JPH11237581A - Head-mount display device - Google Patents

Head-mount display device

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JPH11237581A
JPH11237581A JP10055968A JP5596898A JPH11237581A JP H11237581 A JPH11237581 A JP H11237581A JP 10055968 A JP10055968 A JP 10055968A JP 5596898 A JP5596898 A JP 5596898A JP H11237581 A JPH11237581 A JP H11237581A
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JP
Japan
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image
eye
combiner
display device
light
Prior art date
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Application number
JP10055968A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoji Takahashi
洋史 高橋
Hiroshi Koyama
博史 小山
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a head-mount display device so as to generate a fatigue monitoring output. SOLUTION: When a display image is reflected by a combiner 14 and led into the eye, a light transmitted through the combiner 14 is detected by a photodetector 16, a light made incident upon the eye is detected by a photodetctor 17, a light from the eye part is led into a TV camera 18 by a combiner 15 to obain a picture signal picking up an image of the eye part, and these photodetection signals and the picture signal are outputted. The diameter of a pupil is calculated from the picture signal by an external device and the luminance of the display picture and that of incident light on the eye which can be detected from the photodetection signals are used, so that observer's fatigue can be found out independently of a change in brightness around the display picture.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、ヘッドマウント
ディスプレイ装置(HMD)に関し、とくに疲労監視付
きHMDに関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a head mounted display (HMD), and more particularly to an HMD with fatigue monitoring.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、HMDやプロジェクターなどのデ
ィスプレイ機器、TV電話を使った遠隔地会議や遠隔地
から機器を操作するテレイグジスタンスなどのシステム
を用いることにより、バーチャルリアリティ環境におい
て、仮想空間を享受することができる。なかでもHMD
は観察者の頭部に装着することにより手軽に仮想空間に
没頭できるディスプレイ機器である。
2. Description of the Related Art At present, a virtual space is created in a virtual reality environment by using a system such as a display device such as an HMD or a projector, a teleconference using a TV phone, and a teleexistence operating a device from a remote place. You can enjoy. Especially HMD
Is a display device that can be easily immersed in a virtual space when worn on the observer's head.

【0003】ところで、仮想空間の映像、とくに三次元
映像を長時間見ていると、使用者が三次元酔いなどの不
快感や疲労感を訴えるケースがこれまでに数多く起こっ
ている。このような背景から、バーチャルリアリティで
使用されるディスプレイ機器の身体的・生理的疲労に対
する研究がこれまでに種々に行なわれている。その一手
法として瞳孔径を測定する方法があり、瞳孔径の大きさ
を解析することにより観察者の疲労の状態を把握しよう
というのである。
[0003] By the way, when a user views an image in a virtual space, particularly a three-dimensional image for a long time, there have been many cases in which a user complains of discomfort or fatigue such as three-dimensional sickness. Against this background, various studies have been conducted on the physical and physiological fatigue of display devices used in virtual reality. As one of the methods, there is a method of measuring the pupil diameter, and the state of the fatigue of the observer is grasped by analyzing the size of the pupil diameter.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、HMD
に上記の瞳孔径による疲労監視法を適用する場合、必ず
しも疲労の状態を把握することができないという問題が
ある。すなわち、瞳孔径は瞳孔に入る光の輝度(明る
さ)によっても大きさが変わるものであり、映像が変化
してしまえば瞳孔径から疲労度を推定することはできな
いことになる。そこで、一定環境下で同じ映像を見続け
た場合の瞳孔径の時間的変化からしか疲労度を解析でき
ないこととなって、実用性に欠ける。
SUMMARY OF THE INVENTION However, HMD
When the above-described fatigue monitoring method based on the pupil diameter is applied to the above, there is a problem that the state of fatigue cannot always be grasped. That is, the size of the pupil diameter changes depending on the luminance (brightness) of light entering the pupil, and if the image changes, the degree of fatigue cannot be estimated from the pupil diameter. Therefore, the degree of fatigue can be analyzed only from the temporal change of the pupil diameter when the same image is continuously viewed under a constant environment, which is not practical.

【0005】この発明は、上記に鑑み、表示する映像の
明るさが変化しても疲労度をとらえることができるよう
にした、HMDを提供することを目的とする。
[0005] In view of the above, it is an object of the present invention to provide an HMD in which the degree of fatigue can be detected even when the brightness of a displayed image changes.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明によるHMDにおいては、画像表示装置
と、該画像表示装置で表示された画像を眼にまで導く光
学系と、該表示された画像の輝度を検出する画像輝度検
出器と、眼に入射する光を検出する入射光検出器と、瞳
孔の画像を撮像する瞳孔画像撮像器とが備えられること
が特徴となっている。
In order to achieve the above object, in an HMD according to the present invention, there is provided an image display device, an optical system for guiding an image displayed on the image display device to the eyes, and the display device. It is characterized in that it is provided with an image brightness detector that detects the brightness of the image, an incident light detector that detects light incident on the eye, and a pupil image imager that captures an image of the pupil.

【0007】表示された画像の輝度が検出され、かつ眼
に入射する光が検出され、これらの検出信号が出力され
るとともに、瞳孔画像を撮像した映像信号が出力され
る。そこで、疲労のない状態と疲労した状態での画像輝
度データ、入射光データ、および瞳孔径データをあらか
じめ収集しておけば、上記の2種類の検出信号と映像信
号とをコンピュータ等に取り込むことによって、映像信
号から瞳孔径を算出し、これと上記の2種類の検出信号
から得た画像輝度データ、入射光データとをあらかじめ
求めておいた上記のデータと比較することにより、観察
者がどの程度に疲労しているかを求めることができる。
[0007] The luminance of the displayed image is detected, and the light incident on the eye is detected. These detection signals are output, and a video signal of a pupil image is output. Therefore, if image brightness data, incident light data, and pupil diameter data in a state without fatigue and in a fatigued state are collected in advance, the above two types of detection signals and video signals can be taken into a computer or the like. By calculating the pupil diameter from the video signal, and comparing the pupil diameter with the image luminance data and the incident light data obtained from the above two types of detection signals with the above-mentioned data obtained in advance, the degree to which the observer You can ask if you are tired.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態に
ついて図面を参照しながら詳細に説明する。図1に示し
たHMDはシースルー型で、表示画像とともに外部の景
色をも観察することができるように構成されている。レ
ンズ系等により導かれてきたCRT(あるいはLCD等
の表示装置)からの表示画像が、コンバイナ(ハーフミ
ラー)14で反射させられて観察者の眼に導かれ、さら
に、外部からの光もコンバイナ14を通過して観察者の
眼に導かれる。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The HMD shown in FIG. 1 is of a see-through type, and is configured so that an external scenery can be observed together with a display image. A display image from a CRT (or a display device such as an LCD) guided by a lens system or the like is reflected by a combiner (half mirror) 14 and guided to an observer's eyes. It passes through 14 and is guided to the observer's eye.

【0009】コンバイナ14と眼との間に第2のコンバ
イナ(ハーフミラー)15が配置されており、観察者の
眼の部分の画像が、このコンバイナ15で反射させられ
てTVカメラ18に導かれ、この眼の部分の画像の撮像
がなされてその映像信号が出力される。2つの光検出器
16、17が内蔵されるが、光検出器16にはコンバイ
ナ14を通過した表示画像が導かれるようにされてお
り、また光検出器17には眼に入射する光が入るように
されている。そのため、光検出器16は表示画像の輝度
を検出し、光検出器17は実際に眼に入射する、外部か
らの光と表示画像の光とを合わせた輝度を検出すること
になる。
A second combiner (half mirror) 15 is disposed between the combiner 14 and the eyes, and an image of the observer's eye is reflected by the combiner 15 and guided to the TV camera 18. Then, an image of the eye portion is captured, and the video signal is output. Although two photodetectors 16 and 17 are built in, a display image passed through the combiner 14 is guided to the photodetector 16, and light incident on the eye enters the photodetector 17. It has been like that. Therefore, the photodetector 16 detects the luminance of the display image, and the photodetector 17 detects the luminance of the light of the display image combined with the external light that actually enters the eye.

【0010】図2は信号系統のブロック図で、この図に
示すように、HMD10に内蔵された2つの光検出器1
6、17の検出信号と、TVカメラ18からの映像信号
がコンピュータ20の演算制御部21に入力されるよう
になっている。ここではコンピュータ20の画像出力部
22から出力された画像データがHMD10の画像イン
ターフェイス11に送られて適切な変換が施されてCR
T(陰極線管装置)12に送られ、画像が表示される。
この表示画像はレンズ系13、2つのコンバイナ14、
15を経て観察者の眼に導かれる(図1を参照)。
FIG. 2 is a block diagram of a signal system. As shown in FIG. 2, two photodetectors 1 built in the HMD 10 are provided.
The detection signals 6 and 17 and the video signal from the TV camera 18 are input to the arithmetic and control unit 21 of the computer 20. Here, the image data output from the image output unit 22 of the computer 20 is sent to the image interface 11 of the HMD 10 and subjected to an appropriate conversion to perform CR conversion.
The image is sent to a T (cathode ray tube device) 12 to display an image.
This displayed image is a lens system 13, two combiners 14,
It is led to the observer's eye via 15 (see FIG. 1).

【0011】HMD10はこのように画像インターフェ
イス11、CRT12、レンズ系13、コンバイナ1
4、15、光検出器16、17、TVカメラ18よりな
り、これらが適当なケース内に収められてベルトなどに
より観察者の頭部に装着されるようになっている。
The HMD 10 has an image interface 11, a CRT 12, a lens system 13, and a combiner 1 as described above.
4, 15; photodetectors 16, 17; and a TV camera 18. These are housed in an appropriate case and mounted on the head of the observer by a belt or the like.

【0012】コンピュータ20の演算制御部21に光検
出器16、17の検出信号と、TVカメラ18からの映
像信号が入力されると、表示画像の明るさおよび眼に入
射する光の明るさが求められるとともに、眼の画像から
瞳孔径が算出される。そこで、疲労していないとき、お
よび疲労しているとき、表示画像輝度データ、眼への入
射光輝度データ、瞳孔径データをあらかじめ測定して、
このコンピュータ20に入力してこれらのデータを保持
させておけば、これらのデータを参照することにより、
現在の観察者が疲労しているかどうかを推定することが
可能となる。そして、その疲労の度合いによって画像出
力部22を制御して画像データの出力を停止したり、あ
るいは警告を発生させたりすることができる。
When the detection signals of the photodetectors 16 and 17 and the video signal from the TV camera 18 are input to the arithmetic and control unit 21 of the computer 20, the brightness of the display image and the brightness of the light incident on the eyes are reduced. The pupil diameter is calculated from the image of the eye. Therefore, when not tired, and when tired, display image luminance data, incident light luminance data to the eye, pupil diameter data are measured in advance,
If these data are held by inputting to the computer 20, by referring to these data,
It is possible to estimate whether the current observer is tired. The output of the image data can be stopped by controlling the image output unit 22 depending on the degree of the fatigue, or a warning can be generated.

【0013】図3は他の実施形態を示すもので、ここで
はHMDは、1枚のコンバイナ14を備える、シースル
ー型ではない構成となっている。画像表示装置によって
表示された画像がレンズ系等を経てコンバイナ14に導
かれて反射させられて観察者の眼に導かれる。このコン
バイナ14を透過した表示画像の光が光検出器16で検
出される。また、眼の部分からの光をコンバイナ14を
透過させてTVカメラ18に導いて眼の画像を撮像する
ようにしている。光検出器17は眼の近傍の光をとらえ
るよう配置されており、眼に入射する光の明るさに対応
した出力を得る。
FIG. 3 shows another embodiment. In this embodiment, the HMD has a single combiner 14 and is not a see-through type. The image displayed by the image display device is guided to the combiner 14 via a lens system and the like, is reflected, and is guided to the eyes of the observer. The light of the display image transmitted through the combiner 14 is detected by the photodetector 16. Further, light from the eye portion is transmitted through the combiner 14 and guided to the TV camera 18 to capture an image of the eye. The photodetector 17 is disposed so as to capture light near the eye, and obtains an output corresponding to the brightness of light incident on the eye.

【0014】図4はこの実施形態についての信号系統を
示すブロック図であり、ここではコンピュータ20とは
別の独立した画像出力器30から画像データをHMD1
0に送るよう構成している。この画像データは画像イン
ターフェイス11によって適切な信号に変換されて画像
表示装置であるLCD(液晶表示装置)19に送られ
る。このLCD19で表示された画像がレンズ系13お
よびコンバイナ14を経て眼に導かれる。光検出器1
6、17の検出信号と、TVカメラ18からの映像信号
がコンピュータ20の演算制御部21に入力され、疲労
度を解析するための演算を行ない、それに応じて種々の
制御を行なう点は上記と同じである。
FIG. 4 is a block diagram showing a signal system according to this embodiment. Here, image data from an image output unit 30 independent of the computer 20 is transmitted to the HMD 1.
0 is sent. The image data is converted into an appropriate signal by the image interface 11 and sent to an LCD (liquid crystal display) 19 which is an image display device. The image displayed on the LCD 19 is guided to the eye via the lens system 13 and the combiner 14. Photodetector 1
The detection signals of 6 and 17 and the video signal from the TV camera 18 are input to the arithmetic and control unit 21 of the computer 20, perform calculations for analyzing the degree of fatigue, and perform various controls accordingly. Is the same.

【0015】なお、上記の説明はこの発明の一つの実施
形態に関するものであって、この発明が上記の記述に限
定される趣旨でないことはもちろんである。そのため具
体的な構成などは種々に変更可能である。たとえばTV
カメラ18は一定時間間隔で瞳孔部分の画像を撮像する
ものであればよいので、CCDによる静止画カメラなど
を用いることも可能である。
The above description relates to one embodiment of the present invention, and it goes without saying that the present invention is not intended to be limited to the above description. Therefore, the specific configuration and the like can be variously changed. For example, TV
Since the camera 18 only needs to capture an image of the pupil portion at regular time intervals, a still image camera using a CCD or the like can be used.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上説明したように、この発明のHMD
によれば、表示された画像の輝度と眼に入射する光とを
検出してこれらの検出信号を出力するとともに、瞳孔画
像を撮像した映像信号を出力するので、これらをコンピ
ュータなどに取り込んで解析することにより、画像の明
るさや周囲の明るさなどが変化するような場合でも、仮
想空間の画像による疲労の状態を求めることができる。
その結果、疲労度に応じて表示を中断したりあるいは警
告を発したりすることができ、HMDによる三次元酔い
などの疲労に対して有効な対策をとることができる。こ
れにより、誰もが安全に仮想空間を体験することが可能
となる。
As described above, the HMD of the present invention is
According to the method, the luminance of the displayed image and the light incident on the eye are detected and the detection signals are output, and the video signal obtained by capturing the pupil image is output. By doing so, even when the brightness of the image, the brightness of the surroundings, and the like change, the state of fatigue due to the image in the virtual space can be obtained.
As a result, display can be interrupted or a warning can be issued according to the degree of fatigue, and effective measures can be taken against fatigue such as three-dimensional sickness due to the HMD. This allows anyone to safely experience the virtual space.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施の形態を示す模式図。FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the present invention.

【図2】この実施形態の信号系統を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a signal system of the embodiment.

【図3】他の実施の形態を示す模式図。FIG. 3 is a schematic view showing another embodiment.

【図4】他の実施の形態の信号系統を示すブロック図。FIG. 4 is a block diagram showing a signal system according to another embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 HMD 11 画像インターフェイス 12 CRT 13 レンズ系 14、15 コンバイナ 16、17 光検出器 18 TVカメラ 19 LCD 20 コンピュータ 21 演算制御部 22 画像出力部 30 画像出力器 Reference Signs List 10 HMD 11 Image interface 12 CRT 13 Lens system 14, 15 Combiner 16, 17 Photodetector 18 TV camera 19 LCD 20 Computer 21 Operation control unit 22 Image output unit 30 Image output unit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 画像表示装置と、該画像表示装置で表示
された画像を眼にまで導く光学系と、該表示された画像
の輝度を検出する画像輝度検出器と、眼に入射する光を
検出する入射光検出器と、瞳孔の画像を撮像する瞳孔画
像撮像器とを備えることを特徴とするヘッドマウントデ
ィスプレイ装置。
An image display device, an optical system for guiding an image displayed on the image display device to an eye, an image brightness detector for detecting the brightness of the displayed image, and a device for detecting light incident on the eye. A head mounted display device comprising: an incident light detector for detecting; and a pupil image pickup device for picking up an image of a pupil.
JP10055968A 1998-02-20 1998-02-20 Head-mount display device Pending JPH11237581A (en)

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