本發(fā)明涉及一種頭戴式顯示器。

背景技術(shù)：

將近紅外線等不可見(jiàn)光發(fā)射到用戶(hù)的眼睛，并藉由分析包含其反射光的用戶(hù)的眼睛的影像而檢測(cè)出用戶(hù)的視線方向的技術(shù)乃是已知技術(shù)。使檢測(cè)出的用戶(hù)的視線方向的信息反映在，例如PC(Personal Computer)、游戲機(jī)等的顯示器上，而當(dāng)作指向裝置使用，也已成為實(shí)際的技術(shù)。

[專(zhuān)利文獻(xiàn)]

[專(zhuān)利文獻(xiàn)1]日本專(zhuān)利公開(kāi)公報(bào)第2-264632號(hào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的之一，在于提供一種頭戴式顯示器，為用以對(duì)裝戴了此頭戴式顯示器的用戶(hù)提供三維的影像的影像顯示設(shè)備。一般而言，以覆蓋住用戶(hù)的視野的方式裝戴頭戴式顯示器而加以使用。因此，裝戴了頭戴式顯示器的用戶(hù)將被遮住外界的影像。在將頭戴式顯示器當(dāng)作電影、游戲等的影像的顯示設(shè)備使用時(shí)，用戶(hù)將難以察看控制器等的輸入設(shè)備。

因此，如果能夠檢測(cè)裝戴了頭戴式顯示器的用戶(hù)的視線方向，而當(dāng)作指向裝置的替代方式加以使用的話，將較方便。

有鑒于此課題，本發(fā)明的目的在于，提供一種檢測(cè)裝戴了頭戴式顯示器的用戶(hù)的視線方向的技術(shù)。

[解決課題的手段]

為了解決上述的課題，本發(fā)明的一種實(shí)施方式為，裝戴在用戶(hù)的頭部上使用的頭戴式顯示器。此頭戴式顯示器包括一凸透鏡，設(shè)置在裝戴了該頭戴式顯示器時(shí)，與該用戶(hù)的眼角膜相對(duì)的位置上、多個(gè)紅外線光源，設(shè)置在該凸透鏡的周?chē)鴮?duì)著該用戶(hù)的眼角膜發(fā)射紅外線、一攝影機(jī)，對(duì)包含該用戶(hù)的眼角膜的被攝影物的影像加以攝影、以及一框體，收納該凸透鏡、該紅外線光源、以及該攝影機(jī)。將該凸透鏡的周?chē)确殖稍撚脩?hù)的外眼角側(cè)的區(qū)域的第一區(qū)域、內(nèi)眼角側(cè)的區(qū)域的第二區(qū)域、頭頂側(cè)的區(qū)域的第三區(qū)域、下巴側(cè)的區(qū)域的第四區(qū)域的四個(gè)區(qū)域時(shí)，該多個(gè)紅外線光源分別被設(shè)置在該第一區(qū)域或該第二區(qū)域的其中之一中。

在上述的頭戴式顯示器中，也可再包括一透鏡支持部，用以支持該凸透鏡。也可將該多個(gè)紅外線光源裝設(shè)在該透鏡支持部上。

在上述的頭戴式顯示器中，也可再包括一輸出部，將該攝影機(jī)所攝影到的影像輸出到用以檢測(cè)該用戶(hù)的視線方向的視線方向檢測(cè)部。該框體也可收納該輸出部。

再者，即使任意地組合以上的構(gòu)成組件、或即使將本發(fā)明的表現(xiàn)型態(tài)改變成方法、裝置、系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)程序、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、記錄媒體等，仍可有效地當(dāng)作本發(fā)明的實(shí)施方式。

[發(fā)明的效果]

藉由本發(fā)明，可提供一種檢測(cè)裝戴了頭戴式顯示器的用戶(hù)的視線方向的技術(shù)。

附圖說(shuō)明

圖1為繪示出根據(jù)本實(shí)施方式的影像系統(tǒng)的外觀的示意圖。

圖2為繪示出根據(jù)本實(shí)施方式的頭戴式顯示器的影像顯示系統(tǒng)的外觀的透視示意圖。

圖3為繪示出根據(jù)本實(shí)施方式的框體所收納的影像顯示系統(tǒng)的光學(xué)配置的示意圖。

圖4(a)-圖4(b)為繪示出用戶(hù)的眼睛的大小與眼角膜的露出程度的關(guān)系的示意圖。

圖5為說(shuō)明圓周的局部區(qū)域的示意圖。

圖6(a)-圖6(b)為說(shuō)明根據(jù)本實(shí)施方式的比較例的紅外線光源的設(shè)置位置、與在用戶(hù)的眼角膜處被反射的紅外線的亮點(diǎn)的關(guān)系的示意圖。

圖7(a)-圖7(b)為說(shuō)明根據(jù)本實(shí)施方式的紅外線光源的設(shè)置位置、與在用戶(hù)的眼角膜處被反射的紅外線的亮點(diǎn)的關(guān)系的示意圖。

圖8為說(shuō)明用以校準(zhǔn)根據(jù)本實(shí)施方式的視線方向的檢測(cè)的示意圖。

圖9為說(shuō)明用戶(hù)的眼角膜的位置坐標(biāo)的示意圖。

圖10(a)至圖10(f)為根據(jù)本實(shí)施方式的變化例的頭戴式顯示器之中的紅外線光源的設(shè)置位置的示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1為繪示出根據(jù)本實(shí)施方式的影像系統(tǒng)1的外觀的示意圖。根據(jù)本實(shí)施方式的影像系統(tǒng)1，包含頭戴式顯示器100與影像再生裝置200。如圖1所示，頭戴式顯示器100被裝戴在用戶(hù)300的頭部上使用。

影像再生裝置200形成由頭戴式顯示器100所顯示的影像。雖然沒(méi)有限制，但舉例而言，影像再生裝置200為桌上型的游戲機(jī)、攜帶式游戲機(jī)、PC、平板計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、平板手機(jī)、視頻播放器、電視機(jī)等可再生影像的裝置。影像再生裝置200以無(wú)線或有線的方式與頭戴式顯示器100連接。在圖1所示的例子中，影像再生裝置200以無(wú)線的方式與頭戴式顯示器100連接。影像再生裝置200與頭戴式顯示器100的無(wú)線連接，利用例如已知的Wi-Fi(注冊(cè)商標(biāo))、藍(lán)芽(Bluetooth，注冊(cè)商標(biāo))等的無(wú)線通信技術(shù)而可加以實(shí)現(xiàn)。雖然沒(méi)有限制，但舉例而言，頭戴式顯示器100與影像再生裝置200之間的影像的傳送乃依據(jù)Miracast(商標(biāo))、WiGig(商標(biāo))、WHDI(商標(biāo))等的規(guī)格運(yùn)作。

再者，圖1繪示出頭戴式顯示器100與影像再生裝置200為不同的裝置的情況的例子。然而，也可將影像再生裝置200內(nèi)建在頭戴式顯示器100之中。

頭戴式顯示器100包括框體150、裝戴件160、以及頭戴式耳機(jī)170。框體150收納影像顯示組件、用以提供影像給用戶(hù)300的影像顯示系統(tǒng)、未繪示的Wi-Fi模塊、藍(lán)芽(Bluetooth，注冊(cè)商標(biāo))模塊等的無(wú)線傳送模塊等。裝戴件160將頭戴式顯示器100裝戴在用戶(hù)300的頭部。例如藉由帶子、有伸縮性的帶子等實(shí)現(xiàn)裝戴件160。在用戶(hù)300利用裝戴件160裝戴上頭戴式顯示器100時(shí)，框體150就會(huì)覆蓋住用戶(hù)300的眼睛。因此，當(dāng)用戶(hù)300裝戴上頭戴式顯示器100時(shí)，用戶(hù)300的視野就被框體150所遮蓋。

頭戴式耳機(jī)170輸出影像再生裝置200所再生的影像的聲音。頭戴式耳機(jī)170也可非固定在頭戴式顯示器100之上。即使在用戶(hù)300利用裝戴件160裝戴了頭戴式顯示器100的狀態(tài)下，也可自由地裝卸頭戴式耳機(jī)170。

圖2為繪示出根據(jù)本實(shí)施方式的頭戴式顯示器100的影像顯示系統(tǒng)130的外觀的透視示意圖。更具體而言，圖2繪示出：在根據(jù)本實(shí)施方式的框體150之內(nèi)，裝戴了頭戴式顯示器100時(shí)的用戶(hù)300的眼角膜302與相對(duì)的區(qū)域的關(guān)系圖。

如圖2所示，當(dāng)用戶(hù)300裝戴了頭戴式顯示器100的時(shí)候，左眼用凸透鏡114a將位在面對(duì)著用戶(hù)300的左眼的眼角膜302a的位置上。同樣地，當(dāng)用戶(hù)300裝戴了頭戴式顯示器100的時(shí)候，右眼用凸透鏡114b將位在面對(duì)著用戶(hù)300的右眼的眼角膜302b的位置上。左眼用凸透鏡114a與右眼用凸透鏡114b分別由左眼用透鏡支持部152a與右眼用透鏡支持部152b所夾持。

在本說(shuō)明書(shū)的以下內(nèi)容中，除了要特別區(qū)分左眼用凸透鏡114a與右眼用凸透鏡114b的情況以外，皆簡(jiǎn)單地顯示成“凸透鏡114”。同樣地，除了要特別區(qū)分用戶(hù)300的左眼的眼角膜302a與用戶(hù)300的右眼的眼角膜302b的情況以外，皆簡(jiǎn)單地顯示成“眼角膜302”。左眼用透鏡支持部152a與右眼用透鏡支持部152b也是一樣地，除了要特別區(qū)分的情況以外，皆顯示成“透鏡支持部152”。

在透鏡支持部152之上，設(shè)有多個(gè)紅外線光源103。為了避免說(shuō)明復(fù)雜起見(jiàn)，在圖2之中，雖然僅對(duì)第1紅外線光源103a、第2紅外線光源103b、以及第3紅外線光源103c(以下，除了要特別區(qū)分的情況以外，皆顯示成“紅外線光源103”)附加標(biāo)號(hào)，具有與圖中附加有標(biāo)號(hào)的組件相同形狀者也代表紅外線光源103。在圖2所示的例子中，左眼用透鏡支持部152a之上設(shè)有六個(gè)紅外線光源103。同樣地，右眼用透鏡支持部152b之上也設(shè)有六個(gè)紅外線光源103。如此，免于將紅外線光源103直接設(shè)在凸透鏡114之上，而是將其設(shè)在用以?shī)A持凸透鏡114的透鏡支持部152之上，藉此，可以簡(jiǎn)化紅外線光源103的安裝。一般而言，因?yàn)橥哥R支持部152由樹(shù)脂等所形成，故相較于由玻璃等所形成的凸透鏡114而言，將容易在其上進(jìn)行用以安裝紅外線光源103所需的加工。

如上所述，透鏡支持部152為用以?shī)A持凸透鏡114的構(gòu)件。因此，設(shè)在透鏡支持部152之上的紅外線光源103將位在凸透鏡114的周?chē)奈恢蒙?。再者，以下將詳?xì)說(shuō)明紅外線光源103的設(shè)置位置。

圖3為繪示出根據(jù)本實(shí)施方式的框體150所收納的影像顯示系統(tǒng)130的光學(xué)配置的示意圖，也是從左眼側(cè)的側(cè)面所看到的圖2的框體150的圖形。影像顯示系統(tǒng)130包括紅外線光源103、影像顯示組件108、熱反射鏡(Hot mirror)112、凸透鏡114、攝影機(jī)116、以及輸出部118。

紅外線光源103為可發(fā)射近紅外線(700nm‐2500nm程度)的波長(zhǎng)譜帶的光線的光源。一般而言，近紅外線為用戶(hù)300的肉眼無(wú)法察覺(jué)的不可見(jiàn)光的波長(zhǎng)譜帶的光線。

影像顯示組件108顯示用以提供給用戶(hù)300的影像。由影像再生裝置200之中的未繪示的GPU(Graphic Processing Unit)產(chǎn)生影像顯示組件108所顯示的影像。例如，利用已知的LCD(Liquid Crystal Display)、有機(jī)EL顯示器(Organic Electroluminescent Display)可以實(shí)現(xiàn)影像顯示組件108。

當(dāng)用戶(hù)300裝戴了頭戴式顯示器100時(shí)，熱反射鏡112將位在影像顯示組件108與用戶(hù)300的眼角膜302之間。熱反射鏡112具有以下特性，即供影像顯示組件108所產(chǎn)生的可見(jiàn)光穿過(guò)，但將近紅外線反射。

相對(duì)于熱反射鏡112而言，凸透鏡114位在影像顯示組件108的相反側(cè)。換言之，當(dāng)用戶(hù)300裝戴了頭戴式顯示器100時(shí)，凸透鏡114將位在熱反射鏡112與用戶(hù)300的眼角膜302之間。亦即，當(dāng)頭戴式顯示器100被裝戴到用戶(hù)300時(shí)，凸透鏡114將位在面對(duì)著用戶(hù)300的眼角膜302的位置上。

凸透鏡114匯聚穿過(guò)熱反射鏡112的影像顯示光線。因此，凸透鏡114具有當(dāng)作將影像顯示組件108所產(chǎn)生的影像放大而提供給用戶(hù)300的影像拡大部的功能。再者，為了方便說(shuō)明起見(jiàn)，雖然在圖2之中僅繪示出一個(gè)凸透鏡114，凸透鏡114也可以是結(jié)合各種透鏡所構(gòu)成的透鏡組，或者，也可以是一面為曲面、而另一面為平面的單凸透鏡。

多個(gè)紅外線光源103被設(shè)置在凸透鏡114的周?chē)?。紅外線光源103朝向用戶(hù)300的眼角膜302發(fā)射紅外線。

雖然未繪示，根據(jù)本實(shí)施方式的頭戴式顯示器100的影像顯示系統(tǒng)130具備二個(gè)影像顯示組件108，而可單獨(dú)地產(chǎn)生用以提供給用戶(hù)300的右眼的影像與用以提供給左眼的影像。因此，根據(jù)本實(shí)施方式的頭戴式顯示器100可以分別提供右眼用的視差影像與左眼用的視差影像給用戶(hù)300的右眼與左眼。藉此，根據(jù)本實(shí)施方式的頭戴式顯示器100可以對(duì)用戶(hù)300提供具有層次感的立體影像。

如上所述，熱反射鏡112可讓可見(jiàn)光穿過(guò)，而將近紅外線加以反射。因此，影像顯示組件108所發(fā)射的影像光會(huì)穿過(guò)熱反射鏡112而到達(dá)用戶(hù)300的眼角膜302。此外，由紅外線光源103所發(fā)射、而在凸透鏡114的內(nèi)部的反射區(qū)域被反射的紅外線會(huì)到達(dá)用戶(hù)300的眼角膜302。

到達(dá)用戶(hù)300的眼角膜302的紅外線會(huì)被用戶(hù)300的眼角膜302反射，而再度射向凸透鏡114的方向。此紅外線會(huì)穿過(guò)凸透鏡114，而被熱反射鏡112反射。攝影機(jī)116具備用以濾除可見(jiàn)光的濾光片，而將被熱反射鏡112反射的近紅外線加以攝影。亦即，攝影機(jī)116為近紅外線攝影機(jī)，其對(duì)由紅外線光源103所發(fā)射、而在用戶(hù)300的眼睛處被眼角膜反射的近紅外線進(jìn)行攝影。

輸出部118將攝影機(jī)116所攝影到的影像輸出到用以檢測(cè)用戶(hù)300的視線方向的視線方向檢測(cè)部。具體而言，輸出部118將攝影機(jī)116所攝影到的影像傳送到影像再生裝置200。雖然以下將就視線方向檢測(cè)部加以說(shuō)明，其可藉由影像再生裝置200的CPU(Central Processing Unit)所執(zhí)行的視線檢測(cè)程序而加以實(shí)現(xiàn)。再者，在頭戴式顯示器100具備CPU、內(nèi)存等的計(jì)算資源的情況時(shí)，頭戴式顯示器100的CPU也可執(zhí)行用以實(shí)現(xiàn)視線方向檢測(cè)部的程序。

雖然以下將詳細(xì)說(shuō)明，在攝影機(jī)116所攝影到的影像之中，由在用戶(hù)300的眼角膜302處被反射的近紅外線而來(lái)的亮點(diǎn)、以及包含以近紅外線的波長(zhǎng)譜帶所觀測(cè)到的用戶(hù)300的眼角膜302的眼睛的影像將被拍到。

如上所述，在根據(jù)本實(shí)施方式的影像顯示系統(tǒng)130之中，雖然主要就用以提供給用戶(hù)300的左眼的影像的構(gòu)造加以說(shuō)明，但用以提供給用戶(hù)300的右眼的影像的構(gòu)造也與上述相同。

接著，將就根據(jù)本實(shí)施方式的紅外線光源103的設(shè)置位置加以說(shuō)明。

圖4(a)-圖4(b)為繪示出用戶(hù)300的眼睛的大小與眼角膜302的露出程度的關(guān)系的示意圖。更具體而言，圖4(a)為繪示出眼睛較大的用戶(hù)300的眼角膜302的外形的圖形、圖4(b)為繪示出眼睛較小的用戶(hù)300的眼角膜302的外形的圖形。

如圖4(a)所示，在用戶(hù)300的眼睛較大的情況時(shí)，從外界將可看見(jiàn)用戶(hù)300的全部的眼角膜302。另一方面，如圖4(b)所示，在用戶(hù)300的眼睛較小的情況時(shí)，由于用戶(hù)300的眼角膜302的一部分會(huì)被眼皮等遮住而從外界無(wú)法看見(jiàn)全部的眼角膜。一般而言，用戶(hù)300的眼睛在用戶(hù)300為直立時(shí)，在橫方向(水平方向)上將較長(zhǎng)。因此，假設(shè)用戶(hù)300的眼角膜302的一部分被眼皮等遮住時(shí)，被遮住的部分被認(rèn)為至少是眼角膜302的上方區(qū)域與下方區(qū)域的其中之一。

圖5為說(shuō)明圓周的局部區(qū)域的示意圖，也是從用戶(hù)300的正面看用戶(hù)300的眼睛時(shí)的圖形。一般而言，人間的眼角膜呈圓形，其邊緣為圓周。如圖5所示，將圓周四等分，并將外眼角側(cè)的區(qū)域當(dāng)作第一區(qū)域304a、內(nèi)眼角側(cè)的區(qū)域當(dāng)作第二區(qū)域304b、頭頂側(cè)的區(qū)域當(dāng)作第三區(qū)域304c、下巴側(cè)的區(qū)域當(dāng)作第四區(qū)域304d。在此情況下，當(dāng)用戶(hù)300的眼睛較小、眼角膜302的被眼皮等遮住而從外界無(wú)法看見(jiàn)的一部分區(qū)域?qū)⒖烧f(shuō)是第三區(qū)域304c以及第四區(qū)域304d。第一區(qū)域304a以及第二區(qū)域304b可說(shuō)是難以被眼皮等遮住的區(qū)域。

圖6(a)至圖6(b)為說(shuō)明根據(jù)本實(shí)施方式的比較例的紅外線光源103的設(shè)置位置、與在用戶(hù)300的眼角膜302處被反射的紅外線的亮點(diǎn)的關(guān)系的示意圖。更具體而言，圖6(a)為繪示出根據(jù)本實(shí)施方式的比較例的紅外線光源103的設(shè)置位置的示意圖、且圖6(b)為繪示出從圖6(a)所示的紅外線光源103發(fā)射出而在用戶(hù)300的眼角膜302處被反射的紅外線的亮點(diǎn)的示意圖。

如上所述，凸透鏡114被設(shè)置在：當(dāng)用戶(hù)300裝戴了頭戴式顯示器100時(shí)，面對(duì)著用戶(hù)300的眼角膜302的位置上。因此，在本說(shuō)明書(shū)的以下內(nèi)容中，在凸透鏡114的周?chē)校谂c用戶(hù)300的眼角膜302的周?chē)械牡谝粎^(qū)域304a、第二區(qū)域304b、第三區(qū)域304c、以及第四區(qū)域304d相對(duì)應(yīng)的位置上，也分別同樣地表示成第一區(qū)域304a、第二區(qū)域304b、第三區(qū)域304c、以及第四區(qū)域304d。

在圖6(a)所示的例子中，在凸透鏡114的周?chē)?，設(shè)有第1紅外線光源103a、第2紅外線光源103b、第3紅外線光源103c、以及第4紅外線光源103d的四個(gè)紅外線光源103。在此，第1紅外線光源103a、第2紅外線光源103b、第3紅外線光源103c、以及第4紅外線光源103d分別被設(shè)在凸透鏡114的周?chē)械牡谝粎^(qū)域304a、第二區(qū)域304b、第三區(qū)域304c、以及第四區(qū)域304d之中。

如圖6(b)所示，從分別設(shè)在第一區(qū)域304a以及第二區(qū)域304b之中的第1紅外線光源103a以及第2紅外線光源103b發(fā)射出的紅外線會(huì)到達(dá)用戶(hù)300的眼角膜302。然而，從分別設(shè)在第三區(qū)域304c以及第四區(qū)域304d之中的第3紅外線光源103c以及第4紅外線光源103d發(fā)射出的紅外線，因?yàn)楸挥脩?hù)300的眼皮遮住而無(wú)法到達(dá)眼角膜302。

一般而言，到達(dá)用戶(hù)300的眼角膜302的紅外線將因?yàn)楸谎劢悄?02鏡面反射而為較強(qiáng)的亮點(diǎn)。另一方面，到達(dá)用戶(hù)300的肌肉的紅外線將因?yàn)楸患∪饴瓷?，而相較于眼角膜302之中的反射為較弱的反射。如以下所述般地，從紅外線光源103發(fā)射出的紅外線而來(lái)的亮點(diǎn)，將當(dāng)作用以檢測(cè)用戶(hù)300的視線方向的基準(zhǔn)使用。因此，紅外線較佳地在用戶(hù)300的眼角膜302之中被強(qiáng)烈地反射。

因此，在根據(jù)本實(shí)施方式的頭戴式顯示器100之中，紅外線光源103被設(shè)置在凸透鏡114之中的第一區(qū)域304a以及第二區(qū)域304b之中。

圖7(a)-圖7(b)為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的紅外線光源103的設(shè)置位置、與在用戶(hù)300的眼角膜302處被反射的紅外線的亮點(diǎn)的關(guān)系的示意圖。更具體而言，圖7(a)為繪示出根據(jù)本實(shí)施方式的紅外線光源103的設(shè)置位置的示意圖、圖7(b)為繪示出從圖7(a)所示的紅外線光源103發(fā)射出而在用戶(hù)300的眼角膜302處被反射的紅外線的亮點(diǎn)的示意圖、且繪示出上述的攝影機(jī)116所拍到的影像的一個(gè)例子的圖形。

如圖7(a)所示，根據(jù)本實(shí)施方式的紅外線光源103被設(shè)在凸透鏡114的周?chē)械牡谝粎^(qū)域或第二區(qū)域的其中之一中。換言之，根據(jù)本實(shí)施方式的紅外線光源103被設(shè)置在凸透鏡114的側(cè)邊側(cè)(從橫邊到水平方向的邊緣)。一般而言，因?yàn)橛脩?hù)300的眼睛為橫長(zhǎng)形的橢圓形，故用戶(hù)300的眼角膜302之中的第一區(qū)域304a以及第二區(qū)域304b為不易被眼皮等遮住的區(qū)域。因此，藉由在凸透鏡114的側(cè)面上設(shè)置紅外線光源103，則如圖7(b)所示，將可在用戶(hù)300的眼角膜302上產(chǎn)生由紅外線而來(lái)的亮點(diǎn)。因?yàn)槟軌蛟谟脩?hù)300的眼角膜302上產(chǎn)生更多作為檢測(cè)視線方向的標(biāo)準(zhǔn)的亮點(diǎn)，故可提高檢測(cè)視線方向的穩(wěn)固性。

接著，就根據(jù)本實(shí)施方式的視線方向的檢測(cè)加以說(shuō)明。

圖8為說(shuō)明用以校準(zhǔn)根據(jù)本實(shí)施方式的視線方向的檢測(cè)的示意圖。用戶(hù)300的視線方向是藉由：影像再生裝置200內(nèi)的未繪示的視線方向檢測(cè)部對(duì)攝影機(jī)116所攝影到、而由輸出部118輸出到影像再生裝置200的影像進(jìn)行分析而加以實(shí)現(xiàn)。

影像再生裝置200產(chǎn)生如圖8所示般的點(diǎn)Q₁到點(diǎn)Q₉的九個(gè)點(diǎn)，而使頭戴式顯示器100的影像顯示組件108加以顯示。影像再生裝置200依照點(diǎn)Q₁到點(diǎn)Q₉的順序使用戶(hù)300凝視各點(diǎn)。此時(shí)，用戶(hù)300被要求保持脖子不動(dòng)而盡可能地僅藉由眼球的移動(dòng)去凝視各點(diǎn)。攝影機(jī)116對(duì)包含當(dāng)用戶(hù)300凝視著點(diǎn)Q₁到點(diǎn)Q₉的九個(gè)點(diǎn)時(shí)的用戶(hù)300的眼角膜302的影像加以攝影。

圖9為說(shuō)明用戶(hù)300的眼角膜302的位置坐標(biāo)的示意圖。影像再生裝置200內(nèi)的視線方向檢測(cè)部分析攝影機(jī)116所攝影到的影像而檢測(cè)由紅外線而來(lái)的亮點(diǎn)105。當(dāng)用戶(hù)300僅借著眼球的移動(dòng)而凝視著各點(diǎn)的時(shí)候，則即使用戶(hù)凝視著任一點(diǎn)的情況時(shí)，亮點(diǎn)105的位置被認(rèn)為并不會(huì)變動(dòng)。如此一來(lái)，視線方向檢測(cè)部會(huì)以檢測(cè)出的亮點(diǎn)105為基準(zhǔn)，而在攝影機(jī)116所攝影到的影像中定出二維坐標(biāo)系306。

視線方向檢測(cè)部再藉由分析攝影機(jī)116所攝影到的影像，而檢測(cè)用戶(hù)300的眼角膜302的中心P。這可藉由，例如利用霍夫變換(Hough transformation)、邊緣抽取處理等已知的圖像處理技術(shù)而加以實(shí)現(xiàn)。藉此，視線方向檢測(cè)部可獲得所定出的二維坐標(biāo)系306之中的用戶(hù)300的眼角膜302的中心P的坐標(biāo)。

在圖8之中，將影像顯示組件108所顯示的顯示畫(huà)面之中所定出的二維坐標(biāo)系之中的點(diǎn)Q₁到點(diǎn)Q₉的坐標(biāo)分別表示為Q₁(x₁，y₁)^T、Q₂(x₂，y₂)^T…，Q₉(x₉，y₉)^T。各坐標(biāo)是以，例如位在各點(diǎn)的中心的像素為編號(hào)。此外，分別將用戶(hù)300凝視著點(diǎn)Q₁到點(diǎn)Q₉的時(shí)候的用戶(hù)300的眼角膜302的中心P表示為點(diǎn)P₁到點(diǎn)P₉。此時(shí)，分別將二維坐標(biāo)系306之中的點(diǎn)P₁到點(diǎn)P₉的坐標(biāo)表示為P₁(X₁，Y₁)^T，P₂(X₂，Y₂)^T，…，P₉(X₉，Y₉)^T。再者，T表示向量或矩陣的轉(zhuǎn)置。

現(xiàn)在，將大小為2×2的矩陣M定義成如以下的公式(1)。

[數(shù)學(xué)式1]

此時(shí)，如果矩陣M滿足以下的公式(2)，則矩陣M為用戶(hù)300的視線方向投影到影像顯示組件108所顯示的影像面的矩陣。

P_N＝MQ_N(N＝1，…，9) (2)

如果詳細(xì)地寫(xiě)出上述的公式(2)時(shí)，將如以下的公式(3)所示。

[數(shù)學(xué)式2]

如果改變公式(3)的型態(tài)，則可得到以下的公式(4)。

[數(shù)學(xué)式3]

在此，如果進(jìn)行以下的替換，

[數(shù)學(xué)式4]

則可得到以下的公式(5)。

y＝Ax (5)

在公式(5)之中，因?yàn)橄蛄縴的元素是視線方向檢測(cè)部使影像顯示組件108所顯示的點(diǎn)Q₁到點(diǎn)Q₉的坐標(biāo)，故為已知。此外，因?yàn)榫仃嘇的元素是用戶(hù)300的眼角膜302的頂點(diǎn)P的坐標(biāo)，因此可以獲得。因此，視線方向檢測(cè)部可以獲得向量y以及矩陣A。再者，將轉(zhuǎn)換矩陣M的元素排列而成的向量的向量x為未知。因此，在向量y與矩陣A為已知時(shí)，推算矩陣M的問(wèn)題為求出未知的向量x的問(wèn)題。

如果公式的數(shù)目(亦即，視線方向檢測(cè)部230在校準(zhǔn)時(shí)提供給用戶(hù)300的點(diǎn)Q的數(shù)目)比未知數(shù)的數(shù)目(亦即向量x的元素?cái)?shù)目4)多的話，則公式(5)為優(yōu)勢(shì)判定問(wèn)題。在式(5)所示的例子中，因?yàn)楣降臄?shù)目為九個(gè)，所以是優(yōu)勢(shì)判定問(wèn)題。

將向量y與向量Ax的誤差向量作為向量e。亦即，e＝y(tǒng)-Ax。此時(shí)，代表向量e的元素的平方和為最小的意義的最佳的向量x_opt可由以下的公式(6)求得。

x_opt＝(A^TA)^-1A^Ty (7)

在此“-1”代表反矩陣。

視線方向檢測(cè)部藉由利用求得的向量x_opt的元素，而形成公式(1)的矩陣M。藉此，依據(jù)公式(2)，視線方向檢測(cè)部藉由利用用戶(hù)300的眼角膜302的頂點(diǎn)P的坐標(biāo)與矩陣M，而可推算用戶(hù)300正在凝視影像顯示組件108所顯示的動(dòng)態(tài)影像面上的何處。

如以上所述般地，如果依據(jù)本實(shí)施方式的頭戴式顯示器100的話，將可提供檢測(cè)裝戴了頭戴式顯示器的用戶(hù)的視線方向的技術(shù)。

特別地，根據(jù)本實(shí)施方式的頭戴式顯示器100，紅外線光源103被設(shè)置在使其所發(fā)射的紅外線準(zhǔn)確地到達(dá)用戶(hù)300的眼角膜302的位置上。因此，可以使決定出用戶(hù)300的眼角膜302的位置坐標(biāo)的基準(zhǔn)點(diǎn)準(zhǔn)確地出現(xiàn)在眼角膜302上。所以，可以提高檢測(cè)用戶(hù)300的視線方向的穩(wěn)固性。

以上，基于本實(shí)施方式而說(shuō)明了本發(fā)明。本實(shí)施方式為例示性，而本技術(shù)領(lǐng)域的人士應(yīng)當(dāng)了解：那些各構(gòu)成組件、各處理流程可被任意地組合而構(gòu)成各種的變化例，此外，如此所得變化例也屬本發(fā)明的范圍。

在以上說(shuō)明當(dāng)中，已就分別在凸透鏡114的周?chē)牡谝粎^(qū)域304a以及第二區(qū)域304b之中各設(shè)置三個(gè)紅外線光源103的情況加以說(shuō)明。然而，紅外線光源103，也可在凸透鏡114的周?chē)牡谝粎^(qū)域304a或第二區(qū)域304b的其中之一中設(shè)置紅外線光源，此外，其數(shù)量也不僅限于三個(gè)。以下，就紅外線光源103的設(shè)置的變化例加以說(shuō)明。

圖10(a)至圖10(f)為根據(jù)本實(shí)施方式的變化例的頭戴式顯示器100之中的紅外線光源103的設(shè)置位置的示意圖。

圖10(a)為根據(jù)第1變化例的紅外線光源103的設(shè)置狀態(tài)、及圖10(b)為繪示出圖10(a)所示的設(shè)置狀態(tài)的亮點(diǎn)105的位置的圖形。如圖10(a)所示，根據(jù)第1變化例的紅外線光源103的各個(gè)分別被設(shè)置在凸透鏡114的周?chē)牡谝粎^(qū)域304a以及第二區(qū)域304b的中心位置。如此一來(lái)，如圖10(b)所示，在用戶(hù)300的眼角膜302之中的第一區(qū)域304a以及第二區(qū)域304b之中，分別各出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)105。

圖10(c)為根據(jù)第2變化例的紅外線光源103的設(shè)置狀態(tài)、及圖10(d)為繪示出圖10(c)所示的設(shè)置狀態(tài)的亮點(diǎn)105的位置的圖形。如圖10(c)所示，根據(jù)第2變化例的紅外線光源103的各個(gè)分別被設(shè)置在凸透鏡114的周?chē)牡谝粎^(qū)域304a以及第二區(qū)域304b的中心位置、以及該中心位置的下方。如此一來(lái)，如圖10(d)所示，在用戶(hù)300的眼角膜302之中的第一區(qū)域304a以及第二區(qū)域304b之中，分別各出現(xiàn)二個(gè)亮點(diǎn)105。

圖10(e)為根據(jù)第3變化例的紅外線光源103的設(shè)置狀態(tài)、及圖10(f)為繪示出圖10(e)所示的設(shè)置狀態(tài)的亮點(diǎn)105的位置的圖形。如圖10(e)所示，根據(jù)第3變化例的紅外線光源103的各個(gè)分別被設(shè)置在凸透鏡114的周?chē)膴A著第一區(qū)域304a以及第二區(qū)域304b的中心位置的上方與下方的位置。如此一來(lái)，如圖10(f)所示，在用戶(hù)300的眼角膜302之中的第一區(qū)域304a以及第二區(qū)域304b之中，皆分別各出現(xiàn)二個(gè)亮點(diǎn)105。

在圖10(a)至圖10(f)所示的例子中，紅外線光源103的任一個(gè)被設(shè)置在凸透鏡114的周?chē)牡谝粎^(qū)域304a或第二區(qū)域304b的其中之一區(qū)域中。藉此，將不會(huì)被用戶(hù)300的眼皮等所遮蓋，而可以使從紅外線光源103發(fā)射出的紅外線而來(lái)的亮點(diǎn)出現(xiàn)在用戶(hù)300的眼角膜302上。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

1：影像系統(tǒng)

100：頭戴式顯示器

103、103a、103b、103c、103d、103e、103f：紅外線光源

105、105a、105b、105c、105d、105e、105f：亮點(diǎn)

108：影像顯示組件

112：熱反射鏡

114、114a、114b：凸透鏡

116：攝影機(jī)

118：輸出部

130：影像顯示系統(tǒng)

150：框體

152、152a、152b：透鏡支持部

160：裝戴件

170：頭戴式耳機(jī)

200：影像再生裝置

230：視線方向檢測(cè)部

300：用戶(hù)

302、302a、302b：眼角膜

304a：第一區(qū)域

304b：第二區(qū)域

304c：第三區(qū)域

304d：第四區(qū)域

306：二維坐標(biāo)系

P：中心

Q₁、Q₂、Q₃、Q₄、Q₅、Q₆、Q₇、Q₈、Q₉：點(diǎn)

X₁、Y₁：坐標(biāo)

[產(chǎn)業(yè)上的利用可能性]

本發(fā)明可利用于頭戴式顯示器。

雖然本發(fā)明已以?xún)?yōu)選實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何一般技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定為準(zhǔn)。