JP2005321479A - Head mounted type display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、頭部装着型表示装置、より詳しくは、頭部に装着した状態で画像を観察し得るように表示する頭部装着型表示装置に関する。 The present invention relates to a head-mounted display device, and more particularly to a head-mounted display device that displays an image so that the image can be observed while being mounted on the head.
従来から、HMD(ヘッドマウントディスプレイ)やHUD(ヘッドアップディスプレイ)などの、頭部に装着して画像を観察するディスプレイ装置が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, display devices such as HMD (head mounted display) and HUD (head up display) that are worn on the head and observe images are known.
このようなディスプレイ装置としては、例えば特開2003−248194号公報に記載されたものが挙げられる。該公報に記載された映像表示装置は、眼鏡型のフレームに配置された画像をコンバイナとしてのホログラム光学素子に投影し、このホログラム光学素子により反射された上記画像を観察者の眼に導いて上記画像の虚像を外界に重ねて表示するようにしたものである。 As such a display device, for example, one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-248194 can be cited. The video display device described in the publication projects an image arranged in a spectacle-shaped frame onto a hologram optical element as a combiner, and guides the image reflected by the hologram optical element to the eyes of an observer. The virtual image of the image is displayed so as to overlap the outside world.
一方、特開平6−78247号公報には、電子映像から外界像への切換操作を容易に行うことができるようにした頭部装着式ディスプレイ装置が記載されている。さらに、該公報には、頭部の傾き角度を変化させても、仮想画面が外界の所定位置に固定的に観察されるような表示を行うとともに、該仮想画面外の部分で外界の像を観察することができるようにした技術が記載されている(該公報の段落番号[0035]〜[0044]の記載、特に[0041]等の記載を参照)。 On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-78247 describes a head-mounted display device that can easily perform a switching operation from an electronic image to an external image. Further, in this publication, even if the tilt angle of the head is changed, a display is made so that the virtual screen is fixedly observed at a predetermined position in the outside world, and an image of the outside world is displayed in a portion outside the virtual screen. A technique that enables observation is described (see the description of paragraph numbers [0035] to [0044] of the publication, particularly the description of [0041] and the like).
ところで、人間の眼は、錐体と呼ばれる、特に視力が良い視細胞が、網膜の中心に高い密度で分布し、周辺に行くに従ってその密度を急激に低下させるように分布している。この錐体は、3種類あって、各々の分光感度特性のピークがR,G,Bに存在している。こうして、網膜の中心から半径20°〜30°以内の領域でのみ、色覚が成立している。また、錐体が特に高い密度で分布している網膜の中心から3°以内の領域を、中心窩という。一方、網膜の中心から周辺に行くと、錐体に代わって、桿体と呼ばれる、明るさのみに反応する主に薄明視に働く感度の良い細胞が分布する。この桿体は、網膜の中心から20°程度の位置を密度のピークとして、周辺に行くに従って緩やかに密度が低下する。このような構造をとる人間の眼の視力は、輝度によって変化するが、輝度が高い場合には、中心窩においてもっとも高く、少し周辺に行くと急激に低下することが知られている。図33は、網膜の各部位における視力を、輝度をパラメータとして表したものである(池田光男:「最新応用物理学シリーズ3、視覚の心理物理学、p194、1975」、森北出版)。図示のように、比較的輝度が高いときには、中心窩辺りに高い密度で分布する錐体が有効に機能するために、網膜の中心で特に高い視力となるのに対して、輝度が低いと、該錐体が有効に機能せず、網膜の中心と周辺とで視力の差はそれほどなくなる。そして、眼の中心窩の2点識別分解能は、一般に、約1´と言われている。
上述したような従来のHMDやHUDは、頭部を少しでも移動させると、観察される虚像が該頭部と一緒に移動するために、画面が常に頭部にまとわりつく感じが否めず、特に長時間の装着においては、これがストレスを生む要因にもなっていた。 The conventional HMD and HUD as described above have a feeling that the screen always clings to the head because the observed virtual image moves together with the head when the head is moved even a little. This was a factor that caused stress in wearing time.
また、上述したような従来の表示装置は、小型軽量で携帯性に優れているために、装着したまま通常の行動を行いがちである。しかし、表示画面が観察者の視界に表示されたままであると、通常の行動をとる際の妨げとなることがある。従って、妨げになることを防ぐためには、通常の行動をとる前に、表示装置を取り外したり、あるいは表示装置の電源を切る操作を行ったりする必要があった。しかし、例えば眼鏡を例に取れば分かるように、何らかの行動をとる前に眼鏡をいちいち外すのは煩わしいことである。これと同様に、通常の行動を取るときに、表示装置を取り外したり、表示装置の電源を切ったりすることは、やはり煩わしいものとなる。 Further, since the conventional display device as described above is small and lightweight and excellent in portability, it tends to perform a normal action while being worn. However, if the display screen remains displayed in the viewer's field of view, it may be a hindrance when taking normal actions. Therefore, in order to prevent obstruction, it is necessary to remove the display device or to turn off the display device before taking a normal action. However, as can be seen by taking glasses as an example, it is troublesome to remove the glasses before taking any action. Similarly, when taking a normal action, it is still troublesome to remove the display device or turn off the display device.
そして、上記特開2003−248194号公報に記載されたものでは、仮想画面の初期位置をどのように設定するかについては何等記載されていない。仮に、特開平6−78247号公報の図11に記載されているように、仮想画面を正面に表示するものとすると、正面を向いて通常の行動をとるときには該行動の妨げとなってしまうために、使用する毎に頭部装着型表示装置を取り外す必要が生じて不便である。一方、頭部をやや下方に傾けたときに仮想画面を表示するように設定すると、例えば手元の書類を参照しようとするときなどに不便が生じることになる。こうして、仮想画面を表示する位置が固定的に定まっていると、使用目的や個人差により、不便が生じることがあった。 And what was described in the said Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-248194 is not described at all about how to set the initial position of a virtual screen. As shown in FIG. 11 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-78247, if the virtual screen is displayed in front, it will hinder the action when taking a normal action facing the front. In addition, it is inconvenient because it is necessary to remove the head-mounted display device every time it is used. On the other hand, if the virtual screen is set to be displayed when the head is tilted slightly downward, inconvenience occurs when trying to refer to a document at hand, for example. Thus, if the position where the virtual screen is displayed is fixed, inconvenience may occur due to the purpose of use or individual differences.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、通常の設置型の表示装置を所望の設置位置で観察するのと同様の感覚で、違和感なく画像を観察することが可能な頭部装着型表示装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a head-mounted type capable of observing an image without a sense of incongruity with the same feeling as observing a normal installation type display device at a desired installation position. The object is to provide a display device.
上記の目的を達成するために、第1の発明による頭部装着型表示装置は、観察者の眼に画像を投影することにより該画像を虚像として観察可能に表示するための表示手段と、観察者の頭部の傾き角度を検出するための角度検出手段と、観察者の頭部の傾きに関わらず該観察者から観察したときの虚像の位置がほぼ一定となるように上記角度検出手段により検出された観察者の頭部の傾き方向とは逆方向に該角度検出手段により検出された角度に相当する量だけ上記表示手段により表示する画像を移動させるように制御する移動制御手段と、上記表示手段により表示する画像の初期位置を調整するための調整手段と、を具備し、上記移動制御手段は、上記画像の初期位置を基準にして、上記角度検出手段により頭部の傾き角度の検出を行い、該検出された角度に基づいて、上記表示手段により表示する画像の表示位置を制御するものである。 In order to achieve the above object, a head-mounted display device according to a first invention comprises a display means for projecting an image onto an observer's eye so that the image can be observed as a virtual image, The angle detection means for detecting the inclination angle of the head of the person and the angle detection means so that the position of the virtual image when viewed from the observer is substantially constant regardless of the inclination of the head of the observer A movement control means for controlling the image displayed by the display means to move by an amount corresponding to the angle detected by the angle detection means in a direction opposite to the detected tilt direction of the head of the observer; Adjusting means for adjusting the initial position of the image displayed by the display means, wherein the movement control means detects the tilt angle of the head by the angle detection means with reference to the initial position of the image. Perform the Based on the issued angle, and controls the display position of the image to be displayed by the display means.
また、第2の発明による頭部装着型表示装置は、上記第1の発明による頭部装着型表示装置において、上記調整手段が、上記移動制御手段により画像を所望の位置に移動させることによって、上記画像の初期位置を調整するものである。 The head-mounted display device according to the second invention is the head-mounted display device according to the first invention, wherein the adjustment means moves the image to a desired position by the movement control means. The initial position of the image is adjusted.
さらに、第3の発明による頭部装着型表示装置は、上記第1の発明による頭部装着型表示装置において、上記調整手段が、上記画像の初期位置を予め定められた初期位置に調整するものである。 The head-mounted display device according to the third invention is the head-mounted display device according to the first invention, wherein the adjusting means adjusts the initial position of the image to a predetermined initial position. It is.
本発明の頭部装着型表示装置によれば、通常の設置型の表示装置を所望の設置位置で観察するのと同様の感覚で、違和感なく画像を観察することが可能となる。 According to the head-mounted display device of the present invention, it is possible to observe an image without a sense of incongruity with the same feeling as observing a normal installation type display device at a desired installation position.
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1から図32は本発明の実施例1を示したものであり、図1は頭部装着型の情報表示装置の使用形態を示す斜視図である。
1 to 32
なお、本実施例の情報表示装置は、以下に説明するように、頭部装着型の情報表示装置(頭部装着型表示装置)となっている。 The information display device according to the present embodiment is a head-mounted information display device (head-mounted display device) as described below.
この情報表示装置1は、図1に示すように、略めがね型をなす頭部装着部2と、この頭部装着部2と例えば接続手段たるケーブル3を介して接続された本体部たる制御/記録部4と、該情報表示装置1に係る操作入力を遠隔で行うためのリモートコントロール部(以下では、リモコン部と略称する。)5と、に大別される。
As shown in FIG. 1, the
上記頭部装着部2は、シースルー表示時に観察対象(外界)を実質的に直接観察することが可能であるとともに、該観察対象に重畳して情報も観察することができるように構成されたものである。この頭部装着部2は、形状が略めがね型をなすことで分かるように、視度補正用の一般的な眼鏡とほぼ同様にして頭部に装着し用いるものとなっており、重量やサイズ等も通常の眼鏡に極力近似するように小型軽量化が図られている。
The
上記ケーブル3は、一端側に設けられた接続端子3aを頭部装着部2のケーブル接続端子21(図2等参照)と接続し、他端側に設けられた接続端子3bを制御/記録部4のケーブル接続端子49(図6参照)と接続することにより、これら頭部装着部2と制御/記録部4とを接続するようになっている。なお、ここでは、頭部装着部2と制御/記録部4とを電気的に接続する接続手段として、有線でなるケーブル3を用いているが、これに限らず、例えば無線で互いに通信する手段を用いても構わない。
The
上記制御/記録部4は、この情報表示装置1全体の制御を行うとともに、上記頭部装着部2により観察する情報の再生も行うことができるように構成されたものである。この制御/記録部4は、腰のベルト等に取り付けた状態、あるいは上着の内ポケット等に収納した状態、などの各種の状態で使用することができるように、やはり可能な範囲内での小型軽量化が図られたものとなっている。もちろん、ケーブル3として長いものを用いるなどにより、この制御/記録部4をカバンなどに収納した状態で使用することも可能である。
The control /
上記リモコン部5は、この情報表示装置1に対して比較的頻繁に行われる操作を、観察者が遠隔操作により手元で行うためのものである。従って、このリモコン部5は、例えば片手の掌に収まる程度の小型な大きさで、かつ軽量となるように構成されており、上記制御/記録部4に対して例えば無線で通信を行うようになっている。
The
これらの頭部装着部2と制御/記録部4とリモコン部5とは、本実施例では互いに別体として構成されており、これにより、頭部装着部2を小型軽量化することによる装着感の向上、リモコン部5の採用による操作性の向上、などを図るようにしている。
The
次に、図2から図4を参照して、頭部装着部2の外観および概要について説明する。図2は頭部装着部を示す正面図、図3は頭部装着部を示す平面図、図4は頭部装着部を示す右側面図である。
Next, with reference to FIGS. 2 to 4, the appearance and outline of the
この頭部装着部2は、一般的な眼鏡におけるレンズ、リム、ブリッジ、智などに相当する部分であるフロント部11と、このフロント部11の左右両側から後方(観察対象と反対側)に向けて各延設されており該フロント部11に対して折り畳み可能となっているテンプル部12と、を有して構成されている。
The
上記フロント部11は、フレーム部13と、このフレーム部13に対して左右両眼に各対応するように取り付けられた導光部材たる透明光学部材14,15と、を有して構成されている。
The
このフレーム部13の中央部には、鼻梁に対してこの頭部装着部2を載置するための鼻パッド部19や、上記透明光学部材14,15の間となる上部に形成されたブリッジ部20が設けられている。
At the center of the
上記テンプル部12は、丁番24,25を用いて上記フロント部11と接続されていて、これによって該フロント部11に対して折り畳み可能となっている。すなわち、非使用時には、テンプル部12をフロント部11の中央部に向けて折り曲げ、該フロント部11に沿って折り畳まれた位置を取らせることができるために、小型化して収納や運搬を便利に行うことが可能となっている。また、左右の各テンプル部12の先端部には、耳にかけるための先セルモダン26,27がそれぞれ設けられている。
The
さらに、左眼側(つまり、図2や図3における右側)のテンプル部12には電装部30aが、また、右眼側(つまり、図2や図3における左側)のテンプル部12には電装部30bが、各テンプル部12に対してそれぞれ一体的に設けられている。これらの電装部30a,30bは、主にシースルー表示の制御を行う電子回路を収納するためのものとなっている。従って、テンプル部12を折り畳んだときには、これらの電装部30a,30bも該テンプル部12に従って折り畳まれることになる。このように、折り曲げ可能なテンプル部12に電装部30a,30bを配置したために、情報表示装置1をコンパクトに収納することが可能となる。
Furthermore, the
また、左眼側の電装部30aの後ろ側(観察者の耳に近い側)の下端部には、上記ケーブル3の一端側に配設された接続端子3aを接続するためのケーブル接続端子21が設けられている。なお、後述するシースルー画像表示部6(図11参照)の電子回路は、フロント部11の内部と、上記電装部30a,30bと、に分散されて配置されており、頭部装着部2全体の形状や重量バランスを適切にして、装着感が良好となるようにしている。
Further, a
そして、フロント部11の右側と丁番24との間の部分、およびフロント部11の左側と丁番25との間の部分は、該フロント部11内部の各回路と電装部30a,30bの各回路とを、後述する図19と図20に示すような構成により接続するフレキシブルプリント基板等がそれぞれ格納されるボックス部33となっている。
The portion between the right side of the
次に、図5から図9を参照して、制御/記録部4の外観および概要について説明する。図5は操作パネルを閉じた状態の制御/記録部を示す平面図、図6は操作パネルを閉じた状態の制御/記録部を示す右側面図、図7は操作パネルを閉じた状態の制御/記録部を示す左側面図、図8は操作パネルに配置された操作スイッチ類を示す平面図、図9は操作パネルを開いた状態の制御/記録部を示す斜視図である。
Next, the external appearance and outline of the control /
この制御/記録部4は、制御/記録本体部41と、この制御/記録本体部41に対してヒンジ43を介して開閉自在に設けられた操作パネル42と、を有して構成されている。
The control /
上記制御/記録本体部41は、後述するような各回路を内蔵するとともに、上記操作パネル42を開いたときに観察可能となる位置に液晶モニタであるLCD表示素子(以下、「LCD」と省略する。)48が配設されたものとなっている。このLCD48は、情報を表示する(例えば、記録されている画像を再生して表示したり、後述するようなパーソナルコンピュータ(PC)接続端子51を介して入力される画面を表示したりする)のに用いられる他に、この情報表示装置1に係る各種のモードを設定するためのメニュー画面等の表示にも用いられるようになっている。さらに、この制御/記録本体部41には、上記操作パネル42を開閉する際に指先等を掛け易いように、凹部45が形成されている。
The control / recording
また、この制御/記録本体部41の右側面には、図6に示すように、ヒンジ46により該制御/記録本体部41に対して開閉自在となる蓋52が設けられており、該蓋52の係止部52aを制御/記録本体部41側の被係止部52bに係止させることで、閉じ状態が保たれるようになっている。この蓋52を開くと、該図6に示すように、上記ケーブル3を介して頭部装着部2のケーブル接続端子21と接続されるようになされたケーブル接続端子49と、テレビと接続するための端子であるAV/S接続端子50と、パーソナルコンピュータ(PC)と接続するための端子であるPC接続端子51と、が露呈する。このように、コード類は、制御/記録本体部41の右側面において、まとめて接続されるようになっており、他の面からコード類が延出することがなく、コードを取り回すときの煩わしさを軽減することができるようになっている。
Further, as shown in FIG. 6, a
一方、制御/記録本体部41の左側面にも、図7に示すように、ヒンジ47により該制御/記録本体部41に対して開閉自在となる蓋53が設けられており、該蓋53の係止部53aを制御/記録本体部41側の被係止部53bに係止させることで、閉じ状態が保たれるようになっている。この蓋53を開くと、該図7に示すように、カードメモリ等でなる着脱式の記録手段たる記録用メモリ120(図11等参照)を挿入するための記録用メモリ挿入口54と、電源を供給するためのバッテリを着脱自在に挿入するためのバッテリ挿入口55と、が露呈するようになっている。
On the other hand, as shown in FIG. 7, a
上記操作パネル42は、閉じた状態でも外部に露呈する外面側に図5に示すように電源スイッチ44が配設されていて、さらに、開いた状態でのみ操作可能に露呈する内面側に、図8に示すような各種の操作スイッチ類が配置されている。
As shown in FIG. 5, the
すなわち、操作パネル42の内面側には、音声を再生するためのスピーカ56と、このスピーカ56から発生される音声のボリュームを大きくするためのスイッチ57と、該ボリュームを小さくするためのスイッチ58と、上記記録用メモリ120に記録された画像情報を再生したり一時停止したりするための再生/停止スイッチ59と、画像を逆方向に早送りしてサーチするためのスイッチ61と、画像を順方向に早送りしてサーチするためのスイッチ62と、情報表示装置1に係る各種の機能や日付などを設定するためのメニュー画面を上記LCD48に表示するためのメニューボタン63と、該メニュー画面に表示されている各項目の内の着目項目を上、下、左、右の各方向へ移動したり表示情報を同各方向へスクロールしたりするためのメニュー選択スイッチ66,67,68,69と、表示されている着目項目等を確定するための確定スイッチ65と、が配設されている。
That is, on the inner surface side of the
なお、本実施例の情報表示装置1においては、後述するように、画像を表示する領域を示す表示枠内から画像が消失した時間が所定時間Ts以上となったときに、この情報表示装置1全体の消費電力を低減する低消費電力モードに自動的に設定するようになっているが、このときの所定時間Tsも、上記メニュー選択スイッチ66,67,68,69等を操作することにより設定することができるようになっている。
In the
このように、操作パネル42に配置されたスイッチ類は、主に、変更の頻度が比較的低い情報を設定するためのスイッチ類となっている。
As described above, the switches arranged on the
続いて、図10を参照して、リモコン部5の外観および概要について説明する。図10はリモコン部の構成を示す平面図である。
Next, the external appearance and outline of the
このリモコン部5は、上述したように、比較的高い頻度でこの情報表示装置1に係る情報を変更するためのスイッチ類が配置されたものとなっていて、図10に示すように、キーボード71と、ドームポインタ操作部72と、アンテナ73と、を有して構成されている。
As described above, the
上記キーボード71は、主に、文字データの入力を行うための入力手段である。このキーボード71により入力された文字データは、上記頭部装着部2におけるシースルー画像表示部6(図11参照)と、上記制御/記録部4におけるLCD48と、の少なくとも一方に表示することもできるようになっている。さらに、このキーボード71には、表示された項目や文字情報などを上または下、あるいは左または右へスクロールするためのスクロール手段を兼ねるキーも含まれている。
The
上記ドームポインタ操作部72は、スクロール手段であり、ポインタ74と、左ボタン75と、右ボタン76と、を有して構成されている。上記ポインタ74は、例えば指先で操作することにより、マウスポインタを移動させることのできるポインティングデバイスである。つまり、このポインタ74の操作は、パーソナルコンピュータ等において広く使用されているマウスを移動させる操作に相当する。また、上記左ボタン75と右ボタン76とは、それぞれ、通常のマウスにおける左ボタンおよび右ボタンに相当するものである。従って、上記ポインタ74を操作することにより画面上のマウスポインタを移動させ、所望の位置で上記左ボタン75または右ボタン76を操作することにより、マウスを移動させてクリックしたのと同様の操作が行われる。
The dome
上記アンテナ73は、このような操作によりリモコン部5に入力された情報を、制御/記録部4へ送信するための送信手段である。制御/記録部4は、こうしてリモコン部5から受信した情報に応じて、その操作内容に応じた処理を実行するようになっている。
The
図11は情報表示装置の主として電子回路に係る構成を示すブロック図である。 FIG. 11 is a block diagram showing a configuration mainly related to an electronic circuit of the information display device.
この情報表示装置1の構成は、上述したように、頭部装着部2と、制御/記録部4と、リモコン部5と、に大別される。これら内の頭部装着部2は、主とした電子回路として、シースルー画像表示部6を備えている。また、制御/記録部4とシースルー画像表示部6とは上記ケーブル3を介して接続されており、制御/記録部4とリモコン部5とは無線を介して接続されている。
As described above, the configuration of the
上記制御/記録部4は、メモリ116と、D/A変換回路117と、上記LCD48と、LCDドライバ118と、圧縮/伸張回路119と、選択回路121と、上記記録用メモリ120と、ハードディスク122と、上記スピーカ56と、受信回路123と、表示用メモリ125と、キャラクタジェネレータ126と、第1操作スイッチ113と、EEPROM114と、電源回路124と、第1CPU111と、を有して構成されている。
The control /
上記メモリ116は、表示手段を構成する第1の記憶手段であり、第1CPU111により生成された画像や文字などの情報、あるいは、記録用メモリ120やハードディスク122に記憶されている画像や文字などの情報、を読み出して、読み出した信号を一時的に記憶するフレームバッファ等により構成されている。
The
D/A変換回路117は、このメモリ116に記憶されているデジタル信号をアナログ信号に変換するものである。
The D /
上記LCD48は、上記図9にも示したものであり、このD/A変換回路117により変換されたアナログの画像信号に基づいて画像を表示したり、その他の情報を表示したりするものである。
The
上記LCDドライバ118は、このLCD48を制御して駆動するためのものである。
The
上記圧縮/伸張回路119は、圧縮回路部と伸張回路部とを有して構成されていて、圧縮回路部により上記メモリ116に記憶されているデジタル信号を圧縮するとともに、伸張回路部により上記記録用メモリ120から読み出した圧縮されたデジタル信号を伸張するものである。
The compression /
上記選択回路121は、第1CPU111からの制御信号に基づいて、信号の入力先および出力先を双方向に選択するための回路である。ここに、双方向とは、メモリ116、記録用メモリ120、ハードディスク122、圧縮/伸張回路119の何れもが、入力先と出力先との何れにもなり得るということである。例えば、選択回路121は、圧縮/伸張回路119により圧縮されたデジタル信号を、記録用メモリ120、ハードディスク122、メモリ116の何れへ出力するかを選択するようになっている。また、記録用メモリ120またはハードディスク122に記録された情報をメモリ116に取り込んで再生表示などをする場合には、該選択回路121は、第1CPU111からの制御信号に基づいて、記録用メモリ120とハードディスク122との何れか一方からの出力信号を選択し、圧縮/伸張回路119に出力するようになっている。さらに、該選択回路121は、第1CPU111からの制御信号に基づいて、メモリ116から記録用メモリ120またはハードディスク122へ、あるいは記録用メモリ120またはハードディスク122からメモリ116へ、のデータの転送を、圧縮/伸張回路119を介して行うか、もしくは圧縮/伸張回路119を介さないで行うかの選択も行うようになっている。情報が例えば文字データ以外の画像データ(以下では、「画像データ」は、文字データを除く情報を総称していうものとする。)である場合には、圧縮/伸張回路119を介して圧縮処理または伸張処理を行ってから転送を行い、一方、文字データである場合には、該圧縮/伸張回路119を介することなく転送を行う。
The
上記記録用メモリ120は、上述したように、例えば着脱式のメモリカード等で構成されていて、上記選択回路121により選択されたときに、上記圧縮/伸張回路119により圧縮されたデジタル信号を記録するものである。
As described above, the
上記ハードディスク122は、この制御/記録部4に内蔵されたものであり、上記選択回路121により選択されたときに、上記圧縮/伸張回路119により圧縮されたデジタル信号を記録するようになっている。
The hard disk 122 is built in the control /
上記スピーカ56(図8等参照)は、第1CPU111の制御に基づいて、音声を伴う画像を再生するときに該音声の再生を行ったり、あるいは必要に応じて警告用の音声を発生したりするためのものである。
Based on the control of the
上記受信回路123は、上記リモコン部5の後述する送信回路133から無線で送信された信号を受信するためのものである。
The receiving
上記表示用メモリ125は、表示手段を構成する第2の記憶手段であり、シースルー画像表示部6に表示する画像データを格納するためのものである。この表示用メモリ125は、シースルー画像表示部6の後述するLCD104に設けられている表示用のピクセルに一対一に対応するメモリセルを有して構成されている。
The
上記キャラクタジェネレータ126は、リモコン部5のキー入力操作に応じた文字データを発生するためのものである。
The
上記第1操作スイッチ113は、当該情報表示装置1に係る各種の操作入力を行うための入力手段であり、調整手段、時間設定手段を兼ねていて、上記図8に示したような各種のスイッチ類を含んで構成されている。
The
上記EEPROM114は、表示制御手段を構成する第3の記憶手段であり、この情報表示装置1において用いられる各種のデータ等を記録するためのものである。このEEPROM114には、メモリ116に記憶されている原情報と、表示用メモリ125のメモリセルと、のマッピングに係る対応関係が、後述するようなテーブルとして記憶されている。
The EEPROM 114 is a third storage unit that constitutes a display control unit, and is for recording various data used in the
上記電源回路124は、例えば着脱式となるように構成されたバッテリ等を含んで構成されていて、この制御/記録部4へ電源を供給するだけでなく、上記頭部装着部2のシースルー画像表示部6へも上記ケーブル3を介して電源を供給し得るように構成されている。
The
第1CPU111は、この制御/記録部4内の各回路を制御するとともに、上記シースルー画像表示部6内の後述する第2CPU112と通信を行うことにより、該シースルー画像表示部6の制御も行うものであり、この情報表示装置に係る統合的な制御手段であって、表示手段、表示制御手段、移動制御手段、調整手段も兼ねたものとなっている。
The
このような制御/記録部4の作用は、ほぼ次のようになっている。
The operation of the control /
メモリ116内の情報は、圧縮/伸張回路119内の圧縮回路部で圧縮された後に、記録用メモリ120またはハードディスク122に記憶される。
Information in the
また、上記第1操作スイッチ113のメニューボタン63やメニュー選択スイッチ66,67,68,69、確定スイッチ65などの操作により、記録用メモリ120またはハードディスク122に既に記録されている情報が選択されて、上記再生/停止スイッチ59の操作により再生の指示が行われた場合には、記録用メモリ120またはハードディスク122に記録されている情報が読み出されてメモリ116に一時的に記録される。このとき、記録用メモリ120またはハードディスク122に記録されている情報が、画像データである場合には、圧縮/伸張回路119内の伸張回路部により伸張された後に、メモリ116へ転送される。また、記録用メモリ120またはハードディスク122に記録されている情報が、文字データである場合には、圧縮/伸張回路119を介することなく、選択回路121からメモリ116へそのまま転送される。
Further, information already recorded in the
このメモリ116に記憶された情報は、D/A変換回路117によりアナログの画像信号に変換された後に、LCD48に表示されるか、または、後述するような所定のマッピング処理が行われた後にシースルー画像表示部6の後述するLCD104に表示される。LCD48に表示が行われるときには、該LCD48の動作は、LCDドライバ118から発生される信号により制御される。一方、シースルー画像表示部6のLCD104により表示が行われるときには、EEPROM114に記憶されているテーブルを参照して、メモリ116に記憶されている画像データを、表示用メモリ125のメモリセルへマッピングする処理が行われる。こうして、表示用メモリ125に記憶されたマッピング後の画像データが、シースルー画像表示部6のLCD104へ出力されるようになっている。
The information stored in the
また、リモコン部5のキーボード71等からキー入力操作が行われると、該操作に応じて、キャラクタジェネレータ126が文字データを発生させる。この文字データは、第1CPU111により所定の画像データ等と合成された後に、メモリ116に一時的に記録され、上述したように、LCD48またはシースルー画像表示部6のLCD104に表示される。
When a key input operation is performed from the
次に、上記シースルー画像表示部6は、画像や文字等を、反射型コンバイナとしてのホログラフィー光学素子(以下、「HOE(Holographic Optical Element)」と呼ぶ。)により観察者の眼99へ投影して、観察者の視野方向前方に虚像として表示するための表示手段である。さらに、このシースルー画像表示部6は、頭部装着部2のヨー方向およびピッチ方向(これらの方向については後述する。)の傾き角度を検出するための手段も兼ねている。
Next, the see-through
すなわち、このシースルー画像表示部6は、LEDドライバ101と、LED102と、集光レンズ103と、LCD104と、LCDドライバ105と、第1HOE106と、第2HOE107と、角速度センサ81と、角速度センサ84と、増幅器82と、増幅器85と、A/D変換回路83と、第2CPU112と、を有して構成されている。
That is, the see-through
上記LEDドライバ101は、上記第2CPU112の制御に基づいて、後述するLED102を発光させるものである。
The
上記LED102は、このLEDドライバ101により駆動されて光を発光する発光源であり、表示手段の構成要素となっている。
The
上記集光レンズ103は、このLED102により発光された光を集光するものであり、上記表示手段の構成要素である。
The condensing
上記LCD104は、画像等の情報を表示する透過型液晶等でなる表示素子であり、表示画素であるピクセルを2次元状に等間隔に複数配列して構成されている。このLCD104は、上記表示手段の構成要素であり、上記集光レンズ103を介したLED102の光により背面側から照明されるようになっている。
The
上記LCDドライバ105は、上記第2CPU112の制御に基づいて、このLCD104を駆動して画像等の情報を表示させるものであり、移動制御手段の一部を構成している。
The
上記第1HOE106は、上記LCD104を介して射出される光を後述するように収差を補正しながら鉛直下方(図16参照)へ向けて反射する反射光学部材であり、表示手段を構成するものとなっている。
The
上記第2HOE107は、この第1HOE106からの光を観察者の眼へ向けて反射し回折させることにより、上記LCD104に表示された画像や文字等の情報を観察可能に投影するとともに、外界光を観察者の眼へ向けて透過させ得るように構成されたコンバイナであり、表示手段を構成するものとなっている。
The
上記角速度センサ81は、角度検出手段を構成しており、この頭部装着部2のヨー方向(後述する図13参照)の角速度を検出するためのものである。
The angular velocity sensor 81 constitutes an angle detection means, and is for detecting an angular velocity in the yaw direction (see FIG. 13 described later) of the
上記増幅器82は、この角速度センサ81の出力を増幅するためのものである。 The amplifier 82 is for amplifying the output of the angular velocity sensor 81.
上記角速度センサ84は、角度検出手段を構成しており、この頭部装着部2のピッチ方向(後述する図12参照)の角速度を検出するためのものである。
The
上記増幅器85は、この角速度センサ84の出力を増幅するためのものである。
The amplifier 85 is for amplifying the output of the
上記A/D変換回路83は、増幅器82を介して出力される角速度センサ81の出力と、増幅器85を介して出力される角速度センサ84の出力と、をそれぞれデジタル信号に変換して、上記第2CPU112へ出力するためのものである。
The A / D conversion circuit 83 converts the output of the angular velocity sensor 81 output via the amplifier 82 and the output of the
上記第2CPU112は、このシースルー画像表示部6の制御を主として行うための制御手段であり、表示手段、表示制御手段、角度検出手段、移動制御手段、調整手段を兼ねたものとなっている。また、第2CPU112は、角速度センサ81,84から出力される角速度情報に基づいて、観察者の頭部の傾き角度を検出するための角度検出手段を兼ねている。この第2CPU112は、上記第1CPU111と双方向に接続されていて、互いに通信を行いながら、所定の動作を連携して実行するようになっている。
The
続いて、上記リモコン部5は、第2操作スイッチ131と、デコーダ132と、送信回路133と、電源回路134と、を有して構成されている。
Subsequently, the
上記第2操作スイッチ131は、上記図10に示したようなスイッチ類を含んで構成される入力手段であり、調整手段、時間設定手段を兼ねたものとなっている。
The
上記デコーダ132は、この第2操作スイッチ131からの操作入力を、無線送信用の信号に変換するためのものである。
The
上記送信回路133は、このデコーダ132により変換された信号を、上記アンテナ73を介して、上記制御/記録部4の受信回路123へ無線で送信するためのものである。
The
上記電源回路134は、このリモコン部5内の各回路へ電源を供給するためのものであり、電池等を含んで構成されている。
The
続いて、図12〜図18を参照して、シースルー画像表示部6の主として光学的な構成について説明する。図12はピッチ方向を説明するための図、図13はヨー方向を説明するための図、図14はシースルー画像表示部の光学系の原理を説明するための図、図15はシースルー画像表示部の光学系の構成を示す一部断面を含む正面図、図16はシースルー画像表示部の光学系の一構成例を示す左側面図、図17はシースルー画像表示部の光学系の他の構成例を示す左側面図、図18はシースルー画像表示部の光学系の構成を示す平断面図である。
Next, the mainly optical configuration of the see-through
このシースルー画像表示部6は、観察者が実質的に直接観察している観察対象上に、画像や文字などの情報を虚像としてスーパーインポーズ表示することができるようになっており、このような表示を、以下では、シースルー表示と呼ぶことにする。なお、「実質的に直接観察している」とは、肉眼で観察している場合だけでなく、ガラスやプラスチックなどで形成された略平板な透明部材を介して観察している場合や、あるいは視度調整用のレンズを介して観察している場合などを含んでいる。
The see-through
まず、頭部の傾きに関する用語について、図12および図13を参照して説明する。「ピッチ方向」とは、図12に示すように、頭部の前後方向の傾きをいう。また、「ヨー方向」とは、図13に示すように、頭部の左右方向の傾きをいう。なお、頭部装着部2は、観察者が頭部に装着した状態で用いるように構成されたものであるために、頭部装着部2の傾きを検出することと、観察者の頭部の傾きを検出することとは、ほぼ同義となっている。
First, terms relating to the tilt of the head will be described with reference to FIGS. “Pitch direction” refers to the inclination of the head in the front-rear direction, as shown in FIG. In addition, the “yaw direction” refers to the tilt of the head in the left-right direction, as shown in FIG. The
図14を参照して、この実施例1におけるシースルー画像表示部6の光学系(以下、「シースルー画像表示光学系」という。)によりシースルー画像を表示する原理について説明する。
With reference to FIG. 14, the principle of displaying a see-through image by the optical system of the see-through
LED102により発光された光は、集光レンズ103により集光されて、LCD104を背面から照明する。ここに上記LED102は、R(赤),G(緑),B(青)の3色の光をそれぞれ発光可能なダイオードを含んで構成されており、文字情報を表示する場合には、例えばG(緑)のダイオードのみを発光させるなどが可能である。
The light emitted from the
第2CPU112は、画像や文字などの情報に対応する信号を生成して、LCDドライバ105へ出力する。LCDドライバ105は、この信号に基づいてLCD104を駆動することにより、該LCD104に画像や文字などを表示させる。
The
上記LED102の光を受けてLCD104から射出された画像や文字は、第2HOE107によって反射された後に、観察者の眼に導かれる。こうして、観察者は、画像や文字を虚像VIとして観察することができる。なお、この図14では原理を説明しているために、第1HOE106の図示は省略している。
Images and characters emitted from the
第2HOE107は、フォトポリマーや重クロム酸ゼラチン等の感光材料を使用した体積位相型のホログラフィー光学素子であり、上記LED102により発光されるR,G,Bの各波長において最大の反射率で光を反射する特性を備えるように設計されている。従って、例えば文字を表示するときにGの光を発光させる場合には、グリーンの文字が虚像としてクリアに表示されることになる。一方、カラー画像を観察可能に表示するときには、LCD104にカラー画像を表示させるとともに、上記LED102によりR,G,B3色の光を発光させれば良い。HOEは、優れた波長選択性を備えており、上述したR,G,Bの各波長の光線に対しては極めて狭い波長幅において高い反射特性を示す一方で、それ以外の波長の光線に対しては高い透過特性を示す。従って、表示光と同じ波長域の外界光は回折反射されて観察者の瞳に届かないが、それ以外の波長域の外界光は観察者の瞳に到達する。一般に、可視光は、波長の帯域幅が広いために、R,G,Bの各波長を含む極めて狭い波長幅の光が到達しなくても、何等支障なく外界像を観察することが可能である。
The
上記第1HOE106は、LCD104からの光を第2HOE107に導くように反射するだけでなく、像面歪曲も補正する機能を備えたものとなっている。なお、ここでは第1HOE106を用いたが、これに代えて、自由曲面の光学素子を用いることも可能である。自由曲面の光学素子は、小型軽量でありながら複雑な収差を補正することができるために、重量をあまり増加させることなく収差の少ないクリアな像を表示することが可能となる。
The
続いて、図15から図18を参照して、上記シースルー画像表示光学系の具体的な配置例を説明する。 Subsequently, a specific arrangement example of the see-through image display optical system will be described with reference to FIGS. 15 to 18.
上記フレーム部13の内部における観察対象側の部分であって、上記透明光学部材14(または/および透明光学部材15)の上部となる位置に、上記LED102,集光レンズ103,LCD104,第1HOE106が図15に示すように順に配置されている。これらの各部材は、図18に示すように、保持枠144,145により挟み込まれるようにして固定されている。このとき、上記LED102は、電気回路基板141に実装された状態で、上記保持枠144,145により固定されるようになっている。また、これらの内の第1HOE106は、上述したように、LED102からの光を鉛直下方へ向けて反射するように、傾けて配置されている。
The
上記透明光学部材14(または/および透明光学部材15)は、図16、図17に示すように、透明なガラスやプラスチック等により所定の厚みを有するように形成された導光部材142,143と、これらの導光部材142,143の間に挟み込まれながら後方へ向けて光を反射するように傾けて配設された上記第2HOE107と、を有して構成されている。このような構成において、上記第1HOE106から反射された光は、第2HOE107の上側に配置された導光部材142の内部を透過して、該第2HOE107に到達するようになっている。なお、この導光部材142の内部における光の伝播は、図16に示すように透過のみであっても良いし、図17に示すように透過と内面における全反射とを組み合わせたものであっても構わない。図17に示したような光学設計を行えば、透明光学部材14(または/および透明光学部材15)を肉薄にすることが可能となるために、頭部装着部2の軽量化をより一層図ることができる。
As shown in FIGS. 16 and 17, the transparent optical member 14 (or / and the transparent optical member 15) includes
また、上記フレーム部13の内部における観察者の頭部側(観察対象と反対側)の部分には、図18に示すように、上記LEDドライバ101やLCDドライバ105を実装する電気回路基板146が、上記保持枠144を挟んでシースルー画像表示光学系と反対の側に配設されている。
Further, as shown in FIG. 18, an
なお、シースルー画像表示光学系は、上述したような各部材の内の、LED102と、集光レンズ103と、LCD104と、第1HOE106と、第2HOE107と、導光部材142,143と、を含むものとなっている。
The see-through image display optical system includes the
観察者は一般的に両眼で観察対象を観察するために、上記シースルー画像表示部6をどのように配置するかについては、例えば以下のような、2つの例が考えられる。
For example, the following two examples can be considered as to how the see-through
まず、第1の構成例は、両眼の内の、一方の眼に対応する部分のみを上記図15等に示したようなシースルー画像表示光学系により構成し、他方の眼に対応する部分はシースルー画像表示機能を備えていない単なる透明な光学部材により構成するというものである。このときには、他方の眼に対応する透明な光学部材は、視感透過特性が透明光学部材14(または透明光学部材15)と同じ特性のものとすることが望ましく、これにより、長時間使用しても眼の疲労を少なくすることが可能となる。 First, in the first configuration example, only the portion corresponding to one eye of both eyes is configured by the see-through image display optical system as shown in FIG. 15 and the like, and the portion corresponding to the other eye is It is configured by a simple transparent optical member that does not have a see-through image display function. At this time, it is desirable that the transparent optical member corresponding to the other eye has the same luminous transmission characteristic as that of the transparent optical member 14 (or the transparent optical member 15). It is possible to reduce eye fatigue.
次に、第2の構成例は、両眼のそれぞれに対応して、上記図15等に示したようなシースルー画像表示光学系を構成するというものである。このようなペアのシースルー画像表示光学系を用いる場合には、さらに眼の疲労を少なくすることが可能であるとともに、必要に応じて立体的に観察される画像を表示することも可能となる。 Next, in the second configuration example, a see-through image display optical system as shown in FIG. 15 is configured corresponding to each of both eyes. When such a pair of see-through image display optical systems are used, it is possible to further reduce eye fatigue and to display an image observed stereoscopically as necessary.
次に、図19および図20を参照しながら、フロント部11の電装部と、テンプル部12の電装部30aと、を電気的に接続する構成について説明する。図19はフロント部11と丁番部200とテンプル部12とを含む接続部分の構造を示す一部断面を含む平面図、図20は丁番部200とテンプル部12との接続部分を図19の左側から略右方向へ見た図である。
Next, a configuration for electrically connecting the electrical component of the
ここに、上記丁番部200は、丁番24を含む、テンプル部12とフロント部11(あるいは、フレーム部13)とを接続する部分の総称である。
Here, the
この情報表示装置1は、上記図3にも示したように、左右のテンプル部12が、使用状態では、フロント部11に対してほぼ直角の状態となり、非使用時に、丁番24,25を回転中心として、フロント部11へ向けて内側に折り畳むことができるようになっている。ここでは、右側の丁番24を含む丁番部200の近傍について説明するが、左側の丁番25を含む丁番部も同様である。
As shown in FIG. 3, the
この丁番部200における丁番24は、ひじ継手として構成されており、図20に示すように、フロント部11側に設けられた円筒状のネジ孔193aが形成されたコの字状の軸受け193と、テンプル部12側に設けられた円筒状の孔194aが形成された軸受け194と、を互いの孔193a,194aが貫通するように組み合わせて、これらの孔193a,194aに連結ピンとしての機能を果たす軸191を挿通して構成されたものである。なお、図20においては、テンプル部12に属する部分に点線でハッチングを施している。
The
図19に示すように、フロント部11に設けられた電気回路基板184は、フレキシブルプリント基板185の一端側に電気的に接続されている。このフレキシブルプリント基板185は、フロント部11内から丁番部200内へ渡って配設され、他端側が図20に示すような複数の接点187に電気的に接続されている。これらの接点187は、丁番部200内に立設された壁部195に設けられたものであり、フレキシブルプリント基板185と各接点187との接続は、接続部186を介して行われている。
As shown in FIG. 19, the
一方、フロント部11側の軸受け193に対して相対的に回転するようになされたテンプル部12側の軸受け194は、周面に沿って円弧状をなす同軸接点である導体188が、軸方向に沿って複数設けられている。これらの導体188は、上記複数の接点187に各対応するものであり、絶縁体の中に埋め込まれていて、該絶縁体から露呈する表面には例えば金メッキが施されたものとなっている。なお、導体188は、表面全体に金メッキが施されたものであっても構わない。
On the other hand, the bearing 194 on the
このような構成により、フロント部11とテンプル部12とが相対的に回転しても、接点187と導体188との電気的接続が維持されるようになっている。そして、LEDドライバ101やLCDドライバ105等の画像投影に係る回路部と、電装部30aに配設された回路部と、をケーブルやプリント基板等を配線して接続する必要がないために、外観をすっきりと美しく保つことができる。特に、この情報表示装置1の頭部装着部2は頭部に装着して用いられる部分であって、外観が第三者に目立つことになるために、このような構成を採用することにより、大きな効果を得ることができる。
With such a configuration, the electrical connection between the
上記接点187は、該軸受け194の周面上において、接続部189を介してフレキシブルプリント基板190の一端側と電気的に接続されている。このフレキシブルプリント基板190の他端側は、図示はしないが、テンプル部12の電装部30aに係る電気回路基板に接続されており、さらには、上記ケーブル3を介して制御/記録部4と電気的に接続されるようになっている。
The
このような構成により、フレーム部13に配設されているシースルー画像表示部6のLEDドライバ101やLCDドライバ105を駆動するための信号が、例えば電装部30aに配設された第2CPU112から伝達されるようになっている。そして、例えば電装部30bに上記角速度センサ81,84、増幅器82,85、A/D変換回路83が配設されているものとすると、これらからの検出信号が、同様にして、フロント部11を介して電装部30aの第2CPU112に伝達される。
With such a configuration, a signal for driving the
続いて、図21〜図23を参照して、情報表示装置1による画像表示の概要について説明する。図21は表示しようとする原画像を示す図、図22はLCD104のピクセルと原画像との対応を示す図、図23は虚像として投影された画像と原画像との対応を示す図である。
Next, an overview of image display by the
今、表示しようとする原画像151が、図21に示すようなものであるとする。なお、ここでは、原画像151と、LCD104上に表示する画像と、虚像として観察される画像と、の対応関係を明らかにすることが目的であるために、原画像151を適宜の領域に区分して、各領域にハッチングを施している。図21〜図23において共通のハッチングが施されている画像領域は、互いに対応する領域となっている。なお、原画像データは、上述したように、上記メモリ116に記憶されているものである。
Assume that the
この図21において、1つの升目が原画像151を構成する1画素に相当している。この原画像151が、例えば撮像素子により撮像して得られた画像データである場合には、1つの升目は、該撮像素子の1画素に対応する。このような升目で示される各画素の情報が、上記メモリ116に記憶されている。
In FIG. 21, one grid corresponds to one pixel constituting the
この図21に示すような原画像151において、中心部の6×6画素領域が領域a、それから周り1画素の幅をおいた1辺10画素でなる1画素の幅の領域が領域b、さらにその周りの2画素の幅をおいた1辺16画素でなる1画素の幅の領域が領域c、その周りの3画素の幅をおいた1辺24画素でなる1画素の幅の領域が領域d、となっている。このように、中心部の領域aから周辺部の領域dに行くに従って、より広い間隔で(粗く)間引くようにしている。
In the
次に、表示素子であるLCD104の表示面152は、図22に示すようになっている。この図22においては、表示面152における1つの升目が1つの表示画素を示している。そして、このLCD104に対する表示画像データは、上記表示用メモリ125に記憶されるようになっている。このときには、上述したように、表示画素とメモリセルとが一対一に対応するように、表示画素に表示するためのデータが、表示用メモリ125のメモリセルに記憶される。このとき、表示用メモリ125に記憶される表示画像データは、例えば上記メモリ116に記憶されている原画像データから、EEPROM114に記憶されているテーブルを参照して以下に説明するようなマッピングを行うことにより作成されたものである。このように、EEPROM114に記憶されたテーブルは、図21のどの位置の画素データを、図22に示すLCD104のどの位置にマッピングするか、すなわち原画像151が記憶されているメモリ116の各アドレスに記憶された情報を、表示用メモリのどのアドレスのメモリセルに記憶するか、が予め記憶されたものとなっている。
Next, the
具体的には、上記図21に示した領域aの画像データは、LCD104の中心部の6×6表示画素でなる領域aに表示される。従って、この領域aの画像データについては、水平/垂直方向ともに一定の解像度(ここでは、原画像の解像度)が保たれる。次に、領域aの周りには、該領域aに密接するようにして、つまり間を開けることなく、領域bの画像データが表示される。ただし、このときに表示される領域bは1辺8表示画素で構成されているのに対して、上記原画像151の領域bは1辺10画素で構成されているために、上記EEPROM114のテーブルを参照することにより、適切なマッピングが行われる。このときのマッピングは、1辺10画素の画素データを1辺8表示画素の画素データに変換する減画素処理を実質的に行うマッピングとなっている。同様に、領域cは、LCD104においては領域bの外側に間を開けることなく配置され、1辺10表示画素で構成されている。従って、該領域cは、1辺16画素から1辺10表示画素へのマッピングが行われることになる。さらに、領域dは、LCD104においては領域cの外側に間を開けることなく配置され、1辺12表示画素で構成されている。従って、該領域dは、1辺24画素から1辺12表示画素へのマッピングが行われることになる。
Specifically, the image data of the area a shown in FIG. 21 is displayed in the area a composed of 6 × 6 display pixels at the center of the
この図22に示したようなLCD104上の表示画像を、シースルー画像表示光学系を用いて投影したときに、所定の距離位置に虚像153として観察されるのが図23に示すような像となっている。すなわち、観察される虚像153においては、LCD104上の表示画像が、中心から周辺に行くに従って、より周辺方向に引き延ばされるような像となっている。より詳しくは、虚像153上のある画素が、原画像151において対応する画素と同じ位置関係(より正確には、相似の位置関係)となるように、周辺方向への引き延ばしが行われるようになっている。従って、シースルー画像表示光学系は、画像の周辺部分ほどより画像の周辺へ引き延ばして、原画像151の画素位置関係を復元するような設計の光学系となっている。
When a display image on the
図23に示したような虚像153は、周辺に行くほど解像度が低下しているが、これは、網膜の中心から周辺に行く程急激に低下する人間の視力の特性に合わせたものであるために、観察者が画像の中心を注視する限りにおいては、実用上の問題が発生することはない。
The
このような構成によれば、LCD104を構成する表示画素(ピクセル)の数を少なくすることができるために、情報表示装置1を小型化および低価格化することが可能となる。
According to such a configuration, since the number of display pixels (pixels) constituting the
なお、図21と図22とに示したような関係においては、図21に示すような原画像151の画素を間引いて図22に示すような表示画素を生成している(つまり、サンプリングしている)が、これに限らず、1つの表示画素を、複数の原画像151の画素データを用いて算出する(つまり、補間等により算出する)ようにしても構わない。間引きによるサンプリングの場合には、処理の負荷が軽いために、高速かつ低消費電力で処理を行うことができる利点がある。一方、補間等により算出する場合には、より原画像151に忠実な画像を表示することが可能となる。
In the relationship as shown in FIGS. 21 and 22, the display pixels as shown in FIG. 22 are generated by thinning out the pixels of the
次に、図24から図26は、情報表示装置1による画像表示の他の例を示したものである。図24は表示しようとする原画像を示す図、図25はLCD104のピクセルと原画像との対応を示す図、図26は虚像として投影された画像と原画像との対応を示す図である。
Next, FIGS. 24 to 26 show other examples of image display by the
上記図21〜図23に示した例においては、画面の中央から周辺に向かって二次元的に、つまり垂直方向および水平方向に解像度を低くするようにしたが、図24から図26に示す例は、画面の垂直方向にのみ解像度を変化させるようにしたものとなっている。 In the examples shown in FIGS. 21 to 23, the resolution is reduced two-dimensionally from the center to the periphery of the screen, that is, in the vertical and horizontal directions. However, the examples shown in FIGS. The resolution is changed only in the vertical direction of the screen.
図24に示す原画像151において、領域a、領域b、領域c、領域dを図示のように水平方向に画像の全幅をもつ領域としてとっている。すなわち、領域aは、原画像151の中心部を含むように、垂直方向が中心部の6画素、水平方向が水平全画素、となるように設定されている。領域bは、この領域aの上側および下側に、1画素分の間隔をおいて、垂直方向に1画素の幅で、水平方向に水平全画素となるような帯状の領域として設定されている。そして、領域cは、この領域bの上側および下側に、2画素分の間隔をおいて、垂直方向に1画素の幅で、水平方向に水平全画素となるような帯状の領域として設定されている。さらに、領域dは、この領域cの上側および下側に、3画素分の間隔をおいて、垂直方向に1画素の幅で、水平方向に水平全画素となるような帯状の領域として設定されている。このように、中心部の領域aから垂直方向の周辺部の領域dに行くに従って、より広い間隔で(粗く)間引くようにしている。こうして、この図24に示す例は、水平方向の解像度を一定に保ったまま、垂直方向の解像度を周辺に行く程低下させるようにサンプリングするものとなっている。
In the
次に、表示素子であるLCD104の表示面152は、図25に示すようになっている。
Next, the
上記領域aの画像データは、LCD104の中心部の、垂直方向が6画素、水平方向が水平全画素でなる領域aに表示される。従って、この領域aの画像データについては、水平/垂直方向ともに一定の解像度が保たれる(より正確には、図24、図25に示す例では、垂直方向には原画像の解像度が保たれるが、水平方向については、原画像データの水平全画素数と、LCD104の水平全表示画素数と、の関係に応じて解像度が低下している。)。その上下には、この領域aに密接するようにして、つまり間を開けることなく、領域bの画像データが表示される。さらに、領域cは、LCD104においては領域bの外側に間を開けることなく配置される。そして、領域dは、LCD104においては領域cの外側に間を開けることなく配置される。このときの原画像151からLCD104のピクセルへのマッピング(つまり、メモリ116から表示用メモリ125のメモリセルへのマッピング)も、上述と同様に、EEPROM114のテーブルを参照することにより行われる。
The image data of the area a is displayed in the area a having 6 pixels in the vertical direction and all horizontal pixels in the horizontal direction at the center of the
なお、LCD104の垂直方向および水平方向のピクセル構成は一定であるのに対して、表示しようとする原画像の垂直方向および水平方向の画素構成は種々のもの(例えば、静止画像や動画像、異なる解像度の画像、縦位置画像や横位置画像など)があるために、あらゆる原画像に対するマッピング用のテーブルデータをEEPROM114に記憶させておくのは困難である。従って、一般的に広く使用されているような画素構成の原画像をマッピングするためのテーブルデータのみをEEPROM114に記憶させておき、それ以外のものについては第1CPU111が演算を行ってマッピングするようにすると良い。このようにすれば、代表的なデータについては高速に処理して表示することができるとともに、テーブルとして記憶されていない画素構成の原画像データについても所望に表示することが可能となる。
Note that while the vertical and horizontal pixel configurations of the
そして、この図25に示したようなLCD104上の表示画像を、シースルー画像表示光学系を用いて投影したときに、所定の距離位置に虚像153として観察されるのが図26に示すような像となっている。すなわち、観察される虚像153においては、LCD104上の表示画像が、中心から上下の周辺部に行くに従って、より垂直方向に引き延ばされるような像となっている。従って、シースルー画像表示光学系は、垂直方向において、周辺部に行くほど像を拡大するような光学系となっている。このときに、虚像153上のある画素が、原画像151において対応する画素と同じ位置関係(相似の位置関係)となるように、垂直方向への引き延ばしが行われるのは、上述と同様である。
Then, when the display image on the
従って、図25に示したような虚像は、垂直方向の解像度は周辺に行くほど低下するが、水平方向の解像度は一定に保たれるようになっている。 Therefore, in the virtual image as shown in FIG. 25, the resolution in the vertical direction decreases as it goes to the periphery, but the resolution in the horizontal direction is kept constant.
これら図24〜図26に示したような画素データの対応関係を実現するような構成を採用すれば、観察者が観察する画像の解像度を1次元方向にのみ変化させるものであるために、2次元方向に解像度を変化させるマッピングに比して、メモリ116から表示用メモリ125への画素データのマッピングをより簡単に行うことができる。
If the configuration that realizes the correspondence relationship of the pixel data as shown in FIGS. 24 to 26 is adopted, the resolution of the image observed by the observer is changed only in the one-dimensional direction. Compared with mapping in which the resolution is changed in the dimensional direction, mapping of pixel data from the
なお、上記図21〜図23に示したような例、あるいは上記図24〜図26に示したような例の他に、LCD104の所定位置(例えば表示面の中心位置)を中心にして、該中心から見た方向によることなく該中心からの距離のみに応じて解像度が粗くなるように、つまり、同心円状の周辺に行く程解像度が粗くなるように、マッピングすることも可能である。
In addition to the examples shown in FIGS. 21 to 23 or the examples shown in FIGS. 24 to 26, the
また、図21〜図26は、技術的な思想を説明するための例であるために、例示のものは、実際の原画像やLCD104の構成とは異なる(つまり、実際の画素数やピクセル数はもっと多く、原画像についても上述したように種々の画素構成のものがある。)。従って、画素数や原画像のサンプリング間隔の具体的な数値については、設計に応じて様々な値をとることになる。 Since FIGS. 21 to 26 are examples for explaining the technical idea, the illustrated example is different from the actual original image and the configuration of the LCD 104 (that is, the actual number of pixels and the number of pixels). There are many more, and the original image has various pixel configurations as described above.) Accordingly, various specific values for the number of pixels and the sampling interval of the original image take various values depending on the design.
さらに、上記図23や図26に示したような観察される画像が上記図21や図24に示したような原画像と相似であるためには、原画像から表示素子としてのLCD104への画像のマッピングを第1の写像とし、LCD104にマッピングされた画像を光学系により表示する過程を第2の写像とすると、これら第1の写像と第2の写像とが互いに逆写像(より正確には、画素数が減少する不可逆変化が行われているために逆写像にはなり得ず、幾何的な位置関係についてのみが逆写像となるようにする。)の関係にある必要がある。この関係を確保するには、上記マッピングの処理に合わせて上記光学系の特性を決定するように設計を行うよりも、該光学系の特性に合わせてマッピングの処理をプログラムにより調整する方が容易である。
Furthermore, in order for the observed image as shown in FIGS. 23 and 26 to be similar to the original image as shown in FIGS. 21 and 24, an image from the original image to the
以上説明したように、本技術は、原画像を、所定位置を中心にして、周辺に行く程低解像度で表示素子に表示し、この表示素子に表示された画像を光学系を介して周辺に行く程拡大して表示するものとなっている。 As described above, according to the present technology, an original image is displayed on a display element at a lower resolution with a predetermined position as the center, and the image displayed on the display element is displayed on the periphery via an optical system. The display is enlarged as you go.
次に、メモリ116に記憶されている原画像の情報を、表示用メモリ125の各アドレスにマッピングして、LCD104に表示する作用について説明する。
Next, the operation of mapping the original image information stored in the
図11に示したメモリ116には、表示を行う対象となる原画像が記憶されていて、この原画像が例えば高精細の画像であるものとする。このメモリ116のどのアドレスのデータを、表示用メモリ125のどのアドレスに書き込むかは、上述したように、EEPROM114にテーブルとして予め対応付けて記憶されている。
The
上記表示用メモリ125の各メモリアドレスは、LCD104の所定のピクセルに1:1に対応するように構成されている。LCD104は、LCDドライバ105により駆動されることで、上記表示用メモリ125のデータを画像として表示するようになっている。
Each memory address of the
上述したような構成において、第1CPU111は、上記EEPROM114に記憶されているテーブルを参照しながら、メモリ116のデータを表示用メモリ125の各アドレスにマッピングする。
In the configuration as described above, the
このEEPROM114に記憶されているテーブルは、上述したような周辺部ほど拡大するように画像を虚像として投影するシースルー画像表示光学系の写像の、逆写像を実現するようなテーブルとして、予め記憶されたものである。従って、シースルー画像表示光学系の光学的性質(設計により定められたものを用いても構わないが、光学系の個体差等を考慮して、各製品毎に測定したものを用いるようにしても良い。)に基づき、写像を算出し、その逆写像を算出して、さらに減画素の処理を行うことによりテーブルを算出することができる。 The table stored in the EEPROM 114 is stored in advance as a table that realizes reverse mapping of the mapping of the see-through image display optical system that projects an image as a virtual image so as to enlarge the peripheral portion as described above. Is. Therefore, the optical properties of the see-through image display optical system (those determined by design may be used, but those measured for each product may be used in consideration of individual differences of the optical system. The table can be calculated by calculating a mapping based on the above, calculating the inverse mapping thereof, and further performing a process of subtracting pixels.
表示用メモリ125にマッピングされた情報は、LCD104により表示され、第1HOE106により反射されて、コンバイナとしての第2HOE107により観察者の眼99に導かれる。
The information mapped to the
これにより、観察者は、図23または図26に示したような画像を、所定の位置に虚像として観察することができる。 Thereby, the observer can observe the image as shown in FIG. 23 or FIG. 26 as a virtual image at a predetermined position.
なお、上記EEPROM114に記憶されたテーブルは、上述したように、設計的に定まるものであるが、情報表示装置1を製造する過程においては各種の製作誤差が発生する可能性がある。そこで、こうした誤差を、次のような手段により補正するようにしている。
The table stored in the EEPROM 114 is determined by design as described above, but various manufacturing errors may occur in the process of manufacturing the
この補正を行うために、原画像として、図27に示すようなテストチャート155の画像を用意して、メモリ116に記憶しておく。図27は、テストチャートの例を示す図である。このテストチャート155は、例えば、垂直方向の複数の直線および水平方向の直線をそれぞれ等間隔に配置することにより、方眼状に線を引いたチャートとなっている。
In order to perform this correction, an image of a
そして、メモリ116に記憶されているこのテストチャート155のデータを、EEPROM114に記憶されているテーブルを参照しながら、表示用メモリ125にマッピングする。
Then, the data of the
上記表示用メモリ125に記憶されたデータは、LCD112により表示され、第1HOE106および第2HOE107を含むシースルー画像表示光学系により、周辺が拡大された虚像として観察者の眼へ投影され、観察者は、メモリ116に記憶されたテストチャート155と相似な図形を観察することができる。
The data stored in the
ここで、上記第2HOE107を介して表示された画像を、製造時の補正用データ取得用に設けられている撮像装置により撮像する。この撮像装置は、画像の歪みが生じないものであるか、または画像の歪みについての情報が既知のものであるとする。この撮像装置より得られた画像データから、情報表示装置1に発生しているテストチャート155の幾何的な歪みに関する情報を解析して、取得する。そして、この解析データに基づいて、該歪みを補正することができるように、EEPROM114のテーブルを修正する処理を行う。このとき、表示される像とその像を補正する様子とを観察することができるように、撮像装置により得られた画像データを、調整用のモニタに表示すると良い。
Here, an image displayed via the
例えば、水平方向の直線として表示されるべき線(つまり、この線が、修正後に達成されるべき線157である。)が、図28に示すように、左右の周辺部へ行くに従って上に持ち上がるような曲線156として、観察者の眼に表示されるものとする。図28は、上記図27に示したテストチャートにおける一水平方向の直線の修正前後の様子を示す図である。ここに、画像の中心を原点として、水平右方向にx軸、垂直上方向にy軸をそれぞれとるとすると、表示画像のある位置P(x,y)において、垂直方向の歪みΔyが生じていることになる。そこで、この歪みΔyを求めて、該歪みΔyの大きさから、上記表示画像P(x,y)の画像が、修正された位置Qに表示されるように、EEPROM114のテーブルを修正することになる。このような、ある位置P(x,y)における歪みΔyの検出を、画像を構成する全ての画素について行うと、処理に膨大な時間を要してしまうために、画像内の幾つかの箇所に代表点を定めて、これらの代表点について歪みΔyを検出し、それ以外の点については補間等により歪みΔyを推定すれば良い。こうして、全画素に係る歪みΔyが求められたところで、これらの歪みΔyを補正することができるようにEEPROM114のテーブルを修正する。
For example, a line to be displayed as a horizontal straight line (that is, this line is a
このような修正は、検査員が手動で行うことも不可能ではないが、生産性やコスト、検査員の個人差等を考慮すると、あまり現実的ではないために、上述したように、自動計測を行ってテーブルデータを自動的に補正するような検査補正システムを用いるようにすると良い。ただし、観察者が使用時に補正を行う場合には、テストチャート155の像を第2HOE107を介して観察しながら、手動で行うことが考えられる。
Such a correction is not impossible by an inspector manually, but it is not so realistic considering productivity, cost, individual differences among inspectors, etc. It is preferable to use an inspection correction system that automatically corrects the table data by performing the above. However, when the observer performs correction at the time of use, it may be performed manually while observing the image of the
なお、上述では、図28に示したような垂直方向の歪みΔyを補正の対象としたが、補正の対象となる歪みはこれに限るものではなく、水平方向の歪みや、回転方向の歪みなど、各種の幾何的な歪みを対象とすることができる。 In the above description, the vertical distortion Δy as shown in FIG. 28 is the target of correction. However, the distortion to be corrected is not limited to this, and horizontal distortion, rotational distortion, and the like. Various geometric distortions can be targeted.
また、メモリ116の原画像情報を入力情報、EEPROM114のテーブル情報を中間情報、虚像として観察される画像を出力情報、とすると、上述したようなEEPROM114に記憶するテーブルの修正方法は、上記入力情報と上記出力情報との関係から、上記中間情報を実験的に求めることが可能であることを示している。中間情報の特徴は、光学系により定まるが、このような実験的な中間情報の求め方は、特定の光学系に依存するものではないために、他の光学系を採用したとしても中間情報を求めることが可能である。従って、周辺の像を拡大するという技術思想に適合した光学系であれば、本実施例に記載した光学系に限定されることなく、種々の光学系を広く適用することが可能である。
If the original image information in the
続いて、図29は表示画面の初期位置を調整する処理を示すフローチャートである。この図29に示す処理を、図31、図32を参照して説明する。図31は表示画面の初期位置を調整するときの画面の表示例を示す図、図32は表示画面の初期位置が調整されたときの画面の表示例を示す図である。 FIG. 29 is a flowchart showing a process for adjusting the initial position of the display screen. The process shown in FIG. 29 will be described with reference to FIGS. FIG. 31 is a diagram showing a display example when the initial position of the display screen is adjusted, and FIG. 32 is a diagram showing a display example when the initial position of the display screen is adjusted.
本実施例の情報表示装置1は、後述するように、観察者の頭部の動きにかかわらず、あたかも表示画像が外界に固定されているように表示することができるものとなっている。従って、観察者が頭部を傾けると、その動きに応じて、頭部の傾きと反対の方向に該傾き量に応じた量だけ画像をシフトさせるものとなっている。この図29に示す処理は、頭部のどの傾き角度を基準にして、このようなシフトを行うかを調整するための処理となっている。
As will be described later, the
今、観察者が、例えば丁度正面を向いているときに、ほぼ図31に示すような画面が表示されているものとする。なお、この図31において、表示可能範囲91を点線により示しており、この表示可能範囲91内の右下の位置に表示枠92が表示され、この表示枠92の内側が表示画面93となっている。
Now, it is assumed that a screen as shown in FIG. 31 is displayed when the observer is just facing the front, for example. In FIG. 31, the
このような状態において、観察者がリモコン部5を用いて所定のキー操作を行うことにより、この情報表示装置1を調整モードに設定すると、表示可能範囲91内の左側には、該図31に示すように、調整モードであることを示す「ADJ」の文字94が表示される(ステップS1)。
In such a state, when the
次に、リモコン部5のポインタ74を上下左右にキー操作すると、無線を介して、制御/記録部4の第1CPU111が、該キー入力を検出する(ステップS2)。
Next, when the
そして、検出されたのが上方向のキー操作である場合には、該キー操作がなされている間、表示枠92および表示画面93を所定の移動速度で表示可能範囲91内において上方向に移動する(ステップS3)。
If the detected upward key operation is detected, the
また、検出されたのが下方向のキー操作である場合には、該キー操作がなされている間、表示枠92および表示画面93を所定の移動速度で表示可能範囲91内において下方向に移動する(ステップS4)。
If the detected key operation is downward, the
さらに、検出されたのが左方向のキー操作である場合には、該キー操作がなされている間、表示枠92および表示画面93を所定の移動速度で表示可能範囲91内において左方向に移動する(ステップS5)。
Further, when the left key operation is detected, the
そして、検出されたのが右方向のキー操作である場合には、該キー操作がなされている間、表示枠92および表示画面93を所定の移動速度で表示可能範囲91内において右方向に移動する(ステップS6)。
If the detected right key operation is detected, the
これら、ステップS3〜S6の何れかの操作が終了したら、リモコン部5の左ボタン75がクリックされるのを待機する(ステップS7)。ここで、左ボタン75がクリックされるまでは、上記ステップS2へ行って、キー入力の処理を継続して行う。
When any of these operations in steps S3 to S6 is completed, it waits for the
一方、左ボタン75がクリックされた場合には、表示枠92の位置が確定したことになる。そして、これと同時に、調整モードであることを示す「ADJ」の文字94が消える。これにより、例えば図32に示すような状態の表示枠92および表示画面93が、虚像として表示されることになる。
On the other hand, when the
その後、角速度センサ81,84の出力に基づいて演算された頭部のヨー方向およびピッチ方向の角度データθy ,θp をリセットして(ステップS8)、表示画面の位置調整を終了する。
Thereafter, the head yaw and pitch angle data θy and θp calculated based on the outputs of the
このような調整を行うことにより、初期状態における表示枠92および表示画面93の位置が確定するとともに、該初期状態を基点として角度データθy ,θp の測定がその後に行われることになる。
By performing such adjustment, the positions of the
なお、図31、図32に示す例では、表示枠92を境界線を用いて明示したが、必ずしも明示しなくても構わない。
In the example shown in FIGS. 31 and 32, the
また、ここでは、初期位置の調整を、上記図29に示したような処理を実行することにより行っていたが、これに限るものでもない。例えば、頭部が所定の傾き角度となっているとき(具体例としては、観察者が初期位置に設定したい傾き角度に頭部をしたとき)に、予め定められたキー入力操作(例えば、上記左ボタン75をクリックする操作)を行うことにより、表示画面を所定の位置に設定するとともに、上記角度データθy ,θp をリセットするようにしても良い。このような操作系を採用することにより、より簡単に、表示枠92および表示画面93の初期位置を調整することが可能となる。
Here, the adjustment of the initial position is performed by executing the process as shown in FIG. 29, but the present invention is not limited to this. For example, when the head has a predetermined inclination angle (specifically, when the observer puts the head at an inclination angle that the observer wants to set to the initial position), for example, a predetermined key input operation (for example, the above-mentioned By performing an operation of clicking the left button 75), the display screen may be set at a predetermined position and the angle data θy and θp may be reset. By adopting such an operation system, the initial positions of the
続いて、図30は、画像の表示位置を制御する処理を示すフローチャートである。 Next, FIG. 30 is a flowchart illustrating processing for controlling the display position of an image.
この図30に示す処理は、画面の表示領域を、頭部の傾き角と反対の方向にシフトさせることにより、あたかも外部に固定されたモニタを観察しているような感覚を与える処理となっている。 The process shown in FIG. 30 is a process that gives the feeling of observing an externally fixed monitor by shifting the display area of the screen in the direction opposite to the tilt angle of the head. Yes.
なお、頭部の傾き角に応じてモニタの表示領域をシフトする際に、表示領域の変更が頭部の傾き角の変化に高速かつスムーズに追従するときは良いが、実際は表示領域の変更速度には限界があるために、表示領域の更新のスムーズさが損なわれる可能性がある。そこで、本実施例では、スムーズさが著しく損なわれることのないようなある所定以上の角度変化が生じたときにのみ、表示領域の更新を行うようにしている。 When shifting the display area of the monitor according to the tilt angle of the head, it is good that the change of the display area follows the change of the tilt angle of the head quickly and smoothly. Since there is a limit, the smoothness of updating the display area may be impaired. Therefore, in this embodiment, the display area is updated only when an angle change of a predetermined value or more that does not significantly impair smoothness occurs.
しかし、このように処理しても、頭部の傾き角度が微小変動する毎にある程度の遅れをもって表示領域の更新が行われ、特に更新が頻繁であると、観察者に違和感を与えることになる。そこで本実施例においては、頭部の傾きが順方向に変化しているときと、逆方向に変化した直後と、において、頭部の傾き角度変化の閾値に変化をもたせるようにしている。すなわち、表示領域の更新を行う順方向の角度変化に対して、逆方向の角度変化を検出した直後の角度変化を大きくするという、いわゆるヒステリシス特性をもたせることにより、上記違和感の軽減を図るようにしている(後述するステップS15〜S19およびステップS22参照)。また、本実施例においては、スクロール操作が行われたときには、表示領域内の画像をスクロールするように該表示領域の更新を行うようにしている(後述するステップS23〜S25参照)。 However, even if the processing is performed in this way, the display area is updated with a certain delay every time the tilt angle of the head slightly fluctuates. . Therefore, in this embodiment, the head tilt angle change threshold value is changed when the head tilt changes in the forward direction and immediately after the head tilt changes. That is, the above-mentioned uncomfortable feeling is reduced by providing a so-called hysteresis characteristic that increases the angle change immediately after detecting the angle change in the reverse direction with respect to the angle change in the forward direction in which the display area is updated. (See Steps S15 to S19 and Step S22 described later). In this embodiment, when a scroll operation is performed, the display area is updated so as to scroll the image in the display area (see steps S23 to S25 described later).
このような処理について、図30を参照しながら詳細に説明する。 Such processing will be described in detail with reference to FIG.
この処理を開始すると、まず、角速度センサ81により検出された観察者の頭部のヨー方向の角速度情報を入力するとともに(ステップS11)、角速度センサ84により検出された観察者の頭部のピッチ方向の角速度情報を入力する(ステップS12)。
When this processing is started, first, angular velocity information in the yaw direction of the observer's head detected by the angular velocity sensor 81 is input (step S11), and the pitch direction of the observer's head detected by the
そして、上記ステップS11で取得したヨー方向の角速度を時間積分することにより、ヨー方向の角度変化Δθy [rad]を演算するとともに(ステップS13)、上記ステップS12で取得したピッチ方向の角速度を時間積分することにより、ピッチ方向の角度変化Δθp [rad]を演算する(ステップS14)。 Then, the angular velocity Δθy [rad] in the yaw direction is calculated by time-integrating the angular velocity in the yaw direction acquired in step S11 (step S13), and the angular velocity in the pitch direction acquired in step S12 is time-integrated. As a result, an angle change Δθp [rad] in the pitch direction is calculated (step S14).
次に、予め定められた時間(所定時間)内における、上記ヨー方向の角度変化の絶対値|Δθy |と、ピッチ方向の角度変化の絶対値|Δθp |と、の少なくとも一方が、所定値(所定の第1の閾値)α1 よりも大きいか否か、つまり、|Δθy |>α1 と|Δθp |>α1 との少なくとも一方が成立しているか否かを判断する(ステップS15)。 Next, at least one of the absolute value | Δθy | of the angle change in the yaw direction and the absolute value | Δθp | of the angle change in the pitch direction within a predetermined time (predetermined time) is a predetermined value ( It is determined whether or not it is larger than a predetermined first threshold value α1, that is, whether or not at least one of | Δθy |> α1 and | Δθp |> α1 is established (step S15).
ここで、|Δθy |と|Δθp |との少なくとも一方が上記所定値α1 よりも大きいと判断された場合には、さらに、所定値α1 よりも大きいと判断された角度変化Δθy またはΔθp が、前回検出された値と反対方向の値になっているか否か(つまり、前回検出時と符号が逆になっているか否か)を判断する(ステップS16)。この処理は、頭部の傾き角度の変化が、順方向のままであるか、または逆方向に変わったか、を判断する処理となっている。 If it is determined that at least one of | Δθy | and | Δθp | is greater than the predetermined value α1, the angle change Δθy or Δθp determined to be larger than the predetermined value α1 It is determined whether or not the value is in the opposite direction to the detected value (that is, whether or not the sign is opposite to that at the previous detection) (step S16). This process is a process for determining whether the change in the tilt angle of the head remains in the forward direction or in the reverse direction.
このステップS16において、反対方向の値になっていると判断された場合には、上記ヨー方向の角度変化の絶対値|Δθy |と、ピッチ方向の角度変化の絶対値|Δθp |と、の少なくとも一方が、第2の所定値(所定の第2の閾値)α2 (ただし、第2の所定値α2 は、α2 >α1 を満たす値)よりも大きいか否か、つまり、|Δθy |>α2 と|Δθp |>α2 との少なくとも一方が成立しているか否かをさらに判断する(ステップS17)。 If it is determined in step S16 that the value is in the opposite direction, at least one of the absolute value | Δθy | of the angle change in the yaw direction and the absolute value | Δθp | Whether one is greater than a second predetermined value (predetermined second threshold) α2 (where the second predetermined value α2 is a value satisfying α2> α1), that is, | Δθy |> α2. It is further determined whether or not at least one of | Δθp |> α2 holds (step S17).
このステップS17において、|Δθy |と|Δθp |との少なくとも一方が上記第2の所定値α2 よりも大きいと判断された場合、または上記ステップS16において反対方向ではないと判断された場合には、上記Δθy またはΔθp に対応する表示枠92(および表示画面93)の移動量を演算する(ステップS18)。この移動量の演算は、観察者の眼から画面までの距離をLとしたときに、L×Δθy またはL×Δθp を算出することにより行われる。 If it is determined in step S17 that at least one of | Δθy | and | Δθp | is greater than the second predetermined value α2, or if it is determined in step S16 that the direction is not the opposite direction, The amount of movement of the display frame 92 (and display screen 93) corresponding to Δθy or Δθp is calculated (step S18). This calculation of the amount of movement is performed by calculating L × Δθy or L × Δθp, where L is the distance from the observer's eye to the screen.
次に、演算された移動量に基づいて、移動後の表示枠92(および表示画面93)が、少なくとも一部は表示可能範囲91の中に入っているか、または全部が外になってしまうか、を判断する(ステップS19)。
Next, based on the calculated amount of movement, whether the display frame 92 (and the display screen 93) after movement is at least partially within the
ここで、表示枠92の全部が表示可能範囲91の外になってしまうと判断された場合には、上記第1CPU111の内部に設けられたタイマにより計測している時間が、表示枠92の全部が最初に表示可能範囲91の外になってしまってから、継続して、予めEEPROM114に記憶されている所定時間Ts以上になっているか否かを判断する(ステップS20)。
If it is determined that the
このステップS20において、所定時間Tsが経過していると判断された場合は、この情報表示装置1を低消費電力モードに設定して、電源回路124から供給される電力の低減を行い(ステップS21)、その後に、この処理を終了する。なお、上記所定時間Tsは、上述したように、図8に示すメニューボタン63、メニュー選択スイッチ66,67,68,69、確定スイッチ65などを操作することにより、所望の時間的長さに設定することができるようになっている。この低消費電力モードは、具体的には、第1CPU111と第2CPU112との一部の機能に関する動作を除いて、これら第1CPU111と第2CPU112のその他の動作や、あるいはCPU以外の他のブロックの動作を停止することにより行われるが、これは公知の手段と同様である。
If it is determined in step S20 that the predetermined time Ts has elapsed, the
一方、上記ステップS19において、表示枠92の少なくとも一部が表示可能範囲91に入っていて画像を表示することが可能であると判断された場合、または上記ステップS20において、表示枠92が非表示となった時間が上記所定時間Tsよりも短かった場合には、観察者の頭部のヨー方向またはピッチ方向への角度変化と反対方向に、上記ステップS18で演算された移動量に相当する量だけ表示画面を移動するように、表示枠92の情報および表示画面93の情報を表示用メモリ125へマッピングして記憶させる(ステップS22)。その後は、上記ステップS11へ戻って、上述したような処理を繰り返して行う。
On the other hand, when it is determined in step S19 that at least a part of the
一方、上記ステップS15において、|Δθy |と|Δθp |との両方が上記所定値α1 以下であると判断された場合、または上記ステップS17において、|Δθy |と|Δθp |との両方が上記第2の所定値α2 以下であると判断された場合には、表示枠92内の表示画面93をスクロールする操作が行われているか否かを判断する(ステップS23)。なお、このスクロール操作は、リモコン部5のポインタ74を上下左右にキー操作することにより行われるようになっており、これらのキー操作の何れかが行われている間は、該キー操作に応じた指定方向に表示画面93がスクロールされることになる。
On the other hand, if it is determined in step S15 that both | Δθy | and | Δθp | are equal to or smaller than the predetermined value α1, or in step S17, both | Δθy | and | Δθp | If it is determined that the value is equal to or less than the predetermined value α2 of 2, it is determined whether or not an operation for scrolling the
このステップS23において、スクロール操作が行われていることを検出した場合には、表示用メモリ125における表示枠92内に対応するメモリセルの位置に、スクロール操作に応じて表示画面93がスクロールされるように、メモリ116から原画像を読み出してマッピングし記憶させる(ステップS24)。
If it is detected in step S23 that the scroll operation is being performed, the
その後、スクロール操作が終了したか否かを判断し(ステップS25)、終了するまでは上記ステップS24へ戻って、上述したようなマッピング処理を繰り返して行う。 Thereafter, it is determined whether or not the scroll operation has been completed (step S25), and the process returns to step S24 until the process is completed, and the mapping process as described above is repeated.
こうしてスクロール操作が終了していると判断された場合、または上記ステップS23においてスクロール操作が行われていないと判断された場合には、上記ステップS11へ戻って、上述したような動作を繰り返して行う。 If it is determined that the scroll operation has been completed in this way, or if it is determined in step S23 that the scroll operation has not been performed, the process returns to step S11 and the operations described above are repeated. .
なお、この図30を参照して説明したような処理は、主に第1CPU111(図11参照)により行われるものであるが、該第1CPU111にかかる負荷の大きさに応じて、第2CPU112に該処理の一部を担わせるような分散処理を行っても構わない。
The processing as described with reference to FIG. 30 is mainly performed by the first CPU 111 (see FIG. 11), but the
また、上述では、メモリ116に記憶されている原画像に基づいてLCD104に表示するための表示用のデータを生成したが、例えばキャラクタジェネレータ126により生成されたキャラクタデータや、その他の定型データなどについては、メモリ116を経由することなく、表示用メモリ125に直接書き込むようにしても構わない。ただし、このときには、EEPROM114のテーブルを参照して、表示位置に応じた処理を行ってから表示用メモリ125に書き込むようにするのは、メモリ116に記憶されている原画像の場合と同様である。
In the above description, display data for display on the
一方、これとは逆に、メモリ116から読み出した原画像のデータをリアルタイムで処理して、表示用メモリ125に書き込むことなく、LCDドライバ105による表示制御に同期するように第2CPU112から出力するようにすることも可能である。
On the other hand, the original image data read out from the
さらに、上述では、周辺部の解像度を低下させた表示画像を、原画像との幾何的な相似性が略保たれるように観察者の眼に投影するタイプの情報表示装置を例に挙げたが、これに限るものではなく、スクリーン等に画像を投影して表示するようなプロジェクタ装置等にも周辺部の解像度を低下させる技術を適用することが可能である。 Furthermore, in the above description, an information display device of the type that projects a display image with reduced resolution in the peripheral area onto the eyes of the observer so that the geometric similarity with the original image is substantially maintained is taken as an example. However, the present invention is not limited to this, and it is possible to apply a technique for reducing the resolution of the peripheral portion to a projector apparatus that projects and displays an image on a screen or the like.
このような実施例1によれば、人間の眼の特性を考慮して、視力が良い網膜の中心部分に対応する画像の解像度が高くなるようにし、視力があまり良くない網膜の周辺部分に対応する画像の解像度は低くなるようにしたために、表示素子に設けられている限られた数のピクセルを有効に利用しながら、高い解像感の画像を観察することが可能となる。これにより、従来と同様の解像感を得るには、よりピクセル数が少なく小型で安価な表示素子を用いることが可能となる。あるいは、従来と同様の表示素子を用いる場合には、より高い解像感を得ることができる。 According to the first embodiment, in consideration of the characteristics of the human eye, the resolution of the image corresponding to the central portion of the retina with good visual acuity is increased and the peripheral portion of the retina with poor visual acuity is supported. Since the resolution of the image to be reduced is reduced, it is possible to observe a high resolution image while effectively using a limited number of pixels provided in the display element. As a result, in order to obtain the same resolution as in the prior art, it is possible to use a small and inexpensive display element with a smaller number of pixels. Alternatively, when a display element similar to the conventional one is used, a higher resolution can be obtained.
このとき、観察される画像が、原画像とほぼ相似となるようにしているために、画像の周辺部が圧縮や伸張されることなく、自然な画像を観察することができる。 At this time, since the observed image is substantially similar to the original image, a natural image can be observed without the peripheral portion of the image being compressed or expanded.
さらに、周辺部における解像度の減少を、原画像からメモリセルへのマッピングにより行っているために、高速に処理を行うことが可能となって、画像を表示するまでの遅延時間を極力短縮することができる。このとき、マッピングの対応関係を、EEPROMにテーブルとして記憶させておくことにより、CPU等にあまり負荷をかけることなく、高速に処理を行うことができる。 In addition, since the resolution in the peripheral area is reduced by mapping from the original image to the memory cell, processing can be performed at high speed, and the delay time until the image is displayed is reduced as much as possible. Can do. At this time, by storing the mapping correspondence as a table in the EEPROM, it is possible to perform processing at high speed without imposing much load on the CPU or the like.
そして、所定の基準位置を画像の中の1点とすることにより、表示素子のピクセルを、より効率的に使用して解像感を向上することができる。 Then, by setting the predetermined reference position as one point in the image, it is possible to improve the sense of resolution by using the pixels of the display element more efficiently.
また、所定の基準位置を、画像の中の1点を通る直線とすることにより、マッピングの処理をより簡単かつ高速に行うことが可能となる。 Also, by making the predetermined reference position a straight line passing through one point in the image, the mapping process can be performed more easily and at high speed.
そして、このような構成は、観察者の頭部に装着して用い、表示情報を観察者の眼に投影するタイプの頭部装着型の情報表示装置において、特に有効に用いることができる。 Such a configuration can be used particularly effectively in a head-mounted information display device of a type that is used by being worn on the observer's head and projects display information onto the observer's eyes.
加えて、表示領域内の表示情報をスクロールすることができるように構成したために、最も高い解像度が得られる部分に、所望の情報を表示することができる。これにより、小型で軽量な装置でありながら、任意の画像を鮮明に観察することが可能となる。 In addition, since the display information in the display area can be scrolled, desired information can be displayed in a portion where the highest resolution can be obtained. This makes it possible to clearly observe an arbitrary image while being a small and light device.
また、観察者の頭部の傾きに関わらず、該観察者から観察したときの虚像の位置がほぼ一定となるように、観察者の頭部の傾き方向とは逆方向に画像を移動させるようにしたために、観察者は、あたかも外界に固定された(例えば大型の)表示画面を観察しているように画像を観察することが可能となる。 Also, regardless of the tilt of the observer's head, the image is moved in the direction opposite to the tilt direction of the observer's head so that the position of the virtual image when viewed from the observer is substantially constant. Therefore, the observer can observe the image as if he / she is observing a display screen (for example, a large-size) fixed to the outside world.
さらに、表示する画像の初期位置を調整することができるようにしたために、観察者の個人差や使用目的に応じた最適な初期位置を選択することができる。したがって、例えば電車の中でパーソナルコンピュータ用のモニタとして使用する場合などに、斜め下方に表示画面を設定して、リモコン部により文字入力を行うことなどが可能となる。そして、この初期位置を基準として頭部の傾き角度を検出するために、例えば自然体のときの頭部の位置を中心にして、画像を観察することが可能となる。このような表示画面の初期位置を調整は、あたかも外界に設置した表示画面を最適な位置に設置するような感覚となり、便利な機能となる。 Furthermore, since the initial position of the image to be displayed can be adjusted, an optimal initial position can be selected according to the individual differences of the observer and the purpose of use. Therefore, for example, when used as a monitor for a personal computer on a train, it is possible to set a display screen obliquely downward and input characters using the remote control unit. Then, in order to detect the tilt angle of the head with reference to this initial position, it is possible to observe an image centered on the position of the head when it is a natural body, for example. Such adjustment of the initial position of the display screen makes it feel as if the display screen installed in the outside world is installed at an optimal position, which is a convenient function.
加えて、画像の初期位置を所望の位置に移動させることができるようにする場合には、調整の自由度が高まり、一方、予め定められた初期位置に調整する場合には操作が簡単となる。 In addition, when the initial position of the image can be moved to a desired position, the degree of freedom of adjustment is increased. On the other hand, when the image is adjusted to a predetermined initial position, the operation is simplified. .
また、頭部の角度が変化したときでも、所定時間内の角度の変化量が第1の閾値以下の場合には、頭部の角度変化と反対方向への表示画面のシフトは行わないようにしたために、頭部が微小変化する毎に演算を行う必要がなくなり、CPUの負荷を軽減することができる。 Even when the angle of the head changes, if the amount of change in angle within a predetermined time is equal to or less than the first threshold, the display screen is not shifted in the opposite direction to the change in angle of the head. Therefore, it is not necessary to perform calculation every time the head changes slightly, and the load on the CPU can be reduced.
さらに、頭部の角度が反対方向に変化した場合には、頭部の角度変化と反対方向へ表示画面をシフトする処理を行うか否かを判断するための閾値を、同一方向の場合に比して大きくするようにした(第2の閾値)ために、所定位置を中心とした頭部の微小振動により画面がちらつくのを効果的に防止することができる。 Furthermore, when the head angle changes in the opposite direction, the threshold for determining whether or not to perform the process of shifting the display screen in the direction opposite to the head angle change is compared with that in the same direction. Therefore, it is possible to effectively prevent the screen from flickering due to the minute vibration of the head centering on the predetermined position.
そして、表示枠が表示可能範囲を逸脱して、所定時間以上表示されなかったときには、この情報表示装置を自動的に低消費電力モードに切り替えるようにしたために、特に意識的に電源を切る操作を行わなくても、消費電力の低減を図ってバッテリ寿命等を延ばすことができる。例えば、上述したように、電車の中などでパーソナルコンピュータ用のモニタとして使用する場合であって、斜め下方に表示画面を設定している場合などには、電車から降りるときに頭部を持ち上げると画面が視界から消えて、妨げるものなく外界を観察することができるために、表示装置を取り外すことなく安全に通常の行動をとることができるとともに、表示装置の電源を切ることなく消費電力の低減を図ることができる。こうして、気軽に使えながら、高度な機能を提供可能なウエアラブルな携帯型の情報表示装置となる。 When the display frame deviates from the displayable range and is not displayed for a predetermined time or longer, the information display device is automatically switched to the low power consumption mode. Even if it is not performed, the power consumption can be reduced and the battery life and the like can be extended. For example, as described above, when used as a monitor for a personal computer in a train or the like and the display screen is set obliquely downward, the head is lifted when getting off the train. Since the screen disappears from the field of view and the outside world can be observed without obstruction, normal actions can be taken safely without removing the display device, and power consumption can be reduced without turning off the display device. Can be achieved. In this way, it becomes a wearable portable information display device that can provide advanced functions while being easy to use.
また、低消費電力モードに切り替えるまでの所定時間を所望の長さの時間に設定することができるようにしたために、観察者のニーズに応じた使い方が可能となる。 In addition, since the predetermined time until switching to the low power consumption mode can be set to a desired length of time, usage according to the needs of the observer is possible.
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。 In addition, this invention is not limited to the Example mentioned above, Of course, a various deformation | transformation and application are possible within the range which does not deviate from the main point of invention.
本発明は、頭部に装着した状態で画像を観察し得るように表示する表示装置に好適に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used for a display device that displays so that an image can be observed while being worn on the head.
1…情報表示装置
2…頭部装着部
3…ケーブル
4…制御/記録部
5…リモコン部
6…シースルー画像表示部(表示手段)
11…フロント部
12…テンプル部
13…フレーム部
14,15…透明光学部材
19…鼻パッド部
20…ブリッジ部
21…ケーブル接続端子
24,25…丁番
26,27…先セルモダン
30a,30b…電装部
33…ボックス部
41…制御/記録本体部
42…操作パネル
44…電源スイッチ
48…LCD表示素子
49…ケーブル接続端子
50…AV/S接続端子
51…PC接続端子
54…記録用メモリ挿入口
55…バッテリ挿入口
56…スピーカ
59…再生/停止スイッチ
63…メニューボタン
65…確定スイッチ
66,67,68,69…メニュー選択スイッチ
71…キーボード
72…ドームポインタ操作部(スクロール手段)
73…アンテナ
74…ポインタ
75…左ボタン
76…右ボタン
81…角速度センサ(ヨー方向)(角度検出手段)
82,85…増幅器
83…A/D変換回路
84…角速度センサ(ピッチ方向)(角度検出手段)
91…表示可能範囲
92…表示枠
93…表示画面
94…文字
101…LEDドライバ
102…LED
103…集光レンズ
104…LCD表示素子(表示手段、表示素子)
105…LCDドライバ(移動制御手段)
106…第1ホログラフィー光学素子(第1HOE)(表示手段、光学系)
107…第2ホログラフィー光学素子(第2HOE)(表示手段、光学系)
111…第1CPU(制御手段、表示手段、表示制御手段、移動制御手段、調整手段)
112…第2CPU(制御手段、表示手段、表示制御手段、角度検出手段、移動制御手段、調整手段)
113…第1操作スイッチ(調整手段、時間設定手段)
114…EEPROM(表示手段、表示制御手段、第3の記憶手段)
116…メモリ(表示手段、第1の記憶手段)
117…D/A変換回路
118…LCDドライバ
119…圧縮/伸張回路
120…記録用メモリ(記録手段)
121…選択回路
122…ハードディスク(記録手段)
123…受信回路
124…電源回路
125…表示用メモリ(表示手段、第2の記憶手段)
126…キャラクタジェネレータ
131…第2操作スイッチ(調整手段、時間設定手段)
132…デコーダ
133…送信回路
134…電源回路
141,146…電気回路基板
142,143…導光部材
151…原画像
152…表示面
153…虚像
155…テストチャート
184…電気回路基板
185,190…フレキシブルプリント基板
186,189…接続部
187…接点
188…導体
191…軸
193,194…軸受け
200…丁番部
代理人 弁理士 伊 藤 進
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
73 ...
82, 85 ... Amplifier 83 ... A /
91:
103 ... Condensing
105 ... LCD driver (movement control means)
106: First holographic optical element (first HOE) (display means, optical system)
107: Second holographic optical element (second HOE) (display means, optical system)
111... First CPU (control means, display means, display control means, movement control means, adjustment means)
112 ... Second CPU (control means, display means, display control means, angle detection means, movement control means, adjustment means)
113 ... 1st operation switch (adjustment means, time setting means)
114... EEPROM (display means, display control means, third storage means)
116: Memory (display means, first storage means)
117 ... D / A
121 ... Selection circuit 122 ... Hard disk (recording means)
123.
126: Character generator 131: Second operation switch (adjustment means, time setting means)
132 ...
Agent Patent Attorney Susumu Ito
Claims (3)
観察者の頭部の傾き角度を検出するための角度検出手段と、
観察者の頭部の傾きに関わらず、該観察者から観察したときの虚像の位置がほぼ一定となるように、上記角度検出手段により検出された観察者の頭部の傾き方向とは逆方向に、該角度検出手段により検出された角度に相当する量だけ、上記表示手段により表示する画像を移動させるように制御する移動制御手段と、
上記表示手段により表示する画像の初期位置を調整するための調整手段と、
を具備し、
上記移動制御手段は、上記画像の初期位置を基準にして、上記角度検出手段により頭部の傾き角度の検出を行い、該検出された角度に基づいて、上記表示手段により表示する画像の表示位置を制御するものであることを特徴とする頭部装着型表示装置。 Display means for projecting an image on the eyes of the observer to display the image as a virtual image so as to be observable;
An angle detection means for detecting the tilt angle of the observer's head;
Regardless of the inclination of the observer's head, the direction of the observer's head detected by the angle detection means is the opposite direction so that the position of the virtual image when viewed from the observer is substantially constant And a movement control means for controlling the image displayed by the display means to move by an amount corresponding to the angle detected by the angle detection means,
Adjusting means for adjusting the initial position of the image displayed by the display means;
Comprising
The movement control means detects the tilt angle of the head by the angle detection means with reference to the initial position of the image, and displays the display position of the image displayed by the display means based on the detected angle. A head-mounted display device that controls the head.
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