(57)【要約】【課題】守秘性が高く、かつ操作性の高い情報端末対応の画像表示装置を提供する。【解決手段】この発明に係る画像表示装置は、所定の波長領域の光線束を照出する光源と、光源から照出された光線束の一部を透過する半透過鏡と、光源から照出されかつ半透過鏡を透過した光線束を受光して、所望の映像を放出する反射型映像板と、反射型映像板から放出されしかも半透過鏡で反射された映像を投影する接眼レンズと、半透過鏡を挟んで接眼レンズと対向し、この接眼レンズで集光されかつ半透過鏡を透過した光線束を受光する画像センサとを備えている。反射型映像板に代えて、透過型映像板を用いて装置を構成することも出来る。画像センサで装着者の虹彩像を撮像し、この撮像された虹彩像を、あらかじめ登録されている虹彩像、もしくは虹彩像に係わる特徴パラメータと比較することにより装着者の同定・認証を行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長領域の光線束を照出する光源と、前記光源から照出された光線束の一部を透過する半透過鏡と、前記光源から照出されかつ前記半透過鏡を透過した光線束を受光して、所望の映像を放出する反射型映像板と、前記反射型映像板から放出されしかも前記半透過鏡で反射された映像を投影する接眼レンズと、前記半透過鏡を挟んで前記接眼レンズと対向し、この接眼レンズで集光されかつ前記半透過鏡を透過した光線束を受光する画像センサとを備えてなる画像表示装置。
【請求項２】
所定の波長領域の光線束を照出する光源と、前記光源から照出された光線束を受光して、所望の映像を放出する透過型映像板と、前記透過型映像板から放出された映像を反射する半透過鏡と、前記透過型映像板から放出されしかも前記半透過鏡で反射された映像を投影する接眼レンズと、前記半透過鏡を挟んで前記接眼レンズと対向し、この接眼レンズで集光されかつ前記半透過鏡を透過した光線束を受光する画像センサとを備えてなる画像表示装置。
【請求項３】
画像センサは、接眼レンズおよび半透過鏡を透過してくる光線束の中から赤外線領域の光線束を選択透過させるフィルタを備えてなる請求項１または２記載の画像表示装置。
【請求項４】
装着者の眼球に向けて配置された光源をさらに備え、この光源は赤外領域の光線束を眼球に照射可能なことを特徴とする請求項１または２記載の画像表示装置。
【請求項５】
接眼レンズから投影される光線束は、上下方向の幅よりも左右方向の幅の方が広いことを特徴とする請求項１または２記載の画像表示装置。
【請求項６】
画像センサで装着者の虹彩像を撮像し、この撮像された虹彩像を、あらかじめ登録されている虹彩像、もしくは虹彩像に係わる特徴パラメータと比較することにより装着者を同定・認証する個人認証装置を備えてなる請求項１または２項記載の画像表示装置。
【請求項７】
装着者を同定・認証した際、虹彩像に係わる特徴パラメータによりその装着者に対応する設定及び表示を行うことを特徴とする請求項６項記載の画像表示装置。
【請求項８】
装着者の同定・認証を失敗した際、個人情報または表示情報を破壊・消去、または欺瞞することを特徴とする請求項６記載の画像表示装置。
【請求項９】
画像センサで装着者の虹彩像を撮像し、この撮像された虹彩像から装着者の視線方向を検出する視線方向検出装置を備えてなる請求項１または２記載の画像表示装置。
【請求項１０】
画像センサで装着者の虹彩像を撮像し、この撮像された虹彩像から装着者の眼球に入射する光量を検出する光検出装置を備えてなる請求項１または２記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、画像表示装置に関し、特に、映像情報を含む光線束を眼球に投射し、映像を直接網膜に投影表示する画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
眼球投射型の画像表示装置の例として特許文献１に記載されたものが知られている。この装置では、光源から発光された光の一部は半透過鏡を透過して、反射型液晶パネルの表面を照明する。照射された光は反射型液晶パネルの表面で反射され、半透過鏡に再び到達する。到達した光の一部は半透過鏡で反射され、接眼レンズを介して観測者の眼球に入射する。この光は虹彩と水晶体を介して、網膜に結像されるので、装着者は反射型液晶パネルの画像を認識できる。
【０００３】
上記のような画像表示装置は、眼球の手前に身につける形で装着され、画像の認識に使用されることから、ウエラブルディスプレイまたはヘッドマウントディスプレイとして知られている。比較的小型に構成でき、ハンドフリーの状態で場所を選ばず画像を見ることができることから、携帯端末情報機器（小型パソコン、ＰＤＡ、携帯電話等）の画像表示装置としての適用が期待されている。しかしながらＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｃｃｅｓｓｏｒｙ）、携帯電話等は小型、軽量で持ち運びがしやすい反面、せいぜい２インチ程度の液晶パネルしか装着できないため、ＣＩＦ（３５２ｘ２５４画素）クラスの画素数となり、低解像度の画像しか得られない点が問題となっている。
【０００４】
その点、特許文献１に示されている眼球投射型の画像表示装置は原理的に虫眼鏡で液晶パネルを拡大転写しているのと等価であるため、装着者は、小型であるにもかかわらず、１０〜１２インチ相当の大きさの虚像を楽しむことができる。その解像度は映像板の仕様に対応し、ＶＧＡ（６４０ｘ４８０画素）クラス、もしくはＳＶＧＡ（８００ｘ６００画素）クラスの画像を表示することは比較的容易である。ＳＶＧＡクラスの解像度があれば、パソコンの文字を普通に見ることができるので、ウエラブルパソコンの画像端末として期待されている。
【０００５】
携帯型情報端末が発展すると、場所を選ばずに会社での仕事情報やその他の各種情報が得られるようになる反面、その守秘管理性と操作性の向上が必要になる。守秘管理については、端末を落としたり、奪われたりした時に高度な秘密情報が簡単に盗まれるという事態は避けなければならない。場所を選ばずに会社の機密情報等を気軽にアクセスできるようになればなるほど、その問題は深刻になる。
【０００６】
現状では、パスワードによる認証により守秘性を確保することが一般的である。この方法は、いくつものパスワードを覚えなくてはいけないため、多くのパスワードが同じ手帳に書きとめられている例も多々あり、あくまでも簡易的な手段である。それを補う認証手段として指紋を使って認証を行うことが普及しつつあるが、現状では老人、主婦等に多くみられる乾燥し、荒れた手に対しては認証ができないという問題が生じている。また、皮膚炎等の影響により本質的に殆んど指紋がない人もあり、必ずしも全員を認証できないことも問題になっている。
【０００７】
それに代わる手段として虹彩画像を取得し、この虹彩画像を利用して認証することが行われているが、現状は一部の高度な機密を要する部屋の管理において実用化されているに過ぎない。
【０００８】
また、携帯型情報端末は、ハンドフリーの状態で画像を見るために、使用者の意思を容易に端末機器に入力できることが重要である。両手がふさがれた状態で容易に表示画像の選択・調整ができないことは携帯型情報端末の操作性を著しく低下させる。虹彩画像を取得し、視線方向により表示画面を制御することは行われているが、虹彩画像の取得に専用カメラが必要なため一般的に使用される状況にはない。
【０００９】
【特許文献１】
特開平２−１３６８１８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
眼球投射型の画像表示装置は、情報化時代のキー端末として最適なものではあるが、現状では使用者が適性か否かに係わらず一方的に映像情報が表示される。このため、使用者を特定し守秘性を確保すること、表示画像の制御を行うことが困難である。この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、小型・軽量性を保持しつつ、守秘性が高く、かつ操作性の高い情報端末対応の画像表示装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る画像表示装置は、所定の波長領域の光線束を照出する光源と、光源から照出された光線束の一部を透過する半透過鏡と、光源から照出されかつ半透過鏡を透過した光線束を受光して、所望の映像を放出する反射型映像板と、反射型映像板から放出されしかも半透過鏡で反射された映像を投影する接眼レンズと、半透過鏡を挟んで接眼レンズと対向し、この接眼レンズで集光されかつ半透過鏡を透過した光線束を受光する画像センサとを備えているものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
実施の形態１にかかわる画像表示装置を図１と図２に基づいて説明する。図１は、画像表示装置の光学系を示す構成図、図２は光学系から得られた信号をもとに個人認証を行う装置を説明するためのブロック図である。
【００１４】
先ず、光学系の動作について図１をもとに説明する。光源１はＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に加えて赤外光（ＩＲ）、または紫外光（ＵＶ）を含む。光源１に白色ＬＥＤを使用すれば、３色の発光を一つのＬＥＤで制御できる。この白色ＬＥＤはレンズ付のものでもよい。レンズ付きの白色ＬＥＤは光線束の収束性が高いため、周囲を見る時に光線束により遮られず、かつ、網膜上で焦点深度が深い像が得られる。
【００１５】
フィルタ１０は可視光をカットするか、あるいは赤外光または紫外光を透過させる。瞳の撮像に使用される画像センサ９は概ね虹彩６の表面像が接眼レンズ４により転写される位置に設置されている。画像センサ９としてはＣ−ＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ−Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ、もしくはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）センサ等が適用できる。
【００１６】
光源１から照出された光線束の一部は半透過鏡２を透過して、透過型液晶パネル（映像板）３に入射する。透過型液晶パネル３は入射した光線束を反射して、映像を放出する。この映像は反透過鏡２で反射され、接眼レンズ４に入射する。接眼レンズ４は映像を集光し、眼球５に入射させる。映像は虹彩６と水晶体７を介して、網膜８に結像されるので、装着者は反射型液晶パネル３の画像を認識できる。
【００１７】
また、光源１から照出された光線束の一部は虹彩６の表面に当たり、その表面反射光が半透過鏡２を透過して画像センサ９に到達するため、虹彩６の表面画像を捕らえることができる。映像の表示と虹彩の撮像に共通の接眼レンズ４を使っているため、本発明にかかわる画像表示装置は小型・軽量である。
【００１８】
ただし、図１の構成では半透過鏡２を介して光源１から出る可視光が直接画像センサ９を照射する。これによりバックグラウンド全体が明るくなるため、現実的には虹彩６の細部を可視光で撮像するのは困難である。このため、虹彩６を照射する光源には赤外光、もしくは近紫外光を適用することが望ましい。虹彩部を撮像する際は、光源１から画像センサ９を直接照射する可視光はフイルタ１０によりカットされ、赤外光、もしくは近紫外光のみがフイルタ１０を透過し撮像される。
【００１９】
次に、画像センサで得られた虹彩画像をもとに、個人認証を行う方法を図２に基づいて説明する。個人認証装置１６は、虹彩画像の特徴パラメータを抽出するためのパラメータ抽出部１７、あらかじめ登録しておく、使用者の虹彩パラメータを記憶するパラメータ記憶部１８、パラメータ抽出部１７で抽出された使用者のパラメータとパラメータ記憶部１８に記憶されている登録者のパラメータとを比較するパラメータ比較部１９、および画像センサ９に表示される画像を制御する表示制御部２０を含む。
【００２０】
個人認証装置１６は、用途に応じて、認証に失敗した際に欺瞞データを出力するための欺瞞データ出力部２１、認証に失敗した場合に登録されている個人データあるいはその他の記憶されている各種データを破壊または消去するためのデータ破壊部２２、個人用の各種設定パラメータを出力するための個人設定パラメータ出力部２３、あらかじめ使用する者に関する特定の表示・設定等のパラメータを登録しておくための表示・設定パラメータ登録部２４を含むことができる。
【００２１】
先ず、パラメータ抽出部１７は画像センサ９から送られてくる虹彩画像から特徴パラメータを抽出する。虹彩画像は人によって異なるため、その特徴点を画像から抽出することにより認証に使用できる。抽出された特徴パラメータはパラメータ比較部１９によりパラメータ記憶部１８にあらかじめ登録されているパラメータと比較される。比較の結果、使用者があらかじめ登録された者であることが同定または認証できた場合は表示制御部２０により映像板３へ表示信号がおくられ、表示が行われる。認証結果に応じてあらかじめ登録された使用者個人に対応する設定及び表示を行うことができるため、使用者が変更される毎に設定等を変更する必要がない。
【００２２】
虹彩認証は、撮像した虹彩画像を使用し、非接触で行えることに特長がある。一方、現在一般的に用いられている指紋認証では、指紋像を取得するのに指を何らかの検出板の上におく必要がある。虹彩認証は、元々画像を見ている動作の中であまり意識せずに個人認証が行われるため、受け入れられ易く、導入に抵抗感が少ない。
【００２３】
また、パラメータ比較部１９における比較結果を欺瞞データ出力部２２に入力してもよい。こうすると使用者があらかじめ登録された者であることが同定または認証できなかった場合は欺瞞データ出力部２２により欺瞞データが表示制御部２０に出力され、映像板３には欺瞞データが表示される。データ破壊部２２は端末上に記憶されている情報を破壊または消去する。すなわち、認証結果に応じて個人情報または表示情報を破壊・消去、または欺瞞することによって情報の守秘を行う。
【００２４】
また、パラメータ比較部１９における比較結果を個人設定パラメータ出力部２３に入力してもよい。こうすると使用者があらかじめ登録された者であることが同定または認証できた場合は、表示・設定パラメータ登録部２４に登録されている設定パラメータが個人設定パラメータ出力部２３に出力され、表示制御部２０はこの設定パラメータに応じた表示信号を映像板３へ送る。設定パラメータの例としては、認証結果に応じて装置の一部が使用できなくなるようにインターロックを掛ける等の処置が考えられ、このことにより、情報の守秘を行う。
【００２５】
画像センサ９で撮像される虹彩画像は個人認証以外の用途にも使用できる。図３に示した視線方向検出装置２５は、虹彩画像から視線方向を検出する視線検出部２６、各種制御用のコマンドを登録しておくコマンド登録部２７、視線検出部２６からのデータによりコマンド検出部２７に登録されたコマンドと視線方向とを比較するコマンド比較部２８を含む。
【００２６】
視線検出部２６は画像センサ９から送られてくる虹彩画像から視線方向を検出する。検出された視線方向によりコマンド比較部２８はコマンド登録部２７にあらかじめ登録されているコマンドと比較することにより該当するコマンドを映像板３に出力する。またコマンド比較部２８は視線方向が映像板３に向いてないことを検出し、表示制御部２０に出力する。表示制御部２０は視線がない場合は表示を消去する。
【００２７】
上記のようにあらかじめ視線の動きに対応する入力コマンドを定義しておくことにより、手を使用すること無く素早く表示内容を切り替えることが出来る。このことにより、一般的に用いられているキーボード、マウスなどの機器を使用しなくても容易に操作することが可能になる。さらに画像を見ていないときは表示を消すことにより消費電力を節約することもできる。
【００２８】
図４は画像センサ９で撮像される虹彩画像のさらに別の使い方を説明している。同図において光量検出装置２９は虹彩画像から眼球５に入射する光量を検出する光量検出部３０を含む。
【００２９】
光量検出部３０は画像センサ９から送られてくる虹彩画像から眼球に入る光量に応じた信号を出力する。表示制御部２０は光量検出部３０からの信号に応じて眼球に投影する画像の明るさを調整する。こうすることによって、周囲の明るさに適合する明るさで表示を行えることができ、周囲が明るい場合に表示が見にくかったり、または周囲が暗い状態で明るい表示を見た後周囲が見づらくなったりすることがなくなる。
【００３０】
なお、本発明において、光源１の大きさが装置の性能に及ぼす役割は大きい。このことを図５と図６に基づいて説明する。上下方向と横方向の光線束の大きさはシリンドリカルレンズを用いて独立に制御できる。
【００３１】
図５において、小発光領域光源１３は光源１と同様に反射型液晶パネル（映像板）３の表面を照明するものであるが、光源１に比べ、その発光面積が相対的に小さい。こうすると、反射型液晶パネル３のある一点から小発光領域光源１３を見る際の見込み角度が小さくなるため、その一点から発せられる光線束１４も細くなる。すなわち、指向性の良いビームとなって網膜８に転写される。
【００３２】
この際のメリットは２つある。一つは光線の束が細くなる分だけ、光線束から目を離すのが容易になる。目の前にディスプレイ部本体があっても容易に目線をそこからはずせるので、ディスプレイ部本体にあまり遮られることなく周囲を見渡すことができる。これはウエラブルディスプレイにおいては重要なことである。
【００３３】
図６は、比較のために、図１の構成における光線束１４を示している。瞳の位置（虹彩６の中心で、光が透過する部分）における光線束が太いため、その分、ディスプレイ部本体から目線をはずすのが困難である。反面、広い領域に渡って像光線が存在するため、画像表示装置としての見易さは高い。
【００３４】
我々の実験結果から、瞳径（明るさにより異なるが平均的には直径４ｍｍ程度）に対し１倍から２倍の範囲で瞳に投影される光線束を制御することにより見易さの確保と、目線のはずし易さの両立を図ることができることがわかった。また、特に、瞳の上下方向の幅に対し左右方向の幅を広げるとさらに目線のはずし易さを確保した上で見易さを向上することができた。最適な横方向の光線束の幅は、我々の実験結果から瞳径の２倍から４倍の範囲にあった。
【００３５】
光線束１４を細くするもう一つのメリットは、網膜８の前後においても細い光線束を保つことができるため、水晶体７による調整能力が幾分不十分であっても、ボケを感じさせないことである。光線束１４が太い図６の例では、水晶体の調整能力が十分でないと直ぐにボケを感じる。すなわち光源の発光領域の大きさを適当な大きさに絞ることにより、視力にかかわらずボケの感じ方を低減できる。このことはウエラブルディスプレイを付けて作業をする際に大きな利点になる。近くの書類を見ていて、視線を少し遠くに向ける時でも、表示画像にボケが生じないため、不必要なストレスを感じることなく効率よく作業を進められる。
【００３６】
実施の形態２．
図７は、実施の形態２にかかわる光学系の構成を説明するための図である。この光学系は、光源１とは別に、赤外光または紫外光を発する第２の光源１１を備えている。光源１１は、眼球５の手前に設置されていて、斜め方向から虹彩６を照らす。虹彩表面において反射された散乱光１２は接眼レンズ４と半透過鏡２を通過し、画像センサ９に取り込まれる。
【００３７】
図１に示した構成では虹彩６を照明する光線束が虹彩６に対しほぼ垂直に入り、光源の強度によっては虹彩表面が光り、虹彩画像をうまく取得できないという不具合があった。実施の形態２のように散乱光１２を使う場合には、「光り」の程度は緩和され、より明瞭な虹彩画像を取得できる。
【００３８】
実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３にかかわる光学系の構成を説明するための図である。ここでは透過型液晶パネル１５が映像板になる。小発光領域光源１３を出射した光は透過型液晶パネル１５を透過して半透過鏡２で反射され、接眼レンズ４と水晶体７を介して網膜８に投影される。
【００３９】
透過型液晶パネルの透過率は現状では１０％未満と低いため、その分、小発光領域光源１３の明るさを強くする必要があるが、一般に反射型液晶に比べて透過型液晶の方が安価である。従って透過型液晶パネルを使う実施の形態３は、コストを下げるうえで有利である。普及型を目指すＶＧＡクラス以下の低解像度向けにはこの形態の適用が現実的である。
【００４０】
【発明の効果】
この発明による画像表示装置は、所定の波長領域の光線束を照出する光源と、光源から照出された光線束の一部を透過する半透過鏡と、光源から照出されかつ半透過鏡を透過した光線束を受光して、所望の映像を放出する反射型映像板と、反射型映像板から放出されしかも半透過鏡で反射された映像を投影する接眼レンズと、半透過鏡を挟んで接眼レンズと対向し、この接眼レンズで集光されかつ半透過鏡を透過した光線束を受光する画像センサとを備えていることにより、映像を表示すると同時に虹彩画像を取得できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかわる光学系の構成を説明するための図である。
【図２】個人認証装置の構成を説明するための図である。
【図３】視線方向検出装置の構成を説明するための図である。
【図４】光量検出装置の構成を説明するための図である。
【図５】光源が小さい場合に眼球に入射する光線束の軌道を説明するための図である。
【図６】光源が大きい場合に眼球に入射する光線束の軌道を説明するための図である。
【図７】実施の形態２にかかわる光学系の構成を説明するための図である。
【図８】実施の形態３にかかわる光学系の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１  光源、  ２  半透過鏡、  ３  反射型液晶パネル、  ４  接眼レンズ、  ５  眼球、  ６  虹彩、  ９  画像センサ、  １０  フイルタ、  １１  光源、１２  散乱光、  １３  小発光領域光源、  １４  光線束、  １５  透過型液晶パネル、  １６  個人認証装置、  １７  パラメータ抽出部、  １８  パラメータ記憶部、  １９  パラメータ比較部、  ２０  表示制御部、  ２１  欺瞞データ出力部、  ２２  データ破壊部、  ２３  表示・設定パラメータ登録部、  ２４  個人設定パラメータ登録部、  ２５  視線方向検出装置、  ２６  視線検出部、  ２７  コマンド登録部、  ２８  コマンド比較部、  ２９  光量検出装置、  ３０  光量検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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