JPH09211382A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シースルー可能なヘッドマウント型ディスプ
レイにおいて、歩行中での表示の停止を自動的に行い、
使用者に取扱の簡便さを提供する。 【解決手段】 表示駆動手段３により駆動されて画像表
示部に表示される画像と、光学系を介して観察される外
界像とをオーバーラップ表示させる画像表示手段（１、
３）を有し該画像表示部を使用者の、眼前に配置して使
用するシースルー可能なヘッドマウント型ディスプレイ
等の光学装置において、使用者が歩行中か否かを判定す
る歩行検知手段６０１と、該歩行検知手段６０１の出力
に応じて該画像表示手段（１、３）を制御する制御手段
６０５を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、観察者の頭部に装
着する、いわゆるヘッドマウント型ディスプレイである
光学装置に関するもので、特にシースルーが可能で携帯
性のある光学装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来シースルーが可能で携帯性のあるヘ
ッドマウント型ディスプレイにおいては、使用者が歩行
中か否かに関わらずディスプレイの表示は、使用者が表
示スイッチをＯＮするかＯＦＦするかによって表示を行
うか否かが決まっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例では、使用者が歩行したり静止する際はその都度例え
ば表示スイッチをＯＮ，ＯＦＦしなければならいないと
いう欠点があった。

【０００４】本出願に係る第１の発明の目的は、使用者
が歩行中か否かを検知し自動的に表示の状態を制御する
ことができるヘッドマウント型の光学装置を提供するこ
とにある。

【０００５】本出願に係る第２の発明の目的は、使用者
が歩行中と判断されたときは、表示手段の表示を自動的
にオフすることができるヘッドマウント型の光学装置を
提供することにある。

【０００６】本出願に係る第３の発明の目的は、使用者
が歩行中と判断されたときは、表示手段を照明する照明
手段の輝度を下げ、歩行停止後照明手段の輝度を戻すこ
とができるヘッドマウント型の光学装置を提供すること
にある。

【０００７】本出願に係る第４の発明の目的は、歩行検
知手段を使用者の比較的下半身部分に装着し、歩行検知
をより正確に行うことができるヘッドマウント型の光学
装置を提供することにある。

【０００８】本出願に係る第５の発明の目的は、使用者
が歩行しているか否かを軽量、小型の簡易なシステムで
検知することができるヘッドマウント型の光学装置を提
供することにある。

【０００９】本出願に係る第６の発明の目的は、角速度
の検出軸をある程度所定の方向になるように装着するこ
とにより、使用者が歩行中か否かの判定をより正確に行
うことができるヘッドマウント型の光学装置を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本出願に係わる第１の発
明の目的を実現する構成は、表示駆動手段により駆動さ
れて画像表示部に表示される画像と、光学系を介して観
察される外界像とをオーバーラップ表示させる画像表示
手段を有し、該画像表示部を使用者の眼前に配置して使
用する光学装置において、使用者が歩行中か否かを判断
する歩行検知手段と、該歩行検知手段の出力に応じて該
画像表示手段を制御する制御手段を有することを特徴と
する光学装置にある。

【００１１】本出願に係わる第２の発明の目的を実現す
る構成は、第１の発明の目的を実現する上記の構成にお
いて、制御手段は歩行検知手段が歩行中と判定すると、
画像表示手段の画像表示部の表示をオフすることを特徴
とする光学装置にある。

【００１２】本出願に係わる第３の発明の目的を実現す
る構成は、第１の発明の目的を実現する上記の構成にお
いて、制御手段は歩行検知手段が歩行中と判定すると、
画像表示手段の画像表示部を照明する照明手段の輝度を
下げることを特徴とする光学装置にある。

【００１３】本出願に係わる第４の発明の目的を実現す
る構成は、上記の各構成において、歩行検知手段は使用
者の頭部より下半身部位に装着するための装着手段を有
することを特徴とする光学装置にある。

【００１４】本出願に係わる第５の発明の目的を実現す
る構成は、上記の各構成において、歩行検知手段は角加
速度センサを有することを特徴とする光学装置にある。

【００１５】本出願に係わる第６の発明の構成は、上記
の各構成において、角加速度センサは、使用者の歩行姿
勢における身体の軸と略直交する方向に角速度検出軸を
有するように装着手段に装着されていることを特徴とす
る光学装置にある。

【００１６】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）図１に本発明の第１の実施形態を示
す。また図７にヘッドマウント型ディスプレイを身体に
装着した例を示す。

【００１７】図１において、ＴＶチューナー（或いは映
像再生器）４からの画像信号が表示駆動器３に送られ
る。表示駆動器３により画像が表示素子２に表示され
る。表示素子２から発せられた光（或いは、表示素子が
液晶ディスプレイならバックライトから発し、液晶を通
過した光）は、光学素子１の入射面１−２ａに入射し、
全反射面１−２ｂに臨界角以上の入射角で入射し全反射
する。全反射した光は、ハーフミラー１−１ａで反射
し、前記反射面１−２ｂに臨界角以下で入射し、観察者
の瞳５に結像される。その結果観察者には、表示素子２
に表示する画像が拡大して観察される。

【００１８】一方、外界からの光が光学素子１−１を通
り、ハーフミラー１−１ａを通過し、観察者の瞳５に入
射する。その結果観察者はシースルーで観察される外界
の画像と、表示素子に表示された画像がオーバーラップ
された画像を観察することになる。

【００１９】そのイメージを図２に示す。図２におい
て、（ａ）に示す外界の被写体１００が（ｂ）に示すよ
うにシースルー画像１００−ｓとして観察され、また表
示素子２の拡大画像２−ｓがオーバーラップ表示され、
結果としてオーバーラップ像１１０が観察されることに
なる。

【００２０】また、図７に示すように、歩行検知手段６
が例えば観察者の腰（或いは頭）に装着されている。歩
行検知手段６は角速度センサ６０１、ハイパスフィルタ
６０２、増幅器６０３、Ａ／Ｄ変換器６０４、マイコン
６０５で構成される。

【００２１】角速度センサ６０１の信号はハイパスフィ
ルタ６０２を通り、増幅器６０３にて所定の信号レベル
まで増幅される。増幅された信号は、Ａ／Ｄ変換器６０
４にてディジタル信号に変換されマイコン６０５に入力
される。

【００２２】角速度センサ６０１では、観察者が歩行中
であれば、概略図３の（ａ）に示すような比較的規則的
で数Ｈｚ程度の信号が出力され、座っていたり、電車等
の乗り物に乗車中は概ね、図３の（ｂ）のように振幅が
少なく、規則的でない信号が出力される。マイコン６０
５には図４に示すようなプログラムが組まれている。図
４のフローチャートの流れを説明する。＃１００にてＡ
／Ｄ変換された角速度センサの信号を読み込む。次に＃
１０１にて読み込んだ基準値をクロス（以後ゼロクロ
ス）したか否か判定し、ゼロクロスしなければ＃１００
に戻り、ゼロクロスすれば＃１０２に進む。＃１０２で
は前回のゼロクロスと今回のゼロクロスの間に所定レベ
ル以上の振幅があったか否か判定する。ゼロクロスが初
めての場合は本フローチャートに記載されていないが、
＃１０２の処理は行わず、ゼロクロスを記憶するだけに
とどめる。

【００２３】＃１０２にてゼロクロスの間に所定レベル
以上の振幅があれば、＃１０３にてｏｎ判定用カウンタ
をリセットし、＃１０４にて前回と今回のゼロクロス間
の時間より、角速度センサが検知する揺れの周波数を算
出する。ここで、ゼロクロス間の時間は、所定時間を要
する処理は何サイクル終了したとき次のゼロクロスが発
生したかを検知する等により求めることが可能である。

【００２４】次に＃１０５にて算出された周波数がある
所定のｆ１Ｈｚ以上、ｆ２Ｈｚ以下か判定する。これ
は、人間の歩行周波数が比較的ある範囲の周波数内にあ
ることから、歩行による揺れか、他の要因による揺れか
を識別するものである。

【００２５】＃１０５にて揺れがｆ１Ｈｚ以上、ｆ２Ｈ
ｚ以下であると判定されたなら、＃１０６にてこの判定
がｎ回連続して発生したか否かを判定し、ｎ回連続した
と判定されたなら使用者が歩行を始めたと判断し、＃１
０７にてシースルー可能なヘッドマウントディスプレイ
の表示素子の表示をｏｆｆする。

【００２６】＃１０６にてｎ回連続に達していなけれ
ば、＃１０８にてｏｆｆ判定カウンタを１ｕｐする。

【００２７】＃１０５にて算出された揺れが所定の周波
数外と判定されたなら、＃１０９にてｏｆｆ判定用カウ
ンタをリセットする。

【００２８】また、＃１０２にて前回と今回の間に所定
レベル以上の振幅があったか否かの判定により、所定レ
ベル以上の振幅がないと判定されると、＃１１０にてｏ
ｆｆ判定用カウンタをリセットする。

【００２９】次に、表示素子の表示がｏｆｆ中であるか
否か判定し、ｏｆｆ中でなければ＃１００に戻り、ｏｆ
ｆ中であれば＃１１２にて前回と今回のゼロクロスより
揺れの周波数を算出する。

【００３０】次に、＃１１３にて算出された周波数がｆ
１Ｈｚ以下か判定し、ｆ１Ｈｚ以下でなければ使用者は
歩行或いは走るなどの状況にあり、静止あるいは座って
いないと判断し、表示はｏｆｆのまま＃１００に戻り、
ｆ１Ｈｚ以下と判定されたなら、＃１１４にて本判定が
ｍ回連続したか否か判定し、ｍ回に達していなければ＃
１１６にてｏｎ判定用カウンタを１ｕｐし＃１００に戻
る。

【００３１】＃１１４にてｍ回連続したと判定されたな
ら、使用者が静止、或いは座ったと判定し、表示素子の
表示をｏｎする。

【００３２】本実施形態では、表示のｏｎ状態からｏｆ
ｆ、ｏｆｆ状態からｏｎ状態へ切り換える際、歩行中か
否かの判定として所定回同じ判定が継続したとき切り換
えを行うとしたが、本発明はこの限りではなくｐ回の判
定の内、ｑ回以上条件を満たしたとき切り換えを行うよ
う処理してもよい。

【００３３】本実施形態では、表示ｏｎからｏｆｆ、ｏ
ｆｆからｏｎの両方の切り換えを行っているが、表示ｏ
ｎからｏｆｆだけ切り換えるようにしてもよいし、両方
の切り換え可能か、ｏｎからｏｆｆだけ切り換えるか選
択可能なよう構成してもよい。

【００３４】また、ｏｎからｏｆｆだけ切り換え可能と
するなら、図５のように電源１１からの電源供給を停止
するためのスイッチ１０をマイコン６０５が切るよう構
成してもよい。

【００３５】本実施形態では、歩行検知手段の出力に応
じて表示をｏｎ、ｏｆｆしているが歩行中と判定したと
き表示をｏｆｆするのではなく、表示素子の明るさ調整
を暗くするよう構成してもよい。

【００３６】本実施形態は、双眼タイプのヘッドマウン
ト型ディスプレイでは、歩行検知手段の出力に応じて双
眼の表示とも制御してもよいし、片眼だけ制御してもよ
い。本実施形態によれば、歩行中に不要な表示画面を自
動的に消し、歩行が停止すると自動的に表示をつけるた
め、使用者が表示スイッチ、若しくは電源スイッチをい
ちいち操作する必要がなくなる効果がある。

【００３７】（第２の実施形態）図６に第２の実施形態
を示す。本実施形態は、使用者が歩行中か否かを判定
し、歩行中は表示素子のバックライトの点灯輝度を低く
し、表示素子の表示を薄くすることにより、シースルー
画像がよく見えるようにし、歩行が停止したと判断され
たときはバックライトの点灯輝度を高くし表示素子を通
常のオーバーラップ表示に戻すものである。

【００３８】図６の動作を説明する。ＴＶチューナー
（或いは映像再生器）４からの画像信号が表示駆動器３
に送られる。表示駆動器３により画像が表示素子２に表
示される。表示素子の表示画像は、バックライト点灯回
路９により点灯されるバックライト８から照射された光
が表示素子２を透過することにより、観察者の瞳５に導
かれる。光学系１は第１の実施形態での説明と同様の構
成となっており、シースルー画像と表示画像がオーバー
ラップ表示される。

【００３９】歩行検知手段６の動作は第１の実施形態の
動作と同じであるため、説明を省略する。

【００４０】マイコン６０５には図４の歩行検知判定と
同等のプログラムが組まれている。異なる点は、表示ｏ
ｎ状態で歩行中と判定されたときは、マイコンはバック
ライト点灯回路９を制御し、点灯輝度を低くする。ま
た、点灯輝度を低くした状態で歩行を停止したと判定さ
れたときは点灯輝度をもとに戻すよう制御する。

【００４１】本実施形態は、双眼タイプのヘッドマウン
ト型ディスプレイでは、歩行検知手段の出力に応じて双
眼のバックライトを両方とも制御してもよいし、片眼の
バックライトだけを制御してもよい。

【００４２】本実施形態によれば、歩行中に不要な表示
画像が自動的に暗くなるようバックライトを制御し、歩
行が停止すると自動的に表示画像が明るくなるようバッ
クライトを制御するため、使用者が表示スイッチ、若し
くは電源スイッチをいちいち操作する必要がなくなる効
果がある。

【００４３】また、表示画像がかすかに表示されている
ため表示画像をある程度見ながら歩行できることが可能
である。

【００４４】（第３の実施形態）図７に本発明の第３の
実施形態を示す。本実施形態は、歩行検知センサとして
角速度センサを用いるもので、角速度センサの検出軸と
身体の検出軸を概ね所定の関係になるよう配置するもの
である。

【００４５】図７において、角速度センサの検出軸は概
ね、装着される身体の頭−足を結ぶ身体軸と垂直の関係
になるよう配置するものである。本配置によれば、図８
の（ａ）に示すように身体の左右方向の動きに対し、図
８の（ｃ）のように検出信号が出力されないため歩行以
外の体の動きを検出せず、歩行検知をより正確に行え
る。

【００４６】角速度センサの検出軸を図８の（ｂ）のよ
うに身体軸と概ね平行とすると、左右方向の動きに対し
て図８の（ｄ）のように検知信号を出力するため、歩行
していないときの身体の動きを歩行と誤判定する可能性
がある。

【００４７】また、歩行検知手段６を腰部に装着するこ
とにより、頭部等に装着した場合に比較し、歩行状態以
外での揺れが少なく歩行検知がより正確に行える。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本出願に係る第１
の発明によれば、シースルー可能な例えばヘッドマウン
ト型ディスプレイ等の光学装置において、歩行検知手段
の出力に応じて表示を制御することにより、使用者が静
止あるいは座って表示素子の画像とシースルー画像のオ
ーバーラップ画像を観察状態から歩行し、また歩行状態
から静止あるいは座った際に、表示画面をｏｎ，ｏｆｆ
したり、電源のｏｎ，ｏｆｆをしなくともよく、いちい
ちスイッチを操作する煩わしさがなくなる効果がある。

【００４９】本出願に係る第２の発明によれば、シース
ルー可能な例えばヘッドマウント型ディスプレイ等の光
学装置において、歩行検知手段の出力に応じて表示を制
御することにより、使用者が静止あるいは座って表示画
像とシースルー画像とのオーバーラップ画像を観察状態
から歩行する際に、表示画面をオフしなくともよく、ス
イッチを操作する煩わしさがなくなる効果がある。

【００５０】本出願に係る第３の発明によれば、シース
ルー可能な例えばヘッドマウント型ディスプレイにおい
て、歩行検知手段の出力に応じてバックライトの輝度を
制御し、表示の輝度制御することにより、使用者が静止
あるいは座って表示素子の画像とシースルー画像のオー
バーラップ画像を観察状態から歩行し、また歩行状態か
ら静止あるいは座った際に、表示画面をオン、オフした
り、電源のオン、オフをしなくともよく、スイッチを操
作する煩わしさがなくなる効果がある。

【００５１】本出願に係る第４の発明によれば、歩行検
知手段を腰部等の身体の下半身部に装着するため、歩行
の検出が比較的正確に行える効果がある。

【００５２】本出願に係る第５の発明によれば、歩行検
知手段として角速度センサを用いることにより、小型軽
量化が可能となる効果がある。

【００５３】本出願に係る第６の発明によれば、角速度
センサの検知軸を身体軸と概ね垂直となるよう配置する
ことにより、歩行以外の身体の揺れを検知しにくくな
り、より歩行検知を正確に行えるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態のブロック図。

【図２】（ａ）は第１実施形態の光学系を示す概略図、
（ｂ）は表示画面を示す概略図。

【図３】第１の実施形態における歩行検知手段の検知信
号の波形図を示し、（ａ）は歩行時、（ｂ）は非歩行時
を示す。

【図４】第１の実施形態の動作を示すフローチャート。

【図５】第１の実施形態の変形例を示すブロック図。

【図６】第２の実施形態を示すブロック図。

【図７】第３の実施形態を示す概略図。

【図８】第３の実施形態における角速度検出軸と検出信
号の波形図を示す。

【符号の説明】

１…光学手段 ２…表示素子 ３…表示駆動回路 ４…ＴＶチューナー ５…観察者の瞳 ６…歩行検知手段 ６０１…角速度センサ ６０２…ハイパスフ
ィルタ ６０３…増幅器 ６０４…Ａ／Ｄ変換
器 ６０５…マイクロコンピュータ ７…頭部装着手段 ８…バックライト ９…バックライト点
灯回路 １０…電源スイッチ １１…電源

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表示駆動手段により駆動されて画像表示
   部に表示される画像と、光学系を介して観察される外界
   像とをオーバーラップ表示させる画像表示手段を有し、
   該画像表示部を使用者の眼前に配置して使用する光学装
   置において、 使用者が歩行中か否かを判断する歩行検知手段と、該歩
   行検知手段の出力に応じて該画像表示手段を制御する制
   御手段を有することを特徴とする光学装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、制御手段は歩行検知
   手段が歩行中と判定すると、画像表示手段の画像表示部
   の表示をオフすることを特徴とする光学装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、制御手段は歩行検知
   手段が歩行中と判定すると、画像表示手段の画像表示部
   を照明する照明手段の輝度を下げることを特徴とする光
   学装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３において、歩行検知
   手段は、使用者の頭部より下半身部位に装着するための
   装着手段を有することを特徴とする光学装置。
5. 【請求項５】 請求項１、２、３又は４において、歩行
   検知手段は角加速度センサを有することを特徴とする光
   学装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、角加速度センサは、
   使用者の歩行姿勢における身体の軸と略直交する方向に
   角速度検出軸を有するように装着手段に装着されている
   ことを特徴とする光学装置。