JP6844216B2 - 視認システム - Google Patents
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こうした技術習得には時間を要するのが常である。そこで、技術習得にかかる時間を削減するために、運搬装置にカメラ等の撮像装置を取り付け、ディスプレイ上に表示された撮像装置からの画像を見ながら簡易に運搬装置の操作を行う視認システムが提案されている(特許文献1〜3等参照)。
また、近年の無線技術、センシング技術の発達により、人がリモート操作できる多くの小型動力体(例えばラジコン自動車やラジコン飛行体やラジコン船など)は自身の位置・速度・バッテリの残量などの情報をリアルタイムで計測して無線送信する。
また、これらの小型動力体に小型カメラを搭載し、無線でカメラの画像(静止画像、動画像)を送ることも容易である。これらの小型動力体を人がリモート操作する際には目視で観察しながら操縦するが、この際に位置・速度・バッテリの残量などの情報やカメラ画像を操縦者がリアルタイムに得ることができれば、操縦アシストとして非常に有用である。
また、複数の人で作業をおこなう時に仲間の作業状況などがリアルタイムに入ってくれば、効率よく指示をして作業をおこなうことができる。また、仲間がカメラを装着していて、その画像を送受信して共有できれば、作業状況をわかりやすく把握できて作業効率の向上や作業安全性の向上になる。
他方、ディスプレイにも例えば使用者の眼前に画像を表示するタイプのヘッドアップディスプレイを用いることも考えられるが(例えば特許文献4、5等参照)、明るい屋外ではヘッドアップディスプレイでは情報の視認性が悪いという問題があった。
なお、以降の説明では、使用者Aの前方方向をZ方向とし、Z方向に垂直な方向のうち、鉛直上方をY方向、Z方向とY方向とに垂直な方向である水平方向をX方向とする。
クレーン210は、物体たる重量物Pを吊り下げて運搬するための運搬装置であり、操作部80によって上下動、回転動、前後動等が可能なように設置されている。
クレーン210は、重量物Pの位置を測定するための測長部たる測距装置としての第1測長センサ221と、クレーン210の基準面Qまでの距離を測定するための測長部たる測距装置としての第2測長センサ222と、を有している。
なお、ここでは基準面Qは、重量物Pを運搬後に配置する面を基準とする。また、使用者Aが立っている面も、基準面Qと同一の平面上であるとする。かかる基準面Qは、クレーン210の設置面であっても良いし、後述する距離の測定を行いやすいように任意に設定した平面であっても良い。
なお、本実施形態では、クレーン210は使用者Aの視野内にあるリモート操作が可能な動体物の一例である。
第2測長センサ222は、鉛直方向にクレーン210の基準面Qまでの距離情報y2を測定するための光学センサである。
第1測長センサ221と第2測長センサ222は、かかる距離情報y1、y2に基づいて、重量物Pの位置を計測する。
画像表示装置100は、図2に示すように、使用者Aに装着された状態で導光部30が使用者Aの眼前にくるように支持する光学ユニット20の筐体部たるフレーム1と、使用者Aの耳部にかかってフレーム1を支持する一対のテンプル2と、を有している。
図1及び図2の画像表示装置100はメガネフレームの形状をしているが、この形状に限るものではない。例えば図13に変形例として示すように、ゴーグルのような形状にして顔を覆うようにしてもよいし、ヘルメットやバイザーなどに画像表示装置を取り付けても良い。鉢巻き状にして頭と額を締め付けることで固定してもよい。
画像表示装置100は、操作部80からの操作を元に調光フィルター40の透過率を制御する制御装置たる制御部70と、調光フィルター40に電圧を印加するための電源ユニットたる電源90と、を有している。
光学ユニット20は、バックライト23から出射した光束Lを、液晶素子10に透過させることで画像情報を付与し、レンズ21とミラー22とで光束Lを偏向して導光部30へと誘導する。
液晶素子10に表示される画像情報には、カメラ220から送信される映像情報や、第1測長センサ221及び第2測長センサ222から送信される重量物Pの距離情報y1、y2が含まれている。かかる画像情報や距離情報y1、y2などを含む包括的な概念として、特に必要な場合には表示情報との文言を用いる。
また、液晶素子10とバックライト23とを用いる構成の他、その他の画像表示素子を用いても良いし、有機ELディスプレイのように光源と一体となった画像表示素子を用いても良い。
ハーフミラー50は、図5に示すように、光束Lの一部あるいは全部を使用者Aの眼Eに導くように反射するとともに、+Z方向側から調光フィルター40を透過した外部光L’を透過させる。
すなわちハーフミラー50は、液晶素子10が表示した画像を、使用者Aに映像として認識させるとともに、かかる映像に重複して外部光L’をも映像として認識させる。
調光フィルター40は、図6に断面を示すように、最も+Z方向側に形成された表示基板41と、表示基板41に対向して最も−Z方向側の反対側の面に設けられた対向基板45と、表示基板41と対向基板45との間に形成された表示層43と、を有している。
調光フィルター40は、表示層43と対向基板45との間に設けられた空隙層46と、表示層43と表示基板41との間に設けられた酸化チタン粒子層42と、表示基板41と対向基板45とを連結して間隔を規定するスペーサ44と、を有している。
本実施形態では、電解液として、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム・テトラシアノボレートを用いているが、特にかかる構成に限定されるものではない。
また、液体の電解質以外にも、ゲル状の電解質やポリマー電解質等の固体であっても良い。
酸化チタン粒子層42は、酸化チタンナノ粒子分散液を塗布されて形成された酸化チタン粒子の層である。
表示層43は、後述するエレクトロクロミック化合物によって形成されるエレクトロクロミック層であり、±Z方向の両面間に印加される電位差により、エレクトロクロミック化合物の還元反応が生じ吸収波長帯が変化して発色あるいは消色する。すなわち、透過する光束のスペクトル、強度が変化するので光量が変化する。言い換えると、表示層43の両面に印加される電圧に応じて、外部光L’の透過率が任意に変化する。
本実施形態では特に、調光フィルター40は、後述する操作部80を使用者Aが操作することで、全光透過率が70%の透過状態と、全光透過率が10%の非透過状態と、を切り替える。
操作部80は、使用者Aの能動的な操作に従って制御部70を介して調光フィルター40の透過率を制御するコントローラである。
かかる操作部80により、使用者Aは、任意のタイミングで、調光フィルター40を透過状態、あるいは非透過状態に遷移させる。
操作部80の形状、配置、位置等は特に限定されるものではなく、例えば図8において符号81で示すように、画像表示装置100上に形成された透過ボタンと非透過ボタンと、の2つのボタンスイッチであっても良い。
あるいは、1つのボタンを複数回押圧することで透過状態と非透過状態を切り替えるものであっても良いし、レバーあるいは回動することで連続的あるいは離散的に透過率を制御するツマミであっても良い。
電源90は、ここではボタン電池のようなDC定電圧源とする。
なお、一般的には、可変電圧を出力可能な複雑な電源ユニットは重量も大きくなる。画像表示装置100は頭部に装着するものであるため、電源90として搭載するのは、軽量な電源ユニットであることが望ましい。
したがって、ボタン電池のようなDC定電圧源が有利であるが、単にDC定電圧源による電圧を印加するのみでは、例えば2Vの定常電圧を印加することしかできず、バックライト23の輝度を連続的に変化させることが難しい。
しかしながら、現実的にはバックライト23の出力によって、液晶素子10によって与えられる画像情報の輝度が決定されるので、バックライト23の輝度は連続的に変化されることが望ましい。
具体的には、図7(a)に示されるように、−2Vの負方向の定電圧を時刻Oから10秒間印加し、その後逆電圧を印加した場合の調光フィルター40の透過率は、図7(b)に示すように、定電圧の印加に対して時定数tに従って鈍るような形状に変化する。
ここで、負方向の電圧とは、エレクトロクロミックデバイスの発色電圧となる電圧であり、逆電圧つまり正方向の電圧とは、エレクトロクロミックデバイスの消色電圧である。
言い換えると、調光フィルター40に発色電圧を印加すると透過率は下降し、消色電圧を印加すると透過率は上昇する。
なお、図7(b)には、全光透過率を透過率として示したが、特に必要な特定の波長についての透過率であっても良い。
一般に、エレクトロクロミックデバイスは透過率の変化量が大きく、かつ時定数が大きいので、比較的単純な電源90を用いた場合にも、調光フィルター40は容易に任意の透過率を設定される。
また、図7(b)においては実験の都合上、測定を一定時間毎に行ったために離散的な値を取っているが、調光フィルター40の透過率の変化は、時間によって連続的に変動するはずであるから、図7(b)の近似曲線を描くことで任意の透過率を設定する。
このように、制御部70は、電源90の調光フィルター40に印加する電圧の印加時間を制御することで、全光透過率を制御する。
制御部70は、図13に示すように、CPUと、メモリと、ネットワークI/Fと、情報入出力I/Fとを備えた制御装置たるコンピュータであり、操作部70の操作に基づいて調光フィルター40の透過率を制御する。
作業者Aは、重量物を運搬するときなど、特に精密なクレーン操作を要求されない状況では、操作部80を用いて調光フィルター40を透過状態に設定する。
このとき、操作部80の操作に基づいた制御部70の制御により、調光フィルター40の正極側に電源90の正極側を接続するように電圧を印加して、調光フィルター40に正方向の電圧すなわち消色電圧が印加される。
調光フィルター40は、図7(b)に既に示したように、消色電圧側に電圧をかけると、透過率が上昇するので、予め設定された透過率に到達すると、電圧の印加が停止されて一定の透過率を維持する。
透過状態においては、調光フィルター40は、透過率70%に設定されており、外部光L’は、30%のみ低減されて導光部30を経て使用者Aの眼へと到達する。
このように、透過状態においては、画像表示装置100を装着しながらも周囲の様子を確認しやすく、クレーン210の実像を見ながら通常作業ができて、他人の飛び出し、強風、落下物などの突発的ハプニングにも対応が容易である。
このとき、操作部80の操作に基づいて、制御部70は、調光フィルター40の負極側に電源90の正極側を接続するように電圧を印加する。このとき調光フィルター40にかかる電圧印加の方向は、正方向と逆の負方向である。すなわち、調光フィルター40に発色電圧が印加される。
調光フィルター40は、発色電圧側に電圧をかけると、透過率が下降する。制御部70は、調光フィルター40が予め設定された透過率に到達すると、電圧の印加を停止して調光フィルター40が一定の透過率を維持するように制御する。
非透過状態においては、調光フィルター40は、透過率10%に設定されており、外部光L’はその大部分が低減されて導光部30を経て使用者Aの眼へと到達する。
このとき、外部光L’は低減されるが、ハーフミラー50によって反射された、液晶素子10からの光は低減されないから、使用者Aは液晶素子10からの光を強く認識する。
かかる画像情報には、カメラ220からの情報、すなわち通常では目視が難しいクレーン210の設置場所の情報が表示されているから、熟練者の勘などの特殊技能によらず、クレーン操作を容易に行うことができる。
かかる第1、第2の距離情報y1’、y2’に基づいて、重量物Pの下面の基準面Qからの高さhすなわち重量物Pの位置がわかるので、かかる距離hを画像表示装置100に表示することで、使用者Aは、重量物Pを基準面Qに当てることなく運搬する。
また、基準面Qまでの距離が表示されているから、重量物Pの位置が分かりやすく表示されて容易に精度良く運搬することができる。
あるいは、使用者Aは、透過状態と非透過状態とを適宜切替えながら作業する。
使用者Aは透過状態と非透過状態とを切替えながら作業することで、視点を動かすことなく常にカメラ映像と実際の映像とを見ながら重量物を運搬する。
かかる構成により、使用者Aが視点を変える必要がなく、操作ミスや事故の危険性を低減する。
また、精密操作が要求される作業であっても、カメラ220によって視認しながらクレーン210の操作が可能になるので、使用者Aに熟練技術を要求することなく安定したクレーン操作が容易に行える。
また、第1測長センサ221と第2測長センサ222とが測定した重量物Pの距離情報y1、y2は、カメラ220を介して導光部30に投影されて表示される。
このように、重量物Pの正確な位置を測定することで、使用者Aに熟練技術を要求することなく安定したクレーン操作が容易に行われる。
使用者Aは透過状態と非透過状態とを切替えながら作業することで、視点を動かすことなく常にカメラ映像と実際の映像とを見ながら重量物を運搬する。
かかる構成により、使用者Aが視点を変える必要がなく、操作ミスや事故の危険性を低減する。
かかる構成により、電圧印加によって調光フィルター40の透過率が任意の値に制御できて、使用者Aが視点を変える必要がなく、操作ミスや事故の危険性を低減する。
また本実施形態では、視認システム200は、使用者Aが行う操作部80の操作によって、使用者Aが注視すべき対象物が、クレーン210と画像情報との何れであるかを判別し、制御部70がかかる操作に基づいて調光フィルター40の透過率を制御する。すなわち、本実施形態では、操作部80が判別部としての機能を有している。
ここで画像情報とは静止画像、動画像のどちらでも構わない。
例えば導光部30に画像情報が表示されていない、すなわちカメラ220から何も情報が送信されていない場合は、調光フィルター40は透明状態になり、クレーン210を視認しやすいように制御される。
かかる判断は、制御部70が行うとしても良いし、別途判別部を設けるとしても良い。
このように外部光L’の透過率を減少させることで、使用者Aが導光部30に表示される画像情報を視認しやすいようにすることができる。
従って、文字情報だけしか表示されていない場合と、画像情報を含む場合とでは調光フィルター40の透過率を変化させることが望ましい。
具体的には、画像表示装置100に表示される表示情報が文字情報だけの場合には、制御部70は調光フィルター40の透過率が30%程度になるように制御する。
また、画像表示装置100に表示される表示情報が、画像情報を含んでいる場合には、調光フィルター40の透過率を10%になるように制御する。かかる構成により、さらに視認性を上げることができる。
かかる切替が自動で行われる場合は、図12に示すように、画像表示装置100へ画像情報が表示されたことを条件として調光フィルター40に電圧が印加され、透過率が小さくなるように制御するための視認情報判別部82を設けることが望ましい。
使用者Aの意思で手動で切り替える場合は、使用者が操作部80の操作を行ったことを条件として調光フィルター40の透過率を制御する。また情報を消したい時に情報を消すとともに調光フィルター40の透過率をも上げるようにする。
かかる操作部80の操作は、例えば使用者Aの手元に操作可能なボタンなどを備えることでもよいし、音声認識による音声指示、使用者の動きをセンシングするセンサーを使っておこなう方法などでもよい。
かかる判別部の構成は、本実施形態では例えば図12に示した機能ブロック図のような構成であるが、その他、視認システム内に分散して配置するとしても良い。
また、制御部70は、照度センサ72が検知した外部光L’の照度に基づいて、調光フィルター40及び液晶素子10を制御するための視認装置制御部としての機能を有している。
なお、図8において第1の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
一般には、輝度が高い方が視認しやすく、従ってバックライト23の照度によって決まる導光部30に表示される画像情報の輝度と、外部光L’の輝度と、のどちらが相対的に高いかによって使用者Aに認識しやすい情報は変化する。
しかしながら、完全に調光フィルター40によって外部光L’が遮断されてしまうと、周囲の様子が全く見えないことになってしまい、かえって危険性が増してしまったり、使用者Aに認識させるためのバックライト23の消費電力が増大してしまう。
そこで、表示装置100は、照度センサ72を用いて外部光L’の照度を測定し、最適な調光フィルター40の透過率とバックライト23の照度とを設定する。
制御部70は、照度センサ72が検出した照度情報を元にして、調光フィルター40の操作部81によって設定可能な透過率の上限と下限とを設定する。
視認システム300は、使用者Aの頭部に装着された画像表示装置100と、使用者Aの手元でラジコン自動車310を操作するためのコントローラたる操作部70と、ラジコン自動車310に取り付けられた撮像装置たるカメラ320と、を有している。
ラジコン自動車310はまた、速度センサ、GPS等の位置センサ、バッテリ残量センサ等のセンサ311と、これらの各種センサ311が計測する値をリアルタイムに送信できる通信装置312と、を有している。
使用者Aはラジコン自動車310を目視しながら操作部70で操作を行うとともに、ラジコン自動車310から送られてくる位置情報、バッテリ残量などを頭部に装着した画像表示装置100を通して確認することができる。また、ラジコン自動車310が搭載しているカメラ320の画像をリアルタイムに見ることもできる。
なお、以降の説明において、位置情報、バッテリ残量などは文字情報として、カメラ320の画像は画像情報として扱い、文字情報と画像情報とを包括する概念として表示情報との文言を用いる。
判別部91は、表示情報が導光部30に表示されていないことを条件として、使用者Aが注視すべき対象物をラジコン自動車310であると判断する。
かかる構成により、使用者Aは、導光部30に表示情報が表示されていないときには、動体物の注視をすることができるから、より安全にラジコン自動車310の操作に集中することができる。
なお、かかる判別部91は、使用者Aの視線の位置を元に、使用者Aの注視すべき対象物が、動体物と表示情報との何れであるかを判別するとしても良い。
かかる構成により、人間が簡単に行くことができない危険性がある場所、空中、海上などの点検、調査なども安全に行うことができる。
かかる構成により、内視鏡を操作するような明るい手術室においても、カメラ映像等を表示するときに調光フィルター40が視認性を向上させることで、安全に操作することができる。
第4の実施形態においては、4人の使用者A〜Dが、それぞれ画像表示装置100と、画像表示装置100に取り付けられたカメラ110と、を頭部に装着した状態で作業を行っている。
管理装置510は、かかる使用者A〜Dのカメラ110が撮影する画像情報を管理する制御装置である。
管理者Eは、例えば画像表示装置100に表示される地図上の位置情報と使用者Aの位置情報とを重畳させながら、点検したい位置を使用者Aに指示する。
かかる管理者Eの操作を元に、管理装置510は、使用者Aの装着する画像表示装置100に、かかる管理者Eの指示内容と、地図上の位置情報とを表示させる。
かかる構成において、管理装置510は、使用者Aの注視すべき対象物を判別する判別部としての機能を有している。
かかる構成により、管理者Eは使用者Aを目視しながら、使用者Aの装着する画像表示装置100に表示される情報と、自身の画像表示装置100に表示される情報とを切り替えて、状況に応じた適切な指示を出すことができる。
かかる構成により、情報共有システム500は、画像表示装置100と、複数のカメラ110とを用いて、各位置における視点を共有する。
なお、本実施形態では、使用者A〜Dのうち、使用者Aに表示する表示情報について述べたが、使用者B〜Dであっても同様であり、また、さらに多くの使用者で共有しても良い。
また、本実施形態では、操作部を用いて使用者が能動的に透過率を変化させる場合について述べたが、かかる操作部を遠隔操作によって操作するとしても良い。
また、運搬装置としては、クレーン以外にもリフトなどでも良く、運搬装置の形態は特に限定されない。
40 調光フィルター(エレクトロクロミックデバイス)
41 表示基板
42 酸化チタン粒子層
43 表示層
44 スペーサ
45 対向基板
46 空隙層
70 制御装置(制御部)
72 照度検知部(照度センサ)
80 判別部(操作部)
81 判別部(操作部)
91 判別部(操作部)
100 外光透過型頭部装着ディスプレイ(画像表示装置)
110 (撮像装置)カメラ
200 視認システム
210 動体物(運搬装置)(クレーン)
220 撮像装置(カメラ)
221 測長部(第1測長センサ)
222 測長部(第2測長センサ)
310 動力体(ラジコン自動車)
510 判別部(管理装置)
Claims (9)
- 文字及び/または画像を含む表示情報を表示する表示部と、当該表示部よりも外部側に配置された調光フィルターと、を備え、前記調光フィルターの透過率を制御して外部からの光を透過する外光透過型頭部装着ディスプレイと、
前記透過率を使用者が任意のタイミングで制御するための操作部と、
対象物を判別する判別部と、
前記判別部の前記判別と前記操作部の操作とに従って前記透過率を制御する制御装置と、を有し、
前記表示情報は、前記使用者の視野内にある動体物に取り付けられた撮像装置によって撮影された画像情報を含み、
前記判別部が判別する前記対象物は、前記動体物あるいは前記表示情報の何れか一方であることを特徴とする視認システム。 - 請求項1に記載の視認システムであって、
前記表示部は、前記動体物に備えられた測長部が測定した物体の位置を表示することを特徴とする視認システム。 - 請求項1または2に記載の視認システムであって、
前記調光フィルター及び/または前記外光透過型頭部装着ディスプレイに外部からの前記光の強度を検知する照度検知部と、を有することを特徴とする視認システム。 - 請求項1乃至3の何れか1つに記載の視認システムであって、
前記調光フィルターはエレクトロクロミックデバイスであることを特徴とする視認システム。 - 請求項1乃至4の何れか1つに記載の視認システムであって、
前記動体物がクレーンまたはリフトであることを特徴とする視認システム。 - 請求項1乃至5の何れか1つに記載の視認システムであって、
前記判別部は、前記表示情報が前記外光透過型頭部装着ディスプレイに表示されていないことを条件として、前記対象物を前記外部にある動体物であると判断することを特徴とする視認システム。 - 請求項6に記載の視認システムであって、
前記制御装置は、前記表示情報が画像情報を含む場合と、含まない場合とで前記透過率を変化させることを特徴とする視認システム。 - 請求項1乃至7の何れか1つに記載の視認システムであって、
前記対象物は使用者がリモート操作できる動力体であることを特徴とする視認システム。 - 請求項1乃至4、6、7の何れか1つに記載の視認システムであって、
前記外光透過型頭部装着ディスプレイを複数有し、
前記動体物が人体に装着された他の外光透過型頭部装着ディスプレイであることを特徴とする視認システム。
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