JP2002014300A - 頭部装着型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 頭の傾きに左右されずに水平な映像を欠ける
ことなく映し出せる頭部装着型表示装置を提供する。 【解決手段】 ヘッドマウントディスプレイで頭部に装
着されるディスプレイ装置３に円形の液晶パネル１３を
円形表示領域２０として設け、その中に内接するように
３：４の矩形の表示領域２１を設ける。そして、頭部の
傾きを適当なセンサーで検出し、その傾きを補正するよ
うに矩形の表示領域２１を回転して表示する。これによ
り、頭部が傾いても表示領域２１に表示される画像の向
きは水平に固定されているようにユーザに認識させるこ
とができ、また、画像全体を欠けることなく表示でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、装置本体を頭部に
装着した状態で、顔面の前方に映し出された表示画像を
鑑賞可能な頭部装着型表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、カラー液晶ディスプレイを頭部に
装着し、それに表示された映像を一対の接眼レンズ等か
らなる光学系を介して拡大して見られる頭部装着型表示
装置（以下、ヘッドマウントディスプレイ）が普及しは
じめている。ヘッドマウントディスプレイでは、頭部に
装置本体を装着するだけであたかも５０インチ、１００
インチといった３：４又は４：６といった比率の矩形状
の大画面に映し出された映像と同様の映像をみることが
でき、飛行機や電車などの乗り物のなかや家庭などでも
手軽に大迫力の映像を嗜むことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ヘッド
マウントディスプレイでは、それ自体を頭部に装着した
状態で映像を見るようになっているので、頭部を傾ける
とヘッドマウントディスプレイも傾き、それに応じて内
部に表示される矩形状の表示画面も同様に傾くことにな
る。このように表示画面が頭部と一緒に傾くと、その表
示画面に映されている画像を見ているユーザは三半規管
に軽い障害が生じて、乗り物酔いと同様の感覚に見舞わ
れてしまう。特に、頭を左右に傾けた状態ではこのよう
なことが起こりやすい。

【０００４】このため、ヘッドマウントディスプレイを
装着して大迫力の映像を楽しめる反面、長時間にわたっ
て鑑賞するには姿勢を正して、頭を垂直に保持し、表示
画面を水平に保たないと心地よく画像を楽しむことがで
きない。したがって、ヘッドマウントディスプレイは映
像を長時間鑑賞する際の制約となっており、手軽に大迫
力の映像を鑑賞できるようにするには、頭部が傾いても
表示画面は傾かないようにすることが要求される。

【０００５】そのひとつの方法は、液晶表示装置（ＬＣ
Ｄ）に表示される映像を頭の傾きを補正するように傾け
て、頭の傾きに左右されずに、常に表示される映像は水
平な位置に保持されるようにすることである。しかしな
がら、矩形状のＬＣＤ内で画像を回転させると、ユーザ
から見える画像としては、矩形状の画像の一部が切れた
状態になってしまい、所定の比率、例えば、３：４や
４：６の画面全体を鑑賞できなくなる。したがって、こ
の方法では、大画面で映像を楽しむというヘッドマウン
トディスプレイのメリットがなくなってしまう。

【０００６】そこで、本発明においては、頭部の傾きに
左右されずに、表示画像が常に水平に保持されると共
に、ユーザが常に矩形状の画像全体を鑑賞できる頭部装
着型表示装置を提供することを目的としている。そし
て、飛行機や電車などで大迫力の映像を手軽に、かつ長
時間に渡って鑑賞することが可能な頭部装着型表示装置
を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の頭部
装着型表示装置では、矩形状の画像を表示可能な矩形状
の表示領域が内接する円形の領域を設け、その中で矩形
状の表示領域が回転することにより頭の傾きを補正して
水平な表示画像を出力できると共に、表示される画像の
一部が途切れるのを防止できるようにしている。

【０００８】すなわち、頭部に装着した状態で、顔面の
前方に映し出される矩形状の表示画像を視認可能な本発
明の頭部装着型表示装置においては、表示画像を出力可
能な矩形状の第１の表示領域と、この第１の表示領域が
少なくとも内接する円形の第２の表示領域と、この第２
の表示領域内で第１の表示領域を回転して頭部の傾きに
対し前記表示画像の角度をほぼ水平に維持する補正手段
とを有する。

【０００９】本発明の頭部装着型表示装置は、頭部が左
右に傾くと、補正手段によって第１の表示領域の角度は
水平に保たれる。さらに、第１の表示領域は、これが少
なくとも内接する円形の第２の表示領域内で回転できる
ようになっているので、表示画像の一部が途切れずに済
む。したがって、頭を傾けた状態でも、欠けがなく、水
平に表示された大迫力の映像を飛行機や電車などの中で
手軽に鑑賞することができ、乗り物酔いなどの不快感に
見舞われることもない。

【００１０】さらに、第２の表示領域を球形、あるいは
少なくとも前後方向の傾きを吸収できる程度の領域が確
保できる球形の一部とし、第１の表示領域が２次元方向
だけではなく３次元方向にも旋回できるようにすること
が望ましい。頭部の左右の傾きだけではなく前後の傾き
に対しても第１の表示領域の傾きを補正することが可能
であり、より自然な状態で画像を表示できるヘッドマウ
ントディスプレイを提供できる。

【００１１】第２の表示領域内で第１の表示領域を回転
して角度を水平に維持する方法あるいは機構はいくつか
ある。まず、錘を第１の表示領域を回転駆動するための
動力源として用いる方法であり、そのためには、第１の
表示領域を第２の表示領域内で回転可能に支持し、補正
手段として、第１の表示領域を回転駆動可能な位置に錘
を設ければよい。

【００１２】また、モータなどの駆動機構により第１の
表示領域を動かすことも可能である。そのためには、第
１の表示領域を第２の表示領域内で回転可能に支持し、
さらに、補正手段として、頭部の左右の傾きを検出可能
な手段と、検出された傾きを補正するように第１の表示
領域を回転駆動するモータなどの手段を設ければ良い。

【００１３】さらに、矩形のディスプレイではなく、円
形ディスプレイを用いてその中で表示画像だけを回転す
ることも可能である。すなわち、第２の表示領域として
円形ディスプレイを採用し、補正手段として、頭部の左
右の傾きを検出可能な手段と、検出された傾きを補正す
るように円形ディスプレイ内における第１の表示領域の
角度を回転する手段を設けることができる。特に、円形
ディスプレイにおいて、表示画素の位置を極座標（ｒ−
θ）で制御することができるドライバ回路を備えている
場合は、第１の表示領域の角度の修正を極めて簡単に高
速で行うことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１に本発明に係るヘッドマウン
トディスプレイ（頭部装着型表示装置）の概略構成を示
してある。図１(ａ)には本例のヘッドマウントディスプ
レイを頭部に装着した状態を正面から見た様子を示して
あり、図１（ｂ）にはその状態を側面から見た様子を示
してある。これらの図に示すように、本例のヘッドマウ
ントディスプレイ１は、ユーザ２の頭部２ａに装着した
状態で、右側の眼２ｂの前方に位置するディスプレイ部
３を有しており、このディスプレイ部３によって、あた
かも１００インチの大画面に表示された大迫力の３：４
などの比率の矩形状の映像（表示画像）を視認できるよ
うになっている。このディスプレイ部３は、ユーザ２の
頭部２ａに装着するための装着部４に取り付けられてい
る。この装着部４は、頭に沿うように延設されたほぼＵ
字形状の保持部５と、両方の耳にかかるように延びたフ
レーム６とを備えており、これらの部位５及び６によっ
てヘッドマウントディスプレイ１がユーザ２の頭部２ａ
に確実に固定され、ディスプレイ部３が対応する眼２ｂ
の若干前方に保持される。本例では、一方の眼の前方に
ディスプレイ部３が設けられたヘッドマウントディスプ
レイ１を例に説明しているが、もちろん、両方の眼の前
にそれぞれの眼から見えるように複数のディスプレイ部
を設けることも可能であり、両目で表示画像を楽しむこ
とができるヘッドマウントディスプレイに対しても以下
の説明と同様の機構を適用することが可能であり、本発
明を適用できる。

【００１５】図２にはディスプレイ部３の概略構成を示
してある。この図に示すように、ディスプレイ部３は、
ケース１１と、その上部に表示画像を形成する円形の液
晶パネル１３と、この液晶パネル１３の背面側に配置さ
れたバックライト１４と、さらに、その背面側に配置さ
れたバックライト１４の点灯用のインバータ回路や液晶
パネル１３のドライバ回路等が搭載された基板１５を備
えている。また、液晶パネル１３の前方（下方）には、
４５度傾いた状態の半透過型反射ミラー１６が配置さ
れ、さらに、このミラー１６の前方側には凹面鏡１７が
配置されている。したがって、ユーザ２がディスプレイ
部２を覗くと、液晶パネル１３に表示された映像が透過
型反射ミラー１６で凹面鏡１７に反射され、さらに、凹
面鏡１７で拡大された虚像１８を透過型反射ミラー１６
を透過して眼２ｂで見ることができる。このため、ユー
ザ２は数メートル先にある大画面の映像を見るのと同様
な感覚で映像を鑑賞できる。

【００１６】さらに、本例のヘッドマウントディスプレ
イ１は、円形の液晶パネル１３が円形の表示領域２０と
なり、その中に矩形の表示領域（第１の表示領域）を設
けて矩形の画像を表示している。したがって、頭部２ａ
が左右に傾いたときに液晶パネル１３の内部で表示領域
を回転することにより傾きを補正することができる。す
なわち、図３に示すように、円形の液晶パネル１３には
縦横比が３：４の長方形の表示領域２１が設けられてお
り、頭部の傾きを検出し、それを補正するように表示領
域２１が液晶パネル１３の内部で表示領域２１ａおよび
２１ｂのように回転させることができる。液晶パネル１
３は、表示領域２１が内接する円形になっているので、
表示領域２１ａおよび２１ｂのように液晶パネル１３の
内部で回転しても画面が欠けることはない。したがっ
て、ユーザは頭を傾けたときに常に水平な状態で欠けの
ない画像をみることができる。

【００１７】図４に、本例のヘッドマウントディスプレ
イ１において、液晶１３を駆動する機能の概要を示して
ある。本例の円形の液晶パネル１３はほぼ正六角形の液
晶セル１３ａを半径方向（ｒ方向）と、円周に沿った方
向（θ方向）とに配列し、さらに、ｒ方向の位置を決定
できる走査線Ｒと、θ方向の位置を決定できる走査線Θ
により円形に配列された液晶セル１３ａを接続してあ
る。したがって、本例の液晶パネル１３は、従来の方形
の液晶パネルと異なり、Ｘ−Ｙ座標ではなく、極座標
（ｒ−θ）で画素を特定する。このため、基板１５に搭
載されたドライバ２５においては、まず、Ｘ−Ｙ座標で
与えられる映像情報３１を受け取り、極座標ｒ−θに変
換した映像情報３２を生成し、それを駆動部３３に供給
する。

【００１８】さらに、本例のヘッドマウントディスプレ
イ１は、ジャイロなどのセンサを用いて頭部２ａの左右
の傾きを検出可能な傾き検出部２６が基板１５あるいは
ケース１１の内部、さらに装着部４に設けられており、
頭部２ａの傾きθ１が検出できるようになっている。こ
の検出部２６の信号がドライバ回路２５の表示駆動部３
３に供給され、駆動部３３は傾きθ１を補正するように
走査信号のスタート角度を変えてｒ−θに変換された画
像情報３２を液晶パネル１３に供給する。本例ではドラ
イバの表示駆動部３３が頭部２ａの傾きを補正する機能
を備えており、ユーザ２の頭部２ｂが左右方向にθ１傾
くと、液晶パネル１３の走査開始をＳ１に変化させて液
晶パネル１３を駆動する。

【００１９】すなわち、ユーザ２の頭部２ｂが傾いてい
ない状態（水平な状態）では、液晶パネル１３の走査開
始位置はＳ０であり、この位置あるいは角度が基準とな
って矩形の表示画面２１が表示され、図３に実線で示す
水平な状態で表示画面２１が現れる。これに対し、ユー
ザ２の頭部２ｂがθ１だけ左右方向に傾くと、走査開始
位置がθ１だけ頭部２ｂが傾いた方向と反対の方向に移
動する。したがって、図３において破線で示すように、
円形ディスプレイ１３の内部で矩形の表示画面２１が傾
く。その結果、ユーザ２にとっては水平に維持された画
面が見えることになる。また、ディスプレイ１３が円形
であるので、回転して映し出される画像２１は適切な形
状（所定の比率の矩形）が維持され、画像２１の一部が
切れてしまうことがない。さらに、本例の円形ディスプ
レイ１３では、極座標で画素あるいはドットを選択して
制御できるので、走査角度を変えるだけで表示画面２１
の角度を変えることができる。したがって、検出された
頭部の角度の変化に対する画像の傾きが高速で追従する
ように制御することが可能であり、ユーザ２が頭部を動
かしたときに不自然な感じをできるだけ与えることなく
画像の向きを水平に保つことができる。

【００２０】従って、ユーザ２は姿勢を傾けて頭２ｂが
傾いた状態であっても水平な表示画面で画像を楽しむこ
とができる。また、この姿勢で映像を見つづけても乗り
物酔いのような気持ち悪さを催すこともない。このた
め、本例のヘッドマウントディスプレイ１を使用するこ
とにより、飛行機などの乗り物や狭い部屋などの限られ
たスペースでも、楽な姿勢で手軽に大迫力の映像を長時
間に渡って鑑賞できる。

【００２１】なお、矩形の表示領域２１を円形の表示領
域２０の内部で回転する方法あるいは機構は上記に限定
されるものではない。たとえば、図５に示すように、矩
形の表示を行う矩形の液晶パネル５１を矩形の表示領域
２１として用い、このパネル５１を、円形のフレーム５
２に装着し、このフレーム５２がケース１１の内部でベ
アリング５３を介して回転できるようにしても良い。こ
の方法あるいは機構により頭部の傾きを補正するように
液晶パネル５１を回転させると、液晶パネル５１の向き
を常に水平に保つことが可能であり、水平な画像をユー
ザに対し表示できる。そして、矩形の液晶パネル５１が
円形のフレーム５２と共に回転するので回転したときに
画像の一部が欠けることもない。もちろん、円形のフレ
ーム５２を設ける代わりに、リング状の回転可能なエリ
ア内で矩形の液晶パネル５１が回転できるようにしても
良い。

【００２２】また、図５に示したディスプレイ部３の例
では、円形フレーム５２を回転駆動する動力を錘５４に
より得ている。したがって、図６に示すように、ディス
プレイ部３のケース１１は斜めに立ち上がり、ユーザが
頭部を傾けたときにフレーム５２が重力の影響を受けや
すい構成となっている。もちろん、ケース１１を垂直な
方向に立ち上げることも可能である。

【００２３】また、図７に示すように、フレーム５２あ
るいは表示パネル５１を回転駆動するモータ２９を設け
ることも可能である。頭部の傾きを検出する手段２６か
らの信号に基づき、頭部の傾きθ１を補正するようにモ
ータ２９を駆動することにより、表示パネル５１を水平
に保つことが可能であり、上記の例と同様にユーザの姿
勢が変わっても水平な画像を表示することができる。

【００２４】さらに、上記の例では、左右方向における
頭の傾きに対応できるディスプレイ装置３を備えたヘッ
ドマンとディスプレイ装置１に基づき説明しているが、
左右に加えて前後方向の頭の傾きに対応して表示領域２
１の角度を水平に保持することも可能である。たとえ
ば、円形ディスプレイ１３を用いたディスプレイ装置に
おいては、センサー２６により３次元方向の傾きを検出
すると共に、それを立体座標（ｒ−θ−γ）を用いて円
形ディスプレイの表示に反映することが可能である。さ
らに、円形ディスプレイ１３を前後方向にある程度回転
できるように支持し、その半球状の空間の中で錘あるい
はモータを用いて回転させることにより前後方向の傾き
を補正することができる。錘５４あるいはモータ２９を
用いたディスプレイ装置３においても同様であり、前後
方向の頭部の傾きに対して表示領域２１の向きが追従し
ないように補正することにより、ヘッドマウントディス
プレイ装置１が頭部に追従して動くにもかかわらず、表
示画像（虚像）１８が空間的に固定されているかのよう
にユーザに感じさせることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の頭部装着
型表示装置では、頭の傾きを補正するように円形の表示
領域内で、矩形の表示領域を回転できるようにしてお
り、頭の傾きに左右されずに常に空間的に一定の位置あ
るいは向きで表示画像が映し出されるようにしている。
さらに、実際には、矩形の表示領域が回転するにもかか
わらず、表示画像の一部が切れてしまうことが無いよう
にしている。従って、乗り物酔いと同様の不快感を催す
ことなく、大迫力の映画などの映像を長時間に渡って快
適に鑑賞できる。また、本発明の頭部装着型表示装置を
使用すれば、大画面のディスプレイ自体を使わなくても
大迫力の映像を楽しむことができるので、飛行機や電車
等の中や狭い部屋の中などの限られたスペース内で映像
を見る場合には非常に便利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るヘッドマウントディ
スプレイをユーザが装着した状態を模式的に示す図であ
り、図１（ａ）は正面から見た図、図１（ｂ）は側面か
ら見た図である。

【図２】本例のヘッドマウントディスプレイのディスプ
レイ部の内部構成を示す断面図である。

【図３】本例のヘッドマウントディスプレイにおける円
形領域および表示画像との関係を示す説明図である。

【図４】本例のヘッドマウントディスプレイにおいて円
形の液晶パネルに画像を表示する機構の概要を説明する
図である。

【図５】矩形の液晶パネルを回転させて水平を保持する
例を説明する図である。

【図６】錘で液晶パネルの向きを水平に保つディスプレ
イ装置を示す図である。

【図７】モータで矩形の液晶パネルを回転させて水平を
保持する例を示す図である。

【符号の説明】

１ ヘッドマウントディスプレイ ２ ユーザ ２ａ 頭部 ３ ディスプレイ装置 １３ 円形の液晶パネル １３ａ セル １８ 表示画像（虚像） ２０ 円形の表示領域 ２１ 矩形の表示領域 ２５ ドライバ ２６ 傾き検出部（傾き検出用のセンサー） ５１ 矩形状の液晶パネル ５２ 円形フレーム ５３ ベアリング

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 頭部に装着した状態で、顔面の前方に映
   し出される矩形状の表示画像を視認可能な頭部装着型表
   示装置において、 前記表示画像を出力可能な矩形状の第１の表示領域と、 この第１の表示領域が少なくとも内接する円形の第２の
   表示領域と、 この第２の表示領域内で前記第１の表示領域を回転して
   前記頭部の傾きに対し前記表示画像の角度をほぼ水平に
   維持する補正手段とを有する頭部装着型表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記第２の表示領域
   は球形または球形の一部であり、前記補正手段は、前記
   第１の表示領域を前記第２の表示領域で３次元方向に回
   転可能である頭部装着型表示装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記第１の表示領域
   は、前記第２の表示領域内で回転可能に支持されてお
   り、 前記補正手段は、前記第１の表示領域を回転駆動可能な
   錘を備えている頭部装着型表示装置。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記第１の表示領域
   は、前記第２の表示領域内で回転可能に支持されてお
   り、 前記補正手段は、前記頭部の左右の傾きを検出可能な手
   段と、検出された傾きを補正するように前記第１の表示
   領域を回転駆動する手段とを備えている頭部装着型表示
   装置。
5. 【請求項５】 請求項１において、前記第２の表示領域
   は円形ディスプレイであり、 前記補正手段は、前記頭部の左右の傾きを検出可能な手
   段と、検出された傾きを補正するように前記円形ディス
   プレイ内における第１の表示領域の角度を回転する手段
   とを備えている頭部装着型表示装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、前記円形ディスプレ
   イの表示画素の位置を極座標で制御するドライバ回路を
   有する頭部装着型表示装置。