JP2017216522A - Head-mounted augmented reality display device and augmented reality display system using the same - Google Patents

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一雄 関家
Kazuo Sekiya
一雄 関家
吉彦 江夏
Yoshihiko Enatsu
吉彦 江夏
京介 横須賀
Kyosuke Yokosuka
京介 横須賀
崚 貝瀬
Shun Kaise
崚 貝瀬
一色 正男
Masao Isshiki
正男 一色
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a head-mounted augmented reality display device for allowing a wearer to freely walk in a real space and an augmented reality display system capable of automatically recognizing a marker disposed at each location before converting information or image/video desired to be presented at the location to AR to supply the AR to the real space.SOLUTION: An augmented reality display system includes: a head-mounted augmented reality display device (10) that provides an open state without a cover for one eye so that the eye can directly view a real space, and displays augmented reality only for the other eye using a portable terminal (20) including an integrated camera, arithmetic processing unit, and surface screen to be used for displaying the augmented reality for the other eye; a marker (30) disposed on an object; and signal processing means for automatically recognizing the marker (30) displayed on the camera of the portable terminal (20) and displaying added and modified information related to the marker (30) at a corresponding position on video as augmented reality to enable a wearer 8 to view the information superposed on the object in the real space or positioned at any peripheral position.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、頭部装着型拡張現実表示装置、及び、これを利用した拡張現実表示システムに係り、特に、非常に簡単且つ廉価な構成の頭部装着型拡張現実表示装置、及び、これを利用した拡張現実表示システムに関する。   The present invention relates to a head-mounted augmented reality display device and an augmented reality display system using the head-mounted augmented reality display device, and more particularly, to a head-mounted augmented reality display device having a very simple and inexpensive configuration, and using the same Related augmented reality display system.

拡張現実(Augmented Reality:ARと称する)や仮想現実(Virtual Reality:VRと称する)を表示する装置やシステムが種々提案されている(特許文献1〜5)。   Various devices and systems for displaying augmented reality (referred to as augmented reality: AR) and virtual reality (referred to as virtual reality: VR) have been proposed (Patent Documents 1 to 5).

又、近年、AR/VR表示用のヘッドマウントディスプレイ(Head−Mounted Display:HMDと称する)として、スマートフォンを表示装置に用いた廉価な箱型スコープ(製品名「ハコスコ」)も販売されている。   In recent years, an inexpensive box-type scope (product name “Hakosco”) using a smartphone as a display device is also sold as a head-mounted display (head-mounted display: HMD) for AR / VR display.

特開2012−73920号公報JP 2012-73920 A 特開2014−164482号公報JP 2014-164482 A 特開2014−170374号公報JP 2014-170374 A 特開2015−177397号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-177397 特開2016−5125号公報JP 2006-5125 A

しかしながら、AR専用に開発された眼鏡式HMDの場合、片眼視野の一部を専用の表示領域が占有する構成になっており、表示される仮想画面が現実視野に比べて小さく、提示できる情報量が少ない。又、視野内で表示位置が固定されているため、対象物周辺に表示することができない。更に、仮想画面が塞ぐ視野については立体視できない等の問題点を有する。   However, in the case of an eyeglass-type HMD developed exclusively for AR, a dedicated display area occupies a part of one eye field of view, and the displayed virtual screen is smaller than the real field of view and can be presented. The amount is small. In addition, since the display position is fixed within the field of view, it cannot be displayed around the object. Furthermore, there is a problem that the visual field blocked by the virtual screen cannot be stereoscopically viewed.

これに対して、実空間を直接見る必要がないVR用に開発された、視野を完全に塞ぐHMDの場合、仮想画面は前方視野に大きくとれるようになるが、両眼が覆われて周辺視野は遮断されるため、距離感が掴めず実空間を把握することができない。従って、動き回ることに恐怖を覚え身動きが取れないうえに、歩行に危険も伴う。このタイプのHMDには、表示装置としてスマートフォンを用いた廉価な箱型スコープも販売されているが、この場合、スマートフォンの一眼カメラで撮影した映像を両眼で見るため、立体視のためには映像をリアルタイムで加工して視差を作り出さなければならない等の問題点を有する。   On the other hand, in the case of an HMD that completely blocks the visual field, developed for VR that does not require direct viewing of the real space, the virtual screen can be taken large in the forward visual field, but both eyes are covered and the peripheral visual field. Is blocked, so the sense of distance cannot be grasped and the real space cannot be grasped. Therefore, it is fearful to move around and cannot move, and there is a danger in walking. In this type of HMD, an inexpensive box-type scope using a smartphone as a display device is also sold. In this case, since the image taken with a single-lens camera of a smartphone is viewed with both eyes, There is a problem that the parallax must be created by processing the video in real time.

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、装着者が自由に実空間を歩き回ることが可能な頭部装着型拡張現実表示装置を提供することを第1の課題とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and a first object thereof is to provide a head-mounted augmented reality display device that allows a wearer to freely walk around a real space. .

本発明は、又、この頭部装着型拡張現実表示装置を用いて、各所に配設されたマーカーを自動認識し、その各所に提示したい情報あるいは画像・映像をARとして実空間に重畳することが可能な拡張現実表示システムを提供することを第2の課題とする。   The present invention also uses this head-mounted augmented reality display device to automatically recognize markers placed in various places and superimpose information or images / videos to be presented in those places as an AR in real space. A second problem is to provide an augmented reality display system that can perform the above-described process.

本発明は、一方の眼に対しては実空間を直接見ることができるよう遮蔽物のない開放状態とし、他方の眼に対してのみ拡張現実を表示する頭部装着型拡張現実表示装置であって、カメラ・演算処理装置・表示画面が一体化した携帯端末を他方の眼に対する拡張現実の表示に用いたことを特徴とする頭部装着型拡張現実表示装置により、前記第1の課題を解決したものである。   The present invention is a head-mounted augmented reality display device that is in an open state without a shield so that one eye can directly see the real space and displays augmented reality only for the other eye. The head-mounted augmented reality display device solves the first problem by using a portable terminal in which a camera, an arithmetic processing unit, and a display screen are integrated to display augmented reality for the other eye. It is a thing.

ここで、実空間を直視している眼の視線上にある対象物を、適度な視差で前記携帯端末のカメラで撮影し、その生映像あるいは拡張現実を実現すべく生映像に修飾した映像を前記携帯端末の画面にリアルタイムで表示し、両眼で立体視を可能とすることができる。   Here, an object on the line of sight of an eye looking directly into the real space is photographed with the camera of the mobile terminal with an appropriate parallax, and the raw video or the video modified to the real video to realize augmented reality It can be displayed in real time on the screen of the portable terminal, and stereoscopic viewing with both eyes is possible.

又、前記携帯端末と眼の間にレンズを配置し、表示画面の虚像の位置を、実空間を直視している眼の対象物と同程度の距離に設定できるよう、前記レンズと携帯端末との距離を調整可能とすることができる。   Further, a lens is disposed between the mobile terminal and the eye, and the lens and the mobile terminal are set so that the position of the virtual image on the display screen can be set to a distance similar to that of the object of the eye looking directly at the real space. The distance can be adjusted.

又、表示画面を見る眼の正面方向と周辺方向で、前記レンズと携帯端末の画面との距離の変化が大きくならないよう、横長画面の携帯端末を正面に対して傾けて配置できるようにすることができる。   In addition, it is possible to place a horizontally long mobile terminal tilted with respect to the front so that the distance between the lens and the mobile terminal screen does not change greatly between the front direction and the peripheral direction of the eye viewing the display screen. Can do.

又、装着者に対する前記携帯端末の位置を調整可能とすることができる。   In addition, the position of the portable terminal with respect to the wearer can be adjusted.

又、虚像の位置を実空間を直視している眼の対象物と同程度の距離に調整した場合、前記携帯端末の画面に表示する映像を拡大あるいは縮小して、一方の眼の直視と他方の眼の虚像が脳内で統合されて両眼視による立体視ができるよう、対象物の虚像のサイズが直視しているサイズと同程度になるよう調整できる機能を有することができる。   Further, when the position of the virtual image is adjusted to the same distance as the object of the eye looking directly in the real space, the image displayed on the screen of the mobile terminal is enlarged or reduced so that the direct view of one eye and the other It is possible to have a function of adjusting the size of the virtual image of the object to be approximately the same as the size of the direct view so that the virtual images of the eyes of the subject are integrated in the brain and stereoscopic viewing by binocular vision is possible.

本発明は、又、前記の頭部装着型拡張現実表示装置と、対象物に配設されたマーカーと、携帯端末のカメラに写ったマーカーを自動認識し、映像の対応箇所に拡張現実としてマーカーに関連した情報を付加修飾して表示し、装着者にとっては実空間の対象物に重なって、あるいは任意の周囲位置に情報が見えるようにする信号処理手段と、を備えたことを特徴とする頭部装着型拡張現実表示装置を用いた拡張現実表示システムにより、前記第2の課題を解決したものである。   The present invention also automatically recognizes the head-mounted augmented reality display device, the marker disposed on the object, and the marker reflected on the camera of the mobile terminal, and sets the marker as an augmented reality at the corresponding location of the image. And signal processing means for displaying the information related to the item with additional modification, so that the wearer can see the information in an arbitrary surrounding position, overlapping the object in the real space. The augmented reality display system using the head-mounted augmented reality display device solves the second problem.

本発明によれば、表示装置として、カメラ・演算処理装置・表示画面が一体化した携帯端末(例えばスマートフォン)を用いることで、頭部装着型拡張現実表示装置を簡単な構成で廉価に実現できる。ここで、片眼は実視用に開放されているため、障害物のある実空間を危険を感じずに歩き回れるようになる。例えば、多数の家電機器が配置されたHEMS認証支援センター等で、各家電機器にカラービット等のマーカーを貼っておき、利用者が作業しながら、あるいは見学者が気の向くまま見た機器について、吹き出しあるいは全画面を用いて関連情報を読むことが可能となる。又、ますます需要性が増している生産ラインの目視検査工程に組み入れて利用することができる。更に、例えば住宅展示場において、HMDを装着した見学者は、ガイドに手を取ってもらわなくても危険を感じずに歩き回ることができる。又、例えばARが導入されているコンサート会場等において、従来はAR効果を見るために両眼を塞いだHMDを用いるしかなく臨場感が失われているが、本発明に係るHMDを用いれば同時に実空間を見ることができるので、臨場感を保つことができる。更に、星座等を見る際にも有効であり、歩きながらのスマートフォンの操作も可能になる。   According to the present invention, a head-mounted augmented reality display device can be realized at a low cost with a simple configuration by using a mobile terminal (for example, a smartphone) in which a camera, an arithmetic processing unit, and a display screen are integrated as a display device. . Here, since one eye is open for real vision, it becomes possible to walk around in a real space with an obstacle without feeling danger. For example, at a HEMS certification support center where a large number of home appliances are placed, a marker such as a color bit is affixed to each home appliance, and the device is viewed while the user is working or the visitor is willing The related information can be read using a balloon or the entire screen. In addition, it can be used by being incorporated into a visual inspection process of a production line that is increasingly demanding. Further, for example, in a residential exhibition hall, a visitor wearing an HMD can walk around without feeling dangerous even if he / she does not have his hand taken by a guide. Also, for example, in concert venues where AR is introduced, in the past, there was no choice but to use HMD with both eyes closed in order to see the AR effect. Because you can see the real space, you can maintain a sense of reality. Furthermore, it is also effective when viewing constellations and the like, and smartphone operations can be performed while walking.

本発明に係る頭部装着型拡張現実表示装置の実施形態である片眼型ARスコープの構成を示す斜視図The perspective view which shows the structure of the one eye type | mold AR scope which is embodiment of the head mounted augmented reality display apparatus which concerns on this invention. 同じく画面の表示状態を示す斜視図The perspective view which similarly shows the display state of a screen 同じくレンズを用いた場合の虚像位置とサイズの関係を示す図The figure which shows the relationship between the virtual image position and size when using the same lens 同じく携帯端末を斜めに置く場合の表示画面の見え方を検討するための図Figure for examining how the display screen looks when the mobile device is also placed at an angle 同じく携帯端末の画面位置を遠ざけたときを示す平面図Similarly, a plan view showing when the screen position of the mobile terminal is moved away 同じく近づけたときを示す平面図Plan view showing the same approach 本発明に係る拡張現実表示システムで用いることが可能なマーカーの例を示す図The figure which shows the example of the marker which can be used with the augmented reality display system which concerns on this invention 本発明に係る拡張現実表示システムの実施形態の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of embodiment of the augmented reality display system which concerns on this invention. 前記拡張現実表示システムを用いている状態を示す図面代用写真Drawing substitute photograph showing a state using the augmented reality display system

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by the content described in the following embodiment and an Example. In addition, the constituent elements in the embodiments and examples described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those in the so-called equivalent range. Furthermore, the constituent elements disclosed in the embodiments and examples described below may be appropriately combined or may be appropriately selected and used.

本発明に係る頭部装着型拡張現実表示装置の実施形態である片眼型ARスコープ10を図1に示す。   FIG. 1 shows a one-eye AR scope 10 that is an embodiment of a head-mounted augmented reality display device according to the present invention.

本実施形態は、装着者の頭部に装着される筒抜けの枠体12と、該枠体12の一方の眼(図では左眼)に相当する位置にスマートフォン20を保持するため、枠体延長部13及びスマートフォンホルダ14と、前記枠体12のスマートフォン20と装着者の片眼(左眼)の間に配置されるレンズ23を備えた虫眼鏡22と、前記枠体12を装着者の頭部に固定するためのベルト16とを備えている。   In this embodiment, since the smartphone 20 is held in a position corresponding to one of the eyes (the left eye in the figure) of the frame 12 that is worn on the head of the wearer and the barrel 12 is extended. Unit 13 and smartphone holder 14, a magnifying glass 22 having a lens 23 disposed between the smartphone 20 of the frame 12 and one eye (left eye) of the wearer, and the frame 12 on the wearer's head And a belt 16 for fixing to the belt.

前記枠体12は、例えばプラスチック板を切り貼りして組み立てることで完全な筒状とされている。ここで、枠体12を透明とすることにより、実視野を広げて移動の安全性を高めることができる。   The frame body 12 is formed into a complete cylindrical shape by, for example, cutting and attaching a plastic plate. Here, by making the frame body 12 transparent, it is possible to widen the real field of view and increase the safety of movement.

前記スマートフォンホルダ14は、枠体延長部13に形成した2本の溝13Aを利用して、ねじ(図示省略)で位置及び角度を調整できるようにされている。   The smartphone holder 14 can be adjusted in position and angle with screws (not shown) using two grooves 13A formed in the frame extension 13.

前記レンズ23としては、例えば市販の2.5倍程度の虫眼鏡22を用いることができる。   As the lens 23, for example, a commercially available magnifying glass 22 of about 2.5 times can be used.

前記スマートフォン20には、例えばアンドロイド端末の画面サイズ5インチクラスのものを使用することができる。   As the smartphone 20, for example, an Android terminal having a screen size of 5 inches class can be used.

前記片眼型ARスコープ10は、箱型スコープと同様にスマートフォン20を表示装置として装着者の眼前に装着するが、大きく異なる点は、片方の眼(例えば右眼)は完全に開放した状態にして実空間を実視し、他方の眼(例えば左眼)の視野をスマートフォン20の表示装置で塞ぐ状態とすることである。   The one-eye AR scope 10 is worn in front of the wearer's eyes using the smartphone 20 as a display device in the same manner as the box-type scope, but the main difference is that one eye (for example, the right eye) is completely open. The real space is actually viewed, and the visual field of the other eye (for example, the left eye) is closed with the display device of the smartphone 20.

右眼は周辺視野を塞がれていないため、足元や右足等の周辺が実視野として見えており、障害物のある実空間を歩き回ることに関して支障がなくなる。左眼に関しては、レンズ23を通して、左側に配置したスマートフォン20のカメラが撮像した視野が表示されており、その虚像が実サイズと同じなるように表示を拡大・縮小しておけば、左右映像は脳内で統合され、違和感なく立体視が行える。即ち、立体視差を計算で作り出す必要がない。又、スマートフォン20は横長画面であるので、左端周辺視野はスマートフォン20の撮像した映像で左眼に入れることが可能になり、両眼によって周辺視野を問題なくカバーすることができる。   Since the right eye does not block the peripheral visual field, the surroundings such as the feet and the right foot are visible as a real visual field, and there is no problem with walking around the real space where there is an obstacle. For the left eye, the field of view captured by the camera of the smartphone 20 placed on the left side is displayed through the lens 23, and if the display is enlarged or reduced so that the virtual image is the same as the actual size, the left and right images are displayed. It is integrated in the brain and can be viewed stereoscopically without a sense of incongruity. That is, there is no need to create a stereoscopic parallax by calculation. In addition, since the smartphone 20 has a horizontally long screen, the peripheral visual field at the left end can be put into the left eye by an image captured by the smart phone 20, and the peripheral visual field can be covered with both eyes without any problem.

虚像を見る場合、ケラレのない広い視野を与えるものは単玉構成(虫眼鏡と同じ)であるが、光軸(中心方向)から外れた視野については、周辺へ行くほど虚像距離及び虚像倍率が大きくなってしまうという光学的な問題もある。これについては、レンズ23の焦点距離fをやや長めにして、虚像距離及び虚像倍率の変化量を少なくすればよい。   When viewing a virtual image, the one that gives a wide field of view without vignetting is a single lens configuration (same as a magnifying glass), but for a field that deviates from the optical axis (center direction), the virtual image distance and virtual image magnification increase toward the periphery. There is also an optical problem of becoming. For this, the focal length f of the lens 23 may be made slightly longer to reduce the amount of change in the virtual image distance and the virtual image magnification.

具体的には、図3に示す如く、スマートフォン20の画面20Aを置く位置aをレンズ23の焦点距離fに近づけると、虚像21までの距離dが大きくなり、虚像倍率も上がる。   Specifically, as shown in FIG. 3, when the position a where the screen 20A of the smartphone 20 is placed is brought close to the focal distance f of the lens 23, the distance d to the virtual image 21 increases and the virtual image magnification also increases.

レンズ23から虚像21までの距離dは次式(1)で与えられる。
The distance d from the lens 23 to the virtual image 21 is given by the following equation (1).

又、虚像21のサイズh’は、次式(2)で与えられる。
The size h ′ of the virtual image 21 is given by the following equation (2).

レンズ23から虚像21までの距離dが定められている場合、スマートフォン20の画面20Aを設置すべき、レンズ23からの距離aは次式(3)のレンズの公式のとおりとなる。
When the distance d from the lens 23 to the virtual image 21 is determined, the distance a from the lens 23 to which the screen 20A of the smartphone 20 should be installed is as the lens formula of the following equation (3).

虚像21までの距離dを直視で見やすい距離を1mとして考える。市販の箱型スコープでは、レンズ23の焦点距離fが短く、ほとんど余裕がなかった。即ち、図3の斜めの矢印線Aで示したように、眼9が中心線から離れた角度で画面を見ると、画面20Aまでの距離aがa’に大きくなるため、余裕がないと虚像21までの距離dと虚像21のサイズh’が急激に変化して非常に見にくい。   Assume that the distance d to the virtual image 21 is 1 m, which is easy to see by direct viewing. In a commercially available box scope, the focal length f of the lens 23 was short, and there was almost no margin. That is, as shown by the slanted arrow line A in FIG. 3, when the eye 9 is viewed at an angle away from the center line, the distance a to the screen 20A increases to a ′. The distance d to 21 and the size h ′ of the virtual image 21 change abruptly and are very difficult to see.

そこで、本実施形態では、ARの視野を大きくとり、右眼の実視視野と円滑に重なるようにするため、レンズ23の焦点距離fを100mmとやや長めのものとした。即ち、虚像距離dを実視距離(例えば)1mと同じにしようとすると、d=1000mmなので、眼9がスマートフォン20を水平に見る場合の、レンズ23から画面20Aまでの距離aは、(3)式から91mmとなり、焦点距離fまでの余裕は9mmある。   Therefore, in this embodiment, the focal length f of the lens 23 is set to be a little longer, 100 mm, in order to increase the AR field of view and smoothly overlap the real field of view of the right eye. That is, if the virtual image distance d is made equal to the actual viewing distance (for example) 1 m, since d = 1000 mm, the distance a from the lens 23 to the screen 20A when the eye 9 sees the smartphone 20 horizontally is (3 ) From the equation, 91 mm, and the margin to the focal length f is 9 mm.

一方、図3で眼9から画面20Aへ斜めに延びている矢印線Aのように画面20Aの上端20Uを注視した場合、レンズ23から注視点(20U)までの距離a’は、例えば画面サイズ4.7インチ(横置時の画面高さh=59mm、画面幅w=104mm)のスマートフォンを用いると、水平距離aの位置で上へh/2≒30mm上がった点を直角三角形の2辺とする斜辺なので、次式のようになる。
On the other hand, when the upper end 20U of the screen 20A is observed as shown by an arrow line A extending obliquely from the eye 9 to the screen 20A in FIG. 3, the distance a ′ from the lens 23 to the gazing point (20U) is, for example, the screen size. When using a smartphone with 4.7 inches (screen height h = 59 mm when placed horizontally, screen width w = 104 mm), a point that is h / 2≈30 mm up at the horizontal distance a is the two sides of a right triangle. Therefore, the following formula is obtained.

よって、上端20Uを注視した場合のレンズ23から虚像21までの距離d’は、(3)式により、次のようになる。
Therefore, the distance d ′ from the lens 23 to the virtual image 21 when the upper end 20U is watched is expressed by the following equation (3).

即ち、画面20Aを水平に見た場合(眼9の真正面=中心軸)の虚像距離がd=1mに対して、画面20Aの上端20Uを見た場合は虚像距離がd’=2.4mになる。眼9のピントは、対象までの距離が遠くなるほど焦点深度が深くなる(即ち、対象までの距離が20cmと40cmではピントが大きく違うが、1mと2mではピントは大きく変わらない)ので、1mと2.4mでは眼に負担なくピントを合わせることができる。   That is, when the screen 20A is viewed horizontally (right front of the eye 9 = center axis), the virtual image distance is d = 1 m, whereas when the upper end 20U of the screen 20A is viewed, the virtual image distance is d ′ = 2.4 m. Become. The focus of the eye 9 becomes deeper as the distance to the object increases (that is, the focus is greatly different when the distance to the object is 20 cm and 40 cm, but the focus is not greatly changed between 1 m and 2 m). At 2.4 m, you can focus on your eyes without burden.

又、水平方向に関しては、スマートフォン20を斜め設置すればスマートフォン20の位置aの変化を小さくできる。   Moreover, regarding the horizontal direction, if the smartphone 20 is installed obliquely, the change in the position a of the smartphone 20 can be reduced.

即ち、片眼型ARスコープ10にスマートフォン20を横長に配置した場合、眼9の正面にあたる画面20Aまでの距離(片眼中心軸でのレンズ23から画面20Aまでの距離)と、レンズ23から画面20Aの右端や左端までの距離が大きく異なるため、虚像として見ることのできる範囲が画面全体より小さくなり、視野周辺の風景が見えなくなってしまう。   That is, when the smartphone 20 is arranged horizontally in the single-eye AR scope 10, the distance to the screen 20A corresponding to the front of the eye 9 (the distance from the lens 23 to the screen 20A on the center axis of one eye) and the lens 23 to the screen Since the distance to the right end and the left end of 20A is greatly different, the range that can be viewed as a virtual image is smaller than the entire screen, and the scenery around the field of view becomes invisible.

図4に示す如く、例えば焦点距離f=100mmで、中心軸でのレンズ23から画面20Aまでの距離a=85mmで画面幅w=104mmのスマートフォン20を両眼に平行(顔に平行)に横置きしたとすると、画面右端20Rは両眼9R、9Lの中心にまで来ているとして、レンズ23から画面右端20Rまでの距離a’1=91mm、画面左端20Lまでの距離a’2=111mmとなって、左端20Lは焦点距離f=100mmを越えてしまい虚像視できない。   As shown in FIG. 4, for example, a smartphone 20 having a focal length f = 100 mm, a distance a = 85 mm from the lens 23 to the screen 20A at the central axis, and a screen width w = 104 mm is parallel to both eyes (parallel to the face). Assuming that the right end 20R of the screen has reached the center of both eyes 9R and 9L, the distance a′1 = 91 mm from the lens 23 to the right end 20R of the screen and the distance a′2 = 111 mm from the left end 20L of the screen. Thus, the left end 20L exceeds the focal length f = 100 mm, and a virtual image cannot be viewed.

これに対し、同じくa=85mmでスマートフォン20をあおり角θ=12°傾けて(左端20Lを顔に近づけ、右端20Rを遠ざける傾け方で)配置したとすると、画面右端20Rは両眼の中心にまで来ているとして、レンズ23から画面右端20Rまでの距離a’1=97.5mm、画面左端20Lまでの距離a’2=98.7mmとなり、両端20R、20Lとも焦点距離f=100mm以内なので虚像視できる。このとき片眼中心軸での虚像距離は57cm、画面右端20Rでの虚像距離は388cm、左端20Lで732cmとなり、距離1mを中心としたほぼ同じ(目の)ピントで画面全体を見ることができる。   On the other hand, if the smartphone 20 is also tilted at a tilt angle θ = 12 ° (with the left end 20L closer to the face and the right end 20R moved away) with a = 85 mm, the right end 20R of the screen is at the center of both eyes. Since the distance a′1 = 97.5 mm from the lens 23 to the right end 20R of the screen and the distance a′2 = 98.7 mm from the left end 20L of the screen, both the ends 20R and 20L are within the focal length f = 100 mm. You can see a virtual image. At this time, the virtual image distance at the center axis of one eye is 57 cm, the virtual image distance at the right end 20R of the screen is 388 cm, and the left end 20L is 732 cm, so that the entire screen can be viewed with almost the same (eye) focus centered on the distance 1 m. .

なお、虚像距離dはレンズ23と表示画面20Aとの距離aで定まるので、実視で見たい対象物の距離と同じになるよう、表示画面20A(スマートフォン20)の位置を前後に変更できるようにしておくことが望ましい。   Since the virtual image distance d is determined by the distance a between the lens 23 and the display screen 20A, the position of the display screen 20A (smart phone 20) can be changed back and forth so that it is the same as the distance of the object to be seen with real vision. It is desirable to keep it.

そこで、本実施形態では、図5及び図6に示すように、スマートフォン20の画面位置aと角度を変更できるようにして、自分が見たい対象物との距離に応じて、虚像位置を同じにするように装着者が調整できるようにした。   Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 5 and FIG. 6, the screen position “a” and the angle of the smartphone 20 can be changed, and the virtual image position is made the same according to the distance from the object that the user wants to see. So that the wearer can adjust.

虚像位置が定まると虚像21のサイズh’も一意に定まるが、スマートフォン20の画面20Aの拡大縮小機能を用いれば、実視の対象物と虚像21のサイズh’をほぼ同じにすることができるので、装着者は違和感なく左右眼で立体視できるようになる。   When the virtual image position is determined, the size h ′ of the virtual image 21 is also uniquely determined. However, if the enlargement / reduction function of the screen 20A of the smartphone 20 is used, the size h ′ of the real object and the virtual image 21 can be made substantially the same. Therefore, the wearer can view stereoscopically with the left and right eyes without a sense of incongruity.

脳の立体視における両眼統合機能は非常に可塑性が高いため、実視とスマートフォン映像の対象物に多少サイズの違いがあったり、上下にずれていたりしても、すぐに違和感なく立体視できるようになる。   The binocular integration function in stereoscopic vision of the brain is extremely plastic, so even if there is a slight difference in size between the real vision and the object of the smartphone image, or it is shifted up and down, it can be stereoscopically viewed immediately without any sense of incongruity It becomes like this.

右眼は実視、左眼はAR視という新形態の片眼型ARスコープ10で、AR画面を実視に重畳することができるので、AR画面生成に際しては、通常のマーカーを用いることができる。本実施形態においては、マーカーとして、図7に示すような、赤、青、緑の3色のセルの並び順を画像認識することによりコード変換するカラービットマーカー30を用いた。このカラービットマーカー30は、(1)マーカーとして3次元物体に貼りやすい。形状に制限がないので、図7に示したように曲げたり、イラスト中に入れても認識できる。(2)スマートフォン20のカメラでカラービットの読み取りが可能であり、マーカー認識に専用機器が不要である。(3)カラービット認識プログラムがスマートフォン20上で動き、リアルタイムでカメラ映像にAR情報を合成してスマートフォン20の画面20Aに表示できる。又、複数のカラービットマーカーを同時認識できるので、複数の対象機器に対して吹き出しをAR合成することもできる等の特長を有する。なお、マーカーとしてQRコード(登録商標)やバーコード、RFID等を用いることも可能である。   Since the AR screen can be superimposed on the real vision with a new one-eye AR scope 10 in which the right eye is real vision and the left eye is AR vision, normal markers can be used when generating the AR screen. . In this embodiment, a color bit marker 30 that performs code conversion by recognizing an image of the arrangement order of cells of three colors of red, blue, and green as shown in FIG. 7 is used as a marker. The color bit marker 30 is easily affixed to a three-dimensional object as (1) a marker. Since there is no restriction on the shape, it can be recognized even if it is bent as shown in FIG. (2) The color bit can be read by the camera of the smartphone 20, and a dedicated device is not necessary for marker recognition. (3) The color bit recognition program runs on the smartphone 20 and can display the AR information on the camera image in real time on the screen 20A of the smartphone 20 in real time. In addition, since a plurality of color bit markers can be simultaneously recognized, it has an advantage that a balloon can be AR-combined for a plurality of target devices. A QR code (registered trademark), bar code, RFID, or the like can also be used as a marker.

既に述べたように、スマートフォン20のカメラ映像を適度に拡大・縮小して左眼用画面に表示しておけば、脳内で統合されて立体視されているので、カメラ映像をリアルタイムで解析していれば、そのソフトウェアでカラービットマーカー30を認識でき、カラービットマーカー30に対応する情報を表示映像に吹き出しで挿入したり、映像にビデオ・エフェクトを与えたりすることができる。この際、スマートフォン20のカメラの光軸と左眼の視線を一致させるために、必要に応じてプリズム等の光学系を使用したり、画像の座標変換等を行うことができる。   As already mentioned, if the camera image of the smartphone 20 is appropriately enlarged and reduced and displayed on the screen for the left eye, it is integrated and stereoscopically viewed in the brain, so the camera image is analyzed in real time. If so, the software can recognize the color bit marker 30, and information corresponding to the color bit marker 30 can be inserted into the display image by a balloon, or a video effect can be applied to the image. At this time, in order to make the optical axis of the camera of the smartphone 20 coincide with the line of sight of the left eye, an optical system such as a prism can be used as necessary, or image coordinate conversion or the like can be performed.

カラービットマーカー30の場合、同一視野内で複数のマーカーを認識できるので、複数の吹き出しを別々の対象物に対して同時に与えることもできる。両眼視している場合、吹き出しは右眼の実視風景と重なって見えてしまうが、意識を左眼に移せば吹き出しの情報を仔細に読むことができ、意識を右眼に移せば実物を仔細に見ることができるので、実用上便利である。   In the case of the color bit marker 30, since a plurality of markers can be recognized within the same visual field, a plurality of balloons can be simultaneously given to different objects. When viewing with binocular eyes, the speech balloon appears to overlap the real vision of the right eye, but if you move your consciousness to the left eye, you can read the information in the balloon in detail, and if you move your consciousness to the right eye, the real thing Can be seen in detail, it is practically convenient.

本発明により、家電機器の情報を提示する拡張現実表示システムの実施形態を図8に示す。ARMプロセッサを搭載したシングルボードコンピュータ(例えばラズベリーパイ)40を家電機器(例えばエアコン等)の情報を蓄積したデータベースとし、webサーバとしてアクセスできるようにした。又、片眼型ARスコープ10に取り付けたスマートフォン20は、無線ルーター42を介してWi−Fi及びLANでデータベース(40)にアクセスできるようにした。   FIG. 8 shows an embodiment of an augmented reality display system that presents home appliance information according to the present invention. A single board computer (for example, Raspberry Pi) 40 equipped with an ARM processor is used as a database storing information on home appliances (for example, an air conditioner) and can be accessed as a web server. The smartphone 20 attached to the one-eye AR scope 10 can access the database (40) via Wi-Fi and LAN via the wireless router.

図9に例示するように、装着者8の片眼型ARスコープ10のスマートフォン20のカメラの視野にカラービットマーカー30が入ると、認識プログラムがリアルタイムでそのカラービットマーカー30の索引番号と位置を検出する。その索引番号をもとにシングルボードコンピュータ40のデータベースから対象物(図ではエアコン50)の情報を取り出し、画面上で検出された位置の近くに情報を吹き出しとして合成表示する。   As illustrated in FIG. 9, when the color bit marker 30 enters the visual field of the camera of the smartphone 20 of the one-eye AR scope 10 of the wearer 8, the recognition program displays the index number and position of the color bit marker 30 in real time. To detect. Based on the index number, information on the object (air conditioner 50 in the figure) is extracted from the database of the single board computer 40, and the information is synthesized and displayed as a balloon near the position detected on the screen.

両眼で見た場合には対象物や風景は立体視されていて、その中にAR情報が重なって見える。意識を左眼に移せば吹き出しの情報を詳細に読むことができ、意識を右眼に移せば実物をはっきりと見ることができる。   When viewed with both eyes, the object and landscape are stereoscopically viewed, and the AR information appears to overlap therewith. If you move your consciousness to the left eye, you can read the information in the balloon in detail, and if you move your consciousness to the right eye, you can see the real thing clearly.

なお、文字情報を表示するだけでなく、例えばスマートフォン20に接続したイヤホンを介して音声情報を提供することもできる。   In addition to displaying character information, for example, voice information can be provided via an earphone connected to the smartphone 20.

なお、前記実施形態では非常に構成が簡略であったが、枠体12が装着者8の頭部と当たる位置に圧力を分散するクッション等に追加して、スマートフォン20の重みが顔面等接触の1点に集中し、痛みを感じることがないようにすることができる。   In addition, although the structure was very simple in the said embodiment, in addition to the cushion etc. which disperse | distribute pressure to the position where the frame 12 contacts with the wearer's 8 head, the weight of the smart phone 20 is a contact etc. of a face etc. You can concentrate on one point and not feel pain.

又、前記実施形態では右眼が開放、左眼がARとされていたが、逆に構成することも可能である。又、左右を入れ替えて使用できるように構成することも可能である。更に、構成を工夫して片眼だけに装着できるようにすることもできる。   In the above-described embodiment, the right eye is open and the left eye is AR. Moreover, it is also possible to configure so that the left and right can be used interchangeably. Furthermore, the configuration can be devised so that it can be worn only on one eye.

携帯端末もスマートフォンに限定されず、タブレットや、iPhone(登録商標)、iPad(登録商標)等を用いることもできる。   The mobile terminal is not limited to a smartphone, and a tablet, iPhone (registered trademark), iPad (registered trademark), or the like can also be used.

レンズも虫眼鏡に限定されない。   The lens is not limited to a magnifying glass.

8…装着者
9…眼
10…片眼型ARスコープ
12…枠体
13…枠体延長部
14…スマートフォンホルダ
16…ベルト
20…スマートフォン
20A…画面
21…虚像
22…虫眼鏡
23…レンズ
30…カラービットマーカー
40…シングルボードコンピュータ(データベース)
42…無線ルーター
50…エアコン
8 ... Wearer 9 ... Eye 10 ... One eye type AR scope 12 ... Frame body 13 ... Frame body extension 14 ... Smartphone holder 16 ... Belt 20 ... Smartphone 20A ... Screen 21 ... Virtual image 22 ... Magnifying glass 23 ... Lens 30 ... Color bit Marker 40 ... Single board computer (database)
42 ... Wireless router 50 ... Air conditioner

Claims (7)

一方の眼に対しては実空間を直接見ることができるよう遮蔽物のない開放状態とし、他方の眼に対してのみ拡張現実を表示する頭部装着型拡張現実表示装置であって、
カメラ・演算処理装置・表示画面が一体化した携帯端末を他方の眼に対する拡張現実の表示に用いたことを特徴とする頭部装着型拡張現実表示装置。
A head-mounted augmented reality display device that displays an augmented reality only for the other eye, with an open state without a shield so that one eye can directly see the real space,
A head-mounted augmented reality display device characterized in that a mobile terminal in which a camera, an arithmetic processing unit, and a display screen are integrated is used to display augmented reality for the other eye.
実空間を直視している眼の視線上にある対象物を、適度な視差で前記携帯端末のカメラで撮影し、その生映像あるいは拡張現実を実現すべく生映像に修飾した映像を前記携帯端末の画面にリアルタイムで表示し、両眼で立体視を可能としたことを特徴とする請求項1に記載の頭部装着型拡張現実表示装置。   An object on the line of sight of an eye looking directly at a real space is photographed with a moderate parallax by the camera of the portable terminal, and the raw video or an image modified to a raw video to realize augmented reality is the portable terminal. The head-mounted augmented reality display device according to claim 1, wherein the head-mounted augmented reality display device according to claim 1, wherein the head-mounted augmented reality display device is displayed in real time on the screen and stereoscopically viewed with both eyes. 前記携帯端末と眼の間にレンズを配置し、表示画面の虚像の位置を、実空間を直視している眼の対象物と同程度の距離に設定できるよう、前記レンズと携帯端末との距離を調整可能としたことを特徴とする請求項1又は2に記載の頭部装着型拡張現実表示装置。   A lens is arranged between the mobile terminal and the eye, and the distance between the lens and the mobile terminal is set so that the position of the virtual image on the display screen can be set to the same distance as the object of the eye looking directly into the real space. The head-mounted augmented reality display device according to claim 1, wherein the head-mounted augmented reality display device is adjustable. 表示画面を見る眼の正面方向と周辺方向で、前記レンズと携帯端末の画面との距離の変化が大きくならないよう、横長画面の携帯端末を正面に対して傾けて配置できるようにしたことを特徴とする請求項3に記載の頭部装着型拡張現実表示装置。   The horizontally long portable terminal can be arranged to be tilted with respect to the front so that the change in the distance between the lens and the portable terminal screen does not increase in the front direction and the peripheral direction of the eye viewing the display screen. The head-mounted augmented reality display device according to claim 3. 装着者に対する前記携帯端末の位置を調整可能としたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の頭部装着型拡張現実表示装置。   The head-mounted augmented reality display device according to claim 1, wherein the position of the portable terminal relative to the wearer is adjustable. 虚像の位置を実空間を直視している眼の対象物と同程度の距離に調整した場合、前記携帯端末の画面に表示する映像を拡大あるいは縮小して、一方の眼の直視と他方の眼の虚像が脳内で統合されて両眼視による立体視ができるよう、対象物の虚像のサイズが直視しているサイズと同程度になるよう調整できる機能を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の頭部装着型拡張現実表示装置。   When the position of the virtual image is adjusted to the same distance as the object of the eye looking directly in the real space, the image displayed on the screen of the mobile terminal is enlarged or reduced so that the direct view of one eye and the other eye 2. A function of adjusting the size of a virtual image of an object to be approximately the same as a size of direct viewing so that a virtual image of the object is integrated in the brain and stereoscopic viewing by binocular vision is possible. The head-mounted augmented reality display device according to any one of 1 to 5. 請求項1乃至6のいずれかに記載された頭部装着型拡張現実表示装置と、
対象物に配設されたマーカーと、
携帯端末のカメラに写ったマーカーを自動認識し、映像の対応箇所に拡張現実としてマーカーに関連した情報を付加修飾して表示し、装着者にとっては実空間の対象物に重なって、あるいは任意の周囲位置に情報が見えるようにする信号処理手段と、
を備えたことを特徴とする頭部装着型拡張現実表示装置を用いた拡張現実表示システム。
A head-mounted augmented reality display device according to any one of claims 1 to 6;
A marker disposed on the object;
It automatically recognizes the marker on the camera of the mobile device, displays the information related to the marker as an augmented reality at the corresponding part of the image, and displays it for the wearer, overlapping the object in the real space, or any arbitrary Signal processing means for making information visible in the surrounding position;
An augmented reality display system using a head-mounted augmented reality display device characterized by comprising:
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