JP5217585B2 - 頭部装着型画像表示装置 - Google Patents
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しかしながら、この特許文献1は、HMDの装着状態が変化しても(例えば、観察中にHMDがずれても)、ユーザに適切な画像観察を行ってもらうという目的意識(特許文献1の〔0002〕〔0003〕等)を持っており、そのために、「視線検出」を行い、それに基づき「画像の大きさを変更する」のであるから、上述した問題は全然解消されない。画像は依然表示され続けるから、実際の状況を注視したいユーザにとって、当該画像が邪魔になるおそれは依然残ったままだからである。
また、本発明は、そのような課題の解決にあたり、関連して発生する不具合を解消しうる頭部装着型画像表示装置を提供することをも課題とする。
ここで、視線方向と画像のON・OFFとの関係設定の例としては、例えば、画像表示面の一部に、「画像表示ONボタン」及び「画像表示OFFボタン」を並べて表示しておき、前者をユーザが見つめると画像がONとされ、後者を見つめると画像がOFFとされる、などといったものを想定することができる。
また、前記関係は、場合によっては、画像表示面上の一定の地点をユーザが暫く注視すると、画像がONされる、などといったものとして設定されてもよい。この場合、視線検出手段及び制御手段は、視線方向ないしその位置検出に併せて注視時間検出を行い、制御手段は、その検出結果に基づいて画像のON又はOFFを行う、ということになる。本発明にかかる視線検出手段及び制御手段は、そのような機能を併せ持っていてよい。
いずれにせよ、以上のように、本発明に係る頭部装着型画像表示装置よれば、外界視認と画像視認とがともに可能でありながら、それらの視認がユーザに大きな負担をかけることがない。(特に、外界注視のとき、「画像」の存在が邪魔にならない。)。
この態様によれば、ユーザの希望がいわば素直に反映された、画像のON・OFFが行われることになる。すなわち、視線が画像又はその表示予定領域に向いているときには、ユーザは、画像の注視を希望し、そうでないときには、外界の注視を希望しているとみることが自然であるが、本態様では、これらそれぞれに対応して、画像がON又はOFFとなる。このような意味において、本態様は、本発明の一好適例を提供する。
この態様によれば、ユーザの視線の移動、言い換えれば、時々刻々変動するユーザの希望に応じた動的な対応が行われながらも、なお好適な画像のON・OFFの切り替えが行われる。すなわち、本態様においては、第1所定時間の経過を待って、画像がOFFにされるので、例えば、視線が画像及び表示予定外領域間を短時間の間に頻繁に行き来するといった場合にも、画像のON及びOFFが頻繁に繰り返されるといった事象が発生しない。かかる事象が発生すると、そのような画像のON及びOFFの繰り返しが、むしろユーザに余計な負担をかけるおそれがあるが、本態様は、そのような不具合をこうむらないのである。
この態様によれば、上述の態様と同趣旨の作用効果が、画像表示がOFFの状態からONの状態にするかどうかの局面において得られる。
なお、本態様にいう「第2所定時間」は、前述した態様にいう「第1所定時間」と同じ長さであってもよいし、異なる長さであってもよい。例えば、画像表示面中に占める、画像ないしは表示予定領域の面積が比較的小さいのであれば、外界を注視しながらも、なお当該画像の存在が然程気にならないという場合も考えられるので、この場合には、第1所定時間(画像ONからOFFへの待機時間)を、第2所定時間(画像OFFからONへの待機時間)よりも長めに設定する、といった例が、好適な一例として考えられる(この場合、外界注視希望時でも画像表示が暫く並行して行われる一方、画像注視希望時には比較的速やかに画像表示が開始あるいは再開される。)。
この態様によれば、画像又はその表示予定領域と表示予定外領域との間の境界に、いわば「不感帯」とも呼びうる「帯状の領域」が設けられている。したがって、本態様に係る頭部装着型画像表示装置は、ちょっとした視線の移動に、敏感に反応するということがなく、画像のON及びOFFが頻繁に繰り返されるといった事象が発生しない。
この態様によれば、より具体的には例えば、表示部がユーザの左眼だけに対応して備えられる一方、右眼は直接外界に曝される、といった構成が想定される。この場合、ユーザは、自身の右眼を、もっぱら外界視認のために供し得る。このように、片方の眼にだけ対応する表示部をもつ頭部装着型画像表示装置は、一般に、外界視認と画像視認の双方を両立させるのに適した構成といえる。そして、本発明は、かかる構成であるがゆえ、なお更、前記の効果がより実効的になるといえる。
なお、本態様の構成にかかわらず、本発明は、「表示部が、ユーザの両眼に対応する」場合を、積極的に排除するわけではない。かかる場合においても、本発明の適用が可能であることは明らかである。
この態様によれば、視線の向きに応じた画像のON・OFFの切り替えだけでなく、手動スイッチによる画像のON・OFF切り替えも可能となるので、画像だけの注視、あるいは、外界だけの注視というユーザの要望に、より適切に応えることが可能となる。
なお、「手動スイッチ」とは、ユーザの指等の動きに応じて動作するものを当然含むほか、その他の身体動作(例えば足等の動作)に応じて動作するものも含む。すなわち、ここでいう「手動」とは、ユーザの視線の動き以外の、ユーザの意思に基づいた身体動作等に応じることを含意しており、必ずしも、“手”や“指”に拘る用語として使われているわけではない。
このうち頭部装着部3は、図1及び図2に示すように、第1フレーム31、第2フレーム32及びバンド33からなる。第1フレーム31及び第2フレーム32はともに、略U字形状をもつ部材である。前者はユーザの左側頭部から額を通って右側頭部へと巡り、後者はユーザの左側頭部から頭頂部を通って右側頭部へと巡る。第2フレーム32の両端部は、それぞれ、図2に示すように、第1フレーム31の両端部付近に接続されている。第2フレーム32は、この接続部分において、第1フレーム31に対して回動可能である。また、バンド33は、第1フレーム31の両端部に接続されている。
以上のようにして、第1フレーム31、第2フレーム32及びバンド33は、ユーザの頭部に装着される。
なお、前記の表示部2は、第1フレーム31との間でヒンジ部23を介して接続されている。表示部2は、このヒンジ部23の回動によって、図2に示す破線のように、ユーザの視界から外れる位置に回転可能である。
このうち筐体22は、その内部に、液晶装置221、照明装置222及び駆動基板223を備える。液晶装置221は、互いに対向する2枚のガラス基板と、これらのガラス基板に挟持される液晶等を備える。2枚のガラス基板それぞれの上には、所定の配列態様ないし配置態様に従って、電極、あるいは各種の回路素子(例えば、配線、容量素子、あるいはスイッチング素子として働くTFT(Thin Film Transistor)等々)等が形成される。照明装置222は、例えば白色LED(Light Emitting Diode)からなり、液晶装置221に対して光を照射する。
これらの駆動回路により、液晶装置221を構成する前記電極によって、液晶分子に所定の電圧がかけられることで、当該液晶分子の配向状態が適当に調整される。これにより、照明装置222からの出射光のうち液晶装置221を透過する光量の割合(透過率)が制御される。
ここで視線検出方法について、図5を参照しながら簡単に説明しておく。図5において、眼球EQに適当な参照光が入射すると、これに起因する角膜反射像CZが生成される。この角膜反射像CZの位置は、本実施形態において非常に大きくは変動しない。これは、上述の頭部装着部3の作用により、HMD1がユーザの頭部に比較的拘束度高く装着されるためである。一方、瞳孔Puは、視線が投げかけられる方向に、角膜反射像CZの変動量に比べて、相対的により大きく変動する。したがって、これら角膜反射像CZ及び瞳孔Pu間の相対的な位置関係を把握すれば、視線の方向は定められる。前記CCDカメラは、この角膜反射像CZ及び瞳孔Puを撮像するために用いられ、前記画像処理回路は、その撮像された像から瞳孔Pu及び角膜反射像CZの像を抽出するなどの目的のために利用される。ちなみに、図5(A)では、ユーザが殆ど正面視している場合、図5(B)は上方を視認している場合、のそれぞれが例示されている。また、これらの図における符号SBは、瞳孔Puと角膜反射像CZとの相対的位置関係を把握するために利用され得る、これらそれぞれの中心間を結ぶ線分を指し示している。
なお、本発明は、視線方向の検出手法について、いま述べた方法に限定されるわけではない。
一方、ユーザの眼UEで反射した光は、光路設定用筐体25の内部を通って、筐体22の内部へと戻り得る。視線検出部DEDは、このような光を利用する。
すなわち、視線検出部DEDは、上述したような原理に基づき、ユーザの視線方向がどこに向いているかを検出する。制御部CCは、この視線検出部DEDの検出結果に基づいて、液晶装置221、あるいは場合によっては、照明装置222を制御する。これにより、画像表示のON及びOFF間の切り替えが行われる。
なお、制御部CCは、上述した、駆動基板223の上に形成された各種の駆動回路を少なくとも含み、なおその他の必要な要素を備え得る。ここで要素とは、例えば、CPU、当該HMD1の動作上必要な情報等を記憶する記憶装置、あるいは、一定の時点から時間を計測するカウンタCt(図4では、この「カウンタ」についてのみ図示した。)、等々である。制御部CCは、かかる構成により、本実施形態に係るHMD1全体の調和のとれた動作等を実現するための制御を実行する。
まず、図6及び図7は、視認者の左眼に対向する画像表示面2A上に展開される景色の様子を表している(なお、図1参照)。この画像表示面2A上には、画像表示領域2G(本発明にいう「表示予定領域」の一例。)、及び、表示予定外領域2Hが設定される。このうち、画像表示領域2Gは、矩形状をもつが、本実施形態においては、画像表示面2Aのうち図中左下部分たる一部を占有するにとどまる。他方、表示予定外領域2Hは、画像表示面2Aのうち、画像表示領域2G以外の領域にあたる。
なお、画像表示面2Aは、潜在的には、そのすべてが“画像表示領域”となりうる資格をもつが、図6及び図7の例では、たまたま、画像表示領域2Gが画像表示面2Aの一部にとどめられている例が開示されているというに過ぎない。
この場合、ユーザは、画像表示領域2G上の前記画像の情報と、表示予定外領域2Hにおける外界の様子とを同時に視認可能である。ただし、注視点PE1は、前述のように画像表示領域2G内にあるから、ユーザは、主に、表示された画像から必要な情報を読み取っているものと推定される。
なお、図6の場合、製品Ojの一部(すなわち、図中左側に描かれた製品Ojの手前側の部分)が、前記画像の裏にいわば隠されるかのような状態となっている。
(i)注視点PE1から、表示予定外領域2H上に注視点PE2が移動したことが検出されると、その検出時点から、制御部CCは、その構成要素たるカウンタCtにより、時間のカウントを開始する。
(ii)この時間のカウントは、注視点が表示予定外領域2Hに止まる限り続行される。例えば、注視点が、図7中の符号PE2から符号PE3のように移動したことが検出されても、時間のカウントはそのまま続行される。
(iii)注視点が、画像表示領域2G内に戻ったことが検出されたときは、制御部CCは、時間のカウントを停止し、それまでのカウント数をリセットする、
(iv)前記(iii)の事象が発生せず、前記(i)(ii)の状態が続いて、カウント数が一定値に至ったなら、制御部CCは、画像表示領域2G上の画像の表示をOFFする。
なお、画像表示のOFFは、具体的には例えば、液晶装置221の全画素が完全透過状態(又は完全不透過状態。いずれであるかは、当該液晶装置221がノーマリ・ホワイト・モードか、ノーマリ・ブラック・モードかの違い等に応じる。)にされること、あるいは、照明装置222が消灯されること、等々により実現される(図4参照)。
(1) まず、本実施形態のHMD1によれば、外界視認と画像視認とがともに可能でありながら、それらの視認がユーザに大きな負担をかけることがない。
すなわち、ユーザが、主に、画像情報を取得しているものと推定されるとき(例えば、図6で、注視点が、符号PE1にある場合)、画像表示領域2G上に画像が存在するから、ユーザは、画像情報の読み取り行動を極めて自然に行うことができる。
他方、これとは逆に、ユーザが、主に、外界の状況を視認しているものと推定されるとき(例えば、図7で、注視点が、符号PE2、あるいはPE3にある場合)、画像表示領域2G上に画像は不存在であるから、当該画像が、ユーザの視界に入るなどして、その外界視認行動を妨げるようなことがない。つまり、ユーザは、ストレスなく、外界の状況を視認・確認することができる。
このことは、上記効果を補強する意義を有する。すなわち、図式的にいえば、〔I〕ユーザの外界視認に対する要望はあるが、それが通常の程度である場合には、前記(1)の効果(即ち、画像をOFFとすることによる効果)により実用上十分対応可能である、〔II〕ユーザの外界視認に対する要望が極めて強い場合は、前記ヒンジ部23を使って表示部2を視界から外す、というようである。
(1) 上述した実施形態においては、画像表示面2Aが、画像表示領域2Gと表示予定外領域2Hとの2つの領域からなる場合を説明しているが、本発明においては、以下のような形態を採用することもできる。
すなわち、図8に示すように、画像表示領域2Gの周囲に、該領域2Gを一定の幅でもって縁取るように不感帯領域2Fが設けられてもよい。この不感帯領域2Fは、画像表示領域2Gの外ではあるが、当該不感帯領域2F上に注視点PE5があっても(あるいは、注視点PE5の滞留時間がどれだけ長くとも)、画像のON又はOFFが行われない領域である。すなわち、不感帯領域2F内に注視点が移る直前の画像表示の状態がそのまま維持される(ONならONのまま。OFFならOFFのまま。)。なお、図においては、不感帯領域2Fの位置を明確にするため、当該領域2Fにハッチングが施されているが、実際の画像表示面2A上では、当該領域2Fの存在を誇示するような指標等は、何ら表示されないのが通常である。
このような不感帯領域2Fが設けられれば、HMD1が、ちょっとした視線の移動に敏感に反応するということがなく、したがって、画像のON及びOFFが頻繁に繰り返されるといった事象の発生が未然に防止される。
例えば、表示部2は、第1フレーム31をなぞるように移動可能に構成されてもよいし(この場合、当該表示部2は右眼に対応することも可能である。)、あるいは、第1フレーム31に対して着脱可能に構成されてもよい(この場合、例えば、表示部2とは別の構成・構造をもち且つ別の原理に基づき作動する表示部等を装着可能であり、また、装着位置を選ばない構成・構造を採用すれば、右眼にも左眼に対応可能である。)。
さらには、いま述べたような移動可能性及び着脱可能性の有無に関わりなく、「両眼」対応のHMDであっても、本発明の適用は可能である。
例えば、図9に示すように、画像が表示されても、当該画像を構成する実質的内容(図9では、「4月…」から始まり、「欠陥情報 なし」で終わる文字情報からなる画像)以外の部分の背後の景色ないし状況が透けて見える、という場合であっても、本発明の適用は当然可能である。この場合、前記実質的内容自体が一定の透過率をもってもよい(即ち、図9でいえば、前記文字情報からなる画像自体が一定程度透けている場合である。)。
このような、いわば「透過型の画像」(前記実質的内容以外の部分が透明、及び、前記実質的内容自体も透明、な画像の両者を含む。)の採用によれば、画像情報の認識と、外界状況の認識との双方をよりよく行うことができる。
そして、以上のような場合でも、本発明が適用されれば、上述したのと本質的に同じ作用効果が奏されることは明白である。
このように、「透過型の画像」方式、あるいは、「不透過型の画像」方式のそれぞれには、一長一短があるので、一概にどちらが有利ということはできない。いずれの方式が採用されるべきかは、当該のHMD1が使用される環境、表示されるべき画像の内容(=前記実質的内容)の如何、あるいは、ユーザの嗜好、等々に基づいて適宜決定されるべき事柄である。もちろん、1個の装置内で、時宜に応じて、ユーザが両方式のいずれかを選択する、といった選択可能性が確保されてもよい。
例えば、図10に示すように、画像のON又はOFFについてのユーザの希望を直接的に反映させるための手動スイッチMSが設けられてもよい。この手動スイッチMSは、より具体的には例えば、第1フレーム31上の適当な場所に据え付けられたトグルスイッチ等であってよく、あるいは、場合により、ユーザの足裏で操作可能なフットペダル状のもの、等々であってよい。
このような手動スイッチMSがあれば、画像だけの注視、あるいは、外界だけの注視というユーザの要望により適切に応えることが可能となる。例えば、前記一定時間の経過の前でも、すぐに画像表示をONしたい、又は、OFFしたい、などという場合に、当該手動スイッチMSは好適に利用され、かつ、機能する。
Claims (6)
- 画像を表示する画像表示面をもつ表示部と、
ユーザの視線が前記画像表示面中どこに向いているかを検出する視線検出手段と、
当該視線検出手段の検出結果に応じて、前記表示部における画像の表示をON又はOFFする制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記視線が、前記画像又はその表示予定領域の周囲を縁取る所定の幅を持つ帯状の領域に向いている場合、
前記画像の表示のON状態又はOFF状態を、前記視線が前記帯状の領域に向く前の状態のまま維持する、
ことを特徴とする頭部装着型画像表示装置。 - 前記制御手段は、
前記視線検出手段が、前記視線が前記画像又はその表示予定領域に向いていると検出する場合には、当該画像の表示をONし、
前記視線が前記画像又はその表示予定外領域に向いている場合には、当該画像の表示をOFFする、
ことを特徴とする請求項1に記載の頭部装着型画像表示装置。 - 前記制御手段は、
前記画像が表示されている場合において、前記視線が、前記画像から表示予定外領域へと移動した後、第1所定時間の経過後、当該画像の表示をOFFする、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の頭部装着型画像表示装置。 - 前記制御手段は、
前記画像が表示されていない場合において、前記視線が、前記表示予定外領域から前記画像の表示予定領域へと移動した後、第2所定時間の経過後、当該画像の表示をONする、
ことを特徴とする請求項3に記載の頭部装着型画像表示装置。 - 前記表示部は、前記ユーザのいずれか一方の眼のみに対応する、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置。 - 前記ユーザが前記表示部における前記画像の表示のON又はOFFを指示するための手動スイッチを更に備える、
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の頭部装着型画像表示装置。
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