JP3697763B2 - Image display system - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示システムに関し、例えば、個人の画像鑑賞に用いられる両眼式頭部固定型臨場感画像表示システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の両眼式頭部固定型画像表示システムとしては、左右眼に画像生成部により提示画像を発生させ、使用者に様々なことを体験させる、いわゆるシミュレータシステムが知られている。
【0003】
例えば、コンピュータグラフィックス等で作製した画像を両眼式頭部固定型画像表示装置で観視し、あたかも画像中の仮想空間に存在するかのような臨場感(いわゆる仮想現実(ヴァーチャルリアリティ))を使用者に体験させるように構成されたものがある。
【0004】
こうした表示装置は、それぞれ画像が表示される左右の表示部を有し、使用者は左右のレンズ系を通じて、これら左右の表示部の画像の虚像を観視するようになされている。即ち、画像は、使用者の前方の一定の距離に、虚像として固定して提示され、また、左右の両眼視差により立体を表示している。
【0005】
また、一般に、姿勢検出器が市販されている。これは、小型のセンサを複数個内蔵しており、水平回転、垂直回転、傾きなどの情報を電気的な信号で取り出すことができる。頭部運動検出器として、この姿勢検出器を用いている。
【0006】
ところで、上述したように、従来の画像表示システムにおいては、使用者の前方の固定位置に提示画像を与えているため(即ち、どの画像も固定位置に提示されるので)、提示画像による臨場感が乏しく、使用者に違和感を与える、という問題点があった。
【0007】
また、従来の画像表示システムに用いられる画像表示装置は、図19(遠距離の場合)及び図20(近距離の場合)に示すように、左右の眼50と51との両眼視差による虚像距離52と使用者に提示される虚像の距離53とが異なっているため(即ち、両眼視差による画像の距離52と提示画像の距離53とが異なっている状態で画像を鑑賞するため)、使用者の眼精疲労や、視力の低下、全身の疲労、頭痛等を招く、という問題点もあった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、臨場感ある提示画像を実現し、没入感を増大させると共に、使用者に現実の物体を見ているような画像を提示することにより、使用者の眼精疲労等を低減することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、右眼用画像信号生成手段と左眼用画像信号生成手段との同期を保つた めの画像同期信号を有し、かつ、頭部運動信号に基づいて左右眼に独立して画像を提示 する画像信号を発生する画像生成部と、
前記画像信号による提示画像に連動して虚像距離信号を発生する虚像距離信号生成部 と、
一対の表示部と、これらの表示部に表示される画像に対するそれぞれのレンズ系と、 使用者の瞳孔間距離に応じて前記レンズ系を移動可能な調節手段とを有し、かつ、前記 画像信号による提示画像に連動する前記虚像距離信号に基づいて提示虚像の位置と両眼 視差による画像位置とを一致させるための虚像距離制御手段を有し、前記レンズ系を通 して得られる虚像を観察するように構成された画像表示装置と、
頭部の動きを検出し、頭部運動信号を前記画像生成部及び前記虚像距離信号生成部に 送る頭部運動検出部と
から構成された画像表示システムに係るものである。
【0010】
また、本発明は、使用者の瞳孔間隔と同じ間隔に配置されて左右眼に独立して画像を提 示する画像信号を発生する右眼用カメラと左眼用カメラを有し、右眼用カメラと左眼用 カメラとが互いに逆向きに同じ角度だけ回転するようになされ、かつ、頭部運動信号に 基づいてカメラ方向台方向を変化させる手段を有するカメラ方向台と、
右眼用カメラの焦点距離、左眼用カメラの焦点距離又は距離測定手段によって決定さ れた対象物の距離に基づく虚像距離信号を発生する虚像距離信号生成部と、
一対の表示部と、これらの表示部に表示される画像に対するそれぞれのレンズ系と、 使用者の瞳孔間距離に応じて前記レンズ系を移動可能な調節手段とを有し、かつ、前記 対象物の距離に基づく前記虚像距離信号に基づいて提示虚像の位置と両眼視差による画 像位置とを一致させるための虚像距離制御手段を有し、前記レンズ系を通して得られる 虚像を観察するように構成された画像表示装置と
頭部の動きを検出し、頭部運動信号を前記画像信号の生成部及び前記虚像距離信号生 成部に送る頭部運動検出部と
から構成された画像表示システムも提供するものである。
【0011】
本発明の画像表示システムによれば、使用者に対する提示虚像の位置と視差による画像位置とを一致させるための虚像距離制御手段により、虚像距離を連続的に可変にしているので、臨場感ある提示画像を実現し、没入感を増大させると共に、使用者に現実の物体を見ているような画像を提示することにより、使用者の眼精疲労等を低減することができる。
【0012】
これに反し、従来の画像表示システムに用いられる画像表示装置は、上述したように、どの画像も固定位置に提示されるので、提示画像による臨場感が乏しく、使用者に違和感を与え、両眼視差による虚像距離と使用者に提示される虚像の距離とが異なっているため(即ち、両眼視差による画像の距離と提示画像の距離とが異なっている状態で画像を鑑賞するため)、使用者の眼精疲労や、視力の低下、全身の疲労、頭痛等を招いてしまう。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明においては、前記虚像距離制御手段が、
一対の表示部に独立して画像を提示する画像生成部と、
虚像距離信号を発生する虚像距離信号生成部と、
虚像距離信号により虚像距離を制御する虚像距離制御部と
を有し、提示画像に連動して虚像距離が連続的に制御されることが望ましい。
【0014】
また、具体的には、画像表示装置が、画像表示パネルとレンズとを使用者の前方左右に配置し、虚像の距離を連続的に変化できる機構を有する両眼式頭部固定型臨場感画像表示装置として構成されている。
【0015】
この場合、画像生成部において使用者の瞳孔間隔に合わせて左眼用及び右眼用カメラが配置され、
これらの左眼用カメラと右眼用カメラとが対称の向きになるように互いに逆向きに同じ角度だけ回転し、
前記使用者の前記瞳孔間隔と前記左眼用及び右眼用カメラのなす角度とにより、対象物までの距離が決定され、
その距離に応じて、頭部固定型画像表示装置における虚像距離が連続的に制御される
ことによって、使用者に現実の物体を見ているような画像を提示して使用者の疲労を一層低減できる。即ち、画像表示パネルとレンズとにより形成される虚像の距離を各人の瞳孔間隔に応じて連続的に調節するため、提示虚像の距離と両眼視差による虚像の距離を確実に一致させ、使用者の疲労を一層低減させることができるのである。
【0016】
或いは、画像生成部にカメラが用いられていて、
対象物までの距離が、カメラの焦点距離又は別に設けた距離測定器により決定され、
その距離に応じて、頭部固定型画像表示装置における虚像距離が連続的に制御されることも望ましい。
【0017】
この場合、使用者の左右眼に同一の画像を提示する画像生成部又はカメラを有し、上記のようにして決定された距離に応じて虚像が連続的に制御されるのがよい。
【0018】
本発明においては更に、頭部の動きを検出する頭部運動検出部を有し、画像生成部及び虚像距離制御部に信号を送って提示画像及び提示虚像距離と連動させると、臨場感ある画像提示を実現し、没入感を増大させることができる。これに対し、頭部固定型画像表示装置では、装置を使用者の頭部に固定しているため、そのままでは、頭部の運動によって通常生じる画像の変化がなく、臨場感に乏しく、違和感を感じることがある。
【0019】
【実施例】
以下、本発明を実施例について詳細に説明する。
【0020】
図1〜図8は、本発明を両眼式頭部固定型画像表示装置及びそのシステムに適用した第1の実施例を示すものである。
【0021】
図1は本実施例による画像表示装置を含む画像表示システムの構成を示す概略図であり、図2はその動作のフロー図である。このシステムは、基本的には、頭部固定型画像表示装置60と、画像生成部61と、虚像距離信号生成部62と、虚像距離制御部63と、頭部運動検出部64とによって構成されている。画像生成部61として左右眼画像信号生成装置65、66、虚像距離制御部63として虚像距離演算装置67を用いている。
【0022】
次に、このシステムの動作を説明すると、まず、画像同期信号aが右眼用画像信号生成装置66から左眼用画像信号生成装置65に送られる。これらの画像信号生成装置は、画像同期信号により同期を保ちながら、左右眼に適切な視差を与える画像信号右b及び画像信号左cを送る。
【0023】
そして、画像表示パネル駆動装置68により、両眼式頭部固定型画像表示装置60に取り付けられた右眼画像表示パネル69(後述の表示部1Rに対応)と左眼画像表示パネル70(後述の表示部1Lに対応)に画像を表示して、使用者の左右眼に独立に画像を提示する。
【0024】
ここで、画像信号生成装置65、66としてはCG画像レンダリングボード内蔵UNIX型コンピューターを使用し、画像表示パネル駆動装置68としてはNTSCデコーダ回路内蔵LCDドライバー回路を使用する。
【0025】
また、右眼用画像信号生成装置66と兼用となっている虚像距離信号生成装置62から、設定された虚像距離信号dを虚像距離演算装置67に送る。虚像距離演算装置67では、虚像距離信号dに応じた適切なモータ制御信号eをインターフェースボード71を介し、両眼式頭部固定型画像表示装置60に固定されたモータ72に送る。モータ72の回転によって、使用者は、設定された虚像距離に画像を鑑賞することができる。
【0026】
ここで、虚像距離信号生成装置62としてはUNIX型コンピューターを使用し、虚像距離演算装置67としてはMSDOS型コンピューターを使用する。
【0027】
頭部固定型画像表示装置60には、使用者の頭部運動に応じ、頭部運動信号fを一定の周期で発生する頭部運動検出器64(例えば圧電振動型回転検出センサー)が設けられている。
【0028】
使用者が、鑑賞している画像に反応して頭部を運動させると、頭部運動検出器64からの頭部運動信号fが右眼用画像信号生成装置66に送られる。そして、頭部運動に反映された新たな左右眼の画像信号b、cを発生すると共に、新たな虚像距離信号dを発生する。
【0029】
この新しい画像信号b、cは、画像表示パネル駆動装置68を介して、左右画像表示パネル69、70に送られ、使用者に新しい画像が提示される。同時に、虚像距離信号dが虚像距離演算装置67に送られ、使用者の前方の適切な位置に画像を表示する。
【0030】
本実施例によれば、使用者に提示する画像信号を左右眼独立に発生させ、かつ、画像信号に応じた虚像距離を連続的に変化させる手段を設けているので、図3及び図4に示すように、使用者に対する提示虚像の位置53と視差による画像位置52とを確実に一致させることができる。即ち、虚像距離を連続的に可変にしているので、臨場感ある提示画像を実現し、没入感を増大させると共に、使用者に現実の物体を見ているような画像を提示することにより、使用者の眼精疲労等を低減することができる。
【0031】
特に、使用者の頭部の動きを検出し、提示される画像及び虚像距離に反映させる機構を設けていることは、臨場感ある画像提示を確実に実現し、没入感を十分に増大させることができる。
【0032】
なお、上記の両眼式頭部固定型画像表示装置60としては、例えば、図5〜図8に示す如く特開平6−123852号に開示された例を採用することができる。
【0033】
図5はこの表示装置60の全体の外観、図6はその光学系、図7はその機構の配置、さらに図8はその機構の外観をそれぞれ示している。図5〜図8において、バックライト及び表示用液晶パネルが組み合わされた左右の表示部(表示パネル)1L、1Rに対して、それぞれ左右のレンズ系2L、2Rが設けられている。そして、これらのレンズ系2L、2Rの光軸が、45°傾けて配置されたビームスプリッタ3で反射されて折曲され、使用者の左右の眼球に入射する。また、ビームスプリッタ3の前方には液晶シャッタ4が減光手段として配置されている。
【0034】
これらの左右の表示部1L、1R、左右のレンズ系2L、2R、ビームスプリッタ3及び液晶シャッタ4は、任意の筐体5内に収納されている。この筐体5は、内部をつや消し黒で塗装した光を透過しない素材で形成され、頭部装着部材6の前側ホルダーテーブル7に配設されている。この頭部装着部材6を頭に装着することにより、虚像を観視し得るようになされている。
【0035】
ホルダーテーブル7の上側には左右の表示部1L、1R及び左右のレンズ系2L、2Rが設けられ、その下側にはビームスプリッタ3及び液晶シャッタ4が設けられている。また図中において、ホルダーテーブル7の上側で、眼鏡型ディスプレイ装置の外側のケース部材は省略されている。
【0036】
また、左右の表示部1L、1Rは、それぞれリニアスライダ11L、11Rに固定されている。これらのリニアスライダ11L、11Rは共通のスライダ軸12に取り付けられ、これによって左右の表示部1L、1Rが左右に移動し得るようになされている。リニアスライダ11L、11Rには、それぞれリンク機構に接続されるピン19L、19Rが設けられている。
【0037】
そして、左右の表示部1L、1R、リニアスライダ11L、11R及びスライダ軸12の全体が、スライダ軸13に沿って上下に移動し得るように構成されている。左右の表示部1L、1Rの中間には視度調節用のモータ72が設けられている。このモータ72によって、左右の表示部1L、1R、リニアスライダ11L、11R及びスライダ軸12の全体を筐体5に対して上下に移動させる。
【0038】
また、左右のレンズ系2L、2Rは、それぞれリニアスライダ21L、21Rに固定されている。これらのリニアスライダ21L、21Rは共通のスライダ軸22に取り付けられ、これによって左右のレンズ系2L、2Rが左右に移動し得るようになされている。スライダ軸22は筐体5に対して固定され、左右のレンズ系2L、2R、リニアスライダ21L、21R及びスライダ軸22の全体が筐体5に対して上下に固定されている。これらのリニアスライダ21L、21Rには、それぞれリンク機構に接続される縦溝29L、29Rが設けられている。
【0039】
また、筐体5の中央上部には、瞳孔間距離を調節するためのつまみ31が配置され、このつまみ31と同軸に設けられたギア32の回転が、半円形ギア33を介して駆動ギア34L、34Rに伝えられる。これらの駆動ギア34L、34Rは互いに噛み合わされて逆方向に回転駆動される。これらの駆動ギア34L、34Rにはそれぞれ扇形ギア35L、35Rが噛み合わされている。
【0040】
更に、それぞれの扇形ギア35L、35Rには、一体に第1のスライド用アーム36L、36Rが設けられる。これらのスライド用アーム36L、36Rの一端は、共通の回動軸37に回動自在に軸支されている。また、このスライド用アーム36L、36Rの中間部は、それぞれジョイント板38L、38Rを介して第2のスライド用アーム39L、39Rの中間部にリンクされている。これらのスライド用アーム39L、39Rの一端は、それぞれ回動軸40L、40Rに回動自在に軸支されている。
【0041】
そして、このスライド用アーム39L、39Rの他端にそれぞれスライドピン41L、41Rが設けられ、これらのスライドピン41L、41Rはリニアスライダ21L、21Rに設けられた縦溝29L、29Rに挿入される。また、スライド用アーム36L、36Rの他端には、その基線に沿って長孔42L、42Rが設けられ、これらの長孔42L、42Rにはリニアスライダ11L、11Rに設けられたピン19L、19Rが挿入される。
【0042】
従って、使用者がつまみ31を回すことによって、スライド用アーム36L、36Rが回動し、更にジョイント板38L、38Rを介してスライド用アーム39L、39Rが回動する。これによって、スライドピン41L、41Rを介してリニアスライダ21L、21Rが左右に対称に移動し、瞳孔間距離を調節できる。
【0043】
また、モータ72が上述した制御信号eによって回転すると、その回転軸に係合した送り機構で、表示部1L、1R、リニアスライダ11L、11R及びスライダ軸12の全体が筐体5に対して上下に移動する。一方、レンズ系2L、2R、リニアスライダ21L、21R及びスライダ軸22の全体は筐体5に対して上下に固定されている。これによって、左右の表示部1L、1Rと左右のレンズ系2L、2Rとの間が接近又は離間し、視度を調節し得る。
【0044】
この場合、左右の表示部1L、1Rは上下に移動する際、スライド用アーム36L、36Rの他端の長孔42L、42Rに沿ってその位置が左右に移動する。更に、スライド用アーム36L、36Rは、その回動軸37が左右のレンズ系2L、2Rの主点軸上の中央の点とされると共に、基線がそれぞれのレンズ系2L、2Rの焦点を通るようにスライド用アーム36L、36R、ジョイント板38L、38R、スライド用アーム39L、39Rのリンク機構が形成されている。
【0045】
従って、この表示装置において、瞳孔間距離に応じて左右のレンズ系2L、2Rが左右対称に移動すると共に、左右のレンズ系2L、2Rの主点軸上の中央の点とそれぞれのレンズ系2L、2Rの焦点とを結ぶ線分上で左右の表示部1L、1Rが移動する。
【0046】
図9〜図17は、本発明を両眼式頭部固定型画像表示装置及びそのシステムに適用した第2の実施例を示すものである。
【0047】
本実施例は、上述した第1の実施例に比べて、画像信号生成装置65、66の代わりにカメラを用いたシステムとしている点で異なるが、共通する部分は共通符号を付してその説明を省略することがある。
【0048】
図9は、画像信号生成装置の代わりにカメラを用いた場合の構成を示す画像表示システム全体の概略図であり、図10はその動作のフロー図である。図11〜図14は左右のカメラと対称物の位置関係を示した説明図であり、図15は左右のカメラとカメラ台と対象物を示した斜視図、図16及び図17は距離決定方法の説明図である。
【0049】
本実施例による画像表示装置を含む画像表示システムは、基本的には、頭部固定型画像表示装置60と、画像生成部81と、虚像距離信号生成部82と、虚像距離制御部83と、頭部運動検出部64とによって構成されている。
【0050】
ここで、虚像距離信号生成部82としては右眼用カメラ台モーターに内蔵された角度センサー内蔵CPU小型ボードを使用し、虚像距離制御信号部83としてはモーターコントロールボード内蔵MSDOS型コンピューターを使用する。
【0051】
このシステムの動作を説明すると、まず、虚像距離制御装置を兼ねたカメラ制御装置87(例えばMSDOS型コンピューター)から、カメラ台制御信号gが右眼用カメラ台モータ91と左眼用カメラ台モータ90に送られる(右眼用カメラ86からは距離測定信号jが送られてくることもある)。これは、カメラ台同期信号hにより、左右のカメラ85、86の向きの同期を保って(互いに逆向きに同じ角度だけ回転させ)、図11に示すように2つのカメラ85、86の角度を調節する。ここで使用するカメラは例えばCCDエリアセンサー型小型ビデオカメラである。
【0052】
右眼用カメラ86及び左眼用カメラ85から画像信号右b及び画像信号左cが送られ、画像表示パネル駆動装置68により、両眼式頭部固定型画像表示装置60に取り付けられた右眼画像表示パネル69と左眼画像表示パネル70に画像を表示して、使用者の左右眼に独立に画像を提示する。
【0053】
これと同時に、虚像距離(演算)制御装置87(例えばMSDOS型コンピューター)から、カメラ台制御信号gに応じた適切なモータ制御信号eをインターフェースボード71を介し、両眼式頭部固定型画像表示装置60に固定されたモータ72に送る。モータ72の回転によって、使用者は、設定された虚像距離に画像を鑑賞することができる。
【0054】
頭部固定型画像表示装置60には、使用者の頭部運動に応じ、頭部運動信号fを一定の周期で発生する頭部運動検出器64が設けられている。
【0055】
使用者が、鑑賞している画像に応じて頭部を運動させると、頭部運動検出器64からの頭部運動信号fがカメラ方向制御装置88(例えばモーターコントロールボード内蔵MSDOS型コンピューター)に送られる。そして、頭部運動に対応して、カメラ方向制御信号iが発生して、カメラ方向台モータ89に送られ、画像方向全体を変化させる。
【0056】
図11〜図14に示すように、左右眼のカメラ85、86は、使用者の瞳孔間隔と同じ間隔に配置している。そして、実物(対象物)92の位置までの距離を虚像距離と同一にして頭部装置ディスプレイに表示する。
【0057】
図15に示すように、カメラ方向台モータ89は、左右眼のカメラ85、86を取り付けているカメラ取付け台(カメラ方向台)93を回転させる。カメラ方向台モータ89が取り付けられているカメラ方向台93の取付け板94は、垂直ベルト95によって垂直モータ96と連結されており、回転できるようになっている。垂直モータ96が取り付けられている垂直取付け板97は、水平ベルト98によって水平取付け台99上の水平モータ100 に連結されており、回転できるようになっている。これによって、カメラ取付け台93は、使用者の頭部運動に応じて、動くことができる。
【0058】
新しい画像信号は、画像表示パネル駆動装置68を介して、左右の画像表示パネル69、70に送られ、使用者に新しい画像が提示される。
【0059】
本実施例によれば、画像表示パネルとレンズを各人の瞳孔間隔に合わせながら連続的に虚像の距離を調節できる機構を有しているので、使用者に現実の物体を見ているような画像を提示して使用者の疲労を低減することができる。その他、上述した第1の実施例と同様の機構によって、同様の優れた効果を得ることができる。
【0060】
これらの相互作用によって、使用者の周りに人工的な空間を形成し、使用者の臨場感を増すことができる。
【0061】
以上、本発明の実施例を説明したが、上述した実施例は本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【0062】
例えば、次に示すように、上述した方式に代わる様々な方式を採用することができる。
(1)画像信号生成装置と虚像距離信号生成装置を独立に設ける方式。
(2)虚像距離信号生成装置と虚像距離演算装置を兼ねる方式。
(3)使用者の動きに応じた反力を与える機構を別に設け、使用者の動きに反映された提示画像と併用する方式。
(4)液晶ではない画像表示パネルを用いて、画像を提示する方式。
(5)各装置を接続するために、例えば、無線や電話回線のようなネットワークを用いる方式。
(6)左右のいずれかを画像信号生成装置とし、他の側をカメラとする方式。
(7)頭部運動検出器の水平回転成分によってのみ、提示画像を連動させる方式。
【0063】
(8)図16及び図17に示すように、虚像の距離を左右眼のカメラ85と86の間隔と向きによって決めるのではなく、いずれかの焦点距離又は別に設けた距離測定器101(例えばモーター角度センサー内蔵小型CPUボード)により決定し、虚像距離制御装置87に虚像距離測定信号jを送って虚像距離を制御する方式。
【0064】
(9)図18に示すように、使用者の左右眼に同一の画像を提示し、虚像距離信号生成器、両眼用カメラ102(例えばCCDエリアセンサー型オートフォーカスビデオカメラ)の焦点距離又は距離測定器101 により決定された虚像距離に応じて、使用者に提示する画像の虚像距離を制御する方式。
【0065】
なお、上述した両眼式頭部固定型画像表示装置の構造や形状等は種々変化させてよい。更に、上述の実施例においては、本発明をヴァーチャルリアリティに用いる表示装置に適用したが、本発明はこれに限らず、例えばコンピュータの表示装置等、種々のディスプレイ装置に適用することもできる。
【0066】
【発明の作用効果】
本発明による画像表示システムは、上述した如く、右眼用画像信号生成手段と左眼用画 像信号生成手段との同期を保つための画像同期信号を有し、かつ、頭部運動信号に基づ いて左右眼に独立して画像を提示する画像信号を発生する画像生成部、又は、使用者の 瞳孔間隔と同じ間隔に配置されて左右眼に独立して画像を提示する画像信号を発生する 右眼用カメラと左眼用カメラを有し、右眼用カメラと左眼用カメラとが互いに逆向きに 同じ角度だけ回転するようになされ、かつ、頭部運動信号に基づいてカメラ方向台方向 を変化させる手段を有するカメラ方向台と、
前記画像信号による提示画像に連動して虚像距離信号を発生する虚像距離信号生成部 、又は、右眼用カメラの焦点距離、左眼用カメラの焦点距離又は距離測定手段によって 決定された対象物の距離に基づく虚像距離信号を発生する虚像距離信号生成部と、
一対の表示部と、これらの表示部に表示される画像に対するそれぞれのレンズ系と、 使用者の瞳孔間距離に応じて前記レンズ系を移動可能な調節手段とを有し、かつ、前記 画像信号による提示画像に連動する前記虚像距離信号、又は、前記対象物の距離に基づ く前記虚像距離信号に基づいて提示虚像の位置と両眼視差による画像位置とを一致させ るための虚像距離制御手段を有し、前記レンズ系を通して得られる虚像を観察するよう に構成された画像表示装置と、
頭部の動きを検出し、頭部運動信号を前記画像信号生成部及び前記虚像距離信号生成 部に送る頭部運動検出部と
から構成されているので、次の如き顕著な効果を得ることができる。
【0067】
即ち、使用者に対する提示虚像の位置と視差による画像位置とを一致させるための虚像距離制御手段により、虚像距離を連続的に可変して、臨場感ある提示画像を実現し、没入感を増大させると共に、使用者に現実の物体を見ているような画像を提示することにより、使用者の眼精疲労等を低減することができる。
特に、使用者に提示する画像信号を左右眼独立に発生させ、かつ、画像信号に応じた虚像距離を変化させる手段を設けているので、使用者に対する提示虚像の位置と視差による画像位置とを確実に一致させることができ、また、使用者の頭部の動きを検出し、提示される画像及び虚像距離に反映させる機構を設けていることは、臨場感ある画像提示を確実に実現し、没入感を十分に増大させることができる。
しかも、使用者の瞳孔間距離に応じてレンズ系を移動させる調節手段によって、レンズ系を瞳孔位置に対応した正規の位置に移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例による両眼式頭部固定型画像表示システムの概略図である。
【図2】同システムの動作フロー図である。
【図3】同システムにおける虚像距離(遠距離)の制御を説明するための概略図である。
【図4】同システムにおける虚像距離(近距離)の制御を説明するための概略図である。
【図5】同システムに用いる両眼式頭部固定型画像表示装置の一例の斜視図である。
【図6】同表示装置の光学系の斜視図である。
【図7】同表示装置の機構を示す斜視図である。
【図8】同表示装置の機構部を説明するための斜視図である。
【図9】本発明の第2の実施例による両眼式頭部固定型画像表示システムの概略図である。
【図10】同システムの動作フロー図である。
【図11】同システムにおける対象物の距離(遠距離でのカメラ側)を決める状況を説明するための概略図である。
【図12】同システムにおける虚像距離(遠距離での表示側)の制御を説明するための概略図である。
【図13】同システムにおける対象物の距離(近距離でのカメラ側)を決める状況を説明するための概略図である。
【図14】同システムにおける虚像距離(近距離での表示側)の制御を説明するための概略図である。
【図15】同システムにおける対象物の距離を決めるための機構を示す概略斜視図である。
【図16】本発明の他の実施例による虚像距離の制御を説明するための概略図である。
【図17】本発明の他の実施例による虚像距離の制御を説明するための概略図である。
【図18】本発明の更に他の実施例による虚像距離の制御を説明するための概略図である。
【図19】従来例における対象物の距離と虚像距離との関係(遠距離)を説明するための概略図である。
【図20】同関係(近距離)を説明するための概略図である。
【符号の説明】
50、51・・・眼球
52、92・・・対象物の位置(像位置)
53・・・虚像位置
60・・・両眼式頭部固定型画像表示装置
61、81・・・画像生成部
62、82・・・虚像距離信号生成部又は装置
63・・・虚像距離制御部
64・・・頭部運動検出部又は検出器
65、85・・・左眼用信号生成装置
66、86・・・右眼用信号生成装置
67・・・虚像距離演算装置
68・・・画像表示パネル駆動装置
69・・・右眼画像表示パネル
70・・・左眼画像表示パネル
71・・・インターフェースボード
72・・・モータ
85・・・左眼用カメラ
86・・・右眼用カメラ
87・・・虚像距離制御装置/カメラ制御装置
88・・・カメラ方向制御装置
89・・・カメラ方向台モータ
90・・・左眼用カメラ台モータ
91・・・右眼用カメラ台モータ
93・・・カメラ方向台
95・・・垂直ベルト
96・・・垂直モータ
98・・・水平ベルト
99・・・水平モータ
101 ・・・距離測定器
102 ・・・両眼用カメラ
a・・・画像同期信号
b・・・画像信号右
c・・・画像信号左
d・・・虚像距離信号
e・・・モータ制御信号
f・・・頭部運動信号
g・・・カメラ台制御信号
h・・・カメラ台同期信号
i・・・カメラ方向制御信号
j・・・虚像距離測定信号
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to an image display system, for example, a binocular head-fixed realistic image display system used for personal image appreciation.
[0002]
[Prior art]
As a conventional binocular head-fixed image display system, a so-called simulator system is known in which a presentation image is generated by an image generation unit in the left and right eyes to allow a user to experience various things.
[0003]
For example, an image produced by computer graphics or the like is viewed with a binocular head-fixed image display device, and the presence is as if it exists in a virtual space in the image (so-called virtual reality) Is configured to make the user experience.
[0004]
Such a display device has left and right display units each displaying an image, and a user views a virtual image of the images on the left and right display units through the left and right lens systems. In other words, the image is fixedly presented as a virtual image at a certain distance in front of the user, and a three-dimensional image is displayed by left and right binocular parallax.
[0005]
In general, attitude detectors are commercially available. This incorporates a plurality of small sensors, and information such as horizontal rotation, vertical rotation, and tilt can be extracted with an electrical signal. This posture detector is used as a head movement detector.
[0006]
As described above, in the conventional image display system, since the presentation image is given to the fixed position in front of the user (that is, any image is presented at the fixed position), the presence of the presentation image is realistic. There is a problem that the user is uncomfortable and the user feels uncomfortable.
[0007]
Further, as shown in FIG. 19 (in the case of a long distance) and FIG. 20 (in the case of a short distance), the image display device used in the conventional image display system is a virtual image due to binocular parallax between the left and right eyes 50 and 51. Since the distance 52 and the distance 53 of the virtual image presented to the user are different (that is, to view the image in a state where the distance 52 of the image due to binocular parallax and the distance 53 of the presented image are different), There have also been problems such as eye strain of the user, reduced visual acuity, general fatigue, and headaches.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is to realize a realistic presentation image, increase the sense of immersion, and reduce the user's eye strain etc. by presenting the user with an image that looks like a real object. There is to do.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  That is, the present inventionThe synchronization of the right-eye image signal generating means and the left-eye image signal generating means is maintained.  Independently present images to the left and right eyes based on head movement signals  An image generation unit for generating an image signal to be
    A virtual image distance signal generation unit that generates a virtual image distance signal in conjunction with the presented image by the image signal  When,
    A pair of display units and respective lens systems for images displayed on these display unitsWhen,  Adjusting means capable of moving the lens system in accordance with the distance between the pupils of the userAndAnd said  Position of the virtual image to be displayed and both eyes based on the virtual image distance signal linked to the image to be displayed by the image signal  Virtual image distance control means for matching the image position due to parallax,Image display device configured to observe a virtual image obtained through a lens systemWhen,
    Head motion is detected, and head motion signals are sent to the image generator and the virtual image distance signal generator.  Sending head movement detector
Composed ofImage displaysystemIt is related to.
[0010]
  The present invention also provides:It is placed at the same interval as the user's pupil interval, and images are provided independently to the left and right eyes.  It has a right-eye camera and a left-eye camera that generate image signals to be displayed, and a right-eye camera and a left-eye camera  The camera rotates in the opposite direction by the same angle, and the head movement signal  A camera direction table having means for changing the camera direction table direction based on
    Determined by focal length of right-eye camera, focal length of left-eye camera, or distance measurement means  A virtual image distance signal generation unit that generates a virtual image distance signal based on the distance of the target object,
    A pair of display units and respective lens systems for images displayed on these display unitsWhen,  Adjusting means capable of moving the lens system in accordance with the distance between the pupils of the userAndAnd said  The position of the presented virtual image based on the virtual image distance signal based on the distance of the object and the image by binocular parallax  Virtual image distance control means for matching the image position,An image display device configured to observe a virtual image obtained through the lens system;,
    Head movement is detected, and the head movement signal is generated as the image signal generator and the virtual image distance signal generator.  A head movement detector to be sent to the adult
FromA configured image display system is also provided.
[0011]
  According to the image display system of the present invention, since the virtual image distance is continuously variable by the virtual image distance control means for matching the position of the virtual image to be presented to the user and the image position by the parallax, it is possible to present with a sense of presence. By realizing an image and increasing an immersive feeling, and presenting an image as if a real object is seen to the user, it is possible to reduce eye strain of the user.
[0012]
On the other hand, the image display device used in the conventional image display system, as described above, presents any image at a fixed position, so the presence of the presented image is poor, giving the user a sense of discomfort, and both eyes Use because the virtual image distance due to the parallax and the virtual image distance presented to the user are different (ie, the image is viewed with the binocular parallax and the presented image being different) Eye fatigue, decreased visual acuity, general fatigue, and headaches.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  In the present invention, the virtual image distance control means,
  An image generation unit that presents an image independently on a pair of display units;
  A virtual image distance signal generator for generating a virtual image distance signal;
  A virtual image distance control unit for controlling a virtual image distance by a virtual image distance signal;
It is desirable that the virtual image distance is continuously controlled in conjunction with the presented image.
[0014]
  Specifically, the binocular head-fixed realistic image having a mechanism in which the image display device arranges the image display panel and the lens on the front left and right of the user and can continuously change the distance of the virtual image. It is configured as a display device.
[0015]
In this case, the left-eye and right-eye cameras are arranged in accordance with the pupil distance of the user in the image generation unit,
These left-eye camera and right-eye camera are rotated in the opposite direction by the same angle so that they have a symmetrical orientation.
The distance to the object is determined by the pupil interval of the user and the angle formed by the left-eye and right-eye cameras,
According to the distance, the virtual image distance in the head-fixed image display device is continuously controlled.
Thus, it is possible to further reduce the user's fatigue by presenting the user with an image that looks like a real object. In other words, the distance of the virtual image formed by the image display panel and the lens is continuously adjusted according to the pupil distance of each person, so that the distance of the virtual image due to binocular parallax is reliably matched and used. The fatigue of the person can be further reduced.
[0016]
Alternatively, a camera is used in the image generation unit,
The distance to the object is determined by the focal length of the camera or by a distance meter provided separately,
It is also desirable that the virtual image distance in the head-fixed image display device is continuously controlled according to the distance.
[0017]
In this case, it is preferable to have an image generation unit or a camera that presents the same image to the left and right eyes of the user and to continuously control the virtual image according to the distance determined as described above.
[0018]
  The present invention further includes a head movement detection unit that detects the movement of the head, and when a signal is sent to the image generation unit and the virtual image distance control unit to be linked to the presentation image and the presentation virtual image distance, an image with a sense of presence Realize presentation and increase immersion. On the other hand, in the head-fixed image display device, since the device is fixed to the user's head, as it is, there is no change in the image that usually occurs due to the movement of the head, and there is little realism and a sense of incongruity. I may feel it.
[0019]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
[0020]
1 to 8 show a first embodiment in which the present invention is applied to a binocular head-fixed image display apparatus and its system.
[0021]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an image display system including an image display device according to the present embodiment, and FIG. 2 is a flowchart of the operation thereof. This system basically includes a head-fixed image display device 60, an image generation unit 61, a virtual image distance signal generation unit 62, a virtual image distance control unit 63, and a head movement detection unit 64. ing. The left and right eye image signal generation devices 65 and 66 are used as the image generation unit 61, and the virtual image distance calculation device 67 is used as the virtual image distance control unit 63.
[0022]
Next, the operation of this system will be described. First, the image synchronization signal a is sent from the right-eye image signal generation device 66 to the left-eye image signal generation device 65. These image signal generation apparatuses send an image signal right b and an image signal left c that give appropriate parallax to the left and right eyes while maintaining synchronization by the image synchronization signal.
[0023]
Then, a right eye image display panel 69 (corresponding to a display unit 1R described later) and a left eye image display panel 70 (described later) are attached to the binocular head-fixed image display device 60 by the image display panel driving device 68. The image is displayed on the display unit 1L) and presented to the left and right eyes of the user independently.
[0024]
Here, a UNIX computer with a built-in CG image rendering board is used as the image signal generating devices 65 and 66, and an LCD driver circuit with an NTSC decoder circuit is used as the image display panel driving device 68.
[0025]
Further, the set virtual image distance signal d is sent to the virtual image distance calculation device 67 from the virtual image distance signal generation device 62 which is also used as the right eye image signal generation device 66. In the virtual image distance calculation device 67, an appropriate motor control signal e corresponding to the virtual image distance signal d is sent to the motor 72 fixed to the binocular head-fixed image display device 60 via the interface board 71. The rotation of the motor 72 allows the user to view an image at the set virtual image distance.
[0026]
Here, a UNIX type computer is used as the virtual image distance signal generating device 62, and an MSDOS type computer is used as the virtual image distance calculating device 67.
[0027]
The head-fixed image display device 60 is provided with a head movement detector 64 (for example, a piezoelectric vibration type rotation detection sensor) that generates a head movement signal f in a constant cycle in accordance with the user's head movement. ing.
[0028]
When the user moves the head in response to the image being viewed, the head movement signal f from the head movement detector 64 is sent to the image signal generation device 66 for the right eye. Then, new left and right eye image signals b and c reflected in the head movement are generated, and a new virtual image distance signal d is generated.
[0029]
The new image signals b and c are sent to the left and right image display panels 69 and 70 via the image display panel driving device 68, and a new image is presented to the user. At the same time, the virtual image distance signal d is sent to the virtual image distance calculation device 67 to display an image at an appropriate position in front of the user.
[0030]
According to the present embodiment, the image signal to be presented to the user is generated independently for the left and right eyes, and the means for continuously changing the virtual image distance according to the image signal is provided. As shown, the position 53 of the virtual image presented to the user and the image position 52 due to parallax can be reliably matched. In other words, because the virtual image distance is continuously variable, it is possible to realize a realistic presentation image, increase the immersive feeling, and present the user with an image that looks like a real object. A person's eyestrain etc. can be reduced.
[0031]
In particular, the provision of a mechanism that detects the movement of the user's head and reflects it in the presented image and the virtual image distance surely realizes realistic image presentation and sufficiently increases the sense of immersion. Can do.
[0032]
As the binocular head-fixed image display device 60 described above, for example, an example disclosed in JP-A-6-123852 can be adopted as shown in FIGS.
[0033]
5 shows the overall appearance of the display device 60, FIG. 6 shows the optical system, FIG. 7 shows the arrangement of the mechanism, and FIG. 8 shows the appearance of the mechanism. 5 to 8, left and right lens systems 2L and 2R are respectively provided for left and right display units (display panels) 1L and 1R in which a backlight and a display liquid crystal panel are combined. Then, the optical axes of these lens systems 2L and 2R are reflected and bent by the beam splitter 3 arranged with an inclination of 45 ° and enter the left and right eyeballs of the user. Further, a liquid crystal shutter 4 is disposed in front of the beam splitter 3 as a dimming means.
[0034]
The left and right display units 1L and 1R, the left and right lens systems 2L and 2R, the beam splitter 3 and the liquid crystal shutter 4 are housed in an arbitrary housing 5. The casing 5 is made of a material that is matt and painted in black and does not transmit light, and is disposed on the front holder table 7 of the head mounting member 6. By mounting this head mounting member 6 on the head, a virtual image can be viewed.
[0035]
Left and right display units 1L and 1R and left and right lens systems 2L and 2R are provided on the upper side of the holder table 7, and a beam splitter 3 and a liquid crystal shutter 4 are provided on the lower side thereof. In the drawing, the case member outside the spectacles-type display device above the holder table 7 is omitted.
[0036]
The left and right display units 1L and 1R are fixed to linear sliders 11L and 11R, respectively. These linear sliders 11L and 11R are attached to a common slider shaft 12 so that the left and right display units 1L and 1R can move to the left and right. The linear sliders 11L and 11R are provided with pins 19L and 19R connected to the link mechanism, respectively.
[0037]
The left and right display units 1L and 1R, the linear sliders 11L and 11R, and the slider shaft 12 are configured to move up and down along the slider shaft 13. A diopter adjusting motor 72 is provided between the left and right display units 1L, 1R. The motor 72 moves the left and right display units 1L and 1R, the linear sliders 11L and 11R, and the slider shaft 12 up and down with respect to the housing 5.
[0038]
The left and right lens systems 2L and 2R are fixed to linear sliders 21L and 21R, respectively. These linear sliders 21L and 21R are attached to a common slider shaft 22 so that the left and right lens systems 2L and 2R can move to the left and right. The slider shaft 22 is fixed to the housing 5, and the entire left and right lens systems 2 </ b> L and 2 </ b> R, linear sliders 21 </ b> L and 21 </ b> R, and the slider shaft 22 are fixed vertically to the housing 5. These linear sliders 21L and 21R are provided with longitudinal grooves 29L and 29R connected to the link mechanism, respectively.
[0039]
In addition, a knob 31 for adjusting the interpupillary distance is disposed at the center upper portion of the housing 5, and the rotation of the gear 32 provided coaxially with the knob 31 is driven via the semicircular gear 33. , 34R. These drive gears 34L and 34R are meshed with each other and driven to rotate in the opposite direction. Fan gears 35L and 35R are meshed with these drive gears 34L and 34R, respectively.
[0040]
Furthermore, the first slide arms 36L and 36R are integrally provided in each of the sector gears 35L and 35R. One ends of these slide arms 36L and 36R are pivotally supported by a common rotation shaft 37 so as to be freely rotatable. The intermediate portions of the slide arms 36L and 36R are linked to the intermediate portions of the second slide arms 39L and 39R via joint plates 38L and 38R, respectively. One ends of these slide arms 39L and 39R are pivotally supported on the rotation shafts 40L and 40R, respectively.
[0041]
Slide pins 41L and 41R are provided at the other ends of the slide arms 39L and 39R, respectively, and these slide pins 41L and 41R are inserted into vertical grooves 29L and 29R provided in the linear sliders 21L and 21R. The other ends of the slide arms 36L and 36R are provided with long holes 42L and 42R along the base line. The long holes 42L and 42R have pins 19L and 19R provided on the linear sliders 11L and 11R. Is inserted.
[0042]
Therefore, when the user turns the knob 31, the slide arms 36L and 36R are rotated, and the slide arms 39L and 39R are further rotated via the joint plates 38L and 38R. As a result, the linear sliders 21L and 21R move symmetrically to the left and right via the slide pins 41L and 41R, and the interpupillary distance can be adjusted.
[0043]
When the motor 72 is rotated by the control signal e described above, the display units 1L and 1R, the linear sliders 11L and 11R, and the slider shaft 12 are moved up and down with respect to the housing 5 by the feed mechanism engaged with the rotation shaft. Move to. On the other hand, the lens systems 2L and 2R, the linear sliders 21L and 21R, and the slider shaft 22 are fixed vertically with respect to the housing 5. As a result, the left and right display units 1L and 1R and the left and right lens systems 2L and 2R approach or separate from each other, and the diopter can be adjusted.
[0044]
In this case, when the left and right display units 1L and 1R move up and down, their positions move left and right along the long holes 42L and 42R at the other ends of the slide arms 36L and 36R. Further, the slide arms 36L and 36R have a rotation axis 37 as a central point on the principal point axis of the left and right lens systems 2L and 2R, and a base line passing through the focal points of the lens systems 2L and 2R. In this manner, a link mechanism of the slide arms 36L and 36R, the joint plates 38L and 38R, and the slide arms 39L and 39R is formed.
[0045]
Therefore, in this display device, the left and right lens systems 2L and 2R move symmetrically according to the interpupillary distance, and the center point on the principal axis of the left and right lens systems 2L and 2R and the respective lens systems 2L. The left and right display units 1L and 1R move on a line segment connecting the 2R focal points.
[0046]
9 to 17 show a second embodiment in which the present invention is applied to a binocular head-fixed image display apparatus and its system.
[0047]
  Compared with the first embodiment described above, this embodiment is an image signal generation device.65, 66However, common parts may be denoted by common reference numerals and description thereof may be omitted.
[0048]
FIG. 9 is a schematic diagram of the entire image display system showing a configuration when a camera is used instead of the image signal generation device, and FIG. 10 is a flowchart of the operation thereof. 11 to 14 are explanatory views showing the positional relationship between the left and right cameras and the symmetrical object, FIG. 15 is a perspective view showing the left and right cameras, the camera stand, and the object, and FIGS. 16 and 17 are distance determination methods. It is explanatory drawing of.
[0049]
The image display system including the image display device according to the present embodiment basically includes a head-fixed image display device 60, an image generation unit 81, a virtual image distance signal generation unit 82, a virtual image distance control unit 83, And a head movement detector 64.
[0050]
Here, as the virtual image distance signal generation unit 82, a CPU small board with a built-in angle sensor built in the right-eye camera base motor is used, and as the virtual image distance control signal unit 83, an MSDOS type computer with a built-in motor control board is used.
[0051]
  The operation of this system will be described. First, from a camera control device 87 (for example, MSDOS type computer) that also serves as a virtual image distance control device, a camera stand control signal g is sent from a right eye camera stand motor 91 and a left eye camera stand motor 90. (A distance measurement signal j may be sent from the right-eye camera 86). This is because the directions of the left and right cameras 85 and 86 are kept synchronized by the camera base synchronization signal h (rotated by the same angle in opposite directions).11The angles of the two cameras 85 and 86 are adjusted as shown in FIG. The camera used here is, for example, a CCD area sensor type small video camera.
[0052]
An image signal right b and an image signal left c are sent from the right eye camera 86 and the left eye camera 85, and the right eye attached to the binocular head-fixed image display device 60 by the image display panel driving device 68. Images are displayed on the image display panel 69 and the left-eye image display panel 70, and the images are presented independently to the left and right eyes of the user.
[0053]
At the same time, an appropriate motor control signal e corresponding to the camera stand control signal g is sent from the virtual image distance (calculation) controller 87 (for example, MSDOS type computer) via the interface board 71 to display the binocular head-fixed image. This is sent to a motor 72 fixed to the device 60. The rotation of the motor 72 allows the user to view an image at the set virtual image distance.
[0054]
The head-fixed image display device 60 is provided with a head movement detector 64 that generates a head movement signal f at a constant period according to the user's head movement.
[0055]
When the user moves the head according to the image being viewed, the head movement signal f from the head movement detector 64 is sent to the camera direction control device 88 (for example, an MSDOS type computer with a built-in motor control board). It is done. In response to the head movement, a camera direction control signal i is generated and sent to the camera direction table motor 89 to change the entire image direction.
[0056]
As shown in FIGS. 11 to 14, the left and right eye cameras 85 and 86 are arranged at the same interval as the pupil interval of the user. Then, the distance to the position of the real object (object) 92 is made the same as the virtual image distance and displayed on the head device display.
[0057]
As shown in FIG. 15, the camera direction base motor 89 rotates a camera mounting base (camera direction base) 93 to which the left and right eye cameras 85 and 86 are attached. A mounting plate 94 of the camera direction table 93 to which the camera direction table motor 89 is mounted is connected to the vertical motor 96 by a vertical belt 95 so that it can rotate. The vertical mounting plate 97 on which the vertical motor 96 is mounted is connected to the horizontal motor 100 on the horizontal mounting base 99 by a horizontal belt 98 so that it can rotate. As a result, the camera mount 93 can move in accordance with the user's head movement.
[0058]
The new image signal is sent to the left and right image display panels 69 and 70 via the image display panel driving device 68, and a new image is presented to the user.
[0059]
According to this embodiment, since the image display panel and the lens have a mechanism that can continuously adjust the distance of the virtual image while adjusting the distance between the pupils of each person, the user looks at the real object. An image can be presented to reduce user fatigue. In addition, the same excellent effect can be obtained by the same mechanism as that of the first embodiment described above.
[0060]
By these interactions, an artificial space can be formed around the user, and the user's presence can be increased.
[0061]
While the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments can be variously modified based on the technical idea of the present invention.
[0062]
For example, as shown below, various methods in place of the above-described method can be adopted.
(1) A method in which an image signal generation device and a virtual image distance signal generation device are provided independently.
(2) A system that doubles as a virtual image distance signal generation device and a virtual image distance calculation device.
(3) A system in which a mechanism for providing a reaction force according to the user's movement is provided separately and used together with the presentation image reflected in the user's movement.
(4) A method of presenting an image using an image display panel that is not a liquid crystal.
(5) A system that uses a network such as a wireless or telephone line to connect each device.
(6) A system in which one of the left and right is an image signal generator and the other side is a camera.
(7) A method in which the presented image is linked only by the horizontal rotation component of the head movement detector.
[0063]
(8) As shown in FIGS. 16 and 17, the distance of the virtual image is not determined by the distance and orientation between the left and right cameras 85 and 86, but is either one of the focal lengths or a distance measuring device 101 (for example, a motor) A method of controlling a virtual image distance by sending a virtual image distance measurement signal j to a virtual image distance control device 87.
[0064]
(9) As shown in FIG. 18, the same image is presented to the left and right eyes of the user, and the focal length or distance of the virtual image distance signal generator and the binocular camera 102 (for example, a CCD area sensor type autofocus video camera). A method for controlling the virtual image distance of the image presented to the user in accordance with the virtual image distance determined by the measuring device 101.
[0065]
Note that the structure and shape of the binocular head-fixed image display device described above may be variously changed. Furthermore, in the above-described embodiments, the present invention is applied to a display device used for virtual reality. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to various display devices such as a computer display device.
[0066]
[Effects of the invention]
  As described above, the image display system according to the present invention is as follows.Right eye image signal generating means and left eye image  Having an image synchronization signal for maintaining synchronization with the image signal generating means and based on the head movement signal  And an image generation unit that generates an image signal that presents an image independently to the left and right eyes, or a user's  Generates an image signal that is arranged at the same interval as the pupil interval and presents an image independently to the left and right eyes  It has a right-eye camera and a left-eye camera, and the right-eye camera and the left-eye camera are opposite to each other  It is designed to rotate by the same angle, and the camera direction is based on the head movement signal.  A camera direction table having means for changing
    A virtual image distance signal generation unit that generates a virtual image distance signal in conjunction with the presented image by the image signal  Or by the focal length of the right-eye camera, the focal length of the left-eye camera, or distance measuring means  A virtual image distance signal generation unit that generates a virtual image distance signal based on the determined distance of the object;
    A pair of display units and respective lens systems for images displayed on these display unitsWhen,  Adjusting means capable of moving the lens system in accordance with the distance between the pupils of the userAndAnd said  Based on the virtual image distance signal linked to the presented image by the image signal or the distance of the object.  Based on the virtual image distance signal, the position of the presented virtual image and the image position by binocular parallax are matched.  Virtual image distance control means forConfigured to observe the virtual image obtained through the lens system.An image display device,
    Head movement is detected, and head movement signal is generated by the image signal generator and the virtual image distance signal.  The head movement detector
FromTherefore, the following remarkable effects can be obtained.
[0067]
  In other words, the virtual image distance control means for matching the position of the virtual image presented to the user with the image position due to parallax allows the virtual image distance to be continuously varied to realize a realistic presentation image and increase the sense of immersion. At the same time, it is possible to reduce eyestrain and the like of the user by presenting the user with an image that looks like a real object.
  In particular, since the left and right eyes independently generate an image signal to be presented to the user and a means for changing the virtual image distance according to the image signal is provided, the position of the virtual image presented to the user and the image position due to parallax are determined. Providing a mechanism that can be surely matched and that detects the movement of the user's head and reflects it in the displayed image and virtual image distance reliably realizes realistic image presentation, The feeling of immersion can be increased sufficiently.
  In addition, the lens system can be moved to a normal position corresponding to the pupil position by adjusting means for moving the lens system according to the distance between the pupils of the user.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a binocular head-fixed image display system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an operation flowchart of the system.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining control of a virtual image distance (far distance) in the system.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining control of a virtual image distance (short distance) in the system.
FIG. 5 is a perspective view of an example of a binocular head-fixed image display device used in the system.
FIG. 6 is a perspective view of an optical system of the display device.
FIG. 7 is a perspective view showing the mechanism of the display device.
FIG. 8 is a perspective view for explaining a mechanism unit of the display device.
FIG. 9 is a schematic view of a binocular head-fixed image display system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an operation flowchart of the system.
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining a situation in which a distance of an object (a camera side at a long distance) is determined in the system.
FIG. 12 is a schematic diagram for explaining control of a virtual image distance (a display side at a long distance) in the system.
FIG. 13 is a schematic diagram for explaining a situation in which the distance of the object (the camera side at a short distance) is determined in the system.
FIG. 14 is a schematic diagram for explaining control of a virtual image distance (display side at a short distance) in the system;
FIG. 15 is a schematic perspective view showing a mechanism for determining the distance of an object in the system.
FIG. 16 is a schematic diagram for explaining control of a virtual image distance according to another embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a schematic view for explaining control of a virtual image distance according to another embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a schematic view for explaining control of a virtual image distance according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a schematic diagram for explaining a relationship (far distance) between an object distance and a virtual image distance in a conventional example.
FIG. 20 is a schematic diagram for explaining the relationship (short distance).
[Explanation of symbols]
50, 51 ... Eyeball
52, 92 ... Position of the object (image position)
53 Virtual image position
60 ・ ・ ・ Binocular head-fixed image display device
61, 81 ... Image generator
62, 82 ... Virtual image distance signal generator or device
63 ... Virtual image distance controller
64... Head movement detector or detector
65, 85 ... Left eye signal generator
66, 86 ... right eye signal generator
67 ... Virtual image distance calculation device
68. Image display panel driving device
69 ・ ・ ・ Right-eye image display panel
70 ... Left eye image display panel
71 ・ ・ ・ Interface board
72 ... Motor
85 ... Left eye camera
86 ... Right-eye camera
87... Virtual image distance control device / camera control device
88 ... Camera direction control device
89 ... Camera direction motor
90 ... Left eye camera base motor
91 ... Camera stand motor for right eye
93 ... Camera direction table
95 ・ ・ ・ Vertical belt
96 ・ ・ ・ Vertical motor
98 ・ ・ ・ Horizontal belt
99 ・ ・ ・ Horizontal motor
101 ・ ・ ・ Distance measuring instrument
102 ... Binocular camera
a ... Image synchronization signal
b ... Image signal right
c: Image signal left
d ... Virtual image distance signal
e ... Motor control signal
f ・ ・ ・ Head movement signal
g ... Camera stand control signal
h ... Camera stand synchronization signal
i ... Camera direction control signal
j: Virtual image distance measurement signal

Claims (2)

右眼用画像信号生成手段と左眼用画像信号生成手段との同期を保つた めの画像同期信号を有し、かつ、頭部運動信号に基づいて左右眼に独立して画像を提示 する画像信号を発生する画像生成部と、
前記画像信号による提示画像に連動して虚像距離信号を発生する虚像距離信号生成部 と、
一対の表示部と、これらの表示部に表示される画像に対するそれぞれのレンズ系と、 使用者の瞳孔間距離に応じて前記レンズ系を移動可能な調節手段とを有し、かつ、前記 画像信号による提示画像に連動する前記虚像距離信号に基づいて提示虚像の位置と両眼 視差による画像位置とを一致させるための虚像距離制御手段を有し、前記レンズ系を通 して得られる虚像を観察するように構成された画像表示装置と
頭部の動きを検出し、頭部運動信号を前記画像生成部及び前記虚像距離信号生成部に 送る頭部運動検出部と
から構成された画像表示システム。
And an image synchronization signal keep a synchronization between the right-eye image signal generating means and the left-eye image signal generating means, and an image presenting an image independently of the right and left eyes on the basis of head movement signal An image generator for generating a signal;
A virtual image distance signal generation unit that generates a virtual image distance signal in conjunction with the presented image by the image signal ;
Has a pair of display portions, and each of the lens system to the image that is displayed on a display unit, an adjustment means capable of moving the lens system in accordance with the interpupillary distance of the user, and the image signal A virtual image distance control means for matching the position of the presented virtual image with the image position based on the binocular parallax based on the virtual image distance signal linked to the presented image by observing the virtual image obtained through the lens system An image display device configured to :
A head movement detection unit that detects head movement and sends a head movement signal to the image generation unit and the virtual image distance signal generation unit;
An image display system composed of.
使用者の瞳孔間隔と同じ間隔に配置されて左右眼に独立して画像を提 示する画像信号を発生する右眼用カメラと左眼用カメラを有し、右眼用カメラと左眼用 カメラとが互いに逆向きに同じ角度だけ回転するようになされ、かつ、頭部運動信号に 基づいてカメラ方向台方向を変化させる手段を有するカメラ方向台と、
右眼用カメラの焦点距離、左眼用カメラの焦点距離又は距離測定手段によって決定さ れた対象物の距離に基づく虚像距離信号を発生する虚像距離信号生成部と、
一対の表示部と、これらの表示部に表示される画像に対するそれぞれのレンズ系と、 使用者の瞳孔間距離に応じて前記レンズ系を移動可能な調節手段とを有し、かつ、前記 対象物の距離に基づく前記虚像距離信号に基づいて提示虚像の位置と両眼視差による画 像位置とを一致させるための虚像距離制御手段を有し、前記レンズ系を通して得られる 虚像を観察するように構成された画像表示装置と、
頭部の動きを検出し、頭部運動信号を前記画像信号の生成部及び前記虚像距離信号生 成部に送る頭部運動検出部と
から構成された画像表示システム。
It has a right-eye camera and the left eye camera which is arranged in the same interval as the pupil distance of the user independently for the left and right eyes to generate a Hisage Shimesuru image signal an image for the right eye camera and the left-eye camera And a camera direction table having means for changing the camera direction table direction based on the head movement signal, and
A virtual image distance signal generation unit that generates a virtual image distance signal based on a focal length of a right-eye camera, a focal length of a left-eye camera, or a distance of an object determined by a distance measuring unit ;
A pair of display units, respective lens systems for images displayed on these display units, and adjusting means capable of moving the lens system in accordance with a distance between pupils of the user, and the object It has a virtual image distance control means for matching the images position by position and binocular parallax presentation virtual image based on the virtual image distance signal based on the distance, configured to observe a virtual image obtained through the lens system An image display device,
Detecting a movement of the head, the head movement detecting portion for sending a head movement signal to the generator and the virtual image distance signal producing formation portion of the image signal
An image display system composed of
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