JP2013037021A - ディスプレイ及びヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化やコスト増大を招くことなく、眼幅やＨＭＤを装着した際の固定位置が異なる使用者であっても、良好な画像を認識することができるヘッドマウントディスプレイを提供する。
【解決手段】ディスプレイ１の周辺領域１２に、使用者の眼の位置を検出するための赤外発光有機ＥＬ素子１４と、赤外光センサー１５を設け、赤外発光有機ＥＬ素子１４からの発光が使用者の眼で反射した反射光を赤外光センサー１５で受光することにより、使用者の眼の位置を検出し、その位置情報に基づいて、表示画像の位置を変更するヘッドマウントディスプレイとする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）と、これに用いられるディスプレイに関する。

左右の眼それぞれに対応した画像を使用者に認識させる、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）に関する技術が提案されている。ＨＭＤでは、使用者が良好な画像を認識できる眼の位置が決まっているが、眼幅やＨＭＤを装着した際の固定位置は使用者によって異なるため、使用者によっては良好な画像を認識できないという課題がある。

そのため、例えば、特許文献１に開示されたＨＭＤでは、カメラ等の撮像素子を利用して眼の位置を検出し、検出した眼の位置に応じて表示手段に表示する画像の位置を補正し、使用者に良好な画像を認識できるようにしている。

特開２０１０−２６２２３２号公報

しかしながら特許文献１の技術では、眼の位置を検出するためにカメラを使用していることから、カメラによっては装置が大型化し、コストも高くなるという問題がある。

本発明の課題は、上記問題を解決し、装置の大型化やコスト増大を招くことなく、眼幅やＨＭＤを装着した際の固定位置が異なる使用者であっても、良好な画像を認識することができるディスプレイ、及びこのディスプレイを備えたＨＭＤを提供することにある。

本発明の第１は、画像表示用の発光素子と、眼位置検出用の赤外発光素子と赤外光センサーの少なくとも一方と、を備えたディスプレイであって、
前記眼位置検出用の赤外発光素子からの発光が、使用者の眼で反射した反射光を前記赤外光センサーで受光することで、前記ディスプレイに対する前記使用者の眼の位置を検出し、検出した眼の位置情報に基づいて表示画像の位置を補正することを特徴とする。

本発明の第２は、上記本発明のディスプレイを用いたことを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。

本発明によれば、赤外発光素子と赤外光センサーとを用いて使用者の目の位置を確認し、表示画像の位置を調整する。そのため、装置の大型化やコスト増大を招くことなく、いずれの使用者においても良好な表示を観察することができるディスプレイ及びＨＭＤが提供される。

眼鏡型のヘッドマウントディスプレイを使用者が見ている様子を示した図である。 本発明の実施形態における、赤外発光有機ＥＬ素子と赤外光センサーとの配置例を示す図である。 本発明の実施形態における、赤外発光有機ＥＬ素子と赤外光センサーとの配置例を示す図である。 本発明の第１の実施形態において、赤外発光有機ＥＬ素子の発光が眼で反射した反射光が赤外光センサーに受光される様子を説明する模式図である。 本発明の第１の実施形態において、赤外発光有機ＥＬ素子の発光が眼で反射した反射光が赤外光センサーに受光される様子を説明する模式図である。 本発明の第１の実施形態における、赤外発光有機ＥＬ素子と赤外光センサーのＸ方向の受光強度の関係を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態において、赤外発光有機ＥＬ素子の発光が眼で反射した反射光が赤外光センサーに受光される様子を説明する模式図である。 本発明の第１の実施形態における、赤外発光有機ＥＬ素子と赤外光センサーのＹ方向の受光強度の関係を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態において、赤外発光有機ＥＬ素子の発光が眼で反射した反射光が赤外光センサーに受光される様子を説明する模式図である。 本発明の第２の実施形態における、赤外発光有機ＥＬ素子と赤外光センサーのＸ方向の受光強度の関係を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態において、赤外発光有機ＥＬ素子の発光が眼で反射した反射光が赤外光センサーに受光される様子を説明する模式図である。 本発明の第２の実施形態における、赤外発光有機ＥＬ素子と赤外光センサーのＹ方向の受光強度の関係を示す模式図である。

以下、本発明を実施形態を挙げて説明するが、本発明は本実施形態に限るものではない。

図１は眼鏡型のヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）を使用者が見ている様子を模式的に示した図である。図１（ａ）は良好な画像を見るための、眼２とディスプレイ１の位置関係である。使用者の眼幅の違いや装着した際の固定位置の違いにより、図１（ｂ）、（ｃ）のように、眼２とディスプレイ１の位置関係が理想的な状態と比較してずれてしまった場合、良好な画像を認識することができない。

本発明は図１（ｂ）、（ｃ）のような状態においても、良好な画像を認識することができるようにディスプレイ１上に表示する表示画像の位置を補正するが、そのために必要な眼の位置情報の検出方法に特徴がある。

即ち、本発明では、赤外発光素子と赤外光センサーのうち少なくとも一方をディスプレイ上に設置し、赤外発光素子からの発光が使用者の眼で反射した光を赤外光センサーで検出し、その強度情報から使用者の眼の位置を検出する。赤外発光素子としては、自発光型の赤外発光有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子や、有機ＥＬ素子の発光面側に赤外光フィルターを配置したものが好ましく用いられる。後者の場合、表示用の発光素子として有機ＥＬ素子を用いた場合に、同じ有機ＥＬ素子を用いることができる。以下、自発光型の赤外発光有機ＥＬ素子を用いた例を挙げて詳細に説明する。

図２は、ディスプレイ１に関して、基板１０の法線方向から見た図である。ディスプレイ１は、基板１０の表示領域１１に配列された画像表示用の複数の有機ＥＬ素子１３（以下、ＥＬ素子）と、表示領域１１の周辺領域１２に設けられた複数の赤外発光有機ＥＬ素子１４（以下、赤外ＥＬ素子）と、複数の赤外光センサー１５とからなる。有機ＥＬ素子は、当該技術分野で既知である、正孔輸送層、発光層、電子輸送層といった複数の材料層や、正孔及び電子を注入できる電極等の積層構造である。基板１０上にはＥＬ素子１３、赤外ＥＬ素子１４を駆動する駆動回路（不図示）が含まれる。

図２（ａ）では、周辺領域１２の４隅に赤外光センサー１５が設けられ、互いの赤外光センサー１５との間に赤外ＥＬ素子１４が設けられている。赤外ＥＬ素子１４は、眼位置検出用の素子であり、複数個あることが好ましく、後に詳述するディスプレイに対する眼の位置情報の検出精度を高めることができる。

赤外ＥＬ素子と赤外光センサーの両方をディスプレイ１上に設置する場合では、赤外ＥＬ素子１４と赤外光センサー１５の配置は、上記のみに限定されない。例えば、図３のように、赤外ＥＬ素子１４の数は１個乃至数個と少なくし、赤外光センサー１５を多数設けた構成としてもよい。

図２（ｂ）では、表示領域１１を囲むように周辺領域１２に複数の赤外ＥＬ素子１４が設けられ、さらに赤外ＥＬ素子１４の外側に、周辺領域１２の４辺の中央に赤外光センサー１５が設けられている。

次に、赤外ＥＬ素子と赤外光センサーを用いて眼の位置情報を得る方法について、図２（ａ）の配置を第１の実施形態として説明する。

図４，図５，図７は、図２（ａ）の配置となっているディスプレイ１に対して、眼２がディスプレイ１を注視している場合の図である（画像表示用のＥＬ素子１３は不図示）。またこれらの図において、眼２とディスプレイ１は同じ位置関係にある。

図６、図８は赤外ＥＬ素子別の受光強度を示している。尚、受光強度は、図６では赤外光センサー１５ｃ、１５ｄの受光強度の和、図８では赤外光センサー１５ｂ、１５ｃの受光強度の和である。

眼の位置情報を取得するにあたり、１つずつ赤外ＥＬ素子を発光させて、発光が眼で反射した反射光を赤外光センサーで受光する。

第１の実施形態では、横方向に配列した赤外ＥＬ素子からの発光を２つのセンサーで受光し、赤外ＥＬ素子と受光強度の関係から眼の横方向の位置を検出する。また、縦方向に配列した赤外ＥＬ素子からの発光を２つのセンサーで受光し、赤外ＥＬ素子と受光強度の関係から眼の縦方向の位置を検出する。

先ず、図４，図５を用いて眼の横方向の位置検出について説明する。図４（ａ）は図２（ａ）の紙面右方向からの斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）においてｙ方向から見た図である。また図５（ａ）は図２（ａ）の紙面左方向からの斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）においてｙ方向から見た図である。

眼と赤外光センサーと赤外ＥＬ素子の位置関係が決まった時に、赤外光センサーに受光される反射光は、眼の特定の位置で反射する光である。

図４（ａ）中の１６は、赤外ＥＬ素子１４ｂからの発光が眼で反射して赤外光センサー１５ｃへ向かう光路であるが、眼の瞳孔５で反射した光が赤外光センサー１５ｃに受光される。同様に１７、１８はそれぞれ赤外ＥＬ素子１４ｃ、１４ｄからの発光が眼で反射して赤外光センサー１５ｃへ向かう光路であり、１４ｃからの発光は虹彩４で反射し、１４ｄからの発光は白眼３で反射している。赤外ＥＬ素子１４ａ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇからの発光は、眼２とディスプレイ１の位置の関係上、眼での反射光は赤外光センサー１５ｃへは受光されず、受光強度は非常に小さい。ここでは簡便化のため、受光強度を零としている。

また、図５（ａ）中の１９は、赤外ＥＬ素子１４ｇからの発光が眼２で反射して赤外光センサー１５ｄへ向かう光路であるが、眼の虹彩４で反射した光が赤外光センサー１５ｄに受光される。同様に２０は赤外ＥＬ素子１４ｆからの発光が眼で反射して赤外光センサー１５ｄへ向かう光路であり、１４ｆからの発光は白眼３で反射している。赤外ＥＬ素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅからの発光は、眼２とディスプレイ１の位置の関係上、反射光は赤外光センサー１５ｄへは受光されない。

赤外光の眼での反射率の大きさは、白眼＞虹彩＞瞳孔であり、赤外ＥＬ素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇを発光させた時の受光強度は図６の点線で示されるような極小値を持った曲線となる。

次に、図７を用いて眼の縦方向の位置検出に関して説明する。

図７は、ディスプレイ１の紙面左部のｙ方向に配列した赤外ＥＬ素子１４ｈ、１４ｉ、１４ｊ、１４ｋ、１４ｌ、１４ｍ、１４ｎを発光させた場合の図である。図７（ａ）は図２（ａ）の紙面右方向からの斜視図であり、図７（ｂ）は図２（ａ）の紙面左方向からの斜視図である。

図４，図５で説明した場合と同様に、図７の場合もそれぞれの発光の眼での反射位置が異なるため、赤外光センサー１５ｃの受光強度分布は、図８の点線で示されるような極小値を持った曲線となる。

眼が理想的な位置にある時の受光強度が最小となる赤外ＥＬ素子は、赤外ＥＬ素子と赤外光センサーの位置が決まっていれば、計算により特定することができる。その場合の仮想受光強度分布を図６、図８にそれぞれ実線で示した。

仮想受光強度分布と実測値の極小値の差分に応じて表示位置を補正することによって、眼がずれた場合においても良好な画像を認識することができる。

上記では、赤外光センサー１５ｃ、１５ｄを例に説明したが、他の２つの赤外光センサーにおいてもｘ方向、ｙ方向に配列した赤外ＥＬ素子からの受光強度を得ることができ、眼の位置ずれを読み取ることができる。複数のセンサーを用いることで極小値の差分に関する精度を向上できる。

続いて、第２の実施形態として、眼の位置情報を得る方法について、図２（ｂ）の配置を例として説明する。

図９、図１１は、図２（ｂ）の配置となっているディスプレイ１に対して、眼２がディスプレイ１を注視している場合の図である（画像表示用のＥＬ素子１３は不図示）。また図９、図１１において、眼２とディスプレイ１は同じ位置関係にある。

眼の位置情報を取得するにあたり、１つずつ赤外ＥＬ素子を発光させて、発光が眼で反射した反射光を赤外光センサーで受光する。

本実施形態では、横方向に配列した赤外ＥＬ素子からの発光を１つのセンサーで受光し、赤外ＥＬ素子と受光強度の関係から眼の横方向の位置を検出する。また、縦方向に配列した赤外ＥＬ素子からの発光を１つのセンサーで受光し、赤外ＥＬ素子と受光強度の関係から眼の縦方向の位置を検出する。

先ず、図９を用いて眼の横方向の位置検出について説明する。図９（ａ）は図２（ｂ）の紙面右方向からの斜視図であり、図９（ｂ）は図２（ｂ）の紙面左方向からの斜視図である。ここでは、図を１つにすると説明図が複雑になるため、図を２つに分けている。

２７、２８、２９、３０、３１は、それぞれ赤外ＥＬ素子１４Ｅ、１４Ｆ、１４Ｇ、１４Ｈ、１４Ｉからの発光が眼で反射して赤外光センサー１５ｅへ向かう光路である。赤外ＥＬ素子１４Ｅからの発光は、眼の白眼３で反射した光が赤外光センサー１５ｅに受光される。赤外ＥＬ素子１４Ｆからの発光は、眼の虹彩４で反射した光が赤外光センサー１５ｅに受光される。赤外ＥＬ素子１４Ｇからの発光は、眼の瞳孔５で反射した光が赤外光センサー１５ｅに受光される。赤外ＥＬ素子１４Ｈからの発光は、眼の虹彩４で反射した光が赤外光センサー１５ｅに受光される。赤外ＥＬ素子１４Ｉからの発光は、眼の白眼３で反射した光が赤外光センサー１５ｅに受光される。赤外ＥＬ素子１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄからの発光は、眼２とディスプレイ１の位置の関係上、眼での反射光は赤外光センサー１５ｅへは受光されず、受光強度は非常に小さい。ここでは簡便化のため、受光強度を零としている。

赤外光の眼での反射率の大きさは、白眼＞虹彩＞瞳孔であり、赤外ＥＬ素子１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅ、１４Ｆ、１４Ｇ、１４Ｈ、１４Ｉを発光させた時の受光強度は図１０で点線で示すような極小値を持った曲線となる。

次に、図１１を用いて眼の縦方向の位置検出に関して説明する。

図１１は、ディスプレイ１の紙面左部のｙ方向に配列した赤外ＥＬ素子１４Ａ、１４Ｊ、１４Ｋ、１４Ｌ、１４Ｍ、１４Ｎ、１４Ｏ、１４Ｐ、１４Ｑを発光させた場合の図である。図１１（ａ）は図２（ｂ）の紙面右方向からの斜視図であり、図１１（ｂ）は図２（ｂ）の紙面左方向からの斜視図である。ここでは、図を１つにすると説明図が複雑になるため、図を２つに分けている。

図９で説明した場合と同様に、図１１の場合もそれぞれの発光の眼での反射位置が異なるため、赤外光センサー１５ｃの受光強度分布は、図１２に点線で示すような極小値を持った曲線となる。

眼が理想的な位置にある時の受光強度が最小となる赤外ＥＬ素子は、赤外ＥＬ素子と赤外光センサーの位置が決まっていれば、計算により特定することができる。その場合の仮想受光強度分布を図１０、図１２に実線で示した。

仮想受光強度分布と実測値の極小値の差分に応じて表示位置を補正することによって、眼がずれた場合においても良好な画像を認識することができる。

上記では、ディスプレイ上に赤外ＥＬ素子と赤外光センサーの両方をディスプレイ上に設けた場合を例に説明したが、眼で反射する赤外ＥＬ素子からの発光を赤外光センサーで受光できれば、どちらか一方のみがディスプレイ上にある構成でもよい。例えば、赤外ＥＬ素子をディスプレイ上に設け、赤外光センサーは筺体に設けた構成とすることができる。

また、赤外ＥＬ素子１４の発光波長域は、７００ｎｍ以上であることが好ましい。赤外ＥＬ素子１４は、ＥＬ素子１３と同じ積層構造として、光を発する面に赤外線フィルターを設けた構造としてもよいし、ＥＬ素子１３とは異なる材料を用いた、自発光型の赤外発光有機ＥＬ素子としてもよい。自発光型の赤外発光有機ＥＬ素子としては、例えばネオジムやエルビウムのような希土類をドーピングした構成を使用することができる。

赤外光センサー１５は、７００ｎｍ以上の波長範囲の赤外光のみを透過する光学フィルターを備えるものを用いることが好ましい。これにより、センシングの際の可視光による受光ノイズを低減することができる。赤外光センサー１５は、基板１０上に造り込んでもよいし、基板１０上に別途設置してもよい。

本発明では、眼の位置を検出するために、赤外ＥＬ素子１４を用いるため、画像表示用のＥＬ素子１３の形成時に同時に形成することができ、表示用の画素と同程度の大きさの画素を設置するため、画像表示手段の大型化を防ぐことができる。

１：ディスプレイ、２：観察者の眼、１３：表示用の有機ＥＬ素子、１４，１４ａ乃至１４ｎ，１４Ａ乃至１４Ｑ：眼位置検出用の赤外発光有機ＥＬ素子、１５，１５ａ乃至１５ｆ：赤外光センサー

Claims (7)

1. 画像表示用の発光素子と、眼位置検出用の赤外発光素子と赤外光センサーの少なくとも一方と、を備えたディスプレイであって、
   前記眼位置検出用の赤外発光素子からの発光が、使用者の眼で反射した反射光を前記赤外光センサーで受光することで、前記ディスプレイに対する前記使用者の眼の位置を検出し、検出した眼の位置情報に基づいて表示画像の位置を補正することを特徴とするディスプレイ。
2. 前記画像表示用の発光素子は、有機ＥＬ素子であることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ。
3. 前記眼位置検出用の赤外発光素子は、自発光型の赤外発光有機ＥＬ素子であることを特徴とする請求項１又は２に記載のディスプレイ。
4. 前記眼位置検出用の赤外発光素子は、前記画像表示用の発光素子と同じ構成の発光素子の光を発する面に赤外光フィルターが設けられた構成であることを特徴とする請求項１又は２に記載のディスプレイ。
5. 前記眼位置検出用の赤外発光素子は、前記画像表示用の発光素子の形成時に同時に形成されることを特徴とする請求項４項に記載のディスプレイ。
6. 前記眼位置検出用の赤外発光素子は、前記画像表示用の発光素子が配列された表示領域の外側の周辺領域に形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のディスプレイ。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のディスプレイを用いたことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。

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