JP2015087523A - 頭部装着型表示装置、頭部装着型表示装置の制御方法、および、画像表示システム - Google Patents
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Abstract
Description
A.実施形態:
A−1.撮像システムの構成:
A−2.頭部装着型表示装置の構成:
A−3.被写体の位置画像表示処理:
B.他の実施形態:
C.変形例:
A−1.撮像システムの構成:
図2は、頭部装着型表示装置100の外観構成を示す説明図である。頭部装着型表示装置100は、頭部に装着する表示装置であり、ヘッドマウントディスプレイ(Head Mounted Display、HMD)とも呼ばれる。本実施形態の頭部装着型表示装置100は、使用者USが、虚像を視認すると同時に外景も直接視認可能な光学透過型の頭部装着型表示装置である。なお、本明細書では、頭部装着型表示装置100によって使用者USが視認する虚像を便宜的に「表示画像」とも呼ぶ。また、画像データに基づいて生成された画像光を射出することを「画像を表示する」ともいう。
(1)被写体OBがカメラ61の画角の範囲に含まれている状態。
(2)被写体OBがカメラ61の画角の範囲に含まれず、かつ、使用者USの視野VRに含まれている状態。
(3)被写体OBが使用者USの視野VRに含まれていない状態。
なお、使用者USの視野角は、左右のそれぞれが100度、上が50度、下が75度、と予め設定されており、カメラ61の画角よりも広い。使用者USの視線方向と被写体方向とがなす角度が使用者USの視野角の範囲を超えると、方向判定部161は、被写体OBが使用者USの視野VRに含まれていないと判定する。
図5は、被写体OBの位置画像表示処理の流れを示す説明図である。位置画像表示処理は、使用者USに被写体OBの位置を認識させるために、被写体OBの位置を示す画像を使用者USに視認させる処理である。図6は、使用者USが視認する視野VRの一例を示す説明図である。図6には、運動会において、使用者USが画像表示部20を装着した状態で、画像表示部20を透過して使用者USに視認される被写体OBを含む外景SCが示されている。なお、図6に示す最大画像表示領域PNは、画像表示部20が生成した画像を表示できる最大の領域である。なお、最大画像表示領域PNの外郭を示す実線は、本実施形態を説明するために示したものであり、実際には表示されていないため、使用者USには視認されない。本実施形態における最大画像表示領域PNは、横の画素数が960であり、縦の画素数が540であるが、他の実施形態では異なる画素数であってもよい。最大画像表示領域PNは、請求項における画像形成領域に相当する。
図15は、他の実施形態における頭部装着型表示装置100bの外観構成を示す説明図である。図16は、他の実施形態における頭部装着型表示装置100bの構成を機能的に示す説明図である。図15および図16に示すように、他の実施形態では、画像表示部20bが右眼撮像カメラ37と左眼撮像カメラ38とを備える点、および、CPU140bが画像補正部148を有する点が第1実施形態と異なる。右眼撮像カメラ37および左眼撮像カメラ38(以降、「眼撮像カメラ37,38」とも呼ぶ)は、使用者USの右眼および左眼のそれぞれを撮像する小型のCCDカメラである。画像補正部148は、カメラ61によって撮像された画像のブレを光学式または電子式に補正することで、画像にブレがないように修正する。
なお、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
上記実施形態では、図12に示すように、鳥瞰図VI1および撮像画像VI2が最大画像表示領域PNを9分割した場合の右下の領域に表示される態様としたが、鳥瞰図VI1および撮像画像VI2が表示される領域については、種々変形可能である。図13は、使用者USが視認する視野VRの一例を示す説明図である。図13では、上記実施形態における図12に示した図と異なり、最大画像表示領域PNにおける撮像画像VI2が表示される位置が異なる。この変形例の頭部装着型表示装置100では、制御部10は、最大画像表示領域PNにおいて撮像画像VI2が表示される位置を、特定した画像表示部20と被写体位置特定装置500の位置関係に基づいて、最大画像表示領域PNにおける被写体OBに重ならない位置に設定する。そのため、この変形例の頭部装着型表示装置100では、使用者USは、外景SCの被写体OBを常に視認でき、使用者USの利便性が向上する。
上記実施形態では、使用者USに対する被写体OBの相対位置に基づいて、最大画像表示領域PNに表示される被写体OBの位置を示す画像および最大画像表示領域PNにおける画像の位置が変更されたが、画像および画像を表示する位置についてはこれに限られず、種々変形可能である。図14は、使用者USが視認する視野VRの一例を示す説明図である。図14に示すように、最大画像表示領域PNの中心を含む部分に、被写体OBの位置を示す画像である矢印MK4が表示されている。図14では、使用者USの視野VRに被写体OBが含まれておらず、矢印MK4によって被写体OBが使用者USの右側にいることが示されている。この変形例の頭部装着型表示装置100では、使用者USの視野VRに被写体OBが含まれている場合には、最大画像表示領域PNに、上記実施形態における矢印MK3のような画像を表示しない。被写体OBが視野VRに含まれていない場合のみ、最大画像表示領域PNにおける同じ位置である中心に被写体OBの方向を示す矢印の画像を表示する。
上記実施形態では、被写体OBの位置が被写体位置特定装置500によって特定され、画像表示部20と被写体位置特定装置500との相対位置が特定されたが、被写体OBの位置を特定する方法はこれに限られず、種々変形可能である。例えば、画像表示部20と被写体位置特定装置500との相対位置ではなく、単に被写体位置特定装置500の位置が特定されてもよいし、画像表示部20と被写体位置特定装置500との位置が別々に特定されてもよい。また、GPS衛星を用いずに、頭部装着型表示装置100と一対一対応の特定の周波数を発信する発信機を被写体OBに携帯させることで、被写体OBの位置が特定されてもよい。具体的な通信方法としては、無線LAN、Bluetooth(登録商標)、4G携帯通信等がある。また、被写体OBが携帯または装着しているGPS機能が搭載された携帯端末(例えば、スマートフォン)や時計によって、被写体OBの位置が特定されてもよい。なお、本明細書における相対位置とは、単に画像表示部20と被写体位置特定装置500との位置のみならず、画像表示部20および被写体位置特定装置500の向き等の位置情報を含む。
上記実施形態では、制御部10が無線通信部132を介して被写体位置特定装置500の位置情報を取得し、GPSモジュール134によって画像表示部20の位置を特定したが、使用者USに対する被写体OBの相対位置を特定する方法はこれに限らず、種々変形可能である。例えば、屋内で行なわれる一定範囲でのイベントにおいて、複数の頭部装着型表示装置100の使用者USの位置を特定する位置情報を、サーバーに一時的に保管して、サーバーから個々の使用者USへと各使用者USの位置情報を送信してもよい。
上記実施形態では、カメラ61が画像表示部20に固定されて配置されたが、カメラ61の配置および態様についてはこれに限られず、種々変形可能である。例えば、カメラ61は、画像表示部20に形成されるものの、画像表示部20に対して、向きが変えられる態様であってもよい。この変形例の頭部装着型表示装置100では、カメラ61の画角の範囲に被写体OBが含まれなくなった場合に、被写体OBを自動追尾で録画しながら、カメラ61の画角の範囲に被写体OBが含まれなくなったことを使用者USに知らせることができる。また、カメラ61は、制御部10に配置されてもよいし、制御部10や画像表示部20とは別体で、例えば、使用者USが装着するヘルメットの上部等に配置されてもよい。
上記他の実施形態では、特定された使用者USの視線方向に基づいて撮像範囲のズーム制御が行なわれたが、撮像範囲のズーム制御は使用者USの視線方向に基づいて行なわれなくてもよい。例えば、撮像範囲のズーム制御は、特定された被写体OBの位置に基づいて行なわれてもよい。この変形例では、制御部10bは、被写体OBの位置を中心として、撮像範囲の拡大または縮小を行なう。そのため、この変形例の頭部装着型表示装置では、撮像対象である被写体OBと使用者USの視線方向とが一致していなくても、被写体OBを撮像できる。
上記実施形態では、操作部135が操作を受け付けることにより、頭部装着型表示装置100が制御されたが、頭部装着型表示装置100が制御される方法は、これに限られず、種々変形可能である。例えば、変形例では、マイク63が使用者USの音声を取得し、音声処理部170が取得された使用者USの音声を処理して、制御部10がその処理結果に基づいて頭部装着型表示装置100を制御してもよい。この変形例の頭部装着型表示装置100では、使用者USの音声に基づいて頭部装着型表示装置100制御されるため、使用者USは手を使わずに頭部装着型表示装置100を制御でき、使用者USの利便性が向上する。
図21は、変形例における頭部装着型表示装置の外観構成を示す説明図である。図21(A)の例の場合、図2に示した頭部装着型表示装置100との違いは、画像表示部20cが、右光学像表示部26に代えて右光学像表示部26cを備える点と、左光学像表示部28に代えて左光学像表示部28cを備える点である。右光学像表示部26cは、上記実施形態の光学部材よりも小さく形成され、頭部装着型表示装置100cの装着時における使用者USの右眼の斜め上に配置されている。同様に、左光学像表示部28cは、上記実施形態の光学部材よりも小さく形成され、頭部装着型表示装置100cの装着時における使用者USの左眼の斜め上に配置されている。図21(B)の例の場合、図1に示した頭部装着型表示装置100との違いは、画像表示部20dが、右光学像表示部26に代えて右光学像表示部26dを備える点と、左光学像表示部28に代えて左光学像表示部28dを備える点である。右光学像表示部26dは、上記実施形態の光学部材よりも小さく形成され、ヘッドマウントディスプレイの装着時における使用者USの右眼の斜め下に配置されている。左光学像表示部28dは、上記実施形態の光学部材よりも小さく形成され、ヘッドマウントディスプレイの装着時における使用者USの左眼の斜め下に配置されている。このように、光学像表示部は使用者USの眼の近傍に配置されていれば足りる。また、光学像表示部を形成する光学部材の大きさも任意であり、光学像表示部が使用者USの眼の一部分のみを覆う態様、換言すれば、光学像表示部が使用者USの眼を完全に覆わない態様の頭部装着型表示装置100として実現できる。
例えば、画像光生成部は、有機EL(有機エレクトロルミネッセンス、Organic Electro-Luminescence)のディスプレイと、有機EL制御部とを備える構成としても良い。また、例えば、画像生成部は、LCDに代えて、LCOS(Liquid crystal on silicon, LCoS は登録商標)や、デジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。また、例えば、レーザー網膜投影型のヘッドマウントディスプレイに対して本発明を適用することも可能である。レーザー網膜投影型の場合、「画像光生成部における画像光の射出可能領域」とは、使用者USの眼に認識される画像領域として定義することができる。
上記実施形態における頭部装着型表示装置100の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、制御部10に設けられた方向キー16やトラックパッド14の一方を省略したり、方向キー16やトラックパッド14に加えてまたは方向キー16やトラックパッド14に代えて操作用スティック等の他の操作用インターフェイスを設けたりしてもよい。また、制御部10は、キーボードやマウス等の入力デバイスを接続可能な構成であり、キーボードやマウスから入力を受け付けるものとしてもよい。
11…決定キー
12…点灯部
13…表示切替キー
14…トラックパッド
15…輝度切替キー
16…方向キー
17…メニューキー
18…電源スイッチ
20…画像表示部
21…右保持部
22…右表示駆動部
23…左保持部
24…左表示駆動部
26…右光学像表示部
28…左光学像表示部
30…イヤホンプラグ
32…右イヤホン
34…左イヤホン
37…右眼撮像カメラ(視線方向特定部)
38…左眼撮像カメラ(視線方向特定部)
40…接続部
42…右コード
44…左コード
46…連結部材
48…本体コード
51…送信部
52…送信部
53…受信部
54…受信部
61…カメラ(撮像部)
63…マイク(音声取得部)
66…9軸センサー(動き検出部)
100…頭部装着型表示装置
110…入力情報取得部
120…記憶部
130…電源
132…無線通信部
134…GPSモジュール
135…操作部
140…CPU
142…画像判定部(視線方向特定部)
148…画像補正部(補正部)
150…オペレーティングシステム
160…画像処理部
161…方向判定部(判定部)
170…音声処理部
180…インターフェイス
190…表示制御部
201…右バックライト制御部
202…左バックライト制御部
211…右LCD制御部
212…左LCD制御部
221…右バックライト
222…左バックライト
241…右LCD
242…左LCD
251…右投写光学系
252…左投写光学系
261…右導光板
262…左導光板
500…被写体位置特定装置(対象位置情報送信装置)
1000…撮像システム(画像表示システム)
OA…外部機器
OB…被写体(特定の対象物)
SC…外景
IL…照明光
PL…画像光
PN…最大画像表示領域(画像形成領域)
AP…先端部
VR…視野
US…使用者
ey…視野範囲
VI1…鳥瞰図(対象方向推定画像)
VI2,VI3…撮像画像
MK1,MK2,MK4…矢印(対象方向推定画像)
MK3…矢印(対象位置表示画像)
RA1,RA2…外枠
Claims (18)
- 透過型の頭部装着型表示装置であって、
使用者の頭部に装着された状態において、画像データに基づいて画像を形成し、形成された画像を虚像として使用者に視認させる画像表示部と、
前記画像表示部に対する特定の対象物の位置である対象位置を特定する位置特定部と、
前記位置特定部が特定した前記対象位置に基づいて、前記画像表示部に対して、前記対象位置を示す対象位置表示画像を形成させると共に、前記画像表示部が画像を形成する領域である画像形成領域における前記対象位置表示画像の位置を設定する制御部と、を備える、頭部装着型表示装置。 - 請求項1に記載の頭部装着型表示装置であって、さらに、
使用者の視線方向を含む所定の範囲の外景を撮像する撮像部を備える、頭部装着型表示装置。 - 請求項2に記載の頭部装着型表示装置であって、さらに、
前記撮像部が撮像する前記所定の範囲である撮像方向範囲に前記特定の対象物が含まれているかを判定する判定部を備え、
前記制御部は、前記判定部が前記撮像方向範囲に前記特定の対象物が含まれていると判定した場合には、前記対象位置に基づいて、前記画像表示部に対して、前記対象位置表示画像を形成させると共に、前記画像形成領域における前記対象位置表示画像の位置を設定し、前記判定部が前記撮像方向範囲に前記特定の対象物が含まれていないと判定した場合には、前記対象位置に基づいて、前記画像表示部に対して、前記対象表示特定画像を前記画像表示部から前記特定の対象物への方向を示す画像である対象方向推定画像として形成させると共に、前記画像形成領域における前記対象方向推定画像の位置を設定する、頭部装着型表示装置。 - 請求項3に記載の頭部装着型表示装置の頭部装着型表示装置であって、
前記対象方向推定画像は、前記対象位置を示す画像を含む、頭部装着型表示装置。 - 請求項2から請求項4までのいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記制御部は、前記画像表示部に対して、前記撮像部が撮像した撮像画像を前記画像形成領域よりも小さい領域の画像となるように形成させる、頭部装着型表示装置。 - 請求項5に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記制御部は、前記視線方向と、前記画像表示部から前記特定の対象物への方向とがなす角度に基づいて、前記画像形成領域における前記撮像画像の位置を設定する、頭部装着型表示装置。 - 請求項5または請求項6に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記制御部は、前記画像形成領域における前記撮像画像の位置を、前記画像形成領域における中心を除く部分に設定する、頭部装着型表示装置。 - 請求項2から請求項7までのいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記制御部は、前記対象位置に基づいて前記画像表示部と前記特定の対象物との距離を特定し、前記画像表示部に対して、特定した前記距離を示す画像を形成させる、頭部装着型表示装置。 - 請求項2から請求項8までのいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、さらに、
前記特定の対象物を示す画像である対象画像を記憶すると共に、前記撮像部が撮像した撮像画像に前記対象画像が含まれているかを判定する画像判定部を備え、
前記位置特定部は、前記撮像画像に前記対象画像が含まれていると判定された場合には前記対象位置を特定し、前記撮像画像に前記対象画像が含まれていないと判定された場合には前記対象位置を特定しない、頭部装着型表示装置。 - 請求項2から請求項9までのいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、さらに、
前記撮像部が撮像する前記所定の範囲である撮像方向範囲に前記特定の対象物が含まれているかを判定する判定部を備え、
前記制御部は、前記判定部が前記撮像方向範囲に前記特定の対象物が含まれていると判定した場合には、前記画像表示部に、前記対象位置に基づいて設定される前記所定の範囲を拡大または縮小した画像を形成させる、頭部装着型表示装置。 - 請求項2から請求項10までのいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、さらに、
使用者の視線方向を特定する視線方向特定部を備え、
前記制御部は、前記画像表示部に、特定された前記視線方向に基づいて設定されると共に前記撮像部に撮像される前記所定の範囲を拡大または縮小した画像を形成させる、頭部装着型表示装置。 - 請求項2から請求項11までのいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記制御部は、前記画像表示部に、前記撮像部が撮像する前記所定の範囲を示す画像を形成させる、頭部装着型表示装置。 - 請求項2から請求項12までのいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、さらに、
音声を取得する音声取得部を備え、
前記制御部は、取得された音声に基づいて前記撮像部を制御する、頭部装着型表示装置。 - 請求項2から請求項13までのいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、さらに、
使用者の眼を撮像する眼撮像部を備え、
前記制御部は、撮像された使用者の眼の状態に基づいて前記撮像部を制御する、頭部装着型表示装置。 - 請求項2から請求項14までのいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、さらに、
前記撮像部が撮像した画像における画像振れを補正する補正部を備える、頭部装着型表示装置。 - 請求項2から請求項15までのいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、さらに、
前記画像表示部の動きと、重力方向に対する前記画像表示部の傾きである表示部傾きと、を検出する動き検出部と、
検出された前記画像表示部の動きと前記表示部傾きとに基づいて、重力方向に対する前記撮像部が撮像した画像の傾きを補正する補正部を備える、頭部装着型表示装置。 - 使用者の頭部に装着された状態において、画像データに基づいて画像を形成し、形成した画像を虚像として使用者に視認させる画像表示部を有する透過型の頭部装着型表示装置の制御方法であって、
前記画像表示部に対する特定の対象物の位置である対象位置を特定する工程と、
特定された前記対象位置に基づいて、前記画像表示部に対して、前記対象位置を示す対象位置表示画像を形成させると共に、前記画像表示部が画像を形成する領域である画像形成領域における前記対象位置表示画像の位置を設定する工程と、を備える、制御方法。 - 特定の対象物の位置である対象位置を示す位置情報を送信する対象位置情報送信装置と、透過型の頭部装着型表示装置と、を備える画像表示システムであって、
前記頭部装着型表示装置は、
使用者の頭部に装着された状態において、画像データに基づいて画像を形成し、形成した画像を虚像として使用者に視認させる画像表示部と、
前記対象位置情報送信装置が送信する前記位置情報を受信して、前記対象位置を特定する位置特定部と、
前記位置特定部が特定した前記対象位置に基づいて、前記画像表示部に対して、前記対象位置を示す対象位置表示画像を形成させると共に、前記画像表示部が画像を形成する領域である画像形成領域における前記対象位置表示画像の位置を設定する制御部と、を備える、画像表示システム。
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