JP6550734B2 - 頭部装着型表示装置、頭部装着型表示装置の制御方法、および、コンピュータープログラム - Google Patents
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Description
[形態1]
透過型の頭部装着型表示装置であって、
外景における特定の地点までの距離を測定する距離測定部と、
前記外景を透過可能であり、画像を表示する画像表示部と、
測定された距離に立体的に画像が表示されるように前記画像表示部を制御し、測定された距離が変化した場合に、測定された距離が変化するのに要した時間よりも長い時間をかけて、変化前に測定された距離に立体的に表示させた画像を、変化後に測定された距離に立体的に表示させる画像として設定する画像設定部と、を備え、
前記距離測定部は、前記外景を撮像する外景撮像部を有し、
前記画像設定部は、
前記外景撮像部が撮像した撮像画像の中心までの距離の変化が所定の値未満の場合に、前記画像表示部に画像を立体的に表示させる距離を変更することなく、
測定された距離の変化が前記所定の値以上変化した場合に、変化するまでの時間が第1の閾値以上だった場合において、
前記測定された距離の変化が前記所定の値以上変化してから第2の閾値以上の時間が経過していない場合には、前記画像表示部に立体的に表示させる画像の距離を、変化前に測定された距離に固定し、
前記測定された距離の変化が前記所定の値以上変化してから前記第2の閾値以上の時間が経過した場合には、前記画像表示部に立体的に表示させる画像の距離を、変化後の測定された距離に設定する、頭部装着型表示装置。
この形態の頭部装着型表示装置によれば、使用者が視認している外景の中の特定の位置まで距離が変化しても、瞬時に、変化後の距離に応じて画像が立体的に表示されることがなく、使用者が視線を変化させた場合の使用者の疲労感を抑制できる。また、使用者の視線の変化前後で使用者が視認する立体的な画像の変化の違和感を軽減できる。また形態の頭部装着型表示装置によれば、使用者が視認している外景の中の特定の位置までの距離の変化量が少ない場合には、立体的な画像を表示する使用者からの距離を変化させないため、立体的な画像が細かく変化することで生じる画像のちらつき等を軽減できる。またこの形態の頭部装着型表示装置によれば、第1の閾値以上の時間、使用者が瞬間的に見ている位置を変えた場合などに、追従して立体的に表示される画像の位置までの距離が変更されないため、使用者の疲労感や違和感を軽減できる。
A−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100(HMD100)の外観構成を示す説明図である。HMD100は、頭部に装着する表示装置であり、ヘッドマウントディスプレイ(Head Mounted Display、HMD)とも呼ばれる。本実施形態のHMD100は、使用者が虚像を視認すると同時に外景も直接視認可能な光学透過型の頭部装着型表示装置である。なお、本明細書では、HMD100によって使用者が視認する虚像を便宜的に「表示画像」ともいう。
(1)撮像画像の中心までの距離が閾値未満の変化であり、関連対象が変わらない場合
(2)撮像画像の中心までの距離が閾値未満の変化であり、関連対象が変わる場合
(3)撮像画像の中心までの距離が閾値以上の変化であり、関連対象が変わらない場合
(4)撮像画像の中心までの距離が閾値以上の変化であり、関連対象が変わる場合
なお、撮像画像が変化する場合については、上述した4通りに場合に限られず、種々変形可能である。例えば、(2)および(4)の場合において、変化前の関連対象が変化後の撮像画像の中の中心以外に検出されている場合に、画像設定部165は、変化前の関連対象に対応付けられている3D画像を、距離特定部168によって測定された変化後の距離に合わせて画像表示部20に表示させてもよいし、表示させなくてもよい。
図5および図6は、関連対象に対応付けて3D画像を表示する表示画像設定処理のフローチャートである。表示画像設定処理は、CPU140が撮像画像の中心に位置する関連対象までの距離に合わせて輻輳角を形成して3D画像を使用者に立体的に認識させる処理である。表示画像処理では、操作部135が操作を受け付けることで、カメラ61が外景の撮像を開始する(ステップS11)。距離特定部168は、画像表示部20から、ステレオカメラであるカメラ61が撮像した2つの異なる撮像画像の中心に位置する対象までの距離を特定する(ステップS13)。画像設定部165は、特定された撮像画像の中心に写る対象にパターンマッチングを行なうことで対象を特定し、特定した対象がコンテンツ等に含まれる3D画像に対応付けられた関連対象であるか否かを判定する(ステップS15)。関連対象でないと判定された場合には(ステップS15:NO)、CPU140は、ステップS11以降の処理を繰り返す。
なお、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
図9は、変形例におけるHMD100aの構成を機能的に示すブロック図である。この変形例では、外景SCにおける特定の位置に存在する対象までの距離の測定方法が上記実施形態と異なり、他の構成については、上記実施形態と同じである。図9に示すように、変形例の画像表示部20aには、右眼撮像カメラ67と、左眼撮像カメラ69と、が備えられている。右眼撮像カメラ67は、画像表示部20を装着した使用者の右眼REを撮像し、左眼撮像カメラ69は、使用者の左眼LEを撮像する。距離特定部168aは、上記実施形態と異なり、右眼撮像カメラ67と左眼撮像カメラ69とのそれぞれが撮像した使用者の右眼REと左眼LEとの画像に基づいて、使用者が視認している位置を特定し、当該位置までの距離を特定する。距離特定部168aは、使用者の右眼REおよび左眼LEの撮像画像に対してパターンマッチング等を行なうことで、使用者の視線方向を特定する。距離特定部168aは、特定した視線方向に基づいて、使用者が見ている位置を特定して、当該位置までの距離を特定する。画像設定部165aは、距離特定部168aによって特定されたカメラ61の撮像画像に写っている対象に対応付けられた3D画像を画像表示部20aに表示させる。そのため、画像設定部165aは、上記実施形態と異なり、使用者の視線方向に基づいて3D画像を画像表示部20aに表示させるため、画像表示最大領域PNの中のポインタOOの位置以外にも3D画像を表示させることができる。なお、この変形例では、カメラ61の撮像画像によって関連対象までの距離が特定されないため、カメラ61は、ステレオカメラでなくてもよい。この変形例のHMD100aでは、右眼撮像カメラ67と左眼撮像カメラ69とによって関連対象までの距離に加えて、使用者の視線方向も特定されるため、3D画像を表示させる位置などの自由度が広がり、使用者の使い勝手が向上する。右眼撮像カメラ67および左眼撮像カメラ69は、請求項における眼撮像部に相当する。
上記実施形態では、特定された関連対象までの距離と閾値との比較によって、特定された関連対象までの距離が変化した場合に、3D画像の輻輳角を変化させるか否かが判定されたが、3D画像の輻輳角の設定については、種々変形可能である。例えば、画像設定部165は、特定された関連対象までの距離を使用者が視認し続けたと推定される時間との関係に対応させて、3D画像の輻輳角を設定してもよい。具体的には、画像設定部165は、特定された関連対象までの距離が閾値以上変化した場合に、変化前の距離の状態で第1の閾値の時間以上経過しているときには、直ちに変化後の距離に対応する輻輳角に変更しない。画像設定部165は、変化後の距離の状態で第2の閾値の時間以上経過した場合に、変化後の距離に対応する輻輳角に変更する。この変形例では、第1の閾値以上の時間、使用者がほぼ一定の距離を見ていて、一瞬よそ見をしたときなどに、よそ見に追従して3D画像の輻輳角が変更されないため、使用者の疲労感や違和感を軽減できる。
上記実施形態では、カメラ61の撮像画像の中心であるポインタOOに位置する対象までの距離が特定されたが、必ずしもカメラ61の撮像画像の中心の対象までの距離に基づいて、3D画像の輻輳角が設定される必要はない。例えば、工場などにおいて、画像表示部20と特定の危険物との位置関係が固定されている場合には、カメラ61の撮像画像の中心以外に位置する対象に基づいて、3D画像の輻輳角が設定されてもよい。
上記実施形態では、カメラ61の撮像画像の中心に写っている関連対象までの距離が偏した場合における時間に伴う輻輳角の変化として、図3に示す例について説明したが、時間に伴う輻輳角の変化は、これに限られず種々変形可能である。図10および図11は、変形例における変化前の輻輳角θ1から変化後の輻輳角θ2に変化するまでの時間と輻輳角との関係を示す説明図である。図10に示すように、画像設定部165は、特定され距離の変化前の輻輳角θ1から変化後の輻輳角θ2までの時間に伴う輻輳角の変化を、直線L1のような単調増加のリニアな変化として設定してもよい。また、図11に示すように、画像設定部165は、変化前の輻輳角θ1から変化後の輻輳角θ2までの時間に伴う輻輳角の変化を、曲線C2のように輻輳角の変化開始直後と変化終了間際とで、輻輳角の単位時間当たりの変化量が小さくなるように設定してもよい。
上記実施形態では、制御部10に操作部135が形成されたが、操作部135の態様については種々変形可能である。例えば、制御部10とは別体で操作部135であるユーザーインターフェースがある態様でもよい。この場合に、操作部135は、電源130等が形成された制御部10とは別体であるため、小型化でき、使用者の操作性が向上する。また、カメラ61が画像表示部20に配置されたが、カメラ61が画像表示部20とは別体に構成され、外景SCを撮像できてもよい。また、制御部10の構成するCPU140や電源130が画像表示部20に全て搭載されたHMD100であってもよい。このHMD100では、画像表示部20と別体で構成されるコントローラーがないため、より小型化できる。また、制御部10と画像表示部20とのそれぞれに、CPU140が搭載されることで、制御部10がコントローラー単体として使用され、画像表示部20が表示装置単体として使用されてもよい。
上記実施形態におけるHMD100の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、制御部10に設けられた方向キー16を省略したり、方向キー16やトラックパッド14に加えて、操作用スティック等の他の操作用インターフェイスを設けたりしてもよい。また、制御部10は、キーボードやマウス等の入力デバイスを接続可能な構成であり、キーボードやマウスから入力を受け付けるものとしてもよい。
11…決定キー
12…点灯部
13…表示切替キー
14…トラックパッド
15…輝度切替キー
16…方向キー
17…メニューキー
18…電源スイッチ
20…画像表示部
21…右保持部
22…右表示駆動部
23…左保持部
24…左表示駆動部
26…右光学像表示部
28…左光学像表示部
30…イヤホンプラグ
32…右イヤホン
34…左イヤホン
40…接続部
42…右コード
44…左コード
46…連結部材
48…本体コード
51,52…送信部
53,54…受信部
61…カメラ(外景撮像部)
67…右眼撮像カメラ(眼撮像部)
69…左眼撮像カメラ(眼撮像部)
100…HMD
120…記憶部
130…電源
132…無線通信部
135…操作部
140…CPU
150…オペレーティングシステム
160…画像処理部
165…画像設定部
168…距離特定部(距離測定部)
170…音声処理部
180…インターフェイス
190…表示制御部
201…右バックライト制御部
202…左バックライト制御部
211…右LCD制御部
212…左LCD制御部
221…右バックライト
222…左バックライト
241…右LCD
242…左LCD
251…右投写光学系
252…左投写光学系
261…右導光板
262…左導光板
Δt…微小時間
VSync…垂直同期信号
HSync…水平同期信号
t1,t2…時間
C1,C2…曲線
L1…直線
OA…外部機器
SC…外景
BC…まな板
RE…右眼
LE…左眼
EL…端部
IL…照明光
PL…画像光
PN…画像表示最大領域
OO…ポインタ
AP…先端部
ER…端部
VR…視野
FS…魚
AR1,AR2…3D画像
θ1…輻輳角
θ2…輻輳角
Claims (8)
- 透過型の頭部装着型表示装置であって、
外景における特定の地点までの距離を測定する距離測定部と、
前記外景を透過可能であり、画像を表示する画像表示部と、
測定された距離に立体的に画像が表示されるように前記画像表示部を制御し、測定された距離が変化した場合に、測定された距離が変化するのに要した時間よりも長い時間をかけて、変化前に測定された距離に立体的に表示させた画像を、変化後に測定された距離に立体的に表示させる画像として設定する画像設定部と、を備え、
前記距離測定部は、前記外景を撮像する外景撮像部を有し、
前記画像設定部は、
前記外景撮像部が撮像した撮像画像の中心までの距離の変化が所定の値未満の場合に、前記画像表示部に画像を立体的に表示させる距離を変更することなく、
測定された距離の変化が前記所定の値以上変化した場合に、変化するまでの時間が第1の閾値以上だった場合において、
測定された距離の変化が前記所定の値以上変化してから第2の閾値以上の時間が経過していない場合には、前記画像表示部に立体的に表示させる画像の距離を、変化前に測定された距離に固定し、
測定された距離の変化が前記所定の値以上変化してから前記第2の閾値以上の時間が経過した場合には、前記画像表示部に立体的に表示させる画像の距離を、変化後の測定された距離に設定する、頭部装着型表示装置。 - 請求項1に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記距離測定部は、前記撮像画像の中心を前記特定の地点として設定する、頭部装着型表示装置。 - 請求項1または請求項2に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記距離測定部は、使用者の眼を撮像する眼撮像部を有し、撮像した眼の撮像画像に基づいて、前記特定の地点までの距離を測定する、頭部装着型表示装置。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記画像設定部は、前記画像表示部に立体的に表示させる画像の距離を変化させる場合に、時間の経過に伴い輻輳角を単調増加させるように、または、単調減少させるように設定する、頭部装着型表示装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記画像設定部は、前記画像表示部に立体的に表示させる画像に対して、右眼用画像と前記右眼用画像と異なる左眼用画像とに輻輳角を設定することで、前記画像表示部に表示させる画像を測定された距離の位置に立体的に表示させる、頭部装着型表示装置。 - 請求項5に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記画像設定部は、測定された距離が変化した場合の前記輻輳角の変化量が所定の量以上の場合に、前記画像表示部に立体的に表示させる画像の距離を変更する、頭部装着型表示装置。 - 外景を透過可能であり、画像を表示する画像表示部を有する頭部装着型表示装置の制御方法であって、
外景における特定の地点までの距離を測定する距離測定工程と、
測定された距離に立体的に画像が表示されるように前記画像表示部を制御し、測定された距離が変化した場合に、測定された距離が変化するのに要した時間よりも長い時間をかけて、変化前に測定された距離に立体的に表示させた画像を、変化後に測定された距離に立体的に表示させる画像として設定する画像設定工程と、を備え、
前記距離測定工程は、前記外景を撮像する工程を含み、
前記画像設定工程は、
前記外景を撮像する工程によって撮像された撮像画像の中心までの距離の変化が所定の値未満の場合に、前記画像表示部に画像を立体的に表示させる距離を変更することなく、
前記距離測定工程によって測定された距離の変化が前記所定の値以上変化した場合に、変化するまでの時間が第1の閾値以上だった場合において、
測定された距離の変化が前記所定の値以上変化してから第2の閾値以上の時間が経過していない場合には、前記画像表示部に立体的に表示させる画像の距離を、変化前に測定された距離に固定し、
測定された距離の変化が前記所定の値以上変化してから前記第2の閾値以上の時間が経過した場合には、前記画像表示部に立体的に表示させる画像の距離を、変化後の測定された距離に設定する工程を含む、制御方法。 - 外景を透過可能であり、画像を表示する画像表示部を有する透過型の頭部装着型表示装置のためのコンピュータープログラムであって、
外景における特定の地点までの距離を測定する距離測定機能と、
測定された距離に立体的に画像が表示されるように前記画像表示部を制御し、測定された距離が変化した場合に、測定された距離が変化するのに要した時間よりも長い時間をかけて、変化前に測定された距離に立体的に表示させた画像を、変化後に測定された距離に立体的に表示させる画像として設定する画像設定機能と、をコンピューターに実現させ、
前記距離測定機能は、前記外景を撮像する機能を含み、
前記画像設定機能は、
前記外景を撮像する機能によって撮像された撮像画像の中心までの距離の変化が所定の値未満の場合に、前記画像表示部に画像を立体的に表示させる距離を変更することなく、
前記距離測定機能によって測定された距離の変化が前記所定の値以上変化した場合に、変化するまでの時間が第1の閾値以上だった場合において、
測定された距離の変化が前記所定の値以上変化してから第2の閾値以上の時間が経過していない場合には、前記画像表示部に立体的に表示させる画像の距離を、変化前に測定された距離に固定し、
測定された距離の変化が前記所定の値以上変化してから前記第2の閾値以上の時間が経過した場合には、前記画像表示部に立体的に表示させる画像の距離を、変化後の測定された距離に設定する機能を含む、コンピュータープログラム。
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