JP6065960B2 - Head-mounted display device - Google Patents
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Description
本発明は、観察者の頭部に装着される頭部装着型表示装置に関する。 The present invention relates to a head-mounted display device mounted on an observer's head.
従来、眼鏡のような外観を有し、LCD(Liquid Crystal Display)等の表示素子にて形成された画像を光学系により観察者に観察させる頭部装着型表示装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の頭部装着型表示装置は、表示素子(LCD等)及び光学系等を有するディスプレイと、ディスプレイに取付けられ、観察者の頭部の傾きを検出する頭部位置検出装置とを備える。この頭部装着型表示装置は、観察者の頭部が下方に傾いたことを頭部位置検出装置により検出すると、観察者の手の位置に仮想キーボード(操作オブジェクト)を表示するように構成されている。
Conventionally, a head-mounted display device that has an appearance like glasses and allows an observer to observe an image formed by a display element such as an LCD (Liquid Crystal Display) using an optical system has been proposed (for example, Patent Document 1).
A head-mounted display device described in
しかしながら、特許文献1に記載の頭部装着型表示装置では、観察者の頭部が下方を向いている場合は、常に仮想キーボードが表示されてしまう。このため、観察者にキーボード操作の意思が無い場合は、キーボードの表示が煩わしく感じられ、観察者に不快感を与えてしまうという問題がある。
However, in the head-mounted display device described in
本発明の目的は、使用感を向上させることができる頭部装着型表示装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a head-mounted display device that can improve the feeling of use.
本発明の頭部装着型表示装置は、画像光を出射する表示素子と、観察者の視線方向を検出する視線方向検出手段と、前記視線方向の領域を撮像する撮像手段と、前記視線方向検出手段の検出結果に基づいて、前記視線方向が下方に向いているか否かを判定する視線方向判定部と、前記撮像手段からの入力信号に基づいて、前記観察者の手の形状を判定する操作判定部と、前記視線方向判定部および前記操作判定部の判定結果に基づいて、前記表示素子による表示を制御する表示制御部と、を備え、前記表示制御部は、前記視線方向が下方に向いており、かつ、前記操作判定部により前記手の形状が設定されたパターンを示していると判定されたときに、前記画像光に基づく画像の表示領域における前記手の位置に対応する位置にカーソルを表示させることを特徴とする。
ここで、操作オブジェクトとは、頭部装着型表示装置の操作手段として表示されるオブジェクトをいう。
The head-mounted display device of the present invention includes a display element that emits image light, a gaze direction detection unit that detects a gaze direction of an observer, an imaging unit that images a region in the gaze direction, and the gaze direction detection A line-of-sight direction determining unit that determines whether or not the line-of-sight direction is directed downward based on a detection result of the means, and an operation of determining the shape of the observer's hand based on an input signal from the imaging means A display control unit configured to control display by the display element based on determination results of the determination unit and the determination results of the visual line direction determination unit and the operation determination unit, and the display control unit has the visual line direction facing downward. And the cursor is moved to a position corresponding to the position of the hand in the image display area based on the image light when the operation determining unit determines that the hand shape indicates a set pattern. The table Characterized in that to.
Here, the operation object refers to an object displayed as an operation means of the head-mounted display device.
本発明では、視線方向が下方に向いており、かつ手の形状が設定されたパターンを示していると判定されたときに、表示領域の手の位置に対応する位置にカーソルを表示させるので、観察者の意図に反する表示を防ぎつつ、表示領域におけるポインティング位置を観察者に良好に認識させることができる。 In the present invention, the cursor is displayed at a position corresponding to the position of the hand in the display area when it is determined that the line-of-sight direction is directed downward and the shape of the hand is set . It is possible to make the observer recognize the pointing position in the display area well while preventing display contrary to the intention of the observer.
本発明の頭部装着型表示装置は、画像光を出射する表示素子と、観察者の視線方向を検出する視線方向検出手段と、前記視線方向の領域を撮像する撮像手段と、前記視線方向検出手段の検出結果に基づいて、前記視線方向が下方に向いているか否かを判定する視線方向判定部と、前記撮像手段からの入力信号に基づいて、前記観察者の手の形状を判定する操作判定部と、前記視線方向判定部および前記操作判定部の判定結果に基づいて、前記表示素子による表示を制御する表示制御部と、を備え、前記表示制御部は、前記視線方向が下方に向いており、かつ、前記操作判定部により前記手の形状が設定されたパターンを示していると判定されたときに、前記画像光に基づく画像の表示領域における前記手の位置に対応する位置の操作オブジェクトに関する操作を一覧表示させることを特徴とする。 The head-mounted display device of the present invention includes a display element that emits image light, a gaze direction detection unit that detects a gaze direction of an observer, an imaging unit that images a region in the gaze direction, and the gaze direction detection A line-of-sight direction determining unit that determines whether or not the line-of-sight direction is directed downward based on a detection result of the means, and an operation of determining the shape of the observer's hand based on an input signal from the imaging means A display control unit configured to control display by the display element based on determination results of the determination unit and the determination results of the visual line direction determination unit and the operation determination unit, and the display control unit has the visual line direction facing downward. And an operation of a position corresponding to the position of the hand in the image display area based on the image light when the operation determining unit determines that the hand shape indicates a set pattern. object Characterized in that it displays a list of operations on the door.
本発明では、手の形状が設定されたパターンを示していると判定されたときに、表示領域における手の位置に対応する位置の操作オブジェクトに関する操作を一覧表示させるので、手の形状を設定されたパターンにするだけで、操作オブジェクトに関する操作を表示させることができる。このため、操作オブジェクトに関する操作メニューを容易に表示させることができ、使用感をさらに向上させることができる。 In the present invention, when the hand shape is determined to indicate a set pattern, since displaying a list of operations related to the operation object at a position corresponding to the position of the hand in the display area is set to the hand shape The operation related to the operation object can be displayed only by making the pattern. For this reason, the operation menu regarding the operation object can be easily displayed, and the usability can be further improved.
本発明の頭部装着型表示装置は、前記表示素子の前記画像光を投射する投射レンズを有し、前記導光部は、前記投射レンズに対して固定され、当該投射レンズから投射された画像光を前記所定位置に導くことが好ましい。
本発明では、頭部装着型表示装置は、導光板を介して外界像を観察可能な、いわゆるシースルー型であるため、表示素子に形成された画像の他、外界像をも観察者に観察させることができる。このことにより、観察者は、表示素子に形成された画像と外界像とを同時に観察することができるので、外界像を観察しようとした場合に頭部装着型表示装置を外す必要がなく、使用感をより向上させることができる。
The head-mounted display device of the present invention includes a projection lens that projects the image light of the display element, and the light guide unit is fixed to the projection lens and is projected from the projection lens. It is preferable to guide light to the predetermined position.
In the present invention, the head-mounted display device is a so-called see-through type in which an external image can be observed through a light guide plate. be able to. As a result, the observer can observe the image formed on the display element and the external field image at the same time, so it is not necessary to remove the head-mounted display device when attempting to observe the external field image. A feeling can be improved more.
本発明の関連技術としての頭部装着型表示装置は、画像光を出射する表示素子と、観察者の視線方向を検出する視線方向検出手段と、前記視線方向の領域を撮像する撮像手段と、前記視線方向検出手段の検出結果に基づいて、前記視線方向が下方に向いているか否かを判定する視線方向判定部と、前記撮像手段からの入力信号に基づいて、前記観察者の手の形状が所定のパターンを示しているか否かを判定する操作判定部と、前記視線方向判定
部および前記操作判定部の判定結果に基づいて、前記表示素子による表示を制御する表示制御部と、を備え、前記表示制御部は、前記視線方向が下方に向いており、かつ前記手の形状が設定されたパターンを示していると判定されたときに、前記画像光により形成される画像の表示領域における前記手の位置に対応する位置の操作オブジェクトにより定義される処理を実行する。
A head-mounted display device as a related technique of the present invention includes a display element that emits image light, a gaze direction detection unit that detects a gaze direction of an observer, an imaging unit that captures an area in the gaze direction, Based on the detection result of the line-of-sight direction detection means, a line-of-sight direction determination unit that determines whether or not the line-of-sight direction is directed downward, and the shape of the observer's hand based on an input signal from the imaging means An operation determination unit that determines whether or not indicates a predetermined pattern, and a display control unit that controls display by the display element based on determination results of the line-of-sight direction determination unit and the operation determination unit. In the display region of the image formed by the image light, the display control unit determines that the line-of-sight direction is directed downward and the shape of the hand indicates a set pattern. Above Performing the operations defined by the operation object at a position corresponding to the position.
上記関連技術では、表示制御部は、観察者の視線方向が下方に向いており、かつ観察者の手の形状が所定のパターンを示していると判定されたときに、表示素子に操作オブジェクトを表示させる。
このことにより、観察者の視線方向が下方を向いている場合でも、観察者の手が所定のパターンを示していなければ、操作オブジェクトは表示されない。このため、観察者の意図に反して操作オブジェクトが表示されることを防止でき、使用感を向上させることができる。
また、上記関連技術では、手の形状が設定されたパターンを示していると判定されたときに、表示領域の手の位置に対応する位置の操作オブジェクトの処理を実行するので、観察者の意図に反する処理を防止することができ、使用感を一層向上させることができる。
In the related technology, the display control unit places an operation object on the display element when it is determined that the viewer's line-of-sight direction is directed downward and the shape of the observer's hand indicates a predetermined pattern. Display.
Thus, even when the observer's line-of-sight direction is facing downward, the operation object is not displayed unless the observer's hand shows a predetermined pattern. For this reason, it is possible to prevent the operation object from being displayed against the intention of the observer, and to improve the feeling of use.
Further, in the related technology, when it is determined that the hand shape indicates the set pattern, the operation object at the position corresponding to the position of the hand in the display area is executed. Therefore, it is possible to prevent the processing contrary to the above, and to further improve the feeling of use.
上記関連技術では、前記操作判定部は、前記手の形状が前記設定されたパターンを示している時間が所定時間以上継続しているか否かを判定し、前記表示制御部は、前記視線方向が下方に向いており、かつ前記手の形状が前記設定されたパターンを示している時間が所定時間以上継続していると判定されたときに、前記表示領域における前記手の位置に対応する位置の操作オブジェクトを前記手の位置に合わせて移動させる処理を実行することが好ましい。 In the related technology, the operation determination unit determines whether or not the time during which the shape of the hand indicates the set pattern has continued for a predetermined time or more, and the display control unit determines that the line-of-sight direction is The position corresponding to the position of the hand in the display region when it is determined that the time when the shape of the hand is facing downward and the shape of the hand indicating the set pattern has continued for a predetermined time or longer. It is preferable to execute a process of moving the operation object in accordance with the position of the hand.
上記関連技術では、手の形状が設定されたパターンを示している時間が所定時間以上継続していると判定されたときに、表示領域における手の位置に対応する位置の操作オブジェクトを手の位置に合わせて移動させるので、観察者が手の位置を移動させるだけで、操作オブジェクトを容易に移動させることができる。 In the related technology, when it is determined that the time indicating the pattern in which the hand shape is set continues for a predetermined time or longer, the operation object at the position corresponding to the position of the hand in the display area is moved to the position of the hand. Therefore, the operation object can be easily moved only by the observer moving the hand position.
本発明の頭部装着型表示装置において、前記視線方向検出手段は、前記頭部装着型表示装置に設けられた加速度センサーであることが好ましい。 In the head-mounted display device of the present invention, it is preferable that the line-of-sight direction detecting means is an acceleration sensor provided in the head-mounted display device.
ところで、観察者の視線そのもの、つまり観察者の目が向いている方向を検出する場合、一般的に検出手段の構成が複雑化してしまう。
これに対し、本発明では、視線方向検出手段は、頭部装着型表示装置に設けられた加速度センサーであり、加速度センサーに作用する加速度から観察者の頭部の傾きを検出することにより、観察者の視線方向を検出する。このため、加速度センサーという汎用的かつ簡易な構成を用いて視線方向を検出することができるので、頭部装着型表示装置を安価で製造でき、かつ小型化することができる。
By the way, when detecting the observer's line of sight itself, that is, the direction in which the observer's eyes are facing, the configuration of the detection means is generally complicated.
On the other hand, in the present invention, the line-of-sight direction detection means is an acceleration sensor provided in the head-mounted display device, and the observation is performed by detecting the inclination of the observer's head from the acceleration acting on the acceleration sensor. The direction of the person's gaze is detected. For this reason, since the gaze direction can be detected using a general-purpose and simple configuration called an acceleration sensor, the head-mounted display device can be manufactured at low cost and can be downsized.
本発明の頭部装着型表示装置は、前記表示素子から出射された前記画像光を所定位置に導く導光部を有することが好ましい。 The head-mounted display device of the present invention preferably includes a light guide unit that guides the image light emitted from the display element to a predetermined position.
本発明の頭部装着型表示装置は、前記導光部は、外界像を観察可能に構成されていることが好ましい。 In the head-mounted display device of the present invention, it is preferable that the light guide unit is configured so that an external image can be observed.
本発明の頭部装着型表示装置において、前記表示制御部は、表示領域における下方位置に前記操作オブジェクトを表示させることが好ましい。 In the head-mounted display device of the present invention, it is preferable that the display control unit displays the operation object at a lower position in the display area.
本発明では、表示制御部は、表示領域における下方位置に操作オブジェクトを表示させるので、頭部装着型表示装置がシースルー型である場合でも、操作オブジェクトの操作時に観察者の手が表示領域をさえぎることを防止でき、使用感をさらに向上させることができる。 In the present invention, since the display control unit displays the operation object at a lower position in the display area, even when the head-mounted display device is a see-through type, the observer's hand blocks the display area when operating the operation object. This can be prevented and the usability can be further improved.
本発明の頭部装着型表示装置において、前記表示制御部は、前記視線方向が下方に向いていないと判定されたときに、入力された画像信号に基づく画像を前記表示領域に表示させることが好ましい。
本発明の頭部装着型表示装置において、前記表示制御部は、前記視線方向が下方に向いており、かつ前記手の形状が前記操作判定部により判定される所定のパターンに該当しないと判定されたときに、入力された画像信号に基づく画像を前記表示領域に表示させることが好ましい。
In the head-mounted display device according to the aspect of the invention, the display control unit may display an image based on the input image signal on the display area when it is determined that the line-of-sight direction does not face downward. preferable.
In the head-mounted display device of the present invention, the display control unit determines that the line-of-sight direction is directed downward and the shape of the hand does not correspond to a predetermined pattern determined by the operation determination unit. It is preferable that an image based on the input image signal is displayed in the display area.
以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
〔1.頭部装着型表示装置の構成〕
図1は、頭部装着型表示装置1の外観を示す斜視図である。
なお、図1では、説明の便宜上、後述する投射レンズ91の光軸Ax(図3)に平行となる軸をZ軸とし、Z軸に直交する水平軸をX軸、Z軸に直交する鉛直軸をY軸とする。以降の図も同様である。さらに、Z軸において、観察者側を+Z軸側、観察者から離間する側を−Z軸側とする。また、図3は、説明の便宜上、観察者の左目に対応する側のみを示している。
頭部装着型表示装置1は、図1に示すように、眼鏡のような外観を有するヘッドマウントディスプレイであり、当該頭部装着型表示装置1を装着した観察者に対して画像光を認識させる。また、本実施形態の頭部装着型表示装置1は、外界像をシースルーで観察させることができるシースルー型の虚像表示装置で構成されている。
この頭部装着型表示装置1は、視線方向検出手段2と、撮像手段3と、画像形成装置4(図2)と、導光部としての導光板5と、導光板5を保持するリム6と、テンプル7とを備える。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[1. Configuration of head mounted display device]
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the head-mounted
In FIG. 1, for convenience of explanation, an axis parallel to an optical axis Ax (FIG. 3) of a
As shown in FIG. 1, the head-mounted
The head-mounted
視線方向検出手段2は、リム6に設けられ、観察者の視線方向を検出する。
本実施形態では、視線方向検出手段2は、加速度センサー(重力センサー)やジャイロセンサーで構成され、頭部装着型表示装置1の傾斜状態(水平方向に対する傾斜状態)を検出することで観察者の視線方向を検出し、検出した傾斜に応じた信号を制御装置10に出力する。
The line-of-sight direction detection means 2 is provided on the
In the present embodiment, the line-of-sight direction detection means 2 includes an acceleration sensor (gravity sensor) and a gyro sensor, and detects the tilt state (tilt state with respect to the horizontal direction) of the head-mounted
撮像手段3は、リム6に設けられ、観察者の視線方向の領域を撮像する。
本実施形態では、撮像手段3は、リム6の前面中央部分に設けられ、頭部装着型表示装置1の前方、つまり観察者の頭部が向いている方向を撮像することで、観察者の視線方向の領域を撮像する。この撮像手段3は、例えば、CCD(Charge Coupled Device)を撮像素子とするエリアセンサを備えたCCDカメラで構成され、撮像画像に応じた信号を制御装置10に出力する。
The imaging means 3 is provided on the
In the present embodiment, the imaging means 3 is provided in the center of the front surface of the
なお、画像形成装置4、導光板5、及びテンプル7は、図1に示すように、頭部装着型表示装置1を装着する観察者の左目及び右目にそれぞれ対応して一対設けられ、YZ平面を基準として対称(左右対称)となるように配設されている。
一対の画像形成装置4、一対の導光板5、及び一対のテンプル7については、左右で同一の構成を有しているため、以下では、観察者の左目に対応する側のみを説明する。
As shown in FIG. 1, the image forming apparatus 4, the
Since the pair of image forming apparatuses 4, the pair of
〔2.画像形成装置の構成〕
図2は、画像形成装置4を含む頭部装着型表示装置1の構成を示すブロック図である。
図3は、頭部装着型表示装置1の装着状態を示す図である。
画像形成装置4は、画像光を形成して投射する装置であり、図2および図3に示すように、表示素子8と、投射光学装置9と、制御装置10(図2)とを備える。
[2. Configuration of image forming apparatus]
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the head-mounted
FIG. 3 is a diagram showing a wearing state of the head-mounted
The image forming device 4 is a device that forms and projects image light, and includes a
表示素子8は、制御装置10の表示制御の下、画像光を出射して画像を表示する。本実施形態では、表示素子8は、入射した光を変調して画像光を形成する透過型の液晶表示デバイス81と、液晶表示デバイス81の光入射側に取り付けられ、液晶表示デバイス81に対して光を出射するLED(Light Emitting Diode)等のバックライト82(図3)とを備える。
The
投射光学装置9は、表示素子8から出射された画像光を平行光として投射する投射レンズ91と、投射レンズ91を内部に収納する鏡筒92(図3)とを備える。この投射光学装置9は、リム6に固定されており、投射レンズ91は、鏡筒92およびリム6を介して導光板5に固定されている。これにより、投射レンズ91は、導光板5(図1および図3)に対して位置ずれしないように構成されている。
The projection
制御装置10は、CPU(Central Processing Unit)やIC(Integrated Circuit)チップ等の半導体装置が回路基板に実装されて構成され、外部から入力した画像信号に基づいて、液晶表示デバイス81を駆動し、画像信号に基づく画像光を液晶表示デバイス81に形成させる。
この制御装置10は、図2に示すように、視線方向判定部11と、操作判定部12と、表示制御部13とを備えている。
The
As illustrated in FIG. 2, the
視線方向判定部11は、視線方向検出手段2からの入力信号に基づいて、観察者の視線方向が下方に向いているか否かを判定する。
本実施形態では、視線方向判定部11は、視線方向検出手段2からの傾斜角度が所定の閾値を超えている場合に、観察者の視線方向が下方に向いていると判定する。
The line-of-sight
In the present embodiment, the line-of-sight
操作判定部12は、撮像手段3からの入力信号に基づいて、観察者の手の形状が所定の操作パターンを示しているか否かを判定する。
本実施形態では、操作判定部12は、観察者の手の形状が図4に示す形状である場合に、観察者が所定の操作を行っていることを認識する。
なお、図4(A)は、観察者が画面上の箇所を指し示す第1の操作パターンとしてのポインティングパターンの手の形状を示している。
図4(B)は、いわゆるマウスの左クリック操作を行う第2の操作パターンとしてのクリックパターンの手の形状を示している。
図4(C)は、いわゆるマウスの右クリック操作を行う第3の操作パターンとしてのメニュー表示パターンの手の形状を示している。
The
In the present embodiment, the
FIG. 4A shows a hand shape of a pointing pattern as a first operation pattern in which the observer points to a location on the screen.
FIG. 4B shows a hand shape of a click pattern as a second operation pattern for performing a so-called left click operation of the mouse.
FIG. 4C shows a hand shape of a menu display pattern as a third operation pattern for performing a so-called mouse right click operation.
ここで、画像形成装置4は、各操作パターンを記憶した図示しない記憶装置を備えており、操作判定部12は、記憶装置に記憶されている操作パターンに基づいて、観察者が所定の操作を行っていることを認識するように構成されている。記憶装置に記憶される操作パターンは、図示しない操作パターン登録手段により編集可能とされており、観察者は、任意の操作パターンを設定することができるようになっている。
Here, the image forming apparatus 4 includes a storage device (not shown) that stores each operation pattern, and the
表示制御部13は、入力した画像信号から画像データを生成し、当該画像データに基づいて表示素子8に駆動信号を出力することで、画像信号に基づく画像を表示素子8に表示させる。また、表示制御部13は、視線方向判定部11および操作判定部12の判定結果に基づいて、表示素子8にキーボードやアイコン等の操作オブジェクトT(図8)を表示させたり、操作オブジェクトTにより定義される処理を実行したりする。
The
〔3.導光板の構成〕
導光板5は、光透過性を有する樹脂材料等から構成され、画像形成装置4から出射された画像光を内部に取り込んだ後、外部の所定位置(観察者の左目または右目)に導く。この導光板5は、図3に示すように、Y軸に沿う方向から見た場合に略等脚台形状に形成されている。そして、導光板5には、光入射面51と、第1反射面52と、第1全反射面53と、第2全反射面54と、第2反射面55と、光出射面56とが形成されている。
[3. Configuration of light guide plate]
The
第1反射面52は、光入射面51に対向し、XY平面に対して傾斜する平坦状の斜面にアルミ蒸着等の成膜を施すことにより形成され、光入射面51を介して導光板5内部に取り込まれた画像光を第1全反射面53に向けて反射させる。
The first reflecting
第1全反射面53は、光入射面51を延長させた(XY平面に平行となる(光軸Axに直交する))平面で構成され、+Z軸側に位置する。
第2全反射面54は、第1全反射面53に平行となる平坦状に形成され、−Z軸側に位置する。
そして、第1反射面52にて反射された画像光は、第1,第2全反射面53,54での全反射により、光入射面51および第1反射面52から離間する方向(他方の導光板5に近接する側)に導かれる。
The first
The second
Then, the image light reflected by the first reflecting
なお、第1,第2全反射面53,54としては、表面上にミラーやハーフミラー等を施すことなく空気との界面により画像光を全反射させて導くものに限らず、第1,第2全反射面53,54の全体または一部にミラーコートや、ハーフミラー膜が形成されてなされる反射も含むものとする。例えば、画像光の入射角度が全反射条件を満たした上で、第1,第2全反射面53,54の全体または一部にミラーコート等が施され、実質的に全ての画像光を反射させる場合も含まれる。また、十分な明るさの画像光を得られるのであれば、多少透過性のあるミラーによって第1,第2全反射面53,54の全体または一部がコートされていてもよい。 The first and second total reflection surfaces 53 and 54 are not limited to those in which image light is totally reflected and guided by the interface with the air without providing a mirror or a half mirror on the surface. (2) It also includes reflection formed by forming a mirror coat or a half mirror film on the whole or a part of the total reflection surfaces 53 and 54. For example, after the incident angle of the image light satisfies the total reflection condition, the whole or a part of the first and second total reflection surfaces 53 and 54 is subjected to mirror coating or the like to reflect substantially all the image light. The case of making it include is also included. Moreover, as long as image light with sufficient brightness can be obtained, the whole or part of the first and second total reflection surfaces 53 and 54 may be coated with a somewhat transmissive mirror.
第2反射面55は、光出射面56に対向し、XY平面に対して傾斜する平坦状に形成され、第1,第2全反射面53,54にて導かれた画像光を反射により光出射面56から外部の所定位置(観察者の左目または右目)に導く。この第2反射面55は、ハーフミラー等で構成され、画像光を反射するとともに、外界像も透過可能に構成されている。
なお、第1,第2全反射面53,54にて導かれた画像光を外部の所定位置に導く機能を有していれば、ハーフミラー等の第2反射面55に限らず、偏光ビームスプリッターや、ホログラム回折格子等を採用しても構わない。
The
In addition, as long as it has the function to guide the image light guided by the first and second total reflection surfaces 53 and 54 to a predetermined external position, the polarization beam is not limited to the
〔4.テンプルの構成〕
テンプル7は、図3に示すように、内部が中空となっており、当該中空部分に画像形成装置4が収容されている。本実施形態では、導光板5側からテンプル7の先端側に向けて、投射光学装置9および表示素子8テンプル7内に順に並んで配置されている。
そして、テンプル7は、頭部装着型表示装置1が観察者に装着された際に、観察者の耳に係止される。
[4. Temple structure)
As shown in FIG. 3, the
The
〔5.表示制御〕
次に、上述した頭部装着型表示装置1の表示制御を図面に基づいて説明する。
図5は、頭部装着型表示装置1の表示制御を説明するフローチャートである。
図6から図8は、頭部装着型表示装置の使用状態を示す図である。
図5において、先ず、制御装置10の視線方向判定部11は、観察者の頭部が下方に傾斜しているか否かの判定処理を実行することで、観察者の視線方向が下方に向いているか否かの判定を行う(ステップS1)。ステップS1で、観察者の視線方向が下方に向いていると判定された場合、操作判定部12は、観察者の手の形状から観察者の操作の判定処理を実行する(ステップS2)。
[5. Display control〕
Next, display control of the above-described head-mounted
FIG. 5 is a flowchart for explaining display control of the head-mounted
6 to 8 are diagrams illustrating a usage state of the head-mounted display device.
In FIG. 5, first, the line-of-sight
ここで、ステップS1で、観察者の視線方向が下方に向いていないと判定された場合、表示制御部13は、入力された画像信号に基づく画像を表示素子8により表示領域A(図6から図8)に表示させる(ステップS3)。この場合、図6に示すように、観察者は、頭部を水平に保った状態で画像を観察しており、キーボード等の操作オブジェクトTは表示されていない。
Here, when it is determined in step S1 that the observer's line-of-sight direction is not directed downward, the
また、ステップS1で、観察者の視線方向が下方に向いていると判定されたものの、ステップS2で、観察者の手の形状が所定の操作パターン(本実施形態では図4(A)から図4(C)に示す操作パターン)でないと認識された場合、表示制御部13は、やはり入力された画像信号に基づく画像を表示素子8により表示領域Aに表示させる(ステップS3)。この場合、図7に示すように、観察者は、視線方向を下方に向けた状態で画像を観察しているが、操作オブジェクトTは表示されていない。そして、本実施形態の頭部装着型表示装置1はシースルー型であるため、観察者は、画像を観察しつつ、例えば、用紙にメモを取ることができる。
Although it is determined in step S1 that the observer's line of sight is directed downward, in step S2, the shape of the observer's hand is a predetermined operation pattern (in this embodiment, FIG. 4 (A) to FIG. When it is recognized that the operation pattern is not 4 (C), the
一方、ステップS2で、観察者の手の形状が所定の操作パターンであると認識された場合、表示制御部13は、図8に示すように、入力された画像信号に基づく画像を表示素子8により表示領域Aに表示させるとともに、表示領域Aにおける下方位置に操作オブジェクトTを表示させる(ステップS4)。また、操作判定部12は、撮像手段3からの入力信号に基づいて観察者の手の位置(本実施形態では観察者の指差位置)を判定し、表示制御部13は、表示領域Aにおける当該位置に対応する位置に矢印等の形状を有するカーソルを表示させる(ステップS5)。
On the other hand, when it is recognized in step S2 that the shape of the observer's hand is a predetermined operation pattern, the
ここで、表示領域Aに表示される操作オブジェクトTとしては、文字キーおよびその他の操作キー(リターン(エンター)、移動、戻る、入力、消去、コピー、文字変換等の操作を行うためのキー)を有するキーボードや、各種アイコン等が例示される。キーボードを表示させる際は、キーボードにより入力された文字を表示する入力表示欄をキーボードと同時に表示させ、文字入力後にリターンキーがクリックされた場合に、表示領域Aにおける各種アプリケーションの文書やインターネット検索サイトの文字入力エリア等に、入力表示欄に表示された文字を入力するようにしてもよい。 Here, as the operation object T displayed in the display area A, a character key and other operation keys (keys for performing operations such as return (enter), movement, return, input, erase, copy, character conversion) Examples include keyboards having various icons, various icons, and the like. When the keyboard is displayed, an input display field for displaying characters input by the keyboard is displayed at the same time as the keyboard, and when the return key is clicked after the characters are input, various application documents and Internet search sites in the display area A are displayed. The character displayed in the input display field may be input to the character input area or the like.
続いて、操作判定部12は、観察者の手の形状が、図4(B)に示すクリックパターンであるか否かを判定する(ステップS6)。
ステップS6において、観察者の手の形状がクリックパターンであると判定された場合、操作判定部12は、観察者の手の形状がクリックパターンを示している時間が所定時間以上継続しているか否かを判定する(ステップS7)。
Subsequently, the
When it is determined in step S6 that the shape of the observer's hand is a click pattern, the
ステップS7において、クリックパターンを示している時間が所定時間未満であると判定された場合、表示制御部13は、観察者の指差位置に対応する位置の操作オブジェクトT(図8)により定義される処理を実行する(ステップS8)。すなわち、表示制御部13は、表示領域Aにおいてカーソルをアイコン上に位置させた状態でマウスの左側のクリックボタンを押す、いわゆる左クリック動作に相当する処理を行う。これに対し、ステップS7において、クリックパターンを示している時間が所定時間以上継続していると判定された場合、表示制御部13は、表示領域Aにおける手の位置に対応する位置の操作オブジェクトを手の位置に合わせて移動させる、いわゆるマウスのドラッグ操作の処理を実行する(ステップS9)。
When it is determined in step S7 that the time indicating the click pattern is less than the predetermined time, the
一方、ステップS6において、手の形状がクリックパターンでないと判定された場合、操作判定部12は、手の形状がメニュー表示パターンであるか否かを判定する(ステップS10)。ステップS10において、手の形状がメニュー表示パターンでないと判定された場合はステップS1に戻り、そうでない場合、表示制御部13は、表示領域における手の位置に対応する位置の操作オブジェクトに関する操作を一覧表示させる(ステップS11)。すなわち、表示制御部13は、表示領域Aにおいてカーソルをアイコン上に位置させた状態でマウスの右側のクリックボタンを押す、いわゆる右クリック動作に相当する処理を行う。
On the other hand, when it is determined in step S6 that the hand shape is not a click pattern, the
上述した実施形態によれば、以下の効果がある。
本実施形態では、表示制御部13は、観察者の視線方向が下方に向いており、かつ観察者の手の形状が所定の操作パターンを示していると判定されたときに、操作オブジェクトTを表示素子8に表示させる。
このことにより、観察者の視線方向が下方を向いている場合でも、観察者の手が所定の操作パターンを示していなければ、操作オブジェクトTは表示されない。このため、観察者の意図に反して操作オブジェクトTが表示されることを防止でき、使用感を向上させることができる。
The embodiment described above has the following effects.
In the present embodiment, the
Thus, even when the observer's line-of-sight direction is pointing downward, the operation object T is not displayed unless the observer's hand shows a predetermined operation pattern. For this reason, it can prevent that the operation object T is displayed against an observer's intention, and can improve a usability | use_condition.
ところで、観察者の視線そのもの、つまり観察者の目が向いている方向を検出する場合、一般的に検出手段の構成が複雑化してしまう。
これに対し、本実施形態では、視線方向検出手段2は、頭部装着型表示装置1に設けられた加速度センサーであり、加速度センサーに作用する加速度から観察者の頭部の傾きを検出することにより、観察者の視線方向を検出する。このため、加速度センサーという汎用的かつ簡易な構成を用いて視線方向を検出することができるので、頭部装着型表示装置1を安価で製造でき、かつ小型化することができる。
By the way, when detecting the observer's line of sight itself, that is, the direction in which the observer's eyes are facing, the configuration of the detection means is generally complicated.
On the other hand, in this embodiment, the line-of-sight direction detection means 2 is an acceleration sensor provided in the head-mounted
本実施形態では、頭部装着型表示装置1は、導光板5を介して外界像を観察可能な、いわゆるシースルー型であるため、表示素子8に形成された画像の他、外界像をも観察者に観察させることができる。このことにより、観察者は、表示素子8により形成された画像と外界像とを同時に観察することができるので、外界像を観察しようとした場合に頭部装着型表示装置1を外す必要がなく、使用感をより向上させることができる。
In the present embodiment, the head-mounted
本実施形態では、表示制御部13は、表示領域Aにおける下方位置に操作オブジェクトTを表示させるので、頭部装着型表示装置1がシースルー型である場合でも、操作オブジェクトTの操作時に観察者の手が表示領域Aをさえぎることを防止でき、使用感をさらに向上させることができる。
In the present embodiment, the
本実施形態では、視線方向が下方に向いており、かつ観察者の手の形状が第1の操作パターンを示していると判定されたときに、表示領域Aの手の位置に対応する位置にカーソルを表示させる。このため、観察者の意図に反する表示を防ぎつつ、表示領域Aにおけるポインティング位置を観察者に良好に認識させることができる。 In the present embodiment, when it is determined that the line-of-sight direction is directed downward and the shape of the observer's hand indicates the first operation pattern, the position corresponds to the position of the hand in the display area A. Display the cursor. For this reason, it is possible to make the observer recognize the pointing position in the display area A well while preventing display contrary to the intention of the observer.
本実施形態では、観察者の手の形状が第2の操作パターンを示していると判定されたときに、表示領域Aの手の位置に対応する位置の操作オブジェクトTの処理を実行するので、観察者の意図に反する処理を防止することができ、使用感を一層向上させることができる。 In the present embodiment, when it is determined that the shape of the observer's hand indicates the second operation pattern, the processing of the operation object T at a position corresponding to the position of the hand in the display area A is executed. Processing contrary to the intention of the observer can be prevented, and the usability can be further improved.
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、頭部装着型表示装置は、透過型の液晶表示デバイス81を備えた表示素子8を採用していたが、これに限らず、その他の構成、例えば、反射型の液晶表示デバイスや、デジタル・マイクロミラー・デバイス等を備えた表示素子を採用しても構わない。また、有機ELデバイス等の自己発光型の表示素子を採用してもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
In the above embodiment, the head-mounted display device employs the
前記実施形態では、頭部装着型表示装置1は、表示素子8から出射された画像光を導光板5を介して観察者に認識させる虚像表示型であったが、これに限らず、表示素子8から出射された画像光を観察者に直接認識させる直接表示型としてもよい。また、導光部としては、導光板5に限らず、ミラー等の他の構成を採用してもよい。
In the above embodiment, the head-mounted
前記実施形態では、視線方向検出手段2は、頭部装着型表示装置1の傾斜状態を検出することで観察者の視線方向を検出するように構成されていたが、これに限らない。視線方向検出手段2としては、観察者の視線方向を検出可能であればいずれの構成も採用でき、例えば、観察者の視線そのものを検出するような構成としてもよい。
In the embodiment, the line-of-sight
前記実施形態では、表示制御部13は、画像信号に基づく画像とともに操作オブジェクトTを表示素子8に表示させていたが、操作オブジェクトTのみを表示させてもよい。このような場合として、画像信号に基づく画像を表示させていない状態でのメニュー表示等が例示できる。
In the embodiment, the
前記実施形態では、第1から第3の操作パターンとしてポインティングパターン、クリックパターン、およびメニュー表示パターンが用いられていたが、これに限らず、操作パターンは任意に設定することができる。
前記実施形態では、クリックパターンを示している時間が所定時間以上継続していると判定された場合、操作オブジェクトを観察者の手の位置に合わせて移動させていたが、これに限らない。例えば、各種アプリケーションの文書やインターネット検索サイト等、表示領域Aに表示される他のオブジェクトや画面を移動させてもよい。
In the above embodiment, the pointing pattern, the click pattern, and the menu display pattern are used as the first to third operation patterns. However, the present invention is not limited to this, and the operation pattern can be set arbitrarily.
In the above embodiment, when it is determined that the time indicating the click pattern has continued for a predetermined time or more, the operation object is moved in accordance with the position of the observer's hand, but this is not a limitation. For example, other objects and screens displayed in the display area A such as various application documents and Internet search sites may be moved.
本発明は、ヘッドマウントディスプレイ等の頭部装着型表示装置に利用できる。 The present invention can be used for a head-mounted display device such as a head-mounted display.
1・・・頭部装着型表示装置、2・・・視線方向検出手段、3・・・撮像手段、5・・・導光板(導光部)、8・・・表示素子、11・・・視線方向判定部、12・・・操作判定部、13・・・表示制御部、91・・・投射レンズ、T・・・操作オブジェクト。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
観察者の視線方向を検出する視線方向検出手段と、
前記視線方向の領域を撮像する撮像手段と、
前記視線方向検出手段の検出結果に基づいて、前記視線方向が下方に向いているか否かを判定する視線方向判定部と、
前記撮像手段からの入力信号に基づいて、前記観察者の手の形状を判定する操作判定部と、
前記視線方向判定部および前記操作判定部の判定結果に基づいて、前記表示素子による表示を制御する表示制御部と、を備え、
前記表示制御部は、前記視線方向が下方に向いており、かつ、前記操作判定部により前記手の形状が設定されたパターンを示していると判定されたときに、前記画像光に基づく画像の表示領域における前記手の位置に対応する位置にカーソルを表示させる
ことを特徴とする頭部装着型表示装置。 A display element that emits image light;
Gaze direction detection means for detecting the gaze direction of the observer;
Imaging means for imaging the region in the line-of-sight direction;
A line-of-sight direction determining unit that determines whether the line-of-sight direction is directed downward based on a detection result of the line-of-sight direction detection unit;
An operation determination unit that determines the shape of the observer's hand based on an input signal from the imaging unit;
A display control unit that controls display by the display element based on determination results of the line-of-sight direction determination unit and the operation determination unit,
The display control unit is configured to display an image based on the image light when the line-of-sight direction is directed downward and the operation determination unit determines that the shape of the hand is set . A head-mounted display device that displays a cursor at a position corresponding to the position of the hand in a display area.
観察者の視線方向を検出する視線方向検出手段と、
前記視線方向の領域を撮像する撮像手段と、
前記視線方向検出手段の検出結果に基づいて、前記視線方向が下方に向いているか否かを判定する視線方向判定部と、
前記撮像手段からの入力信号に基づいて、前記観察者の手の形状を判定する操作判定部と、
前記視線方向判定部および前記操作判定部の判定結果に基づいて、前記表示素子による表示を制御する表示制御部と、を備え、
前記表示制御部は、前記視線方向が下方に向いており、かつ、前記操作判定部により前記手の形状が設定されたパターンを示していると判定されたときに、前記画像光に基づく画像の表示領域における前記手の位置に対応する位置の操作オブジェクトに関する操作を一覧表示させる
ことを特徴とする頭部装着型表示装置。 A display element that emits image light;
Gaze direction detection means for detecting the gaze direction of the observer;
Imaging means for imaging the region in the line-of-sight direction;
A line-of-sight direction determining unit that determines whether the line-of-sight direction is directed downward based on a detection result of the line-of-sight direction detection unit;
An operation determination unit that determines the shape of the observer's hand based on an input signal from the imaging unit;
A display control unit that controls display by the display element based on determination results of the line-of-sight direction determination unit and the operation determination unit,
The display control unit is configured to display an image based on the image light when the line-of-sight direction is directed downward and the operation determination unit determines that the shape of the hand is set . A head-mounted display device that displays a list of operations related to an operation object at a position corresponding to the position of the hand in a display area.
前記表示制御部は、前記表示領域における下方位置に前記操作オブジェクトを表示させる
ことを特徴とする頭部装着型表示装置。 The head-mounted display device according to claim 2 ,
The display control unit displays the operation object at a lower position in the display area.
前記視線方向検出手段は、前記頭部装着型表示装置に設けられた加速度センサーである
ことを特徴とする頭部装着型表示装置。 The head-mounted display device according to any one of claims 1 to 3 ,
The head-mounted display device, wherein the line-of-sight direction detection means is an acceleration sensor provided in the head-mounted display device.
前記表示素子から出射された前記画像光を所定位置に導く導光部を有する
ことを特徴とする頭部装着型表示装置。 The head-mounted display device according to any one of claims 1 to 4 ,
A head-mounted display device comprising: a light guide unit that guides the image light emitted from the display element to a predetermined position.
前記導光部は、外界像を観察可能に構成されている
ことを特徴とする頭部装着型表示装置。 The head-mounted display device according to claim 5 ,
The head-mounted display device, wherein the light guide unit is configured to be able to observe an external image.
前記表示素子の前記画像光を投射する投射レンズを有し、
前記導光部は、前記投射レンズに対して固定され、当該投射レンズから投射された前記画像光を前記所定位置に導く
ことを特徴とする頭部装着型表示装置。 The head-mounted display device according to claim 5 or 6 ,
A projection lens for projecting the image light of the display element;
The light guide portion, the fixed relative to the projection lens, a head-mounted display device characterized by directing the projected the image light to the predetermined position from the projection lens.
前記表示制御部は、前記視線方向が下方に向いていないと判定されたときに、入力された画像信号に基づく画像を前記表示領域に表示させる
ことを特徴とする頭部装着型表示装置。 The head-mounted display device according to any one of claims 1 to 7,
The head mounted display device, wherein the display control unit displays an image based on the input image signal in the display area when it is determined that the line-of-sight direction is not directed downward.
前記表示制御部は、前記視線方向が下方に向いており、かつ前記手の形状が前記操作判定部により判定される所定のパターンに該当しないと判定されたときに、入力された画像信号に基づく画像を前記表示領域に表示させる
ことを特徴とする頭部装着型表示装置。 The head-mounted display device according to any one of claims 1 to 8,
The display control unit is based on an input image signal when it is determined that the line-of-sight direction is directed downward and the shape of the hand does not correspond to the predetermined pattern determined by the operation determination unit. A head-mounted display device that displays an image in the display area.
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