JPH0792426A - 視覚装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外景とコンピュータの映像とを、合成写真や
クロマキーのように見やすく、しかも三次元的に合成で
きる顔面装着型の視覚装置を提供する。 【構成】 外景が見える窓３に白黒液晶素子１９を配
し、白黒液晶素子１９と接眼窓１１の間にハーフミラー
１２を配して、外景と映像表示部２のカラー液晶素子１
５の画像とを合成する。ここで、カラー液晶素子１５で
は画像の背景を黒くし、白黒液晶素子１９では一部をカ
ラー液晶素子１５の画像に合わせて黒くし、その他は素
通し部分とする。白黒液晶素子１９の素通し部分で外景
を見、黒くした部分ですけることなくはっきりと画像を
見る。また、超音波発振器を設けて、超音波トラッカー
で頭の位置、向きを測定しコンピュータへ入力し、コン
ピュータで外景の所定の位置に画像を表示する。これに
より、カラー液晶素子１５の映像と外景とを三次元的に
関連づけて表示可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、映像を表示する装置に
関し、特にコンピュータ等からの画像信号に基いて立体
映像を表示する液晶パネル等を内蔵し、頭の位置、向き
を測定するセンサを付けるなどにより画像信号と外界の
景観を関連づけて表示する眼鏡型又はゴックル型の視覚
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にこの種の眼鏡型の視覚装置は、外
界を見えない様にし、あらかじめ作成した３次元立体空
間をコンピュータで表示し、かつ頭の動きに合わせ、見
えるべき映像を連動させて表示することにより、あたか
もその空間中に自分が存在する感じを体験できるように
したものであった。この場合、コンピュータで作成する
映像には情報に限りがありどうしてもいわゆるコンピュ
ータグラフィック的なのっぺりとしたつくりものの映像
しか表示できなった。また、図１３に示すようにして、
ＬＣＤ（液晶表示器）１０１の画面をレンズ１０２を通
して見ながら外界を見る装置はあるが、ＬＣＤ１０１の
画面全体を目かくし１０３で目かくしして見やすくする
ものであり、またＬＣＤ１０１の画像と外景との関連は
なかった。また、軍用に開発されたものとしてパイロッ
トヘルメットの例があり、パイロットの見ているもの
（例えばターゲット等）の諸データが目の前のフードに
表示されるものであるが、これはデータであり、画像で
はなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた様に、従来
の技術は、コンピュータの中の立体空間の映像と実在空
間とを融合させて一つの空間にすることはなかった。し
かも同時に見えるようにしたときは映像表示部の映像が
すけてしまうか、または、映像表示部全部が四角く見え
るかして、外界との融合が出来ない問題点を有してい
た。

【０００４】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は、コンピュータの映像と
外景をあたかも合成写真やクロマキーのように見やすく
合成し、しかも三次元的に合成することができる視覚装
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、本発明の視覚装置では、映像表示部を備えた眼鏡型
もしくはゴッグル型の装置本体を顔面に装着し前記映像
表示部の映像を見ることが出来るように構成した視覚装
置において、前記映像表示部と入射窓からの外界の景観
とをハーフミラーで合わせて見られる光学系を設け、前
記外界の入射窓に白黒液晶素子を配し、前記映像表示部
の画像に関連して前記白黒液晶素子の一部に光を通さな
い又は通りにくくした部分を表示する映像信号処理作成
手段を備えた構成としている。

【０００６】上記構成において、映像表示部の画像に関
連して前記白黒液晶素子の一部に光を通さない又は通り
にくくした部分を表示するための具体的な映像信号処理
作成手段は、映像表示部には所定の表示したいもの以外
の背景を黒く表示し、白黒液晶素子にはおおよそ前記黒
い表示を反転した映像を表示することで実現できる。

【０００７】また、上記の目的を達成するための本発明
の視覚装置の別の構成としては、映像表示部を備えた眼
鏡型もしくはゴッグル型の装置本体を顔面に装着し前記
映像表示部の映像を見ることが出来るように構成した視
覚装置において、前記映像表示部と入射窓からの外界の
景観をハーフミラーで合わせて見られる光学系を備え、
前記装置本体に位置信号発振手段を装着し、該位置信号
のセンシング手段にて頭の位置，向きを測定してこの測
定データを映像信号処理作成手段に伝送し、前記映像信
号処理作成手段が前記外界の景観の中の所定の場所に前
記映像表示部の映像を表示することを特徴とする。

【０００８】さらに、以上の構成においては、入射窓か
らの景観を白黒液晶素子上に結像させ、接眼部に拡大レ
ンズを配して、ピントが映像表示部、白黒液晶素子の両
方に同時に合うように配置するのが、明瞭に外界の景観
と映像信号処理作成手段の映像とを合成する上で好適で
ある。

【０００９】

【作用】本発明の視覚装置では、外界の入射窓に白黒液
晶素子を配し、映像表示部の画像に関連して、白黒液晶
素子の一部に光を通さない又は通りにくくした部分を設
けることにより、映像表示部の画像を見やすく外景と合
成する。

【００１０】また、位置センシング手段を用いて使用者
の頭の位置，向きを測定し、この測定データを映像信号
処理作成手段に伝送することにより、外界の景観の中の
ある場所に映像表示部の画像を表示することで、外景と
映像信号処理作成手段の作成画像とを三次元的に関連づ
けて表示可能にする。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳
細に説明する。

【００１２】図１から図４までに本発明の第１の実施例
の構成を示す。図１は外観図であり、図２は視覚装置本
体を接眼部側から見た図であり、図３は視覚装置本体の
内部構造を示す横からの断面図であり、図４（ａ），
（ｂ）は同じく内部構造を示す透視的な部分斜視図であ
って、図４（ａ）は右眼用の部分の構造図、図４（ｂ）
は映像表示部の一部を破断して示した構造図である。

【００１３】図１〜図４において、１が視覚装置本体で
あり、左右それぞれに映像表示部２がついている。３は
外景を見るための窓である。また、４はフレームであ
り、映像表示部２を収容して顔の凹凸にフィットさせ、
光がわきから入りこまない様にしている。フレーム４の
両側にはベルト５が付いており、これにより頭に装着さ
れ、締め付け部６で長さが調整できる。イヤーパッド７
はベルト５に取り付けられている。イヤーパッド７の内
部には複数のスピーカ８があり、より立体的な音場が作
れるようになっている。イヤーパッド７はヘッドベルト
９に連結バンド１０でつながり、ヘッドベルト９と連結
バンド１０で頭頂からの長さが調節できる。ヘッドベル
ト９の上には超音波発振器３８が付いている。３９は本
視覚装置を図略のコンピュータ等の映像信号処理作成手
段に接続するためのケーブルである。視覚装置本体１を
裏から即ち接眼部側から見た図２に示すように、フレー
ム４の接眼部側には接眼窓１１が付いている。

【００１４】図３に示すように、映像表示部２の内部に
はハーフミラー１２、拡大レンズ１３、カラー液晶素子
１５、光拡散板１６、蛍光灯１７、反射鏡１８、白黒液
晶素子１９がついており、これが左右一組ずつある。図
４（ａ）に示すように、白黒液晶素子１９は窓３の裏側
に配置され、ハーフミラー１２は横方向に配された拡大
レンズ１３側から入射する光を接眼窓１１方向へ反射す
る角度で白黒液晶素子１９と接眼窓１１の間に配置され
ている。ミラー１４はカラー液晶素子１５の画像を拡大
レンズ１３に向けて反射させる角度で配置されている。
また、図４（ｂ）に示すように、カラー液晶素子１５の
画面は蛍光灯１７の直接の光と反射鏡１８からで反射さ
れた光が光拡散版１６で拡散された光で見えるようにな
っている。なお、窓３、接眼窓１１は素通しガラスでで
きている。

【００１５】以上のように構成された第１の実施例の作
用を図４および図５から図９までの説明図を用いて詳説
する。

【００１６】図４において、２０は窓３を通して見える
外景としてのイスである。また、２１はカラー液晶素子
１５に表示されたクマの画像、２２はクマの画像２１の
背景、２３は白黒液晶素子１９の光を通さない部分、２
４は白黒液晶素子１９の素通し部分である。接眼窓１１
から見たとき、ハーフミラー１２によりカラー液晶素子
１５の映像と外景を合わせて見ることが出来る。図５〜
図８において、２５は窓３を通し更に白黒液晶素子１９
を通して見える図である。また、２６はカラー液晶素子
１５の映像であり、２７はこれがハーフミラーで合成さ
れ接眼窓１１より見られる画である。

【００１７】図５は、白黒液晶素子１９を素通しにしカ
ラー液晶素子１５に画像を出さない場合の説明図であ
り、この場合、窓３、接眼窓１１は素通しガラスだから
外部のイス２０がただ見えることになる。

【００１８】図６は白黒液晶素子１９をまっ黒にして光
を通さないあるいは通しにくいようにした場合の説明図
であり、カラー液晶素子１５にはクマ２１が楽器２８を
持って踊っている映像２６を出している。ここで、背景
２２はまっ黒にしてある。すると、接眼窓１１で見える
画は図６の画２７のように踊るクマのみが見える図７は
白黒液晶素子１９を素通しにしカラー液晶素子１５に映
像を出している場合の説明図であり、イス２０が見え、
クマ２１も見える。しかし、この場合には、クマは図７
の画２７のように透き通って、イスと重なって見えてし
まい、明瞭に見ることができない。

【００１９】図８は本実施例により白黒液晶素子１９に
おいてクマ２１の部分＋αの大きさだけ黒くした（黒部
分２３）場合の説明図であり、その他の部分２４は素通
しになっている。すると、接眼窓１１で見える画は図８
の画２７のように黒部分２３のためイス２０はかくれる
のでクマ２１は鮮明に表示される。この場合、黒部分２
３は、眼のピントは合わないので輪郭がすこしぼける
が、“影”になり光は通さないのでクマ２１をはっきり
みえるようにする効果はある。

【００２０】以上の説明でクマ２１を左右の眼から見た
像を示せば立体像になり、図９のようにイス２０の上で
踊るクマ２１を見ることが出来る。また、楽器２８の音
はイヤーパッド７で聴くことが出来る。

【００２１】図１０に本実施例のシステム構成例を示
す。図において、３０は超音波トラッカー、３１は超音
波トラッカー３０の測定信号から使用者の頭の位置、向
きを出す測定処理回路、３２はコンピュータ、３３は音
声処理回路、３４，３５は映像処理回路、３６はコント
ローラ、３７はコントローラの釦である、なお、他の要
素は図１から図９までに同符号で示したものである。

【００２２】本システムは、以下のように動作する。本
実施例では、ヘッドベルト９に超音波発振器３８をつ
み、頭上空間に超音波トラッカー３０を配して、使用者
の頭の位置、向きをセンシングしている。この他の位
置、向きのセンシング手段としては、ヘッドベルト９側
で磁界を発生させ、頭上空間等に配置した直交コイルを
使ってその磁界をセンシングする等の公知の技術も利用
可能である。さて、図１０のシステム例では、超音波発
振器３８の超音波を超音波トラッカー３０で測定し、こ
の測定信号から測定処理回路３１が頭の位置、向きを出
す。測定処理回路３１は、この測定データをコンピュー
タ３２にインプットする。また、外景、この場合イス２
０の位置は、コンピュータ３２にあらかじめインプット
されている。このイス２０の上にクマ２１を出す場合、
コンピュータ３２によりあらかじめ作られたクマの立体
映像が映像処理回路３４，３５に送られ、ここでビデオ
信号に直された後、視覚装置本体１の映像表示部２に表
示される。また、クマ２１のふる楽器２８も正しくその
位置から音が出るよう音声処理回路３３で処理されてイ
ヤーパッド７で聴くことができる様になっている。この
場合、クマ２１がイス２０の上で踊るようになっている
ソフトとする。どう踊るかは使用者によりコントローラ
３６で制御される。すなわち、コントローラ３６には釦
３７があり、また位置センサ３６ａが入っていて、釦操
作と位置情報がコンピュータ３２にインプットされてい
る。これにより、コンピュータ３２は、使用者がコント
ローラ３６をゆらすとクマ２１もゆれるようにし、釦３
７を押すと楽器２８を鳴らすようにすることができる。

【００２３】次に、本発明の第２の実施例を説明する。

【００２４】上述の第１の実施例では白黒液晶素子１９
の影２３にピントが合っていないため、影の輪郭がぼや
けたものになっている。図１１、図１２に本発明の第２
の実施例を示し、影の輪郭もはっきりするシステムの構
成例を示す。図１１はその外観図、図１２は内部構造を
透視的に示した部分斜視図である。

【００２５】外観において、本実施例は第１の実施例と
同様に構成されている。すなわち、１は視覚装置本体で
あり、左右それぞれに映像表示部２がついていて、外景
を見るための窓３がある。映像表示部２はフレーム４に
収容され、フレーム４が顔の凹凸にフィットして、光を
わきから入りこまない様にしている。フレーム４の両側
にはベルト５が付いており、これにより頭に装着され、
締め付け部６で長さが調整できる。イヤーパッド７はベ
ルト５に取り付けられている。イヤーパッド７の内部に
は複数のスピーカ８があり、より立体的な音場が作れる
ようになっている。イヤーパッド７はヘッドベルト９に
連結バンド１０でつながり、ヘッドベルト９と連結バン
ド１０で頭頂からの長さが調節できる。ヘッドベルト９
の上には超音波発振器３８が付いている。フレーム４の
接眼部側には接眼窓１１が付いている。窓３および接眼
窓１１は素通しガラスでできている。

【００２６】図１２は右目用の視覚装置部分の構造を示
し、映像表示部２の内部にはハーフミラー１２、拡大レ
ンズ１３、カラー液晶素子１５、光拡散板１６、蛍光灯
１７、反射鏡１８、白黒液晶素子１９がついており、こ
れが左右一組ずつある。また、４０，４１，４２，４
４，４５はミラー、４３は凸レンズである。本実施例で
は、カラー液晶素子１５を上面に配置し、その横に垂直
に白黒液晶素子１９を配置し、ハーフミラー１２をその
間に斜めに傾けて配置している。白黒液晶素子１９に対
しては窓３からの外景をミラー４０→ミラー４１→ミラ
ー４２→凸レンズ４３→ミラー４４の経路で結像させ
る。一方、カラー液晶素子１５の画像は、ハーフミラー
１２により白黒液晶素子１９に結像した外景像と合成し
て凸レンズ１３を通し、ミラー４５で反射させて接眼窓
１１から使用者の眼に入るようにしてある。ここで本実
施例では、接眼部に配した凸レンズ１３がカラー液晶素
子１５と白黒液晶素子１９の両方にピントが合うよう
に、配置され調整される。カラー液晶素子１５、光拡散
板１６、蛍光灯１７、反射鏡１８の構造は、第１の実施
例と同様である。

【００２７】以上の構成の実施例の作用は以下のとおり
である。図１２において、窓３から入った外景の光は、
ミラー４０，４１，４２を経て凸レンズ４３を通り、ミ
ラー４４で曲がり、白黒液晶素子１９の液晶面で実像が
結像されるようになっている。一方、接眼窓１１よりの
ぞくと、ミラー４５、凸レンズ１３を経てハーフミラー
１２によりカラー液晶素子１５も白黒液晶素子１９も同
時に両方にピントが合うようになっている。ここで、白
黒液晶素子１９には第１の実施例で述べた影２３とレン
ズ４３による外景の実像が結像され、それらにピントが
合わせられるようになっているので、ボケることなく接
眼窓１１から見える画のクマの影に影２３がつくことに
なる。

【００２８】なお、第２の実施例では、光学系のレンズ
倍率を合わせることにより、実際の外景を等倍（×１）
に見えるようにすることができる。また、実施例におい
ては外景をイスで示したが、これは舞台装置やミニュチ
ュアセットのようにしてもよいし、また壁にプロジェク
タで投影したものとしてもよい。いずれにせよ外景は、
コンピュータソフトにない細かなものを表示可能とす
る。以上のように本発明は、その主旨に沿って種々に応
用され、種々の実施態様を取り得るものである。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
視覚装置によれば、次のような効果が得られる。

【００３０】（１）コンピュータのような画像信号処理
作成手段の映像と外景をあたかも合成写真やクロマキー
のように合成し、しかも三次元合成ができる。この結
果、例えば室内の任意の場所に映像を出したりすること
ができる。しかも影をつけたのでたいへん良く実在感が
得られる。

【００３１】（２）例えば、遊園地などで部屋の壁にプ
ロジェクタで外景を映し出し、これを数人の人が各自に
与えられた条件で同じ部屋で別々のゲームをしたりする
ことも可能になる。

【００３２】（３）いずれにせよ、単なるコンピュータ
等の画像信号処理作成手段の映像よりも、現実にある景
観とコンピュータ等の画像信号処理作成手段の映像の三
次元的融合が可能となり、より複合した夢の広がるアミ
ューズメントが提供できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す外観図

【図２】上記第１の実施例の視覚装置本体を接眼部側か
ら見た図

【図３】上記第１の実施例の内部構造を示す横からの断
面図

【図４】（ａ），（ｂ）は上記第１の実施例の内部構造
を透視的に示す部分斜視図

【図５】上記第１の実施例の作用を示す説明図

【図６】上記第１の実施例の作用を示す説明図

【図７】上記第１の実施例の作用を示す説明図

【図８】上記第１の実施例の作用を示す説明図

【図９】上記第１の実施例の作用を示す説明図

【図１０】上記第１の実施例のシステム構成図

【図１１】本発明の第２の実施例を示す外観図

【図１２】上記第２の実施例の内部構造を透視的に示す
部分斜視図

【図１３】従来例を示す説明図

【符号の説明】

１…視覚装置本体 ２…映像表示部 ３…窓 ４…フレーム ５…バンド ９…ヘッドバンド １１…接眼窓 １２…ハーフミラー １５…カラー液晶素子 １９…白黒液晶素子 ３０…超音波トラッカー ３２…コンピュータ ３３…音声処理回路 ３４，３５…映像処理回路 ３８…超音波発振器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 映像表示部を備えた眼鏡型もしくはゴッ
   グル型の装置本体を顔面に装着し前記映像表示部の映像
   を見ることが出来るように構成した視覚装置において、
   前記映像表示部と入射窓からの外界の景観とをハーフミ
   ラーで合わせて見られる光学系を設け、前記外界の入射
   窓に白黒液晶素子を配し、前記映像表示部の画像に関連
   して前記白黒液晶素子の一部に光を通さない又は通りに
   くくした部分を表示する映像信号処理作成手段を備えた
   ことを特徴とする視覚装置。
2. 【請求項２】 映像信号処理作成手段が、映像表示部に
   は所定の表示したいもの以外の背景を黒く表示し、白黒
   液晶素子にはおおよそ前記黒い表示を反転した映像を表
   示することを特徴とする請求項１記載の視覚装置。
3. 【請求項３】 映像表示部を左右２個備え、映像信号処
   理作成手段が立体映像を作成し前記映像表示部に表示す
   ることを特徴とする請求項１または２記載の視覚装置。
4. 【請求項４】 映像表示部を備えた眼鏡型もしくはゴッ
   グル型の装置本体を顔面に装着し前記映像表示部の映像
   を見ることが出来るように構成した視覚装置において、
   前記映像表示部と入射窓からの外界の景観をハーフミラ
   ーで合わせて見られる光学系を備え、前記装置本体に位
   置信号発振手段を装着し、該位置信号のセンシング手段
   にて頭の位置，向きを測定してこの測定データを映像信
   号処理作成手段に伝送し、前記映像信号処理作成手段が
   前記外界の景観の中の所定の場所に前記映像表示部の映
   像を表示することを特徴とする視覚装置。
5. 【請求項５】 入射窓からの景観を白黒液晶素子上に結
   像させ、接眼部に拡大レンズを配して、ピントが映像表
   示部と前記白黒液晶素子の両方に同時に合うように配置
   したことを特徴とする請求項１から請求項４までのいず
   れかに記載の視覚装置。