JPH08179238A - 観察光学装置 - Google Patents
観察光学装置Info
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- JPH08179238A JPH08179238A JP6336063A JP33606394A JPH08179238A JP H08179238 A JPH08179238 A JP H08179238A JP 6336063 A JP6336063 A JP 6336063A JP 33606394 A JP33606394 A JP 33606394A JP H08179238 A JPH08179238 A JP H08179238A
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Abstract
の表示位置を、或は外界映像の中に表示画像を重ねて観
察中に観察者の好みに応じて或は外界の状況等に応じて
オーバーラップする表示画像の虚像の大きさ及び表示位
置を、観察者の視線を画面中の特定位置に向けるだけで
自由に変更できる操作性が極めて優れた観察光学装置を
得ること。 【構成】 表示面上に画像を表示する表示手段と、観察
者の前方の外界映像の中に該画像の虚像を形成する観察
光学系と、該観察者の視線情報を検知するための視線検
知手段とを有する観察光学装置において、該観察者が選
択的に視線で情報を与え、該視線検知手段で検知する視
線情報によって該表示面上の画像を表示する部分の大き
さ及び表示位置を制御する。
Description
に観察者が頭部に装着して表示手段に表示した文字や映
像等の画像を拡大した虚像として、又は該虚像と外界の
画像を空間的に重畳して双方を同一の観察視野で観察で
きるヘルメット型ディスプレイ装置或は眼鏡型ディスプ
レイ装置等に好適なものでる。
手段に表示した文字や映像等の画像を拡大して観察でき
る観察光学装置が種々提案されており、その中には使い
勝手を良くする為に観察する画像の見かけの大きさ(観
察画角)を変えられるものがある。
装置に観察画角を変える手段を設け、観察者の意志で観
察画角を可変できる観察光学装置を開示している。
の構成図である。図中、101 は観察者、102 は観察者眼
球、103 は2次元画像の表示素子、104 は大画角用の接
眼光学系であり、通常は光路外に退避している。105 は
普通画角用の接眼光学系である。
る。観察者101 は通常、2次元画像の表示素子103 に表
示されている画像を普通画角用の接眼光学系105 を用い
て観察している。そして観察者の好みや観察画像の種類
に応じて、接眼光学系105 を大画角用の接眼光学系104
に交換し、更に表示素子103 の位置も移動して、観察画
角を変更して表示素子103 に表示した画像を観察する。
従来例において開示している表示画像の観察画角を可変
とする構成においては、観察画角を変更するに際して、
接眼光学系あるいはリレー光学系を交換するとか、ツマ
ミ等によってズームレンズを駆動する等のマニュアル操
作を必要とし、操作性に問題があった。
示画像を重ねて観察する観察光学装置においては、外界
の状況等に応じて、表示画像の大きさのみならず、表示
画像の表示位置を変えられることが望まれるが、以上の
従来例ではかかる機能は備わっていなかった。
して観察中に表示面に表示した画像の大きさ及びその表
示位置を、或は外界画像の中に表示面に表示した画像を
空間的に重ねて観察中に、観察者の好みに応じて或は外
界の状況等に応じてオーバーラップする虚像の大きさ及
び表示位置を、観察者の視線を利用して画面中の特定位
置に自由に変更することができる、操作性が極めて優れ
た観察光学装置の提供を目的とする。
は、 (1−1) 表示面上に画像を表示する表示手段と、観
察者の前方に該画像の虚像を形成する画像観察光学系
と、該観察者の視線情報を検知する視線検知手段とを有
する観察光学装置において、該視線検知手段が検知する
該観察者の視線情報によって該表示面上の画像を表示す
る部分の大きさ及び表示位置を制御すること等を特徴と
している。
察者の前方の外界映像の中に該画像の虚像を形成する観
察光学系と、該観察者の視線情報を検知する視線検知手
段とを有する観察光学装置において、該視線検知手段が
検知する該観察者の視線情報によって該表示面上の画像
を表示する部分の大きさ及び表示位置を制御すること等
を特徴としている。
画像の虚像と重なる部分を遮蔽すること。 (1−2−2) 前記観察者の視線が或る一定時間、略
一定方向に固定されているか否かを判別する判別手段を
有すること。等を特徴としている。
像観察光学系により観察者の眼球前方に虚像として形成
し観察する際、該観察者の眼球前方に設けた視線検出手
段で得られる観察者の視線情報に基づいて制御手段で該
表示面上に表示する画像情報の表示状態を制御している
こと等を特徴としている。
の大きさ又は/及び表示位置であること等を特徴として
いる。
察光学系により観察者の眼球前方に虚像として外界の画
像と空間的に重畳させて形成し、双方を同一の観察視野
で観察する際、該観察者の眼球前方に設けた視線検出手
段で得られる観察者の視線情報に基づいて制御手段で該
表示面上に表示する画像情報の表示状態を制御している
こと等を特徴としている。
面に表示した画像情報の虚像と外界の画像と空間的に重
複する領域に相当する外界の画像からの光束が眼球に入
射しないように遮蔽部材で遮蔽していること等を特徴と
している。
図である。図1(A)は実施例1の観察光学系を説明す
る図であり、図1(B)は実施例1の視線検知光学系を
説明する図を示しており、いずれも光路を記入してい
る。
上に可視領域の光でもって文字や絵等の画像を表示す
る。10は平板状のプリズムであり、2つのプリズムを
接合して構成しており、その接合面7には可視光を透過
し、視線検知用の光(赤外光)を反射するダイクロイッ
クミラ−を設置している。又、13はその側端面であ
る。
部材3Aは平面より成る面5、平面又は非球面より成る
一部に全反射を利用した面1、そして半透過又は鏡面反
射の球面又は非球面より成る凸面2aを有している。本
実施例では凸面2aは半透過面(ハーフミラー)となっ
ている。3Bは第2の光学部材である。第2の光学部材
3Bは透明又は非透明の平面又は曲率を有した面6、そ
して凸面2aと同形状で半透過又は鏡面反射の球面又は
非球面より成る凹面2bとを有している。そして第1の
光学部材3Aの面2aと第2の光学部材3Bの面2bと
は接合して,全体として1つのプリズムブロック3を構
成している。なお、接合面2はハーフミラー面となって
いる。
よりなる撮像素子、12は観察者の眼球Eの視線を検出
する為の光源であり、非可視光(赤外光)を射出して観
察者の眼球Eの前眼部を照射する。
Eの視線情報を検出している。15は判別手段であり、
観察者の視線が或る一定時間、略一定方向に固定されて
いるか否か等を判別している。16は制御手段であり、
画像情報源Sから画像信号を受け取り、判別手段15か
らの視線情報に基づいて表示手段4の表示面に表示する
画像の表示状態を制御して画像を表示している。
像観察光学系の一要素を構成している。又、画像観察光
学系と第2の光学部材3Bは観察光学系の一要素を構成
している。
(A)によって説明する。制御手段16は画像情報源S
からの信号に基づいて表示手段4の表示面上に画像を表
示する。表示手段4の表示面に表示した画像からの光束
(可視光束)はプリズム10のダイクロイックミラー面
7を透過して、面5からプリズムブロック3に入射し、
面1で全反射され、次にハ−フミラ−面2で反射されて
収束し、次いで面1から射出し、観察者の瞳Oに入射す
る。そして観察者の前方に表示手段4で表示した画像の
虚像Yが形成され、観察者は該表示手段4に表示された
画像の虚像Yを観察することができる。
ブロック3の面6に入射し、ハーフミラー面2を透過し
て、面1から射出して観察者の瞳に達し、観察者は外界
の画像として観察する。そして観察者は外界の画像の中
に表示手段4で表示した画像の虚像Yを空間的に重ね合
わされた映像として同一視野で観察する。
明する。図1(B)において、光源12の非可視光(赤
外光)によって照明された観察者の眼Eの前眼部からの
反射・散乱光はプリズムブロック3の面1に入射し、ハ
−フミラ−面2で反射して面1に向かい、面1で全反射
し、面5から射出し、プリズム10に入射する。次いで
ダイクロイックミラー面7で反射し、プリズム10の下
面で全反射した後、面13から射出する。次いで視線検
出用の結像レンズ8を通って撮像素子9の上に前眼部の
像を結像する。そして観察者の眼Eの角膜で反射した光
はプルキンエ像を形成し、瞳孔で散乱した光は瞳孔像を
形成する。撮像素子9から得られるプルキンエ像と瞳孔
の画像をもとに視線検出回路14によって観察者の視線
方向を算出している。尚、このときの検知方法は例えば
本出願人が特開平3-109029号公報に開示している方法が
適用できる。
リズム10、結像レンズ8、撮像素子9及び視線検出回
路13等は視線検知手段の一要素を構成している。
である。本フローチャートは本発明に係る制御手段16
により観察者の眼球Eの視線情報によって外界画像の中
に重ね合わせる表示画像の虚像Yの大きさ及び表示位置
を任意に選択的に変更する手順を示すフロ−チャ−トで
ある。
面上での画像を表示する際の選択できる表示領域、即ち
表示サイズと表示位置の説明図である。実施例1におい
て選択できる表示領域は5つの表示領域であり、図中、
〜に対応する領域は夫々その数字の在る矩形の領
域、即ち表示面の1/4 の範囲であり、に対応する領域
は表示面のフルサイズに対応する領域である。
フローチャートの右に記載の図は各ステップにおいて観
察者の前に提示される映像の説明図である。
を向いているかを検知している。
めのスイッチのONを行う。スイッチONの切換えは、表示
面内の特定箇所にスイッチマ−クを設け、通常の映像観
察中にもこのスイッチマークを表示しておき、観察者が
該スイッチマ−クの虚像を一定時間注視すると、視線検
知手段及び判別手段15がその状態を検出し、表示画像
の切換え動作に入る。その具体的手順は次のとおりであ
る: (1) その時観察者が注視している方向を視線検知手段が
検知する。
あれば、判別手段15はこれを第1の視線情報としてそ
の方向をメモリ−に記憶して(2) へ進む。
なければ、観察者は表示画像の切換えは望んでいないと
判断して(2) へは進まない。
時点で、その時観察者が注視している方向を視線検知手
段によって検知する。
イッチマークの方向であれば、判別手段15は観察者が
一定時間スイッチマークを注視していたと判断して制御
手段16に信号を送り、ステップ22へ進む(スイッチが
ONの状態になる)。
なければ(1) へ帰る。
間スイッチマークを注視すれば確実に表示画像の切換え
動作に入る。
と、制御手段16は表示手段4の表示面に例えば図4に
示す5つのポイントを表示した画像を表示する。観察者
が視る映像は図2の22a に示す映像となる。
は希望する表示領域を代表するポイントを一定時間注視
する。視線検知手段及び判別手段15は22a に示す映像
中のポイントのどれを観測者が一定時間凝視しているか
を判別する。その手順は次のとおりである: (1) その時観察者が注視している方向を視線検知手段が
検知し、判別手段15はその方向が5つのポイントのい
ずれかのポイントの方向であるか判断し、いずれかのポ
イントの方向であればこれを第1の視線情報としてその
方向をメモリ−に記憶する。
ば、視線方向がいずれかのポイントに向く迄そのまま視
線検知を継続する。
時点で、その時観察者が注視している方向を視線検知手
段によって検知し、これを第2の視線情報とする。
リ−に記憶しているポイントの視線方向と比較する。
判別手段はこの方向のポイントが観察者が表示画像を表
示したいと希望しているポイントであると判断して制御
手段16にその情報を出力し、ステップ24へ進む。
(1) に戻る。
ているポイントが決定される。
る一定時間凝視していると該ポイントに対応する表示領
域が一意的に決定される。
切な画像処理を施して画像の表示サイズ及び表示位置を
変更して、ステップ23で決定された表示領域に画像を表
示する。例えば図3におけるポイントが選択された時
は表示面のフルサイズの大きさの画像を表示するし、も
しポイントが選択されている時には24a に示すように
画像の大きさを表示面の1/4 に変更して表示面の右下部
に表示する。なお、スイッチマークはオーバーラップ部
分とは別に、再び表示する。
外界の状況等に応じてオーバーラップする表示画像の虚
像の大きさ及び表示位置を、観察者の視線を画面中の特
定位置に向けるだけで変更でき、変更に際してマニュア
ル操作を要せず、操作性が極めて良好である。加うる
に、本実施例では表示画像を観察するための画像観察光
学系と視線を検知するための視線検知光学系を一部兼用
することにより装置全体の小型化を達成している。
りに限定したが、更に分割数を増やして観察者の選択肢
を増やすことも出来る。
手動で切換える構成としても良い。
略図である。図5(A)は実施例2の観察光学系を説明
する図であり、図5(B)は実施例2の視線検知光学系
を説明する図を示しており、いずれも光路を記入してい
る。尚、図1に示す実施例1と同要素のものについては
同記号としている。
6の外界側に透過型の液晶11(遮蔽部材)を配置し
て、外界からプリズムブロック3に入射する光束の一
部、あるいは全体を遮蔽できるようにした点である。こ
れによって外界の画像と表示画像の虚像Yとのオーバー
ラップを防止し、表示画像の虚像Yを鮮明に視ることが
できる。
は画像観察光学系の一要素を構成しており、画像観察光
学系と第2の光学部材3B及び液晶11等は観察光学系
の一要素を構成している。光源12、第1の光学部材3
A、プリズム10、結像レンズ8、撮像素子9、視線検
出回路14等は視線検知手段の一要素を構成している。
示画像観察の作用及び視線検知光学系の作用は実施例1
と同じである。
これについて説明する。尚、フローチャートの右に記載
の図は各ステップにおいて観察者の前に提示される映像
の説明図である。
を向いているかを検知している。
めのスイッチのONを行う。これは実施例1と同様に外界
の画像にオーバーラップされる表示画像中の1か所にス
ポット状に表示されているスイッチマークの虚像を観察
者が一定時間注視すると、視線検知手段及び判別手段1
5がその状態を検出し、表示画像の切換え動作に入る。
入力する。ここでは制御手段16によって観察者が視る
映像に例えば62a に示す表示画像の虚像が表示される。
この表示画像は例えば表示面のフルサイズの矩形枠S1、
縦横各1/2 サイズの表示枠S2、縦横各1/4 の表示枠S3を
同時に表示したものである。
視マークを設けている。観察者はこの表示画像の虚像の
中から、希望する大きさの枠に付いている注視マークを
或る一定時間注視すると、視線検知手段及び判別手段1
5はこれを検知し、本実施例は観察者がこの表示サイズ
を選んだと判断して、表示サイズを決定し、その情報を
制御手段16に出力する。(その手順は実施例1のステ
ップ23で説明した手順と同様である)。このように限ら
れた数個の大きさの枠から選択できるようにすると、微
妙な設定は出来ないが観察者は素早く表示サイズを設定
できる。例として観察者は枠S2を選んだとする。
力する。制御手段16は例えば外界の画像に63a に示す
表示画像の虚像を表示する。これはフルサイズの表示面
を適当な数の格子状の複数のエリアに分割したものであ
る。そして観察者はこの格子の中で画像を表示したい位
置(例えばx 印の部分)を一定時間注視する。この時視
線検知手段及び判別手段15は次の手順で表示部置を決
定する: (1) その時観察者が注視している格子の中の位置を視線
検知手段が検知し、判別手段15はこれを第1の視線情
報としてそのエリア番号をメモリ−に記憶する。
で、その時観察者が注視している格子の中の位置を視線
検知手段によって検知し、そのエリア番号を第2の視線
情報とする。
モリ−に記憶しているエリア番号と比較する。
手段15はこのエリアが観察者が表示画像を表示したい
と希望しているエリアであると判断してその情報を制御
手段16に出力し、ステップ64へ進む。
ば、記憶していたエリア番号に変えて今回のエリア番号
をメモリ−に記憶して(2) に戻る。
る表示位置が決定される。この手順によって位置情報の
入力状態になってから、観察者が多少視線をずらしたと
しても希望するエリア近傍を或る一定時間凝視していれ
ば位置情報を確実に入力でき、誤入力を防ぐことができ
る。
した表示位置を中心として、指定した大きさの表示画像
を表示することが可能か否かを判別する。
した大きさの表示画像を表示できる場合には、これを表
示領域と決定してステップ65へ進む。
位置を中心として表示すれば、表示画像P1が表示面から
はみ出す場合にはステップ66へ進む。
置をシフトさせる演算を行う。即ち先に指定された表示
画像P1の大きさは保存したまま、表示位置を最少限シフ
トして、指定した大きさの表示画像を希望した位置に近
く表示する表示領域P2を決定する。
の虚像に外界の画像が干渉しないように、制御手段16
は65a に示すように液晶11中の画像オーバーラップ部
分の光透過率を0にして、外界の画像のその部分を遮蔽
する。
切な画像処理を施して、画像の表示サイズ及び表示位置
を変更してステップ64、66 で決定された表示領域に画像
を表示する。なお、スイッチマークは画像のオーバーラ
ップ部分とは別に、再び表示する。
外界の状況等に応じてオーバーラップする表示画像の虚
像の大きさ及び表示位置を観察者の視線を画面中の特定
位置に向けるだけで自由に変更でき、さらにオーバーラ
ップする部分の外界の画像を遮蔽部材によってその部分
を適切に遮蔽する。従って表示画像の変更に際してマニ
ュアル操作を要しないので、操作性が極めて良く、且つ
表示画像の虚像Yを極めて鮮明に視ることができる観察
光学装置を達成している。
えば線状の図形を表示し、その一端をフルサイズの画像
枠、他端を例えば縦横1/4 の画像枠に対応させ、観察者
の視線がその線上で注視する位置からアナログ的に観察
者が希望する表示サイズを読取るようにしても良い。こ
れによって観察者は最大表示範囲に対する表示割合を視
線でもってある程度詳細に入力できる。
格子状のパターンを表示したが、場合によってはこれを
表示しなくても差し支えは無い。
示した画像を虚像として観察中に表示面に表示した画像
の大きさ及びその表示位置を、或は外界映像の中に表示
面に表示した画像を空間的に重ねて観察中に、観察者の
好みに応じて或は外界の状況等に応じてオーバーラップ
する虚像の大きさ及び表示位置を、観察者の視線を利用
して画面中の特定位置に自由に変更することができる、
操作性が極めて優れた観察光学装置を達成する。
ップする外界画像の部分を遮蔽手段によって遮蔽して、
表示画像の虚像を極めて鮮明に視ることができる観察光
学装置を達成する。
域の説明図。
めのポイントの説明図
Claims (8)
- 【請求項1】 表示面上に画像を表示する表示手段と、
観察者の前方に該画像の虚像を形成する画像観察光学系
と、該観察者の視線情報を検知する視線検知手段とを有
する観察光学装置において、 該視線検知手段が検知する該観察者の視線情報によって
該表示面上の画像を表示する部分の大きさ及び表示位置
を制御することを特徴とする観察光学装置。 - 【請求項2】 表示面上に画像を表示する表示手段と、
観察者の前方の外界映像の中に該画像の虚像を形成する
観察光学系と、該観察者の視線情報を検知する視線検知
手段とを有する観察光学装置において、 該視線検知手段が検知する該観察者の視線情報によって
該表示面上の画像を表示する部分の大きさ及び表示位置
を制御することを特徴とする観察光学装置。 - 【請求項3】 遮蔽部材により前記外界映像中で前記画
像の虚像と重なる部分を遮蔽することを特徴とする請求
項2の観察光学装置。 - 【請求項4】 前記観察者の視線が或る一定時間、略一
定方向に固定されているか否かを判別する判別手段を有
することを特徴とする請求項1、2又は3の観察光学装
置。 - 【請求項5】 表示手段の表示面に表示した画像情報を
画像観察光学系により観察者の眼球前方に虚像として形
成し観察する際、 該観察者の眼球前方に設けた視線検出手段で得られる観
察者の視線情報に基づいて制御手段で該表示面上に表示
する画像情報の表示状態を制御していることを特徴とす
る画像観察装置。 - 【請求項6】 前記画像情報の表示状態は該画像情報の
大きさ又は/及び表示位置であることを特徴とする請求
項5の画像観察装置。 - 【請求項7】 表示手段の表示面に表示した画像情報を
観察光学系により観察者の眼球前方に虚像として外界の
画像と空間的に重畳させて形成し、双方を同一の観察視
野で観察する際、 該観察者の眼球前方に設けた視線検出手段で得られる観
察者の視線情報に基づいて制御手段で該表示面上に表示
する画像情報の表示状態を制御していることを特徴とす
る画像観察装置。 - 【請求項8】 前記制御手段は観察視野中のうち表示面
に表示した画像情報の虚像と外界の画像と空間的に重複
する領域に相当する外界の画像からの光束が眼球に入射
しないように遮蔽部材で遮蔽していることを特徴とする
請求項7の画像観察装置。
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