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JP3159538B2 - Head-mounted display device - Google Patents

Head-mounted display device

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Publication number
JP3159538B2
JP3159538B2 JP22401292A JP22401292A JP3159538B2 JP 3159538 B2 JP3159538 B2 JP 3159538B2 JP 22401292 A JP22401292 A JP 22401292A JP 22401292 A JP22401292 A JP 22401292A JP 3159538 B2 JP3159538 B2 JP 3159538B2
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JP
Japan
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image
head
display device
liquid crystal
electronic
Prior art date
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JP22401292A
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Japanese (ja)
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工 毛利
有紀 徳橋
俊朗 岡村
誠一郎 田端
修 小沼
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optic Co Ltd
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Publication date
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  • Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)

Description

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

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a head mounted display capable of observing an image while being mounted on the head.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art As a conventional example of a head mounted display device capable of observing an image while being mounted on the head, Japanese Patent Laid-Open No. 4-2 is known.
No. 3,582. It has the following configuration. An image display device that includes a light source and a liquid crystal panel illuminated by the light source inside the device main body, and the device main body is mounted on a human head so that an image of the liquid crystal panel is projected on an eyeball. Attach the means, and when flipping up this attaching means, the image of the liquid crystal panel, or
It is configured to cut off at least one of the sounds.

【0003】[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。
SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 4-2
In Japanese Patent No. 3582, when the head-mounted display device is worn, both eyes are covered, so that the environment around the user cannot be perceived as it is. In particular, since it is not possible to perceive the key input operation at hand and the environment of the foot when moving, it is necessary to jump up and see the display unit by hand.

【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。
The head-mounted display device of the present invention has been made in view of such a problem, and an object of the invention is to provide a head-mounted display device which is mounted on a desk. A head mounted unit that allows you to easily switch from an electronic image to an external image when performing operations at hand, or when you want to see the environment at hand, or when you want to see your feet while standing upright. It is an object of the present invention to provide a portable display device.

【0005】[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。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a two-dimensional display device and a two-dimensional display device provided inside a body exterior having a shape that can be mounted and held on a head. An optical system that projects an electronic image onto the retina of an eyeball, and a head-mounted display device having an electronic shutter that switches between the electronic image and the external image, a detector that detects at least a forward inclination of the movement of the head, Control means for switching the electronic shutter between an electronic image and an external image according to the output of the detector is further provided.

【0006】[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。
That is, in the head-mounted display device of the present invention, at least the forward inclination of the movement of the head is detected, and the electronic shutter is switched to either an electronic image or an external image according to the detection result.

【0007】[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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the head mounted display device of the present embodiment detects an action of the wearer trying to view the external image of his or her hand or feet, and interlocks the movement of the electronic image and the external image with the movement. Control switching. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is an external view of the head-mounted display device according to the first embodiment.

【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。
The exterior of the display device 1 is designed to be mounted on the head, and the display device 1 and a control device (not shown) include a video signal cable 5, an audio signal cable 6, and an electronic shutter control signal. Cable 7
And the sensor signal cable 8.

【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。
The sensor signal cable 8 is for outputting a signal from the tilt sensor 4 arranged inside the display device to detect the tilt of the head of the wearer wearing the display device 1.

【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。
The tilt sensor 4 uses two piezoelectric acceleration pickups arranged to detect vectors in the Y-axis direction (front-back direction of the wearer) and the Z-axis direction (vertical direction of the wearer's head). It is possible to detect the forward inclination of the wearer's head based on the outputs of these two pickups.

【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。
A transparent or translucent cover 3 is provided on the front of the display device, and an electronic shutter (13 in FIG. 3) for switching between an electronic image and an external image is disposed behind the cover. FIG. 3 shows an optical system in the present embodiment. FIG. 3A is a schematic diagram viewed from the top, and FIG. 3B is a diagram viewed from the side. In FIG. 3, the display device 1 is mounted on the head, is in close contact with the face 15, and the optical system is arranged in pairs for the right eye and the left eye.

【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。
A liquid crystal lighting device 9 is disposed inside the side surface of the display device 1, and a liquid crystal plate 10 is disposed immediately in front of the liquid crystal lighting device 9. Further, lenses 11a, 11b and 11c for aberration correction are arranged in front of the liquid crystal plate 10. Eyeball 16
A concave half mirror 12 and an electronic shutter 13 of a liquid crystal plate type are arranged at the front position of.

【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。
The liquid crystal panel 10 is driven by the video signal, and an image is displayed on the liquid crystal panel 10. Further, the liquid crystal plate 10
Is irradiated with white light from the lighting device 9 and transmitted therethrough. The transmitted light passes through the lenses 11a, 11b, and 11c, is reflected by the concave half mirror 12, and enters the eyeball 16. Light rays 14 that represent part of the optical path are shown in the figure. Further, the lighting device 9 is stopped, the illumination light is turned off, and the electronic shutter 13 is turned off.
Is transmitted, the external image passes through the transparent or translucent cover 3, passes through the electronic shutter 13, and transmits the eyeball 1.
6 is incident. FIG. 1 is a circuit diagram and a conceptual diagram of a control state of a head mounted display device according to a first embodiment. The operation of the head-mounted display device according to the present embodiment will be described below.

【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。
A video signal is transmitted and input to the video input signal processing unit 17 through a video signal cable. When an electronic image is observed, that is, when the electronic image / external image switching unit 19 is on the electronic image side by the output of the head tilt detection circuit 18 (corresponding to 4 in FIG. 2), the video signal control is performed. Circuit 21
The video signal is converted into a liquid crystal drive signal, and the liquid crystal plates 26a and 26b (corresponding to 10 in FIG. 3) are driven via the liquid crystal drive circuits 24a and 24b to display a two-dimensional image on the liquid crystal plates 26a and 26b. .

【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。
The images on the liquid crystal plates 26a and 26b are:
A lighting device 25a driven by the lighting power supply 20,
It is irradiated with white light from 25b (corresponding to 9 in FIG. 3) to form a transmitted image. This transmitted image is transmitted through lenses 11a, 11b, 11c.
The light is reflected by the concave half mirror 12 via (FIG. 3A) and projected onto the eyeball retina 16. At this time, the electronic shutter 13 is in the on state, and shields light from the outside, so that the concave half mirror 12 reflects only light from the liquid crystal side. Light rays indicating a part of the optical path of the transmitted light are shown at 14 in FIG. Thus, the image of the liquid crystal plate is projected on the eyeball.

【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。
Next, when the display device 1 is mounted with the head turned downward, a head tilt detection circuit 18 incorporated in the device main body detects a forward tilt, and outputs a predetermined tilt or more. , The electronic image / external world image switching unit 1
9 outputs a control signal for the external image.

【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。
The control signal causes the video signal control circuit 21
Stops sending video signals to the liquid crystal drive circuits 24a and 24b, and also stops the illumination power supply 20, so that illumination light and images from the liquid crystal plates 26a and 26b do not enter the eyeball.

【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。
At the same time, the electronic shutter drive circuit 23 is turned off by a control signal from the electronic image / external world image switching unit 19, and the external image enters the electronic shutter 13. The external image enters the eyeball 16 through the electronic shutter 13 and the concave half mirror 12. Therefore, regardless of the electronic video signal, an external image can be viewed without being disturbed.

【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。
FIG. 4 shows a switching operation when the wearer of the head-mounted display device performs an operation at hand using the electronic image of the virtual display device and the keyboard on the desk of the external world image without using hands. This shows how the movement can be performed by the movement of the head (tilt α).

【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。
As described above, according to this embodiment, when the wearer of the head-mounted display device performs an operation at hand on a desk, wants to see the environment at hand, or stands up When you want to see your feet,
Switching from an electronic image to the outside world image can be easily performed only by moving the head (tilting) without using hands. Gyro, FOG, etc.
(Fiber type gyro) can also be used. As the electronic shutter 13, a PLZT shutter or the like can be used in addition to the liquid crystal shutter.

【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。
This apparatus has an auto / not shown
There is a manual switching button. When you want to immerse yourself in the electronic image or always want to see the external image, you can stop the automatic switching function by the operation and keep the current state (electronic image / external image). is there.

【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。
As described above, the head mounted display device of the present embodiment is provided with the tilt sensor for determining whether to switch between the external image and the electronic image, and drives the two-dimensional display device in accordance with the signal of the tilt sensor. A control device for turning on / off the circuit and also turning on / off an electronic shutter for intercepting / transmitting external light in conjunction therewith is added.

【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。
That is, when observing an electronic image, by turning on the drive circuit and turning on the electronic shutter,
A good electronic image can be seen without being affected by disturbance light. When the external image is observed, the driving circuit is turned off and the electronic shutter is turned off, so that only the external image can be observed through the electronic shutter without being disturbed by the electronic image. Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5, 6, and 7. FIG.

【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。
The basic configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment. Although the concave half mirror 12 is used in the first embodiment, FIG.
A concave mirror 27 is used as shown in FIG. Also, the electronic shutter 13 for transmitting the external image is located below the concave mirror 27 and is arranged so that the line of sight is directed downward. The transparent or translucent cover is also located in front of the electronic shutter. A line-of-sight detection sensor is disposed between the concave mirror 27 and the electronic shutter 13. FIG. 6A shows an operation principle diagram of such a visual line detection sensor.

【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。
This method utilizes the point that the iris (black eye portion) has a lower reflectance than the sclera (white eye portion) and the boundary between them is relatively easy to detect. 28 illuminates both the horizontal sides of the iris (the boundary between iris and sclera) on a spot or a strip. The reflected light is received by the two light receiving elements 29, and the horizontal eye movement amount (rotation angle) is detected from the difference signal.

【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。
That is, as shown in FIG. 6B, the left-right direction (horizontal direction) of the line of sight is determined from the area difference between the white eyes on both sides of the black eye. Also, as shown in FIG. 6C, two light receiving elements 29
The vertical eye movement amount is detected by the sum signal of. In this case, it means that the vertical direction is determined from the area of the white eye between the black eye and the lower eyelid. In addition, an infrared light emitting diode is used as the light emitting element 28 and an infrared photodiode is used as the light receiving element 29, so that uncomfortable feeling to human eyes is eliminated.

【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。
FIG. 9 shows a circuit block diagram and a conceptual diagram of a control state of the head mounted display device in the second embodiment. The configuration and operation are almost the same as in the first embodiment,
The operation of the different parts is described below.

【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。
When an electronic image is being observed, that is, when the output of the eye-gaze detecting circuit 31 is on the electronic image side, a two-dimensional image is displayed on the liquid crystal plates 26a and 26b. At this time, regardless of whether the electronic shutter 13 is on or off, the electronic image is reflected by the concave mirror 27 (FIG. 5) and projected on the eyeball retina. However, at this time, since the electronic shutter 13 is on, the image is not difficult to see due to external light.

【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。
Next, when the wearer turns his / her gaze downward, a gaze detection circuit 31 incorporated in the main body of the apparatus detects a downward gaze of the eyeball. The image switching unit 19 outputs a control signal for the external image. Since the video signal control circuit 21 is stopped by this control signal, the video does not enter the eyeball.

【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。
At the same time, the electronic shutter 13 arranged in the line of sight is turned off, and an external image can be observed through the electronic shutter 13. However, in this embodiment, when an external image can be observed, the video signal control circuit 2
1 need not be stopped. FIGS. 7 and 8 show examples of using the method of detecting the eye gaze detection method using electro-oculography.

【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。
FIG. 8 shows a principle diagram of the electro-oculography method (EOG method). This measurement method uses electrodes 30
a to 30d are arranged to detect the movement of the eyeball from the change in the electrode potential due to the movement of the eyeball.

【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。
When the head-mounted display device is worn as shown in FIG. 7, four electrodes 30a and 30b are arranged at the upper and lower positions of both eyes of the face, and a difference signal between the upper and lower electrode signals is obtained. Thus, the vertical position of the line of sight is determined.
As the line-of-sight detection method, there are a method using a Purkinje image and a method of performing image processing on iris, and a configuration using these methods is also possible.

【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。
As in the first embodiment, this apparatus has an auto / manual switch button (not shown). When the user wants to be immersed in an electronic image or always wants to see an external image, the automatic switch is performed. The function can be stopped and the current state (electronic image / external world image) can be held.

【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。
The effect of this embodiment is the same as that of the first embodiment. However, as for the operation, moving the line of sight is quicker than moving the head, and because the external image can be observed without stopping the electronic image, the switching operation can be performed even faster than in the first embodiment. The quality is further improved. Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described.

【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。
In this embodiment, the configuration of the head mounted display device 1 is almost the same as that of the first embodiment. FIG.
0 indicates a control circuit in this embodiment. The main differences are described below.

【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。
When the person wearing the head mounted display device 1 turns his head downward, a head tilt detection circuit 18 incorporated in the device main body detects the amount of forward tilt.
The video start signal generating circuit 32 outputs a video start signal so as to change the time width of the vertical synchronizing signal output from the video input signal processing circuit 17 according to the amount of tilt. The video start signal generation circuit 32 has a function of delaying the output timing of the video start signal as the head tilt detection circuit 18 tilts forward. The image start signal is output at a timing synchronized with the horizontal synchronization signal.

【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。
The video signal line control circuit 33 converts the video signal into a liquid crystal drive circuit 24a based on the video start signal.
Send to 24b. That is, in order to send the video signal at the time when the video start signal is generated to the liquid crystal drive circuits 24a and 24b, the generation of the image starts from the middle of the video signal, and the input image is displayed from the middle. In addition, there is no video signal in the portion of the insufficient line after the scanning end line, and thus there is no video signal on the lower side of the screen.

【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。
At the same time, the liquid crystal shutter control circuit 35
Move in synchronization with the video signal line control circuit 33, and after the generation of the video start signal, the liquid crystal shutters 34a, 34b in the horizontal line direction at the timing when the video signal is generated.
Is turned on, and conversely, the liquid crystal shutters 34a and 34b of the horizontal line signal at the timing when there is no video signal are turned off.

【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。
Therefore, there is no video signal and the liquid crystal shutter 34
At the timing when the liquid crystal shutters 34a and 34b are turned off, an external image enters the liquid crystal shutters 34a and 34b from below.
The liquid crystal shutters 34a and 34b at this time are liquid crystal plates having a shutter function such that strip-shaped transparent electrodes extending at least in the horizontal direction are arranged by the number of scanning lines, and the screen can be vertically divided at any place.

【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。
Therefore, the external image is formed by the liquid crystal shutters 34a and 34a.
The light enters the eyeball 16 through a lower part of the concave half mirror 12 and a lower part of the concave half mirror 4b. The portion that transmits the external world image changes according to the signal level of the head tilt detection circuit 18,
As the amount of tilt increases, it spreads upward from the bottom of the screen.

【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。
FIG. 11 shows how an electronic image looks with respect to such a tilt of the head. FIG. 12 shows the relationship between the liquid crystal screen and the liquid crystal shutter 34 at each inclination shown in FIG. FIGS. 11A and 12A show a virtual screen image when the head is in the vertical position, the liquid crystal screen at that time, and the liquid crystal shutter 3.
4 is shown. 11 (b) and 12 (b) to FIG.
1 (c) and FIG. 12 (c) show the state when the inclination of the head is increased.

【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。
The scanning start line number of the electronic video signal and the head inclination detecting circuit 18 are in a proportional relationship, and the start line number increases as the head inclination amount increases. Therefore, the electronic image is set to have a relationship as if the electronic image is fixed at a certain height above the floor surface, regardless of the inclination of the head.

【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。
On the other hand, the range in which the electronic image itself looks reversely becomes narrower. Gyro, FO as tilt detector
G (fiber gyro) and the like can also be used. The apparatus also has an auto / manual switch button (not shown). When the user wants to be immersed in the electronic image by operating the button or always wants to see an external image, the automatic switch function is stopped and the current state ( (An electronic image / external world image).

【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。
The effect of this embodiment is the same as that of the first embodiment. However, since the electronic image is fixed in a certain space when the head is moved, and because a part is always displayed, it is possible to easily recognize the screen position space, The switching between the observation of the external image and the external image can be made more natural. Further, a faster switching operation than in the first and second embodiments is not required, and a more natural operation can be performed.

【0045】[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。
As described in detail above, according to the present invention, when a person wearing a head-mounted display device wants to operate while viewing the external image at hand, the switching operation between the electronic image and the external image is performed one by one. And the operability with the device mounted is further improved.

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

【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。
FIG. 1 is a circuit diagram and a conceptual diagram of a control state of a head mounted display device according to a first embodiment.

【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。
FIG. 2 is an external view of a head-mounted display device according to the first embodiment.

【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。
FIG. 3 is a schematic top view and a schematic side view of a display device including an optical system according to the first embodiment.

【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。
FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which a wearer can perform a switching operation between an electronic image and an external image by moving his / her head without using a hand.

【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。
FIG. 5 is a schematic top view and a schematic side view of a display device including an optical system according to a second embodiment.

【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。
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the line-of-sight detection sensor.

【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。
FIGS. 7A and 7B are a schematic top view and a schematic side view of a display device when a gaze detection method is detected by electro-oculography.

【図8】眼電位測定法(EOG法)の原理図である。FIG. 8 is a principle diagram of an electro-oculography (EOG method).

【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。
FIG. 9 is a circuit block diagram and a conceptual diagram of a control state of a head mounted display device according to a second embodiment.

【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。
FIG. 10 is a circuit block diagram and a conceptual diagram of a control state of a head mounted display device according to a third embodiment.

【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。
FIG. 11 is a diagram for explaining how an electronic image is viewed with respect to the tilt of the head.

【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。
FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship between a liquid crystal screen and a liquid crystal shutter when each head is tilted.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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。
13: Electronic shutter, 18: Head tilt detection circuit, 19
... Electronic image / external image switching unit, 26a, 26b ... Liquid crystal plate.

───────────────────────────────────────────────────── 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 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 5/64 - 5/655 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Seiichiro Tabata 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside the Olympus Optical Co., Ltd. (72) Osamu Onuma 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Olympus Optical Co., Ltd. (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H04N 5/64-5/655

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【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。
1. A two-dimensional display device, an optical system for projecting an electronic image of the two-dimensional display device onto a retina of an eyeball, inside a body exterior having a shape capable of being worn and held on a human head, A head-mounted display device having an electronic shutter for switching between an image and an external image, a detector for detecting at least a forward inclination of the movement of the head, and an electronic image for the electronic shutter according to an output of the detector. A head-mounted display device, further comprising control means for switching to one of an external image.
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