JP2010139589A - Video image display apparatus and head mounted display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、映像表示装置と、その映像表示装置を備えたヘッドマウントディスプレイ(以下、HMDとも称する)とに関するものである。 The present invention relates to a video display device and a head mounted display (hereinafter also referred to as HMD) including the video display device.
従来から、表示映像の虚像と背景とをシースルーで重ね合わせて観察可能な映像表示装置が種々提案されている。中でも、特許文献1および2に開示された装置は、いずれも、観察者の視線方向を検出して注視点を求め、注視点の位置に虚像の表示位置(虚像距離)を変更するようにしている。これにより、観察者の眼の疲労を低減することが可能となっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, various video display apparatuses that can observe a virtual image of a display video and a background superimposed on each other in a see-through manner have been proposed. Among them, the devices disclosed in
ところで、映像表示装置の使用環境や使用状態によっては、シースルーで観察される背景の位置が、注視する虚像の位置よりも観察者側に近くなる場合がある。例えば、映像表示装置の前方に部屋の壁が元々位置していたり、あるいは、観察者が左右方向に移動(回転)することによって装置前方に壁が位置することになった場合に、上記の現象が起こる。このような状態で虚像を観察すると、背景の向こう側に像が存在するという現実には存在し得ない状況となり、結果として、背景内に虚像が埋めこまれて観察され、観察者は違和感を感じる。 By the way, depending on the usage environment and usage state of the video display device, the position of the background observed through see-through may be closer to the viewer side than the position of the virtual image to be watched. For example, when the wall of the room is originally located in front of the video display device or when the observer moves (rotates) in the left-right direction, the wall is located in front of the device. Happens. Observing a virtual image in such a state would result in a situation that cannot exist in reality because an image exists beyond the background, and as a result, the virtual image is embedded in the background and the observer feels uncomfortable. feel.
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、背景の位置が注視虚像の位置よりも観察者側に近くなったときに、背景内に虚像が埋めこまれて観察されるのを回避して違和感を解消することができる映像表示装置と、その映像表示装置を備えたHMDとを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to embed a virtual image in the background when the position of the background is closer to the observer side than the position of the gaze virtual image. An object of the present invention is to provide a video display device capable of eliminating the feeling of discomfort by avoiding being observed, and an HMD including the video display device.
本発明の映像表示装置は、映像を表示する表示素子と、上記表示素子からの映像光を光学瞳に導く接眼光学系とを備え、光学瞳の位置にて、表示映像の虚像とともに背景をシースルーで観察させる映像表示装置であって、注視虚像の位置を変更する注視虚像位置変更手段と、上記注視虚像と重なって観察される背景の映像表示装置からの距離を測定する背景距離測定手段とを備え、上記注視虚像位置変更手段は、上記注視虚像位置の上記光学瞳からの距離と、上記背景距離測定手段の測定結果とに基づき、上記背景の少なくとも一部が上記注視虚像位置よりも光学瞳側に近くなったと判断したときに、上記注視虚像位置を上記背景の少なくとも一部よりも光学瞳側に近づくように変更することを特徴としている。 An image display apparatus according to the present invention includes a display element for displaying an image and an eyepiece optical system that guides image light from the display element to an optical pupil, and at the position of the optical pupil, a background is displayed with a virtual image of the display image. A gaze virtual image position changing unit that changes the position of the gaze virtual image, and a background distance measurement unit that measures the distance from the background video display device that is observed to overlap the gaze virtual image. The gaze virtual image position changing means includes at least a part of the background more than the gaze virtual image position based on the distance of the gaze virtual image position from the optical pupil and the measurement result of the background distance measurement means. When it is determined that the position is close to the side, the gaze virtual image position is changed so as to be closer to the optical pupil side than at least a part of the background.
本発明の映像表示装置において、上記注視虚像位置変更手段は、上記光学瞳からの上記注視虚像の距離を変更することにより、上記注視虚像位置を変更する注視虚像距離変更手段を有していてもよい。 In the video display device of the present invention, the gaze virtual image position changing unit may include a gaze virtual image distance changing unit that changes the gaze virtual image position by changing a distance of the gaze virtual image from the optical pupil. Good.
本発明の映像表示装置は、観察者の左右の眼に対応する左眼用表示ユニットと右眼用表示ユニットとを有しており、上記両方の表示ユニットは、上記表示素子と上記接眼光学系とを備えており、上記注視虚像位置変更手段は、輻輳角を変更することにより、上記注視虚像位置を変更する輻輳角変更手段を有していてもよい。 The video display device of the present invention includes a left-eye display unit and a right-eye display unit corresponding to the left and right eyes of the observer, and both the display units include the display element and the eyepiece optical system. The gaze virtual image position changing unit may include a convergence angle changing unit that changes the gaze virtual image position by changing the convergence angle.
本発明の映像表示装置において、上記注視虚像位置変更手段は、上記光学瞳からの上記注視虚像の距離を変更することにより、上記注視虚像位置を変更する注視虚像距離変更手段をさらに有していてもよい。 In the video display device of the present invention, the gaze virtual image position changing unit further includes a gaze virtual image distance changing unit that changes the gaze virtual image position by changing a distance of the gaze virtual image from the optical pupil. Also good.
本発明の映像表示装置において、上記注視虚像距離変更手段は、上記表示素子と上記接眼光学系との相対距離を変更することにより、上記光学瞳からの上記注視虚像の距離を変更してもよい。 In the video display device of the present invention, the gaze virtual image distance changing unit may change the distance of the gaze virtual image from the optical pupil by changing a relative distance between the display element and the eyepiece optical system. .
本発明の映像表示装置において、上記輻輳角変更手段は、左眼用表示ユニットおよび右眼用表示ユニットを相対的に回転させることにより、輻輳角を変更してもよい。 In the video display device of the present invention, the convergence angle changing means may change the convergence angle by relatively rotating the display unit for the left eye and the display unit for the right eye.
本発明の映像表示装置において、上記輻輳角変更手段は、左眼用表示ユニットおよび右眼用表示ユニットの各表示素子に表示させる映像の少なくとも一方を観察者の眼幅に対応する方向にシフトさせて表示することにより、輻輳角を変更してもよい。 In the video display device of the present invention, the convergence angle changing means shifts at least one of the videos displayed on the display elements of the left-eye display unit and the right-eye display unit in a direction corresponding to the eye width of the observer. The convergence angle may be changed by displaying.
本発明の映像表示装置において、上記注視虚像位置変更手段は、上記注視虚像と重なって観察される背景の一部が上記注視虚像位置よりも光学瞳側に近くなったと判断したときに、上記注視虚像位置を上記背景の一部よりも光学瞳側に近づくように変更することが望ましい。 In the video display device of the present invention, when the gaze virtual image position changing unit determines that a part of the background observed to overlap the gaze virtual image is closer to the optical pupil side than the gaze virtual image position, It is desirable to change the virtual image position so that it is closer to the optical pupil side than a part of the background.
本発明の映像表示装置において、上記注視虚像位置変更手段は、上記注視虚像位置を段階的に変更することが望ましい。 In the video display device of the present invention, it is preferable that the gaze virtual image position changing unit changes the gaze virtual image position stepwise.
本発明の映像表示装置において、上記注視虚像位置変更手段は、上記注視虚像と重なる背景の少なくとも一部が、上記注視虚像位置の基準として予め設定された基準虚像位置よりも光学瞳側に近づいた後、光学瞳とは反対側に離れたときに、一旦光学瞳側に近づくように変更された上記注視虚像位置を、上記背景の少なくとも一部よりも光学瞳側に近い範囲内で上記基準虚像位置に近づくように変更することが望ましい。 In the video display device of the present invention, the gaze virtual image position changing means has at least a part of a background overlapping the gaze virtual image closer to the optical pupil side than a reference virtual image position preset as a reference of the gaze virtual image position. The reference virtual image is within a range closer to the optical pupil side than at least a part of the background, when the gaze virtual image position is changed so as to approach the optical pupil side when the optical pupil moves away from the optical pupil. It is desirable to change so that it may approach a position.
本発明の映像表示装置において、上記接眼光学系は、上記表示素子からの映像光を内部で全反射させて導光する光学部材と、上記光学部材内で導光された上記映像光を回折反射させて光学瞳に導く体積位相型で反射型のホログラム光学素子とを含んでいる構成であってもよい。 In the image display device according to the aspect of the invention, the eyepiece optical system includes an optical member that guides the image light from the display element by total reflection inside, and diffracted and reflects the image light guided in the optical member. It may be configured to include a volume phase type reflection type hologram optical element that is guided to the optical pupil.
本発明の映像表示装置において、上記ホログラム光学素子は、軸非対称な正の光学パワーを有していることが望ましい。 In the video display device of the present invention, it is desirable that the hologram optical element has a positive optical power that is axially asymmetric.
本発明のヘッドマウントディスプレイは、上述した本発明の映像表示装置と、上記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持手段とを備えていることを特徴としている。 A head-mounted display according to the present invention includes the above-described video display device according to the present invention and support means for supporting the video display device in front of an observer's eyes.
本発明によれば、注視虚像位置変更手段により、背景の少なくとも一部(表示虚像と重なる背景全体であってもよいし、表示虚像と重なる背景の一部であってもよい)が、注視虚像位置よりも光学瞳側に近くなったと判断したときに、その背景の少なくとも一部よりも光学瞳側に近づくように注視虚像位置が強制的に変更される。これにより、背景の少なくとも一部が光学瞳側に近くなったときに注視虚像が背景内に埋めこまれて観察されるのを回避することができ、その観察による違和感を解消することができる。 According to the present invention, at least a part of the background (which may be the whole background overlapping the display virtual image or a part of the background overlapping the display virtual image) may be the gaze virtual image by the gaze virtual image position changing unit. When it is determined that the position is closer to the optical pupil side than the position, the gaze virtual image position is forcibly changed so as to be closer to the optical pupil side than at least a part of the background. Accordingly, it is possible to avoid the observation virtual image from being embedded in the background when at least a part of the background is close to the optical pupil side, and to eliminate the uncomfortable feeling caused by the observation.
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(HMDについて)
図2(a)は、本実施形態に係るHMDの概略の構成を示す平面図であり、図2(b)は、HMDの正面図であり、図2(c)は、HMDの側面図である。HMDは、映像表示装置1と、それを支持する支持手段2とを有しており、全体として、一般の眼鏡のような外観となっている。また、HMDは、左右の眼幅方向に対称な形状となっている。
(About HMD)
2A is a plan view showing a schematic configuration of the HMD according to the present embodiment, FIG. 2B is a front view of the HMD, and FIG. 2C is a side view of the HMD. is there. The HMD has a
映像表示装置1は、観察者に背景をシースルーで観察させるとともに、映像を表示して観察者にそれを虚像として提供するものであり、観察者の左右の眼に対応する左眼用の映像表示ユニット1L(左眼用表示ユニット)と、右眼用の映像表示ユニット1R(右眼用表示ユニット)とで構成されている。図2(b)で示す映像表示ユニット1R・1Lにおいて、眼鏡の右眼用レンズおよび左眼用レンズに相当する部分は、後述する接眼プリズム22および偏向プリズム23(ともに図3参照)の貼り合わせによって構成されている。なお、映像表示ユニット1R・1Lの詳細な構成については後述する。
The
支持手段2は、映像表示ユニット1R・1Lを観察者の右眼および左眼の前でそれぞれ支持するものであり、ブリッジ3と、フレーム4と、テンプル5と、鼻当て6と、ケーブル7と、背景距離測定部8と、輻輳角変更部9とを有している。なお、フレーム4、テンプル5、鼻当て6およびケーブル7は、左右一対設けられているが、これらを左右で区別する場合は、右フレーム4R、左フレーム4L、右テンプル5R、左テンプル5L、右鼻当て6R、左鼻当て6L、右ケーブル7R、左ケーブル7Lのように表現するものとする。
The support means 2 supports the
ブリッジ3は、映像表示ユニット1R・1Lを連結している。右テンプル5Rは、右フレーム4Rに回動可能に支持されており、この右フレーム4Rを介して映像表示ユニット1Rと(ブリッジ3との連結側とは反対側で)連結されている。同様に、左テンプル5Lは、左フレーム4Lに回動可能に支持されており、この左フレーム4Lを介して映像表示ユニット1Lと(ブリッジ3との連結側とは反対側で)連結されている。鼻当て6は、ブリッジ3に支持されている。
The
ケーブル7は、外部信号(例えば映像信号、制御信号)や電力を映像表示ユニット1R・1Lに供給するための配線である。右ケーブル7Rは、右テンプル5Rおよび右フレーム4Rに沿って設けられて映像表示ユニット1Rと接続されており、左ケーブル7Lは、左テンプル5Lおよび左フレーム4Lに沿って設けられて、映像表示ユニット1Lと接続されている。
The
背景距離測定部8は、注視虚像と重なって観察される背景の光学瞳Eまたは映像表示装置1からの距離を測定する背景距離測定手段であり、ブリッジ3に設けられている。本実施形態では、背景距離測定部8での測定結果に基づいて、背景の少なくとも一部が注視虚像位置よりも光学瞳E側に近くなったときに、注視虚像位置が変更されるが、この点については後述する。なお、光学瞳Eは、映像表示装置1の後述する接眼光学系21によって形成される射出瞳(観察瞳)である。
The background
背景距離測定部8は、測定センサと演算部とで構成される。ここで、背景の光学瞳Eからの距離は、光学瞳Eからブリッジ3(映像表示装置1)までの距離と、ブリッジ3(映像表示装置1)から背景までの距離との和で表されるが、前者の距離は装置の設計によって予め決まっている。したがって、測定センサがブリッジ3から背景までの距離を測定し、この距離と光学瞳Eからブリッジ3までの距離とを足し合わせる演算を演算部が行うことにより、背景の光学瞳Eからの距離を測定(演算)することができる。
The background
上記の測定センサとしては、一般的に用いられている測定手段を用いることができる。例えば、対象物に赤外線や超音波を照射し、その反射波の戻る時間・角度により測定するアクティブ方式のオートフォーカス(AF)や、レンズで捉えた画像を利用して測距するパッシブ方式のAF等の手段を用いることができる。 As the measurement sensor, a commonly used measurement means can be used. For example, an active autofocus (AF) that measures an object by irradiating an object with infrared rays or ultrasonic waves, and the reflected wave return time and angle, or a passive AF that measures a distance using an image captured by a lens Such means can be used.
輻輳角変更部9は、ブリッジ3に設けられた鉛直方向の軸9aを回転軸として映像表示ユニット1R・1Lを相対的に回転させることにより、輻輳角を変更するものであり、例えばカムやギアを用いた機械的な駆動機構で構成されている。輻輳角変更部9は、注視虚像位置を変更するために設けられているが、この点については後述する。本実施形態では、軸9aはブリッジ3の中央に1本だけ設けられているが、2本設けられていてもよい。
The convergence
観察者がHMDを使用するときは、右テンプル5Rおよび左テンプル5Lを観察者の右側頭部および左側頭部に接触させるとともに、鼻当て6を観察者の鼻に当て、一般の眼鏡をかけるようにHMDを観察者の頭部に装着する。この状態で、映像表示ユニット1R・1Lにて映像を表示すると、観察者は、映像表示ユニット1R・1Lの各表示映像を虚像として右眼および左眼でそれぞれ観察できるとともに、この映像表示ユニット1R・1Lを介して背景をシースルーで観察することができる。
When the observer uses the HMD, the
このように、映像表示装置1は、支持手段2によって観察者の眼前で支持されるので、観察者は映像表示装置1から提供される映像をハンズフリーで観察することができる。また、観察者の観察方向が一方向に定まるので、観察者は暗環境でも表示映像を探しやすいという利点もある。
Thus, since the
(映像表示ユニットについて)
次に、上述した映像表示ユニット1R・1Lの詳細について説明する。図3は、映像表示ユニット1R・1Lの概略の構成を示す断面図である。映像表示ユニット1R・1Lは、それぞれ、映像表示部11と、接眼光学系21とを有して構成されている。映像表示部11は、光源12と、一方向拡散板13と、集光レンズ14と、LCD15とを有している。
(About the video display unit)
Next, details of the
光源12は、中心波長が例えば465nm、520nm、635nmとなる3つの波長帯域の光を発するRGB一体型のLEDで構成されている。光源12のRGBの各発光部は、例えば、HMDを観察者が装着したときの左右方向に対応する水平方向(図3の紙面に垂直な方向)に並んで配置されている。
The
一方向拡散板13は、光源12からの照明光を拡散させるものであるが、その拡散度は方向によって異なっている。より詳細には、一方向拡散板13は、光源12のRGBの各発光部が並ぶ方向(上記水平方向)には、入射光を約40゜拡散させ、それに垂直な方向(HMDを観察者が装着したときの上下方向(図3の紙面に平行な方向))には、入射光を約0.2゜拡散させる。
The
集光レンズ14は、一方向拡散板13にて拡散された光を集光する照明光学系である。集光レンズ14は、上記拡散光が効率よく光学瞳Eを形成するように配置されている。LCD15は、映像信号に基づいて光源12からの光を各画素ごとに変調することにより、映像を表示する表示素子であり、本実施形態では透過型の液晶表示素子で構成されている。
The
一方、接眼光学系21は、LCD15からの映像光を光学瞳Eに導く一方、背景の光を透過させて光学瞳Eに導くことで、光学瞳の位置にて、表示映像の虚像とともに背景をシースルーで観察させる。この接眼光学系21は、接合プリズム(接合光学部材)で構成され、テレセントリックな光学系を構成している。具体的には、接眼光学系21は、光学部材である接眼プリズム22と偏向プリズム23とを、光学素子24を挟んで接合してなっている。
On the other hand, the eyepiece
接眼プリズム22と偏向プリズム23とは、接着剤で接合されている。接眼プリズム22は、平行平板の下端部を楔状にし、その上端部を厚くした形状で構成されており、LCD15からの映像光を内部で全反射させて導光する。この接眼プリズム22は、面22a・22b・22cを有している。面22aは、映像表示部11からの映像光が入射する入射面であり、面22b・22cは互いに対向する面である。このうち、面22bは、全反射面兼射出面となっている。
The
偏向プリズム23は、平行平板の上端部を接眼プリズム22の下端部に沿った形状とすることによって、接眼プリズム22と一体となって略平行平板となるように構成されている。接眼プリズム22に偏向プリズム23を接合させない場合、背景の光が接眼プリズム22の楔状の下端部を透過するときに屈折するので、接眼プリズム22を介して観察される背景に歪みが生じる。しかし、接眼プリズム22に偏向プリズム23を接合させて一体的な略平行平板を形成することで、背景の光が接眼プリズム22の楔状の下端部を透過するときの屈折を偏向プリズム23でキャンセルすることができる。その結果、シースルーで観察される背景に歪みが生じるのを防止することができる。
The
光学素子24は、接眼プリズム22内部で導光された映像光を回折反射させて光学瞳Eに導く体積位相型で反射型のホログラム光学素子(HOE)であり、特定の入射角で入射する例えば465±10nm、520±10nm、635±10nmの3つの波長帯域の光を回折させる。光学素子24は、接眼プリズム22の下端部の傾斜面に貼り付けられており、この結果、接眼プリズム22と偏向プリズム23とで挟まれている。2つの透明部材(接眼プリズム22、偏向プリズム23)の間にHOEを形成することにより、HOEが外気に触れることがないので、光学性能を安定に保つことが可能となる。
The
このような映像表示ユニット1R・1Lの構成により、映像表示部11の光源12から出射された光は、一方向拡散板13にて拡散され、集光レンズ14にて集光されてLCD15に入射する。LCD15に入射した光は、映像信号に基づいて各画素ごとに変調され、映像光として出射される。このとき、LCD15には、その映像自体が表示される。
With such a configuration of the
LCD15からの映像光は、接眼光学系21の接眼プリズム22の内部にその上端面(面22a)から入射し、対向する2つの面22b・22cで複数回全反射されて、光学素子24に入射する。光学素子24に入射した光はそこで反射され、面22bを介して射出され、光学瞳Eに達する。光学瞳Eの位置では、観察者は、LCD15に表示された映像の拡大虚像を観察することができる。
The image light from the
一方、接眼プリズム22、偏向プリズム23および光学素子24は、背景からの光をほとんど全て透過させるので、観察者は背景を観察することができる。したがって、LCD15に表示された映像の虚像は、背景の一部に重なって観察されることになる。以上のことから、光学素子24は、映像表示部11から提供される映像(映像光)と背景(外界光)とを同時に観察者の眼に導くコンバイナとして機能していると言える。
On the other hand, the
以上のように、接眼光学系21は、体積位相型で反射型のHOEからなる光学素子24を含んで構成されている。体積位相型で反射型のHOEは、回折効率が高く、しかも、回折効率ピークの半値波長幅が狭い。したがって、このようなHOEを用い、LCD15からの映像光をHOEにて回折反射させて光学瞳Eに導く構成とすることにより、明るい映像を観察させることができる。また、外光の透過率も高くなるので、明るい外界像(背景)を観察させることができる。
As described above, the eyepiece
また、接眼プリズム22内での全反射を用いて映像光を導光する構成なので、通常の眼鏡レンズと同程度に厚さを薄く(例えば3mm程度に)することができ、接眼プリズム22を小型軽量にできるとともに、背景の光の透過率が高くなり、背景を良好に観察することができる。また、LCD15を接眼光学系21の一端部側に配置する、つまり、視野の周辺に配置することが可能となり、広い外界視野角を確保することができる。
In addition, since the video light is guided using total reflection in the
また、HOEはLCD15にて表示された映像を拡大する、軸非対称な正の光学パワーを有しているので、接眼光学系21を小型に構成しながら、装置を構成する各光学部材の配置の自由度を高めて、装置を小型軽量にできるとともに、良好に収差補正された映像を観察することが可能となる。
Further, since the HOE has positive optical power that is axially asymmetric to enlarge the image displayed on the
また、光学素子24は、上述したように特定入射角の特定波長の光のみを回折させる体積位相型で反射型のHOEで構成されているので、LCD15からの映像光が、接眼プリズム22、偏向プリズム23および光学素子24を透過する背景の光に影響を与えることがない。それゆえ、観察者は、光学素子24を介してLCD15の表示映像の虚像を観察しながら、接眼プリズム22、偏向プリズム23および光学素子24を介して背景を通常通りかつ明瞭に観察することができる。
Further, as described above, since the
なお、接眼光学系21の反射面に埋設する光学素子24には、ハーフミラーや多層膜等を用いることもできるが、中でも上述した体積位相型で反射型のHOEを用いることがより望ましい。体積位相型で反射型のHOEは、波長選択性・角度選択性がともに高いことから、ある限られた波長域の光に対してのみ回折反射作用を及ぼすので、特定波長域の反射光とそれ以外の波長の透過光とを合成するコンバイナ素子としてHOEを有効に用いることができる。
The
なお、HOEを作製するためのホログラム感光材料としては、フォトポリマー、銀塩材料、重クロム酸ゼラチンなどを用いることができるが、中でもドライプロセスで容易に製造可能なフォトポリマーを用いることが望ましい。 As a hologram photosensitive material for producing HOE, a photopolymer, a silver salt material, gelatin dichromate, or the like can be used. Among them, it is desirable to use a photopolymer that can be easily manufactured by a dry process.
(注視虚像位置の変更について(1))
次に、注視虚像位置の変更について説明する。図4は、本実施形態の映像表示装置1の主要部の構成を示す説明図である。映像表示装置1は、虚像位置変更部31と、虚像距離記憶部32と、上記した背景距離測定部8(図2(a)(b)参照)とを有している。虚像位置変更部31は、観察者が注視する虚像Vの位置を変更する注視虚像位置変更手段である。虚像距離記憶部32は、虚像位置変更部31による位置変更の前後における虚像Vの光学瞳Eからの距離を記憶する注視虚像距離記憶手段である。
(Change of gaze virtual image position (1))
Next, the change of the gaze virtual image position will be described. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of the main part of the
ここで、虚像位置変更部31は、注視虚像位置の光学瞳Eからの距離、すなわち、虚像距離記憶部32に記憶された位置変更前の虚像Vの距離(視度)と、背景距離測定部8の測定結果とに基づき、虚像Vと重なって観察される背景の少なくとも一部が位置変更前の虚像Vの位置よりも光学瞳E側に近くなったと判断したときに、虚像Vの位置を背景の少なくとも一部よりも光学瞳E側に近づくように変更する。このような位置変更を実現するため、虚像位置変更部31は、例えば、虚像距離変更部33で構成されている。
Here, the virtual image
虚像距離変更部33は、光学瞳Eからの虚像Vの距離を変更することにより、虚像Vの位置を変更するものであり、例えば、駆動部34と、制御部35とを有して構成されている。駆動部34は、LCD15を光軸方向に移動させる機械的な駆動機構であり、案内部材(例えばレール)やモータを含んで構成されている。制御部35は、駆動部34の駆動を制御する。なお、上記の光軸は、LCD15の表示領域の中心と光学瞳Eの中心とを光学的に結ぶ軸を指す。
The virtual image
制御部35の制御に基づいて駆動部34がLCD15を光軸方向に移動させ、LCD15と接眼光学系21との相対距離を変化させることにより、光学瞳Eからの虚像Vの距離を変更することが可能となる。例えば、LCD15を接眼光学系21に近づければ、虚像Vは光学瞳Eに近づき、LCD15を接眼光学系21から遠ざければ、虚像Vは光学瞳Eから離れる。
Based on the control of the
図1は、光学瞳Eと虚像Vと背景Bとの位置関係を模式的に示す斜視図である。ここで、光学瞳Eから位置変更前の虚像Vまでの距離を注視虚像距離V1(mm)とし、光学瞳Eから背景Bまでの距離を背景距離B1(mm)とする。注視虚像距離V1は、LCD15と接眼光学系21との光学的な距離に応じて決まる。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a positional relationship among the optical pupil E, the virtual image V, and the background B. Here, a distance from the optical pupil E to the virtual image V before the position change is a gaze virtual image distance V1 (mm), and a distance from the optical pupil E to the background B is a background distance B1 (mm). The gaze virtual image distance V <b> 1 is determined according to the optical distance between the
ここで、注視虚像距離V1は、通常、光学瞳Eから基準虚像位置D0(図6参照)までの距離に予め設定されており、上記した虚像距離記憶部32(図4参照)に記憶されている。基準虚像位置D0は、虚像位置の基準となる位置、つまり、観察者に負担をかけることなく良好に(高解像度で)虚像Vを観察させることができる虚像Vの位置であり、例えば光学瞳Eから1.5m先の位置に予め設定され、虚像距離記憶部32に記憶されている。すなわち、背景Bの位置を考慮しない場合、予め設定された基準虚像位置D0が注視虚像位置となるように制御すれば、虚像Vを最も良好に観察することができる。一方、背景距離B1は、上述した背景距離測定部8での測定によって求められる。注視虚像距離V1と背景距離B1との大小関係は、制御部35によって判断される。
Here, the gaze virtual image distance V1 is normally set in advance to a distance from the optical pupil E to the reference virtual image position D0 (see FIG. 6), and is stored in the virtual image distance storage unit 32 (see FIG. 4). Yes. The reference virtual image position D0 is a position that serves as a reference for the virtual image position, that is, the position of the virtual image V that allows the virtual image V to be observed well (with high resolution) without imposing a burden on the observer. Is set in advance at a position 1.5 m away from the virtual image distance and stored in the virtual image
注視虚像距離V1と背景距離B1との関係から、位置変更前の虚像Vの位置よりも背景Bの位置が遠いと判断した場合(V1<B1)、観察者は背景Bの手前で虚像Vを観察(注視)するので、虚像Vが背景Bに埋めこまれて観察される問題は生じない。これに対して、位置変更前の虚像Vの位置よりも背景Bの位置が近くなったと判断した場合(V1>B1)、近い背景Bの向こう側に像が存在するという現実には存在し得ない状況となり、このままでは、虚像Vが背景Bに埋めこまれて観察されるため、観察者は違和感を感じる。しかし、制御部35の制御により、駆動部34がLCD15を接眼光学系21に近づけ、背景Bの位置よりも光学瞳E側に近づくように、虚像Vの位置を変更する。この結果、注視虚像距離は、V1からV2に変更される。ただし、V2<B1<V1である。なお、虚像Vの位置は、背景Bよりも光学瞳E側であればよいが、光学瞳Eに近すぎると、観察者への負担が大きく、疲労感を与えかねないため、背景Bよりも光学瞳E側で、かつ、背景Bに近い位置のほうが望ましい。
When it is determined from the relationship between the gaze virtual image distance V1 and the background distance B1 that the position of the background B is farther than the position of the virtual image V before the position change (V1 <B1), the observer views the virtual image V before the background B. Observation (gazing) does not cause a problem that the virtual image V is embedded in the background B and observed. On the other hand, if it is determined that the position of the background B is closer than the position of the virtual image V before the position change (V1> B1), there may exist an actual image that exists on the other side of the near background B. In this situation, since the virtual image V is embedded in the background B and observed, the observer feels uncomfortable. However, under the control of the
このように、虚像位置変更部31(虚像距離変更部33)により、注視虚像位置(注視虚像距離V1の位置)よりも背景Bが光学瞳E側に近くなったときに、背景Bよりも光学瞳E側に近づくように、注視虚像位置が強制的に変更されるので、背景Bよりも虚像Vを手前に表示して、注視する虚像Vが背景B内に埋めこまれて観察されるのを回避することができ、その観察による違和感を解消することができる。このとき、虚像距離変更部33によって注視虚像距離をV1からV2に変更することにより、上記の注視虚像位置の変更を容易に行うことができる。
In this way, when the background B is closer to the optical pupil E side than the gaze virtual image position (position of the gaze virtual image distance V1) by the virtual image position change unit 31 (virtual image distance change unit 33), it is more optical than the background B. Since the gaze virtual image position is forcibly changed so as to approach the pupil E side, the virtual image V is displayed in front of the background B, and the gaze virtual image V is embedded in the background B and observed. Can be avoided, and discomfort due to the observation can be eliminated. At this time, by changing the gaze virtual image distance from V1 to V2 by the virtual image
また、虚像距離変更部33は、LCD15と接眼光学系21との相対距離を変更することにより、光学瞳Eからの虚像Vの距離を変更するので、上記のようにLCD15を接眼光学系21に近づけることにより、注視虚像距離をV1からV2に容易に短くすることができる。つまり、注視虚像位置を光学瞳E側に容易に近づけることが可能となる。
Further, since the virtual image
また、背景Bの位置よりも光学瞳E側に近づくように虚像Vの位置を変更すると、変更後の虚像Vの位置(注視虚像距離V2)は、上記の虚像距離記憶部32に記憶される。なお、このときの虚像Vの位置は、LCD15と接眼光学系21との相対距離に基づいて求めることができる。このように、位置変更後の虚像Vの位置を記憶させることにより、その後、再び、背景Bが虚像Vよりも光学瞳E側に近くなった場合でも、上記と同様の工程を繰り返すことにより、虚像Vが背景B内に埋め込まれて観察されるのを回避することができる。つまり、位置変更後の虚像Vの位置をその都度基準にして、その位置と背景Bとの位置関係に基づいて注視虚像位置を変更することができる。
Further, when the position of the virtual image V is changed so as to be closer to the optical pupil E side than the position of the background B, the changed position of the virtual image V (gaze virtual image distance V2) is stored in the virtual image
以上では、虚像Vと重なる背景Bの全体が、虚像Vの位置よりも光学瞳E側に近くなったときに、その背景Bよりも光学瞳E側に近づくように虚像Vの位置を変更する例について説明したが、例えば虚像Vを観察しながら観察者が自身の移動(回転)によって背景Bの観察方向を左右方向に変更するなどして、虚像Vと重なる背景Bの一部が、虚像Vよりも光学瞳E側に近くなる場合がある。このような場合でも、虚像位置変更部31は、図5に示すように、その背景Bの一部よりも光学瞳E側に近づくように虚像Vの位置を変更することが望ましい。注視している虚像Vが一部でも背景B内に埋めこまれることは現実的ではないので、背景Bが一部でも光学瞳E側に近づいたときに注視虚像位置を変更することにより、虚像Vが一部でも背景B内に埋めこまれて観察されるのを回避して、その観察による違和感を解消することができる。
In the above, when the entire background B overlapping the virtual image V is closer to the optical pupil E side than the position of the virtual image V, the position of the virtual image V is changed so as to be closer to the optical pupil E side than the background B. Although the example has been described, for example, the observer changes the observation direction of the background B to the left and right by moving (rotating) himself / herself while observing the virtual image V, so that a part of the background B overlapping the virtual image V is a virtual image. In some cases, it may be closer to the optical pupil E side than V. Even in such a case, it is desirable that the virtual image
ところで、図4に示すように、虚像位置変更部31(虚像距離変更部33)は、注視虚像位置を変更する際に、それを段階的に変更することが望ましい。つまり、虚像距離変更部33は、LCD15の位置をL0、L1、L2のように接眼光学系21に相対的に近づけることにより、虚像Vの位置をD0、D1、D2のように段階的に光学瞳E側に近づけることが望ましい。なお、「段階的に変更」とは、初期の注視虚像位置(例えばD0)と最終の注視虚像位置(例えばD2)との間に少なくとも1つの注視虚像位置(例えばD1)を設けてそこで所定時間だけ静止させる変更態様を言う。また、虚像Vのシフト量は、LCD15と接眼光学系21との相対距離の変化量を制御することによって調整することができる。
By the way, as shown in FIG. 4, when the virtual image position change part 31 (virtual image distance change part 33) changes a gaze virtual image position, it is desirable to change it in steps. That is, the virtual image
例えば、背景Bと虚像Vとの距離差が元々大きい場合、背景Bが光学瞳E側に近づいたときに、虚像Vを光学瞳E側にシフトさせる量が大きくなる。このとき、虚像Vを一気に大きくシフトさせると、観察者の実際の注視位置の変化が、虚像Vのシフトに追従できない可能性がある。このため、注視虚像位置の変更は、時間をかけて段階的に行い、観察者の注視位置の変更を誘導することが望ましい。具体的には、観察者が追従できるように、1秒以上の時間をかけて、虚像Vの位置を段階的に変更することが望ましい。 For example, when the distance difference between the background B and the virtual image V is originally large, when the background B approaches the optical pupil E side, the amount by which the virtual image V is shifted to the optical pupil E side increases. At this time, if the virtual image V is greatly shifted at a stretch, there is a possibility that the change in the actual gaze position of the observer cannot follow the shift of the virtual image V. For this reason, it is desirable to change the gaze virtual image position in a stepwise manner over time to induce the change of the gaze position of the observer. Specifically, it is desirable to change the position of the virtual image V stepwise over a period of 1 second or longer so that the observer can follow.
このように、虚像位置変更部31が、注視虚像位置を段階的に変更することにより、注視虚像位置が徐々に変更されるので、観察者による虚像Vの注視(観察)を、虚像Vの位置変更にうまく追従させて、位置変更後の虚像Vを観察者に確実に観察させることができる。
In this way, the virtual image
また、図6は、背景Bが光学瞳E側に一旦近づいた後に、光学瞳Eから離れる様子を模式的に示す説明図である。虚像位置変更部31は、虚像Vと重なる背景Bの少なくとも一部が基準虚像位置D0よりも光学瞳E側に近づいた後、光学瞳Eとは反対側に離れたときに、一旦光学瞳E側に近づくように変更された注視虚像位置を、背景Bよりも光学瞳E側に近い範囲内で基準虚像位置D0に近づくように変更することが望ましい。なお、背景が基準虚像位置D0よりも光学瞳Eとは反対側に離れたときには、注視虚像位置は最大で基準虚像位置D0まで変更されることになる。したがって、図6の例では、注視虚像距離は、V1、V2、V1の順に変化することになる。
FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing a state in which the background B once approaches the optical pupil E side and then leaves the optical pupil E. The virtual image
背景Bが光学瞳E側に一旦近づいた後、例えば観察者が背景Bの観察方向を左右方向に変更するなどして、背景Bが光学瞳Eから離れる場合がある。このような場合に、虚像位置変更部31が、一旦光学瞳E側に近づくように変更された注視虚像位置を背景Bよりも光学瞳Eに近い範囲内で基準虚像位置D0に近づけることにより、注視虚像位置が光学瞳Eから遠ざかるので、光学瞳Eに近い位置で虚像を注視し続けることによる観察者の疲労や負担を軽減することができ、虚像を良好に観察することができる。また、基準虚像位置D0を越えない範囲で虚像を光学瞳Eから遠ざけることにより、光学瞳Eに近い位置の虚像よりも大きい虚像(ただし画角は一定)を観察者に観察させることができ、虚像を観察しやすくすることができる。
After the background B approaches the optical pupil E side once, the background B may move away from the optical pupil E, for example, when the observer changes the observation direction of the background B to the left or right direction. In such a case, the virtual image
なお、上記した背景距離測定部8の測定センサの測定結果には、測定ノイズが含まれる可能性がある。測定ノイズに対して注視虚像位置の変更が行われると、そのような変更が頻繁に発生する可能性があり、これがあまりにも頻繁に発生すると、観察者に疲労感を与える。そこで、測定ノイズの影響を軽減するために、ある一定時間(例えば数秒間)の測定距離結果(例えば平均値)に基づいて、注視虚像位置(注意虚像距離)を変更することが望ましい。
In addition, measurement noise may be included in the measurement result of the measurement sensor of the background
なお、上記した虚像距離変更部33は、LCD15と接眼光学系21との相対距離を変化させる代わりに、LCD15と接眼光学系21との間の光路中に対して、空気よりも屈折率の高い媒質(例えばプリズム)を挿抜することで、注視虚像位置を変更するようにしてもよい。
The virtual image
なお、注視虚像距離の変更による注視虚像位置の変更は、映像表示ユニット1R・1Lを用いた両眼表示のみならず、どちらか一方の映像表示ユニットを用いた片眼表示の場合にも適用することができる。
Note that the change of the gaze virtual image position by changing the gaze virtual image distance is applied not only to the binocular display using the
(注視虚像位置の変更について(2))
次に、注視虚像位置の変更の他の例について説明する。虚像位置変更部31は、上記した虚像距離変更部33に加えて、図7に示す輻輳角変更機構36をさらに有している。なお、虚像位置変更部31は、輻輳角変更機構36単独で構成されていてもよい。
(Change of gaze virtual image position (2))
Next, another example of changing the gaze virtual image position will be described. The virtual image
輻輳角変更機構36は、輻輳角を変更することにより、虚像Vの位置を変更する輻輳角変更手段であり、上記した輻輳角変更部9と、LCD15と、それらを制御する制御部35とで構成されている。例えば、図8に示すように、制御部35の制御に基づき、輻輳角変更部9が軸9a(図2参照)を回転軸として映像表示ユニット1R・1Lを水平方向に相対的に回転させることにより、図9に示すように、輻輳角を変更することができる。また、LCD15に表示させる映像を変更することで輻輳角を変更することもできるが、これについては後述する。
The convergence
ここで、輻輳角がα(°)と小さいときは、左右眼で観察される表示虚像が重なる位置が光学瞳Eから遠く、結果として、観察者の注視虚像位置D11が遠い。逆に、輻輳角がαよりも大きいβ(°)になると、左右眼で観察される表示虚像が重なる位置が光学瞳Eに近づき、結果として、観察者の注視虚像位置D12が近くになる。すなわち、制御部35は、注視虚像距離V1と背景距離B1との関係から、位置変更前の注視虚像位置よりも背景Bの位置が近くなったと判断した場合(V1>B1)、輻輳角変更部9によって映像表示ユニット1R・1Lを相対的に回転させて、輻輳角をαからβに大きくすることで、注視虚像位置を背景Bよりも手前に(光学瞳E側に)シフトさせることができる。これにより、注視虚像が背景B内に埋めこまれて観察されるのを回避して違和感を解消することができる。逆に、輻輳角が小さくなるよう輻輳角変更部9によって映像表示ユニット1R・1Lを回転させれば、注視虚像位置を光学瞳Eから遠ざけることができる。なお、虚像位置のシフト量は、輻輳角の変化量で制御することができる。
Here, when the convergence angle is as small as α (°), the position where the display virtual images observed by the left and right eyes overlap is far from the optical pupil E, and as a result, the observer's gaze virtual image position D11 is far. Conversely, when the convergence angle is β (°) larger than α, the position where the display virtual images observed by the left and right eyes overlap each other approaches the optical pupil E, and as a result, the observer's gaze virtual image position D12 becomes close. That is, when the
このように、虚像位置変更部31が輻輳角変更機構36を有していることにより、両眼での観察が可能な映像表示装置1において、輻輳角の変更によって注視虚像位置を容易に変更することが可能となる。特に、観察者にとっては、注視虚像距離(視度)の変化よりも輻輳角の変化のほうが観察に与える影響が大きい(優先される)ので、視度を変えなくても、輻輳角を変更することで、注視虚像位置を容易に変更することができる。また、輻輳角変更機構36は、映像表示ユニット1R・1Lを相対的に回転させることによって輻輳角を変更するので、輻輳角の変更が容易である。
As described above, since the virtual image
また、虚像位置変更部31が、上述した虚像距離変更部33と、輻輳角変更機構36とを両方有していることにより、両眼での観察が可能な映像表示装置1において、注視虚像距離および輻輳角の両方を変更することができ、注視虚像位置を確実に変更することが可能となる。また、注視虚像距離を変更することは、ピントを変更することになるが、輻輳角を変更してもピントは変わらない。しかし、LCD15のシフトによる視度変更と同時に、映像表示ユニット1R・1Lの回転による輻輳角変更を行うなどにより、注視虚像距離の変更と輻輳角の変更とを両方行うことにより、位置変更後の虚像にピントが合うので、観察者の眼の疲労を軽減することができる。
In addition, the virtual image
ところで、図10は、輻輳角を変更する他の例を模式的に示している。同図では、輻輳角変更機構36が、映像表示ユニット1R・1Lの各LCD15に表示させる映像を両方とも、眼幅に対応する方向(左右方向、水平方向)にシフトさせて表示することにより、輻輳角を変更するようにしている。このような手法でも、各表示映像の虚像を両眼で観察する際の輻輳角を容易に変更することが可能となる。
Incidentally, FIG. 10 schematically shows another example of changing the convergence angle. In the figure, the convergence
つまり、輻輳角の変更は、映像表示ユニット1R・1Lに、画像処理により元画像を左右方向にシフトさせた画像を表示させることによっても容易に行うことができる。例えば、注視虚像位置D11において、映像表示ユニット1R・1Lの各LCD15に同じ画像(元画像)IR・ILを表示させていたとする。画像処理により、元画像に対して左右横方向で瞳中央に寄る方向にそれぞれシフトさせた左右の表示画像IR’・IL’を生成し、これを各LCD15に表示する。この場合、観察者は左右の画像が重なり合う位置に注視点を動かして観察するので、注視虚像位置をD12に変更することができる。
That is, the convergence angle can be easily changed by causing the
すなわち、制御部35は、注視虚像距離V1と背景距離B1との関係から、位置変更前の注視虚像位置よりも背景Bの位置が近くなったと判断した場合(V1>B1)、各LCD15に表示させる映像を両方とも、眼幅に対応する方向で瞳中央に寄る方向にシフトさせて表示することにより、輻輳角をαからβに大きくすることができる。これにより、背景Bが近づいたときでも、注視虚像位置が背景Bよりも手前に(光学瞳E側に)シフトするので、注視虚像が背景B内に埋めこまれて観察されるのを回避することができ、その観察による違和感を解消することができる。逆に、左右の表示画像を瞳外側に離れる方向にシフトさせれば、注視虚像位置を遠ざけることができる。なお、注視虚像位置のシフト量は、元画像の眼幅方向に対応する方向のシフト量で制御することができる。
In other words, when the
なお、ここでは、左右の表示画像を両方ともシフトさせているが、どちらか一方の表示画像のみをシフトさせても、上記と同様の効果を得ることができる。 Although both the left and right display images are shifted here, the same effect as described above can be obtained by shifting only one of the display images.
(背景が近づいたときの警告について)
ところで、上述した映像表示装置1は、背景位置が注視虚像位置よりも光学瞳側に近くなったとき、観察者に警告を出す警告手段を備えた構成であってもよい。このような警告手段としては、例えば制御部35とLCD15とで構成することが可能である。例えば、制御部35は、注視虚像距離と背景距離との関係から、注視虚像位置よりも背景位置が近くなったと判断した場合、図11に示すように、LCD15に警告を促す表示(例えば「WARNING!」の表示)を行わせたり、図12に示すように、表示映像と、警告を促す像(例えば「WARNING!」の文字)とを合成した映像をLCD15に表示させてもよい。
(Warning when background approaches)
By the way, the
また、図13(a)に示すように、LCD15の近傍に発光部(例えばLED)41を配置しておき、制御部35は、LCD15に映像を表示させると同時に発光部41を発光させることにより、図13(b)に示すように、表示虚像の周辺部を明るくし、警告を促すようにしてもよい。この場合、制御部35と、LCD15と、発光部41とで、上記の警告手段が構成される。なお、ドライバー回路ユニットや装置本体を振動部材によって振動させて警告を促すようにすることも可能である。
Further, as shown in FIG. 13A, a light emitting unit (for example, LED) 41 is disposed in the vicinity of the
このような警告手段により、背景が光学瞳側に近づいた状態のまま虚像を観察し続けると違和感が生ずる可能性があることを観察者に警告して、この状態の回避を促すことができる。 By such warning means, it is possible to warn the observer that there is a possibility that a sense of incongruity may occur if the virtual image is continuously observed while the background is close to the optical pupil side, and avoidance of this state can be promoted.
また、上述した映像表示装置1は、背景位置が注視虚像位置よりも光学瞳側に近くなったとき、LCD15における映像の表示を中断する制御を行う制御手段を備えた構成であってもよい。このような制御手段は、制御部35で構成することができる。上記の制御により、背景位置が光学瞳側に近くなったときに、映像表示を中断して観察者に違和感が発生する可能性を無くすことができる。また、この手法により、近くの像に遠くの像が遮られるという現実の状況を、遠くの像として虚像を使用し、その虚像表示を中断することによっても再現することができる。
Further, the
(補足)
上述した構成を適宜組み合わせて映像表示装置1ひいてはHMDを構成することも勿論可能である。例えば、背景が一部でも虚像よりも光学瞳側に近づいたとき、または、その後、背景の一部が光学瞳から遠ざかったときに、表示ユニットの回転によって輻輳角を変更したり、表示画像シフトによって輻輳角を変更することも可能であり、そのような輻輳角の変更を段階的に行うことも可能である。
(Supplement)
Of course, it is possible to configure the
以上で説明した映像表示装置1は、例えばヘッドアップディスプレイ(HUD)にも適用することが可能である。
The
以上で説明した本発明の映像表示装置は、以下のように表現することもできる。すなわち、本発明の映像表示装置は、映像を表示する表示素子と、上記表示素子からの映像光を光学瞳に導く接眼光学系とを備え、光学瞳の位置にて、表示映像の虚像とともに背景をシースルーで観察させる映像表示装置であって、観察者が注視する上記虚像の位置を変更する注視虚像位置変更手段と、位置変更の前後における上記虚像の上記光学瞳からの距離を記憶する注視虚像距離記憶手段と、上記虚像と重なって観察される背景の光学瞳または映像表示装置からの距離を測定する背景距離測定手段とを備え、上記注視虚像位置変更手段は、上記注視虚像距離記憶手段に記憶された位置変更前の上記虚像の距離と、上記背景距離測定手段の測定結果とに基づき、上記背景の少なくとも一部が上記位置変更前の虚像の位置よりも光学瞳側に近くなったと判断したときに、上記虚像の位置を上記背景の少なくとも一部よりも光学瞳側に近づくように変更する構成であってもよい。 The video display device of the present invention described above can also be expressed as follows. That is, the video display device of the present invention includes a display element that displays video, and an eyepiece optical system that guides video light from the display element to an optical pupil, and a background with a virtual image of the display video at the position of the optical pupil. Display-through image display device, and a gaze virtual image position changing unit that changes the position of the virtual image that the observer gazes at, and a gaze virtual image that stores a distance from the optical pupil of the virtual image before and after the position change A distance storage means; and a background distance measuring means for measuring a distance from the optical pupil of the background or the image display device that is observed overlapping with the virtual image, and the gaze virtual image position changing means is stored in the gaze virtual image distance storage means. Based on the stored distance of the virtual image before the position change and the measurement result of the background distance measuring means, at least a part of the background is closer to the optical pupil than the position of the virtual image before the position change. When it is determined that it is Ku, a position of the virtual image may be configured to change so as to approach the optical pupil side than at least a portion of the background.
本発明の映像表示装置において、上記注視虚像距離記憶手段は、上記虚像の位置の基準となる基準虚像位置を記憶しており、上記注視虚像位置変更手段は、上記虚像と重なる背景の少なくとも一部が上記基準虚像位置よりも光学瞳側に近づいた後、光学瞳とは反対側に離れたときに、一旦光学瞳側に近づくように変更された上記虚像の位置を、上記背景の少なくとも一部よりも光学瞳側に近い範囲内で上記基準虚像位置に近づくように変更してもよい。 In the video display device of the present invention, the gaze virtual image distance storage unit stores a reference virtual image position serving as a reference for the position of the virtual image, and the gaze virtual image position change unit includes at least a part of a background overlapping the virtual image. After moving closer to the optical pupil side than the reference virtual image position and then moving away from the optical pupil side, the virtual image position that has been changed so as to approach the optical pupil side once is at least part of the background It may be changed so as to approach the reference virtual image position within a range closer to the optical pupil side.
本発明の映像表示装置は、映像を表示する表示素子と、上記表示素子からの映像光を光学瞳に導く接眼光学系とを備え、光学瞳の位置にて、表示映像の虚像とともに背景をシースルーで観察させる映像表示装置であって、観察者が注視する虚像と重なって観察される背景の映像表示装置からの距離を測定する背景距離測定手段と、上記注視虚像位置の上記光学瞳からの距離と上記背景距離測定手段の測定結果とに基づいて観察者に警告を出す警告手段とを備え、上記警告手段は、上記背景の少なくとも一部が上記注視虚像位置よりも光学瞳側に近くなったと判断したときに、観察者に警告を出す構成であってもよい。 An image display apparatus according to the present invention includes a display element for displaying an image and an eyepiece optical system that guides image light from the display element to an optical pupil, and at the position of the optical pupil, a background is displayed with a virtual image of the display image. A background distance measuring means for measuring a distance from a background image display device that is observed by being overlapped with a virtual image observed by an observer, and a distance from the optical pupil at the position of the fixation virtual image And warning means for giving a warning to the observer based on the measurement result of the background distance measuring means, the warning means that at least a part of the background is closer to the optical pupil side than the gaze virtual image position A configuration may be used in which a warning is given to the observer when the determination is made.
本発明の映像表示装置は、映像を表示する表示素子と、上記表示素子からの映像光を光学瞳に導く接眼光学系とを備え、光学瞳の位置にて、表示映像の虚像とともに背景をシースルーで観察させる映像表示装置であって、観察者が注視する虚像と重なって観察される背景の映像表示装置からの距離を測定する背景距離測定手段と、上記注視虚像位置の上記光学瞳からの距離と上記背景距離測定手段の測定結果とに基づいて上記表示素子における映像の表示を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記背景の少なくとも一部が上記注視虚像位置よりも光学瞳側に近くなったと判断したときに、上記表示素子における映像の表示を中断する構成であってもよい。 An image display apparatus according to the present invention includes a display element for displaying an image and an eyepiece optical system that guides image light from the display element to an optical pupil, and at the position of the optical pupil, a background is displayed with a virtual image of the display image. A background distance measuring means for measuring a distance from a background image display device that is observed by being overlapped with a virtual image observed by an observer, and a distance from the optical pupil at the position of the fixation virtual image And control means for controlling the display of the image on the display element based on the measurement result of the background distance measuring means, wherein the control means is such that at least a part of the background is closer to the optical pupil than the gaze virtual image position. The display may be interrupted when it is determined that the display element is close to.
本発明は、HMDやHUDに利用可能である。 The present invention is applicable to HMD and HUD.
1 映像表示装置
1R 映像表示ユニット(右眼用表示ユニット)
1L 映像表示ユニット(左眼用表示ユニット)
2 支持手段
8 背景距離測定部(背景距離測定手段)
9 輻輳角変更部(輻輳角変更手段)
15 LCD(表示素子)
21 接眼光学系
22 接眼プリズム(光学部材)
24 光学素子(ホログラム光学素子)
31 虚像位置変更部(注視虚像位置変更手段)
33 虚像距離変更部(虚像距離変更手段)
34 駆動部(注視虚像位置変更手段、虚像距離変更手段)
35 制御部(注視虚像位置変更手段、虚像距離変更手段、輻輳角変更手段)
36 輻輳角変更機構(輻輳角変更手段)
E 光学瞳
1
1L video display unit (display unit for left eye)
2 Supporting means 8 Background distance measuring unit (background distance measuring means)
9 Convergence angle changing unit (convergence angle changing means)
15 LCD (display element)
21 Eyepiece
24 Optical elements (hologram optical elements)
31 Virtual image position changing unit (gazing virtual image position changing means)
33 Virtual image distance changing unit (virtual image distance changing means)
34 Drive unit (gazing virtual image position changing means, virtual image distance changing means)
35 Control unit (gazing virtual image position changing means, virtual image distance changing means, convergence angle changing means)
36 Convergence angle changing mechanism (convergence angle changing means)
E Optical pupil
Claims (13)
注視虚像の位置を変更する注視虚像位置変更手段と、
上記注視虚像と重なって観察される背景の映像表示装置からの距離を測定する背景距離測定手段とを備え、
上記注視虚像位置変更手段は、上記注視虚像位置の上記光学瞳からの距離と、上記背景距離測定手段の測定結果とに基づき、上記背景の少なくとも一部が上記注視虚像位置よりも光学瞳側に近くなったと判断したときに、上記注視虚像位置を上記背景の少なくとも一部よりも光学瞳側に近づくように変更することを特徴とする映像表示装置。 A video display device that includes a display device for displaying video and an eyepiece optical system that guides video light from the display device to an optical pupil, and allows a background to be observed through a virtual image of the display video at the position of the optical pupil. And
Gaze virtual image position changing means for changing the position of the gaze virtual image;
A background distance measuring means for measuring the distance from the image display device of the background that is observed overlapping the gaze virtual image,
The gaze virtual image position changing means is configured such that at least a part of the background is closer to the optical pupil than the gaze virtual image position based on the distance of the gaze virtual image position from the optical pupil and the measurement result of the background distance measurement means. An image display device characterized by changing the gaze virtual image position so as to be closer to the optical pupil side than at least a part of the background when it is determined that the distance is close.
上記両方の表示ユニットは、上記表示素子と上記接眼光学系とを備えており、
上記注視虚像位置変更手段は、輻輳角を変更することにより、上記注視虚像位置を変更する輻輳角変更手段を有していることを特徴とする請求項1に記載の映像表示装置。 A left-eye display unit and a right-eye display unit corresponding to the left and right eyes of the observer,
Both of the display units include the display element and the eyepiece optical system,
The video display device according to claim 1, wherein the gaze virtual image position changing unit includes a convergence angle changing unit that changes the gaze virtual image position by changing a convergence angle.
上記表示素子からの映像光を内部で全反射させて導光する光学部材と、
上記光学部材内で導光された上記映像光を回折反射させて光学瞳に導く体積位相型で反射型のホログラム光学素子とを含んでいることを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の映像表示装置。 The eyepiece optical system is
An optical member that guides the image light from the display element by totally reflecting the light inside;
11. A volume phase reflection type hologram optical element that diffracts and reflects the image light guided in the optical member and guides the image light to an optical pupil. The video display device described.
上記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持手段とを備えていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 The video display device according to any one of claims 1 to 12,
A head-mounted display comprising: support means for supporting the video display device in front of an observer's eyes.
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