JP2006308674A - Image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像表示素子の透過光束若しくは反射光束を観察者の網膜に直接投影するとともに、観測者の視線を感知し、視線方向の映像に対し仮想空間映像を重畳して提示する眼球投射型画像表示装置に関する。 The present invention directly projects the transmitted or reflected light beam of the image display element onto the retina of the viewer, senses the viewer's gaze, and superimposes the virtual space video on the video in the gaze direction and presents it. The present invention relates to an image display device.
現実と仮想を融合する技術である複合現実感(Mixed Reality)の分野において、違和感なく現実仮想を融合(重畳表示)してユーザに見せる表示デバイス(画像表示装置)は、重要な機器の一つである。 In the field of mixed reality, which is a technology that fuses reality and virtual, a display device (image display device) that fuses (virtually displays) virtual reality and displays it to the user without a sense of incongruity is one of the important devices. It is.
そのような表示デバイスであるオプティカルシースルー方式のディスプレイの問題として、視野角、映像の鮮明さ(コントラスト)、現実と仮想映像の焦点が合う距離の違いなどが挙げられる。その中の映像の鮮明さにおいて、現実空間の映像の明るさが状況により逐次変化するのに対して、仮想映像の明るさは適切な調整がなければ観測者に違和感を与える原因になってしまう、という問題点がある。 Problems with such an optical see-through display, which is a display device, include a viewing angle, a sharpness of a video (contrast), a difference in a distance where a real video and a virtual video are in focus, and the like. In the clearness of the image, the brightness of the image in the real space changes sequentially depending on the situation, but the brightness of the virtual image will cause the viewer to feel uncomfortable if it is not properly adjusted. There is a problem.
また、従来の表示デバイスでは、観測者の視線とカメラの光軸間の視差をなくすため、撮像光学系と表示光学系を一致させている。しかし、この場合、固定された前方においてのみ臨場感のある映像が提示されているに過ぎない。 Further, in the conventional display device, the imaging optical system and the display optical system are matched in order to eliminate the parallax between the observer's line of sight and the optical axis of the camera. However, in this case, a realistic image is only presented in the fixed front.
また、従来の表示デバイスにおいて、遠隔地の映像の臨場感を出すために映像提示装置と遠隔地のカメラを観察者の視線方向上に一致させているものがある(例えば、特許文献1)。しかし、この発明の場合、カメラ回転軸を眼球と物理的に同位置に設置できないことにより、眼球運動の有効範囲に合わせて実世界上の観察者の視線方向にある風景と複合現実感技術による仮想生成物とを、観察者自身の光軸と一致させて立体的に表示することが不可能であるという問題点がある。 In addition, there is a conventional display device in which a video presentation device and a remote camera are aligned in the line of sight of an observer in order to give a sense of reality of a remote video (for example, Patent Document 1). However, in the case of this invention, since the camera rotation axis cannot be physically located at the same position as the eyeball, the scene in the gaze direction of the observer in the real world and the mixed reality technology are matched to the effective range of eye movement. There is a problem that it is impossible to display the virtual product in a three-dimensional manner in accordance with the observer's own optical axis.
更に、従来の画像表示装置では、該装置が実世界のある特定の位置に仮想生成物を提示したときに、観測者がその仮想生成物と異なる位置に焦点を結ぶとしても、その仮想生成物はクリアな像のまま観測者に提示される。そこで、仮想生成物のぼかし処理が不可欠となる。仮想生成物の幾何学的位置は計算機上で厳密に知ることができる。ここで、実世界の像のボケと仮想生成物のボケを位置の観点から一致させることができれば、観測者は実世界の像の中で仮想生成物の位置を適切に認識できる。 Further, in the conventional image display device, when the device presents a virtual product at a specific position in the real world, even if the observer focuses on a position different from the virtual product, the virtual product Is presented to the observer as a clear image. Therefore, it is indispensable to blur the virtual product. The geometric position of the virtual product can be known precisely on the computer. Here, if the blur of the real world image and the blur of the virtual product can be matched from the viewpoint of the position, the observer can appropriately recognize the position of the virtual product in the real world image.
周知の画像表示装置において、視線方向の映像の臨場感を出すために視線検出装置を用いて、異なる2つの精細度の映像を観察者に提示するものがある。この装置は、観察者が実世界を観察するときに発生するボケと同様のボケを、表示装置上の仮想オブジェクトに対して付加することを目指す(例えば、特許文献2)。また、三次元仮想空間に設置されるカメラに対して被写界深度を変化させる要素によって、仮想オブジェクトに対するボケ量を算出しているものもある(例えば、特許文献3)。しかし、特許文献2に記載の発明には、実世界上のボケと仮想世界内の仮想オブジェクトとのボケとを一致させることができないという問題がある。特許文献3に記載の発明には、視界深度方向のボケを表現できないという問題がある。
本発明は、観測者の視線方向の映像に対し仮想空間映像を適切に重畳して提示する画像表示装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an image display device that appropriately superimposes and presents a virtual space image on an image in the viewing direction of an observer.
本発明は、上記の目的を達成するためになされたものである。本発明に係る画像表示装置は、
映像を表示するディスプレイ部と、
前記ディスプレイ部に表示された映像を観測者の眼球に導く第1のミラー部と、
観測者の眼球の向きを撮影し観測者の視線方向を検出する第1のカメラ部と、
光軸が第1のカメラ部と一致し観測者の視線方向を撮影する第2のカメラ部と、
前記第1のカメラ部及び前記第2のカメラ部と有線又は無線で接続し、前記第2のカメラ部により撮影される観測者の視線方向の映像と仮想の情報とを合成するコンピュータ端末とを備え、
前記ディスプレイ部にコンピュータ端末により前記観測者の視線方向の映像と仮想の情報とが重畳して表示されることを特徴とする。
The present invention has been made to achieve the above object. An image display device according to the present invention includes:
A display unit for displaying images;
A first mirror section for guiding the image displayed on the display section to an observer's eyeball;
A first camera unit that captures the direction of the eyeball of the observer and detects the line of sight of the observer;
A second camera unit whose optical axis coincides with the first camera unit and captures the line-of-sight direction of the observer;
A computer terminal that is wired or wirelessly connected to the first camera unit and the second camera unit, and synthesizes the video of the observer's line of sight imaged by the second camera unit and virtual information; Prepared,
A video image of the observer's line of sight and virtual information are superimposed and displayed on the display unit by a computer terminal.
本発明に係る画像表示装置は、観測者の視線を検出する手段、観測者の視線方向の映像を検出する手段を備え、観測者の視線方向の映像に対し仮想空間映像を重畳して提示することにより、観測者の視線方向に合わせて現実空間映像と仮想空間映像を重ねて観測できるので、観測者は違和感なく現実仮想を融合できる。 An image display apparatus according to the present invention includes means for detecting an observer's line of sight and means for detecting an image in the observer's line of sight, and presents the virtual space image superimposed on the image in the observer's line of sight. Thus, since the real space image and the virtual space image can be observed in accordance with the direction of the observer's line of sight, the observer can fuse the virtual reality without any sense of incongruity.
また、本発明に係る画像表示装置は、観測者の視点の距離に応じて、観測者の視点の距離近傍以外の仮想情報をぼかして提示することにより、観測者は仮想生成物が実世界上のどこに置かれているかを正しく知ることができる効果を奏するものである。 Further, the image display device according to the present invention blurs and presents virtual information other than the vicinity of the distance of the observer's viewpoint according to the distance of the observer's viewpoint, so that the observer can see the virtual product in the real world. It has the effect of knowing exactly where it is located.
以下において、図面を参照しつつ本発明に係る好適な実施の形態を説明する。 Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る画像表示装置を示す構成図である。なお、図1の構成図は、画像表示装置の片方の目(左目)のための部分を示すものである。もう一方の目(右目)のための部分も通常存在しそれは図1の部分と鏡面対象をなす。
FIG. 1 is a block diagram showing an image display apparatus according to
図1の画像表示装置は、表示ユニット10、第1の回転式駆動部7、アーム部6、第2の回転式駆動部8及びスライド式駆動部9を含む。表示ユニット10は概ね半球形状をしており、その一端が第1の回転式駆動部7に固定され駆動部(第1の回転式駆動部7、アーム部6、第2の回転式駆動部8及びスライド式駆動部9)により方向を変える。表示ユニット10には、ディスプレイ部1、第1のミラー部2、眼球撮影用カメラ部4及び視線方向撮影用カメラ部5が備わる。また、図示していないが映像を合成してディスプレイ部1に表示するコンピュータ端末が利用される。
The image display apparatus of FIG. 1 includes a
実施の形態1の画像表示装置において、表示ユニット10に内蔵されたディスプレイ部1に表示された映像は、第1のミラー部2によって反射され、眼球3に投影される。(眼球の主である)観測者は、ディスプレイ部1に表示された映像を観察する。
In the image display device according to the first embodiment, an image displayed on the
また、第1のミラー部2は、例えば半透明であり、眼球撮影用カメラ部4は、観測者の眼球3の向いている方向、すなわち視線を観測する。また、視線方向撮影用カメラ部5は、眼球撮影用カメラ部4と撮影部の光軸が一致しており、観測者の視線方向の現実の映像を撮影する。視線方向撮影用カメラ部5は撮影した画像情報を無線又は有線を経由してコンピュータ端末(図示せず。)に送信する。ここで、コンピュータ端末(図示せず。)により生成される仮想の映像と、視線方向撮影用カメラ部5によって撮影された現実の画像とが、明るさを調整された上で重畳され、ディスプレイ部1に表示される。このようにすれば、観測者は違和感のない現実と仮想の融合映像を観測することができる。
The
また、アーム部6で連結された第1の回転式駆動部7と第2の回転式駆動部8、及びスライド式駆動部9により、眼球撮影用カメラ部4が計測する観測者の視線方向に合わせて表示ユニット10が動かされる。眼球撮影用カメラ部4が撮影した眼球の画像情報を無線又は有線を経由してコンピュータ端末(図示せず。)に送信し、コンピュータ端末が第1の回転式駆動部7と第2の回転式駆動部8、及びスライド式駆動部9をその画像情報に従い制御して駆動してもよい。これと同時に、表示ユニット10に内蔵された視線方向撮影用カメラ部5が観測者の視線方向の現実映像を撮影する。従って、観測者は常に視線方向の現実映像を観測できると共に、仮想映像による情報提供が受けられる。
In addition, the first rotary drive unit 7, the second rotary drive unit 8, and the slide type drive unit 9 connected by the
実施の形態2.
図2は、本発明の実施の形態2に係る画像表示装置の表示ユニット10の構成を示す図である。実施の形態2に係る画像表示装置は、実施の形態1に係る画像表示装置と略同様のものである。従って、同一部位には同一符号を付して説明を省略する。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the
実施の形態2の画像表示装置において、ディスプレイ部1に表示された映像情報を含む光束は、第1のミラー部2に反射され眼球3に到達する。観測者はディスプレイ部1に表示された映像を観察する。
In the image display device according to the second embodiment, the light beam including the video information displayed on the
ここで、第1のミラー部2は半透明である。第1のミラー部2に反射され眼球3に向かうディスプレイ部1からの光束と同じ光軸上であって、第1のミラー部2の(眼球3と)反対側に、眼球撮影用カメラ部4が配置される。眼球撮影用カメラ部4は半透明の第1のミラー部2を介して観測者の眼球3を観測する。
Here, the
更に、眼球撮影用カメラ部4の背後に備わる第2のミラー部11により、視線方向撮影用カメラ部5の光軸を、第1のミラー部2に反射され眼球3に向かうディスプレイ部1からの光束と同じ光軸上に一致させる。以上のことにより、第1のミラー部2に反射され眼球3に向かうディスプレイ部1からの光束の光軸、眼球撮影用カメラ部4の光軸、及び視線方向撮影用カメラ部5の光軸が一致する。従って、眼球撮影用カメラ部4により計測された観測者の視線を、一致した光軸に合わせることで、観測者は常に視線方向の現実映像を観測できると共に、仮想映像による情報提供が受けられる。
Furthermore, the
ここで、第1のミラー部2は半透明であるとしたが、偏光分離ミラーであってもよい。更に、第1のミラー部2は、可視光反射且つ赤外光透過のミラーであってもよい。
Here, although the
実施の形態3.
図3は、本発明の実施の形態3に係る画像表示装置の表示ユニット10の構成を示す図である。実施の形態3に係る画像表示装置は、実施の形態1に係る画像表示装置と略同様のものである。従って、同一部位には同一符号を付して説明を省略する。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the
実施の形態3の画像表示装置において、ディスプレイ部1は、LCD(Liquid Crystal Digital;液晶ディジタル)パネル等の透過型の画像表示素子102である。画像表示素子102は、光源部102からの光束によって照明される。画像表示素子102を透過した光束は、偏光ビームスプリッタ14により、観測者の眼球3の方向に反射し、接眼レンズ103により眼球3内の網膜に投影される。従って、観測者は、画像表示素子102に表示された映像の虚像を観測できるため、視線方向撮影用カメラ部5で撮影された現実映像を、現実の距離感で観測できる。
In the image display device according to the third embodiment, the
実施の形態4.
図4及び図5は、本発明の実施の形態4に係る画像表示装置のディスプレイ部1から放射された光の光軸と眼球撮影用カメラ部4の光軸とを一致させるためのキャリブレーションの方法を示す図である。画像表示装置としては、例えば、実施の形態1、2又は3に係るものが利用されればよい。
4 and 5 show calibration for matching the optical axis of the light emitted from the
光軸のキャリブレーション時には、ディスプレイ部1および眼球撮影用カメラ部4を利用する。キャリブレーションの手順は次の通りである。
(1)ディスプレイ部1からキャリブレーション用の信号(第1のキャリブレーション信号)41を発光する。この信号はキャリブレーション終了後に光軸中心(眼球3の視線方向に対して垂直かつ中心を通るような一点)となるような一点に発光させる。
(2)ディスプレイ部1から発光された光は眼球3に第2のキャリブレーション信号42として入光し、更に光は眼球3に対して反射して第3のキャリブレーション信号43となる。
(3)反射光(第3のキャリブレーション信号43)は、第1のミラー部2を介して眼球撮影用カメラ部4に入光する。光軸中心が一致している場合は、図5の左部に示すように、キャリブレーション用信号照射位置44が眼球撮影用カメラ部4で撮影された映像の中心となる。光軸中心が一致していない場合は、図5の右部に示すように、中心からずれる。第3のキャリブレーション信号43が、眼球撮影用カメラ部4へ入光しない可能性もある。
When calibrating the optical axis, the
(1) The
(2) The light emitted from the
(3) The reflected light (third calibration signal 43) enters the
上記のようなずれの情報を利用して、ディスプレイ部1から放射された光の光軸と眼球撮影用カメラ部4の光軸を一致させることができる。即ち、眼球撮影用カメラ部4が撮影した眼球の画像情報を無線又は有線を経由してコンピュータ端末(図示せず。)に送信し、コンピュータ端末が第1の回転式駆動部7と第2の回転式駆動部8、及びスライド式駆動部9をその画像情報に従い制御して駆動してもよい。このようなキャリブレーションの手順を観測者の認識可能な時間より短い時間で定期的に行うことで、観測者の視線を計測することができる。
The optical axis of the light emitted from the
実施の形態5.
図6は、本発明の実施の形態5に係る画像表示装置の表示ユニット10の構成を示す図である。実施の形態5に係る画像表示装置は、実施の形態3に係る画像表示装置と略同様のものである。従って、同一部位には同一符号を付して説明を省略する。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the
実施の形態5の画像表示装置において、眼球撮影用カメラ部4は赤外線カメラである。つまり、眼球撮影用カメラ部4に備わる赤外線光源21が、赤外線照射22を眼球3に照射することにより、観測者に気付かれることなく観測者の視線を計測できる。即ち、視線計測が観測者の映像観測の邪魔にならない。更に、第1のミラー部2を可視光反射赤外光透過ミラー23にすることで、ディスプレイ部1からの光、及び眼球観測用カメラ部4で観測する光の損失を少なくできる。
In the image display device according to the fifth embodiment, the
実施の形態6.
図7は、本発明の実施の形態6に係る画像表示装置の表示ユニット10の構成を示す図である。実施の形態6に係る画像表示装置は、実施の形態5に係る画像表示装置と略同様のものである。従って、同一部位には同一符号を付して説明を省略する。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of the
実施の形態6に係る画像表示装置では、視線方向撮影用カメラ部5を構成するCCD、CMOS等の撮像デバイス25に対して、その裏面に眼球撮影用カメラ部4の受ける光束を入射して受像処理するように、眼球撮影用カメラ部4を一体形成している。つまり、撮像デバイス25は眼球撮影用カメラ部4の撮像(受像)処理を行う回路も含む。一般にCCD、CMOS等の撮像デバイス25はシリコン基板上に形成されるが、シリコン基板を透過する赤外光が裏面から入射しても視線方向撮影用カメラ部5は撮像が可能である。
In the image display device according to the sixth embodiment, a light beam received by the
このような構成にすることにより、撮像デバイス25及び撮像に必要な電子回路を視線方向撮影用カメラ部5と眼球撮影用カメラ部4とが共有できるため、部品点数を削減できると共に、表示ユニット10全体を小型化若しくは軽量化できる。
With such a configuration, the
また、視線方向撮影用カメラ部5の前部にはシャッター24が備わる。視線方向撮影用カメラ部5での現実空間撮像時にはシャッター24を開放して赤外線光源21を消灯し、眼球撮影用カメラ部4で眼球を撮影する際にはシャッター24を閉め赤外線光源21を点灯することにより、現実空間映像と眼球映像が同時に撮影されない。更に、眼球撮影用カメラ部4で眼球を撮影する際にはシャッター24が閉じていることになるが、この間に現実映像として直前に撮像した映像をディスプレイ部1に提示すれば、観測者に違和感を与えない。
In addition, a
実施の形態7.
図8は、本発明の実施の形態7に係る画像表示装置の表示ユニット10の構成を示す図である。実施の形態7に係る画像表示装置は、実施の形態6に係る画像表示装置と略同様のものである。従って、同一部位には同一符号を付して説明を省略する。
Embodiment 7 FIG.
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the
実施の形態7に係る該像表示装置は、ディスプレイ部1の画像表示素子102をLCDパネルやDLPなどの反射型としたものである。光源101からの光束は、可視光偏光ビームスプリッタ26を透過し、画像表示素子102で反射され、再び可視光偏光ビームスプリッタ26により、観測者の眼球3方向に反射され、接眼レンズ103により眼球3内の網膜に投影される。ここで、可視光偏光ビームスプリッタ26は赤外線を透過し、眼球撮影用カメラ部4は赤外線照射22により眼球観測用カメラ4で眼球を観測する。
In the image display device according to the seventh embodiment, the
画像表示素子102としての反射型デバイスは、一般的に高精細化が容易であるため、観測者は高精細な映像を観測することができる。
Since the reflection type device as the
実施の形態8.
図9は、本発明の実施の形態8に係る画像表示装置の表示ユニット10の構成を示す図である。実施の形態8に係る画像表示装置は、実施の形態6に係る画像表示装置と略同様のものである。従って、同一部位には同一符号を付して説明を省略する。
Embodiment 8 FIG.
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the
眼球観測用カメラ4に備わる赤外線光源21の発する赤外線は、可視光透過・赤外線反射ミラー27及び赤外線反射・可視光ハーフミラー28で反射し眼球3に向かう。眼球3で反射した赤外線は赤外線反射・可視光ハーフミラー28及び可視光透過・赤外線反射ミラー27で反射し眼球観測用カメラ4が撮像する。視線方向撮影用カメラ部5は、補正レンズ29を介し赤外線反射・可視光ハーフミラー28で反射して入射する現実の映像を撮影する。
Infrared light emitted from the infrared
実施の形態8に係る画像表示装置において、観測者は、接眼レンズ103と補正レンズ部29を通して、現実空間を直接見ることができる。視線方向撮影用カメラ5は、観測者の視線方向を撮影することで、観測者の見ている現実空間の明るさが把握できる。従って、ディスプレイ部1は仮想情報のみを提示するのであるが、観測者の見ている現実空間との重畳位置および提示する明るさを調整できるので、観測者に違和感のない映像を提供できる。
In the image display device according to the eighth embodiment, the observer can directly see the real space through the
実施の形態9.
図10は、本発明の実施の形態9に係る画像表示装置の表示ユニット10の動作を示す図である。
Embodiment 9 FIG.
FIG. 10 is a diagram illustrating the operation of the
図10において、表示ユニット10は、球面である移動面51に沿って移動する。即ち、移動面51は、表示ユニット10の移動可能範囲を拘束する移動球面を示す。移動球面51は、人の眼球が様々な方向を向いたときにも、常に視線方向撮影用カメラ部5及び眼球撮影用カメラ部4の光軸を視線方向と一致させるような表示ユニット10の配置によって形成される球面である。ここで、眼球3の回転中心52から延ばした線に対して表示ユニット10の光軸が平行かつ距離が一定である時に光軸が常に一致する。このような構成により、初期キャリブレーションが行われた後、移動球面51に沿って眼球3の移動を追跡するだけで光学一致状態を維持できる。
In FIG. 10, the
移動球面51に沿った表示ユニット10の移動は、例えば、図1に示した第1の回転式駆動部7、アーム部6、第2の回転式駆動部8及びスライド式駆動部9によって行われる。
The movement of the
移動球面51に沿った表示ユニット10の移動を制御する仕組みは、別のものであってもよい。例えば、移動球面51に沿って表示ユニット10を移動させるための表示部移動用ガイドを配置し、表示部移動ガイドに複数の第1の位置制御磁石を配置し、表示ユニット10に第2の位置制御磁石を配置する。ここで、第1の位置制御磁石を電磁石で構成し、第2の位置制御磁石を永久磁石で構成する。第1の位置制御磁石の磁力を調節することで、表示部移動ガイドに沿って表示ユニット10を移動させることができる。
The mechanism for controlling the movement of the
実施の形態10.
図11は、本発明の実施の形態10に係る画像表示装置の仮想情報提示の概念を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a concept of virtual information presentation of the image display apparatus according to
観測者が、目の焦点位置62の位置を視点とし、観測者の視点にある情報63を見ている。このとき、仮想情報61が、目の焦点位置62よりも観測者から離れた位置の情報である場合、現実空間であれば形状がぼやけて見えるのに対し、従来の画像表示装置では情報に基づく形状がぼやけずにクリアに見えてしまう。従って、観測者にとって、仮想的な表示位置と実際の見え方とにギャップが生じる。このギャップが観測者の認知不可を高める原因となる。
The observer views the
そこで、本発明の実施の形態10に係る画像表示装置では、観測者の視点である目の焦点位置62の距離近傍以外の仮想情報をぼやかして提示する。かように観測者の視点の距離に応じて、観測者の視点の距離近傍以外の仮想情報をぼやかして提示することにより、観測者は仮想生成物が実世界上のどこに置かれているか(置かれるべきものか)を正しく知ることができる。
Therefore, in the image display apparatus according to
実施の形態11.
図12は、本発明の実施の形態11に係る視点計測の方法を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a viewpoint measurement method according to
視線交差位置37は、右目眼球31と左目眼球34の視線が交わる点である。即ち、観測者の視点62(図11参照)に相当する。左右の眼球31、34内部に眼球回転中心33、36があり各眼球の回転中心間距離をLとする。回転中心間線分Lと眼球31、34の視線との為す角度θ1とθ2は、眼球の回転中心のベクトルを求め且つ眼球の視線方向を計測することで計算可能である。これら3つのパラメータ(L、θ1、θ2)が決定されることにより、視線交差位置37の座標が計算され、結果として左目中心・視線交差位置間距離L1と右目中心・視線交差位置間距離L2を導出でき、観測者の視点62を同定できる。
The line-of-
図13は、本発明の実施の形態11に係る画像表示装置を示す構成図である。実施の形態1に係るものと同様のものでよい。表示ユニット10に内蔵されたディスプレイ部1に表示された映像は、第1のミラー部2によって反射され、眼球3に投影され、観測者はディスプレイ部1に表示された映像を観察する。また、第1のミラー部2は、例えば半透明であり、眼球撮影用カメラ部4により、観測者の眼球3の向いている方向、すなわち視線が観測される。このような構成で、左右の眼球31、34の視線方向32、35を測定することができる。眼球撮影用カメラ部4がこれらの視線方向の情報を無線又は有線を経由してコンピュータ端末(図示せず。)に送信すれば、コンピュータ端末(図示せず。)は、観測者の視線交差位置37及び観測者の視点の位置を算出できる。
FIG. 13 is a block diagram showing an image display apparatus according to
実施の形態12.
まず、図14にて表示ユニット10内のディスプレイ部1の光源101の指向性と観測者の見え方の概念図を示す。図14(a)は、拡散光源時の見え方の概念図である。図14(a)に示すように、拡散光源時は、眼球位置200に対して、接眼レンズ103の位置と実際の表示位置201の間隔に依存して、仮想表示面202の眼球からの距離が決定される。
Embodiment 12 FIG.
First, FIG. 14 shows a conceptual diagram of the directivity of the
図15は、拡散光源時のディスプレイ部1の構成の例であり、光源301が画像表示素子(映像板)302に近接して配置されている。画像表示素子(映像板)302を透過する照明光はあらゆる方向に拡散しているので、接眼レンズ303を介して観測者は、観測者の目のレンズ(即ち、水晶体)を調整することにより、画像表示素子(映像板)302の虚像を観測する。このとき虚像の位置は、接眼レンズ303の焦点距離および接眼レンズ303と画像表示素子(映像板)302との距離で決められる一定の位置になる。即ち、観測者は、虚像を常に同じ位置に見ることになるため、現実空間の映像が画像表示素子(映像板)302に表示されても現実の距離感が得られない。その上、画像表示素子(映像板)302の映像に仮想空間イメージを重畳しても、観測者は、仮想生成物の実世界上での置かれるべき位置(距離)を距離感から把握するということができない。従って、観測者の視覚イメージに違和感が生じることになる。
FIG. 15 shows an example of the configuration of the
一方、図14(b)は、指向性光源時の見え方の概念図である。指向性光源時は、眼球位置200に対して、接眼レンズ103の位置と実際の表示位置201の間隔に依存することなく、仮想表示面202の眼球からの距離が可変範囲203にて変化できる。即ち、観測者は、あるべき位置に虚像を見ることができる。
On the other hand, FIG.14 (b) is a conceptual diagram of the appearance at the time of a directional light source. When the directional light source is used, the distance from the eyeball of the
図16は、指向性光源時のディスプレイ部1の構成の例であり、実施の形態12に係る画像表示装置の表示ユニット10の構成を示す図である。表示ユニット10において、光源301から放出された光束が画像表示素子302を透過して、接眼レンズ303により観測者の眼球3の瞳孔308位置で光束が収束された状態で、水晶体306を経て網膜307に画像表示素子302に表示された映像が投影される。
FIG. 16 is an example of a configuration of the
図中の“a”は、瞳孔308上での光束の幅である。“a”が瞳孔径に比べて十分小さくなるように光源301から放射される光束の指向性が選択されると、いわゆるマクスウエル視の状態になる。このとき、水晶体306のレンズ効果に依存せずに、観測者は鮮明な像を見ることができる。即ち、このような指向性光源時では、観測者の視点62が変わっても、映像をぼやかすことなく提示することができる。
“A” in the figure is the width of the light beam on the
実施の形態1乃至9で示した画像表示装置は、観測者の視線に表示ユニット10の光軸を一致させるという視線追従の構成を有する。従って、本実施の形態12のような構成と組み合わせることにより、観測者に常に鮮明な映像を提供できることになる。
The image display devices described in
本実施の形態12に係る指向性光源を用いた表示ユニット10を用いると、画像表示装置に表示された映像の虚像の位置を、現実空間の位置に対応して観測者が随意に設定できる。更に、実施の形態10又は11のように観測者の視点の距離に応じて観測者の視点の距離近傍以外の仮想情報をぼかして提示することにより、観測者は現実映像と仮想情報を重畳して観測できると共に、仮想生成物が実世界上のどこに置かれているかを正しく認識できる。
When the
なお、上記の説明では、表示ユニット10を構成する光学系をマクスウエル視の状態であるとしている。実際は、光源301が有限の大きさであるとともに、光源301から放出される光束も指向性分布を持っている。そこで、瞳孔308上での光束幅を瞳孔径の2倍から4倍、即ち6mmから12mm程度と設定し、光源301のサイズ及び光源301から放出される光束にも指向性分布を備えるように設定すると、マクスウエル視に近い状態となる。このとき水晶体106のレンズ効果の影響を受けにくくなり、しかも観測者の視線と表示ユニット10の光軸とが多少ずれても、観測者は鮮明な像を見ることができる。こうすれば、視線追従の精度がやや緩和でき、観測者の画像表示装置の装着を容易にできる。
In the above description, it is assumed that the optical system constituting the
実施の形態13.
図17は、本発明の実施の形態12に係る画像表示装置の動作の概念図である。表示ユニット10や画像を表示させるためのコンピュータ等に障害が発生したときに行うべき対処法の概念を示す。
FIG. 17 is a conceptual diagram of the operation of the image display apparatus according to Embodiment 12 of the present invention. A concept of countermeasures to be taken when a failure occurs in the
本発明に係る表示ユニット10は、常に人の視線方向上かつ視線の中心に存在する。ここで、表示ユニット10や画像を表示させるためのコンピュータ等の故障により映像を提示できなくなるといった問題が発生したとき、人の行動に対して危険性を増すことになる。けだし、表示ユニット10が観測者の視線方向を遮った状態になるからである。
The
そこで、表示ユニット10の電源が落ちると物理的に視線方向から表示ユニット10が例えばバネにより外れるようにする。更に、画像を表示させるためのコンピュータ等から映像が送られなくなると表示ユニット10は自動的かつ即座に表示ユニット10の電源を落とすようにし、これにより表示ユニット10がバネにより視線方向から外れるようにする。これらの動作により、観測者の安全を確保することができる。
Therefore, when the power of the
1 ディスプレイ部、 2 第1のミラー部、 3 眼球、 4 眼球撮影用カメラ部、 5 視線方向撮影用カメラ部、 6 アーム部、 7 第1の回転式駆動部、 8 第2の回転式駆動部、 9 スライド式駆動部、 10 表示ユニット、 11 第2のミラー部、 13 接眼レンズ、 14 偏光ビームスプリッタ、 21 赤外線光源、 22 赤外線照射、 23 可視光反射赤外線透過ミラー、 24 シャッター、 25 撮像デバイス、 26 可視偏光ビームスプリッタ、赤外光透過ミラー、 27 可視光透過、赤外光反射ミラー、 28 赤外光反射、可視光ハーフミラー、 29 補正レンズ部、 31 右目眼球、 32 右目視線方向、 33 右目眼球回転中心、 34 左目眼球、 35 左目視線方向、 36 左目眼球回転中心、 37 視線交差位置、 41 第1のキャリブレーション信号、 42 第2のキャリブレーション信号、 43 第3のキャリブレーション信号、 44 キャリブレーション信号照射位置、 51 移動球面、 52 眼球回転中心、 61 仮想情報、 62 目の焦点位置、 63 観測者の視点にある情報、 200 眼球位置、 201 実際の表示位置、 202 仮想表示面、 203 可変範囲、 301 光源、 302 画像表示素子(映像板)、 306 水晶体、 307 網膜、 308 瞳孔。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Display part, 2 1st mirror part, 3 Eyeball, 4 Eyeball camera part, 5 Gaze direction camera part, 6 Arm part, 7 First rotary drive part, 8 Second rotary drive part 9 Slide-type drive unit, 10 Display unit, 11 Second mirror unit, 13 Eyepiece lens, 14 Polarizing beam splitter, 21 Infrared light source, 22 Infrared irradiation, 23 Visible light reflecting infrared transmission mirror, 24 Shutter, 25 Imaging device, 26 Visible Polarizing Beam Splitter, Infrared Light Transmitting Mirror, 27 Visible Light Transmission, Infrared Light Reflecting Mirror, 28 Infrared Light Reflecting, Visible Light Half Mirror, 29 Correction Lens Unit, 31 Right Eye Eyeball, 32 Right Viewing Line Direction, 33 Right Eye Eye rotation center, 34 Left eyeball, 35 Left eye direction, 36 Left eye eye rotation center, 37 Eye crossing position, 41 First caribbean Calibration signal, 42 second calibration signal, 43 third calibration signal, 44 calibration signal irradiation position, 51 moving spherical surface, 52 eyeball rotation center, 61 virtual information, 62 eye focus position, 63 observer's viewpoint Information, 200 eyeball position, 201 actual display position, 202 virtual display surface, 203 variable range, 301 light source, 302 image display element (video plate), 306 lens, 307 retina, 308 pupil.
Claims (11)
前記ディスプレイ部に表示された映像を観測者の眼球に導く第1のミラー部と、
観測者の眼球の向きを撮影し観測者の視線方向を検出する第1のカメラ部と、
光軸が第1のカメラ部と一致し観測者の視線方向を撮影する第2のカメラ部と、
前記第1のカメラ部及び前記第2のカメラ部と有線又は無線で接続し、前記第2のカメラ部により撮影される観測者の視線方向の映像と仮想の情報とを合成するコンピュータ端末とを備え、
前記ディスプレイ部にコンピュータ端末により前記観測者の視線方向の映像と仮想の情報とが重畳して表示されることを特徴とする画像表示装置。 A display unit for displaying images;
A first mirror section for guiding the image displayed on the display section to an observer's eyeball;
A first camera unit that captures the direction of the eyeball of the observer and detects the line of sight of the observer;
A second camera unit whose optical axis coincides with the first camera unit and captures the line-of-sight direction of the observer;
A computer terminal that is wired or wirelessly connected to the first camera unit and the second camera unit, and synthesizes the video of the observer's line of sight imaged by the second camera unit and virtual information; Prepared,
An image display device, wherein a video image of the observer's line of sight and virtual information are superimposed and displayed on the display unit by a computer terminal.
前記ディスプレイ部に表示された映像を観測者の眼球に導く第1のミラー部と、
観測者の眼球の向きを撮影し観測者の視線方向を検出する第1のカメラ部と、
光軸が第1のカメラ部と一致し観測者の視線方向を撮影する第2のカメラ部と、
前記第1のミラー部を介して観測者に直接現実空間を見せしめる接眼レンズ及び補正レンズ部と、
前記第2のカメラ部と有線又は無線で接続し、前記第2のカメラ部により撮影される観測者の視線方向の映像を受け、該映像の情報に基づき前記ディスプレイ部に仮想の情報を表示するコンピュータ端末とを備える画像表示装置。 A display unit for displaying images;
A first mirror section for guiding the image displayed on the display section to an observer's eyeball;
A first camera unit that captures the direction of the eyeball of the observer and detects the line of sight of the observer;
A second camera unit whose optical axis coincides with the first camera unit and captures the line-of-sight direction of the observer;
An eyepiece and a correction lens unit that directly show the real space to the observer through the first mirror unit;
The second camera unit is connected to the second camera unit by wire or wirelessly, receives an image of an observer's line of sight imaged by the second camera unit, and displays virtual information on the display unit based on the information of the image An image display device comprising a computer terminal.
コンピュータ端末と無線又は有線により接続し表示ユニットを駆動する駆動部が更に備わり、
前記第1のカメラ部の光軸と観測者の視線を一致させるため、前記ディスプレイ部の映像表示範囲の一部を点灯し、眼球に写った点灯位置の情報を前記第1のカメラ部が撮像してコンピュータ端末に送信し、眼球に写った点灯位置が前記眼球の瞳孔の中心になるようにコンピュータ端末が前記駆動部を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の画像表示装置。 The display unit, the first mirror unit, the first camera unit and the second camera unit are included in a display unit,
A drive unit that is connected to a computer terminal wirelessly or by wire to drive the display unit is further provided.
In order to make the optical axis of the first camera unit coincide with the observer's line of sight, a part of the video display range of the display unit is turned on, and the first camera unit captures information on the lighting position reflected in the eyeball. 3. The image display device according to claim 1, wherein the computer terminal controls the drive unit so that the lighting position reflected in the eyeball is at the center of the pupil of the eyeball. .
コンピュータ端末が第1の視線の情報と第2の視線の情報とから観測者の視点を決定することを特徴とする請求項1〜8のうちのいずれか一つに記載の画像表示装置。 Information on the first line of sight detected from the first camera unit for one eye and information on the second line of sight detected from the first camera unit for the other eye are transmitted to the computer terminal. ,
The image display device according to claim 1, wherein the computer terminal determines an observer's viewpoint from the first line-of-sight information and the second line-of-sight information.
The image display device according to any one of claims 3 to 10, wherein when the display of the display unit stops, the display unit moves from the front of the observer's eyeball.
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