JP3843951B2

JP3843951B2 - Image display device

Info

Publication number: JP3843951B2
Application number: JP2003034679A
Authority: JP
Inventors: 正樹大槻; 信行三宅; 茂加藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2006-11-08
Anticipated expiration: 2023-02-13
Also published as: JP2004247897A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）など、観察者の頭部に装着可能であり、かつ観察者の眼の前方に画像を虚像として表示する画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＭＤには、観察者の眼の前方に画像を虚像として表示する表示部、及びその表示部を観察者の頭部に装着するための装着具が備えられる（特許文献１など）。ＨＭＤによれば、観察者はハンドフリーの状態で画像を観察することができる。
このＨＭＤの表示部内の光学設計は予め決められた位置（アイポイント）に観察者の眼が配置されることを前提に行われるので、観察者は、装着具を利用して眼とそのアイポイントとを一致させることにより、画像を良好に観察することが可能である。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−３２０４５３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際の使用時には、観察者の眼は必ずしもアイポイントに配置されない。
【０００５】
例えば、眼鏡を使用している観察者は、眼と表示部との間に眼鏡のレンズを配置しなければならないので、眼の位置は必然的にアイポイントよりも手前になる。
また、観察者がＨＭＤを装着したまま移動するときなどには、眼をアイポイントからわざとずらし、外界を見ながらＨＭＤの画像を観察することもある。
【０００６】
このようにアイポイントから眼を外して使用するときには、画像の周辺が欠けることを許容せざるを得なかった。
そこで本発明は、表示部と眼との位置関係のずれによる画像の欠けを防止することの可能な画像表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像表示装置は、二次元表示素子と、その二次元表示素子の表示画面の虚像を形成する接眼光学系とからなる表示部と、前記二次元表示素子の表示画面上に画像を表示するための回路部と、前記虚像の形成位置が観察者の眼の略前方となるよう前記表示部をその観察者の頭部に装着可能な装着手段と、前記装着手段に設けられ、前記観察者の眼と前記表示部との位置関係を調整するための調整機構と、前記観察者の眼と前記表示部との位置関係、又はその位置関係の変化を測定する測定手段とを備え、前記回路部は、前記測定の結果に応じて、前記表示画面における前記画像の表示倍率を変更することを特徴とする。
【０００８】
なお、前記測定手段は、前記調整機構の状態に基づき前記測定を行ってもよい。
また、前記測定手段は、前記観察者の眼と前記表示部との位置関係を測定するものであり、前記回路部は、前記測定された位置関係と、予め記憶した情報とに応じて、前記画像の表示倍率を、前記眼から見て前記画像が欠けない範囲の最大の表示倍率となるよう制御してもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［第１実施形態］
以下、図１，図２，図３を参照して本発明の第１実施形態を説明する。
【００１４】
本実施形態は、ＨＭＤの実施形態である。
図１は、本実施形態のＨＭＤ１０の外観図である。
図２は、ＨＭＤ１０の構成図である。
ＨＭＤ１０には、表示部１１、回路部１３、装着具１２が備えられる。なお、回路部１３は、表示部１１に固定されていても、装着具１２の何れかの箇所に固定されていても、またＨＭＤ１０の本体とは別体に用意されてもよい（図１では、不図示）。
【００１５】
表示部１１には、二次元表示素子（以下、液晶表示素子とし、「ＬＣＤ」と略称する。）１１ａと接眼光学系１１ｂとが備えられる。
回路部１３は、ＬＣＤ１１ａの表示画面Ｅ上に画像Ｉを表示するための回路である。
回路部１３には、制御回路１３ａ、アナログ処理回路１３ｃ、Ａ／Ｄ変換回路１３ｄ、フレームメモリ１３ｅ、１３ｆ、画像処理回路１３ｇなどが備えられる。
【００１６】
外部から回路部１３に入力される画像信号（動画像信号、又は静止画像信号である。）は、アナログ処理回路１３ｃ、Ａ／Ｄ変換回路１３ｄを介してフレームメモリ１３ｅに入力される。
フレームメモリ１３ｅに入力された画像信号は、画像処理回路１３ｇにより画像処理された後、フレームメモリ１３ｆを介して表示部１１のＬＣＤ１１ａに送出される。
【００１７】
回路部１３内のこれら一連の処理は、制御回路１３ａによって制御される。
表示部１１内のＬＣＤ１１ａの表示画面Ｅ上には、回路部１３から入力された画像信号に基づく画像Ｉが表示される。
表示部１１内の接眼光学系１１ｂは、ＬＣＤ１１ａの表示画面Ｅの虚像をＬＣＤ１１ａの背後に形成する。
【００１８】
すなわち、接眼光学系１１ｂは、ＬＣＤ１１ａの表示画面Ｅの各位置から射出する光束をそれぞれ平行光束に近づけて所定の位置（アイポイントＥ．Ｐ．）に導く。
装着具１２は、観察者の眼２の瞳の位置にアイポイントＥ．Ｐ．が位置するよう、その表示部１１を観察者の頭部に装着可能な構造を有している。
【００１９】
眼２の瞳の位置にアイポイントＥ．Ｐ．が配置された状態では、観察者にはＬＣＤ１１ａの表示画面Ｅが実際よりも遠方にあるように見える。
ところで、本実施形態において、回路部１３内の画像処理回路１３ｇによる画像処理には、階調変換処理などの一般の処理の他、ＬＣＤ１１ａの表示画面Ｅにおける画像Ｉの表示倍率Ｓを変更する処理も含まれる。
【００２０】
表示倍率Ｓの値は、制御回路１３ａが画像処理回路１３ｇに対し指示することにより適宜設定される。
図３は、本実施形態のＨＭＤ１０の動作を説明する図である。
図３（ａ）は、アイポイントＥ．Ｐ．に眼２の瞳が配置された状態を示し、図３（ｂ）（ｃ）は、アイポイントＥ．Ｐ．よりも遠くに眼２が配置された状態を示す。
【００２１】
図３（ｂ）は、従来のＨＭＤの表示部１０１、図３（ｃ）は、本実施形態のＨＭＤ１０の表示部１１を示している。
図３（ｂ）に示すように、従来のＨＭＤでは、アイポイントＥ．Ｐよりも遠くに瞳が配置されていると、画像Ｉの周辺から射出した光束が瞳に入射できず、観察者の眼２から見て画像Ｉの周辺は欠けていた。
【００２２】
一方、本実施形態のＨＭＤ１０では、画像Ｉの表示倍率Ｓが可変であるので、アイポイントＥ．Ｐ．より遠くに眼２が配置されていても、図３（ｃ）に示すように表示倍率Ｓが小さく設定されれば、画像Ｉの周辺から射出した光束をも瞳に入射させることができるので、画像Ｉの欠けを防止できる。
【００２３】
つまり、本実施形態のＨＭＤ１０によれば、観察者の顔又は眼２と表示部１１との距離のずれによる画像Ｉの欠けを防止することができる。
また、これによって、眼２に対する表示部１１の位置関係の自由度は、増える。
そこで、本実施形態のＨＭＤ１０においては、眼２に対する表示部１１の位置関係を観察者が積極的に変更することができるよう、調整機構（図１符号１６，１７，１８，１９）が装着具１２に設けられる。
【００２４】
図１に符号１６，１７で示したのは蝶番機構であり、図１に符号１８，１９で示したのはスライド機構である。
例えば、装着具１２は、観察者の左右の耳にそれぞれ装着される耳かけ式のヘッドホン１２Ｒ、１２Ｌと、左右のヘッドホン１２Ｒ、１２Ｌを連結するリアアーム１２ｂと、リアアーム１２ｂに連結されたディスプレイアーム１２ｃからなる。表示部１１は、ディスプレイアーム１２ｃの先端部に固定される。
【００２５】
ディスプレイアーム１２ｃは蝶番機構１６，１７によって矢印Ｌ１、Ｌ２の方向に折り曲げ可能である。
ディスプレイアーム１２ｃはスライド機構１８，１９によって矢印Ｌ３，Ｌ４の方向に伸縮可能である。
蝶番機構１６，１７、及びスライド機構１８，１９を利用すれば、観察者は眼２に対する表示部１１の位置や角度を自在に変化させることができる。
【００２６】
また、蝶番機構１６，１７、及びスライド機構１８，１９を利用すれば、緊急時などにＨＭＤ１０を装着したままの状態で表示部１１のみを眼２の前から即座に外すこともできる。
なお、蝶番機構１６，１７、スライド機構１８，１９のうち一部しか設けられていなくても、表示部１１の位置や角度を或る程度の自由度で変化させることができる。
【００２７】
一方、蝶番機構やスライド機構の数を増やせば、さらに柔軟に位置関係を変化させることができる。
また、蝶番機構１６，１７の代わりにボールジョイント機構を利用することもできる。
次に、表示部１１の所定箇所から観察者の顔又は眼２までの距離Ｌと、画像Ｉの表示倍率Ｓの最適値（以下、「最適倍率」という。）との関係は、表示部１１の光学設計データなどから予め求まる。
【００２８】
ここで、「最適倍率」とは、観察者の眼２が画像Ｉを欠けなく見ることのできる、つまり、画像Ｉの各位置からの射出光が観察者の眼２の瞳に十分に入射可能な最大の表示倍率である。
さらに言えば、「最適倍率」とは、眼２が眼球運動してもその運動が所定範囲内であれば画像Ｉの各位置からの射出光が十分に瞳に入射可能な最大の表示倍率である。
【００２９】
そこで、本実施形態のＨＭＤ１０には、以下のとおり自動制御の機能が付加される。
先ず、回路部１３内の制御回路１３ａは、観察者の顔又は眼２との距離Ｌと最適倍率との関係を、数式又はルックアップテーブルなどとして予め記憶する。
また、距離Ｌを測定する測距センサ（図１符号１５）がＨＭＤ１０に設けられる。
【００３０】
測距センサ１５は、例えば、図１に示すように、表示部１１において眼２に対向する位置から若干外れた位置に固定される。
この測距センサ１５によれば、距離Ｌを示すデータが取得される。
取得されたデータは、図２に示すように回路部１３に入力され、制御回路１３ａによって距離Ｌが認識される。
【００３１】
そして、制御回路１３ａは、距離Ｌと予め記憶した関係とに基づいてその距離Ｌに対する最適倍率を求める。そして、求めた最適倍率を表示倍率Ｓとして画像処理回路１３ｇに設定する。
以上、本実施形態のＨＭＤ１０においては、表示部１１と眼２との位置関係のずれに拘わらず、常に最適倍率（ここでは、画像Ｉが欠けない範囲の最大の表示倍率）で画像Ｉが表示される。
【００３２】
なお、本実施形態において、予め用意された有限個の値の中で最適倍率に近いもの（近似倍率）が表示倍率Ｓとして設定されるよう、制御回路１３ａを動作させてもよい。
但し、表示倍率Ｓは、観察者の眼２が画像Ｉを欠けなく見ることのできるような値に設定されることが望ましいので、低い方の近似倍率が選択されることが望ましい。
【００３３】
［第２実施形態］
以下、図４、図５を参照して本発明の第２実施形態を説明する。
本実施形態は、ＨＭＤの実施形態である。ここでは、第１実施形態のＨＭＤとの相違点についてのみ説明し、その他の説明を省略する。
図４は、本実施形態のＨＭＤ２０の外観図である。
【００３４】
図５は、ＨＭＤ２０の構成図である。
本実施形態のＨＭＤ２０は、第１実施形態のＨＭＤ１０において、測距センサ１５に代えて位置センサ（エンコーダなど）２５が備えられ、回路部１３に代えて回路部２３が備えられたものである。
回路部２３は、回路部１３において制御回路１３ａに代えて制御回路２３ａが備えられたものである。
【００３５】
制御回路２３ａは、制御回路１３ａと同様、距離Ｌと最適倍率との関係を予め記憶する。
位置センサ２５は、例えば、スライド機構１８の近傍に設けられ、ディスプレイアーム１２ｃの伸縮位置を示すデータを生成する。
【００３６】
よって、この位置センサ２５によれば、表示部１１から眼２までの距離Ｌを示すデータが、間接的に取得される。
位置センサ２５によれば、第１実施形態の測距センサ１５ほど精度は高くはないものの、距離Ｌを測定することができる。
取得されたデータは、図５に示すように回路部２３に入力され、制御回路２３ａによって距離Ｌが認識される。
【００３７】
制御回路２３ａは、認識した距離Ｌと予め記憶した関係とに基づいて、その距離Ｌに対する最適倍率を求める。そして、求めた最適倍率を表示倍率Ｓとして画像処理回路１３ｇに設定する。
以上、本実施形態のＨＭＤ２０においても、表示部１１と眼２との位置関係のずれに拘わらず、常に最適倍率（ここでは、画像Ｉが欠けない範囲の最大の表示倍率）で画像Ｉが表示される。
【００３８】
なお、本実施形態では、スライド機構１８の近傍にのみセンサ（位置センサ）を設けたが、蝶番機構１６，蝶番機構１７，スライド機構１９の少なくとも１つの近傍にもセンサ（因みに、蝶番機構の回動角度を検出するセンサとしては、角度センサが用いられる。）を設け、距離Ｌの測定精度を向上させてもよい。
［第３実施形態］
以下、図６、図７を参照して本発明の第３実施形態を説明する。
【００３９】
本実施形態は、ＨＭＤの実施形態である。ここでは、第１実施形態のＨＭＤとの相違点についてのみ説明し、その他の説明を省略する。
図６は、本実施形態のＨＭＤ３０の外観図である。
図７は、ＨＭＤ３０の構成図である。
本実施形態のＨＭＤ３０は、第１実施形態のＨＭＤ１０において、測距センサ１５に代えて倍率設定ダイアル３５が備えられ、回路部１３に代えて回路部３３が備えられたものである。
【００４０】
回路部３３は、回路部１３において制御回路１３ａに代えて制御回路３３ａが備えられたものである。
倍率設定ダイアル３５は、例えば、一方のヘッドホン（図６では、ヘッドホン１２Ｌ）などに設けられる。
倍率設定ダイアル３５は、ダイアル式のスイッチであり、観察者による回動操作に応じて信号を生成する。
【００４１】
生成された信号は、図７に示すように回路部３３に入力され、制御回路３３ａによってその操作内容が認識される。
制御回路３３ａは、倍率設定ダイアル３５の操作内容に応じた値を表示倍率Ｓとして画像処理回路１３ｇに設定する。
したがって、観察者は、倍率設定ダイアル３５を操作するだけで、所望する表示倍率で画像Ｉを表示させることができる。
【００４２】
よって、たとえ表示部１１と眼２との位置関係がずれても、観察者が画像Ｉの全体が見えるように倍率設定ダイアル３５を操作すれば、画像Ｉの欠けを無くすことができる。
また、本実施形態のＨＭＤ３０においては、図７右下に示すように、設定中の表示倍率Ｓを示す文字情報（例えば「×０．６」など。）が画像Ｉと共にＬＣＤ１１ａの表示画面Ｅ上に表示されるよう制御回路３３ａを動作させてもよい。
【００４３】
また、倍率設定ダイアル３５に押しボタン式など他のタイプのスイッチを使用してもよいことは言うまでもない。
また、本実施形態では、入力手段として倍率設定ダイアル３５が用いられ、観察者が表示倍率を指定できるかのごとく説明したが、観察者が入力できる情報を表示倍率変更の指示のみとしてもよい（その場合、入力手段として「倍率変更ダイアル」などが用いられる）。
【００４４】
（その他）
本実施形態のＨＭＤ３０には、入力手段として倍率設定ダイアル３５が用いられており、観察者が指定可能な情報が表示倍率（「○○倍」）であるかのごとく説明したが、観察者が指定可能な情報は、観察者の顔又は眼２と表示部１１との距離（「○○ｃｍ」など）であってもよい。
【００４５】
このように、日常的に使用される物理量である「距離」を指定可能にしておけば、観察者は入力手段の操作を直感的に行うことができる。
なお、この場合、入力手段として用いられるのは「表示距離設定ダイアル」となる。回路部３３内の制御回路３３ａは、指定された距離に対する最適倍率を求め、その求めた最適倍率を表示倍率Ｓとして画像処理回路１３ｇに設定すればよい。
【００４６】
また、観察者が指定可能な情報は、調整機構（１６，１７，１８，１９）の少なくとも１つの状態（「ディスプレイアーム１２ｃの伸縮位置＋○○ｃｍ」など）であってもよい。
この場合、入力手段として用いられるのは「状態設定ダイアル」となる。回路部３３内の制御回路３３ａは、指定された状態に対する最適倍率を求め、その求めた最適倍率を表示倍率Ｓとして画像処理回路１３ｇに設定すればよい。
【００４７】
また、観察者が指定する情報は、仮想表示サイズ（「○○ｃｍ先に○○インチで見える」など）であってもよい。
この場合、入力手段として用いられるのは「表示サイズ設定ダイアル」となる。回路部３３内の制御回路３３ａは、指定された仮想表示サイズに対する最適倍率を求め、その求めた最適倍率を表示倍率Ｓとして画像処理回路１３ｇに設定すればよい。
【００４８】
なお、仮想表示サイズと最適倍率との関係は、表示部１１の光学設計データなどから予め求まる。
［第４実施形態］
以下、図８、図９を参照して本発明の第４実施形態を説明する。
本実施形態は、ＨＭＤの実施形態である。ここでは、第１実施形態のＨＭＤとの相違点についてのみ説明し、その他の説明を省略する。
【００４９】
図８は、本実施形態のＨＭＤ４０の外観図である。
図９は、ＨＭＤ４０の構成図である。
本実施形態のＨＭＤ４０は、第１実施形態のＨＭＤ１０において、オフセット釦４５と倍率設定ダイアル３５とが備えられ、回路部１３に代えて回路部４３が備えられたものである。
【００５０】
回路部４３は、回路部１３において制御回路１３ａに代えて制御回路４３ａが備えられたものである。
倍率設定ダイアル３５は、例えば、一方のヘッドホン（図８では、ヘッドホン１２Ｌ）などに設けられる。
倍率設定ダイアル３５は、ダイアル式のスイッチであり、観察者による回動操作に応じて信号を生成する。
【００５１】
オフセット釦４５は、例えば、一方のヘッドホン（図８では、ヘッドホン１２Ｌ）などに設けられる。
オフセット釦４５は、押しボタン式のスイッチであり、観察者により操作された時点で信号を生成する。
また、倍率設定ダイアル３５に押しボタン式など他のタイプのスイッチを使用してもよい。
【００５２】
なお、オフセット釦４５と倍率設定ダイアル３５との双方の機能を有した単一のスイッチ（ジョグダイアルなど）を使用してもよい。
これらの倍率設定ダイアル３５、オフセット釦４５において生成された信号は、図９に示すように回路部４３に入力され、制御回路４３ａによってそれぞれ認識される。
【００５３】
以上の構成のＨＭＤ４０では、不図示の電源がオンされると、制御回路４３ａは、倍率設定ダイアル３５の操作に応じた値を表示倍率Ｓとして画像処理回路１３ｇに設定する。表示画面Ｅには表示倍率Ｓで画像Ｉが表示される。
ＨＭＤ４０を装着した観察者は、倍率設定ダイアル３５を操作して表示倍率Ｓを調整したり、装着具１２の各部を調整して表示部１１の角度や位置を調整したりする。そして、快適に画像Ｉが視認できた（画像Ｉの全体が見え、かつ画像Ｉが十分に大きく表示されたと認識した）時点で、観察者はオフセット釦４５を操作する。
【００５４】
制御回路４３ａは、オフセット釦４５が操作された時点における表示倍率Ｓを基準倍率Ｓ０とみなす。
また、制御回路４３ａは、オフセット釦４５が操作された時点における表示部１１から眼２までの距離Ｌを測距センサ１５の出力から認識し、その認識した距離Ｌを基準距離Ｌ０とみなす。
【００５５】
その後、制御回路４３ａは、距離Ｌが基準距離Ｌ０よりも離れたときには表示倍率Ｓを基準倍率Ｓ０よりも小さく設定し、その距離Ｌが基準距離Ｌ０よりも狭まったときには表示倍率Ｓを基準倍率Ｓ０よりも大きく設定する。
このようなＨＭＤ４０によると、表示部１１と眼２との位置関係のずれに拘わらず、観察者が快適に視認できる表示倍率でＩが表示される。
【００５６】
なお、本実施形態のＨＭＤ４０には、第１実施形態のＨＭＤ１０と同様の測距センサ１５が用いられたが、測距センサ１５に代えて第２実施形態のＨＭＤ２０と同様の位置センサ２５を用いてもよい。
また、本実施形態のＨＭＤ４０においては、設定中の表示倍率Ｓを示す文字情報（例えば「×０．６」など。）が画像Ｉと共にＬＣＤ１１ａの表示画面Ｅ上に表示されるよう制御回路４３ａを動作させてもよい。
【００５７】
なお、本実施形態のＨＭＤ４０の上記動作は、距離Ｌのデータを取得しなくとも、オフセット釦４５が操作された時点からの距離Ｌの変化のデータさえ取得できれば実現可能である。よって、本実施形態のＨＭＤ４０については、位置センサ又は測距センサを簡略化することも可能である。
また、本実施形態では、入力手段として倍率設定ダイアル３５が用いられ、観察者が表示倍率を指定できるかのごとく説明したが、観察者が入力できる情報を表示倍率変更の指示のみとしてもよい（その場合、入力手段として「倍率変更ダイアル」などが用いられる）。
【００５８】
（その他）
本実施形態のＨＭＤ４０には、入力手段として倍率設定ダイアル３５が用いられており、観察者が指定可能な情報が表示倍率（「○○倍」）であるかのごとく説明したが、観察者が指定可能な情報は、観察者の顔又は眼２と表示部１１との距離（「○○ｃｍ」など）であってもよい。
【００５９】
このように、日常的に使用される物理量である「距離」を指定可能にしておけば、観察者は入力手段の操作を直感的に行うことができる。
なお、この場合、入力手段として用いられるのは「表示距離設定ダイアル」となる。回路部４３内の制御回路４３ａは、指定された距離に対する最適倍率を求め、その求めた最適倍率を表示倍率Ｓとして画像処理回路１３ｇに設定すればよい。
【００６０】
また、観察者が指定可能な情報は、調整機構（１６，１７，１８，１９）の少なくとも１つの状態（「ディスプレイアーム１２ｃの伸縮位置＋○○ｃｍ」など）であってもよい。
この場合、入力手段として用いられるのは「状態設定ダイアル」となる。回路部４３内の制御回路４３ａは、指定された状態に対する最適倍率を求め、その求めた最適倍率を表示倍率Ｓとして画像処理回路１３ｇに設定すればよい。
【００６１】
また、観察者が指定する情報は、仮想表示サイズ（「○○ｃｍ先に○○インチで見える」など）であってもよい。
この場合、入力手段として用いられるのは「表示サイズ設定ダイアル」となる。回路部４３内の制御回路４３ａは、指定された仮想表示サイズに対する最適倍率を求め、その求めた最適倍率を表示倍率Ｓとして画像処理回路１３ｇに設定すればよい。
【００６２】
［第５実施形態］
以下、図１０、図１１を参照して本発明の第５実施形態を説明する。
本実施形態は、ＨＭＤの実施形態である。ここでは、第３実施形態のＨＭＤとの相違点についてのみ説明し、その他の説明を省略する。
図１０（ａ）（ｂ）は、本実施形態のＨＭＤ５０の模式図であり、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ’線（駆動機構５５）における断面図である。
【００６３】
なお、図１０（ａ）（ｂ）は、観察者の頭部に装着されたＨＭＤ５０を観察者の頭上方向から見た図である。
図１１は、ＨＭＤ５０の構成図である。
本実施形態のＨＭＤ５０には、倍率設定ダイアル３５の他に、調整機構（１６，１７，１８，１９）を駆動する駆動機構５５が付加されている。
【００６４】
以下、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、調整機構のうち特にスライド機構１８（ディスプレイアーム１２ｃを伸縮させるもの）に対し駆動機構５５が付加された場合を説明する。
図１０（ｃ）に示すように、駆動機構５５は、スライド機構１８のリアアーム１２ｂとディスプレイアーム１２ｃとの間に介設されたカム部材５５ｂと駆動モータ５５ａなどからなる。
【００６５】
駆動モータ５５ａが回転するとそれに連結されたカム部材５５ｂが駆動され、カム部材５５ｂが駆動されるのに応じてリアアーム１２ｂからディスプレイアーム１２ｃが繰り出され、その伸縮位置が変化する。
したがって、駆動モータ５５ａの駆動により、観察者の顔又は眼２に対する表示部１１の位置関係が変化する。
【００６６】
図１０（ａ）には、ディスプレイアーム１２ｃの伸縮位置が最大であるときの様子、図１０（ｂ）には、ディスプレイアームの伸縮位置が最小であるときの様子をそれぞれ示した。
図１１に示すように本実施形態のＨＭＤ５０内の回路部５３には、駆動モータ５５ａをコントロールするモータコントローラ５６が備えられる。このモータコントローラ５６は、回路部５３内の制御回路５３ａによって制御される。
【００６７】
ここで、画像Ｉの表示倍率Ｓと、その表示倍率Ｓに対して最適なディスプレイアーム１２ｃの伸縮位置（以下、「最適伸縮位置」という。）との関係は、ＨＭＤ５０の設計データなどから予め求まる。「最適伸縮位置」とは、観察者の眼２が画像Ｉを欠けなく、かつなるべく大きく見ることのできる伸縮位置である。
回路部５３内の制御回路５３ａは、表示倍率Ｓとそれに対する最適伸縮位置との関係を、数式又はルックアップテーブルなどとして予め記憶する。
【００６８】
制御回路５３ａは、倍率設定ダイアル３５の操作内容に応じた値を表示倍率Ｓとして画像処理回路１３ｇに設定すると共に、その表示倍率Ｓに対する最適伸縮位置を前記関係に基づいて求める。
そして、求めた最適伸縮位置にまでディスプレイアーム１２ｃが繰り出されるよう、モータコントローラ５６を介して駆動機構５５を駆動する。
【００６９】
以上、本実施形態のＨＭＤ５０においては、観察者が画像Ｉの表示倍率を変更することができるだけでなく、その際に、観察者が画像Ｉを欠けなく視認できるよう観察者の顔又は眼２に対する表示部１１の位置関係が自動調整される。
【００７０】
なお、本実施形態では、スライド機構１８の近傍にのみ駆動機構を設けたが、蝶番機構１６，蝶番機構１７，スライド機構１９の少なくとも１つの近傍にも駆動機構を設け、表示部１１の位置をさらに柔軟に自動調整してもよい。
また、本実施形態では、入力手段として倍率設定ダイアル３５が用いられ、観察者が表示倍率を指定できるかのごとく説明したが、観察者が入力できる情報を表示倍率変更の指示のみとしてもよい（その場合、入力手段として「倍率変更ダイアル」などが用いられる）。
【００７１】
（その他）
本実施形態のＨＭＤ５０には、入力手段として倍率設定ダイアル３５が用いられており、観察者が指定可能な情報が表示倍率（「○○倍」）であるかのごとく説明したが、観察者が指定可能な情報は、観察者の顔又は眼２と表示部１１との距離（「○○ｃｍ」など）であってもよい。
【００７２】
このように、日常的に使用される物理量である「距離」を指定可能にしておけば、観察者は入力手段の操作を直感的に行うことができる。
なお、この場合、入力手段として用いられるのは「表示距離設定ダイアル」となる。回路部５３内の制御回路５３ａは、指定された距離に対する最適倍率を求め、その求めた最適倍率を表示倍率Ｓとして画像処理回路１３ｇに設定すると共に、指定された距離が実現するよう、観察者の顔又は眼２に対する表示部１１の位置関係を自動調整すればよい。
【００７３】
また、観察者が指定可能な情報は、調整機構（１６，１７，１８，１９）の少なくとも１つの状態（「ディスプレイアーム１２ｃの伸縮位置＋○○ｃｍ」など）であってもよい。
この場合、入力手段として用いられるのは「状態設定ダイアル」となる。回路部５３内の制御回路５３ａは、指定された状態に対する最適倍率を求め、その求めた最適倍率を表示倍率Ｓとして画像処理回路１３ｇに設定すると共に、指定された状態が実現するよう、観察者の顔又は眼２に対する表示部１１の位置関係を自動調整すればよい。
【００７４】
また、観察者が指定する情報は、仮想表示サイズ（「○○ｃｍ先に○○インチで見える」など）であってもよい。
この場合、入力手段として用いられるのは「表示サイズ設定ダイアル」となる。回路部５３内の制御回路５３ａは、指定された仮想表示サイズに対する最適倍率を求め、その求めた最適倍率を表示倍率Ｓとして画像処理回路１３ｇに設定すると共に、指定された仮想表示サイズが実現するよう、観察者の顔又は眼２に対する表示部１１の位置関係を自動調整すればよい。
【００７５】
［第６実施形態］
以下、図１２を参照して本発明の第６実施形態を説明する。
本実施形態は、ＨＭＤの実施形態である。ここでは、第３実施形態のＨＭＤとの相違点についてのみ説明し、その他の説明を省略する。
図１２は、本実施形態のＨＭＤ６０の構成図である。
【００７６】
本実施形態のＨＭＤ６０には、倍率設定ダイアル３５の他に、眼２と表示部１１との位置関係を検出する測定手段が付加されている。
以下、測定手段として、図１２に示すように、ディスプレイアーム１２ｃの伸縮位置を示すデータを生成する位置センサ２５（第２実施形態の図４を参照。）がスライド機構１８の近傍に付加された場合を説明する。
【００７７】
取得されたデータは、回路部６３に入力され、制御回路６３ａによって伸縮位置が認識される。
したがって、位置センサ２５の出力から、観察者の顔又は眼２に対する表示部１１の位置関係が検出される。
制御回路６３ａは、表示倍率Ｓとそれに対する最適伸縮位置との関係を、数式又はルックアップテーブルなどとして予め記憶する。
【００７８】
制御回路６３ａは、倍率設定ダイアル３５の操作内容に応じた値を表示倍率Ｓとして画像処理回路１３ｇに設定すると共に、その表示倍率Ｓに対する最適伸縮位置を前記関係に基づいて求める。
そして、位置センサ２５が示している現在のディスプレイアーム１２ｃの伸縮位置と、求めた最適伸縮位置とを比較し、両者が十分な精度で一致していないときには、表示画面Ｅに対し所定の警告表示（例えば、図１２右下に示すように「アーム又は倍率を調整してください」などの文字情報の表示）をするよう画像処理回路１３ｇに指示する。
【００７９】
以上、本実施形態のＨＭＤ６０においては、観察者が画像Ｉの表示倍率を変更することができるだけでなく、その際に、観察者が画像Ｉを欠けなく視認することができない状態にあるときには、自動的に警告表示がなされる。
なお、本実施形態では、スライド機構１８の近傍にのみセンサを設けたが、蝶番機構１６，蝶番機構１７，スライド機構１９の少なくとも１つの近傍にもセンサを設け、観察者の顔又は眼２に対する表示部１１の位置関係をさらに高精度に検出してもよい。
【００８０】
また、本実施形態では、入力手段として倍率設定ダイアル３５が用いられ、観察者が表示倍率を指定できるかのごとく説明したが、観察者が入力できる情報を表示倍率変更の指示のみとしてもよい（その場合、入力手段として「倍率変更ダイアル」などが用いられる）。
（その他）
本実施形態のＨＭＤ６０には、入力手段として倍率設定ダイアル３５が用いられており、観察者が指定可能な情報が表示倍率（「○○倍」）であるかのごとく説明したが、観察者が指定可能な情報は、観察者の顔又は眼２と表示部１１との距離（「○○ｃｍ」など）であってもよい。
【００８１】
このように、日常的に使用される物理量である「距離」を指定可能にしておけば、観察者は入力手段の操作を直感的に行うことができる。
なお、この場合、入力手段として用いられるのは「表示距離設定ダイアル」となる。回路部６３内の制御回路６３ａは、指定された距離に対する最適倍率を求め、その求めた最適倍率を表示倍率Ｓとして画像処理回路１３ｇに設定すると共に、位置センサ２５が示す現在のディスプレイアーム１２ｃの伸縮位置が、指定された距離を実現しているか否かを判断し、実現していないと判断したときには警告表示をすればよい。
【００８２】
また、観察者が指定可能な情報は、調整機構（１６，１７，１８，１９）の少なくとも１つの状態（「ディスプレイアーム１２ｃの伸縮位置＋○○ｃｍ」など）であってもよい。
この場合、入力手段として用いられるのは「状態設定ダイアル」となる。回路部６３内の制御回路６３ａは、指定された状態に対する最適倍率を求め、その求めた最適倍率を表示倍率Ｓとして画像処理回路１３ｇに設定すると共に、位置センサ２５が示す現在のディスプレイアーム１２ｃの伸縮位置が、指定された状態を実現しているか否かを判断し、実現していないと判断したときには警告表示をすればよい。
【００８３】
また、観察者が指定する情報は、仮想表示サイズ（「○○ｃｍ先に○○インチで見える」など）であってもよい。
この場合、入力手段として用いられるのは「表示サイズ設定ダイアル」となる。回路部６３内の制御回路６３ａは、指定された仮想表示サイズに対する最適倍率を求め、その求めた最適倍率を表示倍率Ｓとして画像処理回路１３ｇに設定すると共に、位置センサ２５が示す現在のディスプレイアーム１２ｃの伸縮位置が、指定された仮想表示サイズを実現しているか否かを判断し、実現していないと判断したときには警告表示をすればよい。
【００８４】
［その他］
なお、上記実施形態の何れかのＨＭＤにおいては、回路部に不揮発性のメモリを使用すれば、電源がオフされる直前の設定（表示倍率Ｓ）を記憶し、電源オンされた直後にその設定を再現するよう制御回路を動作させることも可能である。
また、上記第５実施形態のＨＭＤ５０においては、調整機構（スライド機構１８）が駆動機構５５などにより電動化されているので、表示倍率Ｓだけでなく表示部１１の位置の設定までも、記憶し再現するよう制御回路５３ａを動作させることが可能である。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したとおり本発明によれば、表示部と眼との位置関係のずれによる画像の欠けを防止することの可能な画像表示装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のＨＭＤ１０の外観図である。
【図２】ＨＭＤ１０の構成図である。
【図３】第１実施形態のＨＭＤ１０の動作を説明する図である。
【図４】第２実施形態のＨＭＤ２０の外観図である。
【図５】ＨＭＤ２０の構成図である。
【図６】第３実施形態のＨＭＤ３０の外観図である。
【図７】ＨＭＤ３０の構成図である。
【図８】第４実施形態のＨＭＤ４０の外観図である。
【図９】ＨＭＤ４０の構成図である。
【図１０】第５実施形態のＨＭＤ５０の模式図、及び部分断面図である。
【図１１】ＨＭＤ５０の構成図である。
【図１２】第６実施形態のＨＭＤ６０の構成図である。
【符号の説明】
２眼
１０，２０，３０，４０，５０，６０ＨＭＤ（画像表示装置に対応。）
１３，２３，３３，４３，５３，６３回路部（回路部に対応。）
１３ａ，２３ａ，３３ａ，４３ａ，５３ａ，６３ａ制御回路
１３ｃアナログ処理回路
１３ｄＡ／Ｄ変換回路
１３ｅ，１３ｆフレームメモリ
１３ｇ画像処理回路
１１，１０１表示部（表示部に対応。）
１１ａ，１０１ａＬＣＤ（二次元表示素子に対応。）
１１ｂ，１０１ｂ接眼光学系
１２装着具（装着手段に対応。）
１２Ｌ，１２Ｒヘッドホン
１２ｂリアアーム
１２ｃディスプレイアーム
１５測距センサ（測定手段に対応。）
１６，１７蝶番機構（調整機構に対応。）
１８スライド機構（調整機構に対応。）
２５位置センサ（測定手段に対応。）
３５倍率設定ダイアル（入力手段に対応。）
４５オフセット釦
５５駆動機構（駆動手段に対応。）
５５ａ駆動モータ
５５ｂカム部材
５６モータコントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image display device such as a head-mounted display (HMD) that can be mounted on the head of an observer and displays an image as a virtual image in front of the eyes of the observer.
[0002]
[Prior art]
The HMD includes a display unit that displays an image as a virtual image in front of the eyes of the observer, and a mounting tool for mounting the display unit on the head of the observer (eg, Patent Document 1). According to the HMD, an observer can observe an image in a hands-free state.
Since the optical design in the display unit of the HMD is performed on the assumption that the eyes of the observer are placed at a predetermined position (eye point), the observer uses the wearing tool to check the eye and its eye point. It is possible to observe the image satisfactorily by making these coincide with each other.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-8-320453
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in actual use, the observer's eye is not necessarily placed at the eye point.
[0005]
For example, an observer who uses spectacles must place a spectacle lens between the eye and the display unit, so that the position of the eye is necessarily in front of the eye point.
In addition, when the observer moves while wearing the HMD, the user may intentionally shift the eye from the eye point and observe the HMD image while looking at the outside.
[0006]
As described above, when the eye point is removed from the eye point, it is necessary to allow the periphery of the image to be lost.
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides an image display device that can prevent image loss due to a shift in the positional relationship between a display unit and an eye.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The image display device of the present invention isA display unit including a two-dimensional display element, an eyepiece optical system that forms a virtual image of the display screen of the two-dimensional display element, and an image is displayed on the display screen of the two-dimensional display elementforA circuit unit and mounting means capable of mounting the display unit on the observer's head so that the formation position of the virtual image is substantially in front of the observer's eye, Provided in the mounting means,An adjustment mechanism for adjusting the positional relationship between the observer's eyes and the display unit, the positional relationship between the observer's eyes and the display unit, or a change in the positional relationshipMeasureMeasuring means toWithThe circuit unit isAs a result of the measurementIn response to the,The display magnification of the image on the display screen is changed.
[0008]
Note that the measurement unit may perform the measurement based on a state of the adjustment mechanism.
Further, the measuring means measures a positional relationship between the observer's eyes and the display unit, and the circuit unit performs the measurement according to the measured positional relationship and previously stored information. The display magnification of the image may be controlled so as to be the maximum display magnification in a range where the image is not missing when viewed from the eyes.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0014]
This embodiment is an embodiment of an HMD.
FIG. 1 is an external view of the HMD 10 of the present embodiment.
FIG. 2 is a configuration diagram of the HMD 10.
The HMD 10 includes a display unit 11, a circuit unit 13, and a mounting tool 12. The circuit unit 13 may be fixed to the display unit 11, fixed to any part of the mounting tool 12, or may be prepared separately from the main body of the HMD 10 (in FIG. 1). , Not shown).
[0015]
The display unit 11 includes a two-dimensional display element (hereinafter referred to as a liquid crystal display element, abbreviated as “LCD”) 11a and an eyepiece optical system 11b.
The circuit unit 13 is a circuit for displaying the image I on the display screen E of the LCD 11a.
The circuit unit 13 includes a control circuit 13a, an analog processing circuit 13c, an A / D conversion circuit 13d, frame memories 13e and 13f, an image processing circuit 13g, and the like.
[0016]
An image signal (moving image signal or still image signal) input from the outside to the circuit unit 13 is input to the frame memory 13e via the analog processing circuit 13c and the A / D conversion circuit 13d.
The image signal input to the frame memory 13e is subjected to image processing by the image processing circuit 13g and then sent to the LCD 11a of the display unit 11 via the frame memory 13f.
[0017]
A series of these processes in the circuit unit 13 is controlled by the control circuit 13a.
An image I based on the image signal input from the circuit unit 13 is displayed on the display screen E of the LCD 11 a in the display unit 11.
The eyepiece optical system 11b in the display unit 11 forms a virtual image of the display screen E of the LCD 11a behind the LCD 11a.
[0018]
That is, the eyepiece optical system 11b guides the light beam emitted from each position on the display screen E of the LCD 11a to a predetermined position (eye point EP) by approaching the parallel light beam.
The wearing tool 12 has an eye point E.E. P. So that the display unit 11 can be mounted on the head of the observer.
[0019]
Eye point E.E. P. In the state where is arranged, it seems to the observer that the display screen E of the LCD 11a is far from the actual position.
By the way, in this embodiment, the image processing by the image processing circuit 13g in the circuit unit 13 includes processing for changing the display magnification S of the image I on the display screen E of the LCD 11a in addition to general processing such as gradation conversion processing. Is also included.
[0020]
The value of the display magnification S is appropriately set when the control circuit 13a instructs the image processing circuit 13g.
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the HMD 10 of the present embodiment.
FIG. 3A shows an eye point E.E. P. FIG. 3B and FIG. 3C show the state in which the eye point E.E. P. This shows a state where the eye 2 is arranged further away.
[0021]
FIG. 3B shows the display unit 101 of the conventional HMD, and FIG. 3C shows the display unit 11 of the HMD 10 of this embodiment.
As shown in FIG. 3B, in the conventional HMD, the eye point E.E. When the pupil was arranged farther than P, the light beam emitted from the periphery of the image I could not enter the pupil, and the periphery of the image I was missing when viewed from the observer's eye 2.
[0022]
On the other hand, in the HMD 10 of the present embodiment, the display magnification S of the image I is variable. P. Even if the eye 2 is arranged further away, if the display magnification S is set small as shown in FIG. 3C, the light beam emitted from the periphery of the image I can also enter the pupil. The lack of the image I can be prevented.
[0023]
That is, according to the HMD 10 of the present embodiment, it is possible to prevent the image I from being lost due to a shift in the distance between the face or eye 2 of the observer and the display unit 11.
This also increases the degree of freedom of the positional relationship of the display unit 11 with respect to the eye 2.
Therefore, in the HMD 10 of the present embodiment, the adjustment mechanism (reference numerals 16, 17, 18, and 19 in FIG. 1) is attached to the wearing tool so that the observer can positively change the positional relationship of the display unit 11 with respect to the eye 2. 12 is provided.
[0024]
In FIG. 1, reference numerals 16 and 17 denote hinge mechanisms, and reference numerals 18 and 19 in FIG. 1 denote slide mechanisms.
For example, the wearing tool 12 includes ear-mounted headphones 12R and 12L that are respectively attached to the left and right ears of the observer, a rear arm 12b that connects the left and right headphones 12R and 12L, and a display arm 12c that is connected to the rear arm 12b. Consists of. The display unit 11 is fixed to the distal end portion of the display arm 12c.
[0025]
The display arm 12c can be bent in the directions of arrows L1 and L2 by hinge mechanisms 16 and 17.
The display arm 12c can be expanded and contracted in the directions of arrows L3 and L4 by slide mechanisms 18 and 19.
If the hinge mechanisms 16 and 17 and the slide mechanisms 18 and 19 are used, the observer can freely change the position and angle of the display unit 11 with respect to the eye 2.
[0026]
In addition, if the hinge mechanisms 16 and 17 and the slide mechanisms 18 and 19 are used, only the display unit 11 can be immediately removed from the front of the eye 2 while the HMD 10 is attached in an emergency or the like.
Even if only some of the hinge mechanisms 16 and 17 and the slide mechanisms 18 and 19 are provided, the position and angle of the display unit 11 can be changed with a certain degree of freedom.
[0027]
On the other hand, if the number of hinge mechanisms and slide mechanisms is increased, the positional relationship can be changed more flexibly.
Further, a ball joint mechanism can be used instead of the hinge mechanisms 16 and 17.
Next, the relationship between the distance L from the predetermined portion of the display unit 11 to the face or eye 2 of the observer and the optimum value of the display magnification S of the image I (hereinafter referred to as “optimum magnification”) is as follows. Obtained in advance from the optical design data.
[0028]
Here, the “optimal magnification” means that the observer's eye 2 can see the image I without missing, that is, the emitted light from each position of the image I can sufficiently enter the pupil of the observer's eye 2 The maximum display magnification.
Furthermore, the “optimal magnification” is the maximum display magnification at which the emitted light from each position of the image I can sufficiently enter the pupil even if the eye 2 is moving within the predetermined range even if the eye 2 moves. is there.
[0029]
Therefore, an automatic control function is added to the HMD 10 of the present embodiment as follows.
First, the control circuit 13a in the circuit unit 13 stores in advance the relationship between the distance L to the observer's face or eye 2 and the optimum magnification as an equation or a lookup table.
A distance measuring sensor (reference numeral 15 in FIG. 1) that measures the distance L is provided in the HMD 10.
[0030]
For example, as shown in FIG. 1, the distance measuring sensor 15 is fixed at a position slightly deviated from the position facing the eye 2 in the display unit 11.
According to the distance measuring sensor 15, data indicating the distance L is acquired.
The acquired data is input to the circuit unit 13 as shown in FIG. 2, and the distance L is recognized by the control circuit 13a.
[0031]
And the control circuit 13a calculates | requires the optimal magnification with respect to the distance L based on the distance L and the relationship memorize | stored previously. Then, the obtained optimum magnification is set as the display magnification S in the image processing circuit 13g.
As described above, in the HMD 10 of the present embodiment, the image I is always displayed at the optimum magnification (here, the maximum display magnification in a range where the image I is not missing) regardless of the positional relationship between the display unit 11 and the eye 2. Is done.
[0032]
In the present embodiment, the control circuit 13a may be operated so that a display magnification S that is close to the optimum magnification (approximate magnification) among a finite number of values prepared in advance is set.
However, since the display magnification S is desirably set to a value that allows the observer's eye 2 to see the image I without loss, it is desirable to select the lower approximate magnification.
[0033]
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This embodiment is an embodiment of an HMD. Here, only differences from the HMD of the first embodiment will be described, and other descriptions will be omitted.
FIG. 4 is an external view of the HMD 20 of the present embodiment.
[0034]
FIG. 5 is a configuration diagram of the HMD 20.
The HMD 20 according to the present embodiment is the same as the HMD 10 according to the first embodiment except that a position sensor (such as an encoder) 25 is provided instead of the distance measuring sensor 15 and a circuit unit 23 is provided instead of the circuit unit 13.
The circuit unit 23 includes a control circuit 23 a instead of the control circuit 13 a in the circuit unit 13.
[0035]
The control circuit 23a stores in advance the relationship between the distance L and the optimum magnification, similarly to the control circuit 13a.
The position sensor 25 is provided in the vicinity of the slide mechanism 18, for example, and generates data indicating the expansion / contraction position of the display arm 12c.
[0036]
Therefore, according to the position sensor 25, data indicating the distance L from the display unit 11 to the eye 2 is indirectly acquired.
According to the position sensor 25, although the accuracy is not as high as that of the distance measuring sensor 15 of the first embodiment, the distance L can be measured.
The acquired data is input to the circuit unit 23 as shown in FIG. 5, and the distance L is recognized by the control circuit 23a.
[0037]
The control circuit 23a obtains an optimum magnification for the distance L based on the recognized distance L and a previously stored relationship. Then, the obtained optimum magnification is set as the display magnification S in the image processing circuit 13g.
As described above, also in the HMD 20 of the present embodiment, the image I is always displayed at the optimum magnification (here, the maximum display magnification within a range in which the image I is not missing) regardless of the positional relationship between the display unit 11 and the eye 2. Is done.
[0038]
In the present embodiment, a sensor (position sensor) is provided only in the vicinity of the slide mechanism 18, but a sensor (by the way, the rotation of the hinge mechanism) is also provided in the vicinity of at least one of the hinge mechanism 16, the hinge mechanism 17, and the slide mechanism 19. As the sensor for detecting the moving angle, an angle sensor may be used), and the measurement accuracy of the distance L may be improved.
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0039]
This embodiment is an embodiment of an HMD. Here, only differences from the HMD of the first embodiment will be described, and other descriptions will be omitted.
FIG. 6 is an external view of the HMD 30 of the present embodiment.
FIG. 7 is a configuration diagram of the HMD 30.
The HMD 30 of the present embodiment is the same as the HMD 10 of the first embodiment except that a magnification setting dial 35 is provided instead of the distance measuring sensor 15 and a circuit unit 33 is provided instead of the circuit unit 13.
[0040]
The circuit unit 33 includes a control circuit 33a in the circuit unit 13 instead of the control circuit 13a.
The magnification setting dial 35 is provided, for example, on one of the headphones (the headphones 12L in FIG. 6).
The magnification setting dial 35 is a dial type switch, and generates a signal in accordance with a turning operation by an observer.
[0041]
The generated signal is input to the circuit unit 33 as shown in FIG. 7, and the operation content is recognized by the control circuit 33a.
The control circuit 33a sets a value corresponding to the operation content of the magnification setting dial 35 as a display magnification S in the image processing circuit 13g.
Therefore, the observer can display the image I at a desired display magnification only by operating the magnification setting dial 35.
[0042]
Accordingly, even if the positional relationship between the display unit 11 and the eye 2 is deviated, if the observer operates the magnification setting dial 35 so that the entire image I can be seen, the lack of the image I can be eliminated.
Further, in the HMD 30 of the present embodiment, as shown in the lower right of FIG. 7, character information (for example, “× 0.6”) indicating the display magnification S being set is displayed on the display screen E of the LCD 11a together with the image I. The control circuit 33a may be operated so as to be displayed on the screen.
[0043]
It goes without saying that other types of switches such as a push button type may be used for the magnification setting dial 35.
Further, in the present embodiment, the magnification setting dial 35 is used as an input unit, and it has been described as if the observer can specify the display magnification. However, information that can be input by the observer may be only an instruction to change the display magnification ( In that case, “magnification change dial” or the like is used as an input means).
[0044]
(Other)
In the HMD 30 of the present embodiment, the magnification setting dial 35 is used as an input unit, and the information that can be specified by the observer is described as if it is the display magnification (“XX magnification”). The information that can be specified may be a distance (such as “OOcm”) between the face or eye 2 of the observer and the display unit 11.
[0045]
In this way, if the “distance”, which is a physical quantity used on a daily basis, can be specified, the observer can intuitively operate the input means.
In this case, the “display distance setting dial” is used as the input means. The control circuit 33a in the circuit unit 33 may obtain an optimum magnification for the designated distance and set the obtained optimum magnification as the display magnification S in the image processing circuit 13g.
[0046]
Further, the information that can be designated by the observer may be at least one state of the adjustment mechanism (16, 17, 18, 19) (such as “extension position of display arm 12c + ◯◯ cm”).
In this case, the “state setting dial” is used as the input means. The control circuit 33a in the circuit unit 33 may obtain an optimum magnification for the designated state and set the obtained optimum magnification as the display magnification S in the image processing circuit 13g.
[0047]
Further, the information designated by the observer may be a virtual display size (such as “appears as XX inches ahead of XX cm”).
In this case, the “display size setting dial” is used as the input means. The control circuit 33a in the circuit unit 33 may obtain an optimum magnification for the designated virtual display size and set the obtained optimum magnification as the display magnification S in the image processing circuit 13g.
[0048]
The relationship between the virtual display size and the optimum magnification is obtained in advance from the optical design data of the display unit 11 or the like.
[Fourth Embodiment]
The fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
This embodiment is an embodiment of an HMD. Here, only differences from the HMD of the first embodiment will be described, and other descriptions will be omitted.
[0049]
FIG. 8 is an external view of the HMD 40 of the present embodiment.
FIG. 9 is a configuration diagram of the HMD 40.
The HMD 40 of the present embodiment is the same as the HMD 10 of the first embodiment except that an offset button 45 and a magnification setting dial 35 are provided, and a circuit unit 43 is provided instead of the circuit unit 13.
[0050]
The circuit unit 43 is provided with a control circuit 43a in the circuit unit 13 instead of the control circuit 13a.
The magnification setting dial 35 is provided, for example, on one of the headphones (headphone 12L in FIG. 8).
The magnification setting dial 35 is a dial type switch, and generates a signal in accordance with a turning operation by an observer.
[0051]
The offset button 45 is provided, for example, on one headphone (the headphone 12L in FIG. 8).
The offset button 45 is a push button type switch, and generates a signal when operated by an observer.
Further, other types of switches such as a push button type may be used for the magnification setting dial 35.
[0052]
A single switch (such as a jog dial) having the functions of both the offset button 45 and the magnification setting dial 35 may be used.
Signals generated by the magnification setting dial 35 and the offset button 45 are input to the circuit unit 43 as shown in FIG. 9 and recognized by the control circuit 43a.
[0053]
In the HMD 40 configured as described above, when a power supply (not shown) is turned on, the control circuit 43a sets a value corresponding to the operation of the magnification setting dial 35 as the display magnification S in the image processing circuit 13g. On the display screen E, an image I is displayed at a display magnification S.
The observer wearing the HMD 40 operates the magnification setting dial 35 to adjust the display magnification S, or adjusts each part of the wearing tool 12 to adjust the angle and position of the display unit 11. The observer operates the offset button 45 when the image I can be visually recognized comfortably (the entire image I is visible and the image I is recognized to be displayed sufficiently large).
[0054]
The control circuit 43a regards the display magnification S when the offset button 45 is operated as the reference magnification S0.
The control circuit 43a recognizes the distance L from the display unit 11 to the eye 2 at the time when the offset button 45 is operated from the output of the distance measuring sensor 15, and regards the recognized distance L as the reference distance L0.
[0055]
Thereafter, the control circuit 43a sets the display magnification S smaller than the reference magnification S0 when the distance L is larger than the reference distance L0, and sets the display magnification S to the reference magnification S0 when the distance L becomes smaller than the reference distance L0. Set larger than.
According to such an HMD 40, I is displayed at a display magnification that allows an observer to visually recognize comfortably regardless of the positional relationship between the display unit 11 and the eye 2.
[0056]
The HMD 40 according to the present embodiment uses the distance measuring sensor 15 similar to the HMD 10 according to the first embodiment. However, the position sensor 25 similar to the HMD 20 according to the second embodiment is used instead of the distance measuring sensor 15. May be.
Further, in the HMD 40 of the present embodiment, the control circuit 43a is provided so that character information (for example, “× 0.6”) indicating the display magnification S being set is displayed on the display screen E of the LCD 11a together with the image I. It may be operated.
[0057]
Note that the above-described operation of the HMD 40 of the present embodiment can be realized as long as the data of the change in the distance L from the time when the offset button 45 is operated can be acquired without acquiring the data of the distance L. Therefore, for the HMD 40 of the present embodiment, the position sensor or the distance measuring sensor can be simplified.
Further, in the present embodiment, the magnification setting dial 35 is used as an input unit, and it has been described as if the observer can specify the display magnification. However, information that can be input by the observer may be only an instruction to change the display magnification ( In that case, “magnification change dial” or the like is used as an input means).
[0058]
(Other)
In the HMD 40 of the present embodiment, the magnification setting dial 35 is used as an input means, and the information that can be specified by the observer has been described as if it was the display magnification (“XX magnification”). The information that can be specified may be a distance (such as “OOcm”) between the face or eye 2 of the observer and the display unit 11.
[0059]
In this way, if the “distance”, which is a physical quantity used on a daily basis, can be specified, the observer can intuitively operate the input means.
In this case, the “display distance setting dial” is used as the input means. The control circuit 43a in the circuit unit 43 may obtain an optimum magnification for the designated distance and set the obtained optimum magnification as the display magnification S in the image processing circuit 13g.
[0060]
Further, the information that can be designated by the observer may be at least one state of the adjustment mechanism (16, 17, 18, 19) (such as “extension position of display arm 12c + ◯◯ cm”).
In this case, the “state setting dial” is used as the input means. The control circuit 43a in the circuit unit 43 may obtain the optimum magnification for the designated state and set the obtained optimum magnification as the display magnification S in the image processing circuit 13g.
[0061]
Further, the information designated by the observer may be a virtual display size (such as “appears as XX inches ahead of XX cm”).
In this case, the “display size setting dial” is used as the input means. The control circuit 43a in the circuit unit 43 may obtain an optimum magnification for the designated virtual display size and set the obtained optimum magnification as the display magnification S in the image processing circuit 13g.
[0062]
[Fifth Embodiment]
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
This embodiment is an embodiment of an HMD. Here, only differences from the HMD of the third embodiment will be described, and other descriptions will be omitted.
10A and 10B are schematic views of the HMD 50 of the present embodiment, and FIG. 10C is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ (drive mechanism 55) of FIG. 10A.
[0063]
FIGS. 10A and 10B are views of the HMD 50 mounted on the observer's head viewed from above the observer's head.
FIG. 11 is a configuration diagram of the HMD 50.
In addition to the magnification setting dial 35, the HMD 50 of this embodiment is provided with a drive mechanism 55 that drives the adjustment mechanism (16, 17, 18, 19).
[0064]
Hereinafter, as shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b), the case where the drive mechanism 55 is added to the slide mechanism 18 (the one that extends and contracts the display arm 12c) among the adjustment mechanisms will be described.
As shown in FIG. 10C, the drive mechanism 55 includes a cam member 55b and a drive motor 55a interposed between the rear arm 12b of the slide mechanism 18 and the display arm 12c.
[0065]
When the drive motor 55a rotates, the cam member 55b connected thereto is driven, and the display arm 12c is extended from the rear arm 12b in response to the drive of the cam member 55b, and its expansion / contraction position changes.
Therefore, the positional relationship of the display unit 11 with respect to the observer's face or eye 2 is changed by driving the drive motor 55a.
[0066]
FIG. 10A shows a state when the expansion / contraction position of the display arm 12c is the maximum, and FIG. 10B shows a state when the expansion / contraction position of the display arm is the minimum.
As shown in FIG. 11, the circuit unit 53 in the HMD 50 of this embodiment is provided with a motor controller 56 for controlling the drive motor 55a. The motor controller 56 is controlled by a control circuit 53 a in the circuit unit 53.
[0067]
Here, the relationship between the display magnification S of the image I and the optimal expansion / contraction position of the display arm 12c with respect to the display magnification S (hereinafter referred to as “optimal expansion / contraction position”) is obtained in advance from the design data of the HMD 50 and the like. . The “optimal expansion / contraction position” is an expansion / contraction position where the observer's eye 2 can see the image I without missing and as large as possible.
The control circuit 53a in the circuit unit 53 stores in advance the relationship between the display magnification S and the optimal expansion / contraction position with respect to the display magnification S as a mathematical expression or a lookup table.
[0068]
The control circuit 53a sets a value corresponding to the operation content of the magnification setting dial 35 as the display magnification S in the image processing circuit 13g, and obtains the optimum expansion / contraction position with respect to the display magnification S based on the relationship.
Then, the drive mechanism 55 is driven via the motor controller 56 so that the display arm 12c is extended to the optimum expansion / contraction position obtained.
[0069]
As described above, in the HMD 50 according to the present embodiment, not only the observer can change the display magnification of the image I, but also the observer can view the image I without missing the image I. The positional relationship of the display unit 11 is automatically adjusted.
[0070]
In this embodiment, the drive mechanism is provided only in the vicinity of the slide mechanism 18, but the drive mechanism is also provided in the vicinity of at least one of the hinge mechanism 16, the hinge mechanism 17, and the slide mechanism 19, and the position of the display unit 11 is set. Further, automatic adjustment may be made flexibly.
Further, in the present embodiment, the magnification setting dial 35 is used as an input unit, and it has been described as if the observer can specify the display magnification. However, information that can be input by the observer may be only an instruction to change the display magnification ( In that case, “magnification change dial” or the like is used as an input means).
[0071]
(Other)
In the HMD 50 of the present embodiment, the magnification setting dial 35 is used as an input means, and the information that can be specified by the observer has been described as if it was the display magnification (“XX magnification”). The information that can be specified may be a distance (such as “OOcm”) between the face or eye 2 of the observer and the display unit 11.
[0072]
In this way, if the “distance”, which is a physical quantity used on a daily basis, can be specified, the observer can intuitively operate the input means.
In this case, the “display distance setting dial” is used as the input means. The control circuit 53a in the circuit unit 53 obtains the optimum magnification for the designated distance, sets the obtained optimum magnification as the display magnification S in the image processing circuit 13g, and allows the observer to realize the designated distance. The positional relationship of the display unit 11 with respect to the face or eye 2 may be automatically adjusted.
[0073]
Further, the information that can be designated by the observer may be at least one state of the adjustment mechanism (16, 17, 18, 19) (such as “extension position of display arm 12c + ◯◯ cm”).
In this case, the “state setting dial” is used as the input means. The control circuit 53a in the circuit unit 53 obtains the optimum magnification for the designated state, sets the obtained optimum magnification as the display magnification S in the image processing circuit 13g, and allows the observer to realize the designated state. The positional relationship of the display unit 11 with respect to the face or eye 2 may be automatically adjusted.
[0074]
Further, the information designated by the observer may be a virtual display size (such as “appears as XX inches ahead of XX cm”).
In this case, the “display size setting dial” is used as the input means. The control circuit 53a in the circuit unit 53 obtains the optimum magnification for the designated virtual display size, sets the obtained optimum magnification as the display magnification S in the image processing circuit 13g, and realizes the designated virtual display size. Thus, the positional relationship of the display unit 11 with respect to the observer's face or eye 2 may be automatically adjusted.
[0075]
[Sixth Embodiment]
The sixth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
This embodiment is an embodiment of an HMD. Here, only differences from the HMD of the third embodiment will be described, and other descriptions will be omitted.
FIG. 12 is a configuration diagram of the HMD 60 of the present embodiment.
[0076]
In addition to the magnification setting dial 35, the HMD 60 of the present embodiment is provided with a measuring unit that detects the positional relationship between the eye 2 and the display unit 11.
Hereinafter, as a measuring means, as shown in FIG. 12, a position sensor 25 (see FIG. 4 of the second embodiment) for generating data indicating the expansion / contraction position of the display arm 12c is added in the vicinity of the slide mechanism 18. Explain the case.
[0077]
The acquired data is input to the circuit unit 63, and the expansion / contraction position is recognized by the control circuit 63a.
Therefore, the positional relationship of the display unit 11 with respect to the observer's face or eye 2 is detected from the output of the position sensor 25.
The control circuit 63a stores in advance the relationship between the display magnification S and the optimum expansion / contraction position with respect to the display magnification S as a mathematical expression or a lookup table.
[0078]
The control circuit 63a sets a value corresponding to the operation content of the magnification setting dial 35 as the display magnification S in the image processing circuit 13g, and obtains the optimum expansion / contraction position for the display magnification S based on the relationship.
Then, the expansion / contraction position of the current display arm 12c indicated by the position sensor 25 is compared with the obtained optimal expansion / contraction position, and when both do not coincide with sufficient accuracy, a predetermined warning display is displayed on the display screen E. (For example, as shown in the lower right of FIG. 12, the image processing circuit 13 g is instructed to display character information such as “Please adjust the arm or magnification”).
[0079]
As described above, in the HMD 60 according to the present embodiment, not only can the observer change the display magnification of the image I, but also when the observer is in a state where the image I cannot be viewed without being missing, Warning is displayed.
In the present embodiment, a sensor is provided only in the vicinity of the slide mechanism 18, but a sensor is also provided in the vicinity of at least one of the hinge mechanism 16, the hinge mechanism 17, and the slide mechanism 19, so The positional relationship of the display unit 11 may be detected with higher accuracy.
[0080]
Further, in the present embodiment, the magnification setting dial 35 is used as an input unit, and it has been described as if the observer can specify the display magnification. However, information that can be input by the observer may be only an instruction to change the display magnification ( In that case, “magnification change dial” or the like is used as an input means).
(Other)
In the HMD 60 of the present embodiment, the magnification setting dial 35 is used as an input means, and the information that can be specified by the observer has been described as if it was the display magnification (“XX magnification”). The information that can be specified may be a distance (such as “OOcm”) between the face or eye 2 of the observer and the display unit 11.
[0081]
In this way, if the “distance”, which is a physical quantity used on a daily basis, can be specified, the observer can intuitively operate the input means.
In this case, the “display distance setting dial” is used as the input means. The control circuit 63a in the circuit unit 63 obtains the optimum magnification for the specified distance, sets the obtained optimum magnification as the display magnification S in the image processing circuit 13g, and also displays the current display arm 12c indicated by the position sensor 25. It is determined whether or not the expansion / contraction position has achieved the specified distance, and if it is determined that the expansion / contraction position has not been realized, a warning display may be displayed.
[0082]
Further, the information that can be designated by the observer may be at least one state of the adjustment mechanism (16, 17, 18, 19) (such as “extension position of display arm 12c + ◯◯ cm”).
In this case, the “state setting dial” is used as the input means. The control circuit 63a in the circuit unit 63 obtains the optimum magnification for the designated state, sets the obtained optimum magnification as the display magnification S in the image processing circuit 13g, and also displays the current display arm 12c indicated by the position sensor 25. It is determined whether or not the expansion / contraction position realizes the designated state. When it is determined that the expansion / contraction position is not realized, a warning display may be displayed.
[0083]
Further, the information designated by the observer may be a virtual display size (such as “appears as XX inches ahead of XX cm”).
In this case, the “display size setting dial” is used as the input means. The control circuit 63a in the circuit unit 63 obtains the optimum magnification for the designated virtual display size, sets the obtained optimum magnification as the display magnification S in the image processing circuit 13g, and displays the current display arm indicated by the position sensor 25. It is determined whether or not the expansion / contraction position of 12c realizes the designated virtual display size, and if it is determined that it is not realized, a warning display may be displayed.
[0084]
[Others]
In any HMD of the above embodiment, if a non-volatile memory is used for the circuit unit, the setting immediately before the power is turned off (display magnification S) is stored, and the setting immediately after the power is turned on. It is also possible to operate the control circuit so as to reproduce the above.
In the HMD 50 of the fifth embodiment, since the adjustment mechanism (slide mechanism 18) is motorized by the drive mechanism 55 and the like, not only the display magnification S but also the setting of the position of the display unit 11 is stored. It is possible to operate the control circuit 53a to reproduce.
[0085]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an image display apparatus capable of preventing image loss due to a shift in the positional relationship between the display unit and the eyes is realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view of an HMD 10 according to a first embodiment.
FIG. 2 is a configuration diagram of the HMD 10;
FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of the HMD 10 according to the first embodiment.
FIG. 4 is an external view of an HMD 20 according to a second embodiment.
FIG. 5 is a configuration diagram of the HMD 20;
FIG. 6 is an external view of an HMD 30 according to a third embodiment.
7 is a configuration diagram of an HMD 30. FIG.
FIG. 8 is an external view of an HMD 40 according to a fourth embodiment.
9 is a configuration diagram of the HMD 40. FIG.
FIG. 10 is a schematic view and a partial cross-sectional view of an HMD 50 according to a fifth embodiment.
11 is a configuration diagram of the HMD 50. FIG.
FIG. 12 is a configuration diagram of an HMD 60 of a sixth embodiment.
[Explanation of symbols]
2 eyes
10, 20, 30, 40, 50, 60 HMD (corresponding to image display device)
13, 23, 33, 43, 53, 63 Circuit part (corresponding to the circuit part)
13a, 23a, 33a, 43a, 53a, 63a Control circuit
13c Analog processing circuit
13d A / D conversion circuit
13e, 13f Frame memory
13g image processing circuit
11, 101 Display unit (corresponding to display unit)
11a, 101a LCD (corresponding to two-dimensional display element)
11b, 101b eyepiece optical system
12 Wearing tool (corresponding to wearing means)
12L, 12R headphones
12b Rear arm
12c display arm
15 Ranging sensor (corresponds to measuring means)
16, 17 Hinge mechanism (corresponding to adjustment mechanism)
18 Slide mechanism (supports adjustment mechanism)
25 Position sensor (corresponds to measuring means)
35 Magnification setting dial (supports input means)
45 Offset button
55 Drive mechanism (corresponds to drive means)
55a Drive motor
55b Cam member
56 Motor controller

Claims

A display unit including a two-dimensional display element and an eyepiece optical system that forms a virtual image of the display screen of the two-dimensional display element;
A circuit unit for displaying an image on a display screen of the two-dimensional display element;
Mounting means capable of mounting the display unit on the head of the observer so that the formation position of the virtual image is substantially in front of the eye of the observer ;
An adjustment mechanism provided in the mounting means for adjusting the positional relationship between the eyes of the observer and the display unit;
A positional relationship between the observer's eyes and the display unit, or measuring means for measuring a change in the positional relationship ;
The circuit portion is
Depending on the result of the measurement, to change the magnification of the image on the display screen
An image display device characterized by that.

The image display device according to claim 1 ,
The measuring means includes
The image display device, wherein the measurement is performed based on a state of the adjustment mechanism.

The image display device according to claim 1 or 2,
  The measuring means includes
  Measuring the positional relationship between the observer's eyes and the display unit;
  The circuit section is
  The display magnification of the image is controlled in accordance with the measured positional relationship and pre-stored information so as to be the maximum display magnification in a range where the image is not missing when viewed from the eye.
  An image display device characterized by that.