JPH0678248A - 視覚装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 身体の動きを検出して出力することができ、
一般の人が簡単に取り扱えるバーチャルリアリティに適
した視覚装置を提供する。 【構成】 身体の動きとして頭の動きを感知するセンサ
に、小型軽量を特徴とするジャイロセンサ２０，２１を
組み込むことにより、視覚装置１を眼鏡型あるいはゴッ
グル型のような大げさでない簡単なありふれた形状のも
のにすることができるようにする。また、ジャイロセン
サ２０，２１は単独で頭の動きを検出できるので、視覚
装置１の他に発振器などの設置およびそのための調整等
を不要にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は映像を表示する装置に関
し、特に頭の動きを検出して出力することができ、仮想
現実映像（バーチャル・リアリティ）用に好適な眼鏡型
の視覚装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】バーチャル・リアリティ（Ｖｉｒｔｕａ
ｌ Ｒｅａｌｉｔｙ；以下、ＶＲ）は、時間や空間を隔
てて存在する仮想の世界や、あるいはまったく実在しな
い仮想事象をコンピュータで疑似的に作り出して、映像
表示装置等を通じてその仮想の世界を体験させ、さらに
それを身体の動き等に応じて操作することを可能にする
技術である。こうした試みはフライト・シミュレータや
ロボットの遠隔操作などを始めとして以前から存在して
おり、最近ではゲームの世界にまで同様の考えが浸透し
てきている。

【０００３】この種の映像表示装置としては、アメリカ
のＶＰＬリサーチ社やセンス８社のシステムが知られて
いる。これらの従来例の装置においては、２枚の液晶パ
ネルの映像を両眼で独立に見るようにするとともに、頭
頂部に磁気あるいは超音波のセンサをつけ、頭の近くの
空間に人間とは別に固定した磁気あるいは超音波の発振
器を設置し、それを前記の頭頂部のセンサで検知するこ
とにより頭部の動きを感知し、その動きに連動して液晶
パネルに表示される映像を変化させていた。

【０００４】なお、液晶パネルを用いて立体映像を表示
する眼鏡型の映像表示装置としては、本出願人による特
願平２−１２８００２号がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例における映像表示装置では、磁気あるいは超音波の
発振器をスタンドのようなもので床に固定し、そこから
アームを出して頭の周辺の空間に固定させ、オペレータ
により初期状態を調整する必要があった。更に磁気ある
いは超音波のセンサは正しく頭頂部に固定する必要があ
った。このような従来例の映像表示装置は重さが１ｋｇ
以上にもなり、ヘルメットまたは大がかりなひもで頭部
に固定するようになっているので、頭頂部にセンサを固
定することは容易に出来る。しかしながら、視覚装置を
小型軽量化し、眼鏡型又はゴッグル型にしたとき、頭頂
部にこのようなセンサをおくのは困難となる。

【０００６】以上述べた様に、従来例では特殊な研究所
や限られた娯楽施設などでの使用は可能であるが、一般
の人が家庭内で使用するには大がかりな装置で簡単に扱
いかねるという解決しなければならない課題を有してい
た。

【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、一般の人が簡単に取り扱
うことができるバーチャル・リアリティ用の視覚装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの具体的な手段として本発明では、映像出力装置から
出力された画像を２枚の液晶パネルなどで構成される映
像表示デバイスに表示し、これを光学系で拡大するなど
して両眼で見るような眼鏡型あるいはゴッグル型の視覚
装置において、眼鏡部のほぼ中央に、例えば頭の左右方
向の回転と上下視する方向の回転の２方向の検知により
頭の動きを感知するジャイロセンサを設置し、このジャ
イロセンサにより感知した頭の動きの情報を映像出力装
置に送り、その映像出力装置がその頭の動きに合った画
像を視覚装置に送りこむように構成した。

【０００９】

【作用】本発明では、頭の動きを感知するセンサとし
て、小型軽量を特徴とするジャイロセンサを組み込むこ
とにより、視覚装置を眼鏡型あるいはゴッグル型のよう
な大げさでない簡単なありふれた形状のものにすること
ができるようにする。また、ジャイロセンサは単独で頭
の動きを検出できることにより、視覚装置の他に発振器
などの設置およびそのための調整等を不要にする。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳
細に説明する。

【００１１】図１，図２に本発明の一実施例の外観図を
示す。図１において１は視覚装置である。眼鏡のレンズ
に当たる部分には白黒液晶パネル２，２が入っており、
光を透過からシャットアウト（遮蔽）まで段階的に通す
ことが出来るようになっている。３は眼鏡の柄にあたる
部分であり、後部にステレオ用のイヤホン４，４が付い
ていて、イヤホン４，４を耳に入れると音が聴ける様に
なっている。視覚装置１からはコード５が出て、リモコ
ン６を経てコード７の先にコネクタ８が付いている。コ
ネクタ８は視覚装置１の駆動装置と接続される。リモコ
ン６には、緊急用釦９、白黒液晶パネル２，２の透過度
調節用の白黒液晶コントロールボリューム１０、イヤホ
ン４の音量調節用の音声ボリューム１３、それと、頭部
初期位置をリセットする釦１０１が付いている。

【００１２】図２は図１の外観図を裏から見た図であ
り、裏パネル１７には接眼レンズ１６，１６と覗窓１
５，１５が付いている。ユーザは接眼レンズ１６，１６
によってビデオ映像（立体映像，仮想現実映像等）を楽
しむと同時に、覗窓１５，１５そして図１の白黒液晶パ
ネル２，２を通して外界の様子を見ることが出来る。

【００１３】図３に上記実施例の分解した様子を示す。
映像部１８の中にバックライトや２枚のカラー液晶パネ
ルや光学系が入っていて、接眼レンズ１６，１６を通し
て直接ビデオ映像を眼で見ることが出来る。

【００１４】電気回路基板が１９であり、視覚装置１本
体の上方に配置されている。この回路基板１９のほぼ中
央に２ケのジャイロセンサ２０，２１が付いている。こ
のジャイロセンサはいろいろなタイプがすでに商品化さ
れているが、本実施例では小型軽量なものとして圧電振
動タイプのものが好適である。いずれにせよ、このジャ
イロセンサを２ケ設置し、ジャイロセンサ２１で頭部を
左右に振る動きと、ジャイロセンサ２０で上を向いたり
うなずいたりする上下に振る動きの２方向の動きを感知
するようになっている。回路基板１９には左右両端にコ
ネクタ２２，２２が設けられ、枠体１ａ側のコネクタ２
３，２３に接続される。このコネクタ２３，２３から白
黒液晶パネル２，２およびイヤホン４，４への接続がな
されている。また、前述したコード５は、直接この回路
基板１９へ接続されている。

【００１５】次に、回路基板における電気回路の構成お
よびシステム全体の構成を図４のブロック図に示す。視
覚装置１はリモコン６を介して視覚装置の駆動装置１０
３に接続され、その駆動装置１０３はＣＤ−Ｉなどが接
続されたグラフィック及び仮想空間計算用コンピュータ
１０２に接続されている。上記駆動装置１０３は、映像
処理回路１０４と視覚装置１用の電源１０５を有してい
る。また、先にも述べたとおり、リモコン６は、緊急用
釦９と、白黒液晶コントロールボリューム１０と音声ボ
リューム１３と、リセット釦１０１とを有する。

【００１６】視覚装置１の電気回路は、イヤホン４（４
Ｌ，４Ｒ：Ｌは左側，Ｒ右側を示す。以下同じ。）を駆
動する増幅器３１と、カラー液晶パネルの光源となるバ
ックライト３２と、該バックライト３２を安定した光源
としてその性能を保障するバックライト用インバータ電
源３３と、映像を表示する左右のカラー液晶パネル３４
Ｌ，３４Ｒと、駆動装置１０３の映像処理回路１０４で
映像信号が信号処理され抽出されてリモコン６を通して
送られたＲＧＢ信号をカラー液晶パネル３４Ｌ，３４Ｒ
に送出するコントローラ回路及びカラー液晶パネル３４
Ｌ，３４Ｒへ映像表示するＸ，Ｙドライブを制御するド
ライバー回路から構成されている液晶コントロール駆動
回路３５と、視覚装置１の前面側に設けた白黒液晶パネ
ル２（２Ｌ，２Ｒ）と、該白黒液晶パネル２Ｌ，２Ｒに
対して外界からの光を透過から遮蔽まで段階的に制御す
る白黒液晶コントローラ駆動回路３６と、頭の動きを２
方向で検出するジャイロセンサ２０，２１と、各ジャイ
ロセンサ出力を取り出すローパスフィルタ（ＬＰＦ）３
７Ａ，３７Ｂと、取り出された各ジャイロセンサ出力を
増幅する増幅器３８Ａ，３８Ｂと、Ａ／Ｄコンバータ３
９ａと積分器３９ｂを有し前記の増幅器出力を受けて頭
の動きの角度や角速度を求める首振量計算部３９と、求
められた頭の動きの角度や角速度からコンピュータ１０
２への頭の回転の情報の出力および緊急の制御を行うコ
ントローラ回路４０から成る。

【００１７】ここで、信号の流れや電源の供給について
は、以下のとおりである。音声信号はコンピュータ１０
２から駆動装置１０３，リモコン６を通して増幅器３１
に入力されて増幅される。リモコン６の音声ボリューム
１３は、増幅器３１のゲインを変化させ、イヤホン４の
音量を調節する。左右（Ｌ，Ｒ）の映像信号は駆動装置
１０３の映像処理回路１０４に入力され、信号処理され
て液晶コントローラ駆動回路３５に入力される。リモコ
ン６の緊急用釦９および白黒液晶コントロールボリュー
ム１０からの各入力はコントローラ回路４０に接続され
る。コントローラ回路４０は、増幅器３１，バックライ
ト用インバータ電源３３，液晶コントローラ駆動回路３
５，白黒液晶コントローラ駆動回路３６，首振量計算部
３９に対し後記する緊急の制御を行う。これらの増幅器
３１，バックライト用インバータ電源３３，液晶コント
ローラ駆動回路３５，白黒液晶コントローラ駆動回路３
６，首振量計算部３９およびコントローラ回路４０に対
する電源供給は、駆動装置１０３の電源１０５からリモ
コン６を介し、スイッチ４１を通してなされる。

【００１８】以上のように構成した実施例の動作および
作用を述べる。

【００１９】グラフィック及び仮想空間計算用コンピュ
ータ１０２により立体映像と音が作られる。この立体映
像は左右の眼の映像として２つのビデオ信号として駆動
装置１０３に送られる。駆動装置１０３では１フィール
ド毎に左右の映像が交互に並ぶようにされ、一つのビデ
オ信号に合成される。この信号が視覚装置１に入ると再
び２つのＬ，Ｒの信号となり、Ｌ，Ｒに相当するカラー
液晶パネル３４Ｌ，３４Ｒに入る。ビデオ信号によるフ
リッカーのない立体視の技術については、本出願人によ
る先の特願平３−２５６８３６号に詳しく述べてある。
要するに、各カラー液晶パネル３４Ｌ，３４Ｒの映像を
接眼レンズ１６，１６を通して左右の眼に別々に見える
ようにし、左右の眼に対応する映像をフィールド毎に交
互に切り替えて各カラー液晶パネル３４Ｌ，３４Ｒに表
示し、画像信号のないときは、液晶のメモリ効果を利用
して前のフィールドの映像をホールドし、これらを脳神
経で統一して見ることにより立体視を得るものである。
このようにしてコンピュータ１０２で作成した仮想空間
映像（例えば部屋にいて壁やドアを見た映像）を見るこ
とが出来る。もちろん、Ｌ，Ｒの２つのビデオ信号をそ
のまま視覚装置１に入れ２つのカラー液晶パネル３４
Ｌ，３４Ｒに映し出すこともできるが、本方式ならば、
通常の放送用（ＮＴＳＣ信号など）のビデオ信号も同じ
視覚装置で再生できることになる。

【００２０】次に、本実施例では、以下のようにして身
体の動きをコンピュータ１０２に入力し、仮想空間映像
を変化させる。前記において、ユーザが頭部を動かす
と、これがジャイロセンサ２０，２１に感知され、別の
映像（例えば首を回した分変化した部屋の映像）が映
る。これを詳説すると、図４においてジャイロセンサ２
０，２１で首の左右あるいは上下の動きを感知し、これ
から首振量計算部３９において角速度，角度を計算し、
コンピュータ１０２に送る。コンピュータ１０２ではこ
のデータで再計算し、これに合った映像を生成し、視覚
装置１に送り込むわけである。

【００２１】次に、リモコン６に備えてある緊急用釦９
の機能について説明する。緊急用釦９は、外界の様子を
見たくなったときに使用する釦である。即ち、この緊急
用釦９が押されると緊急用信号がコントローラ回路４０
に入力され、接続されるコンピュータ１０２等の外部機
器に対して一次停止の指示をすると共に、イヤホン４
Ｌ，４Ｒの増幅器３１の電源供給をオフするなどしてイ
ヤホン４Ｌ，４Ｒからの音を聞こえなくする。これと同
時に、バックライト用インバータ電源３３をオフしてバ
ックライト３２を消灯し、カラー液晶パネル３４Ｌ，３
４Ｒからの映像を見えなくすると共に、白黒液晶コント
ローラ駆動回路３６に対して透視状態（開状態）が最大
限になるように指示することによって遮蔽部即ち白黒液
晶パネル２Ｌ，２Ｒを透明（開）にし、そこから外界の
様子が見えるようにする。尚、上記のようにイヤホン４
から聞こえないようにする代わりに、マイクを設けて外
界の音を増幅器３１に入力し、イヤホン４Ｌ，４Ｒから
聞こえるようにしても良い。

【００２２】ところで、本装置では外界の見え方を白黒
液晶パネル２の濃淡により変えることができるようにな
っており、緊急用釦９を押すと白黒液晶パネル２が薄く
なり、外界が見える仕組みになっている。この時の液晶
パネル２の透過度は、白黒液晶コントロールボリューム
１０により、調節可能である。このように外界が緊急時
に見えるようにすることは、屋外でＴＶやビデオ再生な
どを楽しんでいるときのエマージェンシーセーフのため
である。本発明の実施例では、ジャイロセンサ２０，２
１により首の急な動きを感知したときは、コントローラ
回路４０を動作させ、自動的に上記緊急用釦９が押され
たのと同じ状態になるようにしている。

【００２３】図５に上記実施例の使用例を示す。Ａはユ
ーザであり、１０４はコンピュータによって作成された
仮想空間の映像である。ユーザＡは眼鏡をかけるように
柄３を耳にかけ、本視覚装置１を装着し、イヤホン４を
耳内に挿入する。ユーザＡが首を上下させたり、回転し
たりすると、その検出出力が映像出力装置であるコンピ
ュータに入力されて、それに合った映像１０４が出力さ
れて映像部１８に映し出されるとともに、イヤホン４か
ら所定の音を聴くことができる。また、頭を急激に動か
せば覗窓１５と白黒液晶パネル２，２を通して外界を見
ることができる。

【００２４】なお、本発明は眼鏡型に限らず、ゴッグル
型など頭部に装着できる構造にすることができる。ま
た、カラー液晶パネル３４Ｌ，３４Ｒも映像表示デバイ
スの一例に過ぎない。このように本発明は、その主旨に
沿って種々に応用され、種々の実施態様を取り得るもの
である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る視覚
装置は、頭の動きをジャイロセンサを使い装置の中に設
けたことにより、発振器を別に設置する必要もなく、わ
ずらわしい調整もなく、また装置構造も大げさでなくあ
りふれた形のものにすることが出来、特に家庭内におい
て仮想現実映像を楽しもうとするとき、だれにでも簡単
に扱えると言う優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体の外観図

【図２】上記実施例を裏から見た外観図

【図３】上記実施例を分解した様子を示す外観図

【図４】上記実施例のシステム構成と電気回路の構成を
示すブロック図

【図５】上記実施例の使用例を示す図

【符号の説明】

１…視覚装置 ２，２Ｌ，２Ｒ…白黒液晶パネル ４，４Ｌ，４Ｒ…イヤホン ６…リモコン ９…緊急用釦 １０…白黒液晶コントロールボリューム ２０，２１…ジャイロセンサ ３３…バックライト用インバータ電源 ３４Ｌ，３４Ｒ…カラー液晶パネル ３５…液晶コントローラ駆動回路 ３６…白黒液晶コントローラ駆動回路 ３９…首振量計算部 ４０…コントローラ回路 １０１…リセット釦 １０２…グラフィック及び仮想空間計算用コンピュータ １０３…視覚装置の駆動装置 １０４…映像処理回路 １０５…電源

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 頭部に装着し映像表示デバイスの映像を
   直接眼で見るようにした視覚装置において、該頭部の動
   きを検出するジャイロセンサを設け、該ジャイロセンサ
   の検出出力を外部へ出力可能にしたことを特徴とする視
   覚装置。
2. 【請求項２】 ジャイロセンサの検出出力を映像出力装
   置に出力し、該映像出力装置が該検出出力で感知した頭
   部の動きに合わせて映像表示デバイスに出力する映像を
   変化させることを特徴とする請求項１記載の視覚装置。
3. 【請求項３】 より多くの視界を得る手段と、ジャイロ
   センサが頭部の急な動きを検出したとき自動的に上記手
   段に対しより多くの視界が得られるよう制御する制御回
   路とを具備することを特徴とする請求項１または２記載
   の視覚装置。
4. 【請求項４】 より多くの視界を得る手段が白黒液晶パ
   ネルであることを特徴とする請求項３記載の視覚装置。
5. 【請求項５】 ジャイロセンサが頭部の急な動きを検出
   したとき、制御回路が映像表示デバイスの映像を停止も
   しくは見えなくする制御を行うことを特徴する視覚装
   置。