JP4834977B2

JP4834977B2 - See-through type head mounted display

Info

Publication number: JP4834977B2
Application number: JP2004329434A
Authority: JP
Inventors: 豊喜西嶋; 勉市川; 英幸小林; 剛池田; 健波木井
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2004-11-12
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2024-11-12
Also published as: JP2006139124A

Description

本発明は、シースルー型ヘッドマウントディスプレイに係り、特に、ディスプレイで表示させる映像を取得する撮像手段と外界を照射する発光手段を備えたシースルー型ヘッドマウントディスプレイに関する。 The present invention relates to a see-through type head mounted display, in particular, relates to a see-through type head mounted display which includes a light emitting means for irradiating the imaging means and the outside world for obtaining an image to be displayed on the display.

従来から、懸架装置に小型のディスプレイを備えて眼前に電子映像を表示させるヘッドマウントディスプレイ（以下、単に「ＨＭＤ」という。）が知られている。産業用、医療用又は映画の鑑賞用等、種々のＨＭＤが開発され、その用途も多岐にわたっている。その中でも、眼鏡の形状を具備する懸架装置に小型ディスプレイを搭載するタイプのものは、外界の景色に電子映像を重複表示するシースルー性を有しており、弱視者等の視覚的な障害をもつ者には、通常視界を補完する第二の眼として、益々ニーズが高まっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a head mounted display (hereinafter simply referred to as “HMD”) that includes a small display on a suspension device and displays an electronic image in front of the eyes is known. Various HMDs for industrial use, medical use, movie watching, etc. have been developed, and their uses are diverse. Among them, the type in which a small display is mounted on a suspension device having a shape of glasses has a see-through property to display an electronic image in the outside scene, and has a visual obstacle such as low vision. There is an ever-increasing need for those who want to supplement their normal vision.

視覚補助として機能するＨＭＤは、観者の視線方向等を撮像する小型カメラが備えられており、この小型カメラから撮像された映像が眼前のディスプレイに表示されるようになっている。観者は外部環境に応じて、肉眼での視界とディスプレイ上の映像とを使い分けながら充分な視覚情報を得ることが可能である。 The HMD functioning as visual assistance is provided with a small camera that captures the direction of the viewer's line of sight, etc., and an image captured from the small camera is displayed on a display in front of the eyes. The viewer can obtain sufficient visual information according to the external environment while properly using the field of view with the naked eye and the image on the display.

ところで、一般に、小型カメラは、フォトダイオード等の受光素子が用いられているが、その特性上、光が減少する暗所では十分な光電変換行うことができずに映像が見づらくなるという問題がある。 By the way, in general, a light receiving element such as a photodiode is used in a small camera. However, due to its characteristics, there is a problem in that it is difficult to perform an image in a dark place where light is reduced and an image is difficult to see. .

このような問題に対し、例えば、特許文献１に提供される発明のように、信号増幅やカメラ感度の調節等の映像処理により好適な映像表示を確保することも可能である。
特開平９−９７３３３号公報 For such a problem, for example, as in the invention provided in Patent Document 1, it is also possible to ensure a suitable video display by video processing such as signal amplification and camera sensitivity adjustment.
JP-A-9-97333

しかしながら、外界光が低減する環境では、小型カメラから取得される映像信号自体が低下する。そのため、信号増幅では映像が粗くなり、特に、弱視者等の視力が低下している者は、映像の内容を明確に認識できない虞がある。
又、暗所でカメラの感度を高くしても、自動車のヘッドライト、街灯、ネオンサイン等のカメラ感度に対して著しく輝度の高い突発的な光がカメラに入射すると、ディスプレイ上で白とびが生ずる虞がある。
更に、シースルー型のＨＭＤでは、映像表示面が外界光の干渉をうけて、映像と肉眼視界との境目が不明確となる虞もある。 However, in an environment where external light is reduced, the video signal itself acquired from the small camera is lowered. For this reason, the image becomes rough in signal amplification, and in particular, a person with low visual acuity such as a low vision person may not be able to clearly recognize the content of the video.
Even if the camera sensitivity is increased in a dark place, if sudden light with extremely high brightness with respect to the camera sensitivity of a car headlight, street light, neon sign, etc. enters the camera, overexposure will occur on the display. May occur.
Further, in the see-through type HMD, there is a possibility that the boundary between the image and the visual field of view becomes unclear because the image display surface receives interference of external light.

このような問題を解決する方法として、外界を照らす照明装置を使用すればよいが、シースルー型のヘッドマウントディスプレイの場合には、照明光で照らされた外界のシーンと映像表示面に表示された映像の区別が付きにくくなる。従来、赤外線で外界を照射して映像を見る暗視装置もあるが、モノトーン表示であるため日常の生活において使いづらいという問題もある。 As a method for solving such a problem, an illumination device that illuminates the outside world may be used. However, in the case of a see-through type head mounted display, an external scene illuminated by illumination light and a video display surface are displayed. It becomes difficult to distinguish video. Conventionally, there is a night vision device that irradiates the outside world with infrared rays to view an image. However, since it is a monotone display, there is a problem that it is difficult to use in daily life.

そこで、本発明の目的は、外界光が少ない場合でも良好な視認性を有する映像が得られるシースルー型のＨＭＤを提供することにある。可視光線によるカラー映像が外界と区別しやすく表示されるシースルー型のＨＭＤを提供することにある。また、視力障害者の外界観察補助のためのディスプレイ装置を提供することに有る。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a see-through type HMD capable of obtaining an image having good visibility even when there is little external light. It is an object of the present invention to provide a see-through type HMD in which a color image by visible light is displayed in an easily distinguishable manner from the outside world. Another object of the present invention is to provide a display device for assisting visually impaired persons in observing the outside world.

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、頭部に装着可能な装着具に、眼前に位置して映像を光学的に目に導く映像表示手段と、前記映像表示手段に映像を投射する映像投射手段と、視界方向からの光を受光する撮像手段と、視界に向けて光を照射する光照射手段を搭載してなるシースルー型ヘッドマウントディスプレイにおいて、
前記光照射手段は、可視光線を照射し、
前記映像表示手段は、外界光を透過可能であり、かつ前記光照射手段が照射する照射光の極大波長は、前記映像投射手段が投射する投射光の極大波長とは異なることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 is directed to a wearable device that can be worn on the head, a video display unit that is positioned in front of the eyes and optically guides a video image, and the video display unit. In a see-through type head-mounted display that is equipped with video projection means for projecting video, imaging means for receiving light from the viewing direction, and light irradiation means for irradiating light toward the visual field,
The light irradiation means irradiates visible light,
The video display means can transmit external light, and the maximum wavelength of the irradiation light emitted by the light irradiation means is different from the maximum wavelength of the projection light projected by the video projection means.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシースルー型ヘッドマウントディスプレイにおいて、前記撮像手段は、可視光線を受光することを特徴とする。 According to a second aspect of the invention, the see-through type head mounted display according to claim 1, wherein the imaging means is characterized by receiving visible light.

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のシースルー型ヘッドマウントディスプレイにおいて、前記光照射手段は、発光ダイオードから発光することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the see-through type head mounted display according to the first or second aspect , the light irradiation means emits light from a light emitting diode.

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシースルー型ヘッドマウントディスプレイにおいて、前記光照射手段が照射する照射光の極大波長は、前記映像投射手段により投射される投射光の極大波長より少なくとも５ｎｍ異なることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the see-through type head mounted display according to any one of the first to third aspects, the maximum wavelength of the irradiation light irradiated by the light irradiation unit is projected by the video projection unit. It differs from the maximum wavelength of the projected light by at least 5 nm.

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシースルー型ヘッドマウントディスプレイにおいて、前記光照射手段が照射する照射光の極大波長は、前記映像投射手段が投射する投射光の極大波長と５ｎｍ以上から２０ｎｍ以下の範囲で異なることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the see-through type head mounted display according to any one of the first to fourth aspects, the image projection unit projects the maximum wavelength of the irradiation light irradiated by the light irradiation unit. The maximum wavelength of the projection light is different from 5 nm to 20 nm.

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシースルー型ヘッドマウントディスプレイにおいて、前記撮像手段の極大感度波長と、前記映像照射手段の投射する投射光の極大波長が異なることを特徴とする。 The invention according to claim 6 is the see-through type head mounted display according to any one of claims 1 to 5 , wherein the maximum sensitivity wavelength of the image pickup means and the maximum wavelength of the projection light projected by the image irradiation means. Are different.

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシースルー型ヘッドマウントディスプレイにおいて、前記撮像手段の極大感度波長と、前記映像照射手段の投射する投射光の極大波長が、少なくとも５ｎｍ異なることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the see-through head mounted display according to any one of the first to sixth aspects, the maximum sensitivity wavelength of the imaging unit and the maximum wavelength of the projection light projected by the video irradiation unit Are at least 5 nm different.

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシースルー型ヘッドマウントディスプレイにおいて、前記撮像手段の極大感度波長と、前記映像投射手段が投射する投射光の極大波長が５ｎｍ以上から２０ｎｍ以下の範囲で異なることを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the see-through type head mounted display according to any one of claims 1 to 7 , wherein the maximum sensitivity wavelength of the imaging unit and the maximum wavelength of the projection light projected by the video projection unit. Are different in the range of 5 nm to 20 nm.

請求項１に記載のシースルー型ヘッドマウントディスプレイによれば、光照射手段から照射される照射光が、外界に反射されることで観者の瞳に入射する光が増加し、暗所でも通常視界を確保することが可能となる。このため、特に、光の認識力が低い弱視者等には、夕方、早朝あるいは夜間でも通常視界を確保することができ、周辺状況を把握することが容易となる。
また、光照射手段から照射され外界に反射された照射光の極大波長が、映像投射手段により投射される投射光の極大波長と異なるため、直接観者の瞳に入射する照射光により認識される色と、映像表示手段から観者の瞳に入射する映像光により認識される色が異なる。このため、特に、シースルー型のＨＭＤでは、外界光の干渉により映像と通常視界の境目が不明確となり映像が見づらくなるという虞を低減させることが可能となり、観者が両者の視覚情報を明確に区別して活用することができるようになる。
また、光照射手段から照射される照射光が人間の眼で認識可能な波長帯域である可視光線であるため、外界に反射されて観者の瞳に直接入射する可視光線が増加することで、暗所でも通常視界を確保することが可能となる。このため、特に、光の認識力が低い弱視者等には、夕方、早朝あるいは夜間でも通常視界を確保することができ、周辺状況を把握することが容易となる。 According to the see-through type head mounted display according to claim 1, the irradiation light irradiated from the light irradiation means is reflected to the outside world, so that the light incident on the pupil of the viewer increases, and the normal field of view can be obtained even in a dark place. Can be secured. For this reason, a normal field of view can be secured even in the evening, early morning, or night, especially for a weakly sighted person with low light recognition ability, and the surrounding situation can be easily grasped.
Moreover, since the maximum wavelength of the irradiation light irradiated from the light irradiation means and reflected to the outside is different from the maximum wavelength of the projection light projected by the image projection means, it is recognized by the irradiation light directly incident on the pupil of the viewer. The color and the color recognized by the video light incident on the viewer's pupil from the video display means are different. For this reason, in particular, in the see-through type HMD, it is possible to reduce the possibility that the boundary between the image and the normal field of view becomes unclear due to interference of external light, and the viewer can clearly see the visual information of both. It becomes possible to distinguish and utilize.
In addition, since the irradiation light emitted from the light irradiation means is a visible light that is a wavelength band that can be recognized by the human eye, the visible light that is reflected to the outside and directly enters the viewer's pupil increases. It is possible to ensure normal visibility even in a dark place. For this reason, a normal field of view can be secured even in the evening, early morning, or night, especially for a weakly sighted person with low light recognition ability, and the surrounding situation can be easily grasped.

請求項２に記載のシースルー型ヘッドマウントディスプレイによれば、撮像手段が可視光線を受光可能であるため、視界方向に存在する光のうち観者が認識することが可能な波長帯域の光を撮像することが可能となる。これにより、映像表示手段に観者が認識可能な波長帯域の投射光を投射することができる。 According to the see-through type head mounted display according to claim 2 , since the imaging means can receive visible light, it picks up light in a wavelength band that can be recognized by a viewer from light existing in the viewing direction. It becomes possible to do. Thereby, the projection light of the wavelength band which a viewer can recognize can be projected on a video display means.

請求項３に記載のシースルー型ヘッドマウントディスプレイによれば、光照射手段が発光ダイオードであるため、ＨＭＤの小型化、軽量化が可能となる。ＨＭＤは、頭部に懸架するものであるため、重量等により生ずる煩わしさが低減され、より長時間の好適な装着を可能となる。特に、ＨＭＤを常時装着する必要がある弱視者等には有効である。 According to the see-through type head mounted display of the third aspect , since the light irradiation means is a light emitting diode, the HMD can be reduced in size and weight. Since the HMD is suspended from the head, the troublesomeness caused by the weight and the like is reduced, and a longer wearing time can be suitably applied. In particular, it is effective for a low vision person who always needs to wear the HMD.

請求項４に記載のシースルー型ヘッドマウントディスプレイによれば、請求項１〜３に記載のシースルー型ヘッドマウントディスプレイにおいて、光照射手段が照射する照射光の極大波長と、映像投射手段により投射される投射光の極大波長が少なくとも５ｎｍ異なるため、観者が通常視界と映像を区別することが可能となる。更に、両者の極大波長を少なくとも５ｎｍ異ならせるため、直接観者の瞳に入射して認識される色と、投射光により認識される色の差異を少なくできる。このため、両者の色情報を一定の範囲に保持したままで、両者の視覚情報を明確に区別することが可能となる。 According to a see-through type head mounted display according to claim 4, in see-through type head mounted display according to claim 1 to 3, and the maximum wavelength of irradiation light irradiation means is irradiated, is projected by the image projecting means Since the maximum wavelength of the projection light is different by at least 5 nm, the viewer can distinguish between the normal field of view and the image. Furthermore, since the maximum wavelengths of the two are made to differ by at least 5 nm, the difference between the color directly incident on the pupil of the viewer and recognized and the color recognized by the projection light can be reduced. For this reason, it is possible to clearly distinguish the visual information between the two while maintaining both color information within a certain range.

請求項５に記載のシースルー型ヘッドマウントディスプレイによれば、請求項１〜４に記載のシースルー型ヘッドマウントディスプレイにおいて、光照射手段が照射する照射光の極大波長と、映像投射手段が投射する投射光の極大波長が５ｎｍ以上から２０ｎｍ以下の範囲で異なるため、観者が通常視界と映像を区別することが可能となる。
更に、両者の極大波長が５ｎｍ以上から２０ｎｍ以下の範囲で異なることで、直接観者の瞳に入射して認識される色と、投射光により認識される色の差異を少なくできる。このため、両者の色情報を一定の範囲に保持したまま、両者の視覚情報を明確に区別することが可能となる。 According to a see-through type head mounted display according to claim 5, in see-through type head mounted display according to claim 1-4, the maximum wavelength of irradiation light irradiation means for irradiating, the image projection means for projecting projection Since the maximum wavelength of light is different within a range of 5 nm to 20 nm, the viewer can distinguish between the normal field of view and the image.
Furthermore, since the maximum wavelengths of the two are different in the range of 5 nm to 20 nm, the difference between the color that is directly incident on the pupil of the viewer and the color that is recognized by the projection light can be reduced. For this reason, it is possible to clearly distinguish the visual information of the both while maintaining the color information of both in a certain range.

請求項６に記載のシースルー型ヘッドマウントディスプレイによれば、請求項１〜５に記載のシースルー型ヘッドマウントディスプレイにおいて、撮像手段の極大感度波長と、前記映像投射手段から照射される投射光の極大波長が異なるため、映像投射手段から観者の瞳に入射する投射光により認識される色と、直接観者の瞳に入射する照射光により認識される色とが異なる。
このため、特に、シースルー型のＨＭＤでは、外界光の干渉により映像と通常視界の境目が不明確となり映像が見づらくなるという虞を低減させ、観者が両者の視覚情報を明確に区別して活用することが可能となる。 According to a see-through type head mounted display according to claim 6, in see-through type head mounted display according to claim 1 to 5, and the maximum sensitivity wavelength of the imaging means, the image projected hand stage or we irradiated by the projection light Therefore, the color recognized by the projection light incident on the viewer's pupil from the video projection means and the color recognized by the irradiation light directly incident on the viewer's pupil are different.
For this reason, in particular, in the see-through type HMD, it is possible to reduce the possibility that the boundary between the image and the normal field of view becomes unclear due to interference with external light, and the viewer uses the visual information of both clearly and clearly. It becomes possible.

請求項７に記載のシースルー型ヘッドマウントディスプレイによれば、請求項１〜６に記載のシースルー型ヘッドマウントディスプレイにおいて、撮像手段の極大感度波長と、前記映像投射手段の表示により投射される投射光の極大波長が少なくとも５ｎｍ異なるため、観者が通常視界と映像を区別することが可能となる。
更に、両者の極大波長を少なくとも５ｎｍ異ならせるため、直接観者の瞳に入射して認識される色と、投射光により認識される色の差異を少なくできる。
このため、両者の色情報を一定の色域の範囲にすることができる。その結果、通常視界の色と投射光の色を極端に変更することなく、明確に区別することが可能となる。 According to a see-through type head mounted display according to claim 7, in see-through type head mounted display according to claim 1 to 6, a peak sensitivity wavelength of the imaging means, the projection light projected by the display of the image projection means Since the maximum wavelength differs by at least 5 nm, it is possible for the viewer to distinguish between the normal field of view and the image.
Furthermore, since the maximum wavelengths of the two are made to differ by at least 5 nm, the difference between the color directly incident on the pupil of the viewer and recognized and the color recognized by the projection light can be reduced.
For this reason, both color information can be made into the range of a fixed color gamut. As a result, it becomes possible to clearly distinguish the color of the normal field of vision and the color of the projection light without extremely changing.

請求項８に記載のシースルー型ヘッドマウントディスプレイによれば、請求項１〜７に記載のシースルー型ヘッドマウントディスプレイにおいて、撮像手段の極大感度波長と、前記映像投射手段により投射される投射光の極大波長が５ｎｍ以上から２０ｎｍ以下の範囲で異なるため、観者が通常視界と映像を区別することが可能となる。
更に、両者の極大波長を少なくとも５ｎｍ異ならせるため、直接観者の瞳に入射して認識される色と、映像光により認識される色の差異を少なくできる。
このため、両者の色情報を一定の色域の範囲にすることができる。その結果、通常視界の色と投射光により認識される色を極端に変更することなく。明確に区別することが可能となる。 According to a see-through type head mounted display according to claim 8, in see-through type head mounted display according to claim 1 to 7, and the maximum sensitivity wavelength of the imaging means, the maximum of the projected light that is projected by the image projecting means Since the wavelength is different in the range of 5 nm to 20 nm, the viewer can distinguish the normal view from the video.
Furthermore, since the maximum wavelengths of the two are made to differ by at least 5 nm, the difference between the color directly incident on the viewer's pupil and recognized by the image light can be reduced.
For this reason, both color information can be made into the range of a fixed color gamut. As a result, the color of the normal field of view and the color recognized by the projection light are not changed extremely. It becomes possible to distinguish clearly.

以下、図を用いて、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明を適用したＨＭＤの外観構成を示した概要図である。なお、以下の説明において、接眼方向と反対の方向を正面とする。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an external configuration of an HMD to which the present invention is applied. In the following description, the direction opposite to the eyepiece direction is the front.

ＨＭＤ１は、通常の眼鏡と同様に、鼻当て２及びテンプル３が備えられるフレーム４とレンズ５を有する。このフレーム４のレンズ５の上方には、映像表示装置６、接眼光学系７及び撮像装置８が一体となって設置されている。また、これら映像表示装置６等が設置されるのと反対方向の側面（眼鏡の蝶番近傍）には、略正面方向の外界を照射する光照射手段としての発光装置９が備えられる。発光装置９は可視光線の波長領域を照射可能な可視光線発光ダイオード１０が備えられる。
また、発光装置９は、映像表示装置６及び撮像装置８とともにケーブル１３を介してコントロールボックスである制御ユニット２５に接続されるものである。 The HMD 1 includes a frame 4 and a lens 5 provided with a nose pad 2 and a temple 3, as in normal glasses. Above the lens 5 of the frame 4, an image display device 6, an eyepiece optical system 7, and an imaging device 8 are integrally installed. Further, a light emitting device 9 as a light irradiating means for irradiating the outside in a substantially front direction is provided on the side surface (in the vicinity of the hinges of the glasses) in the opposite direction to where the video display device 6 and the like are installed. The light emitting device 9 includes a visible light emitting diode 10 capable of irradiating a wavelength region of visible light.
The light emitting device 9 is connected to the control unit 25 which is a control box through the cable 13 together with the video display device 6 and the imaging device 8.

撮像装置８は、映像情報の入力手段の一つであり、フレーム４のブリッジ１２近傍に備えられ、観者の視界方向を撮影可能なように設置されている。撮像装置８は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary metal oxide semiconductor）イメージセンサ等を利用した撮像装置が適用できる。また、本実施の形態では、撮像装置８として、可視光線発光ダイオード１０から照射された照射光のうち外界から反射される照射光を受光可能な小型のＣＣＤカメラを適用している。 The imaging device 8 is one of video information input means, is provided in the vicinity of the bridge 12 of the frame 4, and is installed so as to be able to photograph the viewer's viewing direction. As the imaging device 8, an imaging device using a charge coupled device (CCD), a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor, or the like can be applied. In the present embodiment, a small CCD camera capable of receiving irradiation light reflected from the outside of the irradiation light irradiated from the visible light emitting diode 10 is applied as the imaging device 8 .

レンズ５と接眼光学系７とは、面方向が段差なく一致するように嵌合されている。なお、より具体的には後述するが、ＨＭＤ１は、映像表示装置６から照射される映像光を干渉させて映像を表示させるホログラムの原理により眼球に虚像を結ばせるものである。このような構成にすることで、外界光による視界上にホログラム映像を重畳的に表示させることができ、外界光による通常視界を妨げることなく補助情報を提供することが可能となる。 The lens 5 and the eyepiece optical system 7 are fitted so that the surface directions coincide with each other without a step. As will be described in more detail below, the HMD 1 forms a virtual image on the eyeball by the principle of a hologram that causes video light emitted from the video display device 6 to interfere with each other and display the video. With such a configuration, it is possible to superimpose a hologram image on the field of view by external light, and it is possible to provide auxiliary information without disturbing the normal field of view by external light.

映像投射手段としての映像表示装置６は、制御ユニット２５から送信される映像信号をスペクトル変換させ、映像表示手段としての接眼光学系７に投射光を投射するものである。図２は、映像表示装置６及び接眼光学系７の左側面からの断面を示した側断面図である。映像表示装置６の本体となる筐体１５の内部には、制御ユニット２５から送信される映像信号から映像を生成する透過型の液晶表示器１６、バックライト光源１７及びバックライト光源１７からの照射光を液晶表示器１６の全面に導くための照明光学系１８が備えられる。 The video display device 6 as the video projection unit spectrally converts the video signal transmitted from the control unit 25 and projects the projection light onto the eyepiece optical system 7 as the video display unit. FIG. 2 is a side sectional view showing a section from the left side of the image display device 6 and the eyepiece optical system 7. Illumination from a transmissive liquid crystal display 16 that generates an image from a video signal transmitted from the control unit 25, a backlight light source 17, and a backlight light source 17 is provided inside a housing 15 that is a main body of the video display device 6. An illumination optical system 18 for guiding light to the entire surface of the liquid crystal display 16 is provided.

接眼光学系７は、更に、プリズム１９とホログラム素子２０とからなる。プリズム１９は、液晶表示器１６から照射される映像を採光し内部に反射させながら導光を行うものである。ホログラム素子２０は、この導光された映像が照射されてホログラム映像を表示させるようになっている。また、プリズム１９の上端部は、正面方向に厚く形成されており、液晶表示器１６からの映像を採光しやすいように採光部が広く形成された楔の形状を有する。上端部から採光された光は、プリズム１９の内部で全反射されながら下端部に導かれる。この導かれた光がホログラム素子２０に照射され光の干渉により眼球Ｅに像を結ばせるようになっている。 The eyepiece optical system 7 further includes a prism 19 and a hologram element 20. The prism 19 conducts light guidance while collecting an image irradiated from the liquid crystal display 16 and reflecting the image inside. The hologram element 20 is configured to display the hologram image by being irradiated with the guided image. Further, the upper end portion of the prism 19 is formed thick in the front direction, and has a wedge shape in which a daylighting portion is widely formed so that an image from the liquid crystal display 16 can be easily taken. The light collected from the upper end is guided to the lower end while being totally reflected inside the prism 19. The guided light is applied to the hologram element 20 so that an image is formed on the eyeball E by the interference of the light.

次に、ＨＭＤ１の制御ユニット２５について説明する。
図３は、制御ユニット２５の機能的構成を示したブロック図である。制御ユニット２５は、演算処理部２６、表示駆動装置２８、外部入力端子２９及び電源ユニット３４からなり、演算処理部２６は、更に、ＣＰＵ３０、ＲＯＭ３１、ＤＳＰ３２及びグラフィックメモリ３３から構成される。 Next, the control unit 25 of the HMD 1 will be described.
FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of the control unit 25. The control unit 25 includes an arithmetic processing unit 26, a display drive device 28, an external input terminal 29, and a power supply unit 34. The arithmetic processing unit 26 further includes a CPU 30, a ROM 31, a DSP 32, and a graphic memory 33.

ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０は、予め記録されたプログラムに基づいてＨＭＤ１の全体制御を行うものである。また、ＲＯＭ（Read Only Memory）３１は、ＨＭＤ１の制御全般に関わるプログラム及び各種のデータが格納されるものである。また、各種の映像コンテンツデータの記録が可能である。このコンテンツデータを映像表示装置６で再生することも可能となっている。 A CPU (Central Processing Unit) 30 performs overall control of the HMD 1 based on a pre-recorded program. A ROM (Read Only Memory) 31 stores a program related to the overall control of the HMD 1 and various data. In addition, various types of video content data can be recorded. This content data can be reproduced by the video display device 6.

Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換器２７は、撮像装置８の光電変換により得られたアナログ映像信号をサンプリングによりデジタル映像信号に変換しＣＰＵ３０に送信するものである。 The A / D (Analog / Digital) converter 27 converts an analog video signal obtained by photoelectric conversion of the imaging device 8 into a digital video signal by sampling and transmits it to the CPU 30.

ＤＳＰ（Digital Signal Processor）３２は、ＣＰＵ３０の指示に従い、グラフィックメモリ３３に記録された未だ映像処理がされていないデジタル映像信号及び各種の処理装置の信号を入力し、映像表示装置６の輝度あるいは色調補正等の映像処理を高速で行う映像処理装置である。 A DSP (Digital Signal Processor) 32 inputs a digital video signal recorded in the graphic memory 33 that has not been processed yet and signals of various processing devices according to an instruction from the CPU 30, and the luminance or color tone of the video display device 6. This is a video processing apparatus that performs video processing such as correction at high speed.

グラフィックメモリ３３は、Ａ／Ｄ変換器２７から取得されたデジタル信号や、ＤＳＰ３２等で映像処理が施されたデジタル信号の一時記憶を行うものである。また、ＤＳＰ３２が実行するプログラムを展開するためのワークエリアが展開されるものである。 The graphic memory 33 temporarily stores a digital signal acquired from the A / D converter 27 and a digital signal subjected to video processing by the DSP 32 or the like. In addition, a work area for developing a program executed by the DSP 32 is developed.

電源ユニット３４は、図示しない電源スイッチを介してＨＭＤ１を作動させる電源を供給するものであり、各種外部電源又は携帯電池若しくは充電池も適用可能である。第１実施形態では、ＨＭＤ１のポータブル性に鑑み、携帯型の電池が適用されている。 The power supply unit 34 supplies power for operating the HMD 1 via a power switch (not shown), and various external power supplies, portable batteries, or rechargeable batteries are also applicable. In the first embodiment, a portable battery is applied in view of the portability of the HMD 1.

以上のような構成を有するＨＭＤ１は、発光装置９から照射される光束の波長の極大波長と映像表示装置６から照射される光束の波長の極大波長が異なるものである。即ち、観者が直接外界光から認識する色と、接眼光学系７を通して映像表示装置６から照射される映像光から認識する色を異ならせるものである。 The HMD 1 having the above configuration is such that the maximum wavelength of the light beam emitted from the light emitting device 9 is different from the maximum wavelength of the light beam emitted from the video display device 6. That is, the color directly recognized by the viewer from the external light and the color recognized from the video light emitted from the video display device 6 through the eyepiece optical system 7 are made different.

図４は、発光装置９が照射する照射光の波長及び映像表示装置６が接眼光学系７に投射する投射光の波長と、その発光強度との関係を示したものである。発光装置９が照射する照射光の波長の極大波長を示す点Ｐと、映像表示装置６が照射する映像光の波長の極大波長を示す点Ｑが近似している。このため、外界から反射された照射光により肉眼に直接入射する光から認識する色と、映像表示装置６から入射される映像光から認識する色は、ほぼ同一となる。このため、ホログラム素子２０により表示される映像と通常視界との境目が不明確となりやすい。 FIG. 4 shows the relationship between the wavelength of irradiation light emitted by the light emitting device 9 and the wavelength of projection light projected by the image display device 6 onto the eyepiece optical system 7 and the light emission intensity. A point P indicating the maximum wavelength of the irradiation light irradiated by the light emitting device 9 and a point Q indicating the maximum wavelength of the image light irradiated by the video display device 6 are approximated. For this reason, the color recognized from the light directly incident on the naked eye by the irradiation light reflected from the outside and the color recognized from the video light incident from the video display device 6 are substantially the same. For this reason, the boundary between the image displayed by the hologram element 20 and the normal field of view tends to be unclear.

これに対し、第１実施形態は、図５に示すように、発光装置９の照射する光束の極大波長を、より長い波長領域とする発光装置を適用したものである。具体的には映像表示装置６から照射される光束の青系（Ｂ）、緑系（Ｇ）、赤系（Ｒ）の波長のピークがそれぞれ４７１ｎｍ、５２０ｎｍ、６３６ｎｍであるのに対し、発光装置９が照射する光束の青系（Ｂ）、緑系（Ｇ）、赤系（Ｒ）の波長のピークをそれぞれ４５７ｎｍ、５１５ｎｍ、６１０ｎｍとする発光ダイオードを適用するものである。 On the other hand, as shown in FIG. 5, the first embodiment applies a light emitting device in which the maximum wavelength of the light beam emitted from the light emitting device 9 is set to a longer wavelength region. Specifically, the blue (B), green (G), and red (R) wavelength peaks of the light beam emitted from the image display device 6 are 471 nm, 520 nm, and 636 nm, respectively. A light emitting diode having blue (B), green (G), and red (R) wavelength peaks of light beams irradiated by 9 is applied to 457 nm, 515 nm, and 610 nm, respectively.

なお、このような極大波長の変更は、発光装置９に用いられる発光ダイオ−ドの種類の変更や、発光装置９にカラーフィルタを被覆することにより行っている。 Such a change in the maximum wavelength is performed by changing the type of the light emitting diode used in the light emitting device 9 or by covering the light emitting device 9 with a color filter.

以上のような構成にすることにより、外界に反射されて直接観者の瞳に認識される色と、映像表示装置６から照射される映像光により認識される色とを異なるものとすることが可能となる。このため、ホログラム素子２０により表示される映像が、外界と区別しやすくすることできる。
更には、発光装置９の照射光により、暗所でも充分好適な視界を確保することが可能となる。 By adopting the above-described configuration, the color that is reflected by the outside world and directly recognized by the viewer's pupil may be different from the color that is recognized by the video light emitted from the video display device 6. It becomes possible. For this reason, the image displayed by the hologram element 20 can be easily distinguished from the outside world.
Furthermore, it is possible to secure a sufficiently suitable field of view even in a dark place by the irradiation light of the light emitting device 9.

なお、第１実施形態では、発光装置９から照射される照射光と、映像表示装置６から照射される映像光とピーク波長をＲＧＢの全ての色域において異なる構成としているが、このうちすくなくとも一つの色域に属するピーク波長を異なるものとすることでも上記効果を得ることができる。即ち、カラーの映像表示は、光の三原色による加法混色により実現されるためである。また、より好ましくは、最も発光強度の高い色域に属する波長のピークを異なるもとするのが良い。三原色のなかで発光強度が高いものほど、加法混色における色の変化に影響するためである。 In the first embodiment, the irradiation light emitted from the light emitting device 9, the image light emitted from the image display device 6, and the peak wavelength are different in all the RGB color gamuts. The above effect can also be obtained by making the peak wavelengths belonging to one color gamut different. That is, color video display is realized by additive color mixing using the three primary colors of light. More preferably, the peak of the wavelength belonging to the color gamut with the highest emission intensity is different. This is because the higher the emission intensity among the three primary colors, the more the color change in the additive color mixture is affected.

〔第２実施形態〕
次に、本発明を適用したＨＭＤを実施するための第２実施形態について説明する。
第２実施形態におけるＨＭＤは、第１実施形態におけるＨＭＤとその概観構成においては共通する部分が多い。よって、同一機能を有する部材については同一符号を用いて説明を省略する。 [Second Embodiment]
Next, a second embodiment for implementing the HMD to which the present invention is applied will be described.
The HMD in the second embodiment has many parts in common with the HMD in the first embodiment in its overview configuration. Therefore, members having the same function are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図６は、ＨＭＤ３５の外観構成を示した概要図である。
第２実施形態におけるＨＭＤは発光装置４０及び撮像装置４１が、第１実施形態におけるＨＭＤ１と異なる。 FIG. 6 is a schematic diagram showing the external configuration of the HMD 35.
In the HMD in the second embodiment, the light emitting device 40 and the imaging device 41 are different from the HMD 1 in the first embodiment.

発光装置４０は、図４に示すように、照射光の極大波長と、映像表示装置６の映像光の極大波長を近似させた構成としている。第２実施形態のＨＭＤ２２は、撮像装置４１の極大感度波長が、映像表示装置６の照射する映像光の極大波長と異なる構成としている。 As shown in FIG. 4, the light emitting device 40 has a configuration in which the maximum wavelength of the irradiation light and the maximum wavelength of the image light of the image display device 6 are approximated. The HMD 22 of the second embodiment has a configuration in which the maximum sensitivity wavelength of the imaging device 41 is different from the maximum wavelength of the image light irradiated by the image display device 6.

図７は、撮像装置４１の極大感度波長を、映像表示装置６の照射する映像光の極大波長に対し、より長い波長領域とした場合の関係を示したものである。映像表示装置６が照射する映像光の極大波長は、青系（Ｂ）、緑系（Ｇ）、赤系（Ｒ）からそれぞれ４７１ｎｍ、５２０ｎｍ、６３３ｎｍとするのに対し、撮像装置８の極大感度波長は、青系（Ｂ）、緑系（Ｇ）、赤系（Ｒ）からそれぞれ４６０ｎｍ、５４１ｎｍ、６２７ｎｍとする構成を有するものである。 FIG. 7 shows a relationship when the maximum sensitivity wavelength of the imaging device 41 is set to a longer wavelength region with respect to the maximum wavelength of the image light irradiated by the image display device 6. The maximum wavelength of the image light emitted from the image display device 6 is 471 nm, 520 nm, and 633 nm from blue (B), green (G), and red (R), respectively, whereas the maximum sensitivity of the imaging device 8 is. The wavelength is configured to be 460 nm, 541 nm, and 627 nm from blue (B), green (G), and red (R), respectively.

これにより、外界に反射されて直接観者の瞳に入射される照射光から認識される色と、映像表示装置６から照射される映像光により認識される色を異なるものとすることが可能となる。 Thereby, it is possible to make the color recognized from the irradiation light reflected on the outside world and directly incident on the pupil of the viewer different from the color recognized by the video light irradiated from the video display device 6. Become.

なお、第２実施形態では、撮像装置４１の極大感度波長と、映像表示装置６から投射される投射光の極大波長をＲＧＢの全ての色域において異ならせる構成としているが、このうちすくなくとも一つの色域に属する感度波長を異なるものとすることでも上記効果を得ることができる。即ち、カラーの映像表示は光の三原色による加法混色により実現されるためである。より好ましくは、最も感度の高い色域に属する波長のピークを異なるものとするのが良い。最大発光強度を有する波長の変更が色の変化に最も影響するためである。 In the second embodiment, the maximum sensitivity wavelength of the imaging device 41 and the maximum wavelength of the projection light projected from the image display device 6 are configured to be different in all RGB color gamuts. The above effect can also be obtained by making the sensitivity wavelengths belonging to the color gamut different. That is, color image display is realized by additive color mixing using the three primary colors of light. More preferably, the peak of the wavelength belonging to the most sensitive color gamut is different. This is because a change in the wavelength having the maximum light emission intensity most affects the color change.

また、第２実施例では、撮像装置４１の極大感度波長と映像表示装置６の極大波長を異ならせる構成としているが、更に、発光装置４０から照射される照射光の極大感度波長を異ならせる構成とすることでも上記効果を得ることが可能となる。より具体的には、表示装置４０が投射する投射光の波長の極大値を基準として、撮像装置４１の極大感度波長をより波長の短い領域へとシフトし、発光装置４０の照射する照射光を波長の長い領域へとシフトする、あるいはこの逆であっても良い。これにより光が相乗的に変換され、更に映像表示と外界との区別を明確にすることができる。 In the second embodiment, the maximum sensitivity wavelength of the imaging device 41 and the maximum wavelength of the image display device 6 are different from each other. However, the maximum sensitivity wavelength of the irradiation light emitted from the light emitting device 40 is different. It is possible to obtain the above-described effect. More specifically, with reference to the maximum value of the wavelength of the projection light projected by the display device 40, the maximum sensitivity wavelength of the imaging device 41 is shifted to a shorter wavelength region, and the irradiation light irradiated by the light emitting device 40 is changed. It may be shifted to a long wavelength region or vice versa. As a result, the light is synergistically converted, and the distinction between the video display and the outside world can be clarified.

第１実施形態における、ＨＭＤ１を使用して映像の識別性の目視観察を行った。なお、実施例１では、発光装置９が照射する映像光は赤系の波長であり、また、映像表示装置６から照射される映像光も赤系の波長としている。波長の変更は、発光装置９の種類又は発光装置９に被覆するカラーフィルタを変更することにより行った。
なお、各波長は表１に示す条件である。また、映像の識別性は３段階で行い、◎を識別性が非常に高い、○が比較的高い、×を普通として評価する。結果を表１に示す。

In the first embodiment, visual identification of the image discrimination was performed using the HMD 1. In the first embodiment, the image light emitted from the light emitting device 9 has a red wavelength, and the image light emitted from the image display device 6 also has a red wavelength. The wavelength was changed by changing the type of the light emitting device 9 or the color filter covering the light emitting device 9.
Each wavelength is a condition shown in Table 1. In addition, the image discrimination is performed in three stages, and ◎ is evaluated as being very high, ◯ is relatively high, and x is normal. The results are shown in Table 1.

以上のように、発光装置９の照射光の極大波長を映像表示装置６の投射光の波長と５ｎｍ〜３６ｎｍの間で異ならせると識別性が高くなることが分かる。より好ましくは、発光装置９の照射光の極大波長を映像表示装置６の投射光の波長と５ｎｍ〜１５ｎｍの範囲で異ならせると特に識別性が高くなることが分かる。 As described above, it can be seen that if the maximum wavelength of the irradiation light of the light emitting device 9 is different from the wavelength of the projection light of the image display device 6 between 5 nm and 36 nm, the discrimination becomes high. More preferably, when the maximum wavelength of the irradiation light of the light emitting device 9 is different from the wavelength of the projection light of the image display device 6 in the range of 5 nm to 15 nm, it can be seen that the distinguishability is particularly high.

第２実施形態における、ＨＭＤ２を使用して映像の識別性の目視観察を行った。なお、実施例２では、撮像装置８の感度波長のうち、青系の極大感度波長を波長の短い領域に変更することとする。また、発光装置４０は５２０ｎｍを極大波長とし、特に、撮影装置４１の極大感度波長が５４１ｎｍのときに、５１５ｎｍを極大波長として識別性を目視観察した。なお、映像表示装置６が照射する光束の極大波長は５２０ｎｍである。
なお、各波長は下記表２に示す条件である。また、映像の識別性は３段階で行い、◎を識別性が非常に高い、○が比較的高い、×を普通として評価する。結果を表２に示す。

In the second embodiment, the visual discrimination of video discrimination was performed using the HMD2. In the second embodiment, the blue maximum sensitivity wavelength among the sensitivity wavelengths of the imaging device 8 is changed to a short wavelength region. Further, the light emitting device 40 has a maximum wavelength of 520 nm, and in particular, when the maximum sensitivity wavelength of the imaging device 41 is 541 nm, the identifiability is visually observed with 515 nm as the maximum wavelength. Note that the maximum wavelength of the light beam emitted from the image display device 6 is 520 nm.
Each wavelength is a condition shown in Table 2 below. In addition, the image discrimination is performed in three stages, and ◎ is evaluated as being very high, ◯ is relatively high, and x is normal. The results are shown in Table 2.

以上のように、撮像装置４１の極大感度波長が映像表示装置６の極大波長より波長が長いほうに５ｎｍから５１ｎｍ異なると、映像の識別性が向上することが分かる。より好ましくは、撮像装置４１の極大感度波長と映像表示装置６の極大波長が５ｎｍから２１ｎｍ離れているほうが、特に、識別性が高いことが分かる。更に、撮像装置４１の極大感度波長と映像表示装置６の極大波長とが、少なくとも２１ｎｍ異なり且つ発光装置４０の極大波長が映像表示装置６の極大波長より波長が短いほうに少なくとも５ｎｍ異なる場合も、特に識別性が高くなることが分かる。 As described above, it can be seen that when the maximum sensitivity wavelength of the imaging device 41 is different from 5 nm to 51 nm, which is longer than the maximum wavelength of the image display device 6, the image discrimination is improved. More preferably, the discriminability is particularly high when the maximum sensitivity wavelength of the imaging device 41 and the maximum wavelength of the image display device 6 are 5 nm to 21 nm apart. Further, when the maximum sensitivity wavelength of the imaging device 41 and the maximum wavelength of the image display device 6 are different by at least 21 nm and the maximum wavelength of the light emitting device 40 is different from the maximum wavelength of the image display device 6 by at least 5 nm, In particular, it can be seen that the discrimination becomes high.

このように本発明を適用した、ＨＭＤ１及びＨＭＤ３５によれば、外界光の干渉を受けて映像面が不明確となる虞を低減することができる。更には、発光装置４０により照射光が照射されるため、暗所においても、十分好適な通常視界及び映像表示が可能となる。 As described above, according to the HMD 1 and the HMD 35 to which the present invention is applied, it is possible to reduce the possibility that the image plane is unclear due to the interference of external light. Furthermore, since irradiation light is irradiated by the light emitting device 40, a sufficiently suitable normal field of view and video display are possible even in a dark place.

以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は上記種々の例に限定されるものではない。 As mentioned above, although the best form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to the said various example.

第一実施形態におけるＨＭＤの概要を示した全体図である。It is the whole figure which showed the outline | summary of HMD in 1st embodiment. 第一実施形態における映像表示装置及び接眼光学系を示した左側面図である。It is the left view which showed the video display apparatus and eyepiece optical system in 1st embodiment. 第一実施形態におけるＨＭＤの機能的構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the functional structure of HMD in 1st embodiment. 発光装置の照射する光束と、映像表示装置の照射する映像光束の関係の概要を示したグラフである。It is the graph which showed the outline | summary of the relationship between the light beam which a light-emitting device irradiates, and the image light beam which a video display device irradiates. 第一実施形態におけるＨＭＤの、発光装置の極大波長と、映像表示装置の極大波長との関係の概要を示したグラフである。It is the graph which showed the outline | summary of the relationship between the maximum wavelength of the light-emitting device of HMD in 1st embodiment, and the maximum wavelength of an image display apparatus. 第二実施形態におけるＨＭＤの概要を示した全体図である。It is the whole figure which showed the outline | summary of HMD in 2nd embodiment. 第二実施形態におけるＨＭＤの、撮像装置の極大感度波長と映像表示装置の極大波長との関係の概要を示したグラフである。It is the graph which showed the outline | summary of the relationship between the maximum sensitivity wavelength of the imaging device of HMD in 2nd embodiment, and the maximum wavelength of an image display apparatus.

Explanation of symbols

１ＨＭＤ
２鼻当て
３テンプル
４フレーム
５レンズ
６映像表示装置
７接眼光学系
８撮像装置
９発光装置
１０可視光線発光ダイオード
１２ブリッジ
１３ケーブル
１５筐体
１６液晶表示器
１７バックライト光源
１８照明光学系
１９プリズム
２０ホログラム素子
２５制御ユニット
２６演算処理部
２７Ａ／Ｄ変喚器
２８表示駆動装置
２９外部入力端子
３０ＣＰＵ
３１ＲＯＭ
３２ＤＳＰ
３３グラフィックメモリ
３４電源ユニット
４０発光装置
４１撮像装置 1 HMD
2 Nose pad 3 Temple 4 Frame 5 Lens 6 Image display device 7 Eyepiece optical system 8 Imaging device 9 Light emitting device 10 Visible light emitting diode 12 Bridge 13 Cable 15 Housing 16 Liquid crystal display 17 Back light source 18 Illumination optical system 19 Prism 20 Hologram element 25 Control unit 26 Arithmetic processing unit 27 A / D changer 28 Display driver 29 External input terminal 30 CPU
31 ROM
32 DSP
33 graphic memory 34 power supply unit 40 light emitting device 41 imaging device

Claims

An image display means that optically guides an image positioned in front of the eyes, an image projection means that projects an image on the image display means, and light from a visual field direction is received on a wearable device that can be attached to the head In a see-through type head mounted display that is equipped with an imaging means and a light irradiation means for irradiating light toward the field of view,
The light irradiation means irradiates visible light,
See-through the image display means is capable of transmitting external light, and the maximum wavelength of the irradiation light which the light irradiation means is irradiated, characterized by different from the maximum wavelength of the projection light in which the image projecting means is projected Type head mounted display.

The see-through type head mounted display according to claim 1, wherein the imaging unit receives visible light.

The light irradiation means, see-through type head mounted display according to claim 1 or 2, characterized in that the light emitting from the light emitting diode.

The see-through according to any one of claims 1 to 3 , wherein the maximum wavelength of the irradiation light irradiated by the light irradiation means is at least 5 nm different from the maximum wavelength of the projection light projected by the video projection means. Type head mounted display.

Maximum wavelength of the irradiation light which the light irradiation means is irradiated, the any one of claims 1-4 for the image projection means are different from each other in a range of not less than 20nm from the maximum wavelength and 5nm or more of the projection light to be projected The see-through type head mounted display according to item.

The see-through type head mounted display according to any one of claims 1 to 5 , wherein a maximum sensitivity wavelength of the imaging unit and a maximum wavelength of projection light projected by the image irradiation unit are different.

The see-through type head mounted display according to any one of claims 1 to 6 , wherein a maximum sensitivity wavelength of the imaging unit and a maximum wavelength of projection light projected by the image irradiation unit differ by at least 5 nm.

The see-through according to any one of claims 1 to 7 , wherein a maximum sensitivity wavelength of the imaging unit and a maximum wavelength of projection light projected by the image projection unit are different in a range of 5 nm to 20 nm. Type head mounted display.