JP4321083B2 - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ユーザの頭部に装着された状態で、ユーザが画像を見ることができるように画像出力を行うヘッドマウントディスプレイに関する。
【0002】
【従来の技術】
ヘッドマウントディスプレイ(以下、HMDと略称する)は、ユーザの頭部に装着された状態で、ユーザが画像を見ることができるように画像出力を行う。この種のHMDには2種類あり、ゴーグル型と称される、両眼を完全に覆って、ユーザの視野には、HMDの表示のみが見えるようにしたものと、片眼の眼前に画像出力部が配置される片眼タイプのものとがある。
【0003】
片眼タイプのHMDにおいては、画像出力部からの画像と、外部の景色とが同時に視野に入る。したがって、片眼タイプのHMDは、画像から特定の情報を得つつ、外部の景色を見ながら作業ができるなどの利点がある。
【0004】
しかし、この種の片眼タイプのHMDにおいては、限られた強度のアームに保持された画像出力部を眼前に固定することになる。従って、ユーザが出力画像を観察しながら作業をしている場合、眼前に固定された画像出力部がユーザの周囲の障害物或いはユーザ自身に接触し、その精密な光学系に影響を及ぼすことがありうる。
【0005】
画像出力部への接触を防ぐシステムとして、例えば、特許文献1に以下のような技術が開示されている。それは、仮想現実システムにおいて装着するゴーグル型のHMDに、動き検出器を取り付け、近接する対象物を検出し、警告を発し、HMDを透過状態にするシステムである。
【0006】
【特許文献1】
特開平10−504917号公報「ヘッドマウントディスプレイ用衝突警告システム」
【0007】
【発明が解決しようとしている課題】
しかし、特許文献1に記載されたシステムは、仮想現実システムにおいて装着するゴーグル型のHMDにのみ適用されるものである。片眼タイプのHMDにおいては、画像出力部が外部の物体或いは顔面、頭部に接近した場合には、接触を避けるために、画像出力部を移動させる必要がある。
【0008】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その課題は、画像出力部への対象物の接近あるいは接触を検知し、画像出力部を移動できるヘッドマウントディスプレイを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項1に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、ユーザの頭部に装着されて画像表示を行うヘッドマウントディスプレイにおいて、画像を表示する画像出力部と、前記画像出力部を、前記頭部の装着時に前記ユーザの眼前に位置することができる第1の位置と前記ユーザの眼前から待避することができる第2の位置と間で移動可能に支持すると共に、ユーザの頭部に装着するための支持部と、前記画像出力部を移動させるためのアクチュエータと、前記アクチュエータの起動トリガーとして用いるためのセンサと、を備え、前記センサは、特定の範囲にある物体を検知することを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【0010】
請求項2に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項1に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記支持部は、前記画像出力部を支持する第1の部材と、該第1の部材を移動自在に支持する第2の部材とを有し、前記アクチュエータは、前記第1の部材を第2の部材に対して移動させることで前記画像出力部を移動させることを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【0011】
請求項3に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項2に記載のヘッドマウントディスプレイであって、前記センサは、接触センサ、近接センサ或いは距離センサのうちの少なくとも一つであることを特徴とする請求項1のヘッドマウントディスプレイである。
【0012】
請求項4に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項3記載のヘッドマウントディスプレイであって、前記センサが、前記画像出力部に装備されていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
【0013】
請求項5に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項4記載のヘッドマウントディスプレイであって、前記センサは、その検知域が前記頭部に装着される際、ユーザの存在が予想させれる空間であること
を特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【0014】
請求項6に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項1〜4記載のヘッドマウントディスプレイであって、前記センサは、その検知域がユーザの前方域であることを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【0015】
請求項7に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項1〜4記載のヘッドマウントディスプレイであって、前記センサは、その検知域が前記画像出力部が移動する際の移動経路であることを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【0016】
請求項8に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項1〜7の内いずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイであって、前記センサが、その検知域に障害物が入ったことを検知すると、前記画像出力部が前記第2の位置に位置するように前記アクチュエータを制御する制御手段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である。
【0017】
請求項9に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項1〜7の内いずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記画像出力部が移動する際に、前記センサが、前記画像出力部が移動する際の移動経路に障害物検知すると、前記アクチュエータの駆動を停止し、所定時間たった後、または次の指示が与えられた後前記アクチュエータを駆動させる制御を行なう制御手段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である。
【0018】
請求項10に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、請求項8に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記画像出力部の移動開始位置で示す情報を記憶する記憶手段と前記制御手段は、前記画像出力部を前記第2の位置へ移動した後、所定時間後に、ないしは次の指示が与えられた後、前記センサでの前記障害物の検出に応じ、前記画像出力部を前記記憶手段で記憶された移動開始位置になるように、制御を行なうことを特徴とするヘッドマウントディスプレイである。
【0019】
請求項11に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、前記前方域が、ユーザの略手の届く範囲であることを特徴とする請求項6記載のヘッドマウントディスプレイである。
【0020】
請求項12に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、前記前方域が、ユーザの前方略歩幅範囲であることを特徴とする請求項6記載のヘッドマウントディスプレイである。
【0021】
請求項13に係る発明のヘッドマウントディスプレイは、前記前方域が、ユーザ選択できることを特徴とする請求項6記載のヘッドマウントディスプレイである。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
(第1実施形態)
図1に、本発明の第1の実施形態に係るヘッドマウントディプレイの概略構成を示す。
【0023】
図1に示すように、ヘッドマウントディスプレイ(以下、HMDと略記する)は、ユーザUに対して画像を出力するための機能を有する画像出力部100と、音声、音楽、効果音等の音響を発生させる機能を有する音響出力部200と、画像出力部100および音響出力部200を一体的に連結すると共に、これらをユーザUの頭部1に着脱自在に装着するための支持部300とを有する。さらに、画像出力部100と外部の障害物との距離を測定する探知センサ180を有している。
【0024】
また、このHMDは、頭部に装着される各部材に画像表示信号および音響出力信号を出力する駆動ユニットDを有し、ケーブル800を介して接続されることにより動作するものである。
【0025】
以下にHMDの各構成要素について説明する。
【0026】
画像出力部100は、図3に示すように、画像を現す画像表示信号を光信号に変換して画像を形成する電気−光変換器110と、形成された画像を拡大するレンズ系121と、該レンズ系121を収容する鏡筒130を有する光学系120と、探知センサ180と、これら全体的に収容するケース140とを有する。
【0027】
本実施形態において用いられる電気−光変換器110は、画像を形成する表示素子により構成することができるものである。この種の電気−光変換器110には、大別して、2種類ある。第1のものは、画像出力信号に応じて透過率または反射率が変化するセルを、各画素に対応して配置し、他の光源からの光について各画素の透過率または反射率を変化させることによって画像を形成する形式のデバイスである。第2のものは、自らが発光する素子を各画素に対応して配置し、画像出力信号に応じて各素子の発光輝度を変化させることによって画像を形成する形式のデバイスである。前者の形式のデバイスとしては、例えば、透過率または反射率を変化させることができる液晶セルを二次元的に配置した液晶表示素子が挙げられる。後者の形式でのデバイスとしては、例えば、電気信号によりそれ自身が発光する発光素子を二次元的に配置した有機EL素子が挙げられる。本発明では、いずれの形式のデバイスを用いてもよい。
【0028】
また、電気−光変換器110では、例えば、情報処理装置のディスプレイ画面のように画面を形成することができる。もちろん、動画を表示することも可能である。
【0029】
光学系120は、本実施形態では、レンズ系121を有する。レンズ系121は、電気−光変換器110によって形成される画像を拡大する。具体的には、虚像を形成する。この虚像をユーザの肉眼が網膜上に結像させることにより、例えば、ユーザがあたかもその視野の全体にわたって画像を見ているように表示することが可能となる。
【0030】
鏡筒130は、前述したレンズ系121を収容するレンズ収容部131と、電気−光変換器110を収容する変換器収容部132と、電気−光変換器110との距離を一定に保つと共に、外光が入射しないように遮断する遮光部133とを有する。鏡筒130は、遮光性材料により形成される。
【0031】
ケース140は、例えば、遮光性のプラスチックにより形成される。ケース140のユーザUとの対向面に開口部142が設けられている。この開口部142内に、レンズ系121が収容される。また、ケース140の一端は、画像出力支持アーム320との連結部となっている。
【0032】
探知センサ180aは、図1及び図2に示すように、画像出力部100の、ユーザUとの対向面に設置され、その検知域は頭部に装着したときにユーザUの存在が予想される空間としている。探知センサ180aの出力は、ケーブル800を介して駆動ユニットDの状態検出装置855(図8参照)に送られる。
【0033】
探知センサとしては、例えば、発光素子に赤外線LEDを、受光センサにPSD素子を用い、アクティブオートフォーカスの原理を適用した、距離センサが利用できる。
【0034】
なお、探知センサ180aは、接触センサ或いは接近センサであってもよい。
【0035】
音響出力部200は、音響出力信号を音響に変換するものである。本実施形態では、左音響出力部200Lと、右音響出力部200Rとが設けられている。
【0036】
音響出力部200は、通常、ヘッドホンとして製品化されているものを用いることができる。音響出力部200L,200Rは、後述するように、支持部300により、互いに近接する方向に付勢される。また、音響出力部200は、本実施形態では、その構造上、後述する支持部300と共に、当該HMDをユーザUの頭部1に装着させる際の、耳への当接部としても機能する。
【0037】
なお、本実施形態では、音響出力部200L側に、ケーブル800と内部配線とを接続する接続部(図示せず)が設けられている。
【0038】
支持部300は、図1に示すように、左右の音響出力部200Lと200Rとを連結するバンド310と、バンド310の一端側に設けられた画像出力部支持アーム320と、を有する。画像出力部支持アーム320は、バンド310の一端で、本実施形態では音響出力部200Lに隣接する支持アーム支持部340に連結固定されている。
【0039】
バンド310は、ユーザUの頭部1を後方から挟むことができるように湾曲した形状を持っている。
【0040】
また、バンド310は、本体311と、画像出力部支持アーム320を出没自在に収容する画像出力部支持アーム収容部312と、画像出力部支持アーム320を駆動する支持アームアクチュエータ390とにより構成される。そして、両端に音響出力部200Lと200Rとが連結固定されている。
【0041】
また、バンド310には、駆動ユニットDからのケーブル800に接続される配線(図示せず)が設けられている。これら配線のうち一部は、画像出力部100に通じ、他の一部は、左右の音響出力部200L,200Rに通じる。さらに、支持アームアクチュエータ390及び探知センサ180aに通じる配線もある。画像出力部100に通じる配線は、画像出力部支持アーム320内に設けられた配線と接続されている。
【0042】
画像出力部支持アーム収容部312には、本実施形態では、音響出力部200Lに隣接して、開口部312bが設けられている。画像出力部支持アーム320は、この開口部312bから出没することができる。
【0043】
また、図2(A)が示すように画像出力部支持アーム収容部312には、支持アームアクチュエータ390が設けられている。
【0044】
図2(B)は、画像出力部100の位置を可変とする支持アームアクチュエータ390(後述)の断面A−A’の断面図である。図2(B)が示すように、支持アームアクチュエータ390は、モータ391、モータ軸392、及びモータ軸392に設けられモータ軸392と同軸で同時に回転するローラー393を有する。ローラー393の側面は、画像出力部支持アーム320の片側側面と充分な摩擦力をもって接している。従って、ローラー393の回転に対応して、画像出力部支持アーム320は、画像出力部支持アーム収容部312内を移動し、開口部312bから出没することができる。
【0045】
また、支持アームアクチュエータ390は、駆動ユニットDに設けられた支持アーム制御装置859によって、制御される。支持アームアクチュエータ390には、制御装置859からの指令に応じた角速度を実現できるモータ(例えば、パルスモータ)を用いてもよい。
【0046】
また、パルスモータ等を利用することで、支持アーム320の繰り出し量を細かく設定でき、したがって、画像出力部100の位置を細かく変えることが可能となる。
【0047】
なお、開口部312bには、不図示のストッパが設けられている。これにより、画像出力部支持アーム320が引き出された際に、抜け落ちず、且つ、ローラー393の側面と画像出力部支持アーム320の片側側面との接触が常に保たれることが可能となっている。
【0048】
画像出力部支持アーム収容部312には、画像出力部支持アーム320の出没を円滑に行うため、案内レール(図示せず)が設けられる。これにより、画像出力部支持アーム320が円滑にスライドすることになる。
【0049】
従って、画像出力部支持アーム320を使用可能状態とする際、また、探知センサ180aの検出結果に応じて、画像出力部100の位置を変える際に、モータ391の動力により行われる出没操作が容易となる。
(駆動ユニット等)
本実施形態のHMDの頭部に装着された各部材は、画像表示信号および音響出力信号と、支持アームアクチュエータ390に対する制御信号とを出力する駆動ユニットDとケーブル800を介して接続されることにより動作するものである。
【0050】
駆動ユニットDには、図8で示すように、画像出力部100に画像表示信号を送るため、当該画像表示信号を処理する画像出力信号処理装置851と、音響出力部200に音響出力信号を送るための音響出力信号処理装置852と、記憶装置853と、駆動ユニット全体を管理する中央制御装置854と、支持アームアクチュエータ390を制御する支持アームアクチュエータ制御装置859と、電源のオンオフおよび節電モードの制御を行うための電源制御回路856と、電池857とを有する。また、探知センサ180aから検出結果を受け取る状態検出装置855を有する。また、HMD頭部に装着された各部材と情報、信号等の授受をする入出力インタフェース858を有する。また、電源のオンオフを行うためのメインスイッチSWを有する。さらに、HMDと信号を授受するためのケーブル800のプラグ810を接続するためのコネクタCNが設けられている。また、電源として、充電可能な電池857が用意されている。
【0051】
コネクタCNは、画像出力信号、音響出力信号、調光制御信号、光センサ検出信号等を接続するため、多ピン構造と成っている。また、コネクタの形状についても、断面円形に限られない。角型で、ピンがシングルインライン、デュアルインライン等の配列となっているものであってもよい。なお、各信号をパケット等により伝送する場合には、高周波数に対応することができるピンであればよい。その場合には、一定の通信プロトコルに従って、種々の信号をデータとして送ることとなる。この場合には、通信制御装置がさらに設けられる。
【0052】
記憶装置853には、プログラムのほか、画像表示信号および音響出力信号を生成する基となる画像情報、音響情報等が格納される。記憶装置853としては、例えば、ハードディスク装置が用いられる。もちろん、これに限定されない。他の記憶媒体を用いることもできる。
【0053】
状態検出装置855は、探知センサ180aから送られる検出結果に基づいて、探知センサ180aと対象物との距離を計算し、その結果を中央制御装置854に送る。
以上、本実施形態が適用されたHMDの構成を説明した。
【0054】
次に、上記構成のHMDの動作を説明する。
【0055】
ユーザUが、本実施形態のHMDを使用している状況では、HMDが頭部1に装着され、画像出力部100が支持部300から突出し、眼前に固定されている。ここで、何らかの理由でユーザUと画像出力部100の距離が接触するか接触するほど近接した場合を考える。
【0056】
まず、探知センサ180aがユーザUとの位置に関する情報を取得し、その結果を、ケーブル800、入出力インタフェース858を介して、駆動ユニットDの状態検出装置855に送信する。
【0057】
状態検出装置855は、探知センサ180aからの情報から、探知センサ180aと対象物との位置関係を推定し、その結果を中央制御装置854に送る。
【0058】
中央制御装置854は、推定された位置関係が、予め定めた探知センサ180aと対象物とが接触しない、或いは接近しすぎない安全距離よりも近いかどうかを判断する。中央制御装置854が、接触が予想されると判断した場合、中央制御装置854は、支持アーム制御装置859に、画像出力部320を移動させるように、命令を送る。
【0059】
この命令に基づいて、支持アーム制御装置859は制御信号を支持アームアクチュエータ390へ送り、支持アームアクチュエータ390を制御する。
【0060】
制御信号に基づいて、支持アームアクチュエータ390は画像出力部支持アーム320を駆動し、その結果、画像出力部100を移動させる。
【0061】
以上、本実施形態が適用されたヘッドアップディスプレイの動作を説明した。
【0062】
本実施形態が適用されたヘッドアップディスプレイによって、次のような効果が得られる。本実施形態を用いることで、画像出力部100に対して、ユーザUの体の一部(頭部或いは顔面)が接近あるいは接触するのを検知し、自動的に画像出力部を移動できる。
(第2の実施形態)
図5は、本発明の第2の実施形態に係るヘッドマウントディプレイの概略構成を示す上面図である。本実施形態は、画像出力部支持アーム320および支持アーム可動部390の構成が、第1の実施形態とは異なる構造を有するものである。ただし、そのほかの構造は、第1の実施形態と共通である。従って、重複した説明を避けるため、ここでは、第1の実施形態と相違する点を中心に説明する。第1の実施形態と共通な構成要素に対しては、同一の符号が当てられている。
【0063】
画像出力部支持アーム320は、第1の支持アーム320aと、第2の支持アーム320bと、第1の支持アーム320aと第2の支持アーム320bとを回動可能に接続し回動させる支持アーム可動部390aと、を有している。
【0064】
支持アーム可動部390aは、上下駆動モータ394と上下駆動モータ軸395と、センサ400を有している。
【0065】
上下駆動モータ394は、駆動ユニットDの支持アーム制御装置859にある上下駆動モータコントローラーに制御される(図6参照)。
【0066】
上下駆動モータ軸395は、支持アーム可動部390aの回動軸である。したがって、モータ394には、回動軸(上下駆動モータ軸395)を直接ドライブする、ダイレクトドライブモータを用いるとよい。なお、上下駆動モータ394は、ステッピングモータであるとよい。また、上下運動でモータ軸395には不図示のセンサが設けられており、モータ回転軸395の回動角が最大に成ったことを検出する。よって、略上下方向へ眼前から待避行動が終了したことを検知することができる。センサ400(不図示)は、上下駆動モータ軸395に設置されている。
【0067】
このセンサも、駆動ユニットDの状態検出装置855に接続され、検出結果を状態検出装置855に送信する。
【0068】
第1の支持アーム320aに対する第2の支持アーム320bの回動方向は、上下駆動モータ軸395の方向(図5(C)の矢印A)を回動軸として、図5(B)の両矢印の方向Bである。
【0069】
画像出力部微動部396は、左右駆動モータ397と、左右駆動モータの駆動量を検出するセンサ400とを有する。
【0070】
左右駆動モータ397は、画像出力部微動部396にスライド可能に接続された画像出力部接続部190を介して、図5(A)の両矢印Cの方向に、画像出力部100を移動させる。左右駆動モータ397は、例えばリニア駆動の超音波モータを用いてもよい。
【0071】
不図示のセンサは、画像出力部接続部190の端部の位置を測定するセンサで、画像出力部接続部190の端部が画像出力部微動部396の内部にスライドして停止した、つまり、左側への待避動作が終了したことを検知するセンサである。
【0072】
センサ400は、駆動ユニットDの状態検出装置855に接続され、検出結果を状態検出装置855に送信する。
【0073】
駆動ユニットDの支持アームアクチュエータ制御装置859にある左右駆動モータコントローラーは、左右駆動モータ397に接続され、左右駆動モータ397を制御する(図6参照)。
【0074】
なお、駆動ユニットDは、支持アームアクチュエータ制御装置859にある上下駆動モータコントローラー及び左右駆動モータコントローラーの制御データを、記憶装置853に記憶している。
【0075】
従って、画像出力部100は、支持アーム可動部390aによる上下方向の動き(正確には、上下駆動モータ軸395を中心とした弧を描く)と、画像出力部微動部396による左右の動きとの、2自由度をもつ動きが行なえる。
【0076】
画像出力部100は、カメラ181を有している。カメラ181は、画像出力部100の開口方向と略同方向に指向している。カメラ181は、顔面部および頭部を撮影し、その情報を駆動ユニットDの記憶装置853に記憶する。
【0077】
駆動ユニットDにある電源制御回路856には、以下のような遅延回路が備わっている。電源制御回路856は、中央制御装置854に備わったタイマに連動し、各センサの検出結果に応じて、所定時間の間、上下駆動モータ394および左右駆動モータ397を停止する。その後に電源を入れ、支持アームアクチュエータ制御装置859は、上下駆動モータ394および左右駆動モータ397を起動し制御する。
【0078】
以上第2実施形態の構成について述べた。
【0079】
次に第2実施形態の動作を説明する。
【0080】
本実施形態と第1実施形態との動作における差は、画像出力部100を、待避動作の後、所定の時間が過ぎた時点で、待避動作の直前に取っていた位置に戻す復帰動作をすることである。したがって、復帰動作を中心に以下に説明する。
【0081】
本実施形態では、2種類の情報を基に復帰動作を取ることができる。
【0082】
第1の情報は、待避時に用いた上下駆動モータ394および左右駆動モータ397の制御信号である。
【0083】
本実施形態の待避動作では、画像処理部100は、上下モータ394による略上下方向(図5(B)の両矢印Bの方向)の動きと、左右駆動モータ397による略左右方向(図5(A)の両矢印Cの方向)の動きと、を組み合わせた2自由度の待避動作が取れる。
【0084】
この待避動作の際の、上下駆動モータ394および左右駆動モータ397の制御信号は、駆動ユニットD内の記憶装置853に記憶されている。
【0085】
従って、画像出力部100を待避した位置から待避を開始する直前の位置に復帰させるには、記憶装置853に記憶されている上下駆動モータ394および左右駆動モータ397の待避時の制御信号を用いる。
【0086】
具体的な復帰動作は、以下のようになる。
【0087】
まず、上下駆動モータ394および左右駆動モータ397に設置されたセンサが、駆動ユニットDの状態検出装置855に信号を送り、中央制御装置854が、待避動作が終了したと判断する。次に、駆動ユニットDの遅延機能が働き、所定時間後に、駆動ユニットDは上下駆動モータ394および左右駆動モータ397とを駆動させる。
【0088】
駆動ユニットDは、待避時の制御信号を基に、上下駆動モータ394および左右駆動モータ397を待避時とは逆方向に駆動し、画像出力部100を待避動作の際とは逆向きに同じ量だけ移動させる。これによって、画像出力部100は、待避動作直前の位置に復帰する。
【0089】
例えば、上下駆動モータ394および左右駆動モータ397にステッピングモータを使うとよい。その際は、待避動作の際に使用したパルス数を、記憶装置853に記憶させ、復帰動作の際には、使用したパルス数を、記憶装置853から読み出す。読み出したパルス数だけ、上下駆動モータ394および左右駆動モータ397を復帰動作の際とは逆方向に駆動し、画像出力部100を待避動作の際とは逆向きに同じ量だけ移動させる。これによって、画像出力部100は、待避動作直前の位置に復帰する。
【0090】
以上、待避時に用いた上下駆動モータ394および左右駆動モータ397の制御信号を使って、復帰動作をする例を説明した。
【0091】
もちろん、復帰動作させるトリガはタイマのかわりに、ユーザによるボタン操作等でもよい。この場合タイマ回路等が不要となり、装置を単純化できる。
【0092】
復帰動作の際に利用できる2種類の情報のうちの他方は、ユーザUの眼とその近傍の形態情報である。この形態情報を用いて移動開始位置を記憶し、復帰動作をする例を図5〜7を用いて説明する。
【0093】
この例では、まず、画像出力部100にカメラ181を設けて(図5参照)、待避直前にユーザUの眼部の画像を取得する。次に、復帰動作後に同じ眼部の画像が取得する。そして、両画像を画像処理した後に比較し、処理後の両画像が所定の範囲内で一致するまで、画像出力部100を移動させるものである。
【0094】
図6に、処理の概要を示す。
【0095】
待避動作直前に、カメラ181が眼部の撮影をし、フレームメモリ2に待避前の画像を送る(ステップ1)。フレームメモリ2は、待避前の画像を、保持している。
【0096】
復帰動作直後に、カメラ181が眼部の撮影をし、フレームメモリ1に復帰後の画像を送る(ステップ2)。フレームメモリ1は、復帰後の画像を、保持している。
【0097】
次に、状態検出装置855の比較回路は、フレームメモリ1から復帰後の画像とフレームメモリ2から待避前の画像とを取得し、それぞれに2値化の処理(後述)を行なう(ステップ3)。
【0098】
更に、比較回路は、2値化されたそれぞれの画像から、画像の重心検出(後述)を行なう(ステップ4)。
【0099】
比較回路は、2画像の重心から、重心位置の差を示す移動ベクトル(後述)を取得する(ステップ5)。
【0100】
移動ベクトルの値を左右駆動モータコントローラーおよび上下駆動モータコントローラーに送る(ステップ6および7)。
【0101】
左右駆動モータコントローラーおよび上下駆動モータコントローラーは、移動ベクトルに基づいて、二つの重心の距離が近づくように、左右駆動モータおよび上下駆動モータコントローラーを制御する信号を左右駆動モータおよび上下駆動モータコントローラーに送る(ステップ8および9)。
【0102】
その結果、画像出力部100が移動し、復帰動作によって待避直前の位置に画像出力部100を戻すことができる。
【0103】
図7に、上記の画像処理を、簡潔に示す。
【0104】
図7のA−1およびB−1は、カメラ181に撮影された通常の画像である。
【0105】
比較回路は、この両画像に、2値化の処理を行なう(A−2およびB−2参照)。この処理は、画像(ユーザUの眼部)の特徴を抽出する目的の処理である。まず、画像のピクセル毎の輝度を計算し、その画像全体の輝度分布から適当な閾値(を設ける。そして、その閾値を境界として、各ピクセルの輝度を予め定めた二つの画素値(例えば、1および0(黒および白))に分類する。こうすることで、画像が二つの画素値のみの画像となり、画像の特徴が抽出される。
【0106】
次に、2値化した2画像から、それぞれ重心を検出する(図7A−3およびB−3)。この重心は、いわゆる剛体の質量中心の概念を、画像に用いたもので、各質点での質量を各ピクセルでの画素値に置きなおしたものである。したがって、公知の簡単な計算式で得られる。
【0107】
さらに、比較回路は二画像の重心位置からその移動ベクトル(差ベクトル)を計算する。そして、移動ベクトルを直交する2成分に投影し、二つの成分ベクトルを定める。
【0108】
以上、第2実施形態を説明した。
【0109】
第2実施形態の効果は、HMDが障害物を検知し、画像出力部100が待避した後、自動で画像出力部100が待避前の位置に戻り、利用を再開できることである。
【0110】
尚、本発明は、上記の実施形態に限定されるのもではない。その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
(第1実施形態の変形例1)
上記第1の実施形態の変形として、探知センサ180を探知センサ180bとするHMDを以下に説明する。本変形例では、その構成及び動作のほとんどは、上記第1の実施形態と共通である。したがって、その構成及び動作が、上記第1の実施形態と異なる部分を中心に、説明を行なう。
【0111】
上記第1の実施形態と異なる構成は、探知センサ180を、図3に示す探知センサ180bとするところである。探知センサ180bは、画像出力部100の開口方向から略180°の方向にある側面に設けられている。上記第1の実施形態では、探知センサ180aは、ユーザUの体の一部が画像出力部100に接近するのを検知した。一方、本変形例では、探知センサ180bは、探知センサ180bから見て、ユーザUとは逆方向から接近する(ユーザUの顔面部に接近する)障害物を検出できる。
【0112】
したがって、上記第1の実施形態と異なる動作は、探知センサ180bは、ユーザUの顔面部に接近する障害物を検出し、その結果に応じて、画像出力部100を移動させることである。
【0113】
その効果は、探知センサ180bが、ユーザUの顔面部に接近する障害物を検知し、自動的に画像出力部100を移動できることである。
【0114】
画像出力部100が移動した後ユーザが障害物を認識して待避行動をとれるためには、探知センサ180bで障害物を探知する距離は、ある程度長いほうがよい。例えば、ユーザの手の長さを基準にすれば、その障害物を手で取り除くことが可能である。また、ユーザの歩幅程度とすれば、ユーザの一歩で待避が可能となるであろう。また、その距離はユーザが選択できるようにしてもよい。
(第1実施形態の変形例2)
上記第1の実施形態の変形として、探知センサ180を探知センサ180cとするHMDを、図4A及び図4Bを用いて以下に説明する。本変形例では、その構成及び動作のほとんどは、上記第1の実施形態と共通である。したがって、その構成及び動作が、上記第1の実施形態と異なる部分を中心に、説明を行なう。
【0115】
上記第1の実施形態と異なる構成は、探知センサ180を、図3に示す探知センサ180cとするところである。探知センサ180cは、画像出力部100が退避する際の待避経路(図4Aの網掛け部)に向けて指向している。この探知センサ180cによって、待避経路上に障害物がないかを確認する。
【0116】
本変形例の動作としては、例えば、駆動ユニットDが、画像出力部100を支持部300に待避させる場合を考える。待避経路に障害物があると、待避途中に画像出力部100が障害物に接触する可能性がある。そこで、待避動作を開始する直前に、駆動ユニットDが探知センサ180cの出力を確認し、待避経路を含む測距空間内の障害物を確認する。障害物があれば、駆動ユニットDは、上下駆動モータ394に対して、画像出力部支持アーム320を動かさない制御信号を送る。障害物がなければ、駆動ユニットDは、上下駆動モータ394を制御して、画像出力部100を支持アーム収容部312に収納されるように待避させる。また、待避動作中に障害物が現れた場合は、そこで待避を中断してもよい。
【0117】
本変形例によって、画像出力部100の待避中に、画像出力部100が障害物に接触する可能性を減らすことができる。
【0118】
【発明の効果】
画像出力部への対象物の接近あるいは接触を検知し、画像出力部を待避できるヘッドマウントディスプレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの外観を示す斜視図である。
【図2】 第1の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの上面からの2態様と、一部断面図である。
【図3】 第1の実施形態において用いられる画像出力部の構成を示す一部破断平面図である。
【図4】 本発明に係る第1の実施形態の変形例3に係るヘッドマウントディスプレイの構造を示す2平面図である。
【図5】 第2の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの一部破断平面図と外観斜視図である。
【図6】 第2の実施形態において用いられる画像処理のフローチャートである。
【図7】 第2の実施形態において用いられる画像処理を示す説明図である。
【図8】 各実施形態において適用可能なHMD駆動ユニットの構成要素を表すブロック図である。
【符号の説明】
H…ヘッドマウントディスプレイ(HMD)
D…駆動ユニット、CN…コネクタ、SW…電源スイッチ、
U…ユーザ、1…頭部、
100…画像出力部、110…電気−光変換器、
120…光学系、121…レンズ系、
130…鏡筒、131…レンズ収容部、132…変換器収容部、133…遮光部、
140…ケース、141…覆い板、142…開口部、143…連結部、
150…表示画面、151…オフディレイ設定ウィンドウ、152…オフ対象選択ウィンドウ、159…矢印アイコン、
180…距離センサ、181…カメラ、190…画像出力部接続部、
200(200L,200R)…音響出力部、210…音響変換器、220…耳パッド、230…ケース、231…開口部、232…縁部、233…連結部、240…空孔部、
300…支持部、
310…バンド、311(311a,311b)…バンド本体、312…画像出力部支持アーム収容部、312a…底部、312b…開口部、313…回動部、314…回動部、315…音響出力部支持アーム収容部、315b…開口面、320…画像出力部支持アーム、第1の支持アーム320a、第2の支持アーム320b、
330…音響出力部支持アーム、332…側部、340…支持アーム支持部、350…回動部、360…付勢部材、380…球頭部、
390…支持アームアクチュエータ、390a…支持アーム可動部、391…モータ、392…モータ軸、393…ローラー、394…上下駆動モータ、395…上下駆動モータ軸、396…画像出力部微動部、397…左右駆動モータ、
400…センサ、
800…ケーブル、810…プラグ
851…画像信号処理装置、852…音響出力信号処理装置、853…記憶装置、854…中央制御装置、855…状態検出装置、856…電源制御回路、857…電池、858…入出力インタフェース、859…支持アーム駆動制御装置
Claims (13)
- ユーザの頭部に装着されて画像表示を行うヘッドマウントディスプレイにおいて、
画像を表示する画像出力部と、
前記画像出力部を、前記頭部の装着時に前記ユーザの眼前に位置することができる第1の位置と前記ユーザの眼前から待避することができる第2の位置と間で移動可能に支持すると共に、ユーザの頭部に装着するための支持部と、
前記画像出力部を移動させるためのアクチュエータと、
前記アクチュエータの起動トリガーとして用いるためのセンサと、を備え、
前記センサは、特定の範囲にある物体を検知することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 - 請求項1に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
前記支持部は、前記画像出力部を支持する第1の部材と、該第1の部材を移動自在に支持する第2の部材とを有し、
前記アクチュエータは、前記第1の部材を第2の部材に対して移動させることで前記画像出力部を移動させることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 - 請求項2に記載のヘッドマウントディスプレイであって、
前記センサは、接触センサ、近接センサ或いは距離センサのうちの少なくとも一つであること
を特徴とする請求項1のヘッドマウントディスプレイ。 - 請求項3記載のヘッドマウントディスプレイであって、
前記センサが、前記画像出力部に装備されていること
を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 - 請求項4記載のヘッドマウントディスプレイであって、
前記センサは、その検知域が前記頭部に装着される際、ユーザの存在が予想させれる空間であること
を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 - 請求項1〜4記載のヘッドマウントディスプレイであって、
前記センサは、その検知域がユーザの前方域であること
を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 - 請求項1〜4記載のヘッドマウントディスプレイであって、
前記センサは、その検知域が前記画像出力部が移動する際の移動経路であることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 - 請求項1〜7の内いずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイであって、
前記センサが、その検知域に障害物が入ったことを検知すると、前記画像出力部が前記第2の位置に位置するように前記アクチュエータを制御する制御手段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。 - 請求項1〜7の内いずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
前記画像出力部が移動する際に、前記センサが、前記画像出力部が移動する際の移動経路に障害物検知すると、
前記アクチュエータの駆動を停止し、所定時間たった後、または次の指示が与えられた後前記アクチュエータを駆動させる制御を行なう制御手段を備えること
を特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 - 請求項8に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、
前記画像出力部の移動開始位置で示す情報を記憶する記憶手段と
前記制御手段は、前記画像出力部を前記第2の位置へ移動した後、所定時間後に、ないしは次の指示が与えられた後、前記センサでの前記障害物の検出に応じ、前記画像出力部を前記記憶手段で記憶された移動開始位置になるように、制御を行なうことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 - 前記前方域が、ユーザの略手の届く範囲であることを特徴とする請求項6記載のヘッドマウントディスプレイ。
- 前記前方域が、ユーザの前方略歩幅範囲であることを特徴とする請求項6記載のヘッドマウントディスプレイ。
- 前記前方域が、ユーザ選択できることを特徴とする請求項6記載のヘッドマウントディスプレイ。
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