JP2010139901A - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザが画像を注視する際の画像の視認性の向上を図ると共に、ユーザが画像を注視していないときの画像の焦点距離の変動を抑えて、ユーザの不快感や疲労感の低減化を図ることが可能となるヘッドマウントディスプレイを提供する。
【解決手段】ユーザ３がマウス６の移動操作、マウスボタンのクリック操作等に対応する制御信号や、キーボード２のキー操作に対応する制御信号が、入力制御回路４２から入力された場合には（Ｓ１２:ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、ＣＣＤコントローラ１４から距離信号を取得して、映像信号処理部６３へピント位置信号を出力する（Ｓ１３〜Ｓ１５）。一方、マウス６の操作に対応する制御信号や、キーボード２のキー操作に対応する制御信号が、入力制御回路４２から入力されていない場合には（Ｓ１２:ＮＯ）、ＣＰＵ５１は、映像信号処理部６３へピント位置信号を出力しない。
【選択図】図５

Description

本発明は、ヘッドマウントディスプレイに関するものである。

従来より、利用者の頭部に装着されて、外界からの光線に画像を重畳させて投影表示するシースルー型のヘッドマウントディスプレイに関して種々提案されている。
例えば、対象物面にある対象物からヘッドマウントディスプレイまでの距離を測定モジュールで常に測定し、自動焦点調節装置によって画像が生成される画像面を対象物に重ね合わせて表示するよう焦点調節を行うように構成されたヘッドマウントディスプレイがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−２５２４２９号公報（段落（００３０）〜（００３９）、図１、図２）

しかしながら、上述した特許文献１に記載される構成のヘッドマウントディスプレイでは、例えば、横方向に顔が向いた等で、視点の方向が変更される場合には、対象物までの距離が常に変化する。このため、ユーザが画像調整時等の画像を注視している最中に、顔を動かしてしまった場合には、対象物までの距離の変化に合わせて画像の焦点距離が勝手に変わり、画像の焦点距離と眼の焦点距離とがずれてしまい、画像が一時的に視認困難となったり、画像の焦点距離の変動、つまり、画像の奥行方向の位置変動による不快感や疲労感が増大するという問題がある。

そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、ユーザが画像を注視する際の画像の視認性の向上を図ると共に、ユーザが画像を注視していないときの画像の焦点距離の変動を抑えて、ユーザの不快感や疲労感の低減化を図ることが可能とな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する。

前記目的を達成するため請求項１に係るヘッドマウントディスプレイは、ユーザの頭部に装着されて、外界からの光線に画像を重畳させて投影表示する表示手段を備えたヘッドマウントディスプレイにおいて、前記画像の表示態様を変更するように指示する変更指示を入力する入力手段と、外界の対象物までの距離を検出する距離検出手段と、前記距離検出手段によって検出された距離に基づいて前記画像の奥行方向の表示位置を調整する奥行位置調整手段と、前記変更指示の入力をトリガーとして、前記奥行位置調整手段を介して前記画像の奥行方向の表示位置を前記対象物までの距離に合わせるように制御する表示制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項２に係るヘッドマウントディスプレイは、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、前記変更指示は、前記画像を前記対象物までの距離に基づいて、拡大又は縮小させるように指示する画像変形指示を含むことを特徴とする。

また、請求項３に係るヘッドマウントディスプレイは、請求項１又は請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記変更指示は、前記画像の表示位置の変更を指示する表示位置変更指示を含むことを特徴とする。

更に、請求項４に係るヘッドマウントディスプレイは、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記画像上に表示する情報を入力する情報入力手段を備え、前記変更指示は、前記情報入力手段を介して入力された情報を前記画像上に表示するように指示する情報表示指示を含むことを特徴とする。

請求項１に係るヘッドマウントディスプレイでは、画像の表示態様を変更するように指示する変更指示の入力をトリガーとして、奥行位置調整手段を介して画像の奥行方向の表示位置を対象物までの距離に合わせるように制御するため、ユーザが入力手段を操作したときだけ、画像の奥行方向の表示位置を対象物までの距離に合わせるようにすることが可能となる。これにより、ユーザが画像を注視して作業するときだけ画像の焦点距離を対象物までの距離に合わせて画像の視認性の向上を図ると共に、画像調整等の作業中以外、つまり、画像を注視していないときの画像の焦点距離の変動を抑えて、ユーザの不快感や疲労感の低減化を図ることが可能となる。

また、請求項２に係るヘッドマウントディスプレイでは、画像の拡大や縮小を指示する画像変形指示が入力された場合に、画像を対象物までの距離に合わせて表示する。これにより、ユーザが画像を対象物に合わせて拡大又は縮小させようとする場合にだけ、奥行位置調整手段を駆動して、画像の変形作業を行う際の視認性の向上を図ると共に、画像の変形作業を行わないときの画像の焦点距離の変動を抑えて、ユーザの不快感や疲労感の低減化を図ることが可能となる。

また、請求項３に係るヘッドマウントディスプレイでは、画像の表示位置の変更、例えば、画像のドラッグ開始を指示する表示位置変更指示が入力された場合に、画像を対象物までの距離に合わせて表示する。これにより、ユーザが画像を対象物上や対象物の周辺に移動させようとする場合にだけ、奥行位置調整手段を駆動して、画像の移動作業を行う際の視認性の向上を図ると共に、画像の移動作業を行わないときの画像の焦点距離の変動を抑えて、ユーザの不快感や疲労感の低減化を図ることが可能となる。

更に、請求項４に係るヘッドマウントディスプレイでは、情報入力手段を介して入力された文字や記号等の情報を画像上に表示するように指示する情報表示指示が入力された場合に、画像を対象物までの距離に合わせて表示する。これにより、ユーザが画像上に表示する文字や記号等の情報を入力しようとする場合にだけ、奥行位置調整手段を駆動して、画像への情報入力作業を行う際の視認性の向上を図ると共に、画像への情報入力作業を行わないときの画像の焦点距離の変動を抑えて、ユーザの不快感や疲労感の低減化を図ることが可能となる。また、ユーザは、対象物までの距離に合わせて表示された画像を確認しながら、文字や記号等の情報を容易に入力して表示することが可能となる。

以下、本発明に係るヘッドマウントディスプレイについて具体化した一実施形態に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。

［ヘッドマウントディスプレイ１の概略構成］
先ず、本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ１の概略構成について図１及び図２に基づいて説明する。図１は本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ１がユーザ３に装着されている状態を示す図である。図２はヘッドマウントディスプレイ１の外観を示す平面図である。但し、図２においては、ＣＣＤカメラ１２を省略している。

尚、図１及び図２に示されるヘッドマウントディスプレイ１の外観は単なる一例であり、本発明は、当該外観を有するヘッドマウントディスプレイ１に限定されるものではない。また、以下の説明では、本発明を網膜走査ディスプレイに適用した実施形態について説明するが、本発明は、外界が視認可能な状態で、液晶素子や有機ＥＬ素子等を用いて画像表示を行う種々のヘッドマウントディスプレイに適用することができる。また、本発明は、光学シースルー型のヘッドマウントディスプレイのみならず、ビデオシースルー型のヘッドマウントディスプレイにも適用することができる。

図１に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１は、キーボード２から入力されたテキストデータや外部から入力された動画ファイル、静止画ファイル、文書ファイル等の各種コンテンツ情報を画像信号に変換し、この画像信号に応じて変調されたビーム光（以下、「画像光」という。）をユーザ３の少なくとも一方の眼の網膜上に走査させることにより、ユーザ３にコンテンツ情報に対応する画像（以下、「コンテンツ」という。）を視認させることができるように構成されている（図４参照）。

また、このヘッドマウントディスプレイ１は、コンテンツを表示している最中であっても、ユーザ３の視野の中で、そのコンテンツを表示している領域外では、外界の対象物５や風景等を視認できるように構成されている。即ち、このヘッドマウントディスプレイ１は、外光を透過しつつ、画像光をユーザ３の眼に投射するシースルー型のヘッドマウントディスプレイである。

また、ヘッドマウントディスプレイ１は、コンテンツをユーザ３の視野の中でマウス６の操作に従ってドラッグアンドドロップや拡大又は縮小等の変形表示をすることができるように構成されている（図４参照）。
そして、このヘッドマウントディスプレイ１は、画像光を出射する出射装置１１と、その出射装置１１に載置されてユーザ３の視野領域内の対象物５等を撮像するオートフォーカス機能付きのＣＣＤカメラ１２と、これらを支持する支持部材１３とから基本的に構成されている。

このオートフォーカス機能付きのＣＣＤカメラ１２は、ＣＣＤカメラ１２の全体を制御するＣＣＤコントローラ１４（図３参照）と、外界の明るさを検出する輝度センサ１５と、ＣＣＤカメラ１２の撮像領域を照らす照明手段としてのＬＥＤ（LightEmitting Diode）１６とを備えている。また、このＣＣＤカメラ１２は、レンズ１７に内蔵されて、このレンズ１７のフォーカシング機構部分の繰り出し位置、つまり、レンズ１７のピント位置を検出して、その検出信号をＣＣＤコントローラ１４に出力する距離エンコーダ１８（図３参照）を備えている。

そして、ＣＣＤコントローラ１４は、輝度センサ１５を介して外界の明るさが所定の明るさを下回ったことを検知したときには、ＬＥＤ１６を点灯してＣＣＤカメラ１２の撮像領域を照らすように駆動制御する。また、後述のように、ＣＣＤコントローラ１４は、距離エンコーダ１８から入力されたピント位置の検出信号を対象物５までの距離信号に変換する。

また、図２に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１は、出射装置１１からコンテンツに応じて出射される画像光Ｚ１を導くと共に、その画像光Ｚ１をユーザ３の眼に向かって反射させるプリズム２１を備えている。また、このプリズム２１は、不図示のビームスプリッタ部を備えており、外界からの外光Ｚ２を透過させ、ユーザ３の眼に導く。このように、プリズム２１は、ユーザ３の側方から入射された画像光Ｚ１をユーザ３の眼に入射させると共に、外界からの外光Ｚ２をユーザの眼に入射させる光学系であるため、ユーザはコンテンツを外界の風景に重畳させて視認することができる。

尚、プリズム２１に代えてハーフミラーを用いることもできる。すなわち、ハーフミラーは、出射装置１１からの画像光Ｚ１を反射してユーザ３の眼に入射させると共に、外光Ｚ２を透過してユーザ３の眼に入射させるのである。

［ヘッドマウントディスプレイ１の電気的構成］
次に、ヘッドマウントディスプレイ１の電気的構成について図３に基づいて説明する。図３はヘッドマウントディスプレイ１の電気的構成を示すブロック図である。

図３に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１は、画像光を出射する出射装置１１と、各種操作やデータの入力を行うための入力部３１と、対象物５までの距離を検出するための距離検出部３２と、外部からのコンテンツ情報が入力される外部接続部３３と、出射装置１１によって表示するコンテンツやテキスト等のイメージデータを格納するビデオＲＡＭ３４と、出射装置１１によって表示するテキストのフォントデータを格納するフォントＲＯＭ３５と、ヘッドマウントディスプレイ１の全体を制御する制御部３６と、電源部３７等とから構成されている。尚、出射装置１１の詳細については、図４に基づいて後述する。

入力部３１は、各種機能キー等からなる操作ボタン群４１と、マウス６と、キーボード２と、入力制御回路４２とから構成されている。この入力制御回路４２は、操作ボタン群４１やキーボード２のキー操作がされたことを検出して、操作されたキーに対応する制御信号を制御部３６に出力すると共に、マウス６の移動やマウスボタンの操作に対応する制御信号を制御部３６に出力する。

また、距離検出部３２は、距離エンコーダ１８とＣＣＤコントローラ１４とから構成され、ＣＣＤコントローラ１４は、ＣＰＵ５１の指示により距離エンコーダ１８から入力されたＣＣＤカメラ１２のピント位置の検出信号を対象物５までの距離信号に変換して制御部３６に出力する。

また、外部接続部３３は、外部機器（例えば、パーソナルコンピュータである。）に接続されてコンテンツ情報を取得する外部接続モジュール４５と、外部接続制御回路４６とから構成されている。そして、外部接続制御回路４６は外部接続モジュール４５から入力されたコンテンツ情報を制御部３６に出力し、当該コンテンツ情報はフラッシュメモリ５２に記憶される。

また、制御部３６は、ＣＰＵ５１、フラッシュメモリ５２、ＲＡＭ５３等とから構成され、これらは不図示のバス線により相互に接続されて、相互にデータのやり取りが行われる。
また、ＣＰＵ５１は、ヘッドマウントディスプレイ１の全体を制御し、ヘッドマウントディスプレイ１の動作に関する全てのデータを管理する演算処理装置である。また、ＣＰＵ５１は、各種コンテンツ情報を画像信号に変換し、また、キーボード２から入力されたテキストデータをフォントＲＯＭ３５に記憶されたフォントデータに基づいて画像信号に変換してビデオＲＡＭ３４に記憶する。また、ＣＰＵ５１は、後述のように、ＣＣＤコントローラ１４から入力された距離信号に基づいてピント位置を指示するピント位置信号を出射装置１１の映像信号処理部６３へ出力する。

また、フラッシュメモリ５２は、ヘッドマウントディスプレイ１により表示するコンテンツの再生、停止、ピント位置調整等の表示制御を行う際に、出射装置１１を駆動制御するための制御処理プログラムや、キーボード２から入力されたテキストデータ等を表示する表示処理プログラム等、ＣＰＵ５１によって実行される各種プログラムを記憶している。また、フラッシュメモリ５２には、外部接続制御回路４６から入力されたコンテンツ情報等が記憶される。また、ＲＡＭ５３は、ＣＰＵ５１が種々の制御を実行する際に、各種データを一時的に記憶するものである。

また、ビデオＲＡＭ３４は、画像信号を一時的に記憶する。そして、このビデオＲＡＭ３４に記憶された画像信号は、出射装置１１の映像信号処理部６３に出力されて、コンテンツとしてユーザの網膜に投影される。従って、ＣＰＵ５１は、コンテンツ情報をフラッシュメモリ５２から読み出し、読み出したコンテンツ情報を画像信号に変換してビデオＲＡＭ３４に書き込むことによって、表示するコンテンツを制御することができる。また、ＣＰＵ５１は、キーボード２から入力されたテキストデータ等を画像信号に変換してビデオＲＡＭ３４に書き込むことによって、表示するテキストデータ等を制御することができる。

また、電源部３７は、ヘッドマウントディスプレイ１を駆動させるための電源となる電池５６と、電池５６の電力をヘッドマウントディスプレイ１に供給すると共に、充電用アダプタ（図示せず）から供給される電力を電池５６へ供給して電池５６の充電を行う充電制御回路５７とを備えている。

［出射装置１１の電気的及び光学的構成］
次に、出射装置１１の電気的及び光学的構成について図３及び図４に基づいて説明する。図４は出射装置１１の電気的構成及び光学的構成を示すブロック図である。
図３及び図４に示すように、出射装置１１には、ビデオＲＡＭ３４から入力される画像信号に基づいて、画像光を生成すると共に、ＣＰＵ５１から入力されたピント位置信号に基づいて奥行方向のピント合わせ、つまり、コンテンツのピント位置の調整を行うための制御信号１１５を出力する光源ユニット部６１が設けられている。

また、光源ユニット部６１には、ビデオＲＡＭ３４から画像信号が入力されると共に、ＣＰＵ５１からピント位置信号が入力されて、この画像信号に応じた映像を合成するための要素となる各信号やピント位置信号に応じた信号を発生する映像信号処理部６３が設けられ、この映像信号処理部６３から、各画素毎の青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の各出力制御信号６５Ａ〜６５Ｃ、水平同期信号６６、垂直同期信号６７、及び奥行信号６８が出力される。

また、光源ユニット部６１には、映像信号処理部６３からドットクロック毎に出力される３つの出力制御信号６５Ａ〜６５Ｃをそれぞれ画像光にする画像光出力部として機能する光源部７１と、これらの３つの画像光を１つの画像光に結合して任意の画像光を生成するための光合成部７２とを備えている。

光源部７１は、青色の画像光を発生させるＢレーザ７４及び出力制御信号６５Ａに従ってＢレーザ７４を駆動するＢレーザドライバ７５と、緑色の画像光を発生させるＧレーザ７６及び出力制御信号６５Ｂに従ってＧレーザ７６を駆動するＧレーザドライバ７７と、赤色の画像光を発生させるＲレーザ７８及び出力制御信号６５Ｃに従ってＲレーザ７８を駆動するＲレーザドライバ７９とを備えている。

尚、Ｂレーザ７４、Ｇレーザ７６、Ｒレーザ７８は、例えば、半導体レーザや高調波発生機構付き固体レーザとして構成することが可能である。なお、半導体レーザを用いる場合は駆動電流を直接変調して、画像光の強度変調を行うことができるが、固体レーザを用いる場合は、各レーザそれぞれに外部変調器を備えて画像光の強度変調を行う必要がある。

また、光合成部７２は、光源部７１から入射する３つの画像光をそれぞれ平行光にコリメートするように設けられた各コリメート光学系８１、８２、８３と、このコリメートされた３つの画像光を合成するための各ダイクロイックミラー８４、８５、８６と、合成された画像光を光ファイバ８８に導く結合光学系８７とを備えている。

そして、各レーザ７４、７６、７８から出射したレーザ光は、各コリメート光学系８１、８２、８３によってそれぞれ平行化された後に、各ダイクロイックミラー８４、８５、８６に入射される。その後、これらのダイクロイックミラー８４、８５、８６により、各画像光が波長に関して選択的に反射・透過されて結合光学系８７に達し、集光されて光ファイバ８８へ出力される。

また、出射装置１１には、光源ユニット部６１で生成され、光ファイバ８８を介して出射される画像光を平行光にコリメートするコリメート光学系８９と、コリメートされた画像光の波面曲率を変調するための波面曲率変調部９１と、変調された画像光を水平方向に往復走査する水平走査部９２と、水平走査部９２によって水平方向に往復走査された画像光を垂直方向に走査する垂直走査部９３と、水平走査部９２と垂直走査部９３との間に設けられたリレー光学系９４と、このように水平方向と垂直方向に走査（２次元的に走査）された画像光をユーザ３の瞳孔９５へ出射するためのリレー光学系９６とが設けられている。また、プリズム２１は、リレー光学系９６とユーザ３の瞳孔９５との間に配置され、出射装置１１から出射された画像光を全反射させる等してユーザ３の瞳孔９５に導くこととなる。

また、水平走査部９２には、画像光を水平方向に走査するための反射面１０１Ａを有する共振型偏向素子１０１と、映像信号処理部６３から入力された水平同期信号６６に基づいて、この共振型偏向素子１０１を共振駆動して反射面１０１Ａを揺動させるように駆動制御する水平走査制御回路１０２とが設けられている。

また、垂直走査部９３には、画像光を垂直方向に走査するための反射面１０３Ａを有する偏向素子１０３と、映像信号処理部６３から入力された垂直同期信号６７に基づいて、この偏向素子１０３を駆動して反射面１０３Ａを揺動させるように駆動制御する垂直走査制御回路１０４とが設けられている。

また、共振型偏向素子１０１によって水平方向に走査された光は、水平走査部９２と垂直走査部９３との間に設けられたリレー光学系９４によって偏向素子１０３の反射面１０３Ａに入射し、偏向素子１０３によって垂直方向に走査されて、２次元的に走査された走査画像光として、リレー光学系９６へ出射される。また、リレー光学系９６は、垂直走査部８０から出射された表示用の走査画像光を、それぞれほぼ平行な画像光に変換すると共に、これらの画像光の中心線をユーザ３の瞳孔９５に入射するように変換する。

尚、水平走査部９２と垂直走査部９３との配置を入れ替え、光ファイバ８８から入射された画像光を、垂直走査部９３によって垂直方向に走査した後、水平走査部９２で水平方向に走査するようにしてもよい。

また、波面曲率変調部９１には、入射した画像光を透過光と、透過光の垂直方向に反射された反射光とに分離するビームスプリッタ１０８と、ビームスプリッタ１０８に反射されたレーザ光を収束する凸レンズ１０９と、凸レンズ１０９に収束されたレーザ光を入射方向に反射する、可動可能な可動ミラー１１０と、可動ミラー１１０を駆動して画像光の波面曲率を変調する波面曲率変調器１１１とが設けられている。

また、可動ミラー１１０は、例えばガラス等の透過性の板材の表面に金属膜の鏡面コートを施した反射面を有するミラー１１０Ａと、例えば圧電型のピエゾ素子を積層した圧電アクチュエータ（図示せず）とで構成される。また、圧電アクチュエータは、波面曲率変調器１１１からの駆動電圧が印加されることで駆動され、圧電アクチュエータに固定したミラー１１０Ａと凸レンズ１０９との位置関係が変動されるようになっており、これにより画像光の波面曲率（拡がり具合）が変わるため、ユーザ３が視認するコンテンツの奥行き方向の表示位置を調整することができる。

また、光源ユニット部６１には、映像信号処理部６３から奥行信号６８が入力される波面曲率駆動回路１１３が設けられている。そして、波面曲率駆動回路１１３は、入力された奥行信号６８に基づいて、可動ミラー１１０の圧電アクチュエータを駆動制御する制御信号１１５を波面曲率変調器１１１に出力する。これにより、波面曲率変調器１１１は、波面曲率駆動回路１１３から入力された制御信号１１５に従って可動ミラー１１０の圧電アクチュエータを駆動制御し、ユーザ３が視認するコンテンツの奥行き方向の表示位置が調整される。

また、ビームスプリッタ１０８は、斜面に誘電体多層膜の施された直角プリズム２つが張り合わされたキューブ状の形状を成しており、その斜面において、入射光の光量の約５０％を直角方向に反射し、約５０％を透過するようになっている。

［ピント位置調整処理］
次に、上記のように構成されたヘッドマウントディスプレイ１のＣＰＵ５１によって実行される処理であって、ユーザ３のマウス６やキーボード２の操作をトリガーとして、出射装置１１によって表示されるコンテンツのピント位置を対象物５に合わせて調整するピント位置調整処理について図５乃至図１１に基づいて説明する。

図５はユーザ３のマウス６やキーボード２の操作をトリガーとして、出射装置１１によって表示されるコンテンツのピント位置を対象物５に合わせて調整するピント位置調整処理を示すフローチャートである。尚、図５にフローチャートで示されるプログラムは、制御部３６のフラッシュメモリ５２に記憶され、操作ボタン群４１に含まれる表示開始ボタン（不図示）の操作に対応する制御信号が、入力制御回路４２から制御部３６に入力された場合に、ＣＰＵ５１によって実行される。

図５に示すように、先ず、ステップ（以下、Ｓと略記する）１１において、ＣＰＵ５１は、外部接続制御回路４６から入力されてフラッシュメモリ５２に記憶したコンテンツ情報がある場合には、当該コンテンツ情報を読み出して画像信号に変換してビデオＲＡＭ３４に記憶する。また、ＣＰＵ５１は、キーボード２からテキストデータが入力された場合には、このテキストデータをフォントＲＯＭ３５に記憶されたフォントデータに基づいて画像信号に変換してビデオＲＡＭ３４に記憶する。これにより、ビデオＲＡＭ３４から映像信号処理部６３へ画像信号が入力されて、当該コンテンツ情報やテキストデータに対応するコンテンツ（画像）が出射装置１１を介して表示される。

尚、ＣＰＵ５１は、マウス６の移動やマウスボタンの操作に対応する制御信号や、キーボード２のキー操作に対応する制御信号が、入力制御回路４２から入力されない場合には、コンテンツの奥行方向の表示位置、つまり、ピント位置を指示するピント位置信号を出力しない。このため、出射装置１１の映像信号処理部６３は、波面曲率駆動回路１１３に対して奥行信号６８を出力しない。

また、波面曲率駆動回路１１３は奥行信号６８が入力されないため、波面曲率変調器１１１に対して可動ミラー１１０の圧電アクチュエータを駆動制御する制御信号１１５を出力しない。このため、波面曲率変調部９１の可動ミラー１１０を構成する圧電アクチュエータの駆動が停止する。従って、出射装置１１によって表示されるコンテンツのピント位置は、デフォルト位置、つまり、波面曲率変調部９１の可動ミラー１１０を構成する圧電アクチュエータを駆動していない初期状態のピント位置となる。

続いて、Ｓ１２において、ＣＰＵ５１は、ユーザ３がマウス６の操作や、キーボード２のキー操作を行ったか否かを判定する判定処理を実行する。
具体的には、ＣＰＵ５１は、マウス６の移動操作、マウスボタンのクリック操作や、マウスボタンを押下した状態でマウス６を移動させる拡大又は縮小操作やドラッグ操作等に対応する制御信号や、キーボード２のキー操作に対応する制御信号が、入力制御回路４２から入力されたか否かを判定する判定処理を実行する。

そして、マウス６の移動操作、マウスボタンのクリック操作や、マウスボタンを押下した状態でマウス６を移動させる拡大又は縮小操作やドラッグ操作等に対応する制御信号や、キーボード２のキー操作に対応する制御信号が、入力制御回路４２から入力されていない場合には（Ｓ１２:ＮＯ）、ＣＰＵ５１は、再度、Ｓ１１以降の処理を実行する。

一方、マウス６の移動操作、マウスボタンのクリック操作や、マウスボタンを押下した状態でマウス６を移動させる拡大又は縮小操作やドラッグ操作等に対応する制御信号や、キーボード２のキー操作に対応する制御信号が、入力制御回路４２から入力された場合には（Ｓ１２:ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、Ｓ１３の処理に移行する。

Ｓ１３において、ＣＰＵ５１は、ＣＣＤコントローラ１４に対して、距離エンコーダ１８から入力されたピント位置の検出信号を対象物５までの距離信号に変換して制御部３６へ出力するように指示する指示コマンドを出力する。つまり、ＣＰＵ５１は、ユーザ３が現在、見ている対象物５までの距離測定を行う。

そして、Ｓ１４において、ＣＰＵ５１は、ＣＣＤコントローラ１４から入力された対象物５までの距離を表す距離信号をＲＡＭ５３に記憶する。
その後、Ｓ１５において、ＣＰＵ５１は、対象物５までの距離を表す距離信号をＲＡＭ５３から読み出し、この距離信号に基づいてコンテンツの奥行方向の表示位置、つまり、ピント位置を算出し、このピント位置をピント位置信号に変換して映像信号処理部６３へ出力する。

これにより、出射装置１１の映像信号処理部６３は、波面曲率駆動回路１１３に対してＣＰＵ５１から入力されたピント位置信号に対応する奥行信号６８を出力する。また、波面曲率駆動回路１１３は、入力された奥行信号６８に基づいて、可動ミラー１１０の圧電アクチュエータを駆動制御する制御信号１１５を波面曲率変調器１１１に出力する。このため、波面曲率変調器１１１は、波面曲率駆動回路１１３から入力された制御信号１１５に従って可動ミラー１１０の圧電アクチュエータを駆動制御し、ユーザ３が視認するコンテンツの奥行き方向の表示位置を対象物５までの距離に合うように調整する。

続いて、Ｓ１６において、ＣＰＵ５１は、ユーザ３がマウス６の操作や、キーボード２のキー操作を終了したか否かを判定する判定処理を実行する。
具体的には、ＣＰＵ５１は、マウス６の移動操作、マウスボタンのクリック操作や、マウスボタンを押下した状態でマウス６を移動させるドラッグ操作等に対応する制御信号や、キーボード２のキー操作に対応する制御信号が、入力制御回路４２から入力されなくなってから所定時間（例えば、約５分間である。）経過した場合に、ユーザ３がマウス６の操作や、キーボード２のキー操作を終了したと判定する。

そして、ユーザ３がマウス６の操作や、キーボード２のキー操作を終了していない、つまり、ユーザ３がマウス６の操作や、キーボード２のキー操作を続行していると判定した場合には（Ｓ１６:ＮＯ）、ＣＰＵ５１は、Ｓ１７の処理に移行する。Ｓ１７において、ＣＰＵ５１は、フラッシュメモリ５２に記憶されるポインタの画像データを画像信号に変換して、ビデオＲＡＭ３４に記憶されている画像信号に追加する、つまり、コンテンツ（画像）上にポインタを表示する。

そして、ＣＰＵ５１は、入力制御回路４２から入力されるマウス６の操作やキーボード２の操作に対応する制御信号に従って、ビデオＲＡＭ３４に記憶されるコンテンツ（画像）の画像信号を、拡大、縮小、移動等させた画像信号や、テキストや記号等を追加、削除等した画像信号に変換する。つまり、ＣＰＵ５１は、入力制御回路４２から入力されるマウス６の操作やキーボード２の操作に対応する制御信号に従って、コンテンツ（画像）を拡大、縮小、移動させて表示し、また、コンテンツ（画像）上のテキストや記号等を追加、削除して表示する。その後、ＣＰＵ５１は、再度Ｓ１３以降の処理を実行する。

ここで、四角枠１２２内に「ＢＯＸ」の文字が書かれたコンテンツ（画像）１２１を拡大表示、縮小表示及び移動表示する一例を図１、図６乃至図８に基づいて説明する。
図６は波面曲率変調部９１の可動ミラー１１０が駆動されていない状態で、コンテンツ（画像）１２１を表示した一例を示す図である。図７は図６に示すコンテンツ（画像）１２１のピント位置を対象物５に合わせて表示した一例を示す図である。図８は図７に示すコンテンツ（画像）１２１を拡大後、ドラッグした状態の一例を示す図である。

図１に示すように、ユーザ３が箱体状の対象物５を見ている際に、ＣＰＵ５１は、外部接続制御回路４６から入力されたコンテンツ情報に対応した四角枠１２２内に「ＢＯＸ」の文字が書かれたコンテンツ（画像）１２１を表示する。また、図６に示すように、この場合には、波面曲率変調部９１の可動ミラー１１０が駆動されていないため、つまり、ピント位置がデフォルト位置に設定されるため、当該対象物５までの距離と、コンテンツ１２１の奥行方向の表示位置、つまり、ピント位置とが合わず、コンテンツ１２１がピンぼけの状態で視認される。

そして、図７に示すように、マウス６の移動操作、マウスボタンのクリック操作に対応する制御信号や、キーボード２のキー操作に対応する制御信号が、入力制御回路４２から入力された場合には、ＣＰＵ５１は、ＣＣＤコントローラ１４から取得した距離信号に基づいてピント位置信号を映像信号処理部６３へ出力するため、コンテンツ１２１のピント位置が対象物５までの距離に合わされた状態で表示される。また、ＣＰＵ５１は、コンテンツ１２１上にポインタ１２３を表示する。つまり、ユーザ３はコンテンツ１２１とポインタ１２３とをクリアな状態で視認できる。

また、ユーザ３がマウス６を操作してポインタ１２３の先端部を四角枠１２２の四辺のいずれかの辺上に移動後、マウスボタンを押下した状態で、マウス６を操作して当該ポインタ１２３を当該辺に直交するように横方向又は縦方向へ移動させた場合には、ＣＰＵ５１は、ポインタ１２３の先端部が位置する辺が、ポインタ１２３の移動方向へ移動するように、四角枠１２２をポインタ１２３の移動方向に合わせて横方向又は縦方向に拡大表示、又は、縮小表示する。従って、ユーザ３は、マウス６を操作してコンテンツ１２１を横方向又は縦方向に拡大又は縮小することができる。

また、ユーザ３がマウス６を操作してポインタ１２３の先端部を四角枠１２２の四隅のいずれかの角部に移動後、マウスボタンを押下した状態で、当該マウス６を操作して当該ポインタ１２３を四角枠１２２の対角線方向外側又は対角線方向内側へ移動させた場合には、ＣＰＵ５１は、四角枠１２２のポインタ１２３の先端部が位置する角部が、ポインタ１２３の先端部の移動位置に移動するように、コンテンツ１２１の全体を拡大表示又は縮小表示する。従って、ユーザ３は、マウス６を操作してコンテンツ１２１を拡大又は縮小することができる。

また、図８に示すように、ユーザ３がマウス６を操作してポインタ１２３を拡大されたコンテンツ１２１上に移動させて、マウスボタンを押下した状態で、当該マウス６を移動させた場合には、ＣＰＵ５１は、拡大されたコンテンツ１２１をポインタ１２３の移動に合わせて移動表示する。従って、ユーザ３は、マウス６を操作してコンテンツ１２１をドラッグすることができる。

また、四角枠１３２内に「Ｂ」の文字が書かれたコンテンツ（画像）１３１上にテキストデータを追加表示する一例を図１、図９乃至図１１に基づいて説明する。
図９は波面曲率変調部９１の可動ミラー１１０が駆動されていない状態で、コンテンツ（画像）１３１を表示した一例を示す図である。図１０は図９に示すコンテンツ（画像）１３１のピント位置を対象物５に合わせてカーソルを表示した一例を示す図である。図１１は図１０に示すコンテンツ（画像）１３１にテキストを追加した状態の一例を示す図である。

図１に示すように、ユーザ３が箱体状の対象物５を見ている際に、ＣＰＵ５１は、外部接続制御回路４６から入力されたコンテンツ情報に対応した四角枠１３２内に「Ｂ」の文字が書かれたコンテンツ（画像）１３１を表示する。また、図９に示すように、この場合には、波面曲率変調部９１の可動ミラー１１０が駆動されていないため、つまり、ピント位置がデフォルト位置に設定されるため、当該対象物５までの距離と、コンテンツ１３１の奥行方向の表示位置、つまり、ピント位置とが合わず、コンテンツ１３１がピンぼけの状態で視認される。

そして、図９に示すように、マウス６の移動操作、マウスボタンのクリック操作に対応する制御信号や、キーボード２のキー操作に対応する制御信号が、入力制御回路４２から入力された場合には、ＣＰＵ５１は、ＣＣＤコントローラ１４から取得した距離信号に基づいてピント位置信号を映像信号処理部６３へ出力するため、コンテンツ１３１のピント位置が対象物５までの距離に合わされた状態で表示される。また、ＣＰＵ５１は、コンテンツ１３１上にポインタ１３３を表示する。つまり、ユーザ３はコンテンツ１３１とポインタ１３３とをクリアな状態で視認できる。

また、ユーザ３がマウス６を操作してポインタ１３３の先端部をテキスト「Ｂ」の右端部に移動させてマウスボタンをクリックした場合には、ＣＰＵ５１は、テキスト「Ｂ」の右横にカーソル１３４を点滅表示する。従って、ユーザ３は、キーボード２のキー操作によって、テキスト「Ｂ」の右側に文字入力が可能になったことを視認できる。

その後、図１１に示すように、ＣＰＵ５１は、キーボード２の「Ｏ」と「Ｘ」のキー操作に対応する制御信号が、入力制御回路４２から入力された場合には、コンテンツ１３１のテキスト「Ｂ」の右側に下線のあるテキスト「Ｏ」と「Ｘ」を表示し、各テキスト「Ｏ」と「Ｘ」とが未確定テキストである旨を表すと共に、下線のあるテキスト「Ｘ」の右横にカーソル１３４を点滅表示する。尚、テキスト「Ｏ」と「Ｘ」に替えて、キーボード２を介して記号（例えば、「＊」や「−」等である。）を入力してもよい。

そして、ＣＰＵ５１は、キーボード２のリターンキーの操作に対応する制御信号が、入力制御回路４２から入力された場合には、四角枠１３２内に「ＢＯＸ」の文字が書かれたコンテンツ１３１を表示する。従って、ユーザ３は、キーボード２のキー操作によって、「ＢＯＸ」の文字が書かれたコンテンツ１３１を表示することができる。

一方、図５に示すように、上記Ｓ１６において、ユーザ３がマウス６の操作や、キーボード２のキー操作を終了したと判定した場合には（Ｓ１６:ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、Ｓ１８の処理に移行する。つまり、マウス６の移動操作、マウスボタンのクリック操作や、マウスボタンを押下した状態でマウス６を移動させるドラッグ操作等に対応する制御信号や、キーボード２のキー操作に対応する制御信号が、入力制御回路４２から入力されなくなってから所定時間（例えば、約５分間である。）経過した場合には（Ｓ１６:ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、Ｓ１８の処理に移行する。

Ｓ１８において、ＣＰＵ５１は、ピント位置信号の映像信号処理部６３への出力を停止する。これにより、出射装置１１の映像信号処理部６３は、ピント位置信号が入力されないため、波面曲率駆動回路１１３に対して奥行信号６８の出力を停止する。また、波面曲率駆動回路１１３は奥行信号６８が入力されないため、波面曲率変調器１１１に対して可動ミラー１１０の圧電アクチュエータを駆動制御する制御信号１１５の出力を停止する。このため、波面曲率変調部９１の可動ミラー１１０を構成する圧電アクチュエータの駆動が停止する。従って、出射装置１１によって表示されるコンテンツのピント位置は、デフォルト位置、つまり、波面曲率変調部９１の可動ミラー１１０を構成する圧電アクチュエータを駆動していない初期状態のピント位置となる。

その後、Ｓ１９において、ＣＰＵ５１は、操作ボタン群４１に含まれる表示終了ボタン（不図示）の操作に対応する制御信号が、入力制御回路４２から入力されたか否か、つまり、出射装置１１によるコンテンツ（画像）の表示を終了するように指示する指示信号が入力されたか否かを判定する判定処理を実行する。

そして、操作ボタン群４１に含まれる表示終了ボタンの操作に対応する制御信号が、入力制御回路４２から入力されていない場合には（Ｓ１９:ＮＯ）、ＣＰＵ５１は、再度、Ｓ１１以降の処理を実行する。
一方、操作ボタン群４１に含まれる表示終了ボタンの操作に対応する制御信号が、入力制御回路４２から入力された場合には（Ｓ１９:ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、ビデオＲＡＭ３４を初期化後、つまり、出射装置１１によるコンテンツ（画像）の表示を終了後、当該処理を終了する。

以上説明した通り、本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ１では、ＣＰＵ５１は、マウス６の操作に対応する制御信号や、キーボード２のキー操作に対応する制御信号が、入力制御回路４２から入力されたことをトリガーとして、ピント位置信号を映像信号処理部６３へ出力し、波面曲率変調器１１１を介して可動ミラー１１０の圧電アクチュエータを駆動する。このため、ＣＰＵ５１は、ユーザ３がマウス６の操作や、キーボード２のキー操作を行ったときだけ、可動ミラー１１０の圧電アクチュエータを駆動して、コンテンツ（画像）を対象物５までの距離に合わせて表示することが可能となる。

これにより、ユーザ３がコンテンツ(画像)を注視して、マウス６の操作やキーボード２のキー操作によりコンテンツの拡大・縮小、移動やテキスト入力等を行うときだけ、当該コンテンツ(画像）のピント位置を対象物５までの距離に合わせて表示し、コンテンツの視認性の向上を図ることができる。また、ユーザ３がマウス６やキーボード２のキー操作を行わないとき、つまり、コンテンツ(画像)を注視していないときは、当該コンテンツ(画像）のピント位置をデフォルト位置にして、コンテンツ(画像)のピント位置の変動を抑えて、ユーザ３の不快感や疲労感の低減化を図ることが可能となる。

また、ユーザ３がキーボード２を介して表示されたコンテンツ（画像）上にテキストや記号等を入力しようとする場合には、ＣＰＵ５１は、コンテンツ（画像）を対象物５までの距離に合わせて表示する。これにより、ユーザ３は対象物５までの距離に合わせて表示されたコンテンツ（画像）を確認しながら、文字や記号等を容易に入力して表示することが可能となる。

更に、ＣＰＵ５１は、ユーザ３がマウス６の操作やキーボード２のキー操作を行ったときだけ、可動ミラー１１０の圧電アクチュエータを駆動するため、可動ミラー１１０の圧電アクチュエータの不必要な駆動を防止して、電力消費量の削減化を図り、電池５６の電池寿命の長期化を図り、電池交換若しくは電池５６の充電による作業の中断を防止することが可能となる。

尚、本発明は前記実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。

例えば、操作ボタン群４１に、コンテンツ(画像）を拡大・縮小する拡大・縮小ボタン、コンテンツを上下方向や左右方向へ移動させる上方向、下方向、左方向、右方向の各移動ボタンや、コンテンツにテキストや記号等を入力する文字入力キー等を含むように構成してもよい。
この場合には、上記Ｓ１２において、ＣＰＵ５１は、ユーザ３が操作ボタン群４１の拡大・縮小ボタン、上下左右方向の各移動ボタン、文字入力キー等の操作に対応する制御信号が、入力制御回路４２から入力されたか否かを判定する判定処理を実行するようにしてもよい。

そして、操作ボタン群４１の拡大・縮小ボタン、上下左右方向の各移動ボタン、文字入力キー等の操作に対応する制御信号が、入力制御回路４２から入力されていない場合には（Ｓ１２:ＮＯ）、ＣＰＵ５１は、再度、Ｓ１１以降の処理を実行するようにしてもよい。
一方、操作ボタン群４１の拡大・縮小ボタン、上下左右方向の各移動ボタン、文字入力キー等の操作に対応する制御信号が、入力制御回路４２から入力された場合には、ＣＰＵ５１は、ユーザが所定の操作を開始したと判定するようにしてもよい(Ｓ１２：ＹＥＳ)。

また、上記Ｓ１６において、ＣＰＵ５１は、操作ボタン群４１の拡大・縮小ボタン、上下左右方向の各移動ボタン、文字入力キー等の操作に対応する制御信号が、入力制御回路４２から入力されなくなってから所定時間（例えば、約５分間である。）経過した場合に、ユーザ３が所定の操作を終了したと判定するようにしてもよい(Ｓ１６：ＹＥＳ)。
これにより、マウス６やキーボード２が不要となる。

本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイがユーザに装着されている状態を示す図である。 ヘッドマウントディスプレイの外観を示す平面図である。 ヘッドマウントディスプレイの電気的構成を示すブロック図である。 出射装置の電気的構成及び光学的構成を示すブロック図である。 出射装置によって表示されるコンテンツのピント位置を対象物に合わせて調整するピント位置調整処理を示すフローチャートである。 波面曲率変調部の可動ミラーが駆動されていない状態で、コンテンツ（画像）を表示した一例を示す図である。 図６に示すコンテンツ（画像）のピント位置を対象物に合わせて表示した一例を示す図である。 図７に示すコンテンツ（画像）を拡大後、ドラッグした状態の一例を示す図である。 波面曲率変調部の可動ミラーが駆動されていない状態で、コンテンツ（画像）を表示した一例を示す図である。 図９に示すコンテンツ（画像）のピント位置を対象物に合わせてカーソルを表示した一例を示す図である。 図１０に示すコンテンツ（画像）にテキストを追加した状態の一例を示す図である。

符号の説明

１ ヘッドマウントディスプレイ
２ キーボード
６ マウス
１１ 出射装置
１２ ＣＣＤカメラ
１４ ＣＣＤコントローラ
１８ 距離エンコーダ
３４ ビデオＲＡＭ
５１ ＣＰＵ
５２ フラッシュメモリ
５３ ＲＡＭ
６３ 映像信号処理部
９１ 波面曲率変調部

Claims (4)

1. ユーザの頭部に装着されて、外界からの光線に画像を重畳させて投影表示する表示手段を備えたヘッドマウントディスプレイにおいて、
   前記画像の表示態様を変更するように指示する変更指示を入力する入力手段と、
   外界の対象物までの距離を検出する距離検出手段と、
   前記距離検出手段によって検出された距離に基づいて前記画像の奥行方向の表示位置を調整する奥行位置調整手段と、
   前記変更指示の入力をトリガーとして、前記奥行位置調整手段を介して前記画像の奥行方向の表示位置を前記対象物までの距離に合わせるように制御する表示制御手段と、
   を備えたことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
2. 前記変更指示は、前記画像を拡大又は縮小させるように指示する画像変形指示を含む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。
3. 前記変更指示は、前記画像の表示位置の変更を指示する表示位置変更指示を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
4. 前記画像上に表示する情報を入力する情報入力手段を備え、
   前記変更指示は、前記情報入力手段を介して入力された情報を前記画像上に表示するように指示する情報表示指示を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。

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