ヘッドマウントディスプレイ
【課題】画像表示ユニットの配置レイアウトを変更することなく、かつカメラを使用することなく、実質的な死角領域の広さを減じることのできるヘッドマウントディスプレイを提供すること。
【解決手段】画像表示部から出射された画像光を観察者の眼に投射し、投射された画像光に応じた画像を観察者に視認させる画像表示ユニットと、この画像表示ユニットを収納したユニットケースと、このユニットケースを前記観察者の頭部に保持する保持部とを備え、前記観察者の視界中、前記ユニットケースによって形成される死角領域を解消するための死角解消手段を備え、この死角解消手段は、前記ユニットケースに開口され、前記死角領域からの外光を導入する外光導入口と、この外光導入口から導入された外光を、前記画像表示部と共役な面に結像する光学系と、この光学系を経た前記外光を前記観察者の眼に投射して死角画像を前記観察者に視認させる死角画像表示部とを備える。
【解決手段】画像表示部から出射された画像光を観察者の眼に投射し、投射された画像光に応じた画像を観察者に視認させる画像表示ユニットと、この画像表示ユニットを収納したユニットケースと、このユニットケースを前記観察者の頭部に保持する保持部とを備え、前記観察者の視界中、前記ユニットケースによって形成される死角領域を解消するための死角解消手段を備え、この死角解消手段は、前記ユニットケースに開口され、前記死角領域からの外光を導入する外光導入口と、この外光導入口から導入された外光を、前記画像表示部と共役な面に結像する光学系と、この光学系を経た前記外光を前記観察者の眼に投射して死角画像を前記観察者に視認させる死角画像表示部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【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】
従来、観察者の頭部に装着する支持部に、電子映像を観察者の眼に投影する画像表示部を内蔵した画像表示ユニットを取付けたヘッドマウントディスプレイ（Head Mounted Display：ＨＭＤ）が知られている。
【０００３】
かかるＨＭＤでは、画像表示ユニットそのものが視界に入るため、どうしても死角領域が生じてしまう。そこで、自動車などの移動体を安全運転するための視覚補助装置として用いられるＨＭＤにおいては、移動体に搭乗した使用者の頭部または顔面に装着され、画像を表示し外界をシースルー可能な表示ユニットを有するヘッドマウントディスプレイに対し、使用者の死角となる外界情景を撮影する複数の移動体搭載カメラを移動体に配置したシステムが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７８３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示されている技術は、あくまでも移動体用にＨＭＤを用いる際に適用すべきものであり、ＨＭＤ単独で死角領域をカバーすることはできない。
【０００６】
また、死角領域をカメラで撮像するという技術思想を適用し、ＨＭＤにカメラを搭載することも考えられるが、そうなると、常にカメラを作動させておなかければならないし、ＨＭＤの画像表示ユニットによる画像データの処理に加え、カメラで撮像した画像データの処理もしなければならない。しかも、２種類の画像データをどのように表示するかも決めなければならず、制御部の負担も大きくなる。
【０００７】
また、カメラなどを用いることなく、例えば、瞳とレンズとの距離を長くして、画像表示ユニットを、より視界から遠ざかる位置に配置することも考えられる。しかし、その場合、画像表示ユニット自体の大型化を避けられず、ＨＭＤに望まれているさらなる小型化の阻害要因になってしまう。また、画像表示ユニット自体の大型化による死角領域の拡大といった問題も生じてしまう。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために、画像表示ユニットの配置レイアウトを変更することなく、かつカメラを使用することなく、実質的な死角領域の広さを減じることのできるヘッドマウントディスプレイを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、画像光を出射する画像表示部を含み、この画像表示部から出射された前記画像光を観察者の眼に投射し、投射された画像光に応じた画像を前記観察者に視認させる画像表示ユニットと、この画像表示ユニットを収納したユニットケースと、このユニットケースを前記観察者の頭部に保持する保持部と、を備えたヘッドマウントディスプレイにおいて、前記観察者の視界中、前記ユニットケースによって形成される死角領域を解消するための死角解消手段を備え、この死角解消手段は、前記ユニットケースに開口され、前記死角領域からの外光を導入する外光導入口と、この外光導入口から導入された外光を、前記画像表示部と共役な面に結像する光学系と、この光学系を経た前記外光を前記観察者の眼に投射して死角画像を前記観察者に視認させる死角画像表示部と、を備えることとした。
【００１０】
請求項２に係る本発明は、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記光学系は、前記死角領域を規定する角度以上の画角で前記死角画像を前記観察者に視認させることのできる広角特性を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る本発明は、請求項１又は２に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記死角画像を、前記画像表示部による表示画像と離隔した位置に表示することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る本発明は、請求項１又は２に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記死角画像を、前記画像表示部による表示画像と重合する位置に表示することを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る本発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記外光導入口を開閉する開閉部を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に係る本発明は、請求項５に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記開閉部の開閉動作を制御する制御部を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に係る本発明は、請求項６に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記死角領域における環境の変化を検知する環境変化検知部をさらに備え、前記制御部は、前記環境変化検知部による検知結果に基づいて、前記開閉部による開閉動作を制御することを特徴とする。
【００１６】
請求項８に係る本発明は、請求項７に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記環境変化検知部は、移動する物体との距離を検出する距離センサ、または前記死角領域の照度を検出する照度センサを備え、前記制御部は、前記環境変化検知部による検知結果に基づき、物体が前記観察者に接近していると判断したときに前記開閉部により前記外光導入口を開放することを特徴とする。
【００１７】
請求項９に係る発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記死角画像表示部を、前記画像表示部からの画像光を通過させる一方、前記光学系を経た前記外光を反射させる偏光ビームスプリッタにより構成し、この偏光ビームスプリッタを、前記画像表示ユニットの光路中に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、画像表示ユニットに望まれている小型化を阻害することなく、実質的な死角領域の広さを可及的に減じることができるため、安全性が向上し、ＨＭＤを装着した状態でも屋外に出やすくなり、ＨＭＤの用途を拡大することができる。また、従来のように、カメラなどを用いることもないので、制御負担も大きくならず、コスト面でも不利になることがない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの平面視による説明図である。
【図２】同ヘッドマウントディスプレイのブロック図である。
【図３】同ヘッドマウントディスプレイによる死角領域表示処理の流れを示す説明図である。
【図４】他の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの平面視による説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ（以下、「ＨＭＤ」とする）について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
先ず、ＨＭＤの全体的な構成について説明する。図１に示すように、本実施形態に係るＨＭＤは、画像光Ｌｂを出射する画像表示部としての液晶表示装置１０と、この液晶表示装置１０から出射された画像光Ｌｂを観察者Ｍの眼Ｅに投射し、投射された画像光Ｌｂに応じた画像を前記観察者に視認させる光学系１２と、を備えた画像表示ユニット１を備えている。
【００２２】
また、ＨＭＤは、画像表示ユニット１を収納するユニットケース１１と、このユニットケース１１を観察者Ｍの頭部に保持する保持部としての眼鏡型フレーム６とを備えている。
【００２３】
コンテンツ情報に対応する画像からなる電子映像（以下、単に「コンテンツ」という場合がある。）を視認させる画像光Ｌｂが液晶表示装置１０から出射されると、この画像光Ｌｂはレンズなどを含む光学系１２と、矩形箱形のユニットケース１１の先端に設けられたハーフミラー１３とを介して観察者Ｍの眼Ｅに入射する。
【００２４】
また、ＨＭＤは、液晶表示装置１０に制御信号を送信するとともに、ＨＭＤ全体の駆動制御を行う制御部３０や電源となる電池５などを内蔵したコントローラ３を備えており、このコントローラ３と画像表示ユニット１とを伝送ケーブル４を介して接続している。
【００２５】
コントローラ３は、観察者Ｍ１の衣服のポケットなどに収納したり、腰などに取付けたりして携行することができる矩形ケーシングを備えている。また、この矩形ケーシングに設けられた電源スイッチ３１を押下して起動操作することにより、制御部３０内のコンテンツ記憶部として機能するフラッシュＲＯＭ３５（図２参照）に記憶されたコンテンツデータに対応する画像信号を、伝送ケーブル４を介して画像表示ユニット１の液晶表示装置１０に送信することができる。
【００２６】
なお、コントローラ３に、例えば、外部入出力端子を設け、外部のパーソナルコンピュータ等との間でコンテンツデータの入出力を行ったりすることもできる。なお、ここでコンテンツデータとは、文字を表示させるためのデータ、静止画像を表示させるためのデータ及び動画像を表示させるためのデータのうちの少なくとも１つのデータで構成されるものであり、例えば、パソコン等で使用される文書ファイルや画像ファイル、動画ファイルなどである。
【００２７】
画像表示ユニット１を収納したユニットケース１１は、眼鏡型フレーム６にアタッチメント６５を介して取り付けられている。眼鏡型フレーム６は、観察者Ｍの顔前に配置されるフロント部としてのフロントフレーム６１と、このフロントフレーム６１の左右両端部にそれぞれ連結され、観察者Ｍの耳に掛止するためのテンプル部６２，６２とから構成されている。このように、画像表示ユニット１は、一般的な眼鏡と同様に観察者Ｍの頭部に装着することで、画像表示ユニット１を観察者Ｍの一方の側（ここでは左側）に容易に配置することができる。
【００２８】
また、ユニットケース１１の先端部に設けられたハーフミラー１３は、所定の角度を維持できるように取付けられており、液晶表示装置１０から出射された画像光Ｌｂを反射して観察者Ｍの眼に入射させるともに、外光を透過して観察者Ｍの眼Ｅに入射させることができる。
【００２９】
すなわち、本実施形態に係るＨＭＤは、ハーフミラー１３を透過した外光とハーフミラー１３で反射した画像光Ｌｂとを観察者Ｍの眼Ｅに入射させて、外光による外景に画像光Ｌｂによる表示画像を重ねて観察者Ｍに視認させることができるシースルータイプとなっている。
【００３０】
上記構成において、本実施形態の特徴となるのは、図１に示すように、観察者Ｍの視界中、ユニットケース１１によって形成される死角領域Ｑを解消するための死角解消手段を備えた構成としたことにある。
【００３１】
この死角解消手段としては、ユニットケース１１に開口され、死角領域Ｑからの外光Ｌａを導入する外光導入口７１と、この外光導入口７１から導入された外光Ｌａを、画像表示部である液晶表示装置１０の表示面と共役な面７４に結像する死角解消用光学系としての広角レンズ７２と、この広角レンズ７２を経た外光Ｌａを観察者Ｍの眼Ｅに投射して死角画像を観察者Ｍに視認させる死角画像表示部として機能する偏光ビームスプリッタ７３とを備えた構成としている。なお、液晶表示装置１０の表示面と共役な面７４とは仮想面であり、実際に何らかの面が存在するものではない。
【００３２】
すなわち、図示するように、本実施形態の構成をはじめ、ユニットケース１１が眼鏡型フレーム６に取り付けられたＨＭＤでは、このユニットケース１１が観察者Ｍの眼Ｅの斜め前方に位置することになる。そのため、左右の眼Ｅをもってしても死角となる死角領域Ｑが生じてしまう。このような死角領域Ｑが存在すると、何らかの危険因子がそこに存在していることや出現したことを気付かない場合があるし、また、かかる危険因子が接近していても気付かない虞がある。
【００３３】
そこで、前記死角解消手段を設けることにより、死角領域の画像となる死角画像を観察者Ｍに視認させるようにして、死角領域Ｑの実質広さを可及的に小さくしている。このように、本実施形態に係るＨＭＤを使用すれば、使用中であっても本来死角となるはずの外界の様子、特に何らかの物体が存在することやそれが出現したこと、さらにはそれが接近中であることなどを即座に認識することができる。
【００３４】
広角レンズ７２、偏光ビームスプリッタ７３と共に死角解消手段を構成する外光導入口７１は、ユニットケース１１の前側面１１ａの略中央位置に形成され、図示するように、死角領域Ｑからの外光Ｌａをユニットケース１１内に導入可能としている。ここで、ユニットケース１１の前側面１１ａとは、観察者Ｍの視線方向に面している側の面であり、観察者Ｍの顔面に対峙する後側面１１ｂの反対側の面である。
【００３５】
ところで、外光導入口７１は、単なる開口ではなく、例えば所定の開口を透光性を有する材料で閉塞した構成とすることが好ましく、かかる構成により、ユニットケース１１内に塵などが侵入することを防止できる。
【００３６】
また、広角レンズ７２は、ユニットケース１１の内部において、外光導入口７１と重なるように配置されている。しかも、外光導入口７１から導入された外光Ｌａを、液晶表示装置１０の表示面と共役な面に結像させることができる位置に配設されている。したがって、死角画像を明瞭に視認させることができる。
【００３７】
この広角レンズ７２としては、死角領域Ｑを規定する角度以上の画角で前記死角画像を観察者Ｍに視認させることのできるだけの広角特性を有するものを用いている。したがって、死角領域Ｑの略全体に亘る死角画像を観察者Ｍに視認させることができる。
【００３８】
ところで、本実施形態においては、死角領域Ｑを規定する角度として、観察者Ｍが左右の眼Ｅをもって正面視した場合の全視野範囲の中で、画像表示ユニット１（ユニットケース１１）によって視認できない範囲を規定する角度としている（図１参照）。しかしながら、観察者Ｍの視線が、例えば画像表示ユニット１側など左右にずれた場合も含めて前記観察者Ｍの全視野範囲を規定するのであれば、当然、その死角領域Ｑも広がるものと考えられる。
【００３９】
また、偏光ビームスプリッタ７３は、画像表示ユニット１の光路中、換言すれば液晶表示装置１０及び光学系１２の光路中に設けられており、液晶表示装置１０からの画像光Ｌｂを通過させる一方、広角レンズ７２を経た外光Ｌａをハーフミラー１３側に反射させることができるようになっている。
【００４０】
かかる構成としたことにより、ＨＭＤを使用してコンテンツを見ている最中であっても、死角領域Ｑからの外光Ｌａが図示するように、外光導入口７１→広角レンズ７２→偏光ビームスプリッタ７３→ハーフミラー１３→眼Ｅと導くことができ、観察者Ｍは死角領域Ｑの画像である死角画像を視認することができる。しかも、観察者Ｍは、表示中のコンテンツに重合するように死角画像が表示されるため、自分の眼Ｅでは見えない死角領域Ｑに何らかの危険因子が現れたことを即座に認識することができる。
【００４１】
このように、本実施形態に係るＨＭＤでは、死角領域Ｑの実質的な広さを可及的に減じることができ、安全性が向上する。したがって、ＨＭＤを装着した状態でも屋外に出やすくなるため、ＨＭＤの用途を拡大することができる。
【００４２】
また、画像表示ユニットに望まれている小型化を阻害することもないうえに、例えばカメラなどのような特別なデバイスを用いることなく死角画像を観察者Ｍに視認させることができるため、制御負担も大きくならず、コスト面でも不利になることがない。
【００４３】
ところで、本実施形態に係るＨＭＤは、外光導入口７１を開閉する開閉部としてのシャッタ８を備えている。図１に示すように、本実施形態では、シャッタ８をユニットケース１１の内側に設けているが、外側面であっても構わない。
【００４４】
そして、このシャッタ８を、図１では省略したが、例えばソレノイドからなる開閉駆動部２４（図２参照）に連動連結し、外光導入口７１を開閉自在としている。
【００４５】
また、本実施形態に係るＨＭＤでは、開閉駆動部２４の動作制御を行うことによってシャッタ８の開閉動作を制御する制御部３０を備えるとともに、死角領域Ｑにおける環境の変化を検出する環境変化検知部２３をさらに備えている。
【００４６】
ここで、死角領域Ｑにおける環境の変化とは、前述したように、何らかの危険因子が存在していることや出現したこと、また、かかる危険因子が接近している状況などを意味するもので、環境変化検知部２３としては、例えば、照度センサ、距離センサ、赤外線センサ、超音波センサなどのセンサ類を好適に用いることができる。なお、センサ類としてはカメラも含まれる。このようなセンサ類は、信頼性が高く、かつ小型で安価な既存のものを好適に用いることができる。
【００４７】
そして、本実施形態に係る制御部３０は、環境変化検知部２３による検知結果に基づいて、シャッタ８による開閉動作を制御するようにしている。すなわち、通常であれば、シャッタ８は閉じられており、観察者Ｍは、液晶表示装置１０からのコンテンツのみを見ていることになる。しかし、例えば、環境変化検知部２３として照度センサを用いている場合であれば、死角領域Ｑ内において何らかの物体が接近し、それが陰となって照度を示す値が減少すると、制御部３０は開閉駆動部２４を駆動してシャッタ８を開放する。シャッタ８が解放されることにより、前述したように、外光Ｌａが外光導入口７１→広角レンズ７２→偏光ビームスプリッタ７３→ハーフミラー１３→眼Ｅと導かれ、観察者Ｍは死角領域Ｑの画像である死角画像に映る物体を視認することができる。
【００４８】
このように、必要が生じたときのみ死角画像を表示させるようにしているため、観察者Ｍは、平常時であればコンテンツのみを集中して観察することができる。
【００４９】
次に、図２を参照しながら、上述した制御部３０、環境変化検知部２３、開閉駆動部２４を含むＨＭＤの電気的構成について説明する。
【００５０】
図２に示すように、ＨＭＤは、画像表示ユニット１と、環境変化検知部２３と、開閉駆動部２４と、コントローラ３とを電気的構成として備えており、画像表示ユニット１は、前述した液晶表示装置１０及び光学系１２が設けられている。
【００５１】
また、環境変化検知部２３としては照度センサを備えているが、前述したように、距離センサ、赤外線センサ、超音波センサなどを用いることもできる。特に、移動する物体との距離を検出する距離センサを用いた場合、危険因子が身近に接近していることをより確実に検知することができる。また、開閉駆動部２４としては、本実施形態ではソレノイドを用いているが、モータなどであってもよい。
【００５２】
コントローラ３には、演算処理装置としてのＣＰＵ３３と、このＣＰＵ３３とバスを介してそれぞれ接続されたプログラムＲＯＭ３４、フラッシュＲＯＭ３５、ＲＡＭ３６、画像処理部３７、ビデオＲＡＭ３９などからなる制御部３０と、電源となる電池５と、インターフェイス（Ｉ／Ｆ）４０，４１などが設けられている。
【００５３】
制御部３０は、環境変化検知部２３による検知結果に基づいて、シャッタ８の開閉動作を制御することができ、プログラムＲＯＭ３４には、開閉駆動部２４を制御するための開閉駆動処理プログラムをはじめとして、ＨＭＤとしての機能を実現させるための各種プログラムなどが記憶されている。
【００５４】
そして、制御部３０のＣＰＵ３３は、これらプログラムをプログラムＲＯＭ３４から読み出して実行することにより、ＨＭＤが備える各種機能を実行させることができる。このように、制御部３０のＣＰＵ３３は、シャッタ８の開閉動作のみならず、ＨＭＤ全体の動作を統括制御する制御部として機能している。
【００５５】
フラッシュＲＯＭ３５は、画像処理部３７により表示されるコンテンツに対応するコンテンツ情報を含む画像データや、開閉駆動処理に用いられる照度センサによる検知結果の値などを含む各種データが記憶されている。なお、前記画像データは、フラッシュＲＯＭ３５に予め記憶されているのではなく、逐次、外部から入力されるものであってもよい。
【００５６】
また、ＲＡＭ３６は作業領域として用いられる。そして、画像処理部３７はビデオＲＡＭ３９と協働してコンテンツを表示するための画像処理専用として機能する。
【００５７】
インターフェイス（Ｉ／Ｆ）は、画像表示ユニット１との接続機能を果たすＨＭＤ接続用インターフェイス（Ｉ／Ｆ）４０と、環境変化検知部２３、開閉駆動部２４、電池５、電源スイッチ３１及び電源ランプ３２との接続機能を果たす周辺機器接続用インターフェイス（Ｉ／Ｆ）４１とがある。
【００５８】
ここで、制御部３０によって実行される死角領域表示処理について、図３を参照して説明する。死角領域表示処理は、ＨＭＤの電源がオンされると、電源がオフになるまで制御部３０によって実行されるものである。
【００５９】
図３はＨＭＤによる死角領域表示処理の流れを示す説明図であり、電源がオンされると、図示するように、制御部３０のＣＰＵ３３は、先ず、環境変化検知部２３の照度センサに死角領域Ｑ（図１参照）の照度測定を開始させる（ステップＳ１１）。
【００６０】
照度センサは、所定時間毎に照度を測定し、その測定結果をＲＡＭに逐一記憶するが、ＣＰＵ３３は、最初に記憶した照度値については、シャッタ８を開閉する際の基準値として、フラッシュＲＯＭ３５に基準照度として記憶する。そして、ＣＰＵ３３は、その基準値と新たに検知した照度とを比較して、その差が所定の範囲内であれば新たな値はＲＡＭ３６から消去する。
【００６１】
つぎに、ＣＰＵ３３は、ＨＭＤの通常動作処理を行い、所定のコンテンツを表示する（ステップＳ１２）。
【００６２】
ＣＰＵ３３は、照度センサの検知した値と基準値との差が所定値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１３）。例えば、ある物体が接近して陰になる場合は検知した照度が基準値よりも所定値以上減少するし、例えば夜間であって自動車などのヘッドランプなどが近付いてきた場合は、検知した照度が基準値よりも所定値以上増加するため、その検知した照度の変化の絶対値の大きさを見るようにしている。
【００６３】
そして、照度の変化の絶対値が所定値よりも大であると判定した場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）は、処理をステップＳ１４に移し、開閉駆動部２４に開動作させてシャッタ８を開放し、外光導入口７１をオープン状態にし、処理をステップＳ１６に移す。
【００６４】
一方、照度の変化の絶対値が所定値よりも大ではないと判定した場合（ステップＳ１３：ＮＯ）は、処理をステップＳ１５に移してシャッタ８をクローズ状態にし（ステップＳ１５）、その後、処理をステップＳ１２に移す。なお、ステップＳ１５の処理において、シャッタ８がオープン状態にある場合は開閉駆動部２４に閉動作させることになるが、既にシャッタ８がクローズ状態にある場合は、その状態を維持する処理となる。
【００６５】
ステップＳ１６において、シャッタ８が開放されて外光導入口７１がオープン状態になったため、死角領域Ｑの外光Ｌａが観察者Ｍの眼Ｅに導かれ、死角画像として表示されることになる。
【００６６】
なお、このときに、ＣＰＵ３３は、例えばコンテンツとなる電子映像の輝度を落とし、相対的に死角画像をより明瞭に視認させるように制御することもできる。
【００６７】
死角画像の表示中も、照度センサは、常に死角領域Ｑの照度を検知しており、ＣＰＵ３３は、新たに検知した照度と基準値とを比較し、比較結果が所定の範囲内に復帰したか否かを判定する（ステップＳ１７）。
【００６８】
そして、照度が復帰するまで死角画像の表示を継続する（ステップＳ１７：ＮＯ）。すなわち、外光導入口７１のオープン状態が維持される。一方、照度が復帰していると判定すると（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３３は処理をステップＳ１５に戻す。すなわち、開閉駆動部２４に閉動作させ、シャッタ８をクローズ状態にし、死角画像の表示を停止する。
【００６９】
このように、本実施形態によれば、死角領域Ｑ内において何らかの物体が接近したりする環境変化が発生すると、制御部３０は開閉駆動部２４を駆動してシャッタ８を開放し、観察者Ｍに死角領域Ｑの画像である死角画像を視認させることができる。すなわち、観察者Ｍは、通常であればコンテンツのみを集中して観察し、安全面に問題が生じそうなときにのみ、死角画像を認識し、適宜の対応をすることができる。
【００７０】
[第２の実施形態]
次に、図４を参照しながら第２の実施形態に係るＨＭＤについて説明する。なお、ＨＭＤの構成要件は、先の実施形態と同一であるため、各構成要素のそれぞれの説明については省略する。
【００７１】
上述してきた実施形態では、死角画像がコンテンツと重畳した状態で表示されるため、死角領域Ｑ中の実際の危険因子の位置などを把握し難い場合が考えられる。すなわち、図１からも分かるように、先の実施形態では、偏光ビームスプリッタ７３における外光Ｌａと画像光Ｌｂとの光軸が一致している。そのため、外光Ｌａと画像光Ｌｂとは眼Ｅの網膜には同一個所で結像することになり、観察者Ｍには、死角画像とコンテンツとが重合する重畳した状態で認識されることになる。
【００７２】
そこで、本実施形態では、図４に示すように、液晶表示装置１０、偏光ビームスプリッタ７３、光学系１２と並ぶ画像表示ユニット１の光軸が所定角度ずれるようにユニットケース１１内に配設している。さらに、外光導入口７１に臨設した広角レンズ７２の光軸についても所定角度ずれるように傾けて配設している。
【００７３】
本実施形態では、このときの傾きの方向は、画像表示ユニット１の光軸の傾きの方向とは逆にしている。そのため、限られたユニットケース１１の大きさの中で、両者の傾きはわずかであっても、偏光ビームスプリッタ７３における外光Ｌａと画像光Ｌｂとの光軸を確実にずらすことができる。
【００７４】
その結果、図示するように、外光Ｌａと画像光Ｌｂとは眼Ｅの網膜の異なる個所でそれぞれ結像することになり、観察者Ｍには、死角画像とコンテンツとが重畳するのではなく、死角画像と表示画像であるコンテンツとが離隔した位置にそれぞれ独立して表示されるため、観察者Ｍは死角画像を認識し易くなる。
【００７５】
そのため、本実施形態によれば、死角領域Ｑ中の実際の危険因子の位置などを把握しやすくなり、より安全性を高めることができる。
【００７６】
上述してきた実施形態より、以下のＨＭＤが実現される。
【００７７】
（１）画像光Ｌｂを出射する液晶表示装置１０（画像表示部）を含み、この液晶表示装置１０から出射された画像光Ｌｂを観察者Ｍの眼Ｅに投射し、投射された画像光Ｌｂに応じた画像（コンテンツ）を観察者Ｍに視認させる画像表示ユニット１と、この画像表示ユニット１を収納したユニットケース１１と、このユニットケース１１を観察者Ｍの頭部に保持する眼鏡型フレーム６（保持部）とを備え、観察者Ｍの視界中、ユニットケース１１によって形成される死角領域Ｑを解消するための死角解消手段を備え、この死角解消手段は、ユニットケース１１に開口され、死角領域Ｑからの外光Ｌａを導入する外光導入口７１と、この外光導入口７１から導入された外光Ｌａを、液晶表示装置１０と共役な面７４に結像する広角レンズ７２（光学系）と、この広角レンズ７２を経た外光Ｌａを観察者Ｍの眼Ｅに投射して死角画像を観察者Ｍに視認させる死角画像表示部とを備えるＨＭＤ。
【００７８】
かかるＨＭＤによれば、当該ＨＭＤを使用中であっても本来死角となるはずの外界の様子、特に何らかの物体が存在することやそれが出現したこと、さらにはそれが接近中であることなどを即座に認識して対応することができる。したがって、安全性が向上し、ＨＭＤを装着した状態でも屋外に出やすくなり、ＨＭＤの用途を拡大することができる。
【００７９】
（２）上記（１）において、前記広角レンズ７２（光学系）は、前記死角領域Ｑを規定する角度以上の画角で前記死角画像を前記観察者Ｍに視認させることのできる広角特性を有するＨＭＤ。
【００８０】
かかるＨＭＤによれば、死角領域Ｑの略全体に亘る死角画像を観察者Ｍに視認させることができるため、より安全性を高めることができる。
【００８１】
（３）上記（１）又は（２）において、前記死角画像を、前記液晶表示装置１０（画像表示部）による表示画像と離隔した位置に表示するＨＭＤ。
【００８２】
かかるＨＭＤによれば、観察者Ｍは死角画像を認識し易くなり、そのため、死角領域Ｑ中の実際の危険因子の位置などを把握しやすくなり、より安全性を高めることができる。
【００８３】
（４）上記（１）又は（２）において、前記死角画像を、前記前記液晶表示装置１０（画像表示部）による表示画像と重合する位置に表示することを特徴とする。
【００８４】
かかるＨＭＤによれば、コンテンツを見ている際に、それに重合するように死角画像が表示されるため、自分の眼Ｅでは見えない死角領域Ｑに何らかの危険因子が現れたことを即座に認識することができる。
【００８５】
（５）上記（１）〜（４）のいずれかにおいて、前記外光導入口７１を開閉するシャッタ８（開閉部）を備えるＨＭＤ。
【００８６】
かかるＨＭＤによれば、通常はシャッタ８で外光導入口７１を閉鎖していれば、観察者Ｍはコンテンツのみに集中することができる。
【００８７】
（６）上記（５）おいて、前記シャッタ８（開閉部）の開閉動作を制御する制御部３０を備えるＨＭＤ。
【００８８】
かかるＨＭＤによれば、所定の条件に基づいて、制御部３０の判断によって自動的にシャッタ８の開閉を行うことができる。
【００８９】
（７）上記（６）において、前記死角領域Ｑにおける環境の変化を検知する環境変化検知部２３（例えば、照度センサ、距離センサ、赤外線センサ、超音波センサなど）をさらに備え、前記制御部３０は、環境変化検知部２３による検知結果に基づいて、前記シャッタ８（開閉部）による開閉動作を制御するＨＭＤ。
【００９０】
かかるＨＭＤによれば、観察者Ｍは、通常であればコンテンツのみを集中して観察し、安全面に問題が生じそうなときにのみ、死角画像を認識し、適宜の対応をすることができる。
【００９１】
（８）上記（７）において、前記環境変化検知部２３は、移動する物体との距離を検出する距離センサ、または前記死角領域Ｑの照度を検出する照度センサを備え、前記制御部３０は、前記環境変化検知部２３による検知結果に基づき、物体が前記観察者Ｍに接近していると判断したときに前記シャッタ８（開閉部）により前記外光導入口７１を開放するＨＭＤ。
【００９２】
かかるＨＭＤによれば、環境変化検知部２３として特別な装置を設けることなく、既存のセンサを利用でき、特に、距離センサや照度センサを用いることにより、観察者Ｍは死角領域Ｑの画像である死角画像に映る接近中の物体をより確実に視認することができる。
【００９３】
（９）上記（１）〜（８）のいずれかにおいて、前記死角画像表示部を、前記液晶表示装置１０（画像表示部）からの画像光を通過させる一方、前記広角レンズ７２（光学系）を経た前記外光Ｌａを反射させる偏光ビームスプリッタ７３により構成し、この偏光ビームスプリッタ７３を、前記画像表示ユニット１の光路中に設けたＨＭＤ。
【００９４】
かかるＨＭＤによれば、カメラなどを用いずに制御負担などを増加させることなく、死角領域の実質的な広さを減じることができる。また、画像表示ユニット１の大型化も可及的に防止することが可能となる。
【００９５】
以上、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、発明の概要の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
【００９６】
また、本発明を適用したＨＭＤは、例えば、シースルー型ＨＭＤとしたが、特にシースルー型でなくても構わない。また、コンテンツを表示する表示装置としては液晶表示装置を用いているが、例えば、画像に関する画像信号に応じて変調された光を走査させて出射させることで、ユーザの少なくとも一方の眼の網膜に画像を投影し、画像を表示する網膜走査型のＨＭＤであってもよい。
【符号の説明】
【００９７】
Ｅ 眼
Ｌａ 外光
Ｌｂ 画像光
Ｍ 観察者
Ｑ 死角領域
１ 画像表示ユニット
６ 眼鏡型フレーム（保持部）
８ シャッタ（開閉部）
１０ 液晶表示装置（画像表示部）
１１ ユニットケース
２３ 環境変化検知部
２４ 開閉駆動部
３０ 制御部
７１ 外光導入口
７２ 広角レンズ（光学系）
７３ 偏光ビームスプリッタ（死角画像表示部）
【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】
従来、観察者の頭部に装着する支持部に、電子映像を観察者の眼に投影する画像表示部を内蔵した画像表示ユニットを取付けたヘッドマウントディスプレイ（Head Mounted Display：ＨＭＤ）が知られている。
【０００３】
かかるＨＭＤでは、画像表示ユニットそのものが視界に入るため、どうしても死角領域が生じてしまう。そこで、自動車などの移動体を安全運転するための視覚補助装置として用いられるＨＭＤにおいては、移動体に搭乗した使用者の頭部または顔面に装着され、画像を表示し外界をシースルー可能な表示ユニットを有するヘッドマウントディスプレイに対し、使用者の死角となる外界情景を撮影する複数の移動体搭載カメラを移動体に配置したシステムが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７８３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示されている技術は、あくまでも移動体用にＨＭＤを用いる際に適用すべきものであり、ＨＭＤ単独で死角領域をカバーすることはできない。
【０００６】
また、死角領域をカメラで撮像するという技術思想を適用し、ＨＭＤにカメラを搭載することも考えられるが、そうなると、常にカメラを作動させておなかければならないし、ＨＭＤの画像表示ユニットによる画像データの処理に加え、カメラで撮像した画像データの処理もしなければならない。しかも、２種類の画像データをどのように表示するかも決めなければならず、制御部の負担も大きくなる。
【０００７】
また、カメラなどを用いることなく、例えば、瞳とレンズとの距離を長くして、画像表示ユニットを、より視界から遠ざかる位置に配置することも考えられる。しかし、その場合、画像表示ユニット自体の大型化を避けられず、ＨＭＤに望まれているさらなる小型化の阻害要因になってしまう。また、画像表示ユニット自体の大型化による死角領域の拡大といった問題も生じてしまう。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために、画像表示ユニットの配置レイアウトを変更することなく、かつカメラを使用することなく、実質的な死角領域の広さを減じることのできるヘッドマウントディスプレイを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、画像光を出射する画像表示部を含み、この画像表示部から出射された前記画像光を観察者の眼に投射し、投射された画像光に応じた画像を前記観察者に視認させる画像表示ユニットと、この画像表示ユニットを収納したユニットケースと、このユニットケースを前記観察者の頭部に保持する保持部と、を備えたヘッドマウントディスプレイにおいて、前記観察者の視界中、前記ユニットケースによって形成される死角領域を解消するための死角解消手段を備え、この死角解消手段は、前記ユニットケースに開口され、前記死角領域からの外光を導入する外光導入口と、この外光導入口から導入された外光を、前記画像表示部と共役な面に結像する光学系と、この光学系を経た前記外光を前記観察者の眼に投射して死角画像を前記観察者に視認させる死角画像表示部と、を備えることとした。
【００１０】
請求項２に係る本発明は、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記光学系は、前記死角領域を規定する角度以上の画角で前記死角画像を前記観察者に視認させることのできる広角特性を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る本発明は、請求項１又は２に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記死角画像を、前記画像表示部による表示画像と離隔した位置に表示することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る本発明は、請求項１又は２に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記死角画像を、前記画像表示部による表示画像と重合する位置に表示することを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る本発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記外光導入口を開閉する開閉部を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に係る本発明は、請求項５に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記開閉部の開閉動作を制御する制御部を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に係る本発明は、請求項６に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記死角領域における環境の変化を検知する環境変化検知部をさらに備え、前記制御部は、前記環境変化検知部による検知結果に基づいて、前記開閉部による開閉動作を制御することを特徴とする。
【００１６】
請求項８に係る本発明は、請求項７に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記環境変化検知部は、移動する物体との距離を検出する距離センサ、または前記死角領域の照度を検出する照度センサを備え、前記制御部は、前記環境変化検知部による検知結果に基づき、物体が前記観察者に接近していると判断したときに前記開閉部により前記外光導入口を開放することを特徴とする。
【００１７】
請求項９に係る発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記死角画像表示部を、前記画像表示部からの画像光を通過させる一方、前記光学系を経た前記外光を反射させる偏光ビームスプリッタにより構成し、この偏光ビームスプリッタを、前記画像表示ユニットの光路中に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、画像表示ユニットに望まれている小型化を阻害することなく、実質的な死角領域の広さを可及的に減じることができるため、安全性が向上し、ＨＭＤを装着した状態でも屋外に出やすくなり、ＨＭＤの用途を拡大することができる。また、従来のように、カメラなどを用いることもないので、制御負担も大きくならず、コスト面でも不利になることがない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの平面視による説明図である。
【図２】同ヘッドマウントディスプレイのブロック図である。
【図３】同ヘッドマウントディスプレイによる死角領域表示処理の流れを示す説明図である。
【図４】他の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの平面視による説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ（以下、「ＨＭＤ」とする）について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
先ず、ＨＭＤの全体的な構成について説明する。図１に示すように、本実施形態に係るＨＭＤは、画像光Ｌｂを出射する画像表示部としての液晶表示装置１０と、この液晶表示装置１０から出射された画像光Ｌｂを観察者Ｍの眼Ｅに投射し、投射された画像光Ｌｂに応じた画像を前記観察者に視認させる光学系１２と、を備えた画像表示ユニット１を備えている。
【００２２】
また、ＨＭＤは、画像表示ユニット１を収納するユニットケース１１と、このユニットケース１１を観察者Ｍの頭部に保持する保持部としての眼鏡型フレーム６とを備えている。
【００２３】
コンテンツ情報に対応する画像からなる電子映像（以下、単に「コンテンツ」という場合がある。）を視認させる画像光Ｌｂが液晶表示装置１０から出射されると、この画像光Ｌｂはレンズなどを含む光学系１２と、矩形箱形のユニットケース１１の先端に設けられたハーフミラー１３とを介して観察者Ｍの眼Ｅに入射する。
【００２４】
また、ＨＭＤは、液晶表示装置１０に制御信号を送信するとともに、ＨＭＤ全体の駆動制御を行う制御部３０や電源となる電池５などを内蔵したコントローラ３を備えており、このコントローラ３と画像表示ユニット１とを伝送ケーブル４を介して接続している。
【００２５】
コントローラ３は、観察者Ｍ１の衣服のポケットなどに収納したり、腰などに取付けたりして携行することができる矩形ケーシングを備えている。また、この矩形ケーシングに設けられた電源スイッチ３１を押下して起動操作することにより、制御部３０内のコンテンツ記憶部として機能するフラッシュＲＯＭ３５（図２参照）に記憶されたコンテンツデータに対応する画像信号を、伝送ケーブル４を介して画像表示ユニット１の液晶表示装置１０に送信することができる。
【００２６】
なお、コントローラ３に、例えば、外部入出力端子を設け、外部のパーソナルコンピュータ等との間でコンテンツデータの入出力を行ったりすることもできる。なお、ここでコンテンツデータとは、文字を表示させるためのデータ、静止画像を表示させるためのデータ及び動画像を表示させるためのデータのうちの少なくとも１つのデータで構成されるものであり、例えば、パソコン等で使用される文書ファイルや画像ファイル、動画ファイルなどである。
【００２７】
画像表示ユニット１を収納したユニットケース１１は、眼鏡型フレーム６にアタッチメント６５を介して取り付けられている。眼鏡型フレーム６は、観察者Ｍの顔前に配置されるフロント部としてのフロントフレーム６１と、このフロントフレーム６１の左右両端部にそれぞれ連結され、観察者Ｍの耳に掛止するためのテンプル部６２，６２とから構成されている。このように、画像表示ユニット１は、一般的な眼鏡と同様に観察者Ｍの頭部に装着することで、画像表示ユニット１を観察者Ｍの一方の側（ここでは左側）に容易に配置することができる。
【００２８】
また、ユニットケース１１の先端部に設けられたハーフミラー１３は、所定の角度を維持できるように取付けられており、液晶表示装置１０から出射された画像光Ｌｂを反射して観察者Ｍの眼に入射させるともに、外光を透過して観察者Ｍの眼Ｅに入射させることができる。
【００２９】
すなわち、本実施形態に係るＨＭＤは、ハーフミラー１３を透過した外光とハーフミラー１３で反射した画像光Ｌｂとを観察者Ｍの眼Ｅに入射させて、外光による外景に画像光Ｌｂによる表示画像を重ねて観察者Ｍに視認させることができるシースルータイプとなっている。
【００３０】
上記構成において、本実施形態の特徴となるのは、図１に示すように、観察者Ｍの視界中、ユニットケース１１によって形成される死角領域Ｑを解消するための死角解消手段を備えた構成としたことにある。
【００３１】
この死角解消手段としては、ユニットケース１１に開口され、死角領域Ｑからの外光Ｌａを導入する外光導入口７１と、この外光導入口７１から導入された外光Ｌａを、画像表示部である液晶表示装置１０の表示面と共役な面７４に結像する死角解消用光学系としての広角レンズ７２と、この広角レンズ７２を経た外光Ｌａを観察者Ｍの眼Ｅに投射して死角画像を観察者Ｍに視認させる死角画像表示部として機能する偏光ビームスプリッタ７３とを備えた構成としている。なお、液晶表示装置１０の表示面と共役な面７４とは仮想面であり、実際に何らかの面が存在するものではない。
【００３２】
すなわち、図示するように、本実施形態の構成をはじめ、ユニットケース１１が眼鏡型フレーム６に取り付けられたＨＭＤでは、このユニットケース１１が観察者Ｍの眼Ｅの斜め前方に位置することになる。そのため、左右の眼Ｅをもってしても死角となる死角領域Ｑが生じてしまう。このような死角領域Ｑが存在すると、何らかの危険因子がそこに存在していることや出現したことを気付かない場合があるし、また、かかる危険因子が接近していても気付かない虞がある。
【００３３】
そこで、前記死角解消手段を設けることにより、死角領域の画像となる死角画像を観察者Ｍに視認させるようにして、死角領域Ｑの実質広さを可及的に小さくしている。このように、本実施形態に係るＨＭＤを使用すれば、使用中であっても本来死角となるはずの外界の様子、特に何らかの物体が存在することやそれが出現したこと、さらにはそれが接近中であることなどを即座に認識することができる。
【００３４】
広角レンズ７２、偏光ビームスプリッタ７３と共に死角解消手段を構成する外光導入口７１は、ユニットケース１１の前側面１１ａの略中央位置に形成され、図示するように、死角領域Ｑからの外光Ｌａをユニットケース１１内に導入可能としている。ここで、ユニットケース１１の前側面１１ａとは、観察者Ｍの視線方向に面している側の面であり、観察者Ｍの顔面に対峙する後側面１１ｂの反対側の面である。
【００３５】
ところで、外光導入口７１は、単なる開口ではなく、例えば所定の開口を透光性を有する材料で閉塞した構成とすることが好ましく、かかる構成により、ユニットケース１１内に塵などが侵入することを防止できる。
【００３６】
また、広角レンズ７２は、ユニットケース１１の内部において、外光導入口７１と重なるように配置されている。しかも、外光導入口７１から導入された外光Ｌａを、液晶表示装置１０の表示面と共役な面に結像させることができる位置に配設されている。したがって、死角画像を明瞭に視認させることができる。
【００３７】
この広角レンズ７２としては、死角領域Ｑを規定する角度以上の画角で前記死角画像を観察者Ｍに視認させることのできるだけの広角特性を有するものを用いている。したがって、死角領域Ｑの略全体に亘る死角画像を観察者Ｍに視認させることができる。
【００３８】
ところで、本実施形態においては、死角領域Ｑを規定する角度として、観察者Ｍが左右の眼Ｅをもって正面視した場合の全視野範囲の中で、画像表示ユニット１（ユニットケース１１）によって視認できない範囲を規定する角度としている（図１参照）。しかしながら、観察者Ｍの視線が、例えば画像表示ユニット１側など左右にずれた場合も含めて前記観察者Ｍの全視野範囲を規定するのであれば、当然、その死角領域Ｑも広がるものと考えられる。
【００３９】
また、偏光ビームスプリッタ７３は、画像表示ユニット１の光路中、換言すれば液晶表示装置１０及び光学系１２の光路中に設けられており、液晶表示装置１０からの画像光Ｌｂを通過させる一方、広角レンズ７２を経た外光Ｌａをハーフミラー１３側に反射させることができるようになっている。
【００４０】
かかる構成としたことにより、ＨＭＤを使用してコンテンツを見ている最中であっても、死角領域Ｑからの外光Ｌａが図示するように、外光導入口７１→広角レンズ７２→偏光ビームスプリッタ７３→ハーフミラー１３→眼Ｅと導くことができ、観察者Ｍは死角領域Ｑの画像である死角画像を視認することができる。しかも、観察者Ｍは、表示中のコンテンツに重合するように死角画像が表示されるため、自分の眼Ｅでは見えない死角領域Ｑに何らかの危険因子が現れたことを即座に認識することができる。
【００４１】
このように、本実施形態に係るＨＭＤでは、死角領域Ｑの実質的な広さを可及的に減じることができ、安全性が向上する。したがって、ＨＭＤを装着した状態でも屋外に出やすくなるため、ＨＭＤの用途を拡大することができる。
【００４２】
また、画像表示ユニットに望まれている小型化を阻害することもないうえに、例えばカメラなどのような特別なデバイスを用いることなく死角画像を観察者Ｍに視認させることができるため、制御負担も大きくならず、コスト面でも不利になることがない。
【００４３】
ところで、本実施形態に係るＨＭＤは、外光導入口７１を開閉する開閉部としてのシャッタ８を備えている。図１に示すように、本実施形態では、シャッタ８をユニットケース１１の内側に設けているが、外側面であっても構わない。
【００４４】
そして、このシャッタ８を、図１では省略したが、例えばソレノイドからなる開閉駆動部２４（図２参照）に連動連結し、外光導入口７１を開閉自在としている。
【００４５】
また、本実施形態に係るＨＭＤでは、開閉駆動部２４の動作制御を行うことによってシャッタ８の開閉動作を制御する制御部３０を備えるとともに、死角領域Ｑにおける環境の変化を検出する環境変化検知部２３をさらに備えている。
【００４６】
ここで、死角領域Ｑにおける環境の変化とは、前述したように、何らかの危険因子が存在していることや出現したこと、また、かかる危険因子が接近している状況などを意味するもので、環境変化検知部２３としては、例えば、照度センサ、距離センサ、赤外線センサ、超音波センサなどのセンサ類を好適に用いることができる。なお、センサ類としてはカメラも含まれる。このようなセンサ類は、信頼性が高く、かつ小型で安価な既存のものを好適に用いることができる。
【００４７】
そして、本実施形態に係る制御部３０は、環境変化検知部２３による検知結果に基づいて、シャッタ８による開閉動作を制御するようにしている。すなわち、通常であれば、シャッタ８は閉じられており、観察者Ｍは、液晶表示装置１０からのコンテンツのみを見ていることになる。しかし、例えば、環境変化検知部２３として照度センサを用いている場合であれば、死角領域Ｑ内において何らかの物体が接近し、それが陰となって照度を示す値が減少すると、制御部３０は開閉駆動部２４を駆動してシャッタ８を開放する。シャッタ８が解放されることにより、前述したように、外光Ｌａが外光導入口７１→広角レンズ７２→偏光ビームスプリッタ７３→ハーフミラー１３→眼Ｅと導かれ、観察者Ｍは死角領域Ｑの画像である死角画像に映る物体を視認することができる。
【００４８】
このように、必要が生じたときのみ死角画像を表示させるようにしているため、観察者Ｍは、平常時であればコンテンツのみを集中して観察することができる。
【００４９】
次に、図２を参照しながら、上述した制御部３０、環境変化検知部２３、開閉駆動部２４を含むＨＭＤの電気的構成について説明する。
【００５０】
図２に示すように、ＨＭＤは、画像表示ユニット１と、環境変化検知部２３と、開閉駆動部２４と、コントローラ３とを電気的構成として備えており、画像表示ユニット１は、前述した液晶表示装置１０及び光学系１２が設けられている。
【００５１】
また、環境変化検知部２３としては照度センサを備えているが、前述したように、距離センサ、赤外線センサ、超音波センサなどを用いることもできる。特に、移動する物体との距離を検出する距離センサを用いた場合、危険因子が身近に接近していることをより確実に検知することができる。また、開閉駆動部２４としては、本実施形態ではソレノイドを用いているが、モータなどであってもよい。
【００５２】
コントローラ３には、演算処理装置としてのＣＰＵ３３と、このＣＰＵ３３とバスを介してそれぞれ接続されたプログラムＲＯＭ３４、フラッシュＲＯＭ３５、ＲＡＭ３６、画像処理部３７、ビデオＲＡＭ３９などからなる制御部３０と、電源となる電池５と、インターフェイス（Ｉ／Ｆ）４０，４１などが設けられている。
【００５３】
制御部３０は、環境変化検知部２３による検知結果に基づいて、シャッタ８の開閉動作を制御することができ、プログラムＲＯＭ３４には、開閉駆動部２４を制御するための開閉駆動処理プログラムをはじめとして、ＨＭＤとしての機能を実現させるための各種プログラムなどが記憶されている。
【００５４】
そして、制御部３０のＣＰＵ３３は、これらプログラムをプログラムＲＯＭ３４から読み出して実行することにより、ＨＭＤが備える各種機能を実行させることができる。このように、制御部３０のＣＰＵ３３は、シャッタ８の開閉動作のみならず、ＨＭＤ全体の動作を統括制御する制御部として機能している。
【００５５】
フラッシュＲＯＭ３５は、画像処理部３７により表示されるコンテンツに対応するコンテンツ情報を含む画像データや、開閉駆動処理に用いられる照度センサによる検知結果の値などを含む各種データが記憶されている。なお、前記画像データは、フラッシュＲＯＭ３５に予め記憶されているのではなく、逐次、外部から入力されるものであってもよい。
【００５６】
また、ＲＡＭ３６は作業領域として用いられる。そして、画像処理部３７はビデオＲＡＭ３９と協働してコンテンツを表示するための画像処理専用として機能する。
【００５７】
インターフェイス（Ｉ／Ｆ）は、画像表示ユニット１との接続機能を果たすＨＭＤ接続用インターフェイス（Ｉ／Ｆ）４０と、環境変化検知部２３、開閉駆動部２４、電池５、電源スイッチ３１及び電源ランプ３２との接続機能を果たす周辺機器接続用インターフェイス（Ｉ／Ｆ）４１とがある。
【００５８】
ここで、制御部３０によって実行される死角領域表示処理について、図３を参照して説明する。死角領域表示処理は、ＨＭＤの電源がオンされると、電源がオフになるまで制御部３０によって実行されるものである。
【００５９】
図３はＨＭＤによる死角領域表示処理の流れを示す説明図であり、電源がオンされると、図示するように、制御部３０のＣＰＵ３３は、先ず、環境変化検知部２３の照度センサに死角領域Ｑ（図１参照）の照度測定を開始させる（ステップＳ１１）。
【００６０】
照度センサは、所定時間毎に照度を測定し、その測定結果をＲＡＭに逐一記憶するが、ＣＰＵ３３は、最初に記憶した照度値については、シャッタ８を開閉する際の基準値として、フラッシュＲＯＭ３５に基準照度として記憶する。そして、ＣＰＵ３３は、その基準値と新たに検知した照度とを比較して、その差が所定の範囲内であれば新たな値はＲＡＭ３６から消去する。
【００６１】
つぎに、ＣＰＵ３３は、ＨＭＤの通常動作処理を行い、所定のコンテンツを表示する（ステップＳ１２）。
【００６２】
ＣＰＵ３３は、照度センサの検知した値と基準値との差が所定値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１３）。例えば、ある物体が接近して陰になる場合は検知した照度が基準値よりも所定値以上減少するし、例えば夜間であって自動車などのヘッドランプなどが近付いてきた場合は、検知した照度が基準値よりも所定値以上増加するため、その検知した照度の変化の絶対値の大きさを見るようにしている。
【００６３】
そして、照度の変化の絶対値が所定値よりも大であると判定した場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）は、処理をステップＳ１４に移し、開閉駆動部２４に開動作させてシャッタ８を開放し、外光導入口７１をオープン状態にし、処理をステップＳ１６に移す。
【００６４】
一方、照度の変化の絶対値が所定値よりも大ではないと判定した場合（ステップＳ１３：ＮＯ）は、処理をステップＳ１５に移してシャッタ８をクローズ状態にし（ステップＳ１５）、その後、処理をステップＳ１２に移す。なお、ステップＳ１５の処理において、シャッタ８がオープン状態にある場合は開閉駆動部２４に閉動作させることになるが、既にシャッタ８がクローズ状態にある場合は、その状態を維持する処理となる。
【００６５】
ステップＳ１６において、シャッタ８が開放されて外光導入口７１がオープン状態になったため、死角領域Ｑの外光Ｌａが観察者Ｍの眼Ｅに導かれ、死角画像として表示されることになる。
【００６６】
なお、このときに、ＣＰＵ３３は、例えばコンテンツとなる電子映像の輝度を落とし、相対的に死角画像をより明瞭に視認させるように制御することもできる。
【００６７】
死角画像の表示中も、照度センサは、常に死角領域Ｑの照度を検知しており、ＣＰＵ３３は、新たに検知した照度と基準値とを比較し、比較結果が所定の範囲内に復帰したか否かを判定する（ステップＳ１７）。
【００６８】
そして、照度が復帰するまで死角画像の表示を継続する（ステップＳ１７：ＮＯ）。すなわち、外光導入口７１のオープン状態が維持される。一方、照度が復帰していると判定すると（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３３は処理をステップＳ１５に戻す。すなわち、開閉駆動部２４に閉動作させ、シャッタ８をクローズ状態にし、死角画像の表示を停止する。
【００６９】
このように、本実施形態によれば、死角領域Ｑ内において何らかの物体が接近したりする環境変化が発生すると、制御部３０は開閉駆動部２４を駆動してシャッタ８を開放し、観察者Ｍに死角領域Ｑの画像である死角画像を視認させることができる。すなわち、観察者Ｍは、通常であればコンテンツのみを集中して観察し、安全面に問題が生じそうなときにのみ、死角画像を認識し、適宜の対応をすることができる。
【００７０】
[第２の実施形態]
次に、図４を参照しながら第２の実施形態に係るＨＭＤについて説明する。なお、ＨＭＤの構成要件は、先の実施形態と同一であるため、各構成要素のそれぞれの説明については省略する。
【００７１】
上述してきた実施形態では、死角画像がコンテンツと重畳した状態で表示されるため、死角領域Ｑ中の実際の危険因子の位置などを把握し難い場合が考えられる。すなわち、図１からも分かるように、先の実施形態では、偏光ビームスプリッタ７３における外光Ｌａと画像光Ｌｂとの光軸が一致している。そのため、外光Ｌａと画像光Ｌｂとは眼Ｅの網膜には同一個所で結像することになり、観察者Ｍには、死角画像とコンテンツとが重合する重畳した状態で認識されることになる。
【００７２】
そこで、本実施形態では、図４に示すように、液晶表示装置１０、偏光ビームスプリッタ７３、光学系１２と並ぶ画像表示ユニット１の光軸が所定角度ずれるようにユニットケース１１内に配設している。さらに、外光導入口７１に臨設した広角レンズ７２の光軸についても所定角度ずれるように傾けて配設している。
【００７３】
本実施形態では、このときの傾きの方向は、画像表示ユニット１の光軸の傾きの方向とは逆にしている。そのため、限られたユニットケース１１の大きさの中で、両者の傾きはわずかであっても、偏光ビームスプリッタ７３における外光Ｌａと画像光Ｌｂとの光軸を確実にずらすことができる。
【００７４】
その結果、図示するように、外光Ｌａと画像光Ｌｂとは眼Ｅの網膜の異なる個所でそれぞれ結像することになり、観察者Ｍには、死角画像とコンテンツとが重畳するのではなく、死角画像と表示画像であるコンテンツとが離隔した位置にそれぞれ独立して表示されるため、観察者Ｍは死角画像を認識し易くなる。
【００７５】
そのため、本実施形態によれば、死角領域Ｑ中の実際の危険因子の位置などを把握しやすくなり、より安全性を高めることができる。
【００７６】
上述してきた実施形態より、以下のＨＭＤが実現される。
【００７７】
（１）画像光Ｌｂを出射する液晶表示装置１０（画像表示部）を含み、この液晶表示装置１０から出射された画像光Ｌｂを観察者Ｍの眼Ｅに投射し、投射された画像光Ｌｂに応じた画像（コンテンツ）を観察者Ｍに視認させる画像表示ユニット１と、この画像表示ユニット１を収納したユニットケース１１と、このユニットケース１１を観察者Ｍの頭部に保持する眼鏡型フレーム６（保持部）とを備え、観察者Ｍの視界中、ユニットケース１１によって形成される死角領域Ｑを解消するための死角解消手段を備え、この死角解消手段は、ユニットケース１１に開口され、死角領域Ｑからの外光Ｌａを導入する外光導入口７１と、この外光導入口７１から導入された外光Ｌａを、液晶表示装置１０と共役な面７４に結像する広角レンズ７２（光学系）と、この広角レンズ７２を経た外光Ｌａを観察者Ｍの眼Ｅに投射して死角画像を観察者Ｍに視認させる死角画像表示部とを備えるＨＭＤ。
【００７８】
かかるＨＭＤによれば、当該ＨＭＤを使用中であっても本来死角となるはずの外界の様子、特に何らかの物体が存在することやそれが出現したこと、さらにはそれが接近中であることなどを即座に認識して対応することができる。したがって、安全性が向上し、ＨＭＤを装着した状態でも屋外に出やすくなり、ＨＭＤの用途を拡大することができる。
【００７９】
（２）上記（１）において、前記広角レンズ７２（光学系）は、前記死角領域Ｑを規定する角度以上の画角で前記死角画像を前記観察者Ｍに視認させることのできる広角特性を有するＨＭＤ。
【００８０】
かかるＨＭＤによれば、死角領域Ｑの略全体に亘る死角画像を観察者Ｍに視認させることができるため、より安全性を高めることができる。
【００８１】
（３）上記（１）又は（２）において、前記死角画像を、前記液晶表示装置１０（画像表示部）による表示画像と離隔した位置に表示するＨＭＤ。
【００８２】
かかるＨＭＤによれば、観察者Ｍは死角画像を認識し易くなり、そのため、死角領域Ｑ中の実際の危険因子の位置などを把握しやすくなり、より安全性を高めることができる。
【００８３】
（４）上記（１）又は（２）において、前記死角画像を、前記前記液晶表示装置１０（画像表示部）による表示画像と重合する位置に表示することを特徴とする。
【００８４】
かかるＨＭＤによれば、コンテンツを見ている際に、それに重合するように死角画像が表示されるため、自分の眼Ｅでは見えない死角領域Ｑに何らかの危険因子が現れたことを即座に認識することができる。
【００８５】
（５）上記（１）〜（４）のいずれかにおいて、前記外光導入口７１を開閉するシャッタ８（開閉部）を備えるＨＭＤ。
【００８６】
かかるＨＭＤによれば、通常はシャッタ８で外光導入口７１を閉鎖していれば、観察者Ｍはコンテンツのみに集中することができる。
【００８７】
（６）上記（５）おいて、前記シャッタ８（開閉部）の開閉動作を制御する制御部３０を備えるＨＭＤ。
【００８８】
かかるＨＭＤによれば、所定の条件に基づいて、制御部３０の判断によって自動的にシャッタ８の開閉を行うことができる。
【００８９】
（７）上記（６）において、前記死角領域Ｑにおける環境の変化を検知する環境変化検知部２３（例えば、照度センサ、距離センサ、赤外線センサ、超音波センサなど）をさらに備え、前記制御部３０は、環境変化検知部２３による検知結果に基づいて、前記シャッタ８（開閉部）による開閉動作を制御するＨＭＤ。
【００９０】
かかるＨＭＤによれば、観察者Ｍは、通常であればコンテンツのみを集中して観察し、安全面に問題が生じそうなときにのみ、死角画像を認識し、適宜の対応をすることができる。
【００９１】
（８）上記（７）において、前記環境変化検知部２３は、移動する物体との距離を検出する距離センサ、または前記死角領域Ｑの照度を検出する照度センサを備え、前記制御部３０は、前記環境変化検知部２３による検知結果に基づき、物体が前記観察者Ｍに接近していると判断したときに前記シャッタ８（開閉部）により前記外光導入口７１を開放するＨＭＤ。
【００９２】
かかるＨＭＤによれば、環境変化検知部２３として特別な装置を設けることなく、既存のセンサを利用でき、特に、距離センサや照度センサを用いることにより、観察者Ｍは死角領域Ｑの画像である死角画像に映る接近中の物体をより確実に視認することができる。
【００９３】
（９）上記（１）〜（８）のいずれかにおいて、前記死角画像表示部を、前記液晶表示装置１０（画像表示部）からの画像光を通過させる一方、前記広角レンズ７２（光学系）を経た前記外光Ｌａを反射させる偏光ビームスプリッタ７３により構成し、この偏光ビームスプリッタ７３を、前記画像表示ユニット１の光路中に設けたＨＭＤ。
【００９４】
かかるＨＭＤによれば、カメラなどを用いずに制御負担などを増加させることなく、死角領域の実質的な広さを減じることができる。また、画像表示ユニット１の大型化も可及的に防止することが可能となる。
【００９５】
以上、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、発明の概要の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
【００９６】
また、本発明を適用したＨＭＤは、例えば、シースルー型ＨＭＤとしたが、特にシースルー型でなくても構わない。また、コンテンツを表示する表示装置としては液晶表示装置を用いているが、例えば、画像に関する画像信号に応じて変調された光を走査させて出射させることで、ユーザの少なくとも一方の眼の網膜に画像を投影し、画像を表示する網膜走査型のＨＭＤであってもよい。
【符号の説明】
【００９７】
Ｅ 眼
Ｌａ 外光
Ｌｂ 画像光
Ｍ 観察者
Ｑ 死角領域
１ 画像表示ユニット
６ 眼鏡型フレーム（保持部）
８ シャッタ（開閉部）
１０ 液晶表示装置（画像表示部）
１１ ユニットケース
２３ 環境変化検知部
２４ 開閉駆動部
３０ 制御部
７１ 外光導入口
７２ 広角レンズ（光学系）
７３ 偏光ビームスプリッタ（死角画像表示部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像光を出射する画像表示部を含み、この画像表示部から出射された前記画像光を観察者の眼に投射し、投射された画像光に応じた画像を前記観察者に視認させる画像表示ユニットと、
この画像表示ユニットを収納したユニットケースと、
このユニットケースを前記観察者の頭部に保持する保持部と、
を備えたヘッドマウントディスプレイにおいて、
前記観察者の視界中、前記ユニットケースによって形成される死角領域を解消するための死角解消手段を備え、
この死角解消手段は、
前記ユニットケースに開口され、前記死角領域からの外光を導入する外光導入口と、
この外光導入口から導入された外光を、前記画像表示部と共役な面に結像する光学系と、
この光学系を経た前記外光を前記観察者の眼に投射して死角画像を前記観察者に視認させる死角画像表示部と、
を備える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】
前記光学系は、前記死角領域を規定する角度以上の画角で前記死角画像を前記観察者に視認させることのできる広角特性を有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】
前記死角画像を、
前記画像表示部による表示画像と離隔した位置に表示することを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項４】
前記死角画像を、
前記画像表示部による表示画像と重合する位置に表示することを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項５】
前記外光導入口を開閉する開閉部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項６】
前記開閉部の開閉動作を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項５に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項７】
前記死角領域における環境の変化を検出する環境変化検知部をさらに備え、
前記制御部は、
前記環境変化検知部による検知結果に基づいて、前記開閉部による開閉動作を制御することを特徴とする請求項６に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項８】
前記環境変化検知部は、
移動する物体との距離を検出する距離センサ、または前記死角領域の照度を検出する照度センサを備え、
前記制御部は、
前記環境変化検知部による検知結果に基づき、物体が前記観察者に接近していると判断したときに前記開閉部により前記外光導入口を開放することを特徴とする請求項７に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項９】
前記死角画像表示部を、
前記画像表示部からの画像光を通過させる一方、前記光学系を経た前記外光を反射させる偏光ビームスプリッタにより構成し、この偏光ビームスプリッタを、前記画像表示ユニットの光路中に設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１】
画像光を出射する画像表示部を含み、この画像表示部から出射された前記画像光を観察者の眼に投射し、投射された画像光に応じた画像を前記観察者に視認させる画像表示ユニットと、
この画像表示ユニットを収納したユニットケースと、
このユニットケースを前記観察者の頭部に保持する保持部と、
を備えたヘッドマウントディスプレイにおいて、
前記観察者の視界中、前記ユニットケースによって形成される死角領域を解消するための死角解消手段を備え、
この死角解消手段は、
前記ユニットケースに開口され、前記死角領域からの外光を導入する外光導入口と、
この外光導入口から導入された外光を、前記画像表示部と共役な面に結像する光学系と、
この光学系を経た前記外光を前記観察者の眼に投射して死角画像を前記観察者に視認させる死角画像表示部と、
を備える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】
前記光学系は、前記死角領域を規定する角度以上の画角で前記死角画像を前記観察者に視認させることのできる広角特性を有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】
前記死角画像を、
前記画像表示部による表示画像と離隔した位置に表示することを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項４】
前記死角画像を、
前記画像表示部による表示画像と重合する位置に表示することを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項５】
前記外光導入口を開閉する開閉部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項６】
前記開閉部の開閉動作を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項５に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項７】
前記死角領域における環境の変化を検出する環境変化検知部をさらに備え、
前記制御部は、
前記環境変化検知部による検知結果に基づいて、前記開閉部による開閉動作を制御することを特徴とする請求項６に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項８】
前記環境変化検知部は、
移動する物体との距離を検出する距離センサ、または前記死角領域の照度を検出する照度センサを備え、
前記制御部は、
前記環境変化検知部による検知結果に基づき、物体が前記観察者に接近していると判断したときに前記開閉部により前記外光導入口を開放することを特徴とする請求項７に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項９】
前記死角画像表示部を、
前記画像表示部からの画像光を通過させる一方、前記光学系を経た前記外光を反射させる偏光ビームスプリッタにより構成し、この偏光ビームスプリッタを、前記画像表示ユニットの光路中に設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２１２００４（Ｐ２０１２−２１２００４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７７３６１（Ｐ２０１１−７７３６１）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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