JP2015055869A - Virtual image display device - Google Patents

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JP2015055869A
JP2015055869A JP2013240484A JP2013240484A JP2015055869A JP 2015055869 A JP2015055869 A JP 2015055869A JP 2013240484 A JP2013240484 A JP 2013240484A JP 2013240484 A JP2013240484 A JP 2013240484A JP 2015055869 A JP2015055869 A JP 2015055869A
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observer
distance
virtual image
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optical system
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尊仁 井口
Takahito Iguchi
尊仁 井口
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TELEPATHY HOLDINGS CO Ltd
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TELEPATHY HOLDINGS CO Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a virtual image display device that enables a viewing distance of an observer to be measured at an appropriate timing, and enables a projection distance of a virtual image to be adjusted.SOLUTION: A virtual image display device comprises: a display optical system 10 that displays a video picture; an eyepiece optical system 20 that projects the video picture displayed by the display optical system as a virtual image; a distance metering part 30 that measures a viewing distance to an object facing eyes of an observer or a gazing point of the observer; a projection distance adjustment part 40 that adjusts a projection distance of the virtual image projected by the eyepiece optical system on the basis of the viewing distance measured by the distance metering part; a field-of-view variation detection part 50 that detects a variation of a field-of-view direction of the observer; and a control part 60. Then, when the variation of the filed-of-view of the observer is detected by the field-of-view variation detection part, the control part sends out a control signal causing the distance metering part to start measurement of the viewing distance.

Description

本発明は,観察者の頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイ(以下,HMDともいう)などの虚像表示装置に関するものである。具体的に説明すると,本発明の虚像表示装置は,観察者の眼前にプリズムなどの接眼光学系を配置し,液晶ディスプレイなどの表示光学系から射出された映像光を観察者の光学瞳に導く構造を持つ。これにより,観察者は,自己の視界内において,接眼光学系によって投影される虚像を視認することができるようになる。特に,本発明の虚像表示装置は,観察者が視認している物体までの視距離に合わせて,虚像の投影距離をタイミング良く調整することを主たる目的としている。   The present invention relates to a virtual image display device such as a head mounted display (hereinafter also referred to as an HMD) that is mounted on an observer's head. More specifically, in the virtual image display device of the present invention, an eyepiece optical system such as a prism is arranged in front of the observer's eye, and image light emitted from the display optical system such as a liquid crystal display is guided to the observer's optical pupil. With structure. As a result, the observer can visually recognize the virtual image projected by the eyepiece optical system in his field of view. In particular, the virtual image display device of the present invention is mainly intended to adjust the projection distance of a virtual image in a timely manner in accordance with the viewing distance to an object visually recognized by an observer.

近年,例えば頭部に装着して使用するHMDのように,使用者の身体に取り付けて使用することのできるウェアラブルデバイスへの需要が高まりつつある。また,例えば,コンピュータや,各種センサ機器,LCD(Liquid Crystal Display)などの映像表示装置も,ウェアラブルデバイスに搭載可能な程度に小型化されており,これらの機器を搭載したウェアラブルデバイスの開発が急速に進行している。   In recent years, there is an increasing demand for wearable devices that can be attached to a user's body, such as HMDs that are worn on the head. In addition, for example, computers, various sensor devices, and video display devices such as LCD (Liquid Crystal Display) have been miniaturized to such a degree that they can be mounted on wearable devices, and the development of wearable devices equipped with these devices has been rapid. Is progressing.

例えば,特許文献1及び特許文献2には,従来のHMDが開示されている。
特許文献1には,外界光の一部又は全部を遮光するシャッタを備えたHMDが開示されている。特許文献1のHMDによれば,移動や作業を行いながらもコンピュータの表示画面を認識でき,安全で眼の疲労の少ない接眼型ディスプレイ装置を提供することができるとされている。
For example, Patent Documents 1 and 2 disclose conventional HMDs.
Patent Document 1 discloses an HMD that includes a shutter that blocks part or all of external light. According to the HMD of Patent Document 1, it is said that a display screen of a computer can be recognized while moving and working, and an eyepiece display device that is safe and has little eye fatigue can be provided.

また,特許文献2には,観察者の眼から注視点までの視距離を検出し,検出した注視点の位置に虚像を投影するHMDが開示されている。このように,特許文献2のHMDは,いわゆるオートフォーカス機能を備えるものである。特に,特許文献2のHMDは,立体映像を表示するための構成を備えている。すなわち,特許文献2のHMDは,複数の画素から成る原画像の画像データと,各画素についての距離データと,視距離と,に基づいてピンボケ処理が施された画像の表示データを生成する。そして,表示素子によって,生成した表示データに基づいて画像を表示することとしている。   Patent Document 2 discloses an HMD that detects a visual distance from an observer's eye to a gazing point and projects a virtual image at the detected position of the gazing point. Thus, the HMD of Patent Document 2 has a so-called autofocus function. In particular, the HMD of Patent Document 2 has a configuration for displaying a stereoscopic image. That is, the HMD of Patent Document 2 generates display data of an image subjected to a defocus process based on image data of an original image composed of a plurality of pixels, distance data for each pixel, and viewing distance. The display element displays an image based on the generated display data.

特開平7−28021号公報JP-A-7-28021 特開平10−239634号公報JP-A-10-239634

上記特許文献2に記載されているHMDのように,観察者の眼から注視点までの視距離を測定し,その注視点の位置に虚像を投影する技術は,観察者がくっきりとしたピンぼけのない虚像を視認できるようになることから,効果的であると考えられる。   As in the HMD described in Patent Document 2, the technique for measuring the visual distance from the observer's eye to the gazing point and projecting a virtual image at the position of the gazing point is a method in which the observer is clearly out of focus. It is thought that it is effective because it makes it possible to see a virtual image that is not visible.

しかしながら,従来のHMDでは,観察者から注視点までの視距離を常に測定し,その視距離に基づいて虚像の投影距離を常に調整し続けることとしていた。このように,観察者の視距離を常時測定すると,HMDが備えるバッテリーの消費量が増大するなど,非効率的であるという問題がある。例えば,観察者が本を読んでいる場合など,長時間にわたって観察者の視距離がほとんど変化しない場合もある。このような場合において,観察者の視距離を測定しても,観察者の視距離はほとんど変化しないことから,虚像の投影距離を調整する必要はない。しかし,従来のHMDには,観察者の視距離が変化しない場合に,その視距離の測定を停止する構成を備えておらず,バッテリーの消費など,エネルギーロスという観点における問題を内包するものであった。   However, in the conventional HMD, the viewing distance from the observer to the gazing point is always measured, and the projection distance of the virtual image is constantly adjusted based on the viewing distance. As described above, when the viewing distance of the observer is constantly measured, there is a problem that the battery consumption of the HMD increases, which is inefficient. For example, when an observer is reading a book, the viewing distance of the observer may hardly change over a long period of time. In such a case, even if the viewing distance of the observer is measured, the viewing distance of the observer hardly changes. Therefore, it is not necessary to adjust the projection distance of the virtual image. However, the conventional HMD does not have a configuration for stopping the measurement of the viewing distance when the viewing distance of the observer does not change, and includes problems in terms of energy loss such as battery consumption. there were.

このため,現在では,観察者の視距離に基づいて虚像の投影距離を調整する機構を備えたHMDにおいて,その視距離の測定を適切なタイミングで行うができるようにする技術が求められている。   For this reason, at present, there is a demand for a technique that enables measurement of the visual distance at an appropriate timing in an HMD equipped with a mechanism that adjusts the projection distance of a virtual image based on the visual distance of the observer. .

そこで,本発明の発明者は,上記の従来発明の問題点を解決する手段について鋭意検討した結果,観察者の視距離の測定が必要なタイミングは,例えば観察者の頭部が動いた場合などのように,観察者の視野方向に変動が生じた時であるということを見出した。すなわち,本発明の発明者は,観察者の視野方向の変動を検知した時にだけ,その観察者の視距離を測定し,その測定結果に基づいて虚像の投影距離を調整することで,バッテリーの消費量を節約できるという知見を得た。そして,本発明者は,上記知見に基づけば,従来技術の課題を解決できることに想到し,本発明を完成させた。
具体的に説明すると,本発明は以下の構成を有する。
Therefore, as a result of intensive studies on the means for solving the above-described problems of the conventional invention, the inventor of the present invention, for example, when the observer's visual distance needs to be measured is when the observer's head moves. As shown in the figure, it was found that this was the time when the observer's field of view changed. That is, the inventor of the present invention measures the viewing distance of the observer only when a change in the viewing direction of the observer is detected, and adjusts the projection distance of the virtual image based on the measurement result. The knowledge that consumption can be saved was obtained. The inventor has conceived that the problems of the prior art can be solved based on the above knowledge, and has completed the present invention.
More specifically, the present invention has the following configuration.

本発明は,観察者の頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイ(HMD)などの虚像表示装置に関する。
本発明の虚像表示装置は,表示光学系10と,接眼光学系20と,測距部30と,投影距離調整部40と,視野変動検出部50と,制御部60と,を備える。
表示光学系10は,映像を表示するための表示素子を含む。
接眼光学系20は,表示光学系10によって表示された映像を虚像として投影する。つまり,接眼光学系20は,表示光学系10から射出された映像光を観察者の光学瞳に導くためのプリズムを含む。
測距部30は,視距離を測定する。ここにいう「視距離」とは,観察者の眼と対面している物体までの距離,若しくは,当該観察者の注視点までの距離を意味する。「視距離」は,測距部30が備えるセンサから観察者の眼と対面している物体までの距離とすればよい。又は,「視距離」は,観察者の眼から注視点までの距離とすればよい。
投影距離調整部40は,測距部30により測定された視距離に基づいて,接眼光学系20によって投影される虚像の投影距離を調整するための機構を備える。
視野変動検出部50は,観察者の視野方向の変動を検出する。
制御部60は,視野変動検出部50によって観察者の視野方向の変動が検出されたときに,測距部30に対して,視距離の測定を開始させる制御信号を送出する。
The present invention relates to a virtual image display device such as a head mounted display (HMD) mounted on an observer's head.
The virtual image display device of the present invention includes a display optical system 10, an eyepiece optical system 20, a distance measurement unit 30, a projection distance adjustment unit 40, a visual field variation detection unit 50, and a control unit 60.
The display optical system 10 includes a display element for displaying an image.
The eyepiece optical system 20 projects the image displayed by the display optical system 10 as a virtual image. That is, the eyepiece optical system 20 includes a prism for guiding the image light emitted from the display optical system 10 to the optical pupil of the observer.
The distance measuring unit 30 measures the viewing distance. Here, the “viewing distance” means a distance to an object facing the observer's eye or a distance to the observer's point of interest. The “viewing distance” may be a distance from a sensor provided in the distance measuring unit 30 to an object facing the observer's eye. Alternatively, the “viewing distance” may be a distance from the observer's eye to the gazing point.
The projection distance adjustment unit 40 includes a mechanism for adjusting the projection distance of the virtual image projected by the eyepiece optical system 20 based on the viewing distance measured by the distance measurement unit 30.
The visual field fluctuation detection unit 50 detects a fluctuation in the visual field direction of the observer.
When the visual field fluctuation detection unit 50 detects a change in the visual field direction of the observer, the control unit 60 sends a control signal for starting the measurement of the visual distance to the distance measuring unit 30.

上記構成のように,本発明に係る虚像表示装置の制御部60は,視野変動検出部50によって観察者の視野方向の変動が検出されたときだけ,測距部30に対して視距離の測定を行わせる。例えば,観察者が頭を動かすことで視野が変わったり,観察者の目線を動かすことで視野が変わったりした場合に,測距部30が視距離の測定を行う。そして,測距部30が測定した視距離に基づいて,投影距離調整部40は,観察者に視認される虚像の投影距離を変更する。このように,観察者の視野が変動したタイミングで視距離の測定を行うことで,効率よく無駄の無いタイミングで,虚像の投影位置を調節できる。従って,本発明のHMDは,バッテリーの消費を節約することができる。   As described above, the control unit 60 of the virtual image display device according to the present invention measures the visual distance with respect to the distance measuring unit 30 only when the visual field variation detection unit 50 detects the variation in the visual field direction of the observer. To do. For example, the distance measuring unit 30 measures the viewing distance when the field of view is changed by moving the head of the observer or the field of view is changed by moving the eyes of the observer. Then, based on the viewing distance measured by the distance measuring unit 30, the projection distance adjusting unit 40 changes the projection distance of the virtual image visually recognized by the observer. In this way, by measuring the viewing distance at the timing when the observer's field of view fluctuates, the projection position of the virtual image can be adjusted efficiently and without waste. Therefore, the HMD of the present invention can save battery consumption.

本発明の虚像表示装置において,視野変動検出部50は,ジャイロセンサ51及び加速度センサ52の両方又はいずれか一方のセンサを有していることが好ましい。そして,視野変動検出部50は,センサによって一定の閾値以上の変化が検出されたときに,観察者の視野方向の変動があったと判断することが好ましい。   In the virtual image display device of the present invention, it is preferable that the visual field variation detection unit 50 includes either or both of the gyro sensor 51 and the acceleration sensor 52. And it is preferable that the visual field fluctuation | variation detection part 50 judges that there was the fluctuation | variation of the observer's visual field direction, when the change beyond a fixed threshold value is detected by the sensor.

上記構成のように,虚像表示装置にジャイロセンサ51及び/又は加速度センサ52を備え付けることで,観察者の頭部の向きが変わったことを検知できる。すなわち,観察者の頭部の向きが変わったときに,観察者の視野が変動したと推測することできる。従って,ジャイロセンサ51又は加速度センサ52から得られた情報や,ジャイロセンサ51及び加速度センサ52から得られた情報を組み合わせた情報などに基づけば,適切に,観察者の視野方向の変動を検出可能である。   By providing the virtual image display device with the gyro sensor 51 and / or the acceleration sensor 52 as in the above configuration, it is possible to detect that the orientation of the observer's head has changed. That is, when the orientation of the observer's head changes, it can be estimated that the observer's visual field has changed. Therefore, based on information obtained from the gyro sensor 51 or the acceleration sensor 52 or information obtained by combining information obtained from the gyro sensor 51 and the acceleration sensor 52, a change in the viewing direction of the observer can be appropriately detected. It is.

本発明の虚像表示装置において,視野変動検出部50は,センサ(ジャイロセンサ51,加速度センサ52,輝度センサ53)によって一定の閾値以上の変化が検出され,且つ,一定の閾値以上の変化が検出されない時間が所定時間継続したときに,観察者の視野方向の変動があったと判断することが好ましい。   In the virtual image display device of the present invention, the visual field fluctuation detection unit 50 detects changes greater than a certain threshold by sensors (gyro sensor 51, acceleration sensor 52, luminance sensor 53), and detects variations greater than a certain threshold. It is preferable to determine that there has been a change in the viewing direction of the observer when the non-performed time continues for a predetermined time.

上記構成のように,センサによって一定の閾値以上の変化が検出されない時間が所定時間継続したことを,視距離の測定開始の条件とすることで,無駄に視距離の測定を行うことを防止できる。すなわち,例えば観察者が走ったりしているような場合には,ジャイロセンサ51や加速度センサ52によって,一定の閾値以上の変化が短い時間に何度も検出されることが考えられる。しかし,観察者が激しく動いている状況において,繰り返し視距離の測定を行い,虚像の投影距離を繰り返し調節したとしても,ほとんど意味がないといえる。そこで,例えば,観察者が動きを止めて何かの物体を数秒間(例えば,0.5〜3秒以上)見つめているような場合にだけ,観察者の視距離を測定して,その視距離に虚像投影距離を合わせることが効果的であるといえる。このように,本発明の好ましい形態では,観察者が何かの物体を見つめた状態を適切に検知して,虚像の投影距離を観察者の視距離に適合させることが可能である。   As in the above configuration, it is possible to prevent the measurement of the viewing distance from being wasted by setting the condition for starting the measurement of the viewing distance that the time during which the change beyond a certain threshold is not detected by the sensor is continued for a predetermined time. . That is, for example, when an observer is running, it is conceivable that the gyro sensor 51 or the acceleration sensor 52 detects a change of a certain threshold value or more many times in a short time. However, it can be said that it is almost meaningless to measure the viewing distance repeatedly and adjust the projection distance of the virtual image repeatedly in a situation where the observer is moving violently. Therefore, for example, only when the observer stops moving and stares at an object for a few seconds (for example, 0.5 to 3 seconds or more), the viewing distance of the observer is measured and It can be said that it is effective to match the virtual image projection distance to the distance. As described above, in the preferred embodiment of the present invention, it is possible to appropriately detect the state in which the observer is looking at some object, and to adapt the projection distance of the virtual image to the viewing distance of the observer.

本発明の虚像表示装置において,視野変動検出部50は,輝度センサ53を有していてもよい。この場合に,視野変動検出部50は,輝度センサ53によって一定の閾値以上の輝度の変化が検出されたときに,観察者の視野方向の変動があったと判断することとしてもよい。   In the virtual image display device of the present invention, the visual field fluctuation detection unit 50 may have a luminance sensor 53. In this case, the visual field variation detection unit 50 may determine that there has been a variation in the visual field direction of the observer when the luminance sensor 53 detects a change in luminance that exceeds a certain threshold.

上記構成によれば,例えば観察者の頭部の位置に変動はないものの,観察者の視界が開けたときに,その観察者の視距離を測定することができる。例えば,観察者が車に乗っていて窓の外を見つめているような状況において,暗いトンネルの中から明るい外に出たようなときに,観察者の視界が開けて,より遠くの物体を見つめるようになるということが想定される。このため,HMD周囲の輝度に一定以上の変化があった時に,観察者の視距離を測定することで,虚像の投影位置を適切な位置に調節することが可能となる。   According to the above configuration, for example, although the position of the observer's head is not changed, the viewing distance of the observer can be measured when the observer's field of view is opened. For example, in a situation where an observer is in a car and stares out of a window, the observer's field of view opens up when he or she goes out of a dark tunnel and looks farther away. It is assumed that they will come to stare. For this reason, when the luminance around the HMD changes more than a certain level, the projection distance of the virtual image can be adjusted to an appropriate position by measuring the viewing distance of the observer.

本発明は,観察者の視距離に基づいて虚像の投影距離を調整する機構を備えた虚像表示装置において,観察者の視野方向の変動を検出する視野変動検出部を備えることで,その視距離の測定を適切なタイミングで行うができるようになる。   The present invention provides a virtual image display device having a mechanism for adjusting a projection distance of a virtual image based on a viewing distance of an observer, and includes a visual field variation detection unit that detects a variation in the visual field direction of the observer, thereby providing the viewing distance. Can be measured at an appropriate timing.

図1は,本発明に係るHMDの一例を示す外観斜視図である。FIG. 1 is an external perspective view showing an example of an HMD according to the present invention. 図2は,本発明に係るHMDの光学部品を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an optical component of the HMD according to the present invention. 図3は,本発明に係るHMDの機能ブロック図である。FIG. 3 is a functional block diagram of the HMD according to the present invention.

以下,図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は,以下に説明する形態に限定されるものではなく,以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜修正したものも含む。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below, but includes those appropriately modified by those skilled in the art from the following embodiments.

図1は,本発明に係る虚像表示装置,特にヘッドマウントディスプレイ(HMD)100の一例を示す外観斜視図である。また,図2は,観察者の光学瞳に映像光を導く光学系を模式的に示したブロック図である。特に,図2は,図1において破線の枠で囲って示した箇所に備え付けられる映像表示装置を示している。また,図3は,HMD100に備え付けられる各種モジュールを示した機能ブロック図である。   FIG. 1 is an external perspective view showing an example of a virtual image display device, particularly a head mounted display (HMD) 100 according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram schematically showing an optical system that guides image light to the observer's optical pupil. In particular, FIG. 2 shows a video display device provided at a location surrounded by a broken-line frame in FIG. FIG. 3 is a functional block diagram showing various modules provided in the HMD 100.

図1に示されるように,本発明のHMD100は,観察者の頭部に装着して使用される装置である。HMD100は,観察者の片眼(例えば右眼)の前に配置される映像表示装置(枠線で囲った部分)を備える。HMD100は,この映像表示装置によって,観察者に映像を視認させることができる。   As shown in FIG. 1, the HMD 100 of the present invention is a device that is used by being worn on the observer's head. The HMD 100 includes a video display device (portion surrounded by a frame line) disposed in front of one eye (for example, the right eye) of the observer. The HMD 100 can allow an observer to visually recognize an image by using the image display device.

図2及び図3に示されるように,本発明のHMD100は,表示光学系10と,接眼光学系20と,測距部30と,投影距離調整部40と,視野変動検出部50と,制御部60と,を備えている。なお,制御部60は,これらのモジュールの電子的な制御を総合的に担うCPUである。   As shown in FIGS. 2 and 3, the HMD 100 of the present invention includes a display optical system 10, an eyepiece optical system 20, a distance measurement unit 30, a projection distance adjustment unit 40, a visual field variation detection unit 50, and a control. Part 60. The control unit 60 is a CPU that comprehensively performs electronic control of these modules.

簡単に説明すると,HMD100は,表示光学系10で表示した映像光を,接眼光学系20を介して,観察者の光学瞳Eへと導く。接眼光学系20は,表示光学系10が表示している映像を,虚像として投影するものであり,観察者はその虚像を視認することができる。また,HMD100は,いわゆるオートフォーカス機能を持つ。つまり,HMD100は,測距部30によって観察者の視距離を測定する。そして,その測定値に基づいて,投影距離調整部40によって虚像の投影距離を調整し,観察者が視認しやすい位置に虚像を映し出す。さらに,本発明のHMD100は,観察者の視野変動を検出するための視野変動検出部50を備える。そして,HMD100の制御部60は,視野変動検出部50が,観察者の視野変動を検出したときに,測距部30に対し,その観察者の視距離の測定を開始するように制御信号を送出する。   In brief, the HMD 100 guides the image light displayed by the display optical system 10 to the observer's optical pupil E through the eyepiece optical system 20. The eyepiece optical system 20 projects the image displayed by the display optical system 10 as a virtual image, and the observer can visually recognize the virtual image. The HMD 100 has a so-called autofocus function. That is, the HMD 100 measures the viewing distance of the observer by the distance measuring unit 30. Then, based on the measured value, the projection distance adjusting unit 40 adjusts the projection distance of the virtual image, and the virtual image is displayed at a position where the observer can easily recognize. Furthermore, the HMD 100 of the present invention includes a visual field fluctuation detection unit 50 for detecting an observer's visual field fluctuation. Then, when the visual field variation detection unit 50 detects the observer's visual field variation, the control unit 60 of the HMD 100 sends a control signal to the distance measuring unit 30 so as to start measuring the viewing distance of the observer. Send it out.

図2及び図3に示されるように,表示光学系10は,光源11と,集光レンズ12と,表示素子13を有する。光源11は,R(赤),G(緑),B(青)の各色の光を出射するものであることが好ましい。光源11は,例えば,RGB一体型のLEDパネルで構成されていることが好ましい。なお,光源11は,単色光や白色光を出射するものであってもよい。また,集光レンズ12は,光源11からの光を集光して表示素子13に供給する。また,表示素子13は,入射光を画像データに応じて変調することにより,映像を表示するものである。表示素子13は,例えば,光が透過する領域となる各画素がマトリクス状に配置された透過型の液晶表示素子で構成されていることが好ましい。このように,表示光学系10の例は,液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)である。   As shown in FIGS. 2 and 3, the display optical system 10 includes a light source 11, a condenser lens 12, and a display element 13. The light source 11 preferably emits light of each color of R (red), G (green), and B (blue). The light source 11 is preferably composed of, for example, an RGB integrated LED panel. The light source 11 may emit monochromatic light or white light. The condensing lens 12 condenses the light from the light source 11 and supplies it to the display element 13. The display element 13 displays an image by modulating incident light according to image data. The display element 13 is preferably composed of, for example, a transmissive liquid crystal display element in which pixels serving as light transmitting regions are arranged in a matrix. Thus, an example of the display optical system 10 is a liquid crystal display (LCD).

接眼光学系20は,上記表示素子13からの映像光を光学瞳Eに導く光学系である。接眼光学系20は,例えばプリズム21を有している。プリズム21は,表示素子13からの映像光を内部で導光する導光部材である。プリズム21は,映像光の入射面21aと,全反射面21bと,射出面21cを有する形状となっている。なお,プリズム21は,単一のプリズムで構成されてもよいし,複数プリズムを組み合わせて構成されてもよい。プリズム21の入射面21aは,横方向に進行する映像光の光軸と垂直に交差する奥行き方向に設けられている。また,射出面21cは,観察者の光学瞳Eと対向するように設けられている。全反射面21bは,例えば矩形形状(長方形形状)であり,映像光の光路を直角に折り曲げる手段として機能している。具体的には,全反射面21bは,入射面21aを介してプリズム内部に入射して横方向に進行する映像光を,奥行方向の手前に全反射させる。   The eyepiece optical system 20 is an optical system that guides the image light from the display element 13 to the optical pupil E. The eyepiece optical system 20 has, for example, a prism 21. The prism 21 is a light guide member that guides the image light from the display element 13 inside. The prism 21 has a shape having an incident surface 21a for image light, a total reflection surface 21b, and an exit surface 21c. The prism 21 may be constituted by a single prism or may be constituted by combining a plurality of prisms. The incident surface 21a of the prism 21 is provided in the depth direction perpendicular to the optical axis of the image light traveling in the lateral direction. The exit surface 21c is provided so as to face the optical pupil E of the observer. The total reflection surface 21b has a rectangular shape (rectangular shape), for example, and functions as means for bending the optical path of the image light at a right angle. Specifically, the total reflection surface 21b totally reflects the image light that enters the prism through the incident surface 21a and travels in the lateral direction toward the front in the depth direction.

上記の構成によれば,光源11から射出された光は,集光レンズ12で集光されて表示素子13に入射する。光は表示素子13によって変調されて映像光となる。その後,表示素子13から射出された映像光は,接眼光学系20に入射する。接眼光学系20では,映像光が,入射面21aを介してプリズム21の内部に入射する。その後,映像光は,プリズム21の内部を横方向に沿って進行し,全反射面21bで光路が折り曲げられ奥行き方向手前に向きを変えて進行する。これにより,映像光は,プリズム21の射出面21cを介して,観察者の光学瞳Eに導かれる。このようにして,観察者は,光学瞳Eの位置で,表示素子13にて表示された映像の拡大虚像を観察することができる。   According to the above configuration, the light emitted from the light source 11 is collected by the condenser lens 12 and enters the display element 13. The light is modulated by the display element 13 to become image light. Thereafter, the image light emitted from the display element 13 enters the eyepiece optical system 20. In the eyepiece optical system 20, the image light enters the prism 21 via the incident surface 21a. Thereafter, the image light travels in the prism 21 along the horizontal direction, and the optical path is bent at the total reflection surface 21b and travels in the direction toward the depth direction. As a result, the image light is guided to the observer's optical pupil E via the exit surface 21 c of the prism 21. In this way, the observer can observe an enlarged virtual image of the image displayed on the display element 13 at the position of the optical pupil E.

すなわち,本発明のHMD100を装着すると,表示光学系10によって表示された画像が,接眼光学系20を通って観察者の光学瞳Eに届く。接眼光学系20は,プリズム21の全反射面21bの実際の位置よりも離れた位置において拡大された虚像Vを結ぶ。このようにして,観察者は,接眼光学系20によって投影された虚像Vを視認することができ,あたかも実世界の景色に重なって映像が浮かび上がっているかのように見える。   That is, when the HMD 100 of the present invention is mounted, the image displayed by the display optical system 10 reaches the observer's optical pupil E through the eyepiece optical system 20. The eyepiece optical system 20 forms an enlarged virtual image V at a position away from the actual position of the total reflection surface 21b of the prism 21. In this way, the observer can visually recognize the virtual image V projected by the eyepiece optical system 20, and it looks as if the image is superimposed on the real world scenery.

本発明のHMDは,さらに,測距部30と投影距離調整部40を備える。これにより,虚像Vの投影位置を自動的に調整するオートフォーカス機能を,HMD100に実装することができる。   The HMD of the present invention further includes a distance measuring unit 30 and a projection distance adjusting unit 40. Thereby, an autofocus function for automatically adjusting the projection position of the virtual image V can be mounted on the HMD 100.

まず,測距部30は,観察者の「視距離」を測定する機能を持つ。ここにいう「視距離」とは,観察者の光学瞳Eと対面している物体Oまでの距離,若しくは,観察者の光学瞳Eから注視点までの距離を意味する。   First, the distance measuring unit 30 has a function of measuring the “viewing distance” of the observer. The “viewing distance” here means the distance to the object O facing the observer's optical pupil E, or the distance from the observer's optical pupil E to the gazing point.

図2に示した例では,測距部30が備える測距センサ31から物体Oまでの距離までの距離を「視距離」と定義している。この場合,測距センサ31は,赤外線又は超音波などを照射・受信する装置を備えるアクティブ式のセンサであってもよいし,CCDカメラを備えるパッシブ式のセンサであってもよい。例えば,アクティブ式のセンサは,赤外線や超音波を,観察者の光学瞳Eと対面する物体Oに照射し,その反射波が戻るまでの時間や照射角度により物体Oまでの距離を検出することができる。他方,パッシブ式のセンサは,CCDカメラのレンズで捉えた画像を利用して物体Oまでの距離を測定することができる。パッシブ式で測距を行う方法としては,位相差検出方式,コントラスト検出方式,及びパッシブ外光方式など,公知の方法を利用することができる。測距センサ31は,例えば,接眼光学系20の周囲(半径20mm以内の位置)に取り付けられていることが好ましい。   In the example illustrated in FIG. 2, the distance from the distance measuring sensor 31 included in the distance measuring unit 30 to the distance from the object O is defined as “viewing distance”. In this case, the distance measuring sensor 31 may be an active sensor provided with a device that emits and receives infrared rays or ultrasonic waves, or may be a passive sensor provided with a CCD camera. For example, an active sensor irradiates an object O facing an observer's optical pupil E with infrared rays or ultrasonic waves, and detects the distance to the object O based on the time until the reflected wave returns and the irradiation angle. Can do. On the other hand, the passive sensor can measure the distance to the object O using the image captured by the lens of the CCD camera. Known methods such as a phase difference detection method, a contrast detection method, and a passive external light method can be used as a passive distance measurement method. The distance measuring sensor 31 is preferably attached, for example, around the eyepiece optical system 20 (position within a radius of 20 mm).

図2及び図2に示した例では,測距センサ31として,赤外線センサを利用している。測距センサ31は,物体Oに対して赤外線を照射し,その反射派を受信する。測距センサ31によって取得された情報は,測距部30へと送出される。測距部30は,測距センサ31を利用して得た情報を解析し,測距センサ31から物体Oまでの距離(視距離)を求める。図2において,視距離は,符号Sで示されている。   In the example shown in FIGS. 2 and 2, an infrared sensor is used as the distance measuring sensor 31. The distance measuring sensor 31 irradiates the object O with infrared rays and receives the reflection group. Information acquired by the distance measuring sensor 31 is sent to the distance measuring unit 30. The distance measuring unit 30 analyzes information obtained by using the distance measuring sensor 31 and obtains a distance (viewing distance) from the distance measuring sensor 31 to the object O. In FIG. 2, the viewing distance is indicated by a symbol S.

ただし,図示は省略するが,観察者の「視距離」は,観察者の光学瞳Eから注視点までの距離として定義されるものであってもよい。この場合,測距部30が備える測距センサ31は,光学瞳Eを観察して,その光学瞳Eの屈折力を検出するセンサであってもよい。測距部30は,測距センサ31から得られた屈折力に基づいて,光学瞳Eが焦点を合わせている注視点の位置を特定することができる。このようにして,測距部30は,観察者の光学瞳Eから注視点までの距離(視距離)を測定することも可能である。   However, although illustration is omitted, the “viewing distance” of the observer may be defined as the distance from the optical pupil E of the observer to the gazing point. In this case, the distance measuring sensor 31 provided in the distance measuring unit 30 may be a sensor that observes the optical pupil E and detects the refractive power of the optical pupil E. The distance measuring unit 30 can specify the position of the gazing point on which the optical pupil E is focused based on the refractive power obtained from the distance measuring sensor 31. In this way, the distance measuring unit 30 can also measure the distance (viewing distance) from the observer's optical pupil E to the gazing point.

測距部30により視距離の計測が行われると,その視距離に関するデータは,制御部60へと送出される。制御部60は,視距離に関するデータを,投影距離調整部40へと送出する。投影距離調整部40は,視距離に関するデータに基づいて,接眼光学系20によって投影される虚像Vの投影距離を調節することができる。   When the viewing distance is measured by the distance measuring unit 30, data related to the viewing distance is sent to the control unit 60. The control unit 60 sends data related to the viewing distance to the projection distance adjustment unit 40. The projection distance adjustment unit 40 can adjust the projection distance of the virtual image V projected by the eyepiece optical system 20 based on the data regarding the viewing distance.

図2及び図3に示されるように,例えば,投影距離調整部40は,補正レンズ41を備える。図2の例に示されるように,補正レンズ41は,表示光学系10から放出される映像光の光軸上において,表示光学系10と接眼光学系20の間に配置されることが好ましい。   As shown in FIGS. 2 and 3, for example, the projection distance adjustment unit 40 includes a correction lens 41. As shown in the example of FIG. 2, the correction lens 41 is preferably disposed between the display optical system 10 and the eyepiece optical system 20 on the optical axis of the image light emitted from the display optical system 10.

投影距離調整部40は,補正レンズ41を利用して,虚像Vの投影距離と調節する。投影距離調整部40が虚像Vの投影距離を調整する方法は,適宜公知の方法を用いることができ,特に限定されるものではない。   The projection distance adjustment unit 40 adjusts the projection distance of the virtual image V using the correction lens 41. The method by which the projection distance adjustment unit 40 adjusts the projection distance of the virtual image V can be appropriately selected from known methods, and is not particularly limited.

例えば,図2に示した例において,投影距離調整部40は,補正レンズ41を,映像光の進行方向に沿って,進退させるための機構を有している。つまり,投影距離調整部40は,補正レンズ41の物理的な位置を前後させることにより,プリズム21の全反射面21に映像光が集光する面積を調整する。このように,投影距離調整部40は,補正レンズ41の位置を調整することで,虚像Vの投影距離を調整することとしてもよい。   For example, in the example shown in FIG. 2, the projection distance adjustment unit 40 has a mechanism for moving the correction lens 41 forward and backward along the traveling direction of the image light. That is, the projection distance adjustment unit 40 adjusts the area where the image light is collected on the total reflection surface 21 of the prism 21 by moving the physical position of the correction lens 41 back and forth. As described above, the projection distance adjusting unit 40 may adjust the projection distance of the virtual image V by adjusting the position of the correction lens 41.

例えば,図示は省略するが,補正レンズ41は,液体レンズなどの可変焦点レンズであってもよい。例えば,液体レンズは,レンズホルダー(容器)内に水溶液と油を封入しており,容器の上下の電極から水溶液に電圧を加えることで水溶液と油の境界面の形状を変化させることができる。これにより,液体レンズでは,水溶液と油の境界面がレンズとなり,電圧の変化によって焦点距離を合わせることが可能となる。このように,補正レンズ41として液体レンズを用いた場合に,投影距離調整部40は,補正レンズ41が備える電極に対して印加する電圧を調整する機構を備えていればよい。このように,投影距離調整部40は,補正レンズ41(液体レンズ)の焦点位置を調整することで,虚像Vの投影距離を調整することとしてもよい。   For example, although not shown, the correction lens 41 may be a variable focus lens such as a liquid lens. For example, in a liquid lens, an aqueous solution and oil are sealed in a lens holder (container), and the shape of the boundary surface between the aqueous solution and oil can be changed by applying a voltage to the aqueous solution from the upper and lower electrodes of the container. Thereby, in the liquid lens, the boundary surface between the aqueous solution and the oil becomes a lens, and the focal length can be adjusted by changing the voltage. Thus, when a liquid lens is used as the correction lens 41, the projection distance adjustment unit 40 only needs to include a mechanism for adjusting the voltage applied to the electrode provided in the correction lens 41. As described above, the projection distance adjustment unit 40 may adjust the projection distance of the virtual image V by adjusting the focal position of the correction lens 41 (liquid lens).

その他,図示は省略するが,投影距離調整部40は,焦点位置(屈曲率)の異なる複数の補正レンズ41を備えていてもよい。そして,投影距離調整部40は,表示光学系10と接眼光学系20の間に差し込むレンズの種類を物理的に変えることで,虚像Vの投影距離を調整することとしてもよい。   In addition, although illustration is omitted, the projection distance adjustment unit 40 may include a plurality of correction lenses 41 having different focal positions (flexibility). Then, the projection distance adjustment unit 40 may adjust the projection distance of the virtual image V by physically changing the type of lens inserted between the display optical system 10 and the eyepiece optical system 20.

以上のように,投影距離調整部40は,測距部30によって測定された視距離に関するデータに基づいて,虚像Vの投影距離を自動的に調整することができる。   As described above, the projection distance adjustment unit 40 can automatically adjust the projection distance of the virtual image V based on the data regarding the viewing distance measured by the distance measurement unit 30.

さらに,本発明のHMD100は,観察者の視野方向の変動を検出する視野変動検出部50を備えている。視野変動検出部50は,観察者の視野方向の変動を検出すると,その旨の情報を,制御部60へと送出する。制御部60は,視野変動検出部50から情報を受信したときにだけ,測距部30に対して,視距離の測定を開始するように命令信号を送る。測距部30は,制御部60から命令信号を受信しない限り,視距離の測定を行わない。これにより,測距部30が常に視距離の測定を行い続けることを防止できるため,HMD100が備えるバッテリー(図示省略)の消費を抑制することが可能となる。   Furthermore, the HMD 100 of the present invention includes a visual field fluctuation detection unit 50 that detects fluctuations in the observer's visual field direction. When the visual field fluctuation detection unit 50 detects the fluctuation of the observer's visual field direction, the visual field fluctuation detection unit 50 sends information to that effect to the control unit 60. Only when information is received from the visual field fluctuation detection unit 50, the control unit 60 sends a command signal to the distance measurement unit 30 so as to start measuring the visual distance. The distance measuring unit 30 does not measure the viewing distance unless it receives a command signal from the control unit 60. Accordingly, it is possible to prevent the distance measuring unit 30 from continuously measuring the viewing distance, and thus it is possible to suppress consumption of a battery (not shown) provided in the HMD 100.

図2及び図3に示した実施形態において,視野変動検出部50は,ジャイロセンサ51と加速度センサ52を備えている。また,視野変動検出部50は,輝度センサ53を備えていてもよい。これらのジャイロセンサ51,加速度センサ52,及び輝度センサ53は,HMD100のどの位置に取り付けられていてもよいが,例えば,表示光学系10や接眼光学系20の周囲に配置されていることが好ましい。ジャイロセンサ51,加速度センサ52,及び輝度センサ53は,公知のセンサであるため,適宜公知のものを用いればよい。   In the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, the visual field fluctuation detection unit 50 includes a gyro sensor 51 and an acceleration sensor 52. The visual field fluctuation detection unit 50 may include a luminance sensor 53. The gyro sensor 51, the acceleration sensor 52, and the luminance sensor 53 may be attached at any position of the HMD 100, but are preferably arranged around the display optical system 10 and the eyepiece optical system 20, for example. . Since the gyro sensor 51, the acceleration sensor 52, and the luminance sensor 53 are known sensors, known sensors may be used as appropriate.

具体的に説明すると,ジャイロセンサ51は,HMD100に設定された3軸回りの角速度をそれぞれ検出し,検出した角速度を示す角速度値を視野変動検出部50に送出する。ジャイロセンサ51が検出する角速度値は,HMD100自体の向き(傾斜角度)や動きに対応して変化している。このため,視野変動検出部50は,ジャイロセンサ51により取得された角速度値を用いて,HMD100の向きや動きを算出することができる。   More specifically, the gyro sensor 51 detects the angular velocities around the three axes set in the HMD 100 and sends an angular velocity value indicating the detected angular velocities to the visual field fluctuation detection unit 50. The angular velocity value detected by the gyro sensor 51 changes in accordance with the direction (inclination angle) and movement of the HMD 100 itself. For this reason, the visual field fluctuation detection unit 50 can calculate the direction and movement of the HMD 100 using the angular velocity value acquired by the gyro sensor 51.

また,加速度センサ52は,HMD100に生じる加速度(重力加速度を含む)を検出し,検出した加速度を示す加速度値を視野変動検出部50に送出する。加速度センサ52が検出する加速度値は,HMD100自体の向き(傾斜角度)や動きに対応して変化する。このため,視野変動検出部50は,加速度センサ52により取得された加速度値を用いて,HMD100の向きや動きを算出することができる。   Further, the acceleration sensor 52 detects acceleration (including gravitational acceleration) generated in the HMD 100 and sends an acceleration value indicating the detected acceleration to the visual field fluctuation detection unit 50. The acceleration value detected by the acceleration sensor 52 changes according to the direction (tilt angle) and movement of the HMD 100 itself. For this reason, the visual field fluctuation detection unit 50 can calculate the orientation and movement of the HMD 100 using the acceleration value acquired by the acceleration sensor 52.

また,輝度センサ53は,HMD100の周囲の外光の輝度(明度を含む)を検出し,検出した輝度を示す輝度値を視野変動検出部50に送出する。輝度センサ53が検出する輝度値は,HMD100の周囲の光量などに応じて変化する。このため,視野変動検出部50は,輝度センサ53により取得された輝度値を用いて,HMD100の周囲の空間の明るさ算出することができる。   In addition, the luminance sensor 53 detects the luminance (including lightness) of external light around the HMD 100 and sends a luminance value indicating the detected luminance to the visual field fluctuation detection unit 50. The luminance value detected by the luminance sensor 53 changes according to the amount of light around the HMD 100 and the like. Therefore, the visual field fluctuation detection unit 50 can calculate the brightness of the space around the HMD 100 using the brightness value acquired by the brightness sensor 53.

視野変動検出部50は,上述したジャイロセンサ51,加速度センサ52,又は輝度センサ53により取得された各種の値の変化に基づいて,観察者の視野の変動を検出することができる。例えば,視野変動検出部50は,ジャイロセンサ51により検出される角速度値が,ある基準値に対して所定の閾値以上変化したときに,観察者の視野変動があったものと判断することができる。また,例えば,視野変動検出部50は,加速度センサ52により検出される加速度値が,ある基準値に対して所定の閾値以上変化したときに,観察者の視野変動があったものと判断することができる。同様に,視野変動検出部50は,輝度センサ53により検出される輝度値が,ある基準値に対して所定の閾値以上変化したときに,観察者の視野変動があったものと判断することができる。
また,視野変動検出部50は,これらのセンサ51〜53により検出されるデータを単一で用いるだけでなく,これらのデータを適宜組み合わせて,視野変動を検出することとしてもよい。
The visual field fluctuation detection unit 50 can detect fluctuations in the visual field of the observer based on changes in various values acquired by the gyro sensor 51, the acceleration sensor 52, or the luminance sensor 53 described above. For example, the visual field fluctuation detection unit 50 can determine that there is an observer's visual field fluctuation when the angular velocity value detected by the gyro sensor 51 changes by a predetermined threshold or more with respect to a certain reference value. . In addition, for example, the visual field fluctuation detection unit 50 determines that there is a visual field fluctuation of the observer when the acceleration value detected by the acceleration sensor 52 changes by a predetermined threshold or more with respect to a certain reference value. Can do. Similarly, the visual field fluctuation detection unit 50 can determine that there has been an observer's visual field fluctuation when the luminance value detected by the luminance sensor 53 changes by a predetermined threshold or more with respect to a certain reference value. it can.
The visual field fluctuation detection unit 50 may detect not only visual field fluctuations by appropriately combining these data, but also using the data detected by these sensors 51 to 53 alone.

例えば,ジャイロセンサ51及び加速度センサ52によって取得される角速度値と加速度値が変化するということは,観察者の頭部が向きを変えたり動いたりしたことを意味する。このため,観察者の頭部が向きを変えると,当然に,観察者の視野方向も変動する。そして,観察者の視野方向が変動すると,観察者の視距離も変化したと推測できる。このため,ジャイロセンサ51と加速度センサ52から得られたデータを,観察者の視距離の測定の契機として利用することで,適切なタイミング(観察者の視認する物体が変化したタイミング)で,シ距離の測定を行うことができる。   For example, the change in the angular velocity value and the acceleration value acquired by the gyro sensor 51 and the acceleration sensor 52 means that the head of the observer has changed direction or moved. For this reason, when the observer's head changes its direction, the observer's visual field direction naturally changes. It can be assumed that the viewing distance of the observer has changed when the viewing direction of the observer has changed. For this reason, by using the data obtained from the gyro sensor 51 and the acceleration sensor 52 as a trigger for measuring the viewing distance of the observer, at an appropriate timing (timing when the object visually recognized by the observer changes), Distance measurements can be made.

また,輝度センサ53によって取得される輝度値が変化するということは,観察者の周りの環境の明るさが変わったことを意味する。このように,輝度センサ53によって得られる情報を利用することで,例えば観察者の頭部の位置に変動はないものの,観察者の視界が開けたときに,その観察者の視距離を測定することができる。例えば,観察者が車に乗っていて窓の外を見つめているような状況において,暗いトンネルの中から明るい外に出たようなときに,観察者の視界が開けて,より遠くの物体を見つめるようになるということが想定される。このため,HMD周囲の輝度に一定以上の変化があった時に,観察者の視距離を測定することで,虚像の投影位置を適切な位置に調節することが可能となる。   Also, the change in the brightness value acquired by the brightness sensor 53 means that the brightness of the environment around the observer has changed. In this way, by using the information obtained by the luminance sensor 53, for example, although the position of the observer's head is not changed, the viewing distance of the observer is measured when the observer's field of view is opened. be able to. For example, in a situation where an observer is in a car and stares out of a window, the observer's field of view opens up when he or she goes out of a dark tunnel and looks farther away. It is assumed that they will come to stare. For this reason, when the luminance around the HMD changes more than a certain level, the projection distance of the virtual image can be adjusted to an appropriate position by measuring the viewing distance of the observer.

さらに,視野変動検出部50は,上記センサ51〜53によって一定の閾値以上の変化が検出され,且つ,その後一定の閾値以上の変化が検出されない時間が所定時間継続したときに,観察者の視野方向の変動があったと判断することとしてもよい。例えば,ジャイロセンサ51を例に挙げて説明すると,視野変動検出部50は,HMD100の向きが一定の閾値以上変化した後,HMD100の向きが所定時間変化しなかった場合にのみ,視野方向の変動があったと判断する。すなわち,ジャイロセンサ51によって検知されるデータが,連続的に繰り返し変化しているときに,何度も視距離の測距を行うと,虚像の投影距離もすぐに変化してしまうようになり,却って観察者が虚像を視認しづらくなる。他方,観察者がある物体(建物や本)をじっくり視ているときには,ジャイロセンサ51によって取得される角速度値は,所定時間変化しないものと考えられる。このようなときにだけ,観察者の視距離を測定して虚像の投影距離を調節することで,観察者に対して適切に胸像を視認させることが可能となる。ここにいう,「所定時間」は,観察者が物体を見つめる時間であり,例えば0.5秒〜6秒,1秒〜5秒,2秒〜4秒とすればよい。   Further, the visual field fluctuation detection unit 50 detects the visual field of the observer when a change of a certain threshold value or more is detected by the sensors 51 to 53 and a time during which no change of the certain threshold value or more is subsequently detected continues for a predetermined time. It may be determined that the direction has changed. For example, the gyro sensor 51 will be described as an example. The visual field fluctuation detection unit 50 changes the visual field direction only when the direction of the HMD 100 does not change for a predetermined time after the direction of the HMD 100 changes by a predetermined threshold value or more. Judge that there was. That is, when the data detected by the gyro sensor 51 continuously and repeatedly changes, if the visual distance is measured many times, the projection distance of the virtual image also changes immediately. On the contrary, it becomes difficult for the observer to visually recognize the virtual image. On the other hand, it is considered that the angular velocity value acquired by the gyro sensor 51 does not change for a predetermined time when the observer is looking closely at an object (building or book). Only in such a case, by measuring the viewing distance of the observer and adjusting the projection distance of the virtual image, it becomes possible to cause the observer to visually recognize the chest image appropriately. Here, the “predetermined time” is a time for the observer to look at the object, and may be, for example, 0.5 to 6 seconds, 1 to 5 seconds, or 2 to 4 seconds.

以上,視野変動検出部50の好ましい形態について説明を行ったが,視野変動検出部50が観察者の視野変動を検出する形態は,上述した形態に限定されるものではない。例えば,視野変動検出部50は,観察者の黒眼の動きをトレースするセンサを有していてもよい。この場合,視野変動検出部50は,観察者の眼の黒眼が動いたときに,観察者の視野変動があったものと判断することができる。   The preferred form of the visual field fluctuation detection unit 50 has been described above, but the form in which the visual field fluctuation detection unit 50 detects the observer's visual field fluctuation is not limited to the above-described form. For example, the visual field fluctuation detection unit 50 may include a sensor that traces the movement of the observer's black eyes. In this case, the visual field fluctuation detection unit 50 can determine that the visual field fluctuation of the observer has occurred when the black eye of the observer's eye moves.

視野変動検出部50は,上記のようにして,上記センサ51〜53から得られたデータの変化に基づいて,観察者の視野の変動が発生したと判断すると,その旨の信号を制御部60へと送出する。制御部60は,視野変動検出部50から信号を受信したときにだけ,測距部30に対して,視距離の測定を開始する命令信号を送出する。測距部30は,測距センサ31を利用して,観察者の視距離の測定を行い,制御部60へと伝達する。制御部60は,測距部30から得られた視距離に関するデータを,投影距離調整部40へと送出する。投影距離調整部40は,視距離に関するデータに基づいて,補正レンズ41を制御することで,接眼光学系20によって投影される虚像Vの投影距離を調整する。このようにして,本発明によれば,観察者の視野方向が変化した適切なタイミングで,観察者の視距離の測定を行い,虚像投影距離を調節することが可能となる。   When the visual field fluctuation detection unit 50 determines that the observer's visual field fluctuation has occurred based on the change in the data obtained from the sensors 51 to 53 as described above, the control unit 60 sends a signal to that effect. To send to. Only when a signal is received from the visual field fluctuation detection unit 50, the control unit 60 sends a command signal for starting the measurement of the visual distance to the distance measurement unit 30. The distance measurement unit 30 uses the distance measurement sensor 31 to measure the viewing distance of the observer and transmits it to the control unit 60. The control unit 60 sends data regarding the viewing distance obtained from the distance measuring unit 30 to the projection distance adjusting unit 40. The projection distance adjustment unit 40 adjusts the projection distance of the virtual image V projected by the eyepiece optical system 20 by controlling the correction lens 41 based on the data regarding the viewing distance. In this way, according to the present invention, it is possible to measure the viewing distance of the observer and adjust the virtual image projection distance at an appropriate timing when the viewing direction of the observer has changed.

以上,本願明細書では,本発明の内容を表現するために,図面を参照しながら本発明の実施形態の説明を行った。ただし,本発明は,上記実施形態に限定されるものではなく,本願明細書に記載された事項に基づいて当業者が自明な変更形態や改良形態を包含するものである。   As mentioned above, in this specification, in order to express the content of this invention, embodiment of this invention was described, referring drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes modifications and improvements obvious to those skilled in the art based on the matters described in the present specification.

本発明は,観察者の頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイなどの虚像表示装置に関するものである。このため,本発明はヘッドマウントディスプレイの製造産業において好適に利用することができる。     The present invention relates to a virtual image display device such as a head mounted display mounted on an observer's head. For this reason, this invention can be utilized suitably in the manufacture industry of a head mounted display.

10…表示光学系 11…光源 12…集光レンズ
13…表示素子 20…接眼光学系 21…プリズム
21a…入射面 21b…全反射面 21c…射出面
30…測距部 31…測距センサ 40…投影距離調整部
41…補正レンズ 50…視野変動検出部 51…ジャイロセンサ
52…加速度センサ 53…明度センサ 60…制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Display optical system 11 ... Light source 12 ... Condensing lens 13 ... Display element 20 ... Eyepiece optical system 21 ... Prism 21a ... Incident surface 21b ... Total reflection surface 21c ... Outgoing surface 30 ... Distance measuring unit 31 ... Distance sensor 40 ... Projection distance adjustment unit 41 ... correction lens 50 ... field-of-view variation detection unit 51 ... gyro sensor 52 ... acceleration sensor 53 ... lightness sensor 60 ... control unit

Claims (4)

映像を表示する表示光学系(10)と,
前記表示光学系(10)によって表示された映像を虚像として投影する接眼光学系(20)と,
観察者の眼と対面している物体まで又は当該観察者の注視点までの視距離を測定する測距部(30)と,
前記測距部(30)により測定された前記視距離に基づいて,前記接眼光学系(20)によって投影される虚像の投影距離を調整する投影距離調整部(40)と,
前記観察者の視野方向の変動を検出する視野変動検出部(50)と,
前記視野変動検出部(50)によって前記観察者の視野方向の変動が検出されたときに,前記測距部(30)に対して,前記視距離の測定を開始させる制御信号を送出する制御部(60)と,を備える
虚像表示装置。
A display optical system (10) for displaying an image;
An eyepiece optical system (20) for projecting the image displayed by the display optical system (10) as a virtual image;
A distance measuring unit (30) for measuring a visual distance to an object facing the observer's eye or to the observer's gazing point;
A projection distance adjustment unit (40) for adjusting a projection distance of a virtual image projected by the eyepiece optical system (20) based on the viewing distance measured by the distance measurement unit (30);
A visual field fluctuation detection unit (50) for detecting fluctuations in the visual field direction of the observer;
A control unit that sends a control signal for starting the measurement of the viewing distance to the distance measuring unit (30) when the visual field variation detecting unit (50) detects a change in the visual field direction of the observer. (60) A virtual image display device comprising:
前記視野変動検出部(50)は,
ジャイロセンサ(51)及び加速度センサ(52)の両方又はいずれか一方のセンサを有し,
前記センサによって一定の閾値以上の変化が検出されたときに,前記観察者の視野方向の変動があったと判断する
請求項1に記載の虚像表示装置。
The visual field fluctuation detection unit (50)
And / or a gyro sensor (51) and / or an acceleration sensor (52),
The virtual image display device according to claim 1, wherein when the sensor detects a change that is equal to or greater than a certain threshold, there is a change in the viewing direction of the observer.
前記視野変動検出部(50)は,
前記センサによって一定の閾値以上の変化が検出され,且つ,その後一定の閾値以上の変化が検出されない時間が所定時間継続したときに,前記観察者の視野方向の変動があったと判断する
請求項2に記載の虚像表示装置。
The visual field fluctuation detection unit (50)
3. A change in the viewing direction of the observer is determined when a change of a certain threshold value or more is detected by the sensor and a time when a change of a certain threshold value or more is not detected thereafter continues for a predetermined time. The virtual image display device described in 1.
前記視野変動検出部(50)は,
輝度センサ(53)を有し,
前記輝度センサ(53)によって一定の閾値以上の輝度の変化が検出されたときに,前記観察者の視野方向の変動があったと判断する
請求項1から請求項3のいずれかに記載の虚像表示装置。
The visual field fluctuation detection unit (50)
Having a luminance sensor (53),
The virtual image display according to any one of claims 1 to 3, wherein when the luminance sensor (53) detects a change in luminance equal to or greater than a certain threshold value, there is a change in the viewing direction of the observer. apparatus.
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