JPH0678247A - 頭部装着式ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子映像から外界像への切り換え操作を容易
に行える頭部装着式ディスプレイ装置を提供する。 【構成】 頭部に装着して保持できる形状をした本体外
装の内部に、２次元表示装置とその２次元表示装置の電
子映像を眼球の網膜に投影する光学系と、上記電子映像
と外界像を切り替える電子シャッター１３とを有する頭
部装着式ディスプレイ装置において、頭部の動きの少な
くとも前向きの傾きを検出する検出器１８と、この検出
器１８の出力に応じて前記電子シャッターを電子映像と
外界像のいずれかに切り換える制御手段１９とをさらに
具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、頭部に装着した状態で
映像が観測できる頭部装着式ディスプレイ装置に関す
る。

【０００２】

【従来技術】頭部に装着した状態で映像が観測できる頭
部装着式ディスプレイ装置の従来例として特開平４−２
３５８２号公報がある。これは、以下のような構成をと
っている。装置本体内に、光源と、光源により照らされ
る液晶パネルとを備え、装置本体を人間の頭部に装着し
て液晶パネルの映像を眼球に投影させるようにした映像
表示装置で、装置本体に装着手段を取り付け、この装着
手段を跳ね上げたときに液晶パネルの映像、あるいは、
音声のうち少なくとも一方を切るように構成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した特開平４−２
３５８２号公報においては、頭部装着式ディスプレイ装
置を装着すると、両目を覆ってしまうので自分の周りの
環境をそのままの状態では知覚できない。特に、手元で
のキー入力操作及び移動するときの足元の環境を知覚で
きない為に、いちいち手でディスプレイ部を跳ね上げて
見る必要があった。

【０００４】本発明の頭部装着式ディスプレイ装置はこ
のような課題に着目してなされたものであり、その目的
とするところは、頭部装着式ディスプレイ装置を装着し
たものが、机上に於いて手元での操作を行うとき、また
は手元の環境を見たいとき、あるいは立った姿勢で足元
の状態を見たいとき等に於いて、電子映像から外界像へ
の切り換え操作を容易に行える頭部装着式ディスプレイ
装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、頭部に装着して保持できる形状をした
本体外装の内部に、２次元表示装置とその２次元表示装
置の電子映像を眼球の網膜に投影する光学系と、上記電
子映像と外界像を切り替える電子シャッターとを有する
頭部装着式ディスプレイ装置において、頭部の動きの少
なくとも前向きの傾きを検出する検出器と、この検出器
の出力に応じて前記電子シャッターを電子映像と外界像
のいずれかに切り換える制御手段とをさらに具備する。

【０００６】

【作用】すなわち、本発明の頭部装着式ディスプレイ装
置においては、頭部の動きの少なくとも前向きの傾きを
検出し、検出結果に応じて電子シャッターを電子映像と
外界像のいずれかに切り換える。

【０００７】

【実施例】まず、本実施例の頭部装着式ディスプレイ装
置は、装着者が自分の手元あるいは足元の外界像を見よ
うとする動作を検出し、その動きに連動して電子映像と
外界像の切り換えを制御する。以下、図面を参照して本
発明の実施例を説明する。図２は第１の実施例に係る頭
部装着式のディスプレイ装置の外観図である。

【０００８】ディスプレイ装置１の外装は頭部に装着可
能な形状に設計されており、ディスプレイ装置１と図示
していない制御装置とは映像信号用ケーブル５、音声信
号用ケーブル６及び電子シャッター制御信号ケーブル７
とセンサー信号ケーブル８とに接続されている。

【０００９】センサー信号ケーブル８は、ディスプレイ
装置１を装着した装着者の頭部の傾きを検出するために
ディスプレイ装置内部に配置された傾きセンサー４から
の信号を出力するためのものである。

【００１０】傾きセンサー４は、Ｙ軸方向（装着者の前
後方向）とＺ軸方向（装着者の頭の上下方向）のベクト
ルを検出するように配置した２個の圧電型加速度ピック
アップを用い、これら２つのピックアップの出力に基づ
いて装着者の頭部の前向きの傾きを検出することを可能
としている。

【００１１】ディスプレイ装置前面には透明あるいは半
透明のカバー３があり、その奥に電子映像と外界像との
切り替えを行うための電子シャッター（図３の１３）が
配置されている。図３は本実施例における光学系を示
す。図３（ａ）は上面から見た概略図、図３（ｂ）は側
面より見た図である。図３において、ディスプレイ装置
１が頭部に搭載され、顔面１５と密着しており、光学系
が右目用と左目用と対になって配置されている。

【００１２】ディスプレイ装置１の側面内側には液晶照
明装置９が配置され、そのすぐ前方に液晶板１０が配置
される。さらに液晶板１０の前方には収差補正用のレン
ズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃが配置される。また眼球１６
の前方位置には凹面型ハーフミラー１２と液晶板式の電
子シャッター１３が配置されている。

【００１３】映像信号により液晶板１０が駆動され、映
像が液晶板１０上に表示される。さらにその液晶板１０
に照明装置９からの白色光を照射し透過させる。透過光
は、レンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃを通り、凹面型ハー
フミラー１２で反射され、眼球１６に入射する。光路の
一部を示す光線１４が図に示してある。また、照明装置
９を停止して、照明光をオフにし、電子シャッター１３
を透過状態にすると、外界像が透明あるいは半透明のカ
バー３を透過し、電子シャッター１３を透過し、眼球１
６に入射する。図１は第１実施例における頭部装着式デ
ィスプレイ装置の回路図と制御状態の概念図である。本
実施例の頭部装着式のディスプレイ装置の動作を以下に
説明する。

【００１４】映像信号ケーブルを通して映像信号が映像
入力信号処理部１７に伝送入力される。電子像を観測し
ている状態、つまり頭部傾き検出回路１８（図２の４に
対応）の出力により電子像／外界像切り換え部１９が電
子映像側の状態になっている時、映像信号制御回路２１
で映像信号は液晶駆動信号に変換され、液晶ドライブ回
路２４ａ、２４ｂを経て液晶板２６ａ、２６ｂ（図３の
１０に対応）を駆動し、液晶板２６ａ、２６ｂ上に２次
元の映像を表示する。

【００１５】さらに液晶板２６ａ、２６ｂ上の映像は、
照明用電源２０により駆動されている照明装置２５ａ、
２５ｂ（図３の９に対応）からの白色光に照射され透過
像となる。この透過像はレンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ
（図３（ａ））を経て凹面型ハーフミラー１２で反射さ
れ、眼球網膜上１６に投影される。このとき電子シャッ
ター１３はオン状態となっており、外部からの光線を遮
光しているので、凹面型ハーフミラー１２は液晶側から
の光線だけを反射する。透過光の光路の一部を示す光線
が図３の１４に示されている。このようにして液晶板の
映像が眼球に投影されることになる。

【００１６】次に、ディスプレイ装置１を装着したもの
が頭を下に向けたとき、装置本体内に組み込まれている
頭部傾き検出回路１８が前向きの傾きを検出し、ある一
定傾き以上の出力になると電子像／外界像切り換え部１
９が外界像側の制御信号を出力する。

【００１７】この制御信号により映像信号制御回路２１
は映像信号を液晶ドライブ回路２４ａ、２４ｂへ送るの
を停止し、また照明用電源２０も停止するので、照明光
及び液晶板２６ａ、２６ｂからの映像は眼球上には入射
しなくなる。

【００１８】同時に、電子像／外界像切り換え部１９か
らの制御信号により電子シャッタードライブ回路２３は
オフ動作となり、外界像が電子シャッター１３より入射
する状態になる。外界像は電子シャッター１３、凹面型
ハーフミラー１２を通して眼球１６に入射する。よって
電子映像信号に関わらず、またじゃまされることなく外
界像を見ることができる様になる。

【００１９】図４は、頭部装着式ディスプレイ装置の装
着者が、仮想の表示装置の電子映像と外界像の机上のキ
ーボードによって手元での操作を行うときの切り換え操
作を、手を使わずに頭の動き（傾きα）で行える様子を
示したものである。

【００２０】以上のように本実施例によれば、頭部装着
式ディスプレイ装置の装着者が、机上に於いて手元での
操作を行うとき、または手元の環境を見たいとき、ある
いは立った姿勢で足元の状態を見たいとき等に於いて、
電子映像から外界像に切り換える操作を、手を使わずに
頭の動き（傾き）のみで容易に行えるようにした。ま
た、頭部傾き検出回路１８としてはジャイロ、ＦＯＧ
（ファイバー式ジャイロ）等も利用可能である。上記電
子シャッター１３は液晶シャッターの他にＰＬＺＴシャ
ッターなども同様に使用できる。

【００２１】また本装置には、図示していないオート／
マニュアル切り替えボタンがあり、電子映像に没頭した
いとき、或いは外界像を常に見ていたいときはその操作
により自動切り替え機能を停止するとともに、現在状態
（電子映像／外界像）を保持することができるものであ
る。

【００２２】上記したように、本実施例の頭部装着ディ
スプレイ装置においては、外界像と電子映像の切り換え
を判断する傾きセンサーが設置され、前記傾きセンサー
の信号に応じて２次元表示装置の駆動回路をオン／オフ
し、かつ外部光を遮光／透光するための電子シャッター
も連動してオン／オフさせる制御装置が付加されてい
る。

【００２３】すなわち、電子映像を観察するときは前記
駆動回路をオン、電子シャッターをオンとすることで、
外乱光に影響されることなく良好な電子映像を見ること
ができる。又、外界像を観察するときは前記駆動回路を
オフ、電子シャッターをオフとすることで、電子映像に
じゃまされることなく電子シャッターを通して、外界像
のみ観測することができる。以下に図５、図６、図７を
参照して本発明の第２実施例を説明する。

【００２４】本実施例における基本的な構成は第１実施
例と同じである。第１実施例においては凹面型ハーフミ
ラー１２を使用したが、本実施例では図５（ａ）、
（ｂ）に示すように凹面型ミラー２７を使用する。ま
た、外界像を透過するための電子シャッター１３は凹面
型ミラー２７の下となり、ちょうど視線を下向きにした
位置となるような配置となる。透明あるいは半透明カバ
ーも電子シャッターの前方位置となる。また、上記の凹
面型ミラー２７と電子シャッター１３の間には視線検出
センサーが配置されている。図６（ａ）はこのような視
線検出センサーの動作原理図を示す。

【００２５】この方法は紅彩（黒目の部分）が強膜（白
目の部分）より反射率が低く、両者の境界の検出が比較
的容易な点を利用しており、まず光源としての発光素子
２８によって紅彩輪部（紅彩と強膜の境界部）の水平両
側をスポット上または短冊上に照明する。その反射光を
２個の受光素子２９で受光し、その差分信号から水平方
向の眼球運動量（回転角）を検出する。

【００２６】つまり、図６（ｂ）のように、黒目の両側
の白目の面積差から視線の左右方向（水平方向）を決定
する。また、図６（ｃ）のように、２個の受光素子２９
の和信号により垂直方向の眼球運動量を検出する。この
場合は黒目と下瞼の間の白目の面積から上下方向を決定
することを意味する。なお、発光素子２８には赤外発光
ダイオード、受光素子２９としては赤外フォトダイオー
ドを用いて人間の目への違和感をなくしている。

【００２７】図９は第２実施例における頭部装着式ディ
スプレイ装置の回路ブロック図と制御状態の概念図を示
す。構成および動作は第１実施例とほぼ同じであるが、
異なる部分の動作を以下に示す。

【００２８】電子映像を観測している状態、つまり視線
検出回路３１の出力が電子映像側の状態になっていると
き、液晶板２６ａ、２６ｂ上に２次元の映像が表示され
ている。このとき電子シャッター１３のオン／オフに関
わらず電子映像は凹面型ミラー２７（図５）で反射され
眼球網膜上に投影されることになる。しかしこのときは
電子シャッター１３がオンになっているので外光により
映像が見難くなることはない。

【００２９】次に装着者が視線を下に向けた時、装置本
体内に組み込まれている視線検出回路３１が眼球の下向
きの視線を検出し、ある一定レベル以上の出力になると
電子像／外界像切り換え部１９が外界像側の制御信号を
出力する。この制御信号により映像信号制御回路２１が
停止するために眼球上に映像は入射しなくなる。

【００３０】同時に視線方向に配置されている電子シャ
ッター１３がオフ状態となり、外界像が電子シャッター
１３を通して観察できるようになる。但しこの実施例に
於いては外界像を観測できるときは映像信号制御回路２
１を停止しなくてもよい。以下に、視線検出方式を眼電
位によって検出する方法を用いた例を図７、図８に示
す。

【００３１】図８に眼電位測定法（ＥＯＧ法）の原理図
を示す。この測定方法は顔面の目の上下左右に電極３０
ａ〜３０ｄを配置し、眼球の運動による電極電位の変化
から眼球の動きを検出するものである。

【００３２】図７の様に頭部装着式ディスプレイ装置を
装着したときに、顔面の両目の上下位置に４ケ所、電極
３０ａ、３０ｂがくるように配置し、その上下電極信号
の差分信号をとることで視線の上下位置が決定される。
視線検出方式として、プルキンエ像を利用する方法や紅
彩を画像処理する方法などがありそれらを利用した構成
も可能である。

【００３３】第１の実施例と同様に本装置には、図示し
ていないオート／マニュアル切り替えボタンがあり、そ
の操作により電子映像に没頭したいとき、あるいは外界
像を常に見ていたいときはその自動切り替え機能を停止
するとともに、現在状態（電子映像／外界像）を保持す
ることができるものである。

【００３４】本実施例の効果は第１実施例と同じであ
る。ただし動作としては、頭を動かすより視線を動かす
方が素早くでき、また電子像を停止しなくても外界像を
観察することができることにより、第１実施例よりもさ
らに速い切り替え操作ができるため操作性が一段と向上
する。以下に、本発明の第３の実施例を説明する。

【００３５】この実施例においては頭部装着式ディスプ
レイ装置１の構成は第１実施例とほぼ同じである。図１
０は本実施例における制御回路を示す。以下に、主な相
違点について以下に述べる。

【００３６】頭部装着式ディスプレイ装置１を装着した
者が頭を下に向けたとき、装置本体内に組み込まれてい
る頭部傾き検出回路１８が前向きの傾き量を検出する。
映像開始信号発生回路３２はこの傾き量に応じて映像入
力信号処理回路１７から出される垂直同期信号の時間巾
を変えるように映像開始信号を出力する。映像開始信号
発生回路３２は頭部傾き検出回路１８が前向きに傾くに
連れて映像開始信号の出力タイミングを遅らせる機能を
持っている。また影像開始信号は水平同期信号に同期し
たタイミングで出力される。

【００３７】映像信号ライン制御回路３３はこの映像開
始信号に基づいて映像信号を液晶ドライブ回路２４ａ、
２４ｂに送り出す。つまり映像開始信号が発生した時の
映像信号を液晶ドライブ回路２４ａ、２４ｂに送り出す
ために映像信号の途中より画像の生成が開始されること
になり、入力画像が途中から表示されることになる。ま
た走査終了ラインの後の不足したラインの部分には映像
信号がなく、よって画面下側には映像信号がない状態に
なる。

【００３８】それと同時に液晶シャッター制御回路３５
は映像信号ライン制御回路３３と同期して動き、映像開
始信号の発生後、映像信号が生成されている時のタイミ
ングの水平ライン方向の液晶シャッター３４ａ、３４ｂ
をオンとし、逆に映像信号がないタイミングの水平ライ
ン信号の液晶シャッター３４ａ、３４ｂをオフとする。

【００３９】よって映像信号がなく液晶シャッター３４
ａ、３４ｂがオフとなるタイミングで外界像が液晶シャ
ッター３４ａ、３４ｂの下部より入射する状態となる。
このときの液晶シャッター３４ａ、３４ｂは少なくとも
水平方向に長く延びた帯状の透明電極が走査ライン数分
配置され、任意の場所で画面を上下方向に分割できるよ
うなシャッター機能の液晶板である。

【００４０】よって外界像は液晶シャッター３４ａ、３
４ｂの下部一部、凹面型ハーフミラー１２の下部一部を
通して眼球１６に入射する。この外界像を透過する部分
は頭部傾き検出回路１８の信号レベルに応じて変化し、
傾き量が多くなるに連れて画面下側より上に広がってい
く。

【００４１】この様な頭の傾きに対する電子映像の見え
方を図１１に示す。また図１２に図１１のそれぞれの傾
きのときの液晶画面と液晶シャッター３４の関係を示
す。図１１（ａ）、図１２（ａ）は頭を垂直位置にした
時の仮想画面像とその時の液晶画面と液晶シャッター３
４の関係を示す。図１１（ｂ）、図１２（ｂ）から図１
１（ｃ）、図１２（ｃ）へと頭の傾きを大きくしていっ
たときの様子を示す。

【００４２】また電子映像信号の走査開始ライン番号と
頭部傾き検出回路１８は比例関係にあり、頭部傾き量が
多くなるに連れて開始ライン番号も大きくなる。よって
電子映像は頭の傾きにも関わらず、あたかも床面より一
定の高さに固定されているような関係にする。

【００４３】一方、電子映像自身は逆に見える範囲が狭
くなっていく。また傾き検出器としてはジャイロ、ＦＯ
Ｇ（ファイバー式ジャイロ）等も利用可能である。また
本装置には、図示していないオート／マニュアル切り替
えボタンがあり、その操作により電子映像に没頭したい
とき、或は外界像を常に見ていたいときはその自動切り
替え機能を停止するとともに、現在状態（電子映像／外
界像）を保持することができるものである。

【００４４】本実施例の効果は第１実施例と同じであ
る。ただし動作としては、頭を動かすときに電子像を一
定空間に固定しているために、また常に一部分が表示さ
れているため、画面位置空間の認識が容易に出来るよう
になることにより、電子映像と外界像の観察切り替えが
より自然にすることができる。又、第１、第２実施例よ
りも速い切り替え操作が不用となり、より自然な操作を
行うことが可能となる。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明において
は、頭部装着式ディスプレイ装置を装着した者が手元の
外界像を見て操作したいとき等に、いちいち電子像と外
界像の切り替え操作をする手間がなくなり、装置を装着
したままでの操作性が一段と向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例における頭部装着式ディスプレイ装
置の各回路図と制御状態の概念図である。

【図２】第１の実施例に係る頭部装着式のディスプレイ
装置の外観図である。

【図３】第１の実施例における光学系を含むディスプレ
イ装置の上面概略図及び側面概略図である。

【図４】装着者が電子映像と外界像の切り換え操作を手
を使わずに頭の動きで行える様子を示す図である。

【図５】第２の実施例における光学系を含むディスプレ
イ装置の上面概略図及び側面概略図である。

【図６】視線検出センサーの動作を説明するための図で
ある。

【図７】視線検出方式を眼電位によって検出する場合の
ディスプレイ装置の上面概略図及び側面概略図である。

【図８】眼電位測定法（ＥＯＧ法）の原理図である。

【図９】第２実施例における頭部装着式ディスプレイ装
置の回路ブロック図と制御状態の概念図である。

【図１０】第３実施例における頭部装着式ディスプレイ
装置の回路ブロック図と制御状態の概念図である。

【図１１】頭の傾きに対する電子映像の見え方を説明す
るための図である。

【図１２】それぞれの頭の傾きのときの液晶画面と液晶
シャッターの関係を示す図である。

【符号の説明】

１３…電子シャッター、１８…頭部傾き検出回路、１９
…電子像／外界像切り換え部、２６ａ、２６ｂ…液晶
板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田端 誠一郎 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 小沼 修 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人間の頭部に装着して保持できる形状を
   した本体外装の内部に、２次元表示装置とこの２次元表
   示装置の電子映像を眼球の網膜に投影する光学系と、上
   記電子映像と外界像を切り替える電子シャッターとを有
   する頭部装着式ディスプレイ装置において、 頭部の動きの少なくとも前向きの傾きを検出する検出器
   と、 この検出器の出力に応じて前記電子シャッターを電子映
   像と外界像のいずれかに切り換える制御手段とをさらに
   具備することを特徴とする頭部装着式ディスプレイ装
   置。