JPH06121254A - 頭部装着式ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 視野に影響を与えることなく検出器を配置し
て、確実に視線、瞬きを検出でき、かつ、小型化が可能
な頭部装着式ディスプレイ装置。 【構成】 頭部に装着して保持できる形状の本体内部
に、映像を表示する２次元表示素子１と、２次元表示素
子１の映像を眼球に投影する光学系２、３とを具備した
頭部装着式ディスプレイ装置であって、視線又は瞬き検
出器５と、２次元表示素子１の映像を投影する光路と視
線又は瞬き検出器５からの投射光の光路とを合成するハ
ーフミラー４等の光路合成手段とを有し、光路合成手段
４により合成された映像及び投射光を眼球に導くように
構成してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、頭部装着式ディスプレ
イ装置に関し、特に、視線、瞬き検出機能を備えた頭部
装着式ディスプレイ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】バーチュアルリアリティ用、あるいは、
一人で大画面の映像を楽しむことができるようにするこ
とを目的として、ヘルメット型、ゴーグル型の頭部装着
式ディスプレイ装置の開発が進められている。

【０００３】例えば、ゴーグル型頭部装着式ディスプレ
イ装置としては、図６に頭部を含み水平に切った断面を
示すように、照明用の光源を有する液晶表示素子１ａ、
１ｂと、その像を投影する光学系２ａ、２ｂと、投影光
路を眼球へ偏向し、像を拡大投影する凹面鏡３ａ、３ｂ
とを備えることにより、小型の表示装置で大画面の迫力
が得られると共に、両眼視差による像の違いを考慮した
映像を各々の液晶表示素子１ａ、１ｂに表示することに
より、立体感を持った映像を見ることができる。

【０００４】このような頭部装着式ディスプレイ装置
に、視線や瞬きのような眼の運動を検出する機能を備え
させることにより、実用的なアプリケーションが多数考
えられている。なお、瞬きの検出方式の例として、特願
平４−４４８１２号のものがあげられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
瞬き検出方式では、２次元表示画面からの情報を遮るこ
となく、かつ、視野に影響を与えることなく検出器を配
置することは困難であり、また、検出器の大きさも限定
されている。また、検出器の投光系と受光系が同軸でな
く、視線方向からも離れているために、検出能力が不充
分である。

【０００６】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、視野に影響を与えることな
く検出器を配置して、確実に視線、瞬きを検出でき、か
つ、小型化が可能な頭部装着式ディスプレイ装置を提供
することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題点に鑑みて、頭部装着式ディスプレイ装置の凹面鏡と
装着者の眼の間にハーフミラー等の光路合成手段を配置
する。この光路合成手段の作用により、２次元表示素子
からの映像と視線又は瞬き検出器からの光とを同時に装
着者の視線方向に導くことができると共に、眼の死角位
置に上記検出器を配置することが可能となる。また、検
出器の投光系と受光系を同軸系にすることも可能とな
り、検出系をコンパクトにすることができる。

【０００８】さらに、２次元表示素子の映像からの表示
光を光路合成手段へ少なくとも２回入射するようにし
て、映像投影用の光路を長くし、装置のコンパクト化を
図ることが可能となる。また、検出用光源として赤外線
を用い、検出器と光路合成手段の間に赤外線透過フィル
ターを配置することにより、肉眼では検出器を見えなく
することができる。

【０００９】すなわち、本発明の頭部装着式ディスプレ
イ装置は、頭部に装着して保持できる形状の本体内部
に、映像を表示する２次元表示素子と、該２次元表示素
子の映像を眼球に投影する光学系とを具備した頭部装着
式ディスプレイ装置において、視線又は瞬き検出器と、
前記映像を投影する光路と前記視線又は瞬き検出器から
の投射光の光路とを合成する光路合成手段とを有し、前
記光路合成手段により合成された映像及び投射光を眼球
に導くように構成したことを特徴とするものである。

【００１０】この場合、２次元表示素子の映像からの表
示光が光路合成手段へ少なくとも２回入射するように構
成することもでき、また、視線又は瞬き検出器は検出用
光源として赤外線を用い、視線又は瞬き検出器と光路合
成手段との間の投射光の光路中に赤外線透過フィルター
を配置することもできる。

【００１１】

【作用】本発明においては、視線又は瞬き検出器と、２
次元表示素子の映像を投影する光路と視線又は瞬き検出
器からの投射光の光路とを合成する光路合成手段とを有
し、光路合成手段により合成された映像及び投射光を眼
球に導くように構成したので、映像表示状態のまま、視
野に影響を与えることなく、視線方向において、眼の死
角位置に配置した検出器により、眼の視線又は瞬きを確
実に検出することができる。また、検出器の投光系と受
光系を同軸系にすることも可能となり、装置を一体化し
てコンパクトに構成することができる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照にして本発明の頭部装着式
ディスプレイ装置の実施例について説明するが、以下の
実施例においては、光路合成手段としてハーフミラーを
用い、また、視線又は瞬き検出器の検出用光源としては
赤外線を用いている。

【００１３】図１〜図３を参照にして本発明の第１実施
例について説明する。図１はこの実施例の頭部装着式デ
ィスプレイ装置の概略構成図、図２はその眼前部の構成
図、図３はその検出ユニットの説明図であり、このディ
スプレイ装置は、図６に示した従来の頭部装着式ディス
プレイ装置と同様に、照明光源を有し、入力された映像
信号を表示する２次元表示素子１と、その像を投影する
光学系２と、投影光路を眼球へ偏向し、像を拡大投影す
る凹面鏡３とを備えており、上記の光学系２、３に加え
て、装着者の眼と凹面鏡３の間にハーフミラー４を配置
し、ハーフミラー４の入射側で眼の側方に瞬き検出ユニ
ット５を配置する。図２に実線で示すように、凹面鏡３
で反射された２次元表示素子１からの映像は、ハーフミ
ラー４を透過し、眼に導かれる。一方、瞬き検出ユニッ
ト５は、装着者の死角位置に配置する。瞬き検出ユニッ
ト５から投光される図に点線で示した赤外光は、赤外線
透過フィルター６を透過し、ハーフミラー４で反射さ
れ、眼に導かれる。眼で反射された赤外光は、同じ経路
を逆にたどり、検出ユニット５に戻る。その赤外光を検
出ユニット５で受光し、その受光量を処理することによ
り、瞬きを検出することが可能となる。

【００１４】このように、装着者の視野を遮ることな
く、瞬き検出ユニット５からの赤外光を視野の中心軸方
向から入射し、同じ中心軸方向への反射光を検出できる
ため、瞬き検出能力の向上が図れる。また、図３に示す
ように、瞬き検出ユニット５の投光ユニット７と受光ユ
ニット８を隣接して配置できるので、検出ユニット５の
一体化、小型化が可能となる。受光ユニット８にレンズ
とイメージセンサーを用いて眼の像を取り込み、画像処
理を利用することにより、瞬き及び視線（眼球の動き）
を検出することが可能となる。

【００１５】なお、ハーフミラー４の傾斜方向を変える
ことにより、検出ユニット５の配置方向を変えることが
可能となる。また、赤外線透過フィルター６の配置によ
り、ハーフミラー４の前に配置した検出ユニット５を装
着者が認識できないようにしている。

【００１６】次に、図４を参照にして本発明の第２実施
例について説明する。この実施例においては、２次元表
示素子１に表示された映像からの表示光は、図に示すよ
うに、ハーフミラー４で一旦反射され、凹面鏡３に入射
し、凹面鏡３で更に反射され、再びハーフミラー４に入
射し、その透過光が装着者の眼に導かれる。一方、装着
者の死角位置に配置された瞬き検出ユニット５から投光
された赤外光は、赤外線透過フィルター６を透過し、ハ
ーフミラー４で反射され、装着者の眼に投影される。眼
で反射された赤外光は入射経路を逆行し、検出ユニット
５により受光される。その受光量を処理することによ
り、瞬きを検出することが可能となる。

【００１７】なお、ハーフミラー４を透過し、検出ユニ
ット５に向かう２次元表示素子１からの表示光は、赤外
線透過フィルター６で吸収され、眼に導かれないように
なる。

【００１８】このような構成をとることにより、映像投
影の光学系２、３と瞬き検出ユニット５の光学系とを含
めた光学系がコンパクトになり、瞬き検出ユニット５も
映像表示に影響を与えない眼の死角位置に配置すること
が可能となる。

【００１９】また、図５に示すように、凹面鏡３と検出
ユニット５及び赤外線透過フィルター６の位置を置換し
た構成においても、同様の機能を果たさせることができ
る。

【００２０】以上の実施例では、光路合成手段としてハ
ーフミラーを用い、また、視線又は瞬き検出器の検出用
光源として赤外線を用いた例を示したが、第１実施例で
は、ハーフミラーの代わりに、可視光線を透過し赤外線
を反射するダイクロイックミラーを使用すると、光量損
失が少なく、さらに好ましい。また、例えば、映像表示
をＳ偏光、検出器からの投射光をＰ偏光とし、ハーフミ
ラーの代わりに、偏光ビームスプリッターを用いて光路
を合成するようにしてもよい。

【００２１】また、光路合成手段の位置は、眼球直前で
なくてもよく、例えば、図１において、照明用光源を有
する２次元表示素子１と、凹面鏡３の間の何れかに設け
ても同等の効果が得られる。

【００２２】また、投射光が眼に見えても構わない場合
は、第１実施例、第２実施例共に、視線又は瞬き検出器
の検出用光源として、赤外線以外の光でも同等の効果が
あることは言うまでもない。

【００２３】以上、本発明の頭部装着式ディスプレイ装
置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら
実施例に限定されず種々の変形が可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の頭部装着式ディスプレイ装置によると、視線又は瞬き
検出器と、２次元表示素子の映像を投影する光路と視線
又は瞬き検出器からの投射光の光路とを合成する光路合
成手段とを有し、光路合成手段により合成された映像及
び投射光を眼球に導くように構成したので、映像表示状
態のまま、視野に影響を与えることなく、視線方向にお
いて、眼の死角位置に配置した検出器により、眼の視線
又は瞬きを確実に検出することができる。また、検出器
の投光系と受光系を同軸系にすることも可能となり、装
置を一体化してコンパクトに構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による頭部装着式ディスプレイ装置の第
１実施例の概略構成図である。

【図２】第１実施例の眼前部の構成図である。

【図３】本発明による視線又は瞬き検出ユニットの説明
図である。

【図４】本発明によりハーフミラーを映像系と検出系と
に兼用した実施例の構成図である。

【図５】図４の変形例の構成図である。

【図６】従来の頭部装着式ディスプレイ装置の概略構成
図である。

【符号の説明】

１…２次元表示素子 ２…投影光学系 ３…凹面鏡 ４…ハーフミラー ５…視線又は瞬き検出ユニット ６…赤外線透過フィルター ７…投光ユニット ８…受光ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳橋有紀 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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 頭部に装着して保持できる形状の本体内
   部に、映像を表示する２次元表示素子と、該２次元表示
   素子の映像を眼球に投影する光学系とを具備した頭部装
   着式ディスプレイ装置において、 視線又は瞬き検出器と、前記映像を投影する光路と前記
   視線又は瞬き検出器からの投射光の光路とを合成する光
   路合成手段とを有し、前記光路合成手段により合成され
   た映像及び投射光を眼球に導くように構成したことを特
   徴とする頭部装着式ディスプレイ装置。
2. 【請求項２】 前記２次元表示素子の映像からの表示光
   が前記光路合成手段へ少なくとも２回入射するように構
   成されていることを特徴とする請求項１記載の頭部装着
   式ディスプレイ装置。
3. 【請求項３】 前記視線又は瞬き検出器は検出用光源と
   して赤外線を用い、前記視線又は瞬き検出器と前記光路
   合成手段との間の前記投射光の光路中に赤外線透過フィ
   ルターを配置したことを特徴とする請求項１又は２記載
   の頭部装着式ディスプレイ装置。