JPH0638142A - 視線追従型ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents
視線追従型ヘッドマウントディスプレイInfo
- Publication number
- JPH0638142A JPH0638142A JP4208501A JP20850192A JPH0638142A JP H0638142 A JPH0638142 A JP H0638142A JP 4208501 A JP4208501 A JP 4208501A JP 20850192 A JP20850192 A JP 20850192A JP H0638142 A JPH0638142 A JP H0638142A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mirror
- eyeball
- camera
- image
- line
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
- Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 眼球の位置を正確に測定して、その眼球の位
置に対応した範囲の画像情報だけを人の眼球に与えるよ
うにして画像情報を絞り込んで解像度を上げることがで
きる視線追従型ヘッドマウントディスプレイを提供する
こと。 【構成】 撮像装置２と画像呈示装置３とを備え、撮像
装置２はカメラ装置４とカメラ装置姿勢制御装置５とを
有し、画像呈示装置３は、楕円回転体鏡１３と、ミラ―
１６と、ＴＶモニタ２２と、眼球位置測定装置２５と、
コントロ―ラ２６とを備える。装着者１４の眼球１５が
動くことによって、楕円回転体鏡１３の一方の焦点Ｆ１
から他方の焦点Ｆ２に至る光路２１が変化するとミラー
１６の反射光が光路２１に一致しなくなるので、これを
一致させるために眼球１５の回転角θの１／２だけミラ
ーを中心軸１７の廻りに回転させてミラー１６の反射角
と光路２１を一致させる。
置に対応した範囲の画像情報だけを人の眼球に与えるよ
うにして画像情報を絞り込んで解像度を上げることがで
きる視線追従型ヘッドマウントディスプレイを提供する
こと。 【構成】 撮像装置２と画像呈示装置３とを備え、撮像
装置２はカメラ装置４とカメラ装置姿勢制御装置５とを
有し、画像呈示装置３は、楕円回転体鏡１３と、ミラ―
１６と、ＴＶモニタ２２と、眼球位置測定装置２５と、
コントロ―ラ２６とを備える。装着者１４の眼球１５が
動くことによって、楕円回転体鏡１３の一方の焦点Ｆ１
から他方の焦点Ｆ２に至る光路２１が変化するとミラー
１６の反射光が光路２１に一致しなくなるので、これを
一致させるために眼球１５の回転角θの１／２だけミラ
ーを中心軸１７の廻りに回転させてミラー１６の反射角
と光路２１を一致させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、臨場感の高い映像を
人に提示するための視線追従型ヘッドマウントディスプ
レイに関するものである。
人に提示するための視線追従型ヘッドマウントディスプ
レイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＴＶカメラで撮影した情景を臨場感を持
って人に視覚的に表示したり、あるいはコンピュータの
中で作られた仮想的世界を人に臨場感を持ってグラフィ
ック表示するために、ヘッドマウントディスプレイが開
発されている。このヘッドマウントディスプレイは人の
左右両眼の前にそれぞれ独立に小形のＴＶモニタを配置
し、立体感のある映像を人に提示することを可能にする
装置である。
って人に視覚的に表示したり、あるいはコンピュータの
中で作られた仮想的世界を人に臨場感を持ってグラフィ
ック表示するために、ヘッドマウントディスプレイが開
発されている。このヘッドマウントディスプレイは人の
左右両眼の前にそれぞれ独立に小形のＴＶモニタを配置
し、立体感のある映像を人に提示することを可能にする
装置である。
【０００３】一般には、ゴニオメータや磁気的な方法で
計測される頭の動きに応じて、ＴＶカメラあるいはコン
ピュータディスプレイ上に生成されるグラフィックス像
を操作し、そうして生成された映像を左右両眼のディス
プレイに提示することで、あたかもＴＶカメラの置かれ
た位置で外界を見ているかのような、あるいはコンピュ
ータグラフィックスが提示する映像の世界の中に実在し
てその世界を見ているかのような感覚を生成することが
できる。ヘッドマウントディスプレイはこうしたいわゆ
る人工現実感システムの視覚表示装置として注目されて
いるが、一方、左右両眼への映像提示に小形ディスプレ
イを用いるため、ディスプレイの外枠が常に視野内に入
り、臨場感が損なわれるという欠点があることも指摘さ
れている。
計測される頭の動きに応じて、ＴＶカメラあるいはコン
ピュータディスプレイ上に生成されるグラフィックス像
を操作し、そうして生成された映像を左右両眼のディス
プレイに提示することで、あたかもＴＶカメラの置かれ
た位置で外界を見ているかのような、あるいはコンピュ
ータグラフィックスが提示する映像の世界の中に実在し
てその世界を見ているかのような感覚を生成することが
できる。ヘッドマウントディスプレイはこうしたいわゆ
る人工現実感システムの視覚表示装置として注目されて
いるが、一方、左右両眼への映像提示に小形ディスプレ
イを用いるため、ディスプレイの外枠が常に視野内に入
り、臨場感が損なわれるという欠点があることも指摘さ
れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】人は通常眼球の中心を
軸として±４０゜の視野を有するといわれている。従っ
て、ヘッドマウントディスプレイではこの領域をカバー
する画面の大きさを有するＴＶモニタを両眼の前方に配
置しないと、人はＴＶモニタの枠が見えるため、結果的
に提示される映像は枠を通して情景をのぞいているよう
な感じを持つようになる。こうした問題を解決する一つ
の方法は人の最大視野をカバーする画面を有するＴＶモ
ニタを導入することであるが、一般にＴＶモニタに映像
を表示する走査線の数は制限があるため（例えば通常の
ＮＴＳＣ方式では走査線は５１２本、高品位ＴＶモニタ
の走査線は２０００本程度）、大きな画面のＴＶモニタ
を使うと像の解像度が低下する。この解像度の低下は人
にぼけた像を提示することになり、臨場感を損なう一因
となる。
軸として±４０゜の視野を有するといわれている。従っ
て、ヘッドマウントディスプレイではこの領域をカバー
する画面の大きさを有するＴＶモニタを両眼の前方に配
置しないと、人はＴＶモニタの枠が見えるため、結果的
に提示される映像は枠を通して情景をのぞいているよう
な感じを持つようになる。こうした問題を解決する一つ
の方法は人の最大視野をカバーする画面を有するＴＶモ
ニタを導入することであるが、一般にＴＶモニタに映像
を表示する走査線の数は制限があるため（例えば通常の
ＮＴＳＣ方式では走査線は５１２本、高品位ＴＶモニタ
の走査線は２０００本程度）、大きな画面のＴＶモニタ
を使うと像の解像度が低下する。この解像度の低下は人
にぼけた像を提示することになり、臨場感を損なう一因
となる。
【０００５】この問題を解決するには、人の視力を損な
わない高解像度な映像を画面に表示できる走査線数の多
いＴＶモニタを開発することであるが、現状では人の視
野に対応する、高解像度ディスプレイを開発することは
技術的に困難である。この発明は、このような視野の狭
い現状のヘッドマウントディスプレイの視野を、解像度
を落とすことなく拡大する方法を考案すべく成されたも
のである。人は注視点（眼球の中心軸すなわち視線を向
けて見ている対象の位置）およびその狭い周囲でのみも
のがよく見えて（通常は視線を中心に±５゜の領域）、
それ以外の領域では像がぼけて見えると言う現象が知ら
れている。この発明はこうした生体の特性に注目し、オ
プトメカトロニクス的方法により、広視野・高解像度な
ディスプレイを用いたのと等価な像を操作者に提示でき
る装置に関するものである。
わない高解像度な映像を画面に表示できる走査線数の多
いＴＶモニタを開発することであるが、現状では人の視
野に対応する、高解像度ディスプレイを開発することは
技術的に困難である。この発明は、このような視野の狭
い現状のヘッドマウントディスプレイの視野を、解像度
を落とすことなく拡大する方法を考案すべく成されたも
のである。人は注視点（眼球の中心軸すなわち視線を向
けて見ている対象の位置）およびその狭い周囲でのみも
のがよく見えて（通常は視線を中心に±５゜の領域）、
それ以外の領域では像がぼけて見えると言う現象が知ら
れている。この発明はこうした生体の特性に注目し、オ
プトメカトロニクス的方法により、広視野・高解像度な
ディスプレイを用いたのと等価な像を操作者に提示でき
る装置に関するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的に対応して、こ
の発明の視線追従型ヘッドマウントディスプレイは、対
象物を撮像する撮像装置と撮像装置で撮像した画像を装
着者に呈示する画像呈示装置とを備え、撮像装置は対象
物を撮影するカメラ装置とカメラ装置の姿勢を制御する
カメラ装置姿勢制御装置とを有し、画像呈示装置は、一
方の焦点が装着者の眼球の位置とほぼ一致する状態で配
置される楕円回転体鏡と、楕円回転体鏡の他方の焦点上
に配置された姿勢可変のミラ―と、楕円回転体鏡の一方
の焦点とミラ―とを通る光路上に配置されたカメラ装置
からの画像を呈示するＴＶモニタと、装着者の眼球の位
置を測定する眼球位置測定装置と、ミラ―の姿勢を制御
するミラ―制御装置と、眼球位置測定装置からの信号に
よってカメラ装置姿勢制御装置を駆動しかつミラ―制御
装置を駆動するコントロ―ラとを備えるものであること
を特徴としている。
の発明の視線追従型ヘッドマウントディスプレイは、対
象物を撮像する撮像装置と撮像装置で撮像した画像を装
着者に呈示する画像呈示装置とを備え、撮像装置は対象
物を撮影するカメラ装置とカメラ装置の姿勢を制御する
カメラ装置姿勢制御装置とを有し、画像呈示装置は、一
方の焦点が装着者の眼球の位置とほぼ一致する状態で配
置される楕円回転体鏡と、楕円回転体鏡の他方の焦点上
に配置された姿勢可変のミラ―と、楕円回転体鏡の一方
の焦点とミラ―とを通る光路上に配置されたカメラ装置
からの画像を呈示するＴＶモニタと、装着者の眼球の位
置を測定する眼球位置測定装置と、ミラ―の姿勢を制御
するミラ―制御装置と、眼球位置測定装置からの信号に
よってカメラ装置姿勢制御装置を駆動しかつミラ―制御
装置を駆動するコントロ―ラとを備えるものであること
を特徴としている。
【０００７】
【作用】眼球の動きに対し光学系を操作して、常に視線
がＴＶモニタの中心一点を見つめるようにすると同時
に、視線が固定されるＴＶモニタ画面の中心領域には、
直接眼球の前にＴＶモニタが置かれている場合に眼球が
注視するはずの領域の像を高解像度で提示する装置であ
り、楕円回転体鏡をもちいてこの仕組みを実現する。
がＴＶモニタの中心一点を見つめるようにすると同時
に、視線が固定されるＴＶモニタ画面の中心領域には、
直接眼球の前にＴＶモニタが置かれている場合に眼球が
注視するはずの領域の像を高解像度で提示する装置であ
り、楕円回転体鏡をもちいてこの仕組みを実現する。
【０００８】まず、一つの焦点の位置に眼球が来るよう
に楕円回転体鏡を配置し、楕円回転体鏡の一点を見つめ
させると、その視線は楕円回転体鏡上で反射され、楕円
回転体鏡のもう一つの焦点の方向へと変化する。この焦
点上に平面鏡を置き、その視線方向をＴＶモニタの中心
を向くように変更すると、結果的に装着者は楕円回転体
鏡を介して、ＴＶモニタの中心を見ることが出来る。一
方、眼球が動き視線の向きが変わったときは、それをＴ
Ｖモニタの中心を通る軸上に置かれたセンサで眼球の動
きを捉えて検知し、それに応じて楕円回転体鏡の焦点上
に置かれた平面鏡の向きを制御して、常に視線の向きが
ＴＶ画面の中央に固定されるようにする。例えば、眼球
が鉛直軸回りにθ回転したときはその１／２すなわち
（１／２）θだけ平面鏡の向きを鉛直軸回りに回転させ
て、眼球の動きに関わらず、常に視線がＴＶモニタの中
心を向くようにする。また、これと同時に、眼球の動き
に応じてＴＶカメラを制御して、眼球の運動に応じた視
線方向の映像がＴＶモニタ中央に高解像度で映し出され
るようにする。平面鏡の制御やＴＶカメラの制御はメイ
ンコントローラからの眼球の位置信号にもとづき、それ
ぞれの制御装置が行う。
に楕円回転体鏡を配置し、楕円回転体鏡の一点を見つめ
させると、その視線は楕円回転体鏡上で反射され、楕円
回転体鏡のもう一つの焦点の方向へと変化する。この焦
点上に平面鏡を置き、その視線方向をＴＶモニタの中心
を向くように変更すると、結果的に装着者は楕円回転体
鏡を介して、ＴＶモニタの中心を見ることが出来る。一
方、眼球が動き視線の向きが変わったときは、それをＴ
Ｖモニタの中心を通る軸上に置かれたセンサで眼球の動
きを捉えて検知し、それに応じて楕円回転体鏡の焦点上
に置かれた平面鏡の向きを制御して、常に視線の向きが
ＴＶ画面の中央に固定されるようにする。例えば、眼球
が鉛直軸回りにθ回転したときはその１／２すなわち
（１／２）θだけ平面鏡の向きを鉛直軸回りに回転させ
て、眼球の動きに関わらず、常に視線がＴＶモニタの中
心を向くようにする。また、これと同時に、眼球の動き
に応じてＴＶカメラを制御して、眼球の運動に応じた視
線方向の映像がＴＶモニタ中央に高解像度で映し出され
るようにする。平面鏡の制御やＴＶカメラの制御はメイ
ンコントローラからの眼球の位置信号にもとづき、それ
ぞれの制御装置が行う。
【０００９】
【実施例】図１（ａ），（ｂ）にこの発明の基本的考え
方を示す。例えば人が肉眼で対象物１０を見つめる場合
を考える。まず眼球が符号１５で示す位置にあってその
視線が２８の方向を向き、物体上の点Ｐ1 を注視すると
する。また次に視線の向きを変えて、眼球を１５´の位
置に動かし、視線を２８´の方向に向けて、点Ｐ2を注
視する状況を想定する。この時、人の視覚系の特性か
ら、各眼球位置において人は注視点Ｐ1 、Ｐ2 の近傍で
高分解能な映像を取得することができる。一方、注視点
からはなれた位置の状態は明瞭には判別できないから、
こうした視覚の特性を利用して、視線方向の周辺のみ常
に高分解能な映像を提示するようにして、等価的に広画
面・高分解能な映像を提示することを考える。
方を示す。例えば人が肉眼で対象物１０を見つめる場合
を考える。まず眼球が符号１５で示す位置にあってその
視線が２８の方向を向き、物体上の点Ｐ1 を注視すると
する。また次に視線の向きを変えて、眼球を１５´の位
置に動かし、視線を２８´の方向に向けて、点Ｐ2を注
視する状況を想定する。この時、人の視覚系の特性か
ら、各眼球位置において人は注視点Ｐ1 、Ｐ2 の近傍で
高分解能な映像を取得することができる。一方、注視点
からはなれた位置の状態は明瞭には判別できないから、
こうした視覚の特性を利用して、視線方向の周辺のみ常
に高分解能な映像を提示するようにして、等価的に広画
面・高分解能な映像を提示することを考える。
【００１０】そのために、図１（ａ）と等価なディスプ
レイ系として図１（ｂ）のような系を考える。すなわ
ち、まず図１（ｂ）の（イ）のように眼球の運動に応じ
てその視線方向にモニタの位置が動くディスプレイ系
と、図１（ｂ）の（ロ）に示すように、カメラの位置Ｏ
´および光軸が図１（ａ）の眼球の位置Ｏおよび視線と
一致するように置かれた撮像系を想定する。ここで眼球
が図１（ａ）の位置１５に対応する図１（ｂ）の位置１
５にある時に、カメラを６ａに置き、点Ｐ1 を撮像する
ようにしてその周辺像を高解像でモニタ１２２に写し、
また、眼球が１５´に移動したときはその動きを検出し
て、それに追従するようにモニタを視線方向に１２２´
の位置に動かすと同時に、カメラもまたその視線に一致
する方向６ａ´に動かし、点Ｐ2 を撮像してその周辺像
を高解像でモニタ１２２´に写す。ここでモニタの大き
さを高視力を有する眼球の視野をカバーする程度の大き
さにすれば、人は図１（ｂ）のシステムでも図１（ａ）
とほぼ同様の映像を受容することができる。ここで、図
１（ｂ）の（イ）のようにモニタを動かせば、対象物１
０全面を一度に提示する固定モニタを用いる場合より
も、小さい画面のモニタで同様の像の提示効果を得るこ
とが出来るから、同一走査線数のモニタを利用する場
合、より解像度の高い像を提示することが可能になる。
ただし、図１（ｂ）の（イ）のようにモニタを高速な眼
球の動きに応じて動かすのは困難であるから、この発明
ではこれと等価な効果を、光学系を用いて実現すること
を考える。
レイ系として図１（ｂ）のような系を考える。すなわ
ち、まず図１（ｂ）の（イ）のように眼球の運動に応じ
てその視線方向にモニタの位置が動くディスプレイ系
と、図１（ｂ）の（ロ）に示すように、カメラの位置Ｏ
´および光軸が図１（ａ）の眼球の位置Ｏおよび視線と
一致するように置かれた撮像系を想定する。ここで眼球
が図１（ａ）の位置１５に対応する図１（ｂ）の位置１
５にある時に、カメラを６ａに置き、点Ｐ1 を撮像する
ようにしてその周辺像を高解像でモニタ１２２に写し、
また、眼球が１５´に移動したときはその動きを検出し
て、それに追従するようにモニタを視線方向に１２２´
の位置に動かすと同時に、カメラもまたその視線に一致
する方向６ａ´に動かし、点Ｐ2 を撮像してその周辺像
を高解像でモニタ１２２´に写す。ここでモニタの大き
さを高視力を有する眼球の視野をカバーする程度の大き
さにすれば、人は図１（ｂ）のシステムでも図１（ａ）
とほぼ同様の映像を受容することができる。ここで、図
１（ｂ）の（イ）のようにモニタを動かせば、対象物１
０全面を一度に提示する固定モニタを用いる場合より
も、小さい画面のモニタで同様の像の提示効果を得るこ
とが出来るから、同一走査線数のモニタを利用する場
合、より解像度の高い像を提示することが可能になる。
ただし、図１（ｂ）の（イ）のようにモニタを高速な眼
球の動きに応じて動かすのは困難であるから、この発明
ではこれと等価な効果を、光学系を用いて実現すること
を考える。
【００１１】以下に、その詳細を一実施例を示す図面を
用いて説明する。図２において、１は視線追従型ヘッド
マウントディスプレイである。視線追従型ヘッドマウン
トディスプレイ１は撮像装置２と画像提示装置３とを備
えている。撮像装置２は主としてディスプレイで提示す
べき対象を撮像するための装置であり、又、画像呈示装
置３は、装着者に画像を提示し、又、装着者の眼球運動
を測定して撮像装置２を制御するための装置である。
用いて説明する。図２において、１は視線追従型ヘッド
マウントディスプレイである。視線追従型ヘッドマウン
トディスプレイ１は撮像装置２と画像提示装置３とを備
えている。撮像装置２は主としてディスプレイで提示す
べき対象を撮像するための装置であり、又、画像呈示装
置３は、装着者に画像を提示し、又、装着者の眼球運動
を測定して撮像装置２を制御するための装置である。
【００１２】撮像装置２は対象物１０を撮影するカメラ
装置４とカメラ装置４の姿勢を制御するカメラ装置姿勢
制御装置５とを備えている。カメラ装置４はこの実施例
では一対のＴＶカメラ６ａ、６ｂとからなっている。Ｔ
Ｖカメラ６ａ、６ｂは回転軸７に関し、水平、垂直方向
に回転可能である。
装置４とカメラ装置４の姿勢を制御するカメラ装置姿勢
制御装置５とを備えている。カメラ装置４はこの実施例
では一対のＴＶカメラ６ａ、６ｂとからなっている。Ｔ
Ｖカメラ６ａ、６ｂは回転軸７に関し、水平、垂直方向
に回転可能である。
【００１３】ＴＶカメラ６ａ、６ｂは自動焦点機能を備
えていて、２つのＴＶカメラ６ａ、６ｂの焦点は対象物
１０の表面上の同一点に一致している。ただし、テレビ
カメラ６ａ、６ｂの姿勢を固定とする場合には図３に示
すようにカメラ装置４をＴＶカメラ８ａ、８ｂと、その
前方に位置するミラー１１ａ、１１ｂとをもって構成
し、この場合にはミラー１１ａ、１１ｂは中心軸１２に
関して回転して姿勢が可変とする。
えていて、２つのＴＶカメラ６ａ、６ｂの焦点は対象物
１０の表面上の同一点に一致している。ただし、テレビ
カメラ６ａ、６ｂの姿勢を固定とする場合には図３に示
すようにカメラ装置４をＴＶカメラ８ａ、８ｂと、その
前方に位置するミラー１１ａ、１１ｂとをもって構成
し、この場合にはミラー１１ａ、１１ｂは中心軸１２に
関して回転して姿勢が可変とする。
【００１４】再び、図２に戻って画像呈示装置３は一対
の楕円回転体鏡１３ａ、１３ｂを有する。それぞれの楕
円回転体鏡１３ａ、１３ｂには一方の焦点Ｆ１、及び他
方の焦点Ｆ２がある。それぞれの楕円回転体鏡１３ａ、
１３ｂは一方の焦点Ｆ１に装着者１４の眼球１５が位置
するように配置される。
の楕円回転体鏡１３ａ、１３ｂを有する。それぞれの楕
円回転体鏡１３ａ、１３ｂには一方の焦点Ｆ１、及び他
方の焦点Ｆ２がある。それぞれの楕円回転体鏡１３ａ、
１３ｂは一方の焦点Ｆ１に装着者１４の眼球１５が位置
するように配置される。
【００１５】一方、楕円回転体鏡１３ａ、１３ｂの他方
の焦点Ｆ２上にはミラー１６が配置されている。ミラー
１６は他方の焦点Ｆ２上で中心軸１７に関して水平、垂
直方向に回転可能である。ミラー１６の回転制御はミラ
ー制御装置１８によって行われる。
の焦点Ｆ２上にはミラー１６が配置されている。ミラー
１６は他方の焦点Ｆ２上で中心軸１７に関して水平、垂
直方向に回転可能である。ミラー１６の回転制御はミラ
ー制御装置１８によって行われる。
【００１６】楕円回転体鏡１３ａ、１３ｂはその性格
上、一方の焦点Ｆ１から出た光は鏡面で反射されて、他
方の焦点Ｆ２に入射し、又、他方の焦点Ｆ２から入射し
た光は鏡面で反射されて、一方の焦点Ｆ１に入射する
が、この一方の焦点Ｆ１、他方の焦点Ｆ２を含む光路２
１上にＴＶモニタ２２が配置されていて、このＴＶモニ
タ２２は光路２１上に映像を入射可能である。
上、一方の焦点Ｆ１から出た光は鏡面で反射されて、他
方の焦点Ｆ２に入射し、又、他方の焦点Ｆ２から入射し
た光は鏡面で反射されて、一方の焦点Ｆ１に入射する
が、この一方の焦点Ｆ１、他方の焦点Ｆ２を含む光路２
１上にＴＶモニタ２２が配置されていて、このＴＶモニ
タ２２は光路２１上に映像を入射可能である。
【００１７】光路２１上にはハーフミラー２３が設けら
れていて、ＴＶモニタ２２からの光はハーフミラー２３
を透過して光路２１に入る。このＴＶモニタ２２は撮像
装置２のＴＶカメラ６ａ、６ｂからの画像を呈示して、
その画像を光路２１に入射する。一方、ハーフミラー２
３に向き合ってＴＶカメラ２４が配置されており、ＴＶ
カメラ２４は光路２１からの光を受光する。
れていて、ＴＶモニタ２２からの光はハーフミラー２３
を透過して光路２１に入る。このＴＶモニタ２２は撮像
装置２のＴＶカメラ６ａ、６ｂからの画像を呈示して、
その画像を光路２１に入射する。一方、ハーフミラー２
３に向き合ってＴＶカメラ２４が配置されており、ＴＶ
カメラ２４は光路２１からの光を受光する。
【００１８】ＴＶカメラ２４の出力画像は眼球位置測定
装置２５に入力される。眼球位置測定装置２５の出力は
メインコントローラ２６に入力され、メインコントロー
ラ２６は撮像装置２のカメラ位置制御装置２７に制御信
号を入力する。又、メインコントローラ２６はミラー制
御装置１８に制御信号を入力する。
装置２５に入力される。眼球位置測定装置２５の出力は
メインコントローラ２６に入力され、メインコントロー
ラ２６は撮像装置２のカメラ位置制御装置２７に制御信
号を入力する。又、メインコントローラ２６はミラー制
御装置１８に制御信号を入力する。
【００１９】このように構成された視線追従型ヘッドマ
ウントディスプレイ１における画像の提示操作は次の通
りである。遠隔の作業環境にある対象物１０は２つのＴ
Ｖカメラ６ａ、６ｂで撮影され、その映像信号はＴＶモ
ニタ２２に入力される。
ウントディスプレイ１における画像の提示操作は次の通
りである。遠隔の作業環境にある対象物１０は２つのＴ
Ｖカメラ６ａ、６ｂで撮影され、その映像信号はＴＶモ
ニタ２２に入力される。
【００２０】ＴＶモニタ２２は画像を光路２１に投入す
る。ＴＶモニタ２２からの光はハーフミラー２３を透過
して光路２１に達し、次にミラー１６で反射されて楕円
回転体鏡１３ａ、１３ｂの鏡面にあたり、そこで反射さ
れて第１の焦点Ｆ１上にある装着者１４の眼球１５に入
って認識される。これによって装着者１４の眼球１５の
前方Ｐ´に対象１０´上の点Ｐの周辺像が形成される。
る。ＴＶモニタ２２からの光はハーフミラー２３を透過
して光路２１に達し、次にミラー１６で反射されて楕円
回転体鏡１３ａ、１３ｂの鏡面にあたり、そこで反射さ
れて第１の焦点Ｆ１上にある装着者１４の眼球１５に入
って認識される。これによって装着者１４の眼球１５の
前方Ｐ´に対象１０´上の点Ｐの周辺像が形成される。
【００２１】次に、装着者１４が視線を動かして、つま
り眼球１５を動かすと、その眼球の像は一方の焦点Ｆ１
から楕円回転体鏡１３ａ、１３ｂの鏡面で反射して、第
２の焦点Ｆ２に達し、ミラー１６で反射されて光路２１
に入り、さらにハーフミラー２３で反射されてＴＶカメ
ラ２４に撮影される。
り眼球１５を動かすと、その眼球の像は一方の焦点Ｆ１
から楕円回転体鏡１３ａ、１３ｂの鏡面で反射して、第
２の焦点Ｆ２に達し、ミラー１６で反射されて光路２１
に入り、さらにハーフミラー２３で反射されてＴＶカメ
ラ２４に撮影される。
【００２２】このＴＶカメラ２４の撮像面上の眼球の像
を眼球位置測定装置２５が測定し、その位置をメインコ
ントローラ２６に入力する。メインコントローラ２６は
眼球位置測定装置２５からの眼球に関する位置の情報に
もとずいて眼球位置信号をカメラ装置姿勢制御装置５に
入力し、カメラ装置姿勢制御装置５は眼球の視線の方向
にＴＶカメラ６ａ、６ｂの向きを変える。
を眼球位置測定装置２５が測定し、その位置をメインコ
ントローラ２６に入力する。メインコントローラ２６は
眼球位置測定装置２５からの眼球に関する位置の情報に
もとずいて眼球位置信号をカメラ装置姿勢制御装置５に
入力し、カメラ装置姿勢制御装置５は眼球の視線の方向
にＴＶカメラ６ａ、６ｂの向きを変える。
【００２３】これによって、装着者１４の視線とＴＶカ
メラ６ａ、６ｂの視線とが一致する。こうして装着者１
４の視線が向いた方向の画像情報だけがＴＶカメラ６
ａ、６ｂで撮影されてＴＶモニタ２２上に表示されるこ
とになる。
メラ６ａ、６ｂの視線とが一致する。こうして装着者１
４の視線が向いた方向の画像情報だけがＴＶカメラ６
ａ、６ｂで撮影されてＴＶモニタ２２上に表示されるこ
とになる。
【００２４】一方、装着者１４の眼球１５が動くことに
よって、楕円回転体鏡１３ａ、１３ｂの一方の焦点Ｆ１
から他方の焦点Ｆ２に至る光路２１が変化し、従ってミ
ラー１６に対する入射角が変化するとミラー１６の反射
光が光路２１に一致しなくなるので、これを一致させる
ために眼球の回転角θの１／２すなわち（１／２）θだ
けミラー１６を中心軸１７の廻りに回転させてミラー１
６の反射光と光路２１を一致させる。
よって、楕円回転体鏡１３ａ、１３ｂの一方の焦点Ｆ１
から他方の焦点Ｆ２に至る光路２１が変化し、従ってミ
ラー１６に対する入射角が変化するとミラー１６の反射
光が光路２１に一致しなくなるので、これを一致させる
ために眼球の回転角θの１／２すなわち（１／２）θだ
けミラー１６を中心軸１７の廻りに回転させてミラー１
６の反射光と光路２１を一致させる。
【００２５】このミラー１６の制御はメインコントロー
ラ２６からの眼球位置信号にもとずいてミラー制御装置
１８が行う。このようにしてミラー１６の反射光と光路
２１が一致すると、ＴＶモニタ２２の像が、装着者１４
の眼球１５に入射され、眼球前方に先ほどのＴＶカメラ
でとらえた視線方向の画像情報が形成される。こうし
て、本装置は視線が変化しても視線方向の画像のみを眼
球に入射することを可能にし、図１ｂと等価な効果をも
つ系の構成を可能にする。
ラ２６からの眼球位置信号にもとずいてミラー制御装置
１８が行う。このようにしてミラー１６の反射光と光路
２１が一致すると、ＴＶモニタ２２の像が、装着者１４
の眼球１５に入射され、眼球前方に先ほどのＴＶカメラ
でとらえた視線方向の画像情報が形成される。こうし
て、本装置は視線が変化しても視線方向の画像のみを眼
球に入射することを可能にし、図１ｂと等価な効果をも
つ系の構成を可能にする。
【００２６】なお、本説明では視線方向にＴＶカメラ６
ａ、６ｂを制御してＴＶモニタ２２上に像を提示するシ
ステムについて記述したが、眼球位置信号に応じて、コ
ンピュータグラフィック像を制御すれば仮想の世界を表
示する仮想現実感システムを得ることも可能である。
ａ、６ｂを制御してＴＶモニタ２２上に像を提示するシ
ステムについて記述したが、眼球位置信号に応じて、コ
ンピュータグラフィック像を制御すれば仮想の世界を表
示する仮想現実感システムを得ることも可能である。
【００２７】
【発明の効果】このように、この発明の視線追従型ヘッ
ドマウントディスプレイにおいては、装着者の視線に追
従してＴＶカメラの視線が変化し、装着者の視線が向い
た方向における画像だけを装着者に与えることができる
ので、その視線方向周囲の像を高解像で提示することで
比較的小画面でも画面の枠を意識させない高精度な像を
表示することができ、装着者は良好な視覚人工現実感を
得ることができる。また楕円回転体鏡の使用は、視線を
正確に測定することを可能にするとともに、視線の追跡
も容易にし、装置の構成も単純化する効果をもつ。
ドマウントディスプレイにおいては、装着者の視線に追
従してＴＶカメラの視線が変化し、装着者の視線が向い
た方向における画像だけを装着者に与えることができる
ので、その視線方向周囲の像を高解像で提示することで
比較的小画面でも画面の枠を意識させない高精度な像を
表示することができ、装着者は良好な視覚人工現実感を
得ることができる。また楕円回転体鏡の使用は、視線を
正確に測定することを可能にするとともに、視線の追跡
も容易にし、装置の構成も単純化する効果をもつ。
【図１】眼球と対象物、眼球とディスプレイ、及びＴＶ
カメラと対象物の関係を示す説明図。
カメラと対象物の関係を示す説明図。
【図２】視線追従型ヘッドマウントディスプレイの全体
図。
図。
【図３】テレビカメラとミラーとをもって構成されたカ
メラ装置の平面図。
メラ装置の平面図。
１ 視線追従型ヘッドマウントディスプレイ ２ 撮像装置 ３ 画像呈示装置 ４ カメラ装置 ５ カメラ装置姿勢制御装置 ６ａ、６ａ´、６ｂ ＴＶカメラ ７ 回転軸 ８ａ、８ｂ ＴＶカメラ １０ 対象物 １０´ 像 １１ａ、１１ｂ ミラー １２ 中心軸 １３ａ、１３ｂ 楕円回転体鏡 １４ 装着者 １５、１５´ 眼球 １６ ミラー １７ 中心軸 １８ ミラー制御装置 ２１ 光路 ２２ ＴＶモニタ ２３ ハーフミラー ２４ ＴＶカメラ ２５ 眼球位置測定装置 ２６ メインコントローラ ２７ カメラ位置制御装置 ２８ 視線方向 １２２、１２２´ モニタ
Claims (4)
- 【請求項１】 対象物を撮像する撮像装置と前記撮像装
置で撮像した画像を装着者に呈示する画像呈示装置とを
備え、前記撮像装置は前記対象物を撮影するカメラ装置
と前記カメラ装置の姿勢を制御するカメラ装置姿勢制御
装置とを有し、前記画像呈示装置は、一方の焦点が前記
装着者の眼球の位置とほぼ一致する状態で配置される楕
円回転体鏡と、前記楕円回転体鏡の他方の焦点上に配置
された姿勢可変のミラ―と、前記楕円回転体鏡の前記一
方の焦点と前記ミラ―とを通る光路上に配置された前記
カメラ装置からの画像を呈示するＴＶモニタと、前記装
着者の眼球の位置を測定する眼球位置測定装置と、前記
ミラ―の姿勢を制御するミラ―制御装置と、前記眼球位
置測定装置からの信号によって前記カメラ装置姿勢制御
装置を駆動しかつミラ―制御装置を駆動するコントロ―
ラとを備えるものであることを特徴とする視線追従型ヘ
ッドマウントディスプレイ。 - 【請求項２】 前記カメラ装置は姿勢可変のカメラであ
ることを特徴とする請求項１記載の視線追従型ヘッドマ
ウントディスプレイ。 - 【請求項３】 前記カメラ装置は姿勢可変のミラ―と姿
勢固定のカメラとで構成されていることを特徴とする請
求項１記載の視線追従型ヘッドマウントディスプレイ。 - 【請求項４】 前記眼球位置測定装置は前記楕円回転体
鏡の前記一方の焦点と前記ミラ―とを通る光路上に配置
されたＴＶカメラと、前記ＴＶカメラからの画像情報か
ら前記眼球の位置を測定する測定装置とからなることを
特徴とする請求項１記載の視線追従型ヘッドマウントデ
ィスプレイ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4208501A JPH06103939B2 (ja) | 1992-07-13 | 1992-07-13 | 視線追従型ヘッドマウントディスプレイ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4208501A JPH06103939B2 (ja) | 1992-07-13 | 1992-07-13 | 視線追従型ヘッドマウントディスプレイ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0638142A true JPH0638142A (ja) | 1994-02-10 |
| JPH06103939B2 JPH06103939B2 (ja) | 1994-12-14 |
Family
ID=16557206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4208501A Expired - Lifetime JPH06103939B2 (ja) | 1992-07-13 | 1992-07-13 | 視線追従型ヘッドマウントディスプレイ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06103939B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06242395A (ja) * | 1993-02-18 | 1994-09-02 | Olympus Optical Co Ltd | 頭部装着型ディスプレイ装置 |
| JPH07281815A (ja) * | 1994-04-13 | 1995-10-27 | Agency Of Ind Science & Technol | 広視野映像提示装置 |
| JP2007300540A (ja) * | 2006-05-02 | 2007-11-15 | Hitachi Ltd | 映像表示システム |
-
1992
- 1992-07-13 JP JP4208501A patent/JPH06103939B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06242395A (ja) * | 1993-02-18 | 1994-09-02 | Olympus Optical Co Ltd | 頭部装着型ディスプレイ装置 |
| JPH07281815A (ja) * | 1994-04-13 | 1995-10-27 | Agency Of Ind Science & Technol | 広視野映像提示装置 |
| JP2007300540A (ja) * | 2006-05-02 | 2007-11-15 | Hitachi Ltd | 映像表示システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06103939B2 (ja) | 1994-12-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5635947A (en) | Eye movement tracking display | |
| EP0618471B1 (en) | Image display apparatus | |
| JPH08313843A (ja) | 視線追従方式による広視野高解像度映像提示装置 | |
| Kiyokawa et al. | An optical see-through display for mutual occlusion with a real-time stereovision system | |
| US5751259A (en) | Wide view angle display apparatus | |
| WO2006118057A1 (ja) | 画像表示装置 | |
| TW201843494A (zh) | 具有視訊透視之顯示系統 | |
| JPH09238369A (ja) | ３次元像表示装置 | |
| JP2002176661A (ja) | 画像表示装置 | |
| JP2000105348A (ja) | 画像観察装置 | |
| JPH05205030A (ja) | 撮影人物の視線一致表示装置 | |
| JPH0638142A (ja) | 視線追従型ヘッドマウントディスプレイ | |
| JP2741063B2 (ja) | 広視野表示装置 | |
| JP2006011145A (ja) | 双眼顕微鏡装置 | |
| JPH06289318A (ja) | 頭部装着型表示装置 | |
| JP2557406B2 (ja) | ３次元画像表示装置 | |
| Tsuchiya et al. | An optical design for avatar-user co-axial viewpoint telepresence | |
| JP2507913B2 (ja) | 投射方式による眼球運動追従型視覚提示装置 | |
| JPH11109279A (ja) | 映像表示装置 | |
| JPH01259348A (ja) | ３次元画像表示装置 | |
| JPH06326946A (ja) | 眼球運動追従型視覚提示装置 | |
| US20200234401A1 (en) | Display apparatus and method of producing images using rotatable optical element | |
| JP2500747Y2 (ja) | 顔の向き判別装置 | |
| JP2008227834A (ja) | 頭部搭載型映像提示装置、頭部搭載型撮影装置、及び頭部搭載型映像装置 | |
| TWI422866B (zh) | 裸眼式且具有三維空間投射影像之矩陣螢幕 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |