JP2011002753A - 頭部装着型ディスプレイ、及び、頭部装着型ディスプレイにおける画像表示方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】頭部装着型ディスプレイは、(A)観察者の頭部に装着される眼鏡型のフレーム10、(B)画像表示装置110,120、(C)フレーム10に取り付けられた撮像装置18、及び、(D)補正手段を備えており、画像表示装置は、画像生成装置110及びシースルー型の導光手段120から構成されており、補正手段は、導光手段120を通して観察された対象物の像と、該対象物を撮像装置18によって撮像して得られた撮像データに基づき画像生成装置110から送出され、導光手段120において生成された画像とが重なるように、該撮像データを補正する。
【選択図】 図1
Description
(A)観察者の頭部に装着される眼鏡型のフレーム、
(B)画像表示装置、
(C)フレームに取り付けられた撮像装置、及び、
(D)補正手段、
を備えており、
画像表示装置は、
(B−1)画像生成装置、及び、
(B−2)画像生成装置に取り付けられており、画像生成装置から出射された光が入射され、導光され、観察者の瞳に向かって出射される、シースルー型(半透過型)の導光手段、
から構成されている。
1.本発明の頭部装着型ディスプレイ及び本発明の画像表示方法、全般に関する説明
2.実施例1(本発明の頭部装着型ディスプレイ及び本発明の画像表示方法)
3.実施例2(実施例1の頭部装着型ディスプレイの変形例)
4.実施例3(実施例1の頭部装着型ディスプレイの別の変形例)
5.実施例4(実施例1の頭部装着型ディスプレイの別の変形例)
6.実施例5(実施例1の頭部装着型ディスプレイの別の変形例)
7.実施例6(実施例1の頭部装着型ディスプレイの別の変形例、及び、その他)
本発明の頭部装着型ディスプレイにおいて、補正手段は、導光手段を通して観察された基準対象物の像(以下、『基準対象物の現実像』と呼ぶ場合がある)と、該基準対象物を撮像装置によって撮像して得られた基準撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成される基準画像(以下、『基準生成画像』と呼ぶ場合がある)とが重なるように、該基準撮像データを補正する校正処理にて得られた補正データ(補正パラメータ。例えば、行列の形式で表される)を記憶しており;補正手段は、対象物の現実像と生成画像とが重なるように、撮像データを補正データに基づき補正する形態とすることが好ましい。
(a)全体として画像生成装置よりも観察者の顔の中心側に配置され、画像生成装置から出射された光が入射され、導光され、観察者の瞳に向かって出射される導光板、
(b)導光板に入射された光が導光板の内部で全反射されるように、導光板に入射された光を偏向させる第1偏向手段、及び、
(c)導光板の内部を全反射により伝播した光を導光板から出射させるために、導光板の内部を全反射により伝播した光を複数回に亙り偏向させる第2偏向手段、
から構成されている形態とすることができる。尚、「全反射」という用語は、内部全反射、あるいは、導光板内部における全反射を意味する。以下においても同様である。
(イ)2次元マトリクス状に配列された複数の画素を有する画像形成装置、及び、
(ロ)画像形成装置の各画素から出射された光を平行光として、出射するコリメート光学系、
から構成されている形態とすることができる。尚、このような画像生成装置の構成を、便宜上、『第1の構成の画像生成装置』と呼ぶ。
(イ)光源、
(ロ)光源から出射された光を平行光とするコリメート光学系、
(ハ)コリメート光学系から出射された平行光を走査する走査手段、及び、
(ニ)走査手段によって走査された平行光をリレーし、出射するリレー光学系、
から構成されている形態とすることができる。尚、このような画像生成装置の構成を、便宜上、『第2の構成の画像生成装置』と呼ぶ。
画像形成装置−Aは、
(α)青色を発光する第1発光素子が2次元マトリクス状に配列された第1発光パネルから成る第1画像形成装置、
(β)緑色を発光する第2発光素子が2次元マトリクス状に配列された第2発光パネルから成る第2画像形成装置、及び、
(γ)赤色を発光する第3発光素子が2次元マトリクス状に配列された第3発光パネルから成る第3画像形成装置、並びに、
(δ)第1画像形成装置、第2画像形成装置及び第3画像形成装置から出射された光を1本の光路に纏めるための手段(例えば、ダイクロイック・プリズムであり、以下の説明においても同様である)、
を備えており、
第1発光素子、第2発光素子及び第3発光素子のそれぞれの発光/非発光状態を制御する。
画像形成装置−Bは、
(α)青色を発光する第1発光素子、及び、青色を発光する第1発光素子から出射された出射光の通過/非通過を制御するための第1光通過制御装置[一種のライト・バルブであり、例えば、液晶表示装置やデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、LCOSから構成され、以下の説明においても同様である]から成る第1画像形成装置、
(β)緑色を発光する第2発光素子、及び、緑色を発光する第2発光素子から出射された出射光の通過/非通過を制御するための第2光通過制御装置(ライト・バルブ)から成る第2画像形成装置、及び、
(γ)赤色を発光する第3発光素子、及び、赤色を発光する第3発光素子から出射された出射光の通過/非通過を制御するための第3光通過制御装置(ライト・バルブ)から成る第3画像形成装置、並びに、
(δ)第1光通過制御装置、第2光通過制御装置及び第3光通過制御装置を通過した光を1本の光路に纏めるための手段、
を備えており、
光通過制御装置によってこれらの発光素子から出射された出射光の通過/非通過を制御することで画像を表示する。第1発光素子、第2発光素子、第3発光素子から出射された出射光を光通過制御装置へと案内するための手段(光案内部材)として、導光部材、マイクロレンズアレイ、ミラーや反射板、集光レンズを例示することができる。
画像形成装置−Cは、
(α)青色を発光する第1発光素子が2次元マトリクス状に配列された第1発光パネル、及び、第1発光パネルから出射された出射光の通過/非通過を制御するための青色光通過制御装置(ライト・バルブ)から成る第1画像形成装置、
(β)緑色を発光する第2発光素子が2次元マトリクス状に配列された第2発光パネル、及び、第2発光パネルから出射された出射光の通過/非通過を制御するための緑色光通過制御装置(ライト・バルブ)から成る第2画像形成装置、
(γ)赤色を発光する第3発光素子が2次元マトリクス状に配列された第3発光パネル、及び、第3発光パネルから出射された出射光の通過/非通過を制御するための赤色光通過制御装置(ライト・バルブ)から成る第3画像形成装置、並びに、
(δ)青色光通過制御装置、緑色光通過制御装置及び赤色光通過制御装置を通過した光を1本の光路に纏めるための手段を備えており、
光通過制御装置(ライト・バルブ)によってこれらの第1発光パネル、第2発光パネル及び第3発光パネルから出射された出射光の通過/非通過を制御することで画像を表示する。
画像形成装置−Dは、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示の画像形成装置であり、
(α)青色を発光する第1発光素子を備えた第1画像形成装置、
(β)緑色を発光する第2発光素子を備えた第2画像形成装置、及び、
(γ)赤色を発光する第3発光素子を備えた第3画像形成装置、並びに、
(δ)第1画像形成装置、第2画像形成装置及び第3画像形成装置から出射された光を1本の光路に纏めるための手段、更には、
(ε)1本の光路に纏めるための手段から出射された光の通過/非通過を制御するための光通過制御装置(ライト・バルブ)、
を備えており、
光通過制御装置によってこれらの発光素子から出射された出射光の通過/非通過を制御することで画像を表示する。
画像形成装置−Eも、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示の画像形成装置であり、
(α)青色を発光する第1発光素子が2次元マトリクス状に配列された第1発光パネルから成る第1画像形成装置、
(β)緑色を発光する第2発光素子が2次元マトリクス状に配列された第2発光パネルから成る第2画像形成装置、及び、
(γ)赤色を発光する第3発光素子が2次元マトリクス状に配列された第3発光パネルから成る第3画像形成装置、並びに、
(δ)第1画像形成装置、第2画像形成装置及び第3画像形成装置のそれぞれから出射された光を1本の光路に纏めるための手段、更には、
(ε)1本の光路に纏めるための手段から出射された光の通過/非通過を制御するための光通過制御装置(ライト・バルブ)、
を備えており、
光通過制御装置によってこれらの発光パネルから出射された出射光の通過/非通過を制御することで画像を表示する。
画像形成装置−Fは、第1発光素子、第2発光素子及び第3発光素子のそれぞれの発光/非発光状態を制御することで画像を表示する、パッシブマトリックスタイプあるいはアクティブマトリックスタイプのカラー表示の画像形成装置である。
画像形成装置−Gは、2次元マトリクス状に配列された発光素子ユニットからの出射光の通過/非通過を制御するための光通過制御装置(ライト・バルブ)を備えており、発光素子ユニットにおける第1発光素子、第2発光素子及び第3発光素子のそれぞれの発光/非発光状態を時分割制御し、更に、光通過制御装置によって第1発光素子、第2発光素子及び第3発光素子から出射された出射光の通過/非通過を制御することで画像を表示する、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示の画像形成装置である。
導光手段は、全体として画像生成装置よりも観察者の顔の中心側に配置されており、
2つの画像表示装置を結合する結合部材を更に有し、
結合部材は、観察者の2つの瞳の間に位置するフレームの中央部分の観察者に面する側に取り付けられており、
結合部材の射影像は、フレームの射影像内に含まれる構成とすることが好ましい。
(A)観察者40の頭部に装着される眼鏡型のフレーム10、
(B)画像表示装置100、
(C)フレーム10に取り付けられた撮像装置18、及び、
(D)補正手段30、
を備えている。尚、実施例1あるいは後述する実施例2〜実施例6における頭部装着型ディスプレイにあっては、画像表示装置100を2つ備えた両眼型とした。
(B−1)画像生成装置110、及び、
(B−2)画像生成装置110に取り付けられており、画像生成装置110から出射された光が入射され、導光され、観察者40の瞳41に向かって出射される、シースルー型(半透過型)の導光手段120、
から構成されている。尚、画像生成装置110は第1の構成の画像生成装置から構成されており、導光手段120は全体として画像生成装置110よりも観察者40の顔の中心側に配置されている。
M =S・R・T (2)
α=0.1×L
β=0.5×L
γ=0.9×L
である。
(a)全体として画像生成装置110よりも観察者40の顔の中心側に配置され、画像生成装置110から出射された光が入射され、導光され、観察者40の瞳41に向かって出射される導光板121、
(b)導光板121に入射された光が導光板121の内部で全反射されるように、導光板121に入射された光を偏向させる第1偏向手段130、及び、
(c)導光板121の内部を全反射により伝播した光を導光板121から出射させるために、導光板121の内部を全反射により伝播した光を複数回に亙り偏向させる第2偏向手段140、
から構成されている。
(イ)2次元マトリクス状に配列された複数の画素を有する画像形成装置111、及び、
(ロ)画像形成装置111の各画素から出射された光を平行光として、出射するコリメート光学系112、
から構成されている。尚、各画像生成装置110全体は筐体113(図5では、一点鎖線で示す)内に納められており、係る筐体113には開口部(図示せず)が設けられており、開口部を介してコリメート光学系112から光が出射される。そして、各筐体113が、結合部材20の端部分に、前述したとおり、3本のビス(図示せず)を用いて取り付けられている。また、筐体113に、導光手段120が取り付けられている。
(イ)光源251、
(ロ)光源251から出射された光を平行光とするコリメート光学系252、
(ハ)コリメート光学系252から出射された平行光を走査する走査手段253、及び、
(ニ)走査手段253によって走査された平行光をリレーし、出射するリレー光学系254、
から構成されている。尚、画像生成装置210全体が筐体213(図11では、一点鎖線で示す)内に納められており、係る筐体213には開口部(図示せず)が設けられており、開口部を介してリレー光学系254から光が出射される。そして、各筐体213が、結合部材20の端部分に、ビスあるいは接着剤(図示せず)を用いて取り付けられている。また、筐体213に、導光手段120が取り付けられている。
(a)全体として画像生成装置110よりも観察者40の顔の中心側に配置され、画像生成装置110から出射された光が入射され、導光され、観察者40の瞳41に向かって出射される導光板321、
(b)導光板321に入射された光が導光板321の内部で全反射されるように、導光板321に入射された光を偏向させる第1偏向手段、及び、
(c)導光板321の内部を全反射により伝播した光を導光板321から出射させるために、導光板321の内部を全反射により伝播した光を複数回に亙り偏向させる第2偏向手段、
から構成されている点は、実施例1の導光手段120と同じである。
Θ=90°−(φ+ψ) (B)
(α)赤色を発光する赤色発光素子601Rが2次元マトリクス状に配列された赤色発光パネル611R、
(β)緑色を発光する緑色発光素子601Gが2次元マトリクス状に配列された緑色発光パネル611G、及び、
(γ)青色を発光する青色発光素子601Bが2次元マトリクス状に配列された青色発光パネル611B、並びに、
(δ)赤色発光パネル611R、緑色発光パネル611G及び青色発光パネル611Bから出射された光を1本の光路に纏めるための手段(例えば、ダイクロイック・プリズム603)、
を備えており、
赤色発光素子601R、緑色発光素子601G及び青色発光素子601Bのそれぞれの発光/非発光状態を制御するカラー表示の画像形成装置とすることもできる。この画像形成装置から出射された光も、コリメート光学系112を介して導光板121,321に入射される。尚、参照番号612は、発光素子から出射された光を集光するためのマイクロレンズである。
Claims (15)
- (A)観察者の頭部に装着される眼鏡型のフレーム、
(B)画像表示装置、
(C)フレームに取り付けられた撮像装置、及び、
(D)補正手段、
を備えており、
画像表示装置は、
(B−1)画像生成装置、及び、
(B−2)画像生成装置に取り付けられており、画像生成装置から出射された光が入射され、導光され、観察者の瞳に向かって出射される、シースルー型の導光手段、
から構成されており、
補正手段は、導光手段を通して観察された対象物の像と、該対象物を撮像装置によって撮像して得られた撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成された画像とが重なるように、該撮像データを補正する頭部装着型ディスプレイ。 - 補正手段は、導光手段を通して観察された基準対象物の像と、該基準対象物を撮像装置によって撮像して得られた基準撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成される基準画像とが重なるように、該基準撮像データを補正する校正処理にて得られた補正データを記憶しており、
補正手段は、導光手段を通して観察された対象物の像と、該対象物を撮像装置によって撮像して得られた撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成された画像とが重なるように、該撮像データを補正データに基づき補正する請求項1に記載の頭部装着型ディスプレイ。 - 校正処理時、基準対象物を撮像装置によって撮像して得られた基準撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成される基準画像の少なくとも一部の輪郭を、補正手段は強調する請求項2に記載の頭部装着型ディスプレイ。
- 校正処理時、基準対象物を撮像装置によって撮像して得られた基準撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成される基準画像の色を、補正手段は、基準対象物の色と異ならせる請求項2に記載の頭部装着型ディスプレイ。
- 補正データには、校正処理時における基準対象物から撮像装置までの距離のデータである距離基準データが含まれており、
導光手段を通して観察された対象物の像と、該対象物を撮像装置によって撮像して得られた撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成された画像とが重なるように、該撮像データを補正するとき、補正手段は、更に、対象物から撮像装置までの距離のデータ及び距離基準データに基づき該撮像データを補正する請求項2に記載の頭部装着型ディスプレイ。 - 校正処理においては、補正手段は、基準撮像データの回転処理、拡大/縮小処理、及び、移動処理を行うことで、導光手段を通して観察された基準対象物の像と、該基準対象物を撮像装置によって撮像して得られた基準撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成される基準画像とを重ならせる請求項2に記載の頭部装着型ディスプレイ。
- 補正手段は、前記撮像データの回転処理、拡大/縮小処理、及び、移動処理を行う請求項1に記載の頭部装着型ディスプレイ。
- (A)観察者の頭部に装着される眼鏡型のフレーム、
(B)画像表示装置、
(C)フレームに取り付けられた撮像装置、及び、
(D)補正手段、
を備えており、
画像表示装置は、
(B−1)画像生成装置、及び、
(B−2)画像生成装置に取り付けられており、画像生成装置から出射された光が入射され、導光され、観察者の瞳に向かって出射される、シースルー型の導光手段、
から構成されており、
導光手段を通して観察された対象物の像と、該対象物を撮像装置によって撮像して得られた撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成された画像とが重なるように、補正手段によって該撮像データを補正する頭部装着型ディスプレイにおける画像表示方法。 - 導光手段を通して観察された基準対象物の像と、該基準対象物を撮像装置によって撮像して得られた基準撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成される基準画像とが重なるように、該基準撮像データを補正する校正処理にて得られた補正データを補正手段には記憶しておき、
導光手段を通して観察された対象物の像と、該対象物を撮像装置によって撮像して得られた撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成された画像とが重なるように、該撮像データを補正データに基づき補正する請求項8に記載の頭部装着型ディスプレイにおける画像表示方法。 - 校正処理時、基準対象物を撮像装置によって撮像して得られた基準撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成される基準画像の少なくとも一部の輪郭を、補正手段によって強調する請求項9に記載の頭部装着型ディスプレイにおける画像表示方法。
- 校正処理時、基準対象物を撮像装置によって撮像して得られた基準撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成される基準画像の色を、補正手段によって基準対象物の色と異ならせる請求項9に記載の頭部装着型ディスプレイにおける画像表示方法。
- 補正データには、校正処理時における基準対象物から撮像装置までの距離のデータである距離基準データが含まれており、
導光手段を通して観察された対象物の像と、該対象物を撮像装置によって撮像して得られた撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成された画像とが重なるように、該撮像データを補正するとき、更に、補正手段によって、対象物から撮像装置までの距離のデータ及び距離基準データに基づき該撮像データを補正する請求項9に記載の頭部装着型ディスプレイにおける画像表示方法。 - 校正処理においては、補正手段によって基準撮像データの回転処理、拡大/縮小処理、及び、移動処理を行うことで、導光手段を通して観察された基準対象物の像と、該基準対象物を撮像装置によって撮像して得られた基準撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成される基準画像とを重ならせる請求項9に記載の頭部装着型ディスプレイにおける画像表示方法。
- 校正処理においては、撮像装置を経由した観察者の指示に基づき、補正手段によって基準撮像データの回転処理、拡大/縮小処理、及び、移動処理を行う請求項13に記載の頭部装着型ディスプレイにおける画像表示方法。
- 補正手段によって、前記撮像データの回転処理、拡大/縮小処理、及び、移動処理を行う請求項8に記載の頭部装着型ディスプレイにおける画像表示方法。
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