ ョンとしてはＨＭＤから電力、コマンド等を受取るための）別の好ましくはユー ザによって外すことのできるケーブルまたはリンクを設けることも可能であり、 このときＨＭＤはトラッカが使用されている場合にはホストコンピュータとトラ ッカとの間でデータおよび他の信号を通過させる。一実施例は磁気抵抗器の使用 を説明したが、フラックスゲートセンサおよびホール効果センサを含む他のタイ プの磁気センサを用いることができる。１つの実施例は、レートジャイロおよび 加速度計の使用を説明したが、二次自由度系ジャイロスコープ、光ファイバジャ イロスコープおよびレーザジャイロスコープならびに圧電加速度計または圧電抵 抗加速度計、歪みゲージセンサ、サーボ加速度計および渦電流プローブを含むさ まざまな加速度計のいずれをも含む他のタイプの慣性センサを用いることができ る。１つの実施例はヘッドトラッカとヘッドストラップテンショナとの双方のた めの単一のハウジングを開示したが、これら２つの構成要素を異なったハウジン グおよび／または位置に置くことが可能であろう。ホストコンピュータへのトラ ッカ／ＨＭＤの接続は好ましくは外部ＰＣインタフェースを介してのものである が、ＰＣインタフェース機能のいくらか、またはすべてがホストＰＣ内に入れら れる、および／またはＨＭ Ｄ内に入れられる、および／またはトラッカ内に入れられる装置によって果たさ れることが可能であろう。同様に、トラッカまたはＨＭＤ（マイクロプロセッサ 、フィルタ、電力装置など）内に置かれていると開示される装置のいくつかは、 トラッカおよび／またはＨＭＤの外部に位置付けられることが可能であろう。１ つの実施例は検出されたヨーが基準方向に十分に近かった場合、基準ヨー方向に 補正することによってドリフトのための補正を行なうことを含むが、ドリフトは 第２の（たとえば磁気または光学）センサによって検知された方向に対応すべく 第１の（たとえば慣性）センサによって検出された方向を補正することなど、他 の方法によってでも補正され得る。 この発明は好ましい実施例ならびにある種の変形例および修正例によって説明 されてきたが、他の変形例および修正例を用いることもでき、この発明はこれ以 降の請求の範囲によって規定される。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION                      Personal display system   This patent application filed 35 U.S.C. S. C. Priority is claimed under 119 (e), Assigned here as usual and incorporated by reference, July 14, 1995. Eric Tseo, Douglas Donalds on) and Robert T. Etter “Head Tracker for Head- US Provisional Application Serial No. 60 / 001,151 entitled "Mounted Display"). (Proxy Document No. 91193/91000). this The patent application is a PCT / US94 / 09819 US patent assigned herewith as usual. US Patent Application Serial No. 08 / 416,919 at national stage Yes, both of which are incorporated by reference. 1 both incorporated by reference U.S. Design Application S.A. N. 29 / 027,898 and , A design application filed on the same date. N. (Agent Document Number No. 91193/80200).   The present invention Preferably combining the generated image with the scene of the environment surrounding the user It is possible, And sending such combined visual information to the user's eye position. A visual display that can be used.                                 Background information   It is often desirable to provide visual information to a person. Such a visual It is often desirable to superimpose file information on real-world scenes. In other applications, Shields the user from environmental sights, It is desirable to give only the scene of visual information New Such displays are Known as a folded catadioptric optical display Shape Numerous components, including image generator and beam splitter May be included. Beam splitters often provide image light from an image generator to a series of lasers. Through the lens and other optical elements, Of such image light, Called the reflective part Send part to reflective combiner. This reflective combiner is impermeable or Or , Let the light from the real world pass through such a combiner, And reflect the image light so, Both real-world light and image light pass through the beam splitter, Often a series It is sent to the user's eyes via a lens or other optical element. Beam splitter , Of the image light reflected from the collimator combiner, Send a part called a transparent part . In embodiments where the combiner is at least partially permeable, Real world light parts Are also sent by the beam splitter.   Previous devices have included a number of additional components. Some devices have compensation Optical elements were included. Other devices are For example, P filed on February 7, 1994 CT / US94 / 01390 "Depixulated visual display" (“Depixelated Visual Display”) Depixerator as described in (Incorporated). Still other devices , PC / US94 / 01391 "Double Visual" filed on February 7, 1994 Display (“Intensified Visual Display”). Includes a device for multiplying a dual display.   Design a system to provide the generated image to one or both eyes of the user On the occasion, Various factors often conflict. Satisfaction for users, attractive Not only give the display, High quality to reduce eye strain It is preferable to give an image often, Produce such high quality images The technology used to Lightweight and low cost, And design, Production and And / or contravenes the goal of a device that is relatively easy to repair. Until now Many devices are To achieve the desired image quality, Expensive and heavy series like a lens Optical elements have been required. Other devices meet the goal of low cost or light weight To make images of lower quality. For example, Of previous equipment Some cannot provide a user with a flat focal field. Others Is Especially at high viewing angles of the image, Inferior image contrast results. Many devices Uses the entire image to mask off unwanted light near the edges of the image generator. Did not give to the.   Therefore, Give high quality images, low cost, lightweight, Or Comfortable and design, Production, Personal visual display with improved ease of repair It would be advantageous to provide a spray device.   In many head-mounted display applications, The position of the user's head, Bearing, Distribution Direction, posture, It is desirable to gather information about location and / or movement. this Such information is For many purposes, Control the image generated by the user's eyes Can be used. For these purposes, "Virtual Reality" or Give the user a simulated environment, Simulated objects at various angles To advance the user through various displayed images to observe from etc. Is included. For example, This information Image that will correspond to the user's hand movement So that the change of Head mounted display or other virtual reality It can be used to control the characteristics of the image shown on the device. For example, Flight In the simulator program, 9 from the position where the user's head is straight forward If you rotate to the left 0 °, The display shows the front view outside the cockpit window. Simulate the scene from the simulated display to the left wing of the aircraft Should change to a different display.   US Patent 5, 373 No. 857 and No. 5, 345, 944 Such head trackers have been tried in the past. However, Until now Many heads Dotracker has experienced a number of disadvantages. In one device, The head tracker is the head Formed as an integral part of the wearing display, Not easily removable Was. However, this is, In applications where head tracking is required or not desired This led to a heavier head-mounted display than was needed when used. Sa In addition, The integrated head tracker is Some when head tracking is not desired Adds the cost of a head mounted display in a manner that may be unnecessary for the application Was.   Certain head tracking devices may have desirable weight in head mounted display devices. Including mounting some components in unbalanced positions Yes, Therefore, Unwanted neck fatigue may occur to the user.   Some head trackers so far Difficult for end users to install Difficult, And / or cumbersome in operation, Have communication to the computer I was For example, On some devices, If the user has a personal computer ( It is necessary to install the card inside the PC) chassis, This is effectively Means that many users have to go to computer service bureau I do.   Communication from the head tracker to the computer uses the head mounted display cable In a configuration via a separate cable, Entanglement and prevent user's free movement Two separate gains The user must wear the device “tethered” via the existing cable No. Apparatus in which a single cable provides for both head tracker and video information communication Then The head tracker may not be easily removable from the head mounted display Was.   In some previous devices, The output from the head tracker is Only given in the Software that uses head tracker information Had to be written to accommodate the data format.   On some devices, The head tracker used a magnetic sensor. Many magnetic sensors Can be beneficial in many situations, Head tracking information Earphone or other audio output device In spatial variations and / or local magnetic fields as may occur due to adjustment of the position Can be distorted by change.   Therefore, Modular or removable configuration, Well balanced Position. Easy installation by end users to prevent inconvenience during use In preparation for communication with the computer A bite that reduces errors from changes in the magnetic field Or remove, And / or provide output in a number of different output formats. It would be beneficial to provide a tracker.                                Summary of the Invention   One embodiment of the invention is: Cathode ray tube (CRT) or liquid crystal display (LC Images from an image generator like D) Can be projected to one or both eyes of the observer, Or If you send such an image In the meantime, A head-mounted disc that can be combined with the direct sight of the surrounding environment Play (HMD). The combiner is Easy to reflect image towards combiner Metal, Dielectric or holographic folding mirror, CR mounted on the eyes Image on T or LCD display surface.   According to one aspect of the invention, The device is connected by reducing the total number of elements. Simplify the image optics. Certain embodiments of the invention are essentially CRT or LC An image generator such as D; Spherical metal, Dielectric or holographic combiner Or a combiner such as a collimator combiner, metallic, Dielectric or holo It consists of a graph type folding mirror.   In one embodiment, Almost all optics are required to achieve the desired high quality image. Not required. Preferably, A relay lens or additional corrective refractive optics By eliminating the need for certain optical elements, Easy visual display Abbreviated, Lightweight and cheap. In one embodiment, Using only reflective imaging optics Without refractive optics, The visual display is monochromatic and And / or provide a three color display.   Because the weight of the device required for the image display is small, Relatively light equipment While maintaining Head tracking, Eyeball tracking Traces, 3D display decoding or other 3-D capabilities, Wide range of sizes The ability to be used by the user of the shape and shape, In computer and video source material Compatibility, Any or all of a number of additional functions, including compatibility with glasses Can be included.   In one embodiment of the invention, The device uses a lightweight and visually appealing configuration Gives high quality images. In one embodiment, The device is structured like glasses, light The element delivers the image to the user's eye position, Preferably, the generated image is Configured to reach the left and right eyes, The temple piece is like a pair of glasses Protrude backwards on both sides of the head. The strap keeps the device in place Can be used to help. Loudspeakers like headphones can Positionable near the user's ear to provide the user with video and audio You. In one embodiment, Properly positioned, And it ’s even more useful for supporting weight. The place is used to touch the user's forehead. This configuration, Equipment and you When it is desirable to store ordinary glasses with sufficient space between the eyes of the user Especially useful for. Preferably, Various types of devices that can be attached to head-mounted devices A control device is available. These include For example, Mute audio and video Mute button, like Volume control device, An image selector or the like may be included. Good Best of all, The temple piece is Bulky storage or carrying In order to achieve the banded configuration, Folds just like folding typical glasses obtain.   In one embodiment, The display device preferably includes additional components. It can be changed by napping and adding. For example, See-through data Light shield snaps in to convert display to immersive display Can be The head position tracker component Orientation of the user's head, Movement, You And / or instructions on location, eg computer and / or video Can be snapped on to give the gaming device.   In one embodiment, Backlit LCD displays, especially near the edges of the image Loss of image contrast that can occur from images generated by spraying The optical element is configured to reduce or eliminate. In one embodiment, High density Degree color display, White or monochromatic display connected to a color shutter It is provided by a combination of play. In one embodiment, Shutter generates image Spaced from the screen or output surface of the container, Virtually the user's eyes It can be positioned immediately before. In another embodiment, The output side of the image generator, Or Adjacent to the output surface of the image generator, Adjacent to an optical element such as a field curvature correction lens Then, a shutter is arranged.   According to one embodiment, Shroud properly controls various components of equipment Shielding, Hold and align. Shula Udo is In addition to blocking stray light, for example, folding mirrors and / or combiners Can be held. In one embodiment, Two or more masks generate images Provided in the vessel, Achieve removal of unwanted light source angles without masking desired parts of the image You. Preferably, Such a mask is LCD or other image generator, light source, Les Given as a single piece that can also function to hold other elements such as Can be By preparing for such adjustments in the position of the holder, Equipment is both Position disparity between the left image generator and the right image generator when used in an ocular aspect, In particular, vertical position differences can be corrected.   According to one embodiment of the present invention, The tracking device Track as appropriate for user Configured to have the mounting and dismounting device removed. In one embodiment, H The tracker is mounted on the head by simple connections, such as hook and loop type connections. Can be mechanically coupled to a wearable display. Preferably, Typically near the front of the head As a partial counterweight to the video electronics and optical elements mounted on the To work, The head tracker may be located at the back of the head. In some embodiments, , Single Cable Has Communication Between Host Computer and Tracker / HMD The head tracker contains through wires or circuits so that Tracker is removed Then A single cable is unplugged from the tracker, Communication between computer and HMD Computer to bring trust Can be combined. Preferably, Communication with the computer is a serial port, Video port , And / or via normally available ports such as voice ports, It is imperative that a card or other hardware device be installed on the host computer. It is not necessary.   Preferably, In a polling or streaming manner, Hardware Format to be filtered, Filter by hardware and software Format, Euler format, And mouse simulation Data from the tracker in a variety of user-selectable formats, including formats Is output.   Magnetic sensor, Numerous sensor technologies, including inertial and mechanical sensors, are Can be used to sense movement or position. In one embodiment, Yaw sensing 2 for sensing rate gyro and pitch and / or roll respectively By using two accelerometers, Inertial sensor detects yaw and pitch Used for both / roll sensing. Another embodiment is For detecting yaw Rate gyro and one or more weights to detect pitch and / or roll Including using a measurement sensor, Magnetic sensor for detecting yaw and pitch and And / or an inertial sensor (such as one or more accelerometers) to detect roll. And using In another embodiment, Magneto resistor used for yaw sensing And Weight sensor is pitch And for roll sensing. In one particular embodiment, 3 in each pair Forming two legs of one of the Wheatstone bridges, 3 pairs orthogonal A mounted magnetoresistive sensor provides yaw detection. Preferably, Two of the three Such as by using one normalizing coil to normalize the pair of magnetoresistors. What Less than three normalization coils are required.                             BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES   FIG. 1 is a perspective view of a head mounted display according to an embodiment of the present invention.   FIG. It is a front view of the apparatus of FIG.   FIG. FIG. 2 is a rear view of the device of FIG. 1.   FIG. FIG. 2 is a right side elevation view of the apparatus of FIG. 1.   FIG. FIG. 2 is a left side elevation view of the apparatus of FIG. 1.   FIG. FIG. 2 is a plan view of the device of FIG. 1.   FIG. FIG. 7 is a plan view generally corresponding to FIG. Folded temple piece The configuration is shown as follows.   FIG. FIG. 5 is a plan view similar to FIG. To show its internal components Has a part cut off.   FIG. FIG. 4 is a schematic side view showing an optical component according to an embodiment of the present invention; is there.   FIG. 1 is a perspective view of an optical shroud according to an embodiment of the present invention.   FIG. FIG. 11 is a front view of the optical shroud of FIG. 10.   FIG. FIG. 11 is a side view of the optical shroud of FIG. 10.   FIG. 13A shows FIG. 11 is a bottom view of the optical shroud of FIG. 10.   FIG. 13B The optical shroud of FIG. 10, Folding mirror, Combiner and image plane FIG. 3 is a partially exploded perspective view of a curvature correction lens.   FIG. Schematic cross section of a mask and holder device according to an embodiment of the present invention FIG.   FIG. Exploded perspective view of a mask and holder device according to an embodiment of the present invention. FIG.   FIG. Showing the installation of further components, 2 is a perspective view of the apparatus of FIG. You.   FIG. Exploded perspective view of a temple piece and an earphone according to an embodiment of the present invention. FIG.   FIG. 17A, B, C, D is Head mounted display according to one embodiment of the invention And a perspective view of the head tracker, Rear view, It is a side view and a top view.   FIG. FIG. 3 is an exploded perspective view of a front portion of the HMD according to the embodiment of the present invention.   FIG. HMD forehead brace and upper housing according to embodiments of the invention It is an exploded perspective view.   FIG. 1 is a perspective view of a strap pulling device according to an embodiment of the present invention.   FIG. 1 is a block diagram of an electrical component according to an embodiment of the present invention.   FIG. FIG. 2 is a block diagram of an HMD coupled to a VCR.   FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a drift compensation process.   FIG. 1 is an exploded perspective view of a strap pulling device according to an embodiment of the present invention.   FIG. Blocking of image generation and display systems including trackers FIG.   FIG. 25B FIG. 2 is a block diagram of a display system including an HMD.   FIG. 25C Block diagram of display system including HMD and tracker It is.   FIG. FIG. 3 is a block diagram of a magnetic tracker system according to one embodiment of the present invention. is there.   FIG. 1 is a schematic block diagram of a magnetic tracker system according to an embodiment of the present invention. is there.   FIG. Block of PC interface devices connected to PC and peripheral devices FIG.   FIG. FIG. 4 is a schematic / block diagram of an inertial tracker according to an embodiment of the present invention.   30A-30F are: It is a schematic plan view of a user's head which shows a position six times.   31A-31F are: Reference method corresponding to the times represented by FIGS. 30A-30F For the direction Shown by tracker FIG.   FIG. In a period corresponding to the times shown in FIGS. 30A to 30F, Shown by solid line Angular displacement of the head position Tracker indicated displacement indicated by dash-dot line It is a graph of.                        Detailed Description of the Preferred Embodiment   As shown in FIG. One embodiment of the invention is: For visual display Preferably some or all of the electronics or optical elements used Main components 12 and left and right temple pieces 14a, 14b Prepare. The temple piece is Maintain the desired position to deliver the video output to the user's eyes. To assist the main part 12, And can be used to hold. The strap 16 is Provided to further assist in holding the device in the desired position relative to the head 18 of the Can be Forehead brace 22 further assists in properly positioning main portion 12. May be provided. The forehead brace 22 provides some of the weight of the device for the user's forehead. Help to tell. this is, Temple 1 as can be used in some devices 4a, 14b, Head strap 16 and / or nose bridge piece Una A more comfortable configuration than substantially all weight is transmitted via the other components Can give As can be seen in FIGS. 4 and 5, The forehead brace 22 is the main part of the device Extends a distance 24 from minute 12. as a result, User eye position 28 You To accommodate the user's glasses, preferably between the part 32 of the device in front of the A certain amount of space 26 or "eye relief", For example, about 1 inch or more ( In one embodiment, there is about 28 mn). In the embodiment shown in FIG. Forehead brace 2 2 extends upward, And an inclined bracket portion and a forehead contact portion. A certain fruit In the example, The forehead contact portion is pivotable, for example, about an axis 1902 (FIG. 19). Combined as is. If desired Contact plate 1904 is in use, for example Biased to the desired pivot position to prevent improper positioning of the forehead brace at You may. Spring, Elastic band or rope, Pneumatic or hydraulic equipment, Living hin A number of devices can be used to provide such a biasing force, including a jig or the like. Show In an embodiment, The elastic shock cord 1922 has an opening 1924a, 1924 b, 1924c, Passed through 1924d, Hole 1926a, Stay through 1926b Can be In the example shown, The inner surface 1906 of the plate 1904 Hook And loop materials (eg Velcro®), Intermediate connecting materials such as adhesive materials Via the fee 1907 or Or snap, Spot welding, Peripheral crimping, etc. Covered with a pad 1908 that can be coupled to the plate 1904 by plate 1906 (Pivot pin 1912a on bracket 1914, 1912b Receptacle 1910a, 1910b. Remove from plate 1906 Removable spacing device 190 When 8 is provided, Adjusting the distance at which the HMD is positioned in front of the user's face; So Different thicknesses to adjust the amount of eye relief 26 to fit the child, for example The user can install the pad.   A connection is established to establish communication or data transmission to the display device. And In the example shown, The display device is Below the left temple piece 14b Attached along the side, Includes a cable 34 converging at a connector 36. Typically, The connector 36 Computer or Video cassette recorder (VCR) (Po Video disc (laser disc) player (including portable video disc player) Layer or A broadcast television receiver, Television cable Is an optical fiber source, Personal computer (PC) games or for example Nintendo (trademark), Sega ™, Atari ™, 3DO (trademark), CD-i (trademark) A gaming device such as a non-PC gaming device available from Or video phone A video / audio source 38 (FIG. 17) such as a service (direct or Or Connection A cable that provides data or other communication (via a box or interface) Connected to the Preferably, Cable 34 is also used to deliver power to the device Can be In another embodiment, Use fiber optic cables, Or infrared or By using wireless communication such as radio wave communication, (For example, plug type Permanent mounting (without using a connector) Data transmission can take place via in-line cables or without wire cables. Can be. In one embodiment, HMD is A specific type of video format, Or , It is configured to accept signals, such as NTSG signals, over cable 34. You. The NTSG format for video signals is compatible with video cassette recorders and Format commonly used in the United States for output from many video games It is. Most personal computers use VGA (video graphic) Array) Outputs a video signal using a video output format. Therefore, is there In the example, It is desirable to display video output by a personal computer. If the interface device 506 (FIGS. 5A and 15) Used to convert to TSG signal. As shown in FIG. personal The output from computer 510 is provided by first cable 511 This technology Device 50 for converting a VGA signal to an NTSG signal in a well-known manner It is carried to 6. The NTSG signal is then transmitted from the interface device 506 to the cable 34. By (or Via the cable 134 via the head tracker device 100 , The process then proceeds (via cable 34) to the optics and electronics of HMD 102.   In one embodiment, It is helpful to provide the user with a control. In the example shown Is Not mounted on head mounted unit (like remote control unit or control console) ) Control device It is possible to give, At least some controls are head mounted units It's above. In the example shown, The first button 42 provides, for example, a mute function. Can be used to obtain Preferably, When this button is activated, Video mu To provide audio and audio mute, The currently output video image is displayed Suspended, The sound given to the headphones 52 (if any) is stopped. However, Control device to mute video only or mute video only It is also possible to provide a control device. Preferably, Turn on power to HMD Or Or reduce the number of users without having to interrupt data flow The mute control is configured so that the video can be easily turned off (however, , In one embodiment, Send a suspend command or other signal to the PC via the serial port The mute button is configured to stop the data flow at the same time by Wear). In one embodiment, Mute control device is LCD backlight, LCD and And / or turn off the power for the voice function. Preferably, Current control settings Set, For example, monoscope / 3-D, volume, More contrast is maintained And For example, the user can quickly see it again without having to reset the controls To be able to return.   In the example shown, Rocker switch 44 Like the volume of audio, Ah Parameters that vary over a range Can be used to control data. Other items that can be controlled in this way are video The brightness of the image, Hue or contrast, Picture like channel selection and / or Is the audio source selection, The brightness of the image, Audio tones (ie, Treble / ba Control). The sliding switch 46 is, for example, left, Right or non-relative Choice between distinct options to select the frame phase, Between the three-dimensional scene and the non-three-dimensional scene Can be used for selection and the like. In one embodiment, Standard (non-3D) display I, That is, The right eye is encoded first (3D1). Video encoded for play (3-D) Or Left eye encoded first (3D2) View of video encoded for continuous view 3-D to be displayed The slide switch 46 can be switched between. With one or more visible displays Can be In the example shown, LED "power on" indicator is provided . In one embodiment, The indicator light 48 Switch 46 in standard setting At some point, the first color is displayed, Switch 46 has two 3D (three-dimensional appearance) By displaying a second color when it is Setting of slide switch 46 You can also give information about If desired Illuminated light, Words or Along with the image displayed in the shape of an icon, Or that it was overlaid For example, status (3D or monocular, Battery low, Visual (such as mute on) Instructions to the user's eyes The electronic device can be configured as follows. Other controls and / or indicators Can be used, It can be mounted on various surfaces of the head mounted device of FIG. Place If you want Device to hold in hand, And / or For example, attached to the hole of the belt, Infrared, Radio or other wireless communication, It will be communicated to the HMD via a cable, etc. The control device can be mounted on another device, such as a device such as the like.   In the example shown, Earphone type loudspeaker 52a, Sound like 52b A voice device is provided. Other audio devices are earbud devices that can be hung on the ear Can be used. Left and right loudspeakers 52a, 52b is preferably Was For example, Each temple 14a, 14b mounting slot 56a, Sideways at 56b Adjustable pivotable arm 54a, 54b, the temple piece 14a, 1 4b is movably attached to the end of 4b. Speaker 52a, 52b by friction Can it be held in place? Or Detent tighter 58a, 58b is the speaker 52 a, 52b may be used to secure it in the desired position. Cable 62a , 62b transmits the desired signal to the loudspeaker 52a, Used to feed 52b You.   FIG. 5 illustrates another embodiment for providing an adjustable earphone. Fig. 16 In the example, Temple piece 1614, Rivet to form a hollow structure between Or pin 1602a, Outer member 16 joined by 1602b 14a and an internal member 1614b. In one embodiment, For example, earphone Or Or to other components like a head tracker, And, Signal from there Cable for giving, Medium to accommodate optical fiber or other communication lines Empty structures may be used. in this case, The cable is preferably a temple fold ( It has enough slack to address Figure 7). In the example shown, Adjustable Arm 1654a connects temple piece 1614 to earphone 1652. Show In an embodiment, The earphone 1652 has an external cover 1652a, First spacer 1652b, Transducer or speaker 1652c, Second spacer 16 52d and an outer cover 1652e. Internal components 1652b, 1652c, 1652d is clip, latch, adhesive, Ultrasonic welding Between the inner cover 1652a and the outer cover 1652e, which can be held in place. Being held in place by being lost. In the example shown, Arm 1654 , A clip 1604 for engaging a rib on the outer cover 1652a is included at the lower end. See Arm 1654 is rotatable and slidable on temple piece 1614 Included at the upper end is a hole 1604b for receiving the mating connector. Example shown Then The connection of the arm 1654 to the temple piece 1614 can be performed by pressing a button 1606a, Spring 1606b, Plate 1606c, For washer 1606d and pin 1606e According to Once assembled, Spring 1 606b is usually Slot 1608 formed in external temple piece 1640a b against the detent or toothed edge 1608a. Maintain in a disciplined state. Adjacent to tooth 1608a, If desired, teeth 1608a The surface of plate 1606c, which can be ridged to engage, has slots 160 8b slides plate 1606c and thus attached arm 1654 Acts to prevent The spring 1606b further comprises Inside plate 1606c The friction interaction of the washer 1606d Centering on coupling axis 1606f Usually, rotation of the arm 1654 is prevented. User Adjusts Earphone 1652 Position When you want to Reduce the pressure of washer 1606d against plate 1606c , And button 16 for reducing the pressure of plate 1606c against tooth 1608a The user presses 06a. When the pressure decreases in this way, The user is in slot 160 8 can slide the connector assembly and thus the arm 1654, Shaft 1 The arm 1654 can be rotated with respect to 606f. Rotation about axis 1606f Is the vertical distance (and horizontal position) between earphone 1652 and temple 1614 Adjust, Sliding along slot 1608b is for horizontal or horizontal positioning of earphone 1652 Adjust the position.   In one embodiment of FIG. The head strap 16 has left and right strap pivots. , Loop or D-ring 17a, 17b (FIG. 1) through the temples 14a, 14b It is. A buckle-like length and / or tightness adjustment mechanism is provided on the strap. Can be killed.   Preferably, Temple 14a, 14b is a left and right hinge 64a, 64b Connected to the main part 12. Hinge 64a, 64b is a temple piece 14 a, 14b in direction 66a, And bend inward to 66b, Shown in Figure 7 Gives an unassuming configuration. The bulky configuration is partially Production of video equipment Many or all of the linked electronics (as explained more fully below) This is achieved by placing at minute 12. In one embodiment, Temple piece 1 4a, 14b has little or no optical or visual elements or electronics (However, In some embodiments, these include, for example, cables and connectors. I can see). as a result, Temple 14a, 14b is a main part as shown in FIG. Can be folded almost flat for minute 12, Present under forehead brace 22 I do. For such a bulky configuration, Shipping, Storage, Easy transportation You. In one embodiment, Substantially the electronic device 72 used to generate the image. Everything is included in the upper part of the main part 12 of the device as shown in FIG. This eye Electronic devices used for the purpose Create video images on the eyepiece of a video recorder Such as the electronic devices used to create Smell of technology for generating video images And generally well-known, For example, Power supply, (For example, arrival (To ensure that the data is sent to the appropriate location on the image generator) Circuit, Buffer memory or other memory device, And / or image processing times Roads. FIG. For example, as could be on circuit board 1806 (FIG. 18). What An electrical component for use in connection with the present invention; Various types of HMD Connections to various components are shown in block diagram form. In the example shown, The video signal, which may be in NTSC format, is It is input to a well-known type of NTSC decoder 2102 in this technique. NTSC Decoder 2102 converts image data, such as red, green, blue (RGB) signal 2104, to first and And the second LCD 72. Normal display of data by the LCD 72 is based on this technology. Provided from an LCD timing generator 2108 of a type well known in US Pat. Controlled using signal 2106, The LCD timing generator 2108 NTSC Decoder 2102, And / or a program that can be coupled to the NTSC decoder 2102 When timing information such as frame synchronization information is received from the ramable logic device 2110, You. For example, a special timing signal 2112 for a three-dimensional display is programmed. It can be provided directly to the LCD 72 from the ramble logic 2110. Programmable Logic unit 2110 is a power switch, Mute switch, Volume switch, Movie An input is received from a switch such as an image mode switch 2114. Programmable Logical device 2110 For example Video mute, Timing and / or for field sequential or other purposes Supplies a control signal 2116 to the backlight device 228. Programmable logic equipment The installation 2110 is For example, an audio signal is received by a cable 34, And amplified First and second sound amplifiers for outputting a signal to headphones 52 via cable 62 A volume control signal 2118 is provided to the width unit 2110. Received by cable 34 The power that can be obtained is With power supply 2126, Digital electronic device 124, And / or Or to supply components such as the backlight LCD 2124b. It is stabilized and / or converted to the desired voltage.   The electric signal constituting the video signal is converted by the image generator 74 Single picture or one A series of videos, For example, it is converted into a simulated motion. The image generator 2 Cathode ray tube (CRT), Light emitting diode (LED) array, Liquid crystal display (LCD), Field emission device (FED), And laser devices such as laser diode arrays Any number of color or monochrome image devices may be included.   One example of an LCD that can be used for this purpose is: For example, Seiko Epson FO7KM200 cam available from SeiKo Epson Corporation Of the type commonly used in the finder of a coder, 0. 7 "diagonal LCD. Hitachi (Hitachi, Inc. ) Other sizes such as 1 inch diagonal LCD available from LCDs can also be used. You. Preferably, the LCD device comprises an incandescent illuminator, a fluorescent illuminator, an electroluminescent Any of a number of backlighting devices, such as Includes the ability to be illuminated by lights.   Once the image generator 74 generates the optical image, the light from the image generator varies A desired image to the position 28 of the user's eyes. A number of different optical configurations can be used for this purpose, which United States filed February 7, 1992, each incorporated herein by reference. A divisional application of Patent No. 5,303,085, filed on November 12, 1993 USSN 08 / 150,996 “Optically corrected helmet mounted Display (Optically Corrected Helmet Mounted Display) PCT Application No. PCT / US94 / 09820 "Personal Visual Display ”(“ Personal Visual Display ”). As shown in FIG. In one embodiment, the optical device comprises an image generator 74 and a substantially flat field of focus. A field-of-view correction device such as a plano-concave or concave-convex lens 76 for providing A fold for reflecting at least a portion of the image from the image generator toward combiner 82 And a return mirror 78. The combiner 82 is provided for the image received from the folding mirror 78. At least part of the light is reflected to the position of the user's eye via the folding mirror 78, and is preferably Or (for example, its substantially spherical table Magnify the image (by reflecting off the surface) and the combiner is at least partially In embodiments that are transparent, combining image light with light from the environment, Is provided to the user. Preferably, the combiner is an image light Will be the main magnifying element. Optics provide two-dimensional magnification of images Then it is called a "magnification" element. This item is called “combiner” for convenience However, in some embodiments, the combiner may couple the image light as described further below. It can be used in combination with ambient light.   In the embodiment shown, the image generator 2 is mounted substantially above the mirror 1 ( The device is oriented so that the axis between eye position 5 and combiner 4 is substantially horizontal. Means vertically upright). With reference to this configuration, the image light It moves downward from the image generator 2 toward the turning mirror 1. Image light is folded mirror 1 at least partially in a substantially horizontal direction away from the user's eyes 5 The light is reflected and travels toward the combiner 4. In the combiner 4, the image light is at least Partially reflected back toward the mirror 1. User sees image or ambient light simultaneously In an embodiment, light from the environment passes through a substantially transparent combiner 4 and 4 moves with the reflected image light to produce the combined light. User is environment Example of viewing only the generated image without seeing the image (called "immersion device" In), the combiner is substantially fully reflective and substantially opaque May be transient. The image light and / or the combined light is transmitted through a folding mirror to the unit. It is at least partially transmitted towards the eye 5 of the user. Observing eyes from the surrounding environment If there is light, the amount is reflected by the coating on the surface of the combiner. Can be at least partially controlled by the mirror.   In one embodiment, the image has a field of view of about 30 ° (for each eye) and about 11 fields. (4m) fixed focus and about 180,000 LCD panels To the user.   In many applications, it is desirable to give the user the impression of a color image. Fluka Color images should display distinct color components such as red, green, and blue components Can be achieved by: The latest technology for providing color video images is The colors of the minutes are arranged to be offset from each other in space or time. For example, In a typical television screen, the red, green, and And blue positions form a triple of pixels that are offset in space. That is, It is not adjacent to each other but adjacent to each other. This is because the pixel density Probably not as high as the method, necessarily resulting in an average large pixel triplet. Increase the size.   Another approach is to consider all red, green and blue colors for a given pixel To give at different times This is an approach that shifts the minute color in time. In this way, the colored image In a configuration where it is desirable to provide at a rate of 60 frames per second, each frame is 3 frames. Divided into three subframes, one for each color, for example, a red frame, Green pattern, blue frame, red frame, etc. The subframe is represented at a rate of 180 times.   One way to achieve a color image that is staggered in time is to use a color shutter By using. The color shutter controls the color shutter over the entire image area. And quickly between the three image colors (red, blue, green), for example 180 times per second An electrically driven device that can be switched to One type of color shutter is te Provided for the CUTRONIC EX100HD 1-inch color display system Things. Such color shutters are used for monochromatic (or black and white) video images. Can be mounted directly on the surface of the generator screen. The monochrome image generator then proceeds to the desired maximum. The black and white images in each color component of the final image are, for example, 1 / sec. It is configured to occur in 80 frames. Thus, the first (red) subframe The black and white image generator generates the red component of the first frame of the image to produce The color shutter is configured to produce black and white images and the color shutter to transmit only red light. It is. During the next subframe 1/180 second later, the monochrome generator will generate the blue component of the image. Generate black and white images, color The shutter is configured to transmit only blue light. During the third subframe, The monochrome image generator outputs a black and white image of the green component of the frame, and the color shutter Is transmitted. The resulting image is fully colored To the user, but the three colors for a given pixel are just In the same position. That is, the positions of the color components of the pixels are not physically separated. No.   The color shutter approach helps provide high-intensity color images, but is lighter In the context of two high-quality head-mounted displays, Absent. Typically, past optical configurations have used images from remotely mounted CRTs. For example, a monochrome CRT in connection with a relay lens system Has been used. This typically results in heavy systems, often with helmets It was fitted and became the type most suitable for military use.   Satisfactory color shutter on substantially curved surface such as that of lens 86 It has proven to be difficult to position and align in a smooth manner. Most In such cases, the observation aperture becomes very small due to such positioning, and the use of the device becomes difficult. It has proven to be difficult and uncomfortable. Therefore, one embodiment of the present invention Moving away from the approach of positioning the color shutter directly on the output screen, Instead, as shown in FIG. 9, the color system is positioned farther along the optical path. The shutter 88 is positioned. Shown in FIG. The color shutter 88 is positioned between the folding mirror 78 and the user's eye position 28 so that Can be placed between This avoids the difficulty of placing the shutter on a curved surface 86 , (Like a filter possibly filtering light twice) Direction, such as the area between the fold mirror 78 and the combiner 82. Avoid placing color shutters. As shown in FIG. If the mirror 88 is positioned below the lens 86, the folding mirror 78 and the To prevent interference or double filtering of light between It would be necessary to increase the height 92. As the height of the device increases, the observation aperture can be enlarged or Reduces shrinkage.   Many items can detract from delivering high quality images to users know. The image can be degraded when the image generator or various optics , Placed in precise positions with respect to each other and / or the position of the user's eyes Because they are not. Image degradation can be caused by stray light, Light that is not desired to be combined with the image and / or desired ambient light It is. To achieve the goals of low cost and light weight while maintaining high quality, Embodiments of the present invention block stray light and provide accurate positioning of optical elements Resulting in an optical shroud that can be used for two functions. As shown in FIG. In one embodiment, the top surface 11 of the shroud 112 is Reference numeral 4 has an opening 116 for receiving image light. Below the top 114, And the right side walls 122a, 122b and the floor member 124 There is a member 118. As shown in FIGS. 11 and 13, the side member 122a , 122b are preferably for example (in a straight axis 128 in the user's view) Between about 10 ° and about 30 °, preferably between about 10 ° and about 25 °. More preferably at an angle 124 of about 15 ° outward (ie, away from the eye) Overhang). In the embodiment shown, the top 114 of the shroud is Defines a plane substantially parallel to the plane of the output and the straight axis of view. Shown In an embodiment, floor 124 is between about 10 ° and about 25 ° relative to top plane 131. Angle 1 which is preferably between about 10 ° and about 20 °, more preferably about 12 ° It protrudes downward at 32. The groove 134c near the front edge of the floor is It is bent with a curvature corresponding to that of the combiner. This groove has recesses 134a and 134b, combiner 82 is in the correct position as shown in FIG. 13B. Used to mount the combiner to ensure that it is positioned. Rank After the placement, the combiner is for example glue, ultrasonic welding, interlocking It can be held in place by tabs and slots, latches, gaskets, and the like. Side wall An imaginary flat which intersects 122a, 122b along a line extending obliquely inside the side wall. Ledge 136 defining the surface, 137, 139 are used for other optical components as shown in FIG. 13B. It is used to mount the folding mirror 78 at the correct position. After positioning, Folding mirrors can be used, for example, with adhesives, ultrasonic welding, interlocking tabs and Held in place by lots, heat staking, latches, gaskets, etc. obtain. Top 114, floor 124, side walls 122b, and especially floor 124 and outside The side wall is usually used to shield the optical element from stray light that often causes image degradation. stand. An example of such stray light is from the user's nose or the user's light-colored shirt. It would be light that could bounce upwards. The shroud also has at least chamber 11 Optical components are protected from dust, abrasion, scratches, etc. on the surface of the Protect your account. To help protect the optics, a transparent dust cover 141 It can be positioned between the folding mirror 78 and the user's eyes. As shown in Figure 1 Thus, in one embodiment, the left and right shrouds 112 are in front of the left and right eyes. Individually positioned and spaced from each other. This configuration has many advantages. It is believed that First, both eyes are covered by a single shroud structure It is believed to provide a more pleasing appearance to more users than the device. Further Smaller than the device extending over and in front of both eyes without space between the two eyes Light-like stray that can be reflected from the user's nose while introducing low mass or weight More useful for blocking light It is thought to stand. In addition, if you provide a separate shroud 112, And more modular than devices with a single component extending in front of it Are thought to result in devices that are easy to design, maintain, repair, and configure. Can be In addition, by providing separate shrouds for the left and right eyes, Formally, each has a different center of curvature (reached to the left and right eyes, And / or enlarging a single image viewed by the left and right eyes. To increase the image magnification of the left and right images (preferably both vertical and horizontal) The position of the device having a magnifying (or magnifying) reflector 82 for each eye that results. Placement and assembly are facilitated.   In the embodiment shown, pins 152a, 152b projecting from the upper surface 114, 152c includes a field curvature correction device such as a plano-concave lens 76 (if provided). , For example, engages with corresponding holes 154a, 154b, 154c of lens 76 Help to align. The lens 76 has pins 152a, 152b, 1 Heat staking or heat doming the end of 52c. Or other means such as glue, ultrasonic welding, clamps, latches, etc. Therefore, it can be attached to the shroud 12. Tabs 156a, 156b and 156c Alignment and / or alignment with main portion 12 of the head mounted display device. Is provided for mounting.   An integrated shroud may also be provided, but in one embodiment, for example, FIG. Separate shrouds 112 are provided for the left and right optics as shown. It is. The embodiment shown aligns and / or holds various optical components. Recesses 134a, 134b for holding, grooves 134c, and ledges 136, 13 7, 139 and pins 152a, 152b, 152c, but with tabs, ridges, rails Align and / or secure such as roads, rails, spring supports, gaskets, latches, etc. Other devices for holding may be used. Shroud 112 is plastic, It can be made from a number of components including metals, ceramics, fiber reinforced resins, and the like. Shula The window 112 is positioned precisely (contrast enhancing light) with respect to other items of the device. Holes, to facilitate the connection of the shroud to other optical elements (such as It may include slots, or other shapes.   Another alignment problem is caused by the image generator. Of course, the image generator Other elements such as a field correction lens 86, a folding mirror 78 (if provided), etc. It must be accurately positioned with respect to the child. Certain image generation devices, especially LC D-arrays suffer image degradation as a result of light transmission around the LCD image area. Typically, LCDs are backlit and many LCDs have rectangular mats. A screen is used around the edge of the LCD to allow the viewer to see the light surrounding the active area of the LED. It has prevented you from seeing ruined contours. LC D at some thickness (typically about 2.D). 5mm), for example, a backlight Undesired light, typically uncollimated, is applied to the output surface via the LCD. Move to the LCD at an unusual angle and extend only to the active area of the LCD. A mask on the output surface that was not will not adequately cover the unwanted light. FIG. A shows a backlight 202, an active LCD area 204, a peripheral LCD circuit 206, 2 and a sectional view of a mask 208 are shown. As can be seen from this configuration, the Only the moving light moves in the normal direction as indicated by arrow 210 If so, the mask 208 would be effective enough. However, the LCD 204 The light moves from the backlight 202 in an unusual direction for the surface, The light 212 moves obliquely through the LCD 204 and skips the mask 208. This reason For this reason, previous devices prevent unwanted oblique light around the edges of the LCD. In order to pass the mask, the mask 208 is typically applied to the entire active area (or substantially An opening 214 that is smaller than the light-transmitting area is typically provided. this child It was found that the edges of the LCD image were probably masked, A certain amount of the image generated by the above is wasted.   Thus, one embodiment of the present invention provides a single LED 72 adjacent the output surface. The mask 222 (FIG. 14B), the LCD position 226 and the position of the backlight 228 Another one in between Including providing at least two masks, one mask 224. Preferably Means that both the first mask 222 and the second mask 224 are Have openings or windows 232, 234, respectively, substantially equal to You.   Preferably, the first mask 222 is the second mask 222, 224 and / or Has side walls 237a, 237b, 237c for properly aligning the LCD device 72. Formed integrally with the holder 236, including a mask, and suitable for the LCD. Provides an accurate and inexpensive way to position and align. Instead, mask 2 22, 224 can be provided as part of a single mask / LCD-holder. is there. In some embodiments, the mask / holder may include a holder for the head mounted display device. Includes holes 238a, 238b, 238c for attachment to main portion 12. holder 236 wears items such as image sources, bag lights, lenses, etc. Including devices (such as screw holes, bosses, grooves, rails, etc., not shown) Is also possible.   In one embodiment, the mask / holder 236 includes a mask / holder in the main portion 12 of the apparatus. Means are provided for adjustably mounting the holder. In this embodiment, the adjustable Being able to help prevent image disparity between the positions of the two eyes. The image gap is In part, due to manufacturing tolerances, the active area of the LCD is Exactly in the same position on the D device Stems from the fact that it may not be located. Changes are typically horizontal and About ± 0. It is within 25 mm. For adjusting both horizontal and vertical disparities It is possible to provide for the vertical disparity (ie, the corresponding Are seen by the observer as if they are offset from each other along the vertical axis) The horizontal disparity (ie, the corresponding parts of the left and right images Human vision is not sensitive to the Are shown. Thus, in the example shown, the vertical of the left and right images Of the moving screw arrangement 244a, for example, to eliminate eye strain that may result from differences in Such an optical adjustment mechanism may be provided to vertically align the two images. Screw 2 The traveler 246 attached to the holder 236 is rotated by rotating the Move vertically up and down (ie, along axis 247) to achieve the desired vertical adjustment. Is achieved as follows. Other methods of adjusting vertical inequality include racks and pinions Adjustment and use of shims, and tilting the combiner (at the expense of other distortions) Things to do. Similar adjustment mechanisms 244b, 246b provide an image for one eye. It can be provided to adjust the focus of the image with respect to the other.   Various types of adjustments can be provided, but are generally It is desirable to minimize the number of adjustments required. This is especially like this Make adjustments Can be difficult for the user, incorrect accommodation can lead to eye strain, May cause damage or even injury to the user. In some embodiments, substantially There is no need for focus adjustment. In one embodiment, the method (for a substantial focus adjustment by the user) It is possible to provide a fixed focal length (without the need). This is because HMD Compatible with the use of glasses (eg, for relatively large eye relief 26) This is because In some embodiments, the end user adjusts the distance between the pupils There is no way to do it. Refractive optics, especially lenses positioned in front of the user's eyes Devices that rely on noise often require adjustment of the pupil distance. This is for example Refractive optics so that the user looks through the edge of the lens instead of the center of the lens Prismatic or other distortion if the child is not substantially coaxial with the user's pupil This is due to the possibility that only the light may occur. In some embodiments of the invention, the optical element is substantially reflective. Optical element (compared to the exit pupil provided by a typical refraction device) B) bring a relatively large pupil. As a result, (from about 55 mm to about 60 m m, preferably between about 50 mm and about 70 mm). The pupil distance can be addressed without the need for the user to adjust the pupil distance. Endo Avoids the need or opportunity for the user to adjust optical elements such as focus or pupil distance This avoids the possibility of incorrect accommodation and eye strain, Of maintenance, repair and fabrication Costs are reduced.   FIG. 18 shows another embodiment of the optical part of the display device. In this example Upper housing part in which the visor housing meshes with lower housing 1802b Minutes 1802a. The lower housing 1802b includes an optical shroud 1812 Define openings 1804a, 1804b to which are coupled. Optical shroud 181 2 shields unwanted stray light, turns mirrors 1878a and 1878b, and a reflector 1882a, 1882b and dust covers 1804a, 1804b. Acts to position the element.   The mask / holder devices 1836a, 1836b have openings 1804a, 1804b. To the circuit board 1806 via the ribbon cable 1873a, for example. Or other image generator 1872a, 187 coupled to other electronic devices Receive 2b. The second masks 1824a, 1824b are used as image generators 1873a, Positioned above 1873b, various components are Plates 1808a, 1808b and cap 1810a , 1810b with proper alignment and spacing. Backlight Devices 1828a, 1828b are positioned above the image generator in a commonly used configuration Is done.   As shown in FIG. 18, the thumb slider 1814 may be a standard or 3D Circuit board to select observation mode Engage with a slide switch 1846 mounted on 1806. Pin or rivet 1816a, 1816b, 1816c, 1816d may be, for example, a bushing or Are optical shutters via spacers 1818a, 1818b, 1818c and 1818d. Used to couple the louds 1812a, 1812b to the lower plate 1802b Can be   When using a head-mounted display, the user is required to compare the environment with the generated image. It may be desirable to provide the scene simultaneously. Gives an image-only view excluding the environment In some cases, it is preferable to obtain the same. As noted above, in one embodiment Is to combine image light with light from the environment using a combiner. Thus can be given. Provide a completely reflective, substantially spherical mirror to It is also possible to provide only or “immersive” devices. However, preferred Alternatively, the device may provide any type of image as desired by the user. Can be used. Leave the user the option to get a view of the environment In order for the user to move properly and safely while wearing the device, And / or need such a sight to avoid feelings like motion sickness It may be particularly useful because it might In the embodiment shown in FIG. The shield 302 is configured so that it can snap onto the outer area of the combiner 82. And therefore environmental sight devices ("see-through", "transparent" or "head" "Up") into an immersive sight device. In one embodiment, Field 302 allows the user to view a partial view of the environment under the shield (eg, walking To look down (to look at your feet when you are). This shield is , A number of mechanisms, such as a snap 304, or a tab and slot device, Hooks and loops, such as those sold under the trade name Velcro® Flip device, or various latches or pivots (flip-up shields, etc.) Can be held in place by the The shield 302 includes plastic, metal, etc. Can be formed from many different materials.   In addition to providing a shield that can be mechanically added or removed, The transmittance of light passing through the inner 82 is controlled by an electromechanically controlled iris and a photocoupler. Romically activated coating or electrically activated coating Or other devices such as an LCD device.   Most head-mounted displays use the user's head position, posture, and location. It is desirable to gather information about the actions and / or movements. Use this information To provide users with “virtual reality” or simulated environments, for example. The user can determine the course through various displayed images and be simulated For many purposes, such as viewing objects from different angles. Generate Image to be controlled. For this purpose, inertial tracking, Magnetic tracking, Hall effect tracking, magnetoresistive tracking, electrolytic chill Many tracking devices are used, such as Can be According to one embodiment of the present invention, the tracking device is It is configured so that it can be attached and detached. In the embodiment shown in FIG. , The tracking device 312 is configured to engage with the ends of the temples 14a, 14b. The temple 14a of the device, such as by using a flexible hook fitting 314 14b. Other mounting devices that may be used include (Ve latches, clamps, and / or (as sold under the trade name lcro®) Or include hook and loop materials. One tiger that can be used for this purpose The locking device is Ascension Technology Corp.  Corp. ) By THE BirdTMIt is a product sold under the trademark name. Illustrated In some embodiments, tracker 312 transmits information to, for example, a computer. Has its own cable. Send tracking information via HMD cable It is also possible to provide couplers and wiring to reduce the number of separate cables involved is there. Trackers that can be snapped on or otherwise removably mounted should be Option to save on volume and weight if the User, but another example In one or more trackers may be made integral to the head mounted display.   As shown in FIGS. 17A-D, head tracker 100 is a head mounted display. 102 (HMD) for use in connection therewith. Write here In addition to the listed HMDs, a number of HMDs are combined with the tracker devices disclosed herein. Can be used. In the embodiment shown in FIG. 17A, the head tracker 100 Physically coupled to the head mounted display by wraps 104a, 104b, And are electronically coupled by a cable 34. Strap 104a, 104b Preferably sew the slots of the temple pieces 104a, 104b of the HMD. Through the strap extension portions 105a and 105b (Velcro ( Do not use hook and loop connectors as sold under the trade name HM) by mounting or via snap, buckle, latch, etc. It is detachably connected to D102. The cable 34 is unplugged and When the wraps 104a and 104b are disconnected, the tracker 100 Removably coupled by plug 36 so that it can be removed. HMD 102 does not use and / or support tracker input, Game software for viewing video from non-interactive sources such as cassette recorders (VCRs) For many applications, such as those associated with software or other software, Can be used without trackers. HMD 102 is used without tracker 100 In some cases, a simple strap (not shown) may be needed to maintain position on the user's head 18. The HMD may extend between the temples 14a, 14b for use, To an image generator such as a VCR 503 (preferably a connector block 505). Via video and left and right audio cables 507a, 507b, 507c) Or a computer (preferably to reduce flicker and / or video format Is the video output format such as VGA (Video Graphics Array) May be NTSC or PAL, etc., convert to the format used by HMD, etc. Via a PC adapter box or interface 506 that can provide May be coupled to a video or image generator by connecting . Connector block 505 includes a power on / off switch 505a, and / or May be provided with one or more indicator lights 505b, such as to indicate a power state. No. Preferably, the HMD / tracker is connected to an image source such as a computer or VCR. To the user using cables 34, 134 or other communication links that couple to the Some or all video data (to generate and control the images to be shown) (The sound generated by the user through the earphones 54a and 54b is generated. To generate audio information from the microphone 1502, for example. Audio) Data, (HMD / tracker operation, information output by HMD / tracker For controlling the format or content, or for PC, VCR, video disc Control information (to control aspects of operation of an image source such as a layer); Tracker information (such as from a tracker, eye tracker, etc.) Stored in a memory device and transmitted by a processor or the like. HMD / tracker as in the "plug-and-play" mode Product identification or configuration information (such as to facilitate installation or use of Obtained from PC 510, VCR 503, etc., or AC wall plug insertion port (illustrated H) obtained from AC-DC converter 501 which may be directly plugged in Power, polling and / or interrupt signal to power MD / tracker May communicate any or all of a number of different items, including communication of You.   If it is desired to add tracker 100 to HMD 102, the tracker They are physically connected by traps 104a and 104b. Tracker cable 3 04 is plugged into the socket of the HMD. Then the cable 134 is plug 1 36 and connect it to the serial port of PC 514a as an option. Coupled to the video generator, such as via the PC interface 506 . The video signal received through cable 134 (and Audio signal) is preferably transmitted through the tracker electronics if Sent substantially unaltered and the image and / or audio information is D102. Tracker 100 is received via cable 134 (next Power to the HMD), receive signals and output. Preferably more fully described below on a PC or other tracker data receiver As described above via the PC interface box 506.   By providing a tracker 100 that can be easily removed from the HMD 102 , Users are offered more flexibility and need tracker information if desired And not used to view movies or computer displays from applications , The HMD 102 without the tracker 100 and therefore lighter than otherwise Can be used. By providing a tracker 100 that is easily removable, While the merchant or retailer offers a wide range of options for the user It is possible to minimize the number of items that need to be kept in stock. Therefore, using this configuration, one or more "video only" products or "traffic" HMD with food products and / or tracker Upgrade and stock only two types of parts (HMD and tracker) It is also possible to sell while holding. In one embodiment, the tracker A given model is a multi-model HMD It can be attached to any of the following.   This feature of the invention includes magnetic (both without and with source), light, inertia and Using a number of different tracker technologies, including gravity and gravity sensors, preferably easy decoupling Technology is simple enough between HMD and tracker to achieve Can be achieved while being compatible with providing More fully described below In one embodiment, the tracker includes a three-axis magnetic sensing system and a two-axis weighing sensing system. Combine the stems and calculate the angles for pitch, roll and yaw. here As used, "pitch" is the rotation or pivoting of the head about a central axis or plane ( Nodding), and "roll" refers to the rotation of the head in the lateral plane (eg, "Yaw" indicates rotation about the spinal axis (typically (Corresponding to the compass direction when standing upright).   In one embodiment, the tracker housing 100 includes a strap on the user's head. Further accommodates a strap adjustment mechanism, such as for loosening or tightening. Shown in FIG. In one embodiment, knob 1402 includes holder 1406, pin 1408, and washer 1410. And is coupled to the pinion 1404. The pinion 1404 is The lower rack 1414a of the long portion 1416a and the upper side of the strap extension portion 1416b Engage with rack 1414b. Knop 1402 rotates in first direction 1418a The extension of the strap Move in each direction 1420a, 1420b within 1424 and over the user's head. The knob 1402 rotates in the second direction 1418b. The trap extensions move in respective directions 1422a, 1422b to move the user's head. Loosen the strap. This mechanism can be used with tracker devices and electronics if desired. Housings 1424a, 1424b that can also be used to encapsulate the tronics It may be encapsulated. In the embodiment shown, a pad or pad such as foam rubber is used. The session 109 lines the inner area of the tracker 100 and contacts the user's head 111. Touch. Preferably pad 109 is for hook and loop material, snaps, etc. Thus, it is removably mounted to accommodate a particular user's head size or shape. Replacement with a different pad 109 such as having a different shape or thickness enable.   In the embodiment shown in FIG. 20, the strap is loosened using the following mechanism. A knob 2006 for tightening or tightening is provided. Rotation of knob 2006 is performed on shaft 2 008 of the cam 2012 via the gears 2010a and 2010b. Cause movement, thereby loosening or tightening the straps 104a, 104b. You. Other loosening and tightening machines, such as mechanisms with motors, levers, ratchet mechanisms, etc. A frame can be further provided.   FIG. 25A is a block diagram in which the HMD and tracker are It is shown coupled to a computer 510 via a PC interface 506. De Data and control signals 502 and power 504 from PC interface 506 Given. The tracker circuit 508 sends a signal to and from the HMD 102. Accordingly If the tracker 508 is not connected, the HMD 102 Data 510 (via PC interface 506), for example, as shown in FIG. Connection. HMD is VCR, video disc player, video receiver When used with an image generator such as a transceiver, the HMD Relay block 505 (FIG. 22) without passing through ) May be directly connected 512. Few PC interfaces 506 And a computer 510 via a video port 514b. Preferably , The PC interface 506 is connected to the serial port 514a (in one embodiment, the The main I / O port for the information is formed by the head tracker 100, the HMD1 02, for example, to provide control and / or configuration signals). , Audio output port 514d (for example, a head that may be attached to the HMD 102). (For outputting sound to the telephones 52a, 52b) Audio input port 514c (eg, coupled to an HMD if desired) Well and / or via voice recognition, recorded voice, telecommunications, etc. Etc. to give input For receiving input from a microphone not shown, which may be used ) Is further coupled to the computer. In most situations, video and / or Or audio output to an external video screen or monitor 515a and / or To the speaker 515b (eg, a PC and / or multimedia speakers) Preferably, the PC interface 506 provides video and audio for this purpose. The signal splitter and / or passage 516 of the audio output signal is preferably And / or audio is being output on the HMD 102 at the same time And / or audio is output to monitor 515a and / or speaker 515b. Give as you get.   In the embodiment shown, the digital operation of the tracker is microprocessor 522 Which in one embodiment is a Motorola 68HC. It can be an 11D0 microprocessor. Program for microprocessor Firmware such as a PSD3-11L PROM. And may be stored in a read only memory (PROM) 524. Micropro Sessa requests from the host computer 510 as described more fully below. Receive and process. Microprocessor 522 also includes (more fully described below) Control signal to the coil control 526 and the tilt sensor. Microphone Processor 520, for example, Electronically erase and store sensor compensation information as described. Coupled to a removable read only memory (EEPROM) 528 It is. Microprocessor 522 includes an analog-to-digital (A / D) converter 532 Read the tilt and magnetic sensor data from the For example, it outputs data according to the required format and To the computer 510.   In the embodiment shown, two separate pitch tilt and roll tilt sensors Are provided, and 526 and 528 and corresponding analog filters 544a and 544 are provided. b, 544c, each with separate X, Y and Z orthogonally mounted magnets Sensor arrays 542a, 542b, and 542c are provided. Illustrated embodiment The first normalization coil 546 substantially surrounds the X sensor 552 and the second The normalization coil 548 substantially includes both the Y sensor and the Z sensors 542a and 542b. Siege. One normalizing coil 548 is connected to two sensor arrays 542a. , 542b to surround the two coils 546, 5 48 indicates that each sensor array 542a, 542b, 542c has its own coil On a printed circuit board or the like more easily than required to The manufacturing process is simplified.   Magnetic / gravimetric head tracking shown in FIG. 25A In addition to the system, other inertial sensing techniques, such as the type shown in FIG. Sensing technology can also be provided. In the embodiment of FIG. And roll are sensed by accelerometers 562a and 562b, respectively, and yaw is Is sensed using the rate gyro 562 as described more fully below.   FIG. 26 shows a tracker circuit in block diagram form. In the embodiment of FIG. The signal from the sensor 662 is demodulated 664, amplified, and optionally Before being provided to processor 668 via analog-to-digital converter 670, Filter processing 666 is performed. Magnetic sensor 672 is generated under the control of processor 668 And the sensor output is passed through an A / D converter 670. Before being provided to the processor 668 and amplified 674, demodulated 676, and filtered. A filtering process 678 is performed.   FIG. 27 shows an embodiment of the tracker circuit in somewhat more detail. For clarity , Power lines and the like are not shown. In the embodiment of FIG. 27, the sensor array 542a, Each of 542b, 542c has two (variable resistance) legs of the bridge that are Philippe KMZ10B available from Philips Electronics (Model KMZ10B), etc. Ridge format. The Y and Z sensors 542a, 542b have a normalizing coil 548 , While the X sensor is positive It is normalized by the normalizing coil 546. In particular, part of the magnetic field sensing process Send pulses to the normalizing coils 548 and 546 around the magnetic sensor before measurement. Including. Microprocessor 522 provides a signal that is decoded by PROM 524 To direct the current through the coil, and to be described more fully below. Signal 6 for switching the analog switch in the synchronous demodulation circuit 02 (eg, by enabling various switches).   To normalize magnetic sensors 542a, 542b, 542c prior to measurement The coils are pulsed to provide a strong magnetic field that reorients the magnetic domains of the sensor. To compensate for DC offset and drift, the polarity of the coil current Alternating with interval and measured sensor output. Multiplexers 604a, 60 4b is a rectifier circuit to provide synchronous rectification and demodulation of the resulting AC signal. Is specified. Coils 548 and 546 are connected in parallel with a "totem pole" switch array. A 606a, 606b. The switch is turned on and the coil Ground both sides of the In the case of an alternating current pulse, one of these switches is turned off. , Its corresponding switch on the other totem pole is, for example, 40 microseconds. It is turned on for such a predetermined period. The polarity of the switch is then reversed and the switch About three milliseconds elapse before the sequence repeats on the other pair. Two The current in coils 546 and 548 of FIG. Approach and thus provide a current surge without introducing noise on the 5V power bus Capacitor 610 is provided. The voltage on capacitor 610 is When it discharges each coil pulse and recharges between the pulses, it takes about 600-700 m V changes.   The resistor or sensor 542a, 542b, 542c is a magnetic field that aligns with the sensor. Act like a resistor bridge that gives a small voltage change between two terminals in response to Dance. In the illustrated embodiment, the signal amplitude of the output change is indicative of the magnitude of the earth's magnetic field. The magnitude is 2 mV in the case of a changing field. Synchronization used in connection with polarity reversal circuits The demodulation circuits 604a and 604b are used to detect external noise and output voltage of the sensor. Cancel both DC offset and / or temperature offset drift components. each The polarity of the sensor output is determined by the orientation of the orthogonal normalization field. For each sensor DC offset maintains its polarity regardless of the normalized pulse polarity. The sensor is “flipped” by normalizing the coil pulse, alternating polarity To the output. Therefore, the outputs from the sensors 542a, 542b, 542c Can be AC coupled and rectified, with zero offset voltage and drift. Preferred Alternatively, the normalizing coil has a polarity of about 3. For 5 milliseconds Pulsed at intervals.   The outputs of the sensors are the instrumentation amplifiers 612a, 612b, 61 2c is applied to the non-inverting input of the dual operational amplifier. Illustrated In some embodiments, instrumentation amplifiers 612a, 612b, 612c provide about 100 gains. I can. The demultiplexers 604a and 604b switch input paths when toggled. Configured as a double pole double throw (DPDT) switch whose outputs are cross-wired to switch You. The effect is that of a full-wave bridge rectifier synchronized to a polarity signal. Koi When a signal is being pulsed, the demultiplexers 604a, 604b Signal is forbidden and voltage transients from the sensor caused by coil pulses Prevent it from being sent to the next stage of the circuit.   The outputs from demultiplexers 604a, 604b are differential with a gain of about 5. It is provided to the inputs of amplifiers 614a, 614b, 614c. Align with given sensor If no magnetic field component is present, the corresponding output is the polarity of the normalized coil pulse. It does not change even if it is changed, so that the output of the differential amplifier 614a remains unchanged. is there. When one of the sensors senses a magnetic field, its output voltage shifts Pulses reflected on the outputs of the differential amplifiers 614a, 614b, 614c Corresponding to the polarity. The total sum of the offset of the magnetic resistor and the operational amplifier is several hundred mV Of the dual operational amplifiers 612a, 612b, 612 Between the outputs of c, this difference does not change with the reversal of the normalized magnetic field from the coil, but follows AC coupling 616 and differential amplification Canceled by stage 614.   The signal from the differential amplifier 614a is applied to low-pass filters 616a, 616b, 61 6c. In one embodiment, the low pass filter is about 20H It has a corner frequency of z and reduces noise at 60 Hz by about -20 dB. This file The filters are, for example, from power line circuits, CRT deflection circuits, and switching transients. Useful for attenuating interference. Low-pass filters 616a, 616b, 616 The output from c is provided to an analog-to-digital changer 532.   In the illustrated embodiment, the tilt sensor array 620 is a pitch tilt sensor. And both the roll tilt sensor. Used by many types of tilt sensors Can be In one embodiment, the tilt sensor determines the amount of tilt of the tracker. Use an electrolyte solution for Liquid is substantially when the HMD is in the reference vertical position Partially fill the encapsulation containing five electrodes that are perpendicular to. These five electrodes have one electrode inside A square pattern is formed in the center. When the sensor tilts, some electrodes Fewer areas covered by more electrolyte and opposing electrodes You. This liquid is resistant in nature, and the resistors 622a, 622b, 622c, 6 Form a voltage divider with 22d. A voltage such as 5 Vpp drives the center electrode, Is substantially attenuated according to the amount of liquid in contact with the other electrodes. These out The power is similar to the demodulators 604a, 604b, with a synchronous full-wave rectifier. To a synchronous demodulator 624, which may be a CMOS switch array configured.   Since the liquid in the tilt sensor is an electrolyte, it can be used for electrolysis and electrode plating. Operating in an AC environment to avoid the DC blocking capacitor 626 is DC Prevent flow. The clock signal 628 drives the binary counter 632, 1. In the case of control 634 Provide an alternating signal, such as a 4 kHz signal.   The output from demodulator 624 is provided to differential amplifiers 626a, 626b, and then , A low-pass filter 628a similar to that used in the magnetic amplifier circuit, 628b. The output from the low-pass filters 628a and 628b is A / It is provided to a D converter 532. In the embodiment shown, the A / D converter has 3 Provides 10 bit data conversion for magnetic and 2 tilt measurement voltages. Microp The processor provides output on a serial output line 642 and outputs on a serial input line 644. For example, a level translator that may be a MAX202 level translator Data is received via 646. Serial line 64 from host computer 510 The data received at 4 specifies the output format for the tracker data May be used to request the transmission of tracker data. Signaling signal. The data output on the serial line 642 from the tracker is Numerous formats described more fully below May be used. The microprocessor 522 receives data from the A / D converter. Take additional, optional or optional software filtering, etc. Signal changes may be provided, and data may be level translatored in the appropriate format. 646.   In one embodiment, the tracker is an RS232C 3-wire serial interface (TXD, RXD, GND). Good Preferably this tracker is 1200, 2400, 4800, 9600 And 19200 bits (bps). In one embodiment, the head tiger The locker provides a sample rate of about 250 Hz. Tracker is a standard ASCII tar It can be queried and tested using a minal program. Preferably on trackers All commands given are printable ASCII streams. Good Preferably, the tracker checks with the computer 51 whether the command was successfully processed. By sending feedback to inform applications in And respond to all commands.   One problem that has been noticed in connection with magnetic sensors is that the sensors are not capable of local magnetic fields. It responds to change. For example, a magnet or Magnetic sources (eg loudspeakers or headphones or any other nearby If there is a magnet, etc.) Could be detected by a magnetic sensor, even if the user kept his head still May be interpreted as indicating the user's head movement. this problem By providing a canceling or "cancelling" magnet in close proximity to each earphone drive magnet It can be at least partially overcome. However, rate gyros, accelerometers, etc. Have the advantage that they are substantially immune to magnetic disturbances, In a sense, it is more accurate than a magnetic sensor. In addition, trucks that use inertial sensors Lockers may require fewer circuit elements and are generally manufactured, designed, repaired and repaired. Easier to maintain and / or maintain, and cheaper to manufacture than magnetic sensor trackers it is conceivable that. Further, a circuit in which the HMD generates a magnetic field (for example, an HMD Magnetic sensor from such a magnetic source For example, as shown in Fig. 1, it is necessary to position them far away to avoid magnetic interference. preferable. Since inertial sensors are virtually insensitive to magnetic fields, such sensors To the HMD electronics, for example, in the collar region 12 of the HMD. It may be positioned in close proximity. Due to such a position, for example, the cable 13 4, the use of cabling is smaller and smaller and more Will give a pact design. In one embodiment, the tracker is integrated with the HMD And will not be removable by the user. However, magnetic Contrary to the sensor system, Due to the relatively small size and weight of the inertial sensor, The demands on and are smaller.   However, inertial sensors are not without their own problems. For example The rate gyro sensor generates a change in sensor output in response to a change in sensor temperature. It is susceptible to drifts such as shear drift. In some cases, inertial sensors are very No slow and / or low acceleration motion is detected. Some of the inertial sensors are Outs, or very fast or high acceleration movements of maximum magnitude Some are not measured. In one embodiment, the rate values are continuously integrated to provide a continuous Position values may be accumulated, and / or the desired Can cause no artifacts. These errors are especially noticeable when they If the tracker unit accumulates, the position, posture or Information that is not accurately shown can be output to the tracker. As an example, a variety of virtual environments Game software that allows users to move their heads to view Consider a case where a user uses a series of HMDs / trackers. Ideally, you The user is looking straight ahead first, then turns his head to the left, then his head If you return the camera to a straight forward position, the tracker will have the same starting and ending head positions. Exactly the same, so the display at the beginning and end of this movement is Is the same. However, inertial tracker drift or other inaccuracies For this reason, after the user returns his head to the initial position, Departure from the tracker (representing the accumulated drift). The display presented to the user is thus slightly less than the desired initial display. A situation can occur that is queued or offset.   According to embodiments of the present invention, offset or overcome such drift problems Corrections are given. Various strategies can be used to make this correction . For example, by giving some reference absolute frame from a magnetic sensor, an optical sensor, etc., (local Drift with respect to some fixed reference frame (eg static magnetic field, fixed optical object, etc.) It is possible to give a quantity indication. Such a frame of reference sensor is It is not necessary to give the required sensitivity and precise distinction to the To overcome the problem of drift while being provided at a lower cost than inertial sensors Can give enough information.   Another strategy involves calculating a long-term average. In one embodiment, such as a rate gyro, Inertial sensors can be characterized as having both null offset voltage and sensitivity. Output in volts. The null offset is the physical offset transmitted on the sensor This is the voltage when there is no movement. Sensitivity is the output for a specific momentum of the sensor The magnitude of the voltage change. Both null offset voltage and sensitivity are perfectly stable Doing May not be, or in time and / or temperature or other May change linearly in response to changes in environmental variables of Use of long-term average The use helps to address the instability of the null offset value. In one embodiment, , The value output by the rate gyro (or other sensor) is stored in the "accumulator" variable Are added continuously. This sum is divided by the number of samples it contains And this result is the average. When averaged over a sufficiently large number of samples , The average of which is the (current) null offset, which is within the resolution of the digitizer. In many cases, due to the limit of the accumulator, the accumulator is reset to 0, for example, periodically. , Or the average is subtracted from the accumulator each time. The long-term average is calculated periodically Or a moving average. The long-term average also indicates that the user's Can form the basis for determining whether or not For example, sensor readings and off If the difference from the set value is greater than the specified threshold, the user's head moves Can be determined. This threshold depends on the noise specifications and sensitivity of a given sensor. Can be selected for In one embodiment, the position indication output by the device is It is not updated if the device indicates that the head is not moving. This allows small The head position change instruction resulting from the sensor drift is not output. You.   Yet another approach may be combined with the long-term average described above. With an initial or reference position. For example, equipment and associated software The software may not be able to access certain computers or other devices when they boot up. When a software application runs for the first time, Time (selected by pressing a key or button) Even if such a position is indicated, it may be taken as a reference position. After this, tracker first From the initial position, and then returns to its initial position, from the initial position (X0) When outputting an instruction for an angle (X1) that differs only by an angle (for example, 20 °), User actually returns to the initial position (X0), and the difference (X1-X0) It is said that it occurred. In general, the user may have a joystick, keyboard It is considered that the user intends to return repeatedly to the direction in which he or she aligns with C. In this case, Small departures from such orientations are likely to represent the effect of sensor drift. Then, a correction may be applied in an amount equal to such a drift amount.   One process for making corrections for drift using inertial sensors is the It starts with the initial power up 1302 of the device (FIG. 23). The reference direction, such as the reference yaw direction, is For example, it is defined and stored as described above. During operation, this process Determine if the lacquer is currently moving or not moving. This can be done in a number of ways. And preferably other statistical analysis of the historical average or recent tracker output (described above) To Can be performed on the basis of In one embodiment, the tracker includes (1) the tracker output The amount of change is less than a predetermined threshold, and (2) the current apparent position (sensor output Is different from the previous apparent position by at least the threshold amount Is said to have not moved. In one embodiment, the drift is preferably controlled by the device. Calculated only when at least inactive for at least a threshold time period. G If the lacquer is not moving, the current apparent yaw position (based on the sensor output) ) And a reference or initial direction are calculated 1308. Then, the difference A determination 1310 is made as to whether the lift threshold amount is exceeded. The threshold value is It can be based on a number of decisions, such as by being calculated empirically or empirically. Relative A small threshold is a significant "false negative", meaning that the magnitude is actually relatively large. May give an indication that there is no drift at all Absent. A relatively large threshold limits the ability of the user to deviate from the reference direction. This means that the head (and then the The movement that deviates from the tracker) is not a real movement but rather a drift Because it is treated. In one embodiment, the threshold is less than about 30 °, Preferably between about 5 ° and about 25 °, more preferably between about 10 ° and about 20 ° And even more preferably between about 15 ° and about 20 °. Difference If it is higher than the threshold, It is estimated that there was no lift, and the procedure returns to exercise non-exercise determination 1306. Calculated If the difference is within the drift threshold, the difference is stored 1312 in the yaw correction value. Then, the routine returns 1314.   If the head tracker is determined to be in motion, set the apparent yaw value. After a calculation 1322 based on the sensor output, it is determined whether there is a yaw correction value. If so, before the procedure returns 1328, its value is calculated It is applied 1326 by addition to the calculated yaw value or the like. In one embodiment, the position Error feedback is provided in a specified amount and error correction is perceptible Has little or no strategic artifacts.   FIGS. 30A to 30F, 31A to 31F and 32 show one application example of the procedure of FIG. Here is an example. At time T1 (FIGS. 30A and 31A), the user's head 1002 It is aligned with the reference yaw direction 1004. This reference direction is an absolute direction (for example, magnetic north ), Or in one embodiment, any direction selectable, for example, by a user Alternatively, it may be the direction at the time of boot-up. The tracker has a reference direction 1004 The data indicating the parallel alignment 1102 is output. In the embodiment shown in FIG. At time T1, the tracker issues an instruction of 0 ° deviation from the reference yaw direction 1202. Output.   At time T2, the user rotates his head 1006 45 ° to the left (deflects). ing. In this example, at this point There is no tracker drift yet, so the tracker is An indication of a position 1108 which is 45 ° 1106 from 104 is output. 2 at 1208.   At time T3, the user rotates his head 1002 and Aligned and returned to the original position (same as the position shown in FIG. 30A). But However, it is assumed that a drift has occurred between time T2 and time T3, and the tracker The direction 1110 of the direction at the angle X1 (1112) with respect to the direction 1004 is given. did Therefore, as shown in FIG. 32 (1212), the angle X1 (1112) is Represents the amount of sensor drift. At time T3, the sensor (shown in FIG. 32) Exercise), and the device has just finished State 1306 is not yet shown. Therefore, at this time, drift or yo -Corrections are not calculated at all.   In this example, during the period between times T3 and T4, the user keeps his head substantially stationary. State, and a certain drift amount 112 continues to exist during this period. However Determines that the tracker is not substantially moving during the period between times T3 and T4 13 06. Accordingly, during the period between times T3 and T4, the device Is calculated, and it is determined that this angle is less than the threshold angle (for example, less than 20 °). As a result, a "yaw correction" value is stored. However, this The yaw correction value is not applied at this point in the illustrated embodiment. Substitute In addition, yaw correction is not applied until the device is in motion again. The device is in motion One advantage of waiting until is that the yaw correction is virtually It is imperceptible, because the tracker and possibly the display Because the user typically does not perceive the application of yaw correction during the time the image is moving It is.   During the time period between times T4 and T5, the user moves his head 1002 to the right by 45 °. (FIG. 30E). It is estimated that the sensor is still experiencing some amount of drift Thus, the uncorrected sensor output is the angle X1 ° to the left of sensor position 1118. 1124 (that is, 45 ° to the right of the reference direction 1004). I However, the angle 1112 is added to the sensor output 1124 during the time T4 and T5. The corrected indication 1128 is shown in FIG. 2 (1218) shows the correct corner 1118. Therefore, you Then, when the head returns to the reference direction 1004, the sensor drift angle 1112 is corrected. The sensor output 1032 (after correction) is shown as 1232 in FIG. As shown, an angle shift of 0 is correctly indicated.   The above-described correction method is implemented in the microprocessor 922, the host computer. Implementation at 510, or a combination thereof It can be implemented in a number of ways, including for example. Make corrections by software In addition to or in place of, analog corrections can be implemented if desired. You.   FIG. 29 is a block diagram illustrating an example of implementing hardware provided in the inertial sensor. . The implementation of FIG. 29 is somewhat similar to the implementation of the magnetic sensor of FIG. The amount of circuitry and the number of components provided are much less in the embodiment of FIG. No. In the embodiment shown, the output from rate gyro 562 is an amplifier 912 And is analog filtered by a low pass filter 916. After that, it is provided to the analog-digital converter 932. filtering The output provided provides an indication of the yaw angle. Indicating pitch and roll respectively Outputs from the speedometers 562a and 562b are also supplied to the analog-digital converter 932. Provided, the analog-to-digital converter 932 includes a microprocessor 92 2 to provide output. Microprocessor 922 may, for example, Sensor correction data for correcting the difference This can be provided using the data stored in 928. The data is, for example, According to the program stored in the PROM 924, the data is processed in the processor 922. You. Processing can be, for example, software filtering and / or Euler gonometry. Arithmetic and / or encoding, such as ASCII encoding. Processed The data is shown in FIG. In a manner similar to that described above in connection with Can be empowered.   Preferably, the microprocessor and / or host computer is The roll and pitch angle are also calculated using the data of the pitch sensor and the pitch sensor. B One of the difficulties of the previous method of calculating the rule and pitch angle from the tilt sensor is The amount of computation, programming and / or necessary to perform such computation It was time. According to one embodiment of the present invention, an improved meter that reduces computational complexity. An arithmetic system is used. Preferably a roll with acceptable accuracy and The pitch angle indication is calculated using a single trigonometric calculation (preferably a lookup table). Only requires the calculation of the cosine value obtained from the Achieved by According to this method, each of the tilt sensors has two different Outputs an indication of the angle of inclination, preferably along an orthogonal axis, whereby one Defines a plane (or a set of parallel planes). The first step in this procedure is Calculates the angle between a specified plane and a reference plane such as a horizontal virtual plane. I do. This requires a single trigonometric calculation, preferably a lookup table It is preferably calculated by determining the cosine of the arc. Once, two chills When the angle formed by the plane defined by the sensor and the virtual horizontal plane is known, this angle The degree is proportional to the magnitude of the sensor output and is proportionally distributed between the two sensor axes Is done. For example, two tilt sensors currently have voltages of 1V and 2V respectively. Suppose you are outputting. Surface defined by two sensors in trigonometric calculation Is assumed to be at a 30 ° angle to the horizontal. Two By distributing this angle on the sensor axis in proportion to the sensor output value, the first The tilt angle along the sensor axis is 10 ° and the tilt angle along the second sensor axis is It is determined to be 20 °. This example is based on linear distribution, or actually A ratio of square roots is preferably used to distribute the angles between the sensor axes.   Benefits of using an accelerometer for tilt detection instead of an electrolyte tilt sensor One is that the accelerometer is more accurate at large tilt angles, at least about 9 It is substantially accurate and linear for angles up to 0 degrees. Contrast In particular, electrolyte tilt sensors often have significant angles above about 30 °. Non-linearity is displayed. In one embodiment, in the range of about 30 ° to about 60 ° The non-linearity is compensated for by the lookup "table" stored in memory. Reduced or corrected using a positive factor.   Several devices can be used as the rate gyro. Preferably, For example, to reduce motion or jitter, use a handheld video camera (cam Murata Company of the type used in Coders A rate gyro available from can be used. Motorola , Texas Instruments and / or analog -Devices Inc. (Analog Devices, Inc. Available from In connection with vehicle airbags or anti-lock brake systems, including equipment Some accelerometers may be used, such as those commonly available for use in Can be.   In one embodiment, one of several delivery modes, one of several data modes Data output from tracker in one and one of several formats May be. The data mode may be ASCII encoded or binary Good. The format is “unprocessed (uncooked)”, “processed (cooked)” (software Ware corrected and / or filtered), Euler angles or mouse It may be emulation. The delivery mode is continuous (streaming), Or mouse emulation. In many situations, Error recovery is difficult in continuous mode and a series of interrupts, and CPU Preferably polled in commercial applications, as it would waste the vehicle Operation in the delivery mode is contemplated.   In continuous (streaming) data transmission mode, The "start" signal causes the tracker Outputs a continuous stream of tracker data as multiple consecutive packets You. Preferably, each packet has a start header and Reads continuously received data and searches for a start header. Preferably , This packet also contains the checksum. Once the application emits the header Upon inspection, the rest of the packet is read and the checksum is calculated. Calculation If the transmitted checksum does not match the transmitted checksum, the application The option returns the data one byte beyond the last time the header was found. Read and start the process over again. Alternatively, the application is not Stop the continuous stream by sending a stop command until After flushing the read buffer, you can start reading the stream again . In polling mode, it responds to a “send” signal from the host computer. In response, the tracker outputs a single data packet. In one embodiment, the packet The bit size is 12 to 8 bytes depending on the required format.   In raw data format, data is amplified and filtered as described above. After being demodulated and rectified, the data is decoded by an analog-to-digital (AD) converter. Digitized and then a 12 byte packet for binary data mode, or (ASCII) space separates each of the 2-byte ASCII hexadecimal values , Encoded in ASCII Sent to the host computer as one of a series of hexadecimal values. Raw mode Is primarily intended for use in debugging.   In the processed data format, after the data is received from the A / D converter , The magnetic vector is scaled and it is located at about 0 in the center The reading of the tilt sensor is based on the internal compensation constant stored in the EEPROM. Linearized. The processed data is, for example, smaller than the tracker's microprocessor. Rather, it is used when it is desired to perform angle calculations on the host computer. Could be. For processed data, if the device is in binary data mode, Data is sent as 12-byte packets, and for ASCII data mode, The data is sent in a 2-byte ASCII hexadecimal format.   In the Euler angle format, data is "processed" as described above. In addition, the tracker's microprocessor measures yaw, pitch and roll angles. Calculate. In one embodiment, the magnetic sensor data includes the surrounding magnetic field, ie, the configuration, material, From the Earth's magnetic field as seen by any local influences such as power lines, power lines, etc. It shows an absolute orientation with respect to the resulting local magnetic field. In binary data mode, the data Is output as 8-byte binary data. In the ASCII data mode, Each of the error angle data is a 2-byte ASCII hexadecimal value (ASCII) space. Are separated Is transmitted in the form of ASCII hexadecimal values.   In emulation mode, the serial output from the tracker is Communicate with In this mode, the tracker runs at 1200 bps and always By sending data bits as simulated stop bits, A 7-bit data byte with one stop bit and one start bit Simulate. Output format is Microsoft (Microsoft) (registered (Trademark) mouse serial data format (3-byte format) Is what is done. While operating in mouse mode, X is -Determined by angle calculation, Y is scaled by detecting pitch angle Is determined. In one embodiment, two mouse modes are available. First Mode, displacement or delta values are sent whenever the tracker moves . The size of the delta value depends on how far the tracker has moved. Second In the mode, the reference position is defined. This means, for example, that the tracker is first initialized Any movement away from this reference position will result in a threshold near the tracker reference position. The result is that the delta is sent continuously until it is moved back within This is done when you drop. Delta size is how far the tracker is from the reference position It depends on whether you are moved to. Preferably, the user or application Sensitivity and threshold can be set.   In view of the above description, several advantages of the present invention can be seen. Book The invention provides low cost, light weight and high quality images in head mounted displays It is a thing. For example, in one embodiment, the HMD according to the present invention is about 8 oz ( About 200 g). In one embodiment, the HMD without earphones is , About 3 inches (about 7 cm) high and about 7 inches (about 18 cm) wide, folding Approximately 8 inches (about 20 cm) when not folded, and about 3 inches when folded. 5 inches long (does not include any straps or trackers ) And the earphones (according to the rotation of the arm 54) have a height meter of about 1. 5 in (About 3 cm). In one embodiment, the HMD reduces or avoids eye fatigue In order to Fixed relatively large focal length, such as 5m, and about 2m Provides somewhat shorter or converging depth. Preferably, the left and right images And there is a substantially 100% overlap of stereoscopic images. Preferably, the device is simple The simplicity of storage and transport, light weight and easy installation make the user Provide comfort for the user and provide control for video and audio Can be easily adjusted or accommodate the user's head size and ear or eye position And provide high intensity, which is preferably a color image It is easy to align, manufacture, design and repair. Or immersion characteristics Control is facilitated and / or tracking is Or the user can choose. In some embodiments, each is a single A configuration that performs multiple functions instead of requiring multiple components that perform a function The provision of elements minimizes or reduces weight and cost It is. For example, the reflector 82 directs the light of the image to the user's eyes, magnifies the image, It fulfills multiple functions of providing for a combination of image light and environmental light. Optical The loudspeaker 112 has a number of features that position the optics at desired locations and prevent stray light. Provides functions. In one embodiment, holder 222 places LCD 72 in a desired position. Position, mask, and, if desired, positions 246a and 24 It serves multiple functions of regulating 6b.   The disclosed head tracker offers ease of use and comfort at low cost. To generate fast and accurate data. Need to use tools preferably from HMD By providing a tracker that end users can easily attach and detach without If desired (eg do not need and / or support trackers) Tracker not installed (for application), resulting in reduced equipment weight The HMD in the closed state can be used easily. Whether the tracker is used Connection to the host computer (or other image generator) Cable or other Has only one link, so it may be restrained by multiple cables or other links. The inconvenience associated with doing so is avoided. The tracker can be easily attached and detached. Consumers who don't want to spend money on their ability to upgrade later to tracker devices With the option to purchase the HMD alone, and The seller strikes both the tracking HMD and the non-tracking HMD. There is no need to keep it locked. Preferably, the tracker is substantially at the user's head HMD (eg, optics positioned on or near the visor area) At least partially balanced, opposite the heaviest part of the By reducing or eliminating neck fatigue. Preferably Some components in the system are tracker and head strap pull Combining functions, such as by providing a single housing that contains both the device and Is minimized. Tracker communication through computer serial port By providing for security, the user can install the card or otherwise There is no need to access the inside of the strike computer. Selectable for multiple users Output format, preferably selectable by software. With this, the tracker of the present invention is compatible with a wide variety of current application software. Software that is more easily used in connection with Ware with the tracker of the present invention It will be easier to develop to be compatible. Magnetic sensor (For example, a normalizing coil in the case of a magnetic resistor, or a fluxgate device) In the embodiment surrounded by the drive coil in the case of Some embodiments use a single coil to surround two or more sensors, and This allows the assembly of the device, e.g., mounting on a printed circuit board, to be done with a separate core for each sensor. Make it easier and cheaper than if the file had been used. Do it. In one embodiment, an inertia such as an accelerometer and / or a rate gyro is used. Accuracy is higher than with many types of magnetic sensors Less distortion, and easier to manufacture.   Some variations and modifications of the present invention may be used. Show The devices used are binocular, but devices for a single eye can also be used. Shown More or fewer controls can be used. Providing other aspects Instead, some aspects of the invention can be used. For example, color It is possible to provide a spectacle-like folding style without providing a shutter is there. A strap that can be removed by the user without providing a strap tensioner It is possible to provide mosquitoes and vice versa. Removable forehead of various thicknesses Brace pads adjust the spacing of the device from the user's head, thereby Is disclosed to adjust the amount of strain relief, but before and after Slidable linearly in direction or pivotable to affect distance from forehead Equipped with a flexible bracket and / or movable or slidable back and forth. By providing a forehead brace with optics mounted Other devices are provided for adjusting strain relief.   The head-mounted display is an ultra-portable computer (Ultra Port filed on July 12, 1995, which was able to Incorporated US Patent Application Serial No. 60 / 001,069 (Attorney Docket No. 9) No. 11193/90701), a full-function computer, keyboard Mode, microphone or other input device, or a speckle depixelator (Sp eckle Depixelator), filed January 18, 1995 and quoted here. This is explained in the incorporated application serial number PCT / US95 / 00661. Head-mounted disc with depixerator and / or eye tracking August 1995 about Play (Head Mounted Display with Eye Tracking) Application serial number filed on the 8th and incorporated herein by reference Issue (representative Eye tracking as described in Human Document No. 911193/90600) Etc. can be combined or coupled to other devices. Embedded display device And / or image and / or audio storage in the HMD so that Is feasible to house or combine sources You. Images are stored in memory devices (eg, ROM or flash memory), magnetic storage Device (such as a hard disk or videotape), optical device (video disk or May be stored in a compact disc or the like. PC interface is H Shown as separate from the MD and communicating with the HMD via cable However, this PC interface can be included as part of the HMD if desired. May be rare. This preferably activates a user switch or other control Automatically responds to electronic messages or electronically detects the type of video format received. Select this when video format conversion is not required, such as when responding dynamically. It can be alternatively bypassed. Decoder, direct connection to satellite and satellite table Cables and vias, such as “set-top box” devices to Others, such as a videophone, computer network or similar information outlet Items may be mounted on or coupled to the HMD.   One embodiment described above is that when a tracker is used, the Image to HMD via first cable to computer and second cable And the passage of information trackers. The second cable uses a tracker If not, it is used to connect to the host computer. However, HMD, regardless of whether power is used, on the host computer or Other drawings A cable (or infrared, wireless or other wireless link) that couples to the image source (And optional) to send tracker information to the HMD. Another preferred option is to receive power, commands, etc. from the HMD. It is also possible to provide a cable or link that can be disconnected by the At this time, if a tracker is used, the HMD communicates with the host computer. Pass data and other signals to and from the locker. One embodiment uses a magnetic resistor Have been described, but other tie-ins, including fluxgate sensors and Hall-effect sensors Magnetic sensors can be used. One example is a rate gyro and The use of an accelerometer has been described, but a second-degree-of-freedom gyroscope, Iroscopes and laser gyroscopes and piezoelectric accelerometers or resistors Includes anti-accelerometer, strain gauge sensor, servo accelerometer and eddy current probe Other types of inertial sensors, including any of a variety of accelerometers, can be used. You. One embodiment is for both a head tracker and a head strap tensioner. Discloses a single housing for the two components, but separates the two components into different housings. Could be placed in a location and / or location. Tiger to host computer The locker / HMD connection is preferably via an external PC interface However, some or all of the PC interface functions are embedded in the host PC. And / or HM D and / or performed by a device contained in a tracker Would be possible. Similarly, a tracker or HMD (microprocessor , Filters, power devices, etc.) It could be located outside the tracker and / or HMD. 1 One example is that if the detected yaw is close enough to the reference direction, Compensation involves making corrections for drift, but drifting To accommodate the direction sensed by a second (eg, magnetic or optical) sensor Such as correcting the direction detected by the first (eg, inertial) sensor, etc. Can be corrected even by the method of (1).   The invention is illustrated by a preferred embodiment and certain variations and modifications. However, other variations and modifications may be used and the invention is not It is defined by the descending claims.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ６０／００１，１５１ (32)優先日 平成７年７月14日(1995．7．14) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｋ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 アマドン，シィ・グレゴリー アメリカ合衆国、98012 ワシントン州、 シアトル、イー・ブレイン・ストリート、 1017 (72)発明者 マック・ジュニア，ウォルフガング・アダ ム アメリカ合衆国、98112 ワシントン州、 シアトル、シックスティーンス・アベニ ュ・イー、525、ナンバー・203 (72)発明者 ニコラ，レオ アメリカ合衆国、98006 ワシントン州、 ベレビュー、エス・イー・クーガー・マウ ンテン・ドライブ、17130 (72)発明者 ツェオ，エリック アメリカ合衆国、98144 ワシントン州、 シアトル、トゥエルブス・アベニュ・サウ ス、3006 (72)発明者 ドナルドソン，ダグラス アメリカ合衆国、98011 ワシントン州、 ボゼル、エヌ・イー・ワンハンドレッドア ンドセブンティース・ストリート、8830 (72)発明者 エッター，ロバート・ティ アメリカ合衆国、98390 ワシントン州、 ボニー・レイク、トゥーハンドレッドアン ドエイス・アベニュ・イースト、1505 【要約の続き】 （５４２ａ、５４２ｂ、５４２ｃ）を用いる。別の実施 例では、レートジャイロ（５２）および／または加速度 計（５６２ａ、５６２ｂ）などの１つまたはそれ以上の 慣性センサが用いられる。────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (31) Priority claim number 60 / 001,151 (32) Priority date July 14, 1995 (July 14, 1995) (33) Priority country United States (US) (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LU, M C, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG , CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (KE, MW, SD, SZ, UG), AM, AT, AU, BB, BG, BR, BY, CA, C H, CN, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB , GE, HU, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LK, LR, LT, LU, LV, MD, MG, M K, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO , RU, SD, SE, SG, SI, SK, TJ, TM, TT, UA, UG, US, UZ, VN (72) Inventor Amadon, Sy Gregory             United States, 98012 Washington,             Seattle, E Brain Street,             1017 (72) Inventors Mac Jr., Wolfgang Ada             M             United States, 98112 Washington,             Seattle, Sixteenth Aveni             New E, 525, Number 203 (72) Inventors Nicola and Leo             98006 Washington, United States,             Bereview, SE Cougar Mau             Tenten Drive, 17130 (72) Inventor Zeo, Eric             United States, 98144 Washington,             Seattle, Twelve Avenue Sau             S, 3006 (72) Inventor Donaldson, Douglas             United States, 98011 Washington,             Bozel, NE One hundred Red             Seventh Street, 8830 (72) Inventor Etta, Robert Thi             United States, 98390 Washington,             Bonnie Lake, Two Hundred Anne             Doyce Avenue East, 1505 [Continuation of summary] (542a, 542b, 542c). Another implementation In the example, a rate gyro (52) and / or acceleration One or more such as a total (562a, 562b) An inertial sensor is used.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １．ユーザのためのビジュアルディスプレイ装置であって、 画像光を出力する画像生成器と、 前記両像生成器からの前記画像光を受取り、前記画像をユーザの目の位置に与 えるべく構成された光学素子と、 画像生成器、光学素子およびシュラウドをユーザの頭部に装着すべく構成され たホルダとを含み、前記ホルダはユーザの額または目の前に位置付けるために構 成される第１の位置と、前記第１の位置からユーザの頭部の側面に沿ってユーザ の耳に向かって延びる第１および第２のテンプルピースとを有し、前記第１およ び第２のテンプルピースは前記第１の位置に旋回可能に結合され、前記テンプル ピースが実質的に前記第１の位置に隣接して折り畳めるようになっている、ユー ザのためのビジュアルディスプレイ装置。 ２．ユーザのためのビジュアルディスプレイ装置であって、 画像光を出力する画像生成器と、 前記画像生成器からの前記画像光を受取り、前記画像をユーザの目の位置に与 えるべく構成された光学素子と、 ユーザの額に接触するよう構成されたブレースを含む、ユーザの頭部に両像生 成器、光学素子およびシュラウドを装着すべく構成されたホルダとを備える、ユ ーザのためのビジュアルディスプレイ装置。 ３．前記ブレースは、ブラケットと、前記ブラケットに関して旋回可能なプレー トとを含む、請求項２に記載の装置。 ４．前記プレートを第１の旋回された構成に向かって動かすための手段をさらに 備える、請求項３に記載の装置。 ５．前記ブレースに取外し可能なように結合されたパッドをさらに備える、請求 項２に記載の装置。 ６．目の負担を和らげる量を調整する手段をさらに備える、請求項２に記載の装 置。 ７．ユーザのためのビジュアルディスプレイ装置であって、 画像光を出力する第１の出力表面を有する、少なくとも第１の画像生成器と、 画像生成器からの画像光を受取り、前記画像光の少なくとも第１の部分を反射 すべく位置付けられた、少なくとも第１の折り畳みミラーと、 前記画像光の前記第１の部分を受取り、前記画像の少なくともいくらかをユー ザの目の位置に与えるよう設置された第１および第２の倍率化反射板とを備える 、ユーザのためのビジュアルディスプレイ装置。 ８．前記画像光は、反射光学素子を用いて、かつ前記画像生成器とユーザの前記 目の位置との間の光路に沿っての屈折光学素子の不在下において、ユーザの目の 位置に与えられる、請求項７に記載の装置。 ９．前記装置は実質的なプリズム状の歪みの不在下においてユーザの瞳孔間距離 を約４０ｍｍから約６０ｍｍの間に合わせるものであり、前記瞳孔間距離を合わ せるためにユーザによる装置の調節が必要でない、請求項７に記載の装 置。 １０．前記画像はユーザによる焦点距離の調節なしで、ユーザの目に与えられる 、請求項７に記載の装置。 １１．ユーザのためのビジュアルディスプレイ装置であって、 画像光を出力する画像生成器と、 前記画像生成器からの前記画像光を受取り、前記画像をユーザの目の位置に与 えるべく構成された光学素子と、 ユーザの頭部に画像生成器、光学素子およびシュラウドを装着すべく構成され たホルダと、 音声信号を受取り、第１のフォーマットにおいて映像信号を受取り、第２のフ ォーマットにおいて映像信号を出力し、音声信号を出力するコンバータとを備え る、ユーザのためのビジュアルディスプレイ装置。 １２．前記第１のフォーマットはＶＧＡであり、前記第２のフォーマットはＮＴ ＳＣである、請求項１１に記載の装置。 １３．前記映像フォーマットコンバータは、音声信号および変換されていない映 像信号の通過をもたらす、請求項１１に記載の装置。 １４．前記音声信号および変換された映像信号は、単一のケーブルを介して出力 される、請求項１１に記載の装置。 １５．ユーザのための頭部装着ビジュアルディスプレイ装置であって、 画像光を出力する画像生成器と、 前記画像生成器の第１の側部に位置付けられる第１のマスクと、 前記第１の側部と対向する前記画像生成器の側部上に位置付けられる第２のマ スクと、 前記画像生成器からの画像光を受取り、前記画像をユーザの目の位置に与える べく構成された光学素子とを含む、ユーザのための頭部装着ビジュアルディスプ レイ装置。 １６．前記第１のマスクを前記画像生成器に向かって動かすためのばねをさらに 備える、請求項１５に記載の装置。 １７．前記第１および第２のマスクを前記画像生成器に対して圧縮するためのば ねをさらに備える、請求項１５に記載の装置。 １８．画像供給源により生成された画像をユーザに対して表示するための、ユー ザのためのビジュアルディスプレイ装置であって、 画像光を出力する画像生成器と、 前記画像供給源からの画像データを前記画像生成器に伝える手段とを備え、前 記伝える手段は同時に前記画像の第２のディスプレイ装置上での表示をもできる ようにするものであり、さらに 前記画像生成器からの前記画像光を受取り、前記画像をユーザの目の位置に与 えるべく構成された光学素子と、 ユーザの頭部に画像生成器、光学素子およびシュラウド を装着すべく構成されたホルダとを備える、ビジュアルディスプレイ装置。 １９．コンピュータに結合するための、ユーザのための頭部装着ビジュアルディ スプレイ装置であって、前記頭部装着ディスプレイは予め定められたタイプのも のであり、前記装置は、 画像光を出力する画像生成器と、 前記画像生成器からの前記画像光を受取り、前記画像をユーザの目の位置に与 えるべく構成された光学素子と、 ユーザの頭部に画像生成器および光学素子を装着すべく構成されたホルダと、 前記頭部装着ディスプレイの前記タイプに関する情報を前記コンピュータに通 信するための手段とを備える、頭部装着ビジュアルディスプレイ装置。 ２０．前記通信手段は、前記頭部装着ビジュアルディスプレイ上の、前記頭部装 着ディスプレイの前記タイプの指示を記憶するための情報記憶装置と、前記指示 を検索して第１の通信リンクを介して伝送するプロセッサとを含む、請求項１９ に記載の装置。 ２１．頭部装着ディスプレイとともに用いるためのトラッカであって、 ハウジングと、 前記ハウジングに結合され、前記ハウジングの運動または位置を示す第１の信 号を出力すべく構成された、センサ および信号処理回路と、 頭部装着ディスプレイがユーザの頭部上に位置付けられている場合に、ユーザ の頭部の運動がセンサの運動を引起こすように、頭部装着ディスプレイに前記ハ ウジングを結合すべく構成された結合器とを備え、 前記結合器は、頭部装着ディスプレイがトラッカなしで用いられ得るように、 ユーザによって前記トラッカの取外しができるよう構成されている、頭部装着デ ィスプレイとともに用いるためのトラッカ。 ２２．結合器はユーザによってトラッカの取外しができるように構成されており 、そのような取外しを行なうには道具は必要ではない、請求項２１に記載のトラ ッカ。 ２３．結合器は、前記頭部装着ディスプレイに取付けるべく構成されたストラッ プを含み、前記ストラップは少なくとも部分的に、前記頭部装着ディスプレイを ユーザの頭部上に維持する、請求項２１に記載のトラッカ。 ２４．前記ストラップの効果的な締まり具合を調節するためのテンショナをさら に備える、請求項２３に記載のトラッカ。 ２５．前記テンショナは、実質的に前記ハウジング内にある、請求項２４に記載 のトラッカ。 ２６．前記ハウジングに結合され、前記テンショナを動作させるための制御をさ らに備える、請求項２４に記載のトラッカ。 ２７．前記トラッカは、ユーザの頭部に対してある位置において、前記頭部装着 ディスプレイに結合され、前記頭部装着ディスプレイの重量の釣合いを取るもの であって、首の疲労が低減される、請求項２１に記載のトラッカ。 ２８．頭部装着ディスプレイと、 トラッカとを備え、前記トラッカは、 ハウジングと、 前記ハウジングに結合され前記ハウジングの運動または位置を示す第１の 信号を出力すべく構成されたセンサおよび信号処理回路とを含み、さらに 頭部装着ディスプレイがユーザの頭部上に位置付けられた場合に、ユーザの頭 部の運動がセンサの運動を引起こすように、頭部装着ディスプレイに前記ハウジ ングを結合すべく構成された結合器を備え、 前記結合器は、頭部装着ディスプレイがトラッカなしで用いられ得るように、 前記トラッカがユーザによって取外され得るよう構成されている、ディスプレイ システム。 ２９．前記頭部装着ディスプレイと前記トラッカとの間で信号を伝える電気コネ クタを受けるためのジャンクション装置をさらに備える、請求項２８に記載のデ ィスプレイシステム。 ３０．前記ジャンクション装置は、ユーザが前記トラッカから前記電気コネクタ の接続を切ることができるように構成される、請求項２７に記載のディスプレイ システム。 ３１．前記頭部装着ディスプレイは、前記電気コネクタが前記トラッカから接続 を切られた場合に、前記電気コネクタを介して画像情報を受取るべく構成されて いる、請求項３０に記載のディスプレイシステム。 ３２．前記トラッカと画像生成器との間に通信リンクをさらに備え、前記トラッ カは前記通信リンクを介して前記画像生成器に前記第１の信号を出力し、前記通 信リンクを介して前記画像生成器から画像情報を受取り、かつ前記電気コネクタ を介して前記頭部装着ディスプレイへ前記画像情報を与える、請求項２９に記載 のディスプレイシステム。 ３３．前記通信リンクは、前記第１の信号と前記画像情報との双方を伝えるもの である、請求項３２に記載のディスプレイシステム。 ３４．頭部装着ディスプレイとともに用いるためのトラッカであって、 ハウジング手段と、 前記ハウジング手段に結合されたセンサおよび信号処理手段と、 頭部装着ディスプレイがユーザの頭部上に位置付けられた場合に、ユーザの頭 部の運動がセンサの運動を引起こすように、頭部装着ディスプレイに前記ハウジ ングを結合するための結合器手段とを備え、 前記結合器手段は、頭部装着ディスプレイがトラッカなしで用いられ得るよう に、ユーザによって前記トラッカの 取外しができるよう構成されている、トラッカ。 ３５．前記頭部装着ディスプレイをユーザの頭部に結合するためのヘッドストラ ップと、前記ヘッドストラップの引っ張りのための手段とをさらに備える、請求 項３４に記載のトラッカ。 ３６．前記引っ張りのための手段は、前記ハウジング手段内に位置付けられる、 請求項３５に記載のトラッカ。 ３７．画像生成器からのビデオ画像をユーザに提供する方法であって、 ユーザの頭部に頭部装着ディスプレイを結合するステップと、 前記頭部装着ディスプレイにトラッカを結合するステップと、 前記トラッカ内においてトラッカ出力信号を生成するステップと、 前記頭部装着ディスプレイから前記トラッカを着脱するステップと、 前記頭部装着ディスプレイを用いて前記着脱ステップに続き、前記ビデオ画像 を表示するステップとをさらに備える、方法。 ３８．前記トラッカにおいて、前記画像生成器から少なくとも第１のフォーマッ トコマンド信号を受取るステップと、 前記受取るステップに応答して前記トラッカ出力信号をフォーマットするステ ップとをさらに備える、請求項３７ に記載の方法。 ３９．第１、第２および第３の互いに直交するセンサと、 前記第１および第２のセンサを実質的に包囲する第１のコイルと、 前記第３のセンサを実質的に包囲する第２のコイルと、 前記第１、第２および第３のセンサから第１の信号を受取り、前記センサの運 動または位置を示す第２の信号を出力するための回路とを備える、トラッカ。 ４０．前記センサは、磁気抵抗器を含み、前記コイルは正規化コイルとして構成 される、請求項３９に記載のトラッカ。 ４１．頭部装着ディスプレイとともに用いるためのトラッカであって、 ハウジングと、 前記ハウジングに結合され、前記ハウジングの運動または位置を示す第１の信 号を出力するよう構成される、センサおよび信号処理回路と、 頭部装着ディスプレイがユーザの頭部上に位置付けられた場合に、ユーザの頭 部の運動がセンサの運動を引起こすように、頭部装着ディスプレイに前記ハウジ ングを結合するべく構成された結合器とを備え、 前記センサは慣性センサを含む、頭部装着ディスプレイとともに用いるための トラッカ。 ４２．前記慣性センサは第１および第２の異なる方向にお ける頭部のピッチを感知するよう構成された第１および第２の加速度計と、実質 的にユーザの脊柱の軸線の周りにおける頭部の回転を感知するよう構成されたレ ートジャイロとを含む、請求項４１に記載のトラッカ。 ４３．頭部装着ディスプレイと、 前記頭部装着ディスプレイに結合される少なくとも第１のイヤホンと、 前記第１のイヤホンに隣接する少なくとも第１の打消マグネットと、 前記頭部装着ディスプレイに結合され、前記頭部装着ディスプレイの運動また は位置を示す第１の信号を出力するよう構成された、センサおよび信号処理回路 とを備える、ディスプレイシステム。 ４４．シリアルポートを有するコンピュータと接続された頭部装着ディスプレイ とともに用いるためのトラッカであって、 ハウジングと、 前記ハウジングに結合され、前記ハウジングの運動または位置を示す第１の信 号を出力するよう構成されたセンサおよび信号処理回路と、 頭部装着ディスプレイがユーザの頭部上に位置付けられた場合に、ユーザの頭 部の運動がセンサの出力における変化を引起こすように、前記ハウジングを頭部 装着ディスプレイに結合するべく構成された結合器と、 ユーザの頭部の前記運動に関連する情報を前記シリアルポートを介して前記コ ンピュータに出力するための通信リンクとを備える、トラッカ。 ４５．コンピュータに結合するための頭部装着ディスプレイとともに用いるため のトラッカであって、前記トラッカは予め定められたタイプのものであり、 ハウジングと、 前記ハウジングに結合され、前記ハウジングの運動または位置を示す第１の信 号を出力するよう構成されたセンサおよび信号処理回路と、 頭部装着ディスプレイがユーザの頭部上に位置付けられた場合に、ユーザの頭 部の運動がセンサの運動を引起こすように、頭部装着ディスプレイを前記ハウジ ングに結合するべく構成された、結合器と、 トラッカの前記タイプに関する情報を前記コンピュータに通信するための手段 とを備える、トラッカ。 ４６．コンピュータに結合され、方向の指示を提供するための少なくとも第１の センサを有する、ヘッドトラッカのために使用可能な補償方法であって、前記指 示はユーザの頭部の運動、位置または態勢に関連する出力を決定するためのもの であり、前記方法は、 前記センサが基準方向の第１のしきい値量の範囲内にある方向を示しているか どうかを定めるステップと、 前記基準方向を示すセンサ出力に対応するように前記出 力を補償するステップとを含む、方法。 ４７．前記補償するステップは、前記ユーザの頭部が動いていない限りは行なわ れない、請求項４６に記載の方法。 ４８．それぞれ第１および第２の傾斜角度に関連する第１および第２のセンサか らの第１および第２の出力に基づき、ロールおよびピッチ角度を計算するための 、コンピュータにより実現される方法であって、 基準面と前記第１および第２の傾斜角度によって規定される面との間の第１の 角度を計算するステップと、 前記第１の角度に実質的に等しく、かつ前記第１および第２の出力間の比率に 関連した和を有する第２および第３の角度を計算するステップとを備える、方法 。[Claims] 1. A visual display device for a user,   An image generator that outputs image light;   Receiving the image light from the two image generators and applying the image to the position of the user's eyes An optical element configured to   The image generator, optics and shroud are configured to be worn on a user's head. And a holder for positioning in front of the user's forehead or eyes. A first position to be formed and a user along the side of the user's head from the first position First and second temple pieces extending toward the ears of the subject. And a second temple piece pivotally connected to the first position, A user adapted to fold the piece substantially adjacent the first position; Visual display device for the. 2. A visual display device for a user,   An image generator that outputs image light;   Receiving the image light from the image generator and applying the image to a user's eye position; An optical element configured to   Both images on the user's head, including braces configured to contact the user's forehead A holder configured to mount a radiator, an optical element, and a shroud. Display device for users. 3. The brace includes a bracket and a pivotable play with respect to the bracket. The apparatus of claim 2, comprising: 4. Means for moving the plate toward the first pivoted configuration, 4. The device of claim 3, comprising the device. 5. Further comprising a pad removably coupled to the brace. Item 3. The apparatus according to Item 2. 6. 3. The device of claim 2, further comprising means for adjusting the amount of relief for the eye. Place. 7. A visual display device for a user,   At least a first image generator having a first output surface for outputting image light;   Receiving image light from an image generator and reflecting at least a first portion of the image light At least a first folding mirror positioned to   Receiving the first portion of the image light and rejecting at least some of the image. First and second magnification reflectors installed to provide the eye position , Visual display device for users. 8. The image light uses a reflective optical element, and the image generator and the user In the absence of refractive optics along the optical path between the eye position and the user's eye The apparatus of claim 7, provided in a location. 9. The device is capable of detecting a user's interpupillary distance in the absence of substantial prismatic distortion. Between about 40 mm to about 60 mm. 8. The device of claim 7, wherein no adjustment of the device by the user is required to cause the device to adjust. Place. 10. The image is presented to the user's eyes without any adjustment of the focal length by the user An apparatus according to claim 7. 11. A visual display device for a user,   An image generator that outputs image light;   Receiving the image light from the image generator and applying the image to a user's eye position; An optical element configured to   The imager, optics and shroud are configured to be mounted on the user's head. Holder   Receiving an audio signal; receiving a video signal in a first format; A converter that outputs a video signal in a format and outputs an audio signal. Visual display device for the user. 12. The first format is VGA, and the second format is NT The device according to claim 11, which is a SC. 13. The video format converter converts the audio signal and the unconverted video. Apparatus according to claim 11, which provides for the passage of an image signal. 14． The audio signal and the converted video signal are output via a single cable The device of claim 11, wherein 15. A head-mounted visual display device for a user,   An image generator that outputs image light;   A first mask positioned on a first side of the image generator;   A second marker positioned on a side of the image generator opposite the first side. And   Receiving image light from the image generator and providing the image to a user's eye position Head-mounted visual display for a user, the optical display comprising: Ray device. 16. A spring for moving the first mask toward the image generator; 16. The device of claim 15, comprising the device. 17． A compressor for compressing said first and second masks to said image generator; 16. The device of claim 15, further comprising a spring. 18. A user for displaying the image generated by the image source to the user. A visual display device for the   An image generator that outputs image light;   Means for transmitting image data from the image source to the image generator. The notifying means can also simultaneously display the image on a second display device. So that   Receiving the image light from the image generator and applying the image to a user's eye position; An optical element configured to   Image generator, optics and shroud on user's head And a holder configured to mount the camera. 19. Head-mounted visual display for user to connect to computer A spray device, wherein the head mounted display is of a predetermined type. Wherein the device comprises:   An image generator that outputs image light;   Receiving the image light from the image generator and applying the image to a user's eye position; An optical element configured to   A holder configured to mount the image generator and the optical element on the user's head;   Passing information about the type of the head mounted display to the computer. And a means for communicating. 20. The communication means may include the head-mounted visual display on the head-mounted visual display. An information storage device for storing instructions of said type for a wearable display; A processor for retrieving and transmitting over a first communication link. An apparatus according to claim 1. 21. A tracker for use with a head mounted display,   A housing,   A first signal coupled to the housing and indicating movement or position of the housing; Sensor configured to output a signal And a signal processing circuit;   When the head-mounted display is positioned on the user's head, The head-mounted display displays the head so that the movement of the head of the user causes the movement of the sensor. A coupling configured to couple the housing.   The combiner is such that a head mounted display can be used without a tracker, A head mounted device configured to allow the user to remove the tracker. Tracker for use with displays. 22. The coupler is configured so that the tracker can be removed by the user. 22. The tiger of claim 21, wherein no tools are required to perform such removal. Kakka. 23. The coupler is a strap configured to attach to the head mounted display. A strap, the strap at least partially comprising the head mounted display. 22. The tracker of claim 21, wherein the tracker is maintained on a user's head. 24. Add a tensioner to adjust the effective tightness of the strap. 24. The tracker according to claim 23, comprising: 25. 25. The tensioner of claim 24, wherein the tensioner is substantially within the housing. Tracker. 26. The tensioner is coupled to the housing and controls the operation of the tensioner. The tracker of claim 24, further comprising: 27. The tracker is mounted on the head at a position relative to a user's head. Coupled to a display to balance the weight of the head mounted display 22. The tracker of claim 21, wherein neck fatigue is reduced. 28. A head mounted display,   And a tracker, wherein the tracker comprises:       A housing,       A first coupled to the housing for indicating movement or position of the housing; A sensor and a signal processing circuit configured to output a signal, further comprising:   When the head-mounted display is positioned over the user's head, the user's head The housing is mounted on the head-mounted display so that movement of the head causes movement of the sensor. A coupling configured to couple the ring,   The combiner is such that a head mounted display can be used without a tracker, A display, wherein the tracker is configured to be removable by a user system. 29. An electrical connector for transmitting signals between the head mounted display and the tracker 29. The device of claim 28, further comprising a junction device for receiving a rectifier. Display system. 30. The junction device allows a user to connect the electrical connector to the tracker. 28. The display of claim 27, wherein the display is configured to be able to disconnect. system. 31. In the head mounted display, the electric connector is connected from the tracker. Is configured to receive image information via the electrical connector when disconnected. 31. The display system according to claim 30, wherein 32. A communication link between the tracker and the image generator; Output the first signal to the image generator via the communication link; Receiving image information from the image generator via a communication link; and 30. The method according to claim 29, wherein the image information is provided to the head mounted display via a computer. Display system. 33. The communication link carries both the first signal and the image information. 33. The display system of claim 32, wherein: 34. A tracker for use with a head mounted display,   Housing means;   A sensor and signal processing means coupled to the housing means;   When the head-mounted display is positioned over the user's head, the user's head The housing is mounted on the head-mounted display so that movement of the head causes movement of the sensor. Coupling means for coupling the ring,   The combiner means is such that a head mounted display can be used without a tracker In the meantime, the user A tracker that is configured to be removable. 35. A head strap for coupling the head mounted display to a user's head; And a means for pulling the head strap. Item 34. The tracker according to Item 34. 36. The means for pulling is located within the housing means; A tracker according to claim 35. 37. A method of providing a video image from an image generator to a user, the method comprising:   Coupling a head mounted display to the user's head;   Coupling a tracker to the head mounted display;   Generating a tracker output signal within the tracker;   Removing the tracker from the head mounted display,   Following the detaching step using the head mounted display, the video image Displaying the information. 38. In the tracker, at least a first format from the image generator. Receiving a command signal;   Formatting the tracker output signal in response to the receiving step. 38. The method of claim 37, further comprising: The method described in. 39. First, second and third mutually orthogonal sensors;   A first coil substantially surrounding the first and second sensors;   A second coil substantially surrounding the third sensor;   Receiving a first signal from the first, second, and third sensors and operating the sensor; A circuit for outputting a second signal indicative of movement or position. 40. The sensor includes a magnetic resistor, and the coil is configured as a normalizing coil 40. The tracker according to claim 39, wherein 41. A tracker for use with a head mounted display,   A housing,   A first signal coupled to the housing and indicating movement or position of the housing; A sensor and a signal processing circuit configured to output a signal.   When the head-mounted display is positioned over the user's head, the user's head The housing is mounted on the head-mounted display so that movement of the head causes movement of the sensor. A coupler configured to couple the ring,   The sensor includes an inertial sensor, for use with a head mounted display. Tracker. 42. The inertial sensor is arranged in first and second different directions. First and second accelerometers configured to sense the pitch of the head Configured to sense the rotation of the head about the axis of the user's spine 42. The tracker of claim 41, comprising a track gyro. 43. A head mounted display,   At least a first earphone coupled to the head mounted display;   At least a first canceling magnet adjacent to the first earphone;   Coupled to the head mounted display for movement or movement of the head mounted display; Is a sensor and signal processing circuit configured to output a first signal indicative of a position A display system comprising: 44. Head-mounted display connected to a computer with a serial port A tracker for use with   A housing,   A first signal coupled to the housing and indicating movement or position of the housing; A sensor and a signal processing circuit configured to output a signal;   When the head-mounted display is positioned over the user's head, the user's head The housing so that the movement of the part causes a change in the output of the sensor A combiner configured to couple to the mounted display;   Information relating to the movement of the user's head is transmitted to the A communication link for outputting to a computer. 45. For use with a head-mounted display for coupling to a computer The tracker is of a predetermined type,   A housing,   A first signal coupled to the housing and indicating movement or position of the housing; A sensor and a signal processing circuit configured to output a signal;   When the head-mounted display is positioned over the user's head, the user's head The head-mounted display is moved to the housing so that movement of the head causes movement of the sensor A combiner configured to couple to the ring;   Means for communicating information about the type of tracker to the computer A tracker comprising: 46. At least a first coupled to the computer for providing a direction indication A compensation method usable for a head tracker, comprising a sensor, comprising: The indication is for determining output related to the movement, position or posture of the user's head Wherein the method comprises:   Whether the sensor indicates a direction within a range of the first threshold amount of the reference direction Determining whether or not   The output corresponds to the sensor output indicating the reference direction. Compensating the force. 47. The step of compensating is performed as long as the head of the user is not moving. 47. The method of claim 46, wherein the method is not performed. 48. First and second sensors associated with the first and second tilt angles, respectively; For calculating roll and pitch angles based on their first and second outputs. , A computer implemented method,   A first plane between a reference plane and a plane defined by said first and second tilt angles; Calculating an angle;   Substantially equal to said first angle and to a ratio between said first and second outputs. Calculating second and third angles having associated sums. .
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