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1. (WO2017026371) ヘッドマウントディスプレイ
Document

明 細 書

発明の名称 ヘッドマウントディスプレイ

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005   0006  

課題を解決するための手段

0007   0008   0009   0010   0011   0012  

図面の簡単な説明

0013  

発明を実施するための形態

0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6  

図面

1   2   3   4   5   6  

明 細 書

発明の名称 : ヘッドマウントディスプレイ

技術分野

[0001]
 本発明は、ヘッドマウントディスプレイに関する。

背景技術

[0002]
 特許文献1~4に記載されているようなユーザの頭部に装着して映像等を視聴するヘッドマウントディスプレイ等において、カメラで撮影したユーザの眼の画像から、ユーザの眼の位置や視線方向を検出する技術が知られている。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特表2015-508182号公報
特許文献2 : 特開2002-301030号公報
特許文献3 : 特開平9-127459号公報
特許文献4 : 特表2012-515579号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 ヘッドマウントディスプレイを装着するユーザの眼を撮影する際は、表示部とユーザの眼との間に配置される光学系と、当該ユーザの眼と、の間の空間であってユーザが表示部を見るのに邪魔にならない位置(例えば光学系の上部や下部)にカメラが設置される。
[0005]
 ここで、頭部に装着するヘッドマウントディスプレイにおいては、ヘッドマウントディスプレイを装着するユーザの眼と光学系との距離は近くなる。また、ユーザの視野を広くするために光学系のサイズは大きい方が好ましいという実情もある。そうするとユーザの眼に対するカメラの撮影角度が浅くなり、まぶたやまつげ等が邪魔となってユーザの眼を撮影しにくいという問題が生じる。
[0006]
 本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、その目的の一つは、ヘッドマウントディスプレイを装着するユーザの眼を撮影しやすいヘッドマウントディスプレイを提供することにある。

課題を解決するための手段

[0007]
 上記課題を解決するために、本発明に係るユーザに装着されるヘッドマウントディスプレイは、前記ユーザの眼前に配置される表示部と、前記表示部と前記ユーザの眼との間に配置される光学系と、前記表示部と前記光学系との間に配置され、前記ユーザの眼の像が映る前記表示部を撮像する撮像部と、を含む。
[0008]
 本発明の一態様では、上記ヘッドマウントディスプレイは、前記ユーザの眼に対して光を照射する光照射部、をさらに含み、前記撮像部は、前記光照射部により照射された光が前記ユーザの眼で反射することで前記表示部に映る前記ユーザの眼の像を撮像する、こととしてもよい。
[0009]
 この態様において、前記光照射部は、前記光学系と前記ユーザの眼との間に配置され、前記ユーザの眼に対して直接光を照射する、こととしてもよい。
[0010]
 また、前記光照射部は、前記表示部と前記光学系との間に配置され、前記表示部に照射した光が反射する反射光を前記ユーザの眼に対して照射する、こととしてもよい。
[0011]
 また、前記光照射部は赤外光を照射し、前記撮像部は前記赤外光を撮像可能な赤外線カメラである、こととしてもよい。
[0012]
 また本発明の一態様では、前記撮像部により撮像された前記ユーザの眼の像を含む画像に基づいて当該ユーザの視線方向を検出する視線検出部、をさらに含む、こととしてもよい。

図面の簡単な説明

[0013]
[図1] 本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイのハードウェア構成の一例を示す図である。
[図2] 本実施形態に係るHMDの構成の第1の例を示す概略図である。
[図3] 対比例に係るHMDの構成を示す概略図である。
[図4] 本実施形態に係るHMDの構成の第2の例を示す概略図である。
[図5] 本実施形態に係るHMDの構成の第1の変形例を示す概略図である。
[図6] 本実施形態に係るHMDの構成の第2の変形例を示す概略図である。

発明を実施するための形態

[0014]
 以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
[0015]
 図1は、本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ(HMD)10のハードウェア構成の一例を示す図である。図2は、本実施形態に係るHMD10の構成の第1の例を示す概略図である。
[0016]
 図1に示すように、本実施形態に係るHMD10は、例えば、制御部11、記憶部12、入出力部13、表示部14、光照射部15、及び撮像部16を含んで構成される。
[0017]
 制御部11は、CPU等のプログラム制御デバイスを含み、記憶部12に記憶されたプログラムに従って各種の情報処理を実行する。
[0018]
 記憶部12は、RAMやROM等のメモリ素子を含み、制御部11が実行するプログラム等を記憶する。また、記憶部12は制御部11のワークメモリとしても機能する。
[0019]
 入出力部13は、例えばHDMI(登録商標)ポート、USBポート等の入出力インタフェースである。
[0020]
 表示部14は、例えば液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等のディスプレイである。本実施形態に係る表示部14は、例えば入出力部13を介して接続される家庭用ゲーム機、DVDプレイヤ、Blue-ray(登録商標)プレイヤ等のエンタテインメント装置から受信する映像信号が表す映像などを表示させる。なお、本実施形態に係る表示部14は3次元映像を表示可能であってもよい。
[0021]
 光照射部15は、例えばLED等の光学素子である。本実施形態に係る光照射部15は、赤外光といった可視光帯域以外の波長帯域の光を照射することとするが、この例に限定されず可視光帯域の光を照射することとしてもよい。
[0022]
 撮像部16は、例えば被写体を撮像した画像を生成するデジタルカメラ等のカメラである。本実施形態に係る撮像部16は、赤外光を撮像可能な赤外線カメラとするが、この例に限定されず可視光を撮像可能なカメラであってもよい。また、図2に示すように本実施形態に係る撮像部16は、表示部14を撮像可能に配置されており、ユーザの眼30で反射する赤外光により得られるユーザの眼の像40が映る表示部14を撮像する。なお、撮像部16は、ユーザの眼30で反射する可視光により得られるユーザの眼の像40が映る表示部14を撮像することとしてもよい。
[0023]
 また、制御部11は、撮像部16が撮像したユーザの眼の像40を含む画像からユーザの眼の位置やユーザの視線方向を検出する。制御部11は、公知の視線検出技術を用いてユーザの眼の位置や視線方向を検出することとする。例えば、制御部11は、赤外光がユーザの角膜に反射することで得られる基点とユーザの瞳孔との位置関係に基づいてユーザの眼の位置やユーザの視線方向を検出する。また、制御部11は、虹彩や瞳孔の位置に基づいてユーザの眼の位置やユーザの視線方向を検出してもよい。なお、撮像部16がユーザの眼の位置やユーザの視線方向を検出する機能を備えていてもよい。
[0024]
 このように撮像部16が撮像したユーザの眼の像40を含む画像から検出されたユーザの眼の位置やユーザの視線方向は、HMD10のキャリブレーションやユーザの視線追跡機能に適用することができる。HMD10のキャリブレーションは、HMD10の起動時やアプリケーションの起動時などに、表示部14における映像の表示位置を調整するものであり、例えば検出されたユーザの眼の位置を用いて表示部14におけるユーザの眼の位置に映像が表示されるよう調整することができる。HMD10の視線追跡機能では、例えば検出されたユーザの視線方向を用いて視線追跡を行うことができる。
[0025]
 なお、撮像部16が撮像したユーザの眼の像40を含む画像が、入出力部13を介して外部の情報処理装置へ送信されることとしてもよい。この場合、外部の情報処理装置が受信したユーザの眼の像40を含む画像を用いてユーザの眼の位置やユーザの視線方向を検出することとしてもよい。
[0026]
 図2に示す本実施形態に係るHMD10の構成の第1の例では、ユーザがHMD10を装着している状態を示している。図2に示すように、本実施形態に係るHMD10では、ユーザの眼前に表示部14と、ミラー、レンズ、プリズム等の少なくとも1つの光学部材を含む光学系17とが配置される。つまり光学系17がユーザの眼前に配置され、表示部14が光学系17を介してユーザの眼30の正面に配置される。また、表示部14から光学系17までの距離をX、光学系17からユーザの眼30までの距離をYとすると、距離Yは距離Xより短くなる。特にユーザに装着されるHMD10では距離Yが短くなる傾向にある。このような本実施形態に係るHMD10では、表示部14から出力される映像光が光学系17を通過してユーザの眼30に入射することで、ユーザは表示部14に表示される映像を見ることができる。そして、光照射部15は、光学系17とユーザの眼30との間に配置され、ユーザの眼30に対して赤外光を照射する。撮像部16は、赤外光を撮像可能なカメラであり、表示部14と光学系17との間であって表示部14に向けて配置される。ここで、ユーザの眼30から表示部14に対し垂直に入射する直線と撮像部16との垂直距離をH1、表示部14と撮像部16との垂直距離をL1とする。
[0027]
 図2に示す本実施形態に係るHMD10では、光照射部15がユーザの眼30に対して照射した赤外光がユーザの眼30で反射し、その反射光が光学系17を通過して表示部14に入射することで赤外光によるユーザの眼の像40が表示部14に映る。そして撮像部16が、赤外光によるユーザの眼の像40が映る表示部14を撮像する。なお、赤外光によるユーザの眼の像40は、赤外光がユーザの角膜で反射することで得られる基点と、ユーザの瞳孔と、を示すものであればよく、撮像部16はこのようなユーザの眼の像40が映る表示部14の一部を撮像可能に配置されていてもよい。このようにして図2に示す本実施形態に係るHMD10では、撮像部16による表示部14に映るユーザの眼の像40に対する撮影角度はθ となる。なお、図2においては例として表示部14に映るユーザの眼の像40の中心に対する撮影角度θ を示している。
[0028]
 次に、図2に示す本実施形態に係るHMD10との対比例について説明する。図3は、対比例に係るHMD110の構成を示す概略図である。図3に示す対比例に係るHMD110では、ユーザの眼前に表示部114と、ミラー、レンズ、プリズム等の少なくとも1つの光学部材を含む光学系117とが配置される。つまり光学系117がユーザの眼前に配置され、表示部114が光学系117を介してユーザの眼130の正面に配置される。そして、光照射部115は、光学系117とユーザの眼130との間に配置され、ユーザの眼130に対して赤外光を照射する。撮像部116は、赤外光を撮像可能なカメラであり、光学系117とユーザの眼130との間であってユーザの眼130に向けて配置される。なお、図3に示す対比例に係るHMD110の表示部114、光照射部115、撮像部116、及び光学系117はそれぞれ、図2に示した本実施形態に係るHMD10の表示部14、光照射部15、撮像部16、及び光学系17と同一のものとする。したがって表示部114から光学系117までの距離X、及び光学系117からユーザの眼130までの距離Yについても、図2に示した本実施形態に係るHMD10と同一とする。
[0029]
 図3に示す対比例に係るHMD110では、光照射部115がユーザの眼130に対して照射した赤外光がユーザの眼130で反射し、その反射光が撮像部116に入射する。このようにして対比例に係るHMD110の撮像部116は、光照射部115が照射した赤外光がユーザの角膜で反射することで得られる基点と、ユーザの瞳孔と、を撮像することができる。そして図3に示す対比例に係るHMD110では、撮像部116によるユーザの眼130に対する撮影角度はθ となる。なお、図3においては例としてユーザの眼130の中心に対する撮影角度θ を示している。
[0030]
 ここで、図2に示す本実施形態に係るHMD10と、図3に示す対比例に係るHMD110とを比較する。
[0031]
 まず本実施形態に係るHMD10において撮像部16は、表示部14に映るユーザの眼の像40を撮像しやすく、かつユーザによる表示部14に表示される映像の視聴の妨げにならない位置に配置されることが好ましい。例えば、図2に示すように本実施形態に係るHMD10において撮像部16は、光学系17に近い位置であって光学系17の端部に配置される。つまり本実施形態に係るHMD10における表示部14と撮像部16との垂直距離L1は距離Xに近い値となる。そしてユーザの眼30から表示部14に対し垂直に入射する直線と撮像部16との垂直距離H1は、光学系17のサイズとユーザの眼の位置とに応じた値となり例えば光学系17の高さの約半分となる。
[0032]
 次に対比例に係るHMD110において撮像部116は、ユーザの眼130を撮像しやすく、かつユーザによる表示部114に表示される映像の視聴の妨げにならない位置に配置されることが好ましい。例えば、図3に示すように対比例に係るHMD110において撮像部16は、光学系117に近い位置であって光学系117の端部に配置される。つまり対比例に係るHMD110におけるユーザの眼30と撮像部116との垂直距離L2は距離Yに近い値となる。そしてユーザの眼130から表示部114に対し垂直に入射する直線と撮像部116との垂直距離H2は、光学系117のサイズとユーザの眼の位置とに応じた値となり例えば光学系117の高さの約半分となる。なお、図3に示す対比例に係るHMD110においては距離Yが短くなるほど、光学系117のサイズが大きくなるほど、撮像部116によるユーザの眼130に対する撮影角度θ が浅くなりユーザのまつげやまぶた等が撮像の障害となる。
[0033]
 このように図2及び図3において、本実施形態に係るHMD10における垂直距離H1は、対比例に係るHMD110における垂直距離H2とほぼ同一となる。また本実施形態に係るHMD10における垂直距離L1は、対比例に係るHMD110における垂直距離L2より長くなる。したがって、本実施形態に係る撮像部16による表示部14に映るユーザの眼の像40に対する撮影角度θ は、対比例に係る撮像部116によるユーザの眼130に対する撮影角度θ より大きくなる。このように、本実施形態に係る撮像部16がユーザの眼の像40が映る表示部14を撮像することで、ユーザの眼の像40に対する撮像部16の撮影角度を深くすることができユーザの眼の像40を撮影しやすくなる。
[0034]
 また、上述の例では本実施形態に係るHMD10における垂直距離H1は、対比例に係るHMD110における垂直距離H2とほぼ同一であり、本実施形態に係るHMD10における垂直距離L1は、対比例に係るHMD110における垂直距離L2より長い例を示したが、この例に限定されるものではない。例えば、本実施形態に係るHMD10における垂直距離H1が光学系17の高さの半分より大きくてもよい。また本実施形態に係るHMD10における垂直距離L1が距離Xより短くてもよいし距離Yより短くてもよい。このような場合であっても、本実施形態に係る撮像部16がユーザの眼の像40が映る表示部14を撮像することで、対比例に係るHMD110のようなユーザのまつげやまぶた等の撮像の障害になるものがないのでユーザの眼の像40を撮像しやすくなる。
[0035]
 さらに撮像部16が赤外光によるユーザの眼の像40が映る表示部14を撮像することで、表示部14にエンタテインメント装置から受信する映像等が表示されている期間にもユーザの眼の像40を撮像することが可能となる。つまりユーザの眼に赤外光を照射することで表示部14に表示される映像の邪魔にならずにユーザの眼の像40を表示部14に映すことが可能となる。これによりユーザがエンタテインメント装置から受信する映像等を視聴している間にも、制御部11はユーザの眼の位置やユーザの視線方向を検出可能となりキャリブレーションや視線追跡を行うことができる。そして、例えばエンタテインメント装置から受信する映像等を表示部14に表示している間に受け付けるユーザ入力操作として視線入力操作を利用することも可能となり、エンタテインメント装置がユーザの眼の位置やユーザの視線方向に応じた入力操作に関する処理を実行することができる。
[0036]
 また、図2に示す本実施形態に係るHMD10において、撮像部16は可視光を撮像可能なカメラとしてもよい。この場合、撮像部16は表示部14を撮像して得られる画像に対してフィルタリング処理等の画像処理を行うことで赤外光によるユーザの眼の像40を抽出することとする。
[0037]
 また、図2に示す本実施形態に係るHMD10において、撮像部16は可視光を撮像可能なカメラとしたうえで光照射部15を配置しないこととしてもよい。光照射部15を配置しない場合であっても、可視光がユーザの眼30で反射することで得られる反射光が、光学系17を通過して表示部14に入射することで可視光によるユーザの眼の像40が表示部14に映る。そして、撮像部16が可視光によるユーザの眼の像40が映る表示部14を撮像することとしてもよい。ここで、撮像部16が可視光によるユーザの眼の像40が映る表示部14を撮像する場合は、表示部14にエンタテインメント装置から受信する映像等が表示されていない期間に行うことが好ましい。
[0038]
 図4は、本実施形態に係るHMD10の構成の第2の例を示す概略図である。図4に示す本実施形態に係るHMD10は、図2に示す本実施形態に係るHMD10の光照射部15の位置を異ならせたものである。図4に示す本実施形態に係るHMD10の光照射部15は、表示部14と光学系17との間に配置され、表示部14に対して赤外レーザといった赤外光を照射する。その他の構成は図2に示す本実施形態に係るHMD10と同様であるため、重複する説明はここでは省略する。
[0039]
 図4に示す本実施形態に係るHMD10では、光照射部15が表示部14に対して照射した赤外光が表示部14で反射し、その反射光が光学系17を通過してユーザの眼30に対して照射される。そして、ユーザの眼30に対して照射された赤外光がユーザの眼30で反射し、その反射光が再び光学系17を通過して表示部14に入射することで赤外光によるユーザの眼の像40が表示部14に映る。そして、撮像部16がユーザの眼の像40が映る表示部14を撮像する。このように表示部14に対して照射された赤外光が反射することで得られる反射光がユーザの眼30に対して照射されることで、ユーザの眼30に対して正面から赤外光が入射されることとなる。したがってユーザの眼の像40が表示部14に映りやすくなるので、撮像部16はユーザの眼の像40が映る表示部14を撮像しやすくなる。そして制御部11によるユーザの眼の位置やユーザの視線方向の検出の精度が向上することとなる。
[0040]
 なお、図2及び図4に示したHMD10の構成はあくまで一例であり、この例に限定されるものではない。上述の例では、図2及び図4においてHMD10の上方に光照射部15や撮像部16が配置されている例を示しているが、例えばHMD10の下方に配置されてもよいし、HMD10の側面側に配置されてもよい。これらの配置は、表示部14や光学系17の特性、表示部14から光学系17までの距離X、光学系17からユーザの眼30までの距離X2等に応じて適宜設定されてもよい。
[0041]
[変形例]
 図5は、本実施形態に係るHMD10の構成の第1の変形例を示す概略図である。図5はユーザがHMD10を装着している状態を示している。図5に示す変形例に係るHMD10では、光学系17がユーザの眼前に配置され、撮像部16が光学系17を介してユーザの眼30の正面に配置される。光学系17は、可視光を反射し赤外光を透過するミラー27を含み、撮像部16とユーザの眼30との間に配置される。表示部14は、表示部14から出力される映像光がミラー27に反射してユーザの眼30に入射するように配置される。光照射部15は、光学系17とユーザの眼30との間に配置され、ユーザの眼30に対して赤外光を照射する。撮像部16は赤外光を撮像可能な赤外線カメラとする。
[0042]
 図5に示す変形例に係るHMD10では、光照射部15がユーザの眼30に対して照射した赤外光がユーザの眼30で反射し、その反射光がミラー27を透過して撮像部16に入射する。これにより、撮像部16はユーザの眼30に対して正面からユーザの眼30を撮像することができる。
[0043]
 図6は、本実施形態に係るHMD10の構成の第2の変形例を示す概略図である。図6に示す変形例に係るHMD10は、図5に示す変形例に係るHMD10の光照射部15の位置を異ならせたものである。図6に示す変形例に係るHMD10の光照射部15は光学系17を介してユーザの眼前に配置される。その他の構成は図5に示す変形例に係るHMD10と同様であるため、重複する説明はここでは省略する。
[0044]
 図6に示す変形例に係るHMD10では、光照射部15が照射した赤外光がミラー27を透過してユーザの眼30に照射される。そして、ユーザの眼30に対して照射された赤外光がユーザの眼30で反射し、その反射光がミラー27を透過して撮像部16に入射する。これにより、光照射部15はユーザの眼30に対して正面から赤外光を照射することができ、撮像部16はユーザの眼30に対して正面からユーザの眼30を撮像することができる。

請求の範囲

[請求項1]
 ユーザに装着されるヘッドマウントディスプレイであって、
 前記ユーザの眼前に配置される表示部と、
 前記表示部と前記ユーザの眼との間に配置される光学系と、
 前記表示部と前記光学系との間に配置され、前記ユーザの眼の像が映る前記表示部を撮像する撮像部と、
 を含むことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
[請求項2]
 前記ユーザの眼に対して光を照射する光照射部、をさらに含み、
 前記撮像部は、前記光照射部により照射された光が前記ユーザの眼で反射することで前記表示部に映る前記ユーザの眼の像を撮像する、
 ことを特徴とする請求項1に記載のヘッドマウントディスプレイ。
[請求項3]
 前記光照射部は、前記光学系と前記ユーザの眼との間に配置され、前記ユーザの眼に対して直接光を照射する、
 ことを特徴とする請求項2に記載のヘッドマウントディスプレイ。
[請求項4]
 前記光照射部は、前記表示部と前記光学系との間に配置され、前記表示部に照射した光が反射する反射光を前記ユーザの眼に対して照射する、
 ことを特徴とする請求項2に記載のヘッドマウントディスプレイ。
[請求項5]
 前記光照射部は赤外光を照射し、
 前記撮像部は前記赤外光を撮像可能な赤外線カメラである、
 ことを特徴とする請求項2から4のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
[請求項6]
 前記撮像部により撮像された前記ユーザの眼の像を含む画像に基づいて当該ユーザの視線方向を検出する視線検出部、をさらに含む、
 ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]