JP2014241523A - 頭部装着型表示装置および頭部装着型表示装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】頭部装着型表示装置を構成する部材を機械的に移動させることなく、使用者が視認する虚像における画像の焦点距離を変更可能とする。【解決手段】頭部装着型表示装置は、画像を表す画像光を生成し射出する一対の表示駆動部と、表示駆動部の射出領域から画像光を射出させるように表示駆動部を制御する画像処理部とを備える。画像処理部は、使用者が視認する虚像における画像の焦点距離を変更するために、一方の表示駆動部から射出された画像光により形成される像と、他方の表示駆動部から射出された画像光により形成される像と、が互いに連動して近づく第１の方向と、一方の表示駆動部から射出された画像光により形成される像と、他方の表示駆動部から射出された画像光により形成される像と、が互いに連動して遠ざかる第２の方向と、のいずれか一方に、射出領域を移動させるように、一対の表示駆動部を制御する。【選択図】図８

Description

本発明は、頭部装着型表示装置に関する。

頭部に装着する表示装置である頭部装着型表示装置（ヘッドマウントディスプレイ（Head Mounted Display、ＨＭＤ））が知られている。頭部装着型表示装置は、例えば、液晶ディスプレイと光源とを利用して画像を表す画像光を生成し、生成された画像光を投写光学系や導光板等を利用して使用者の眼に導くことにより、使用者に虚像を認識させる。

特許文献１には、このような頭部装着型表示装置において、使用者の焦点に合わせた距離での虚像の表示を可能とする技術が記載されている。特許文献１に記載の技術では、センサーが使用者の左右の眼の視線を検知し、虚像距離制御手段は、検知した視線方向に応じて、使用者の左右の眼に対応する表示パネルを移動制御する。このようにして、特許文献１に記載された技術では、使用者が視認する虚像における画像の焦点距離を変更することができる。

特開平１０−２６２１６５号公報

特許文献１に記載された技術では、使用者の左右の眼に対応する表示パネルを機械的に移動させることで、画像の焦点距離の変更を実現している。このため、表示パネルを移動させるための構成が必要となり、頭部装着型表示装置の大型化、重量の増加、コストアップに繋がるという課題があった。このため、頭部装着型表示装置を構成する部材を機械的に移動させることなく、使用者が視認する虚像における画像の焦点距離を変更可能な技術が望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、使用者が虚像と外景を同時に視認可能な頭部装着型表示装置が提供される。この頭部装着型表示装置は；画像を表す画像光を生成し射出する一対の表示駆動部と；前記表示駆動部の射出領域から前記画像光を射出させるように前記表示駆動部を制御する画像処理部と、を備え；前記画像処理部は；使用者が視認する虚像における画像の焦点距離を変更するために；一方の前記表示駆動部から射出された前記画像光により形成される像と、他方の前記表示駆動部から射出された前記画像光により形成される像と、が互いに連動して近づく第１の方向と；一方の前記表示駆動部から射出された前記画像光により形成される像と、他方の前記表示駆動部から射出された前記画像光により形成される像と、が互いに連動して遠ざかる第２の方向と；のいずれか一方に、前記射出領域を移動させるように、前記一対の表示駆動部を制御する、頭部装着型表示装置。この形態の頭部装着型表示装置によれば、画像処理部は、一方の表示駆動部から射出された画像光により形成される像と、他方の表示駆動部から射出された画像光により形成される像と、が互いに連動して近づく第１の方向と、一方の表示駆動部から射出された画像光により形成される像と、他方の表示駆動部から射出された画像光により形成される像と、が互いに連動して遠ざかる第２の方向と、のいずれか一方に、射出領域を移動させるように、一対の表示駆動部を制御することによって、使用者が視認する虚像における画像の焦点距離を変更する。このようにすれば、頭部装着型表示装置を構成する部材を機械的に移動させることなく、使用者の左右の眼に対応する表示素子（例えば表示パネル等）を機械的に移動させるのと同様の結果を得ることができる。この結果、本形態の頭部装着型表示装置によれば、頭部装着型表示装置を構成する部材を機械的に移動させることなく、使用者が視認する虚像における画像の焦点距離を変更可能とすることができる。

（２）上記形態の頭部装着型表示装置において；前記射出領域は、前記表示駆動部が前記画像光の射出に用いる領域である基準領域よりも、水平方向に小さい領域であってもよい。この形態の頭部装着型表示装置によれば、射出領域を、基準領域よりも水平方向に小さくすることができる。

（３）上記形態の頭部装着型表示装置において；前記画像処理部は、使用者が視認する虚像における画像の焦点距離を変更するために、前記第１の方向に前記射出領域を移動させるように、前記一対の表示駆動部を制御してもよい。この形態の頭部装着型表示装置によれば、画像処理部は、使用者が視認する虚像における画像の焦点距離を変更するために、像が互いに連動して近づく第１の方向に射出領域を移動させるように、一対の表示駆動部を制御する。この結果、虚像によって表されている画像に対する使用者の右眼と左眼との輻輳角を変更することができ、使用者は、奥行きを知覚することができる。

（４）上記形態の頭部装着型表示装置において；前記画像処理部は、さらに；前記焦点距離の目標値を取得し；取得した前記目標値から、前記射出領域の移動量を求め；求めた前記移動量に基づいて、前記一方の表示駆動部の前記射出領域と、前記他方の表示駆動部の前記射出領域とを移動させてもよい。この形態の頭部装着型表示装置によれば、画像処理部は、焦点距離の目標値を取得し、取得した目標値から射出領域の移動量を求め、求めた移動量に基づいて一対の表示駆動部における射出領域を移動させる。一対の表示駆動部において、一方の表示駆動部から射出された画像光により形成される像と、他方の表示駆動部から射出された画像光により形成される像と、が互いに連動して近づくと、両画像光によって形成される像に対する使用者の右眼と左眼との輻輳角は大きくなる。すなわち、使用者は近くに画像を知覚することができる。従って、このようにすれば、画像処理部は、焦点距離の目標値に基づいて画像の焦点距離を変更することができる。

（５）上記形態の頭部装着型表示装置では、さらに；前記使用者から、前記使用者の眼前に存在する物体までの距離を測定する距離測定部を備え；前記画像処理部は、さらに、測定された前記距離を前記目標値として取得してもよい。この形態の頭部装着型表示装置によれば、画像処理部は、使用者の眼前に存在する物体までの距離に応じて、画像の焦点距離を変更することができる。

（６）上記形態の頭部装着型表示装置では、さらに；前記使用者の視線の方向を検出する視線検出部を備え；前記距離測定部は、検出された前記視線の方向に存在する前記物体までの距離を測定してもよい。この形態の頭部装着型表示装置によれば、画像処理部は、使用者の視線の方向に存在する物体までの距離を用いて、画像の焦点距離を変更することができる。

（７）上記形態の頭部装着型表示装置では、さらに；前記使用者の眼前に存在する所定の目印を検出する目印検出部を備え；前記画像処理部は、前記所定の目印が検出された場合に前記画像の焦点距離を変更してもよい。この形態の頭部装着型表示装置によれば、画像処理部は、使用者の眼前に所定の目印が存在する場合に限って、画像の焦点距離を変更することができる。

（８）上記形態の頭部装着型表示装置において；前記画像処理部は；使用者が視認する虚像における画像の焦点距離を無限遠とするために；一方の前記表示駆動部における前記射出領域を前記基準領域の右端とし、他方の前記表示駆動部における前記射出領域を前記基準領域の左端とするように、前記一対の表示駆動部を制御してもよい。この形態の頭部装着型表示装置によれば、画像処理部は、一方の表示駆動部における射出領域を基準領域の右端とし、他方の表示駆動部における射出領域を基準領域の左端とする。このように、画像の焦点距離を無限遠とする状態、換言すれば、使用者の両眼が平行に真正面を見つめる位置に左右の画像を表示させた並行視の状態において、表示駆動部における射出領域を基準領域の左右の端部とすれば、画像処理部は、基準領域の全てを有効に利用して、画像と使用者の両眼との間の輻輳角を変更することができる。

（９）上記形態の頭部装着型表示装置において；前記画像処理部は；使用者が視認する虚像における画像の焦点距離を無限遠とするために、前記射出領域の大きさを前記基準領域と同じ大きさとし、前記一対の表示駆動部における前記射出領域を前記基準領域の中央とするように、前記一対の表示駆動部を制御してもよい。この形態の頭部装着型表示装置によれば、画像処理部は、射出領域の大きさを基準領域と同じ大きさとするように、表示駆動部を制御する。このため、画像処理部は、画像の焦点距離を無限遠とする状態、換言すれば、使用者の両眼が平行に真正面を見つめる位置に左右の画像を表示させた並行視の状態において、虚像として表示される画像のサイズを大きくすることができる。

上述した本発明の各形態の有する複数の構成要素は全てが必須のものではなく、上述の課題の一部または全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部または全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部または全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部または全部を達成するために、上述した本発明の一形態に含まれる技術的特徴の一部または全部を上述した本発明の他の形態に含まれる技術的特徴の一部または全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。

例えば、本発明の一形態は、表示駆動部と、画像処理部と、の２つの要素のうちの一部または全部の要素を備えた装置として実現可能である。すなわち、この装置は、表示駆動部を有していてもよく、有していなくてもよい。また、この装置は、画像処理部を有していてもよく、有していなくてもよい。こうした装置は、例えば頭部装着型表示装置として実現できるが、頭部装着型表示装置以外の他の装置としても実現可能である。前述した頭部装着型表示装置の各形態の技術的特徴の一部または全部は、いずれもこの装置に適用することが可能である。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、頭部装着型表示装置および頭部装着型表示装置の制御方法、頭部装着型表示システム、これらの方法、装置またはシステムの機能を実現するためのコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態における頭部装着型表示装置の概略構成を示す説明図である。 ヘッドマウントディスプレイの構成を機能的に示すブロック図である。 焦点距離テーブルの一例を示す説明図である。 使用者に視認される虚像の一例を示す説明図である。 焦点距離変更処理の手順を示すフローチャートである。 表示駆動部の基準領域の大きさと表示駆動部から画像光が実際に射出される射出領域の大きさとの関係について説明する説明図である。 焦点距離が無限遠の場合に表示駆動部から射出された画像光により形成される像ついて説明する説明図である。 焦点距離が０．３ｍの場合に表示駆動部から射出された画像光により形成される像について説明する説明図である。 焦点距離が０．３ｍの場合において使用者が視認する虚像について説明する説明図である。 焦点距離変更処理の第１の変形について説明するための説明図である。 焦点距離変更処理の第２の変形について説明するための説明図である。 焦点距離変更処理の第２の変形において使用される焦点距離テーブルの一例を示す説明図である。 第２実施形態におけるヘッドマウントディスプレイの構成を機能的に示すブロック図である。 第３実施形態におけるヘッドマウントディスプレイの構成を機能的に示すブロック図である。 変形例におけるヘッドマウントディスプレイの外観の構成を示す説明図である。

Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．頭部装着型表示装置の構成：
図１は、本発明の一実施形態における頭部装着型表示装置の概略構成を示す説明図である。頭部装着型表示装置１００は、頭部に装着する表示装置であり、ヘッドマウントディスプレイ（Head Mounted Display、ＨＭＤ）とも呼ばれる。本実施形態のヘッドマウントディスプレイ１００は、使用者が、虚像を視認すると同時に外景も直接視認可能な光学透過型の頭部装着型表示装置であって、使用者が視認する虚像における画像の焦点距離を変更可能な頭部装着型表示装置である。なお、本実施形態において「使用者が視認する虚像における画像の焦点距離」とは、ヘッドマウントディスプレイ１００の使用者の両眼と、ヘッドマウントディスプレイ１００の使用に伴い使用者が視認する虚像に含まれる画像が結像する位置と、の間の距離を意味する。

ヘッドマウントディスプレイ１００は、使用者の頭部に装着された状態において使用者に虚像を視認させる画像表示部２０と、画像表示部２０を制御する制御部（コントローラー）１０とを備えている。

画像表示部２０は、使用者の頭部に装着される装着体であり、本実施形態では眼鏡形状を有している。画像表示部２０は、右保持部２１と、右表示駆動部２２と、左保持部２３と、左表示駆動部２４と、右光学像表示部２６と、左光学像表示部２８と、を含んでいる。右光学像表示部２６および左光学像表示部２８は、それぞれ、使用者が画像表示部２０を装着した際に使用者の右および左の眼前に位置するように配置されている。右光学像表示部２６の一端と左光学像表示部２８の一端とは、使用者が画像表示部２０を装着した際の使用者の眉間に対応する位置で、互いに接続されている。

右保持部２１は、右光学像表示部２６の他端である端部ＥＲから、使用者が画像表示部２０を装着した際の使用者の側頭部に対応する位置にかけて、延伸して設けられた部材である。同様に、左保持部２３は、左光学像表示部２８の他端である端部ＥＬから、使用者が画像表示部２０を装着した際の使用者の側頭部に対応する位置にかけて、延伸して設けられた部材である。右保持部２１および左保持部２３は、眼鏡のテンプル（つる）のようにして、使用者の頭部に画像表示部２０を保持する。

右表示駆動部２２は、右保持部２１の内側、換言すれば、使用者が画像表示部２０を装着した際の使用者の頭部に対向する側に配置されている。また、左表示駆動部２４は、左保持部２３の内側に配置されている。なお、以降では、右保持部２１および左保持部２３を区別せず「保持部」として説明する。同様に、右表示駆動部２２および左表示駆動部２４を区別せず「表示駆動部」として説明し、右光学像表示部２６および左光学像表示部２８を区別せず「光学像表示部」として説明する。

表示駆動部は、液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display、以下「ＬＣＤ」と呼ぶ）２４１、２４２や投写光学系２５１、２５２等を含む（図２参照）。表示駆動部の構成の詳細は後述する。光学部材としての光学像表示部は、導光板２６１、２６２（図２参照）と調光板とを含んでいる。導光板２６１、２６２は、光透過性の樹脂材料等によって形成され、表示駆動部から出力された画像光を使用者の眼に導く。調光板は、薄板状の光学素子であり、画像表示部２０の表側（使用者の眼の側とは反対の側）を覆うように配置されている。調光板は、導光板２６１、２６２を保護し、導光板２６１、２６２の損傷や汚れの付着等を抑制する。また、調光板の光透過率を調整することによって、使用者の眼に入る外光量を調整して虚像の視認のしやすさを調整することができる。なお、調光板は省略可能である。

画像表示部２０は、さらに、画像表示部２０を制御部１０に接続するための接続部４０を有している。接続部４０は、制御部１０に接続される本体コード４８と、本体コード４８が２本に分岐した右コード４２および左コード４４と、分岐点に設けられた連結部材４６と、を含んでいる。連結部材４６には、イヤホンプラグ３０を接続するためのジャックが設けられている。イヤホンプラグ３０からは、右イヤホン３２および左イヤホン３４が延伸している。

画像表示部２０と制御部１０とは、接続部４０を介して各種信号の伝送を行う。本体コード４８における連結部材４６とは反対側の端部と、制御部１０とのそれぞれには、互いに嵌合するコネクター（図示省略）が設けられており、本体コード４８のコネクターと制御部１０のコネクターとの嵌合／嵌合解除により、制御部１０と画像表示部２０とが接続されたり切り離されたりする。右コード４２と、左コード４４と、本体コード４８には、例えば、金属ケーブルや光ファイバーを採用することができる。

制御部１０は、ヘッドマウントディスプレイ１００を制御するための装置である。制御部１０は、点灯部１２と、タッチパッド１４と、十字キー１６と、電源スイッチ１８とを含んでいる。点灯部１２は、ヘッドマウントディスプレイ１００の動作状態（例えば、電源のＯＮ／ＯＦＦ等）を、その発光態様によって通知する。点灯部１２としては、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いることができる。タッチパッド１４は、タッチパッド１４の操作面上での接触操作を検出して、検出内容に応じた信号を出力する。タッチパッド１４としては、静電式や圧力検出式、光学式といった種々のタッチパッドを採用することができる。十字キー１６は、上下左右方向に対応するキーへの押下操作を検出して、検出内容に応じた信号を出力する。電源スイッチ１８は、スイッチのスライド操作を検出することで、ヘッドマウントディスプレイ１００の電源の状態を切り替える。

図２は、ヘッドマウントディスプレイ１００の構成を機能的に示すブロック図である。制御部１０は、入力情報取得部１１０と、記憶部１２０と、電源１３０と、無線通信部１３２と、ＧＰＳモジュール１３４と、ＣＰＵ１４０と、インターフェイス１８０と、送信部（Ｔｘ）５１および５２とを備え、各部は図示しないバスにより相互に接続されている。

入力情報取得部１１０は、例えば、タッチパッド１４や十字キー１６、電源スイッチ１８などに対する操作入力に応じた信号を取得する。記憶部１２０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ハードディスク等によって構成されている。記憶部１２０には、焦点距離テーブル１２２が格納されている。焦点距離テーブル１２２は、画像処理部１６０が実行する焦点距離変更処理において使用されるテーブルである。焦点距離変更処理は、ヘッドマウントディスプレイ１００の使用者が視認する虚像における画像の焦点距離を変更する処理である。詳細は後述する。

図３は、焦点距離テーブル１２２の一例を示す説明図である。焦点距離テーブル１２２は、移動量と、焦点距離とを含んでいる。移動量には、０（ピクセル）〜ｎ（ピクセル）までの数字が格納されている。ここでｎは任意の整数を表す。焦点距離には、表示駆動部から射出される画像光を、初期状態から「移動量」に格納されているピクセル数だけ移動させた場合における、ヘッドマウントディスプレイ１００の使用者が視認する画像の焦点距離を表す数字が格納されている。例えば、図３の例では、移動量が０ピクセルの場合は、ヘッドマウントディスプレイ１００の使用者が視認する画像の焦点距離は無限遠となることがわかる。また、移動量が１ピクセルの場合は、使用者が視認する画像の焦点距離は１９９ｍであることがわかる。

電源１３０は、ヘッドマウントディスプレイ１００の各部に電力を供給する。電源１３０としては、例えば二次電池を用いることができる。無線通信部１３２は、無線ＬＡＮやブルートゥースといった所定の無線通信規格に則って、他の機器との間で無線通信を行う。ＧＰＳモジュール１３４は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信することにより、自身の現在位置を検出する。

ＣＰＵ１４０は、記憶部１２０に格納されているコンピュータープログラムを読み出して実行することにより、オペレーティングシステム（ОＳ）１５０、画像処理部１６０、音声処理部１７０、表示制御部１９０として機能する。

画像処理部１６０は、インターフェイス１８０や無線通信部１３２を介して入力されるコンテンツ（映像）に基づいて信号を生成する。そして、画像処理部１６０は、生成した信号を、接続部４０を介して画像表示部２０に供給することで、画像表示部２０を制御する。画像表示部２０に供給するための信号は、アナログ形式とディジタル形式の場合で異なる。アナログ形式の場合、画像処理部１６０は、クロック信号ＰＣＬＫと、垂直同期信号ＶＳｙｎｃと、水平同期信号ＨＳｙｎｃと、画像データーＤａｔａとを生成し、送信する。具体的には、画像処理部１６０は、コンテンツに含まれる画像信号を取得する。取得した画像信号は、例えば動画像の場合、一般的に１秒あたり３０枚のフレーム画像から構成されているアナログ信号である。画像処理部１６０は、取得した画像信号から垂直同期信号ＶＳｙｎｃや水平同期信号ＨＳｙｎｃ等の同期信号を分離し、それらの周期に応じて、ＰＬＬ回路等によりクロック信号ＰＣＬＫを生成する。画像処理部１６０は、同期信号が分離されたアナログ画像信号を、Ａ／Ｄ変換回路等を用いてディジタル画像信号に変換する。画像処理部１６０は、変換後のディジタル画像信号を、ＲＧＢデーターの画像データーＤａｔａとして、１フレームごとに記憶部１２０内のＤＲＡＭに格納する。一方、ディジタル形式の場合、画像処理部１６０は、クロック信号ＰＣＬＫと、画像データーＤａｔａとを生成し、送信する。具体的には、コンテンツがディジタル形式の場合、クロック信号ＰＣＬＫが画像信号に同期して出力されるため、垂直同期信号ＶＳｙｎｃおよび水平同期信号ＨＳｙｎｃの生成と、アナログ画像信号のＡ／Ｄ変換とが不要となる。なお、画像処理部１６０は、記憶部１２０に格納された画像データーＤａｔａに対して、解像度変換処理や、輝度、彩度の調整といった種々の色調補正処理や、キーストーン補正処理等の画像処理を実行してもよい。

画像処理部１６０は、生成されたクロック信号ＰＣＬＫ、垂直同期信号ＶＳｙｎｃ、水平同期信号ＨＳｙｎｃと、記憶部１２０内のＤＲＡＭに格納された画像データーＤａｔａとを、送信部５１、５２を介してそれぞれ送信する。なお、送信部５１を介して送信される画像データーＤａｔａを「右眼用画像データーＤａｔａ１」とも呼び、送信部５２を介して送信される画像データーＤａｔａを「左眼用画像データーＤａｔａ２」とも呼ぶ。送信部５１、５２は、制御部１０と画像表示部２０との間におけるシリアル伝送のためのトランシーバーとして機能する。

表示制御部１９０は、右表示駆動部２２および左表示駆動部２４を制御する制御信号を生成する。具体的には、表示制御部１９０は、制御信号により、右ＬＣＤ制御部２１１による右ＬＣＤ２４１の駆動ＯＮ／ＯＦＦや、右バックライト制御部２０１による右バックライト２２１の駆動ＯＮ／ＯＦＦ、左ＬＣＤ制御部２１２による左ＬＣＤ２４２の駆動ＯＮ／ＯＦＦや、左バックライト制御部２０２による左バックライト２２２の駆動ＯＮ／ＯＦＦなどを個別に制御することにより、右表示駆動部２２および左表示駆動部２４のそれぞれによる画像光の生成および射出を制御する。表示制御部１９０は、右ＬＣＤ制御部２１１と左ＬＣＤ制御部２１２とに対する制御信号を、送信部５１および５２を介してそれぞれ送信する。同様に、表示制御部１９０は、右バックライト制御部２０１と左バックライト制御部２０２とに対する制御信号を、それぞれ送信する。

音声処理部１７０は、コンテンツに含まれる音声信号を取得し、取得した音声信号を増幅して、連結部材４６に接続された右イヤホン３２内の図示しないスピーカーおよび左イヤホン３４内の図示しないスピーカーに対して供給する。なお、例えば、Ｄｏｌｂｙ（登録商標）システムを採用した場合、音声信号に対する処理がなされ、右イヤホン３２および左イヤホン３４からは、それぞれ、例えば周波数等が変えられた異なる音が出力される。

インターフェイス１８０は、制御部１０に対して、コンテンツの供給元となる種々の外部機器ＯＡを接続するためのインターフェイスである。外部機器ОＡとしては、例えば、パーソナルコンピューターＰＣや携帯電話端末、ゲーム端末等がある。インターフェイス１８０としては、例えば、ＵＳＢインターフェイスや、マイクロＵＳＢインターフェイス、メモリーカード用インターフェイス等を用いることができる。

画像表示部２０は、右表示駆動部２２と、左表示駆動部２４と、右光学像表示部２６としての右導光板２６１と、左光学像表示部２８としての左導光板２６２と、９軸センサー６６とを備えている。９軸センサー６６は、加速度（３軸）、角速度（３軸）、地磁気（３軸）を検出するモーションセンサーである。

右表示駆動部２２は、受信部（Ｒｘ）５３と、光源として機能する右バックライト（ＢＬ）制御部２０１および右バックライト（ＢＬ）２２１と、表示素子として機能する右ＬＣＤ制御部２１１および右ＬＣＤ２４１と、右投写光学系２５１とを含んでいる。なお、右バックライト制御部２０１と、右ＬＣＤ制御部２１１と、右バックライト２２１と、右ＬＣＤ２４１とを総称して「画像光生成部」とも呼ぶ。

受信部５３は、制御部１０と画像表示部２０との間におけるシリアル伝送のためのレシーバーとして機能する。右バックライト制御部２０１は、入力された制御信号に基づいて、右バックライト２２１を駆動する。右バックライト２２１は、例えば、ＬＥＤやエレクトロルミネセンス（ＥＬ）等の発光体である。右ＬＣＤ制御部２１１は、受信部５３を介して入力されたクロック信号ＰＣＬＫと、垂直同期信号ＶＳｙｎｃと、水平同期信号ＨＳｙｎｃと、右眼用画像データーＤａｔａ１とに基づいて、右ＬＣＤ２４１を駆動する。右ＬＣＤ２４１は、複数の画素をマトリクス状に配置した透過型液晶パネルである。右ＬＣＤ２４１は、マトリクス状に配置された各画素位置の液晶を駆動することによって、右ＬＣＤ２４１を透過する光の透過率を変化させることにより、右バックライト２２１から照射される照明光を、画像を表す有効な画像光へと変調する。なお、本実施形態ではバックライト方式を採用することとしたが、フロントライト方式や、反射方式を用いて画像光を射出してもよい。

右投写光学系２５１は、右ＬＣＤ２４１から射出された画像光を並行状態の光束にするコリメートレンズによって構成される。右光学像表示部２６としての右導光板２６１は、右投写光学系２５１から出力された画像光を、所定の光路に沿って反射させつつ使用者の右眼ＲＥに導く。光学像表示部は、画像光を用いて使用者の眼前に虚像を形成する限りにおいて任意の方式を用いることができ、例えば、回折格子を用いても良いし、半透過反射膜を用いても良い。

左表示駆動部２４は、右表示駆動部２２と同様の構成を有している。すなわち、左表示駆動部２４は、受信部（Ｒｘ）５４と、光源として機能する左バックライト（ＢＬ）制御部２０２および左バックライト（ＢＬ）２２２と、表示素子として機能する左ＬＣＤ制御部２１２および左ＬＣＤ２４２と、左投写光学系２５２とを含んでいる。

図４は、使用者に視認される虚像の一例を示す説明図である。図４では、使用者の視野ＶＲを例示している。上述のようにして、ヘッドマウントディスプレイ１００の使用者の両眼に導かれた画像光が使用者の網膜に結像することにより、使用者は虚像ＶＩを視認する。図４の例では、虚像ＶＩは、ヘッドマウントディスプレイ１００のＯＳの待ち受け画面である。また、使用者は、右光学像表示部２６および左光学像表示部２８の半透過反射膜を透過して外景ＳＣを視認する。このように、本実施形態のヘッドマウントディスプレイ１００の使用者は、視野ＶＲのうち虚像ＶＩが表示された部分については、虚像ＶＩと、虚像ＶＩの背後に外景ＳＣとを見ることができる。また、視野ＶＲのうち虚像ＶＩが表示されていない部分については、光学像表示部を透過して、外景ＳＣを直接見ることができる。

Ａ−２．焦点距離変更処理：
図５は、焦点距離変更処理の手順を示すフローチャートである。焦点距離変更処理は、ヘッドマウントディスプレイ１００の使用者が視認する虚像における画像（例えば、図４の虚像ＶＩにおけるＯＳの待ち受け画面）の焦点距離を変更する処理であり、画像処理部１６０が実行する。

画像処理部１６０は、焦点距離変更処理の開始トリガーを検出したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。焦点距離変更処理の開始トリガーは任意に定めることができる。例えば、ヘッドマウントディスプレイ１００が起動されたこと、換言すれば、電源のＯＮを検出したことを開始トリガーとしてもよい。また、例えば、ＯＳ１５０や特定のアプリケーションからの処理開始要求を開始トリガーとしてもよい。なお、焦点距離変更処理が特定のアプリケーションから呼び出されて実行される場合、焦点距離変更処理は、特定のアプリケーションのサブルーチンとして動作する。焦点距離変更処理の開始トリガーを検出しない場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、画像処理部１６０は、処理をステップＳ１０２へ遷移させ、開始トリガーの検出を継続する。

焦点距離変更処理の開始トリガーを検出した場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、画像処理部１６０は、目標焦点距離を取得する（ステップＳ１０４）。本実施形態において「目標焦点距離」とは、画像処理部１６０が画像の焦点距離を変更する際における、焦点距離の目標値である。目標焦点距離は、例えば、予め記憶部１２０に格納されていてもよい。その場合、画像処理部１６０は、記憶部１２０に格納されている目標焦点距離を読み出すことで、目標焦点距離を取得することができる。なお、ＯＳ１５０や特定のアプリケーションからの処理開始要求を開始トリガーとした場合、画像処理部１６０は、処理開始要求と共に与えられる引数を取得することで、目標焦点距離を取得してもよい。

目標焦点距離を取得後、画像処理部１６０は、焦点距離テーブル１２２を用いて、表示駆動部（右表示駆動部２２、左表示駆動部２４）における射出領域の移動量を求める（ステップＳ１０６）。具体的には、画像処理部１６０は、ステップＳ１０４で取得した目標焦点距離をキーとして焦点距離テーブル１２２の「焦点距離」を検索し、一致するエントリの「移動量」に格納されている値（ピクセル）を取得する。なお、「表示駆動部における射出領域」については、図６〜図９を用いて説明する。

射出領域の移動量を求めた後、画像処理部１６０は、求めた値を用いて、表示駆動部（右表示駆動部２２、左表示駆動部２４）の射出領域を移動させる（ステップＳ１０８）。なお、詳細は図６〜図９を用いて説明する。

その後、画像処理部１６０は、終了トリガーを検出したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。焦点距離変更処理の終了トリガーは任意に定めることができる。例えば、開始トリガーと同様に、ヘッドマウントディスプレイ１００の起動が終了されたこと、換言すれば、電源のＯＦＦを検出したことを終了トリガーとしてもよい。また、ＯＳ１５０や特定のアプリケーションからの処理終了要求を終了トリガーとしてもよい。焦点距離変更処理の終了トリガーを検出しない場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、画像処理部１６０は、処理をステップＳ１０４へ遷移させ、再び目標焦点距離を取得する。一方、焦点距離変更処理の終了トリガーを検出した場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、画像処理部１６０は、処理を終了する。

図６は、表示駆動部の基準領域の大きさと、表示駆動部から画像光が実際に射出される射出領域の大きさとの関係について説明する説明図である。「表示駆動部の基準領域」とは、表示駆動部（右表示駆動部２２、左表示駆動部２４）が通常状態において画像光を射出する領域、換言すれば、表示駆動部が画像光を射出する基準となる領域を意味する。基準領域は、例えば、表示駆動部が画像光を射出することができる最大の領域よりも少し小さく設定されてもよいし、表示駆動部が画像光を射出することができる最大の領域とされてもよい。ここで「表示駆動部が画像光を射出することができる最大の領域」とは、本実施形態のように表示駆動部をバックライトとＬＣＤとで構成している場合、右ＬＣＤ２４１および左ＬＣＤ２４２において液晶が配置された全ての領域、かつ、右バックライト２２１および左バックライト２２２が照明光を照射可能な領域として定義される。

図６の例では、使用者の右眼ＲＥに対応する右表示駆動部２２における基準領域ＭＡ１の大きさは、ｘピクセル：ｙピクセルである。同様に、使用者の左眼ＬＥに対応する左表示駆動部２４における基準領域ＭＡ２の大きさは、ｘピクセル：ｙピクセルである。

また、図６において、表示駆動部（右表示駆動部２２、左表示駆動部２４）から画像光が実際に射出される領域（「射出領域」とも呼ぶ。）を斜線で示す。本実施形態において、射出領域は、基準領域よりも水平方向（横方向）に小さい。具体的には、使用者の右眼ＲＥに対応する右表示駆動部２２における射出領域ＣＡ１の大きさは、ｘ−ｎピクセル：ｙピクセルであり、基準領域ＭＡ１よりも水平方向に小さく設定されている。同様に、使用者の左眼ＬＥに対応する左表示駆動部２４における射出領域ＣＡ２の大きさは、ｘ−ｎピクセル：ｙピクセルであり、基準領域ＭＡ２よりも水平方向に小さく設定されている。なお、射出領域ＣＡ１、ＣＡ２の「ｎピクセル」は、図３に示した焦点距離テーブル１２２の「移動量」の最大値と一致させることが好ましい。

また、本実施形態のヘッドマウントディスプレイ１００では、その初期状態において、使用者の右眼ＲＥに対応する右表示駆動部２２における射出領域ＣＡ１は、基準領域ＭＡ１の右端に配置されている。一方、使用者の左眼ＬＥに対応する左表示駆動部２４における射出領域ＣＡ２は、基準領域ＭＡ２の左端に配置されている。

基準領域ＭＡ１、ＭＡ２の一部である射出領域ＣＡ１、ＣＡ２から画像光を射出させるために、画像処理部１６０は、以下に挙げる１、２のいずれか一方の方法を用いることができる。

（１）画像処理部１６０は、右眼用画像データーＤａｔａ１を生成する際に、射出領域ＣＡ１にはコンテンツ等に基づく画像から生成されたドットデーターを挿入し、射出領域ＣＡ１以外の領域には、黒色のダミードットデーターを挿入する。同様に、画像処理部１６０は、左眼用画像データーＤａｔａ２を生成する際に、射出領域ＣＡ２にはコンテンツ等に基づく画像から生成されたドットデーターを挿入し、射出領域ＣＡ２以外の領域には、黒色のダミードットデーターを挿入する。
（２）画像処理部１６０は、表示駆動部の画像光生成部（右ＬＣＤ２４１および右バックライト２２１、左ＬＣＤ２４２および左バックライト２２２）による画像光生成の有効／無効を切り替えるための信号（Ｅｎａｂｌｅ信号）を操作する。具体的には、画像処理部１６０は、右眼用画像データーＤａｔａ１と共に送信部５１へ送信するＥｎａｂｌｅ信号について、射出領域ＣＡ１ではＨｉ（有効）値を出力し、射出領域ＣＡ１以外の領域ではＬｏ（無効）値を出力する。同様に、画像処理部１６０は、左眼用画像データーＤａｔａ２と共に送信部５２へ送信するＥｎａｂｌｅ信号について、射出領域ＣＡ２ではＨｉ値を出力し、射出領域ＣＡ２以外の領域ではＬｏ値を出力する。

上記１、２の方法を用いれば、射出領域ＣＡ１、ＣＡ２における画像データーは、同一のコンテンツ等に基づく同一の画像から生成された画像データーとすることができるため、画像処理部１６０における演算処理量を低減させることができる。

図７は、焦点距離が無限遠の場合に、表示駆動部から射出された画像光により形成される像ついて説明する説明図である。図７では、左右を区別するために、像に対して表示駆動部に含まれるＬＣＤの符号を付している。焦点距離変更処理のステップＳ１０４において画像処理部１６０が取得した目標焦点距離が「無限遠」であった場合、画像処理部１６０がステップＳ１０６において求める射出領域の移動量は「０（ピクセル）」となる。このため、ステップＳ１０８において画像処理部１６０は、表示駆動部における射出領域ＣＡ１、ＣＡ２を、初期状態（図６）のまま変更しない。その結果、射出領域ＣＡ１から射出される画像光に基づいて使用者の右眼ＲＥが視認する画像ＩＭ１と、射出領域ＣＡ２から射出される画像光に基づいて使用者の左眼ＬＥが視認する画像ＩＭ２とは、使用者の両眼が平行に真正面を見つめる位置に表示された平行視の状態となり、無限遠の焦点距離を実現することができる（図７）。

図８は、焦点距離が０．３ｍの場合に、表示駆動部から射出された画像光により形成される像について説明する説明図である。図８では、左右を区別するために、像に対して表示駆動部に含まれるＬＣＤの符号を付している。図９は、焦点距離が０．３ｍの場合において使用者が視認する虚像について説明する説明図である。焦点距離変更処理のステップＳ１０４において画像処理部１６０が取得した目標焦点距離が「０．３（ｍ）」であった場合、画像処理部１６０がステップＳ１０６において求める射出領域の移動量は「ｎ（ピクセル）」となる。このため、ステップＳ１０８において画像処理部１６０は、使用者の右眼ＲＥに対応する右表示駆動部２２における射出領域ＣＡ１と、左眼ＬＥに対応する左表示駆動部２４における射出領域ＣＡ２とを、初期状態（図６）から、使用者の眉間に向かう方向（図８の白抜き矢印の方向）にｎピクセル、連動させて移動させる。その結果、射出領域ＣＡ１から射出される画像光に基づいて使用者の右眼ＲＥが視認する画像ＩＭ１と、射出領域ＣＡ２から射出される画像光に基づいて使用者の左眼ＬＥが視認する画像ＩＭ２とは、使用者の両眼から距離Ｌａだけ離れた位置に画像ＩＭとして結像する。距離Ｌａは目標焦点距離と概ね等しく、この例では０．３ｍとなる。

以上のようにして、画像処理部１６０は、使用者の右眼ＲＥに対応する右表示駆動部２２における射出領域ＣＡ１と、左眼ＬＥに対応する左表示駆動部２４における射出領域ＣＡ２とを移動させることによって、ヘッドマウントディスプレイ１００の使用者が視認する虚像ＶＩにおける画像ＩＭの焦点距離Ｌａを変更することができる（図９）。また、画像処理部１６０は、射出領域ＣＡ１、ＣＡ２の移動量を焦点距離テーブル１２２に基づいて求めることによって、画像ＩＭの焦点距離Ｌａを、焦点距離変更処理のステップＳ１０４において取得した目標焦点距離とすることができる。

以上のように、第１実施形態の焦点距離変更処理によれば、画像処理部１６０は、基準領域ＭＡ１、ＭＡ２の大きさよりも水平方向に小さい射出領域ＣＡ１、ＣＡ２を用いて、一方の表示駆動部（右表示駆動部２２）から射出された画像光により形成される像と、他方の表示駆動部（左表示駆動部２４）から射出された画像光により形成される像と、が互いに連動して近づく第１の方向に、射出領域ＣＡ１、ＣＡ２を移動させるように、一対の表示駆動部（右表示駆動部２２、左表示駆動部２４）を制御することによって、使用者が視認する虚像ＶＩにおける画像の焦点距離Ｌａを変更する。このようにすれば、頭部装着型表示装置（ヘッドマウントディスプレイ１００）を構成する部材を機械的に移動させることなく、使用者の左右の眼（右眼ＲＥ、左眼ＬＥ）に対応する表示素子（例えば、バックライトとＬＣＤ等）を機械的に移動させるのと同様の結果を得ることができる。また、虚像によって表されている画像に対するヘッドマウントディスプレイ１００の使用者の右眼ＲＥと左眼ＬＥとの輻輳角を変更することができ、使用者は、奥行きを知覚することができる。この結果、本形態のヘッドマウントディスプレイ１００によれば、ヘッドマウントディスプレイ１００を構成する部材を機械的に移動させることなく、使用者が視認する虚像における画像の焦点距離を変更可能とすることができる。

さらに、上記の焦点距離変更処理によれば、画像処理部１６０は、焦点距離の目標値を取得し（ステップＳ１０４）、取得した目標値から射出領域の移動量を求め（ステップＳ１０６）、求めた移動量に基づいて、一対の表示駆動部（右表示駆動部２２、左表示駆動部２４）における画像光の射出領域ＣＡ１、ＣＡ２を移動させる（ステップＳ１０８）。一対の表示駆動部において、一方の表示駆動部から射出された画像光により形成される像と、他方の表示駆動部から射出された画像光により形成される像と、が互いに連動して近づくと、両画像光によって形成される像に対する使用者の右眼ＲＥと左眼ＬＥとの輻輳角は大きくなる。すなわち、ヘッドマウントディスプレイ１００の使用者は近くに画像を知覚することができる。従って、このようにすれば、画像処理部１６０は、焦点距離の目標値に基づいて画像の焦点距離Ｌａを変更することができる。

さらに、上記の焦点距離変更処理によれば、画像処理部１６０は、使用者の右眼ＲＥに対応する一方の表示駆動部（右表示駆動部２２）における射出領域ＣＡ１を基準領域ＭＡ１の右端とし、他方の表示駆動部（左表示駆動部２４）における射出領域ＣＡ２を基準領域ＭＡ２の左端とする。このように、画像の焦点距離を無限遠とする状態、換言すれば、使用者の両眼が平行に真正面を見つめる位置に左右の画像を表示させた並行視の状態において、表示駆動部における射出領域ＣＡ１、ＣＡ２を基準領域ＭＡ１、ＭＡ２の左右の端部とすれば、画像処理部１６０は、基準領域ＭＡ１、ＭＡ２の全てを有効に利用して、画像と使用者の両眼（右眼ＲＥ、左眼ＬＥ）との間の輻輳角を変更することができる。

Ａ−３．焦点距離変更処理の第１の変形：
図１０は、焦点距離変更処理の第１の変形について説明するための説明図である。図１０では、左右を区別するために、表示駆動部から射出された画像光により形成される像に対して、表示駆動部に含まれるＬＣＤの符号を付している。第１の変形では、画像処理部１６０は、焦点距離変更処理（図５）のステップＳ１０４において取得した目標焦点距離が「無限遠」であった場合に、ステップＳ１０６およびステップＳ１０８に代えて、以下のａ１、ａ２の処理を行う。

（ａ１）表示駆動部における射出領域ＣＡ１、ＣＡ２を、基準領域ＭＡ１、ＭＡ２と一致させる。具体的には、使用者の右眼ＲＥに対応する右表示駆動部２２の射出領域ＣＡ１の大きさを、基準領域ＭＡ１と同じｘピクセル：ｙピクセルとする。同様に、使用者の左眼ＬＥに対応する左表示駆動部２４の射出領域ＣＡ２の大きさを、基準領域ＭＡ２と同じｘピクセル：ｙピクセルとする。また、射出領域ＣＡ１、ＣＡ２の配置を基準領域ＭＡ１、ＭＡ２の中央とする。
（ａ２）上記手順１で示したダミードットデーターの挿入や上記手順２で示したＥｎａｂｌｅ信号の操作を行わず、コンテンツ等に基づく画像から生成されたドットデーターに基づいて、右眼用画像データーＤａｔａ１と左眼用画像データーＤａｔａ２とを生成する。これは、射出領域ＣＡ１、ＣＡ２が基準領域ＭＡ１、ＭＡ２と一致しているためである。

なお、画像処理部１６０は、焦点距離変更処理（図５）のステップＳ１０４において取得した目標焦点距離が「無限遠」以外であった場合、ステップＳ１０６およびステップＳ１０８で説明した処理を行う。

このようにしても、射出領域ＣＡ１から射出される画像光に基づいて使用者の右眼ＲＥが視認する画像ＩＭ１と、射出領域ＣＡ２から射出される画像光に基づいて使用者の左眼ＬＥが視認する画像ＩＭ２とは、使用者の両眼が平行に真正面を見つめる位置に表示された平行視の状態となり、無限遠の焦点距離を実現することができる（図１０）。

以上のように、第１実施形態の焦点距離変更処理の第１の変形によれば、画像処理部１６０は、射出領域ＣＡ１、ＣＡ２の大きさを、基準領域ＭＡ１、ＭＡ２のと同じ大きさとする。このように、画像光の射出領域の大きさを表示駆動部の基準領域の大きさと一致させれば、画像処理部は、虚像ＶＩとして表示される画像のサイズを大きくすることができる。

Ａ−４．焦点距離変更処理の第２の変形：
図１１は、焦点距離変更処理の第２の変形について説明するための説明図である。図１１では、左右を区別するために、表示駆動部から射出された画像光により形成される像に対して、表示駆動部に含まれるＬＣＤの符号を付している。図５で説明した焦点距離変更処理との主たる違いは、初期状態における射出領域ＣＡ１、ＣＡ２の位置と、焦点距離テーブル１２２に格納されている内容である。

図１１で示すように、第２の変形では、ヘッドマウントディスプレイ１００は、その初期状態において、使用者の右眼ＲＥに対応する右表示駆動部２２における射出領域ＣＡ１が、基準領域ＭＡ１の中央に配置されている。同様に、使用者の左眼ＬＥに対応する左表示駆動部２４における射出領域ＣＡ２が、基準領域ＭＡ２の中央に配置されている。

図１２は、焦点距離変更処理の第２の変形において使用される焦点距離テーブル１２２の一例を示す説明図である。移動量には、−ｎ／２（ピクセル）〜ｎ／２（ピクセル）までの数字が格納されている。ここでｎは任意の整数を表す。焦点距離には、表示駆動部から射出される画像光を、初期状態から「移動量」に格納されているピクセル数だけ移動させた場合における、ヘッドマウントディスプレイ１００の使用者が視認する画像の焦点距離を表す数字が格納されている。例えば、図１２の例では、移動量が−ｎ／２ピクセルの場合は、ヘッドマウントディスプレイ１００の使用者が視認する画像の焦点距離は無限遠となることがわかる。また、移動量が０ピクセルの場合は、使用者が視認する画像の焦点距離は９５ｍであること、移動量がｎ／２ピクセルの場合は、使用者が視認する画像の焦点距離は１ｍであることがわかる。

焦点距離変更処理の第２の変形における画像処理部１６０の処理は、図５で説明した通りである。ただし、ステップＳ１０８において、画像処理部１６０は、以下の手順ｂ１、ｂ２を実行する。

（ｂ１）焦点距離テーブル１２２から求めた移動量が正の値である場合、右表示駆動部２２から射出された画像光により形成される像と、左表示駆動部２４から射出された画像光により形成される像と、が互いに連動して近づく第１の方向Ｄ１（図１１）に、射出領域ＣＡ１、ＣＡ２を移動させる。
（ｂ２）焦点距離テーブル１２２から求めた移動量が負の値である場合、右表示駆動部２２から射出された画像光により形成される像と、左表示駆動部２４から射出された画像光により形成される像と、が互いに連動して遠ざかる第２の方向Ｄ２（図１１）に、射出領域ＣＡ１、ＣＡ２を移動させる。

このようにしても、画像処理部１６０は、使用者の右眼ＲＥに対応する右表示駆動部２２における射出領域ＣＡ１と、左眼ＬＥに対応する左表示駆動部２４における射出領域ＣＡ２とを移動させることによって、ヘッドマウントディスプレイ１００の使用者が視認する虚像における画像の焦点距離を変更することができる。また、画像処理部１６０は、射出領域ＣＡ１、ＣＡ２の移動量を焦点距離テーブル１２２に基づいて求めることによって、画像の焦点距離を、焦点距離変更処理（図５）のステップＳ１０４において取得した目標焦点距離とすることができる。

以上のように、第１実施形態の焦点距離変更処理の第２の変形によれば、一方の表示駆動部（右表示駆動部２２）から射出された画像光により形成される像と、他方の表示駆動部（左表示駆動部２４）から射出された画像光により形成される像と、が互いに連動して近づく第１の方向Ｄ１と、右表示駆動部２２から射出された画像光により形成される像と、左表示駆動部２４から射出された画像光により形成される像と、が互いに連動して遠ざかる第２の方向Ｄ２と、のいずれか一方に、射出領域ＣＡ１、ＣＡ２を移動させるように、一対の表示駆動部を制御することによって、ヘッドマウントディスプレイ１００の使用者が視認する虚像における画像の焦点距離を変更する。このようにしても、第１実施形態の焦点距離変更処理と同様の効果を得ることができる。

Ｂ．第２実施形態：
Ｂ−１．頭部装着型表示装置の構成：
本発明の第２実施形態では、頭部装着型表示装置の使用者の眼前に存在する物体までの距離に応じて画像の焦点距離を変更することが可能な構成について説明する。以下では、第１実施形態と異なる構成および動作を有する部分についてのみ説明する。なお、図中において第１実施形態と同様の構成部分については先に説明した第１実施形態と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図１３は、第２実施形態におけるヘッドマウントディスプレイ１００ａの構成を機能的に示すブロック図である。図２に示した第１実施形態との違いは、制御部１０に代えて制御部１０ａを備える点と、画像表示部２０に代えて画像表示部２０ａを備える点である。制御部１０ａは、画像処理部１６０に代えて画像処理部１６０ａを備えている。画像処理部１６０ａは、焦点距離変更処理（図５）における処理内容が、第１実施形態とは異なる。詳細は後述する。

画像表示部２０ａは、第１実施形態で説明した各部に加えて、さらに、距離測定部６１を備えている。距離測定部６１は、ヘッドマウントディスプレイ１００ａの装着時における使用者の眉間に対応する位置に配置されており、使用者から、使用者の眼前に存在する物体までの距離を測定する機能を有する。距離測定部６１は、例えば、カメラと、画像解析モジュールとの組み合わせで実現することができる。カメラは、画像表示部２０ａの表側方向、換言すれば、ヘッドマウントディスプレイ１００ａを装着した状態における使用者の視界方向の外景（外部の景色）を撮像し、外景画像を取得する可視光カメラである。画像解析モジュールは、カメラが取得した外景画像を画像認識し、外景画像に含まれる任意の物体までの距離を求める。また、距離測定部６１は、反射光によって使用者の視界方向にある物体と画像表示部２０ａとの間の距離を取得するための測距センサーにより実現されてもよい。

Ｂ−２．焦点距離変更処理：
第２実施形態における焦点距離変更処理は、図５に示した第１実施形態とほぼ同様である。ただし、画像処理部１６０ａは、ステップＳ１０４において、距離測定部６１によって測定された距離を「目標焦点距離」として取得する。他のステップについては、図５で説明した通りである。

以上のように、第２実施形態の焦点距離変更処理によれば、画像処理部１６０ｂは、ヘッドマウントディスプレイ１００ａの使用者の眼前に存在する物体までの距離に応じて、使用者が視認する虚像ＶＩにおける画像の焦点距離Ｌａを変更することができる。

Ｂ−３．焦点距離変更処理の第１の変形：
第２実施形態における焦点距離変更処理の第１の変形は、上述の第１実施形態と同様である。

Ｂ−４．焦点距離変更処理の第２の変形：
第２実施形態における焦点距離変更処理の第２の変形は、上述の第１実施形態と同様である。

Ｃ．第３実施形態：
本発明の第３実施形態では、頭部装着型表示装置の使用者の眼前に所定の目印が存在する場合に限って、画像の焦点距離を変更することが可能な構成について説明する。以下では、第１実施形態と異なる構成および動作を有する部分についてのみ説明する。なお、図中において第１実施形態と同様の構成部分については先に説明した第１実施形態と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

Ｃ−１．頭部装着型表示装置の構成：
図１４は、第３実施形態におけるヘッドマウントディスプレイ１００ｂの構成を機能的に示すブロック図である。図２に示した第１実施形態との違いは、制御部１０に代えて制御部１０ｂを備える点と、画像表示部２０に代えて画像表示部２０ｂを備える点である。制御部１０ａは、画像処理部１６０に代えて画像処理部１６０ｂを備えている。画像処理部１６０ｂは、焦点距離変更処理（図５）における処理内容が、第１実施形態とは異なる。詳細は後述する。

画像表示部２０ｂは、第１実施形態で説明した各部に加えて、さらに目印検出部６２を備えている。目印検出部６２は、ヘッドマウントディスプレイ１００ｂの装着時における使用者の眉間に対応する位置に配置されており、使用者の眼前に存在する所定の目印（マーカー）の存在を検出する機能を有する。目印検出部６２は、例えば、カメラと、画像解析モジュールとの組み合わせで実現することができる。カメラは、画像表示部２０ｂの表側方向、換言すれば、ヘッドマウントディスプレイ１００ｂを装着した状態における使用者の視界方向の外景を撮像し、外景画像を取得する可視光カメラである。画像解析モジュールは、カメラが取得した外景画像を画像認識し、予め定められた目印が存在するか否かを求める。

Ｃ−２．焦点距離変更処理：
第３実施形態における焦点距離変更処理は、図５に示した第１実施形態とほぼ同様である。ただし、画像処理部１６０ｂは、ステップＳ１０２において、目印検出部６２によって所定の目印の存在が検出されたこと、を処理の開始トリガーとする。他のステップについては、図５で説明した通りである。

以上のように、第３実施形態の焦点距離変更処理によれば、画像処理部１６０ｂは、ヘッドマウントディスプレイ１００ｂの使用者の眼前に所定の目印が存在する場合に限って、使用者が視認する虚像ＶＩにおける画像の焦点距離Ｌａを変更することができる。この結果、例えば、美術館、博物館、遊園地、映画館等の施設において、展示物の近傍に設置されたマーカーを検出した場合にのみ、画像の焦点距離を変更するといった使用態様を実現することができる。

Ｃ−３．焦点距離変更処理の第１の変形：
第３実施形態における焦点距離変更処理の第１の変形は、上述の第１実施形態と同様である。

Ｃ−４．焦点距離変更処理の第２の変形：
第３実施形態における焦点距離変更処理の第２の変形は、上述の第１実施形態と同様である。

Ｄ．変形例：
上記実施形態において、ハードウェアによって実現されるとした構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されるとした構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。その他、以下のような変形も可能である。

・変形例１：
上記実施形態では、ヘッドマウントディスプレイの構成について例示した。しかし、ヘッドマウントディスプレイの構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に定めることが可能であり、例えば、各構成部の追加・削除・変換等を行うことができる。

上記実施形態における、制御部と、画像表示部とに対する構成要素の割り振りは、あくまで一例であり、種々の態様を採用可能である。例えば、以下のような態様としてもよい。（i）制御部にＣＰＵやメモリー等の処理機能を搭載、画像表示部には表示機能のみを搭載する態様、（ｉｉ）制御部と画像表示部との両方にＣＰＵやメモリー等の処理機能を搭載する態様、（ｉｉｉ）制御部と画像表示部とを一体化した態様（例えば、画像表示部に制御部が含まれ眼鏡型のウェアラブルコンピューターとして機能する態様）、（ｉｖ）制御部の代わりにスマートフォンや携帯型ゲーム機を使用する態様、（ｖ）制御部と画像表示部とを無線通信かつワイヤレス給電可能な構成とすることにより接続部（コード）を廃した態様。

上記実施形態では、説明の便宜上、制御部が送信部を備え、画像表示部が受信部を備えるものとした。しかし、上記実施形態の送信部および受信部は、いずれも、双方向通信が可能な機能を備えており、送受信部として機能することができる。また、例えば、図２に示した制御部は、有線の信号伝送路を介して画像表示部と接続されているものとした。しかし、制御部と、画像表示部とは、無線ＬＡＮや赤外線通信やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線の信号伝送路を介した接続により接続されていてもよい。

例えば、図２に示した制御部、画像表示部の構成は任意に変更することができる。具体的には、例えば、制御部からタッチパッドを省略し、十字キーのみで操作する構成としてもよい。また、制御部に操作用スティック等の他の操作用インターフェイスを備えても良い。また、制御部にはキーボードやマウス等のデバイスを接続可能な構成として、キーボードやマウスから入力を受け付けるものとしてもよい。また、例えば、タッチパッドや十字キーによる操作入力のほか、フットスイッチ（使用者の足により操作するスイッチ）による操作入力を取得してもよい。例えば、画像表示部に赤外線センサー等の視線検知部を設けた上で、使用者の視線を検知し、視線の動きに対応付けられたコマンドによる操作入力を取得してもよい。例えば、カメラを用いて使用者のジェスチャーを検知し、ジェスチャーに対応付けられたコマンドによる操作入力を取得してもよい。ジェスチャー検知の際は、使用者の指先や、使用者の手に付けられた指輪や、使用者の手にする医療器具等を動き検出のための目印にすることができる。フットスイッチや視線による操作入力を取得可能とすれば、使用者が手を離すことが困難である作業においても、入力情報取得部は、使用者からの操作入力を取得することができる。

例えば、ヘッドマウントディスプレイは、両眼タイプの透過型ヘッドマウントディスプレイであるものとしたが、単眼タイプのヘッドマウントディスプレイとしてもよい。また、使用者がヘッドマウントディスプレイを装着した状態において外景の透過が遮断される非透過型ヘッドマウントディスプレイとして構成してもよい。

図１５は、変形例におけるヘッドマウントディスプレイの外観の構成を示す説明図である。図１５（Ａ）の例の場合、図１に示したヘッドマウントディスプレイ１００との違いは、画像表示部２０ｃが、右光学像表示部２６に代えて右光学像表示部２６ｃを備える点と、左光学像表示部２８に代えて左光学像表示部２８ｃを備える点である。右光学像表示部２６ｃは、第１実施形態の光学部材よりも小さく形成され、ヘッドマウントディスプレイの装着時における使用者の右眼の斜め上に配置されている。同様に、左光学像表示部２８ｃは、第１実施形態の光学部材よりも小さく形成され、ヘッドマウントディスプレイの装着時における使用者の左眼の斜め上に配置されている。図１５（Ｂ）の例の場合、図１に示したヘッドマウントディスプレイ１００との違いは、画像表示部２０ｄが、右光学像表示部２６に代えて右光学像表示部２６ｄを備える点と、左光学像表示部２８に代えて左光学像表示部２８ｄを備える点である。右光学像表示部２６ｄは、第１実施形態の光学部材よりも小さく形成され、ヘッドマウントディスプレイの装着時における使用者の右眼の斜め下に配置されている。左光学像表示部２８ｄは、第１実施形態の光学部材よりも小さく形成され、ヘッドマウントディスプレイの装着時における使用者の左眼の斜め下に配置されている。このように、光学像表示部は使用者の眼の近傍に配置されていれば足りる。また、光学像表示部を形成する光学部材の大きさも任意であり、光学像表示部が使用者の眼の一部分のみを覆う態様、換言すれば、光学像表示部が使用者の眼を完全に覆わない態様のヘッドマウントディスプレイとして実現することもできる。

例えば、画像処理部、表示制御部、音声処理部等の機能部は、ＣＰＵがＲＯＭやハードディスクに格納されているコンピュータープログラムをＲＡＭに展開して実行することにより実現されるものとして記載した。しかし、これら機能部は、当該機能を実現するために設計されたＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit：特定用途向け集積回路）を用いて構成されてもよい。

例えば、上記実施形態では、画像表示部を眼鏡のように装着するヘッドマウントディスプレイであるとしているが、画像表示部が通常の平面型ディスプレイ装置（液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、有機ＥＬディスプレイ装置等）であるとしてもよい。この場合にも、制御部と画像表示部との間の接続は、有線の信号伝送路を介した接続であってもよいし、無線の信号伝送路を介した接続であってもよい。このようにすれば、制御部を、通常の平面型ディスプレイ装置のリモコンとして利用することもできる。

また、画像表示部として、眼鏡のように装着する画像表示部に代えて、例えば帽子のように装着する画像表示部といった他の形状の画像表示部を採用してもよい。また、イヤホンは耳掛け型やヘッドバンド型を採用してもよく、省略しても良い。また、例えば、自動車や飛行機等の車両に搭載されるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ、Head-Up Display）として構成されてもよい。また、例えば、ヘルメット等の身体防護具に内蔵されたヘッドマウントディスプレイとして構成されてもよい。

例えば、上記実施形態では、電源として二次電池を用いることしたが、電源としては二次電池に限らず、種々の電池を使用することができる。例えば、一次電池や、燃料電池、太陽電池、熱電池等を使用してもよい。

例えば、上記実施形態では、表示駆動部は、バックライトと、バックライト制御部と、ＬＣＤと、ＬＣＤ制御部と、投写光学系を用いて構成されるものとした。しかし、上記の態様はあくまで例示である。表示駆動部は、これらの構成部と共に、またはこれらの構成部に代えて、他の方式を実現するための構成部を備えていても良い。例えば、表示駆動部は、有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッセンス、Organic Electro-Luminescence）のディスプレイと、有機ＥＬ制御部と、投写光学系とを備える構成としても良い。例えば、表示駆動部は、ＬＣＤに代えてＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等を用いることもできる。例えば、表示駆動部は、ＲＧＢの各色光を発生させるための色光源とリレーレンズを含む信号光変調部と、ＭＥＭＳミラーを含む走査光学系と、これらを駆動する駆動制御回路と、を含むように構成されてもよい。このように、有機ＥＬやＤＭＤやＭＥＭＳミラーを用いても、「表示駆動部における射出領域」とは、表示駆動部から画像光が実際に射出される領域であることに変わりはなく、各デバイス（表示駆動部）における射出領域を上記実施形態と同様に制御することによって、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また、例えば、表示駆動部は、画素信号に応じた強度のレーザーを、使用者の網膜へ出射する１つ以上のレーザーを含むように構成されてもよい。この場合、「表示駆動部における射出領域」とは、表示駆動部から画像を表すレーザー光が実際に射出される領域を表す。レーザー（表示駆動部）におけるレーザー光の射出領域を上記実施形態と同様に制御することによって、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

・変形例２：
上記実施形態では、焦点距離変更処理の一例を示した。しかし、焦点距離変更処理の手順はあくまで一例であり、種々の変形が可能である。例えば、一部のステップを省略してもよいし、更なる他のステップを追加してもよい。また、実行されるステップの順序を変更してもよい。

例えば、第２実施形態の焦点距離変更処理のステップＳ１０４において、画像処理部は、使用者の視線の先に存在する物体と画像表示部との間の距離を「目標焦点距離」として取得してもよい。具体的には、画像表示部に使用者の視線の方向を検出する視線検出部を備える構成とする。視線検出部は、例えば、赤外線センサーや使用者の眼を撮像するカメラ等により実現可能である。距離測定部の画像解析モジュールは、カメラが取得した外景画像を画像認識し、外景画像に含まれ、かつ、視線検出部によって検出された視線の方向に存在する物体までの距離を求める。このようにすれば、画像処理部は、ヘッドマウントディスプレイの使用者の視線の方向に存在する物体までの距離を用いて、画像の焦点距離を変更することができる。

例えば、第３実施形態の焦点距離変更処理のステップＳ１０４において、画像処理部は、ヘッドマウントディスプレイの使用者と、使用者の眼前に存在する所定の目印（マーカー）との間の距離を「目標焦点距離」として取得してもよい。具体的には、目印検出部は、使用者の眼前に存在する所定の目印の存在を検出すると共に、使用者から所定の目印までの距離を測定可能な構成とする。例えば、目印検出部の画像解析モジュールが、カメラが取得した外景画像を画像認識し、外景画像に含まれる所定の目印までの距離を求めることで実現可能である。このようにすれば、画像処理部は、ヘッドマウントディスプレイの使用者の眼前に存在する所定の目印までの距離を用いて、画像の焦点距離を変更することができる。

例えば、第１〜第３実施形態の焦点距離変更処理のステップＳ１０２において、画像処理部は、以下の少なくともいずれかの条件が満たされたことを、焦点距離変更処理の開始トリガーとしてもよい。なお、この場合、画像表示部に使用者の視線の方向を検出する視線検出部を備える構成とする。視線検出部は、例えば、赤外線センサーや使用者の眼を撮像するカメラ等により実現可能である。
・検出された視線の方向が、水平約２００°、垂直約１２５°（例えば、下方向７５°、上方向５０°）の視野角の範囲内であるとき。
・検出された視線の方向が、情報受容能力に優れる有効視野である、水平約３０°、垂直約２０°の範囲内であるとき。
・検出された視線の方向が、注視点が迅速に安定して見える安定注視野である、水平６０°〜９０°、垂直４５°〜７０°の範囲内であるとき。
・検出された視線の方向が、映像に誘発される自己運動感覚（ベクション）の誘発が起こりはじめる水平約２０°から、自己運動感覚が飽和する約１１０°の範囲内であるとき。

・変形例３：
上記実施形態では、焦点距離テーブルの一例を示した。しかし、焦点距離テーブルの詳細はあくまで一例であり、種々の変更が可能である。例えば、フィールドの追加、削除、変更を行うことができる。また、焦点距離テーブルは、複数のテーブルに分割して正規化してもよい。

例えば、移動量は、ピクセル以外の単位で表現されていてもよい。また、焦点距離は、メートル以外の単位で表現されていてもよい。

焦点距離テーブルは省略可能である。焦点距離テーブルを省略する場合、画像処理部は、演算により移動量を求めることができる。

・変形例４：
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…制御部（コントローラー）
１２…点灯部
１４…タッチパッド
１６…十字キー
１８…電源スイッチ
２０…画像表示部
２１…右保持部
２２…右表示駆動部
２３…左保持部
２４…左表示駆動部
２６…右光学像表示部
２８…左光学像表示部
３０…イヤホンプラグ
３２…右イヤホン
３４…左イヤホン
４０…接続部
４２…右コード
４４…左コード
４６…連結部材
４８…本体コード
５１…送信部
５２…送信部
５３…受信部（表示駆動部）
５４…受信部（表示駆動部）
６１…距離測定部
６２…目印検出部
１１０…入力情報取得部
１００…ヘッドマウントディスプレイ（頭部装着型表示装置）
１２０…記憶部
１２２…焦点距離テーブル
１３０…電源
１４０…ＣＰＵ
１６０…画像処理部
１７０…音声処理部
１８０…インターフェイス
１９０…表示制御部
２０１…右バックライト制御部（表示駆動部）
２０２…左バックライト制御部（表示駆動部）
２１１…右ＬＣＤ制御部（表示駆動部）
２１２…左ＬＣＤ制御部（表示駆動部）
２２１…右バックライト（表示駆動部）
２２２…左バックライト（表示駆動部）
２４１…右ＬＣＤ（表示駆動部）
２４２…左ＬＣＤ（表示駆動部）
２５１…右投写光学系（表示駆動部）
２５２…左投写光学系（表示駆動部）
２６１…右導光板
２６２…左導光板
ＰＣＬＫ…クロック信号
ＶＳｙｎｃ…垂直同期信号
ＨＳｙｎｃ…水平同期信号
Ｄａｔａ…画像データー
Ｄａｔａ１…右眼用画像データー
Ｄａｔａ２…左眼用画像データー
ＯＡ…外部機器
ＰＣ…パーソナルコンピューター
ＳＣ…外景
ＲＥ…右眼
ＬＥ…左眼
ＶＩ…虚像
ＥＬ…端部
ＡＰ…先端部
ＥＲ…端部
ＶＲ…視野
Ｌａ…焦点距離
ＭＡ１…基準領域
ＣＡ１…射出領域
ＭＡ２…基準領域
ＣＡ２…射出領域
ＩＭ…画像
ＩＭ１…画像
ＩＭ２…画像

Claims (10)

1. 使用者が虚像と外景を視認可能な頭部装着型表示装置であって、
   画像を表す画像光を生成し射出する一対の表示駆動部と、
   前記表示駆動部の射出領域から前記画像光を射出させるように前記表示駆動部を制御する画像処理部と、を備え、
   前記画像処理部は、
   使用者が視認する虚像における画像の焦点距離を変更するために、
   一方の前記表示駆動部から射出された前記画像光により形成される像と、他方の前記表示駆動部から射出された前記画像光により形成される像と、が互いに連動して近づく第１の方向と、
   一方の前記表示駆動部から射出された前記画像光により形成される像と、他方の前記表示駆動部から射出された前記画像光により形成される像と、が互いに連動して遠ざかる第２の方向と、
   のいずれか一方に、前記射出領域を移動させるように、前記一対の表示駆動部を制御する、頭部装着型表示装置。
2. 請求項１に記載の頭部装着型表示装置であって、
   前記射出領域は、前記表示駆動部が前記画像光の射出に用いる領域である基準領域よりも、水平方向に小さい領域である、頭部装着型表示装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の頭部装着型表示装置であって、
   前記画像処理部は、使用者が視認する虚像における画像の焦点距離を変更するために、前記第１の方向に前記射出領域を移動させるように、前記一対の表示駆動部を制御する、頭部装着型表示装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、
   前記画像処理部は、さらに、
   前記焦点距離の目標値を取得し、
   取得した前記目標値から、前記射出領域の移動量を求め、
   求めた前記移動量に基づいて、前記一方の表示駆動部の前記射出領域と、前記他方の表示駆動部の前記射出領域とを移動させる、頭部装着型表示装置。
5. 請求項４に記載の頭部装着型表示装置であって、さらに、
   前記使用者から、前記使用者の眼前に存在する物体までの距離を測定する距離測定部を備え、
   前記画像処理部は、さらに、測定された前記距離を前記目標値として取得する、頭部装着型表示装置。
6. 請求項５に記載の頭部装着型表示装置であって、さらに、
   前記使用者の視線の方向を検出する視線検出部を備え、
   前記距離測定部は、検出された前記視線の方向に存在する前記物体までの距離を測定する、頭部装着型表示装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、さらに、
   前記使用者の眼前に存在する所定の目印を検出する目印検出部を備え、
   前記画像処理部は、前記所定の目印が検出された場合に前記画像の焦点距離を変更する、頭部装着型表示装置。
8. 請求項２に従属する請求項３から請求項７のいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、
   前記画像処理部は、
   使用者が視認する虚像における画像の焦点距離を無限遠とするために、
   一方の前記表示駆動部における前記射出領域を前記基準領域の右端とし、他方の前記表示駆動部における前記射出領域を前記基準領域の左端とするように、前記一対の表示駆動部を制御する、頭部装着型表示装置。
9. 請求項２に従属する請求項３から請求項７のいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、
   前記画像処理部は、
   使用者が視認する虚像における画像の焦点距離を無限遠とするために、
   前記射出領域の大きさを前記基準領域と同じ大きさとし、前記一対の表示駆動部における前記射出領域を前記基準領域の中央とするように、前記一対の表示駆動部を制御する、頭部装着型表示装置。
10. 画像を表す画像光を生成し射出する一対の表示駆動部を備え、使用者が虚像と外景を視認可能な頭部装着型表示装置の制御方法であって、
    （ａ）前記表示駆動部の射出領域から前記画像光を射出させるように前記表示駆動部を制御する工程を備え、
    前記工程（ａ）において、
    使用者が視認する虚像における画像の焦点距離を変更するために、
    一方の前記表示駆動部から射出された前記画像光により形成される像と、他方の前記表示駆動部から射出された前記画像光により形成される像と、が互いに連動して近づく第１の方向と、
    一方の前記表示駆動部から射出された前記画像光により形成される像と、他方の前記表示駆動部から射出された前記画像光により形成される像と、が互いに連動して遠ざかる第２の方向と、
    のいずれか一方に、前記射出領域を移動させるように、前記一対の表示駆動部を制御する、頭部装着型表示装置の制御方法。

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