JP4747575B2 - 情報表示装置 - Google Patents
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画像の呈示距離(画像の見かけ位置までの距離)は、十分長く設定されているので、ユーザは、眼をあまり緊張させることなく外界を目視したり画像を目視したりすることができる。
この場合、外界を目視する眼を緊張させ、画像を目視する眼を弛緩させるという難しい調節が必要となり、ユーザの眼が疲労する。
そこで本発明は、ユーザの眼の疲労を低減することのできる情報表示装置を提供することを目的とする。
なお、前記固有情報には、前記ユーザの両眼のうち前記画像を目視している眼と前記光学系との位置関係の情報が含まれていてもよい。
また、前記外界を目視している眼と前記画像を目視している眼とは、互いに異なる眼であり、前記固有情報には、前記ユーザの両眼の視度差の情報が含まれていてもよい。
また、前記手段は、前記光学系によって兼用されてもよい。
[第1実施形態]
以下、図1、図2、図3、図4、図5、図6、図7を参照して本発明の第1実施形態について説明する。
本実施形態は、ニアアイディスプレイの実施形態である。
このニアアイディスプレイには、図1に示すように、ヘッドホン11R,11L、リアアーム12、フロントアーム13、コントローラ14、ディスプレイ部(請求項における光学系に対応。)16などが備えられる。
リアアーム12,フロントアーム13は、それぞれユーザUの頭部に装着可能なように若干大きめの円弧状をしている。
ディスプレイ部16は、フロントアーム13の一端に取り付けられる。フロントアーム13の他端は、リアアーム12の一端に連結されている。
ヘッドホン11R,11Lがそれぞれ装着部材11R’,11L’を介してユーザUの右耳及び左耳に装着されると、ディスプレイ部16はユーザUの一方の眼EL(図1では左眼)の前に配置される。
因みに、この状態のままディスプレイ部16のみを観察眼ELの前から退避させたり、ディスプレイ部16の位置や角度を調整したりするために、リアアーム12及びフロントアーム13からなる全アームの何れかの箇所には、不図示の伸縮機構や回動機構などからなる調整機構が設けられている。因みに、リアアーム12とフロントアーム13の連結部(コントローラ14の設けられた箇所)は伸縮機構を有しており、観察眼ELとディスプレイ部16との間隔は調整可能である。
測距センサ17の測距精度、測距分解能、測距距離などは、汎用のカメラなどに用いられる測距センサと同程度でよい。
この測距センサ17の測距対象領域Eは、図2に示すように、ユーザUの視野(ここでは、非観察眼ERの視野(以下、単に「視野」という。)の中心近傍の比較的狭い領域(カメラのフォーカスエリア相当)に設定される。なお、図2では、簡単のため、視野を長方形で示した。
さらに、本実施形態のコントローラ14の前記外壁には、設定釦14sの他、図1に示すとおり操作釦14f,14nが設けられる(請求項における取得手段に対応。詳細は後述)。
ディスプレイ部16内には、図3に示すように、観察眼ELの側から順にレンズ16a及び表示素子16bが配置される。表示素子16bの表示画面Iは観察眼ELの方向を向いている。その他、ディスプレイ部16には、表示素子駆動部16b’が備えられる(請求項における変化手段に対応。)。
なお、これらのディスプレイ部16とコントローラ14とは、不図示の接続線を介して電気的に接続されている。
次に、本実施形態のニアアイディスプレイの基本動作について説明する。
なお、本実施形態の表示画面Iは、図3に示すとおり映像を表示する映像表示領域Iaの他に、文字のイメージ(文字情報)を表示する文字表示領域Ibを有する。文字情報の表示は、CPU14aが画像処理回路14cに対し指示を与えることによって実現する。
表示素子16bは、表示素子駆動部16b’によって観察眼ELの視軸方向に移動可能である。表示素子16bが視軸方向に移動すると、それに伴い虚像I’の呈示距離s’(ディスプレイ部16を基準とした虚像I’の距離)が変化する。
CPU14aは、設定釦14s,操作釦14f,14nからの信号、及び、測距センサ17からの信号に応じて各部を制御する。
次に、本実施形態のニアアイディスプレイの動作の流れの特徴部分(イニシャライズ、眼疲労低減動作)について説明する。なお、この動作の流れは、CPU14aが制御する。
イニシャライズのための動作(図4ステップS2)は、設定釦14sを介してユーザUからイニシャライズの指示があった時点で(図4ステップS1YES)、開始される。
ユーザUは、図5(a),(b)に示すように、イニシャライズ用の基準物体O’(背景、柱、壁掛け)などを、自分の前方の目視できる位置に配置する。
これらの測距から表示までの処理は、繰り返し連続して行われる。よって、表示された測定距離は、その時点における基準物体O’の距離sを正確に示す。
そして、ユーザUは、基準物体O’を非観察眼ERで目視しつつ、図5(a)に示すように自分と基準物体O’との間隔を徐々に拡大させ、その基準物体O’がぼけ始めた時点でその拡大を停止する。
ユーザUは、さらに、その状態の基準物体O’を非観察眼ERで目視すると共に観察眼ELで表示画面Iの虚像I’を目視する。
そして、最も楽に目視できるようになった時点で、設定釦14sを操作し、確定の合図をニアアイディスプレイに与える。
そして、ニアアイディスプレイでは、確定の合図が与えられると(図4ステップS23YES)、その時点における基準物体O’の距離s0と虚像I’の呈示距離s0’とが認識される(図5(b)参照。)。
なぜなら、非観察眼ERの視度と観察眼ELの視度とは一致していないことが多く、また、非観察眼ER及び観察眼ELとディスプレイ部16との位置関係は、ユーザUによって様々であり、さらにはその位置関係は、同じユーザUであってもニアアイディスプレイの装着状況によって様々だからである。
ニアアイディスプレイでは、基準物体O’の距離s0と虚像I’の呈示距離s0’との差(s0−s0’)をオフセットΔ0として求め、そのオフセットΔ0の情報をRAM14bに格納する(図4ステップS24)。
その後、ユーザUは、例えば図5(c),(d)に示すように、このニアアイディスプレイを自分の所望する場所で使用する。なお、図5(c),(d)には、ユーザUが任意の物体Oに正対し、その物体Oに近づいたときと遠ざかったときとのそれぞれの様子を示した。
ニアアイディスプレイでは、測距センサ17が測距を行い、測距センサ17の出力から物体Oの距離sが認識され、その物体Oの距離sとRAM14bに格納されたオフセットΔ0の情報とに応じて、虚像I’の呈示距離s’が物体Oの距離sの近傍に設定される。
ここで、虚像I’の呈示距離s’は、物体Oの距離sをオフセットΔ0の分だけ補正した距離(s’=s−Δ0)である。
因みに、この補正によれば、物体Oの距離sと虚像I’の呈示距離s’との実際の距離の差は、図5(c),(d)に示すとおり、物体Oの距離sが短くなるほど縮小されることになる。
このニアアイディスプレイでは、上述したように、測距センサ17によって物体Oの距離sが検出され、その物体Oの距離sに応じて虚像I’の呈示距離s’が設定される。よって、虚像I’の呈示距離s’は、物体Oの距離sに追従する(図5(c),(d)参照。)。
よって、虚像I’の呈示距離s’は、非観察眼ERの目視距離に追従する。
このように、虚像I’の呈示距離s’が非観察眼ERの目視距離に追従すれば、虚像I’を目視する観察眼ELの目視距離の変化方向と、外界を目視する非観察眼ERの目視距離の変化方向とが、同じになる。つまり、観察眼ELが緊張するときには非観察眼ERも緊張し、観察眼ELが弛緩するときには非観察眼ERも弛緩する。
また、測距センサ17は、小型・高性能であり、かつ安価なので、非観察眼ERの目視距離の変化を簡単かつ確実に検出することができる。
また、このニアアイディスプレイでは、ユーザUに固有のオフセットΔ0に応じて虚像I’の呈示距離s’が補正されている(実際には表示素子駆動部16b’の駆動量が補正されている)ので、様々なユーザUに対応できる。
また、このオフセットΔ0は、観察眼ELと非観察眼ERとの視度差を表すので、ニアアイディスプレイは、各ユーザUの様々な視度差に対応できる。
しかも、このニアアイディスプレイは、ユーザUから固有情報(オフセットΔ0)を直接取得するので、視度差や装着状況を別途測定したり、ユーザUがそれらを記憶したりする手間が省かれる。
また、その表示するための手段として、ディスプレイ部16の表示素子16bが兼用されるので、効率的でもある。
(その他)
なお、測距センサ17の配置角度及び測距用光束の広がり角度は、図2に示すように、測距対象領域Eが狭くなるよう設定されたが、図6に示すように、対象領域Eが広くなるよう設定されてもよい。この場合、視野内に存在する物体の平均距離が測距されることとなり、虚像I’の呈示距離s’は、その平均距離に追従することとなる。
また、RAM14bに格納されるオフセットΔ0の情報は、オフセットΔ0の値そのものである必要はなく、オフセットΔ0を示す他の情報、例えば、測距センサ17の出力信号の情報や表示素子16bの位置座標の情報などでもよい。
また、イニシャライズ時の虚像I’の呈示距離の調整は、電動で行われたが、手動で行われるようニアアイディスプレイが構成されてもよい。
また、本実施形態のニアアイディスプレイを次のとおり変形することもできる。
すなわち、図7に示すように、ディスプレイ部16と観察眼ELとの位置関係の変化を検出するセンサ21が備えられる。このセンサ21は、例えば、フロントアーム13とリアアーム12との機構部分などに設けられ、かつその機構部分の状態を検出するエンコーダなどからなる。このセンサ21の出力変化に応じて前記補正の補正量(上記説明では、オフセットΔ0に一致させた。)をリアルタイムで変化させれば、ニアアイディスプレイの装着状況の使用途中の変化にも対応できる。
以下、図8、図9、図10を参照して本発明の第2実施形態について説明する。
本実施形態は、ニアアイディスプレイの実施形態である。ここでは、第1実施形態との相違点についてのみ説明する。
先ず、相違点について大まかに説明する。
よって、観察眼ELは、外界と虚像I’との双方を目視する。このニアアイディスプレイは、このような観察眼ELの疲労低減を図る。
第2の相違点は、測距センサ17に代えて屈折力センサ39が備えられたことにある。
第3の相違点は、操作釦14f,14nが省略されたことにある。
ディスプレイ部16’はシースルー型なので、観察眼ELの前に配置されるのは、ハーフミラーHMのみである。
外界からの光束と表示素子16bからの光束とは、このハーフミラーHM上で重ねられて観察眼ELに入射する。
屈折力センサ39はディスプレイ部16’に取り付けられ、屈折力センサ39からの測定光束は、このディスプレイ部16’を介して観察眼ELに投光される。また、観察眼ELの眼底にて反射したその測定光束は、ディスプレイ部16’を介して屈折力センサ39に戻る。
なお、図8には、屈折力センサ39からの測定光束が表示素子16bの裏側(表示画面Iの反対側)に入射し、表示素子16b、レンズ16a、ミラーM、ハーフミラーHMを順に経由して観察眼ELに入射する例を示した。
投光部39aは、観察眼ELに対し投光すべき測定光束を生成し、検出部39bは、観察眼ELの眼底から戻った測定光束を検出する。
なお、図8の屈折力センサ39内において符号HMで示すのは、ハーフミラーである。
屈折力センサ39の出力(検出部39bの出力)は、コントローラ14’に与えられる。コントローラ14’内では、その出力に基づきCPU14a’が観察眼ELの屈折力を認識する。この屈折力は、観察眼ELの目視距離(観察眼ELからそのピント位置までの距離)tを示す。
図9に示すように、イニシャライズのための動作(図9ステップS2’)、眼疲労低減動作(図9ステップS3’,図10(b),(c))が順に行われる。
イニシャライズのための動作では、表示画面Iの虚像I’の呈示距離t’が所定値t0’に設定される(図9ステップS21’、図10(a)参照。)。
この所定値t0’は、多くのユーザUが目視可能な距離、例えば、1m程度である。
ユーザUは、このときの虚像I’を、観察眼ELで目視する。
その虚像I’が目視できた時点で、ユーザI’は設定釦14sを操作し、確定の合図をニアアイディスプレイに与える。
ここで、観察眼ELの目視距離t0は、図10(a)にも示すとおり虚像I’の呈示距離t0’と一致しておらず、ユーザUに固有のオフセットΔ0が生じている(t0’=t0−Δ0)。
よって、オフセットΔ0を、ニアアイディスプレイの装着状況の情報(固有情報)とみなすことができる。
ここで、オフセットΔ0を求める際、観察眼ELの目視距離t0と虚像I’の呈示距離t0’との単位には、屈折力の単位(ディオプター「Dp」)が採用される。例えば、観察眼ELの目視距離t0は、観察眼ELの屈折力によって表され、虚像I’の呈示距離t0’は、ディスプレイ部16’を基準とした所定位置に存在する眼が虚像I’を結像するために必要な屈折力によって表される。
このとき、表示画面Iの映像表示領域Iaには、外部機器から入力された映像(ユーザUの所望する映像)が表示される。
これらの測定から設定までの処理は、繰り返し連続して行われる。よって、虚像I’の呈示距離t’は、観察眼ELの目視距離tに追従する(図9ステップS3’)。
このニアアイディスプレイでは、上述したように、屈折力センサ39によって観察眼ELの目視距離tが検出され、その目視距離tに応じて虚像I’の呈示距離t’が設定される。よって、虚像I’の呈示距離t’は、観察眼ELの目視距離tに追従する(図10(b),(c)参照。)。
このように、調節量が抑えられれば、その観察眼ELの疲労は低減される。
また、このニアアイディスプレイでは、ユーザUに固有のオフセットΔ0に応じて虚像I’の呈示距離t’が補正されている(実際には表示素子駆動部16b’の駆動量が補正されている)ので、様々なユーザUに対応できる。
しかも、このニアアイディスプレイは、ユーザUから固有情報(オフセットΔ0)を直接取得するので、装着状況を別途測定したり、ユーザUがそれを記憶したりする手間が省かれる。
なお、RAM14bに格納されるオフセットΔ0の情報は、オフセットΔ0の値そのものである必要はなく、オフセットΔ0を示す他の情報、例えば、観察眼ELの屈折力の情報などでもよい。
また、本実施形態のニアアイディスプレイを図7に示すとおり変形し、センサ21(フロントアーム13とリアアーム12との機構部分などに設けられ、かつその機構部分の状態を検出するエンコーダなどからなる。)の出力変化に応じて前記補正の補正量(上記説明ではオフセットΔ0に一致させた。)をリアルタイムで変化させてもよい。この場合、ニアアイディスプレイの装着状況の使用途中の変化にも対応できる。
なお、第1実施形態、第2実施形態では、本発明を適用した単眼式のニアアイディスプレイを説明したが、シースルー型かつ両眼式のニアアイディスプレイにも本発明は適用可能である。
また、疲労低減の効果のユーザUに依るばらつきや、ニアアイディスプレイの装着状況に依るばらつきを許容するならば、上述したイニシャライズの動作は省略可能である。
また、第1実施形態、第2実施形態では、オフセットΔ0を求める際、及び補正する際に、距離の単位として屈折力の単位(ディオプター「Dp」)を採用したが、通常の距離の単位(メートル「m」など)を採用してもよい。但し、屈折力の単位を採用した方が、オフセットΔ0を求めるための演算や補正するための演算が前述したとおり簡略化される(具体的には加減演算となる)ので、好ましい。
しかし、上述した何れかの実施形態のニアアイディスプレイは、呈示距離をユーザが手動で設定できるように構成されてもよい。このようなニアアイディスプレイには、表示素子駆動部16b’(変化手段)に対しユーザが指示を与えるための操作手段(ダイアル、つまみ、釦など)が設けられる。また、その場合、電動モータは必須では無くなる。例えば、表示素子駆動部16b’(変化手段)は、操作手段の運動を表示素子16bの運動に変換する伝達機構のみによって構成されてもよい。
11R’,11L’ 装着部材
12 リアアーム
13 フロントアーム
14,14’ コントローラ
14a,14a’ CPU
14b RAM
14d 外部インタフェース回路
14c 画像処理回路
16,16’ ディスプレイ部
16a レンズ
16b 表示素子
17 測距センサ
14s 設定釦
14f,14n 操作釦
EL 観察眼
ER 非観察眼
U ユーザ
O 物体
E 測距対象領域
I 表示画面
I’ 虚像
Ia 映像表示領域
Ib 文字表示領域
Claims (7)
- 文字情報又は画像情報からなる画像を表示する光学系と、
ユーザの両眼に対し外界と前記画像との双方が呈示されるよう前記光学系を前記ユーザに装着する装着手段と、
前記画像の呈示距離を変化させる変化手段と、
前記ユーザの両眼の少なくとも一方が目視している前記外界中の物体の距離である目視距離の変化の情報を取得するセンサ手段と、
前記センサ手段の出力に応じて前記変化手段を駆動することにより前記画像の呈示距離を前記目視距離に追従させる制御手段と、
予め取得された前記ユーザの固有情報を格納する格納部と
を備えた情報表示装置において、
前記制御手段は、
前記追従中における前記目視距離と前記呈示距離との差を、前記格納部に格納された前記固有情報に基づき設定する
ことを特徴とする情報表示装置。 - 請求項1に記載の情報表示装置において、
前記固有情報には、
前記ユーザの両眼のうち前記画像を目視している眼と前記光学系との位置関係の情報が含まれる
ことを特徴とする情報表示装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の情報表示装置において、
前記固有情報には、
前記ユーザの両眼のうち前記画像を目視している眼の屈折力の情報が含まれることを特徴とする情報表示装置。 - 請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の情報表示装置において、
前記外界を目視している眼と前記画像を目視している眼とは、互いに異なる眼であり、
前記固有情報には、
前記ユーザの両眼の視度差の情報が含まれる
ことを特徴とする情報表示装置。 - 請求項1〜請求項4の何れか一項に記載の情報表示装置において、
前記ユーザの両眼のうち前記画像を目視している眼と前記光学系との位置関係の変化を検出するセンサを更に備え、
前記制御手段は、
前記センサの出力に応じて前記目視距離と前記呈示距離との差をリアルタイムで変化させる
ことを特徴とする情報表示装置。 - 請求項1〜請求項5の何れか一項に記載の情報表示装置において、
前記画像の呈示距離の情報を表示する手段を備えた
ことを特徴とする情報表示装置。 - 請求項6に記載の情報表示装置において、
前記手段は、前記光学系によって兼用される
ことを特徴とする情報表示装置。
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