JP5420793B1 - 画像の視認距離を調整できるヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【解決課題】適切なタイミングで，観察者の視距離を測定し，虚像の投影距離を調整する。
【解決手段】 本発明に係るヘッドマウントディスプレイは，映像を表示する表示光学系（１０）と，表示光学系によって表示された映像を虚像として投影する接眼光学系（２０）と，観察者の眼と対面している物体まで又は当該観察者の注視点までの視距離を測定する測距部（３０）と，測距部により測定された前記視距離に基づいて接眼光学系によって投影される虚像の投影距離を調整する投影距離調整部（４０）と，観察者の視野方向の変動を検出する視野変動検出部（５０）と，制御部（６０）と，備える。そして，制御部は，視野変動検出部によって観察者の視野方向の変動が検出されたときに，測距部に対して，視距離の測定を開始させる制御信号を送出する。
【選択図】図３

Description

本発明は，観察者の頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイ（以下，ＨＭＤともいう）に関するものである。具体的に説明すると，本発明のＨＭＤは，観察者の眼前にプリズムなどの接眼光学系を配置し，液晶ディスプレイなどの表示光学系から射出された映像光を観察者の光学瞳に導く構造を持つ。これにより，観察者は，自己の視界内において，接眼光学系によって投影される虚像を視認することができるようになる。特に，本発明のＨＭＤは，観察者が視認している物体までの視距離に合わせて，虚像の投影距離をタイミング良く調整することを主たる目的としている。

近年，例えば頭部に装着して使用するＨＭＤのように，使用者の身体に取り付けて使用することのできるウェアラブルデバイスへの需要が高まりつつある。また，例えば，コンピュータや，各種センサ機器，ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの映像表示装置も，ウェアラブルデバイスに搭載可能な程度に小型化されており，これらの機器を搭載したウェアラブルデバイスの開発が急速に進行している。

例えば，特許文献１及び特許文献２には，従来のＨＭＤが開示されている。
特許文献１には，外界光の一部又は全部を遮光するシャッタを備えたＨＭＤが開示されている。特許文献１のＨＭＤによれば，移動や作業を行いながらもコンピュータの表示画面を認識でき，安全で眼の疲労の少ない接眼型ディスプレイ装置を提供することができるとされている。

また，特許文献２には，観察者の眼から注視点までの視距離を検出し，検出した注視点の位置に虚像を投影するＨＭＤが開示されている。このように，特許文献２のＨＭＤは，いわゆるオートフォーカス機能を備えるものである。特に，特許文献２のＨＭＤは，立体映像を表示するための構成を備えている。すなわち，特許文献２のＨＭＤは，複数の画素から成る原画像の画像データと，各画素についての距離データと，視距離と，に基づいてピンボケ処理が施された画像の表示データを生成する。そして，表示素子によって，生成した表示データに基づいて画像を表示することとしている。

特開平７−２８０２１号公報 特開平１０−２３９６３４号公報

上記特許文献２に記載されているＨＭＤのように，観察者の眼から注視点までの視距離を測定し，その注視点の位置に虚像を投影する技術は，観察者がくっきりとしたピンぼけのない虚像を視認できるようになることから，効果的であると考えられる。

しかしながら，従来のＨＭＤでは，観察者から注視点までの視距離を常に測定し，その視距離に基づいて虚像の投影距離を常に調整し続けることとしていた。このように，観察者の視距離を常時測定すると，ＨＭＤが備えるバッテリーの消費量が増大するなど，非効率的であるという問題がある。例えば，観察者が本を読んでいる場合など，長時間にわたって観察者の視距離がほとんど変化しない場合もある。このような場合において，観察者の視距離を測定しても，観察者の視距離はほとんど変化しないことから，虚像の投影距離を調整する必要はない。しかし，従来のＨＭＤには，観察者の視距離が変化しない場合に，その視距離の測定を停止する構成を備えておらず，バッテリーの消費など，エネルギーロスという観点における問題を内包するものであった。

このため，現在では，観察者の視距離に基づいて虚像の投影距離を調整する機構を備えたＨＭＤにおいて，その視距離の測定を適切なタイミングで行うができるようにする技術が求められている。

そこで，本発明の発明者は，上記の従来発明の問題点を解決する手段について鋭意検討した結果，観察者の視距離の測定が必要なタイミングは，例えば観察者の頭部が動いた場合などのように，観察者の視野方向に変動が生じた時であるということを見出した。すなわち，本発明の発明者は，観察者の視野方向の変動を検知した時にだけ，その観察者の視距離を測定し，その測定結果に基づいて虚像の投影距離を調整することで，バッテリーの消費量を節約できるという知見を得た。そして，本発明者は，上記知見に基づけば，従来技術の課題を解決できることに想到し，本発明を完成させた。
具体的に説明すると，本発明は以下の構成を有する。

本発明は，観察者の頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）に関する。
本発明のＨＭＤは，表示光学系１０と，接眼光学系２０と，測距部３０と，投影距離調整部４０と，視野変動検出部５０と，制御部６０と，を備える。
表示光学系１０は，映像を表示するための表示素子を含む。
接眼光学系２０は，表示光学系１０によって表示された映像を虚像として投影する。つまり，接眼光学系２０は，表示光学系１０から射出された映像光を観察者の光学瞳に導くためのプリズムを含む。
測距部３０は，視距離を測定する。ここにいう「視距離」とは，観察者の眼と対面している物体までの距離，若しくは，当該観察者の注視点までの距離を意味する。「視距離」は，測距部３０が備えるセンサから観察者の眼と対面している物体までの距離とすればよい。又は，「視距離」は，観察者の眼から注視点までの距離とすればよい。
投影距離調整部４０は，測距部３０により測定された視距離に基づいて，接眼光学系２０によって投影される虚像の投影距離を調整するための機構を備える。
視野変動検出部５０は，観察者の視野方向の変動を検出する。
制御部６０は，視野変動検出部５０によって観察者の視野方向の変動が検出されたときに，測距部３０に対して，視距離の測定を開始させる制御信号を送出する。

上記構成のように，本発明に係るＨＭＤの制御部６０は，視野変動検出部５０によって観察者の視野方向の変動が検出されたときだけ，測距部３０に対して視距離の測定を行わせる。例えば，観察者が頭を動かすことで視野が変わったり，観察者の目線を動かすことで視野が変わったりした場合に，測距部３０が視距離の測定を行う。そして，測距部３０が測定した視距離に基づいて，投影距離調整部４０は，観察者に視認される虚像の投影距離を変更する。このように，観察者の視野が変動したタイミングで視距離の測定を行うことで，効率よく無駄の無いタイミングで，虚像の投影位置を調節できる。従って，本発明のＨＭＤは，バッテリーの消費を節約することができる。

本発明のＨＭＤにおいて，視野変動検出部５０は，ジャイロセンサ５１及び加速度センサ５２の両方又はいずれか一方のセンサを有していることが好ましい。そして，視野変動検出部５０は，センサによって一定の閾値以上の変化が検出されたときに，観察者の視野方向の変動があったと判断することが好ましい。

上記構成のように，ＨＭＤにジャイロセンサ５１及び／又は加速度センサ５２を備え付けることで，観察者の頭部の向きが変わったことを検知できる。すなわち，観察者の頭部の向きが変わったときに，観察者の視野が変動したと推測することできる。従って，ジャイロセンサ５１又は加速度センサ５２から得られた情報や，ジャイロセンサ５１及び加速度センサ５２から得られた情報を組み合わせた情報などに基づけば，適切に，観察者の視野方向の変動を検出可能である。

本発明のＨＭＤにおいて，視野変動検出部５０は，センサ（ジャイロセンサ５１，加速度センサ５２，輝度センサ５３）によって一定の閾値以上の変化が検出され，且つ，一定の閾値以上の変化が検出されない時間が所定時間継続したときに，観察者の視野方向の変動があったと判断することが好ましい。

上記構成のように，センサによって一定の閾値以上の変化が検出されない時間が所定時間継続したことを，視距離の測定開始の条件とすることで，無駄に視距離の測定を行うことを防止できる。すなわち，例えば観察者が走ったりしているような場合には，ジャイロセンサ５１や加速度センサ５２によって，一定の閾値以上の変化が短い時間に何度も検出されることが考えられる。しかし，観察者が激しく動いている状況において，繰り返し視距離の測定を行い，虚像の投影距離を繰り返し調節したとしても，ほとんど意味がないといえる。そこで，例えば，観察者が動きを止めて何かの物体を数秒間（例えば，０．５〜３秒以上）見つめているような場合にだけ，観察者の視距離を測定して，その視距離に虚像投影距離を合わせることが効果的であるといえる。このように，本発明の好ましい形態では，観察者が何かの物体を見つめた状態を適切に検知して，虚像の投影距離を観察者の視距離に適合させることが可能である。

本発明のＨＭＤにおいて，視野変動検出部５０は，輝度センサ５３を有していてもよい。この場合に，視野変動検出部５０は，輝度センサ５３によって一定の閾値以上の輝度の変化が検出されたときに，観察者の視野方向の変動があったと判断することとしてもよい。

上記構成によれば，例えば観察者の頭部の位置に変動はないものの，観察者の視界が開けたときに，その観察者の視距離を測定することができる。例えば，観察者が車に乗っていて窓の外を見つめているような状況において，暗いトンネルの中から明るい外に出たようなときに，観察者の視界が開けて，より遠くの物体を見つめるようになるということが想定される。このため，ＨＭＤ周囲の輝度に一定以上の変化があった時に，観察者の視距離を測定することで，虚像の投影位置を適切な位置に調節することが可能となる。

本発明は，観察者の視距離に基づいて虚像の投影距離を調整する機構を備えたＨＭＤにおいて，観察者の視野方向の変動を検出する視野変動検出部を備えることで，その視距離の測定を適切なタイミングで行うができるようになる。

図１は，本発明に係るＨＭＤの一例を示す外観斜視図である。 図２は，本発明に係るＨＭＤの光学部品を示すブロック図である。 図３は，本発明に係るＨＭＤの機能ブロック図である。

以下，図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は，以下に説明する形態に限定されるものではなく，以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜修正したものも含む。

図１は，本発明に係るヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）１００の一例を示す外観斜視図である。また，図２は，観察者の光学瞳に映像光を導く光学系を模式的に示したブロック図である。特に，図２は，図１において破線の枠で囲って示した箇所に備え付けられる映像表示装置を示している。また，図３は，ＨＭＤ１００に備え付けられる各種モジュールを示した機能ブロック図である。

図１に示されるように，本発明のＨＭＤ１００は，観察者の頭部に装着して使用される装置である。ＨＭＤ１００は，観察者の片眼（例えば右眼）の前に配置される映像表示装置（枠線で囲った部分）を備える。ＨＭＤ１００は，この映像表示装置によって，観察者に映像を視認させることができる。

図２及び図３に示されるように，本発明のＨＭＤ１００は，表示光学系１０と，接眼光学系２０と，測距部３０と，投影距離調整部４０と，視野変動検出部５０と，制御部６０と，を備えている。なお，制御部６０は，これらのモジュールの電子的な制御を総合的に担うＣＰＵである。

簡単に説明すると，ＨＭＤ１００は，表示光学系１０で表示した映像光を，接眼光学系２０を介して，観察者の光学瞳Ｅへと導く。接眼光学系２０は，表示光学系１０が表示している映像を，虚像として投影するものであり，観察者はその虚像を視認することができる。また，ＨＭＤ１００は，いわゆるオートフォーカス機能を持つ。つまり，ＨＭＤ１００は，測距部３０によって観察者の視距離を測定する。そして，その測定値に基づいて，投影距離調整部４０によって虚像の投影距離を調整し，観察者が視認しやすい位置に虚像を映し出す。さらに，本発明のＨＭＤ１００は，観察者の視野変動を検出するための視野変動検出部５０を備える。そして，ＨＭＤ１００の制御部６０は，視野変動検出部５０が，観察者の視野変動を検出したときに，測距部３０に対し，その観察者の視距離の測定を開始するように制御信号を送出する。

図２及び図３に示されるように，表示光学系１０は，光源１１と，集光レンズ１２と，表示素子１３を有する。光源１１は，Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色の光を出射するものであることが好ましい。光源１１は，例えば，ＲＧＢ一体型のＬＥＤパネルで構成されていることが好ましい。なお，光源１１は，単色光や白色光を出射するものであってもよい。また，集光レンズ１２は，光源１１からの光を集光して表示素子１３に供給する。また，表示素子１３は，入射光を画像データに応じて変調することにより，映像を表示するものである。表示素子１３は，例えば，光が透過する領域となる各画素がマトリクス状に配置された透過型の液晶表示素子で構成されていることが好ましい。このように，表示光学系１０の例は，液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）である。

接眼光学系２０は，上記表示素子１３からの映像光を光学瞳Ｅに導く光学系である。接眼光学系２０は，例えばプリズム２１を有している。プリズム２１は，表示素子１３からの映像光を内部で導光する導光部材である。プリズム２１は，映像光の入射面２１ａと，全反射面２１ｂと，射出面２１ｃを有する形状となっている。なお，プリズム２１は，単一のプリズムで構成されてもよいし，複数プリズムを組み合わせて構成されてもよい。プリズム２１の入射面２１ａは，横方向に進行する映像光の光軸と垂直に交差する奥行き方向に設けられている。また，射出面２１ｃは，観察者の光学瞳Ｅと対向するように設けられている。全反射面２１ｂは，例えば矩形形状（長方形形状）であり，映像光の光路を直角に折り曲げる手段として機能している。具体的には，全反射面２１ｂは，入射面２１ａを介してプリズム内部に入射して横方向に進行する映像光を，奥行方向の手前に全反射させる。

上記の構成によれば，光源１１から射出された光は，集光レンズ１２で集光されて表示素子１３に入射する。光は表示素子１３によって変調されて映像光となる。その後，表示素子１３から射出された映像光は，接眼光学系２０に入射する。接眼光学系２０では，映像光が，入射面２１ａを介してプリズム２１の内部に入射する。その後，映像光は，プリズム２１の内部を横方向に沿って進行し，全反射面２１ｂで光路が折り曲げられ奥行き方向手前に向きを変えて進行する。これにより，映像光は，プリズム２１の射出面２１ｃを介して，観察者の光学瞳Ｅに導かれる。このようにして，観察者は，光学瞳Ｅの位置で，表示素子１３にて表示された映像の拡大虚像を観察することができる。

すなわち，本発明のＨＭＤ１００を装着すると，表示光学系１０によって表示された画像が，接眼光学系２０を通って観察者の光学瞳Ｅに届く。接眼光学系２０は，プリズム２１の全反射面２１ｂの実際の位置よりも離れた位置において拡大された虚像Ｖを結ぶ。このようにして，観察者は，接眼光学系２０によって投影された虚像Ｖを視認することができ，あたかも実世界の景色に重なって映像が浮かび上がっているかのように見える。

本発明のＨＭＤは，さらに，測距部３０と投影距離調整部４０を備える。これにより，虚像Ｖの投影位置を自動的に調整するオートフォーカス機能を，ＨＭＤ１００に実装することができる。

まず，測距部３０は，観察者の「視距離」を測定する機能を持つ。ここにいう「視距離」とは，観察者の光学瞳Ｅと対面している物体Ｏまでの距離，若しくは，観察者の光学瞳Ｅから注視点までの距離を意味する。

図２に示した例では，測距部３０が備える測距センサ３１から物体Ｏまでの距離までの距離を「視距離」と定義している。この場合，測距センサ３１は，赤外線又は超音波などを照射・受信する装置を備えるアクティブ式のセンサであってもよいし，ＣＣＤカメラを備えるパッシブ式のセンサであってもよい。例えば，アクティブ式のセンサは，赤外線や超音波を，観察者の光学瞳Ｅと対面する物体Ｏに照射し，その反射波が戻るまでの時間や照射角度により物体Ｏまでの距離を検出することができる。他方，パッシブ式のセンサは，ＣＣＤカメラのレンズで捉えた画像を利用して物体Ｏまでの距離を測定することができる。パッシブ式で測距を行う方法としては，位相差検出方式，コントラスト検出方式，及びパッシブ外光方式など，公知の方法を利用することができる。測距センサ３１は，例えば，接眼光学系２０の周囲（半径２０ｍｍ以内の位置）に取り付けられていることが好ましい。

図２及び図２に示した例では，測距センサ３１として，赤外線センサを利用している。測距センサ３１は，物体Ｏに対して赤外線を照射し，その反射派を受信する。測距センサ３１によって取得された情報は，測距部３０へと送出される。測距部３０は，測距センサ３１を利用して得た情報を解析し，測距センサ３１から物体Ｏまでの距離（視距離）を求める。図２において，視距離は，符号Ｓで示されている。

ただし，図示は省略するが，観察者の「視距離」は，観察者の光学瞳Ｅから注視点までの距離として定義されるものであってもよい。この場合，測距部３０が備える測距センサ３１は，光学瞳Ｅを観察して，その光学瞳Ｅの屈折力を検出するセンサであってもよい。測距部３０は，測距センサ３１から得られた屈折力に基づいて，光学瞳Ｅが焦点を合わせている注視点の位置を特定することができる。このようにして，測距部３０は，観察者の光学瞳Ｅから注視点までの距離（視距離）を測定することも可能である。

測距部３０により視距離の計測が行われると，その視距離に関するデータは，制御部６０へと送出される。制御部６０は，視距離に関するデータを，投影距離調整部４０へと送出する。投影距離調整部４０は，視距離に関するデータに基づいて，接眼光学系２０によって投影される虚像Ｖの投影距離を調節することができる。

図２及び図３に示されるように，例えば，投影距離調整部４０は，補正レンズ４１を備える。図２の例に示されるように，補正レンズ４１は，表示光学系１０から放出される映像光の光軸上において，表示光学系１０と接眼光学系２０の間に配置されることが好ましい。

投影距離調整部４０は，補正レンズ４１を利用して，虚像Ｖの投影距離と調節する。投影距離調整部４０が虚像Ｖの投影距離を調整する方法は，適宜公知の方法を用いることができ，特に限定されるものではない。

例えば，図２に示した例において，投影距離調整部４０は，補正レンズ４１を，映像光の進行方向に沿って，進退させるための機構を有している。つまり，投影距離調整部４０は，補正レンズ４１の物理的な位置を前後させることにより，プリズム２１の全反射面２１に映像光が集光する面積を調整する。このように，投影距離調整部４０は，補正レンズ４１の位置を調整することで，虚像Ｖの投影距離を調整することとしてもよい。

例えば，図示は省略するが，補正レンズ４１は，液体レンズなどの可変焦点レンズであってもよい。例えば，液体レンズは，レンズホルダー（容器）内に水溶液と油を封入しており，容器の上下の電極から水溶液に電圧を加えることで水溶液と油の境界面の形状を変化させることができる。これにより，液体レンズでは，水溶液と油の境界面がレンズとなり，電圧の変化によって焦点距離を合わせることが可能となる。このように，補正レンズ４１として液体レンズを用いた場合に，投影距離調整部４０は，補正レンズ４１が備える電極に対して印加する電圧を調整する機構を備えていればよい。このように，投影距離調整部４０は，補正レンズ４１（液体レンズ）の焦点位置を調整することで，虚像Ｖの投影距離を調整することとしてもよい。

その他，図示は省略するが，投影距離調整部４０は，焦点位置（屈曲率）の異なる複数の補正レンズ４１を備えていてもよい。そして，投影距離調整部４０は，表示光学系１０と接眼光学系２０の間に差し込むレンズの種類を物理的に変えることで，虚像Ｖの投影距離を調整することとしてもよい。

以上のように，投影距離調整部４０は，測距部３０によって測定された視距離に関するデータに基づいて，虚像Ｖの投影距離を自動的に調整することができる。

さらに，本発明のＨＭＤ１００は，観察者の視野方向の変動を検出する視野変動検出部５０を備えている。視野変動検出部５０は，観察者の視野方向の変動を検出すると，その旨の情報を，制御部６０へと送出する。制御部６０は，視野変動検出部５０から情報を受信したときにだけ，測距部３０に対して，視距離の測定を開始するように命令信号を送る。測距部３０は，制御部６０から命令信号を受信しない限り，視距離の測定を行わない。これにより，測距部３０が常に視距離の測定を行い続けることを防止できるため，ＨＭＤ１００が備えるバッテリー（図示省略）の消費を抑制することが可能となる。

図２及び図３に示した実施形態において，視野変動検出部５０は，ジャイロセンサ５１と加速度センサ５２を備えている。また，視野変動検出部５０は，輝度センサ５３を備えていてもよい。これらのジャイロセンサ５１，加速度センサ５２，及び輝度センサ５３は，ＨＭＤ１００のどの位置に取り付けられていてもよいが，例えば，表示光学系１０や接眼光学系２０の周囲に配置されていることが好ましい。ジャイロセンサ５１，加速度センサ５２，及び輝度センサ５３は，公知のセンサであるため，適宜公知のものを用いればよい。

具体的に説明すると，ジャイロセンサ５１は，ＨＭＤ１００に設定された３軸回りの角速度をそれぞれ検出し，検出した角速度を示す角速度値を視野変動検出部５０に送出する。ジャイロセンサ５１が検出する角速度値は，ＨＭＤ１００自体の向き（傾斜角度）や動きに対応して変化している。このため，視野変動検出部５０は，ジャイロセンサ５１により取得された角速度値を用いて，ＨＭＤ１００の向きや動きを算出することができる。

また，加速度センサ５２は，ＨＭＤ１００に生じる加速度（重力加速度を含む）を検出し，検出した加速度を示す加速度値を視野変動検出部５０に送出する。加速度センサ５２が検出する加速度値は，ＨＭＤ１００自体の向き（傾斜角度）や動きに対応して変化する。このため，視野変動検出部５０は，加速度センサ５２により取得された加速度値を用いて，ＨＭＤ１００の向きや動きを算出することができる。

また，輝度センサ５３は，ＨＭＤ１００の周囲の外光の輝度（明度を含む）を検出し，検出した輝度を示す輝度値を視野変動検出部５０に送出する。輝度センサ５３が検出する輝度値は，ＨＭＤ１００の周囲の光量などに応じて変化する。このため，視野変動検出部５０は，輝度センサ５３により取得された輝度値を用いて，ＨＭＤ１００の周囲の空間の明るさ算出することができる。

視野変動検出部５０は，上述したジャイロセンサ５１，加速度センサ５２，又は輝度センサ５３により取得された各種の値の変化に基づいて，観察者の視野の変動を検出することができる。例えば，視野変動検出部５０は，ジャイロセンサ５１により検出される角速度値が，ある基準値に対して所定の閾値以上変化したときに，観察者の視野変動があったものと判断することができる。また，例えば，視野変動検出部５０は，加速度センサ５２により検出される加速度値が，ある基準値に対して所定の閾値以上変化したときに，観察者の視野変動があったものと判断することができる。同様に，視野変動検出部５０は，輝度センサ５３により検出される輝度値が，ある基準値に対して所定の閾値以上変化したときに，観察者の視野変動があったものと判断することができる。
また，視野変動検出部５０は，これらのセンサ５１〜５３により検出されるデータを単一で用いるだけでなく，これらのデータを適宜組み合わせて，視野変動を検出することとしてもよい。

例えば，ジャイロセンサ５１及び加速度センサ５２によって取得される角速度値と加速度値が変化するということは，観察者の頭部が向きを変えたり動いたりしたことを意味する。このため，観察者の頭部が向きを変えると，当然に，観察者の視野方向も変動する。そして，観察者の視野方向が変動すると，観察者の視距離も変化したと推測できる。このため，ジャイロセンサ５１と加速度センサ５２から得られたデータを，観察者の視距離の測定の契機として利用することで，適切なタイミング（観察者の視認する物体が変化したタイミング）で，シ距離の測定を行うことができる。

また，輝度センサ５３によって取得される輝度値が変化するということは，観察者の周りの環境の明るさが変わったことを意味する。このように，輝度センサ５３によって得られる情報を利用することで，例えば観察者の頭部の位置に変動はないものの，観察者の視界が開けたときに，その観察者の視距離を測定することができる。例えば，観察者が車に乗っていて窓の外を見つめているような状況において，暗いトンネルの中から明るい外に出たようなときに，観察者の視界が開けて，より遠くの物体を見つめるようになるということが想定される。このため，ＨＭＤ周囲の輝度に一定以上の変化があった時に，観察者の視距離を測定することで，虚像の投影位置を適切な位置に調節することが可能となる。

さらに，視野変動検出部５０は，上記センサ５１〜５３によって一定の閾値以上の変化が検出され，且つ，その後一定の閾値以上の変化が検出されない時間が所定時間継続したときに，観察者の視野方向の変動があったと判断することとしてもよい。例えば，ジャイロセンサ５１を例に挙げて説明すると，視野変動検出部５０は，ＨＭＤ１００の向きが一定の閾値以上変化した後，ＨＭＤ１００の向きが所定時間変化しなかった場合にのみ，視野方向の変動があったと判断する。すなわち，ジャイロセンサ５１によって検知されるデータが，連続的に繰り返し変化しているときに，何度も視距離の測距を行うと，虚像の投影距離もすぐに変化してしまうようになり，却って観察者が虚像を視認しづらくなる。他方，観察者がある物体（建物や本）をじっくり視ているときには，ジャイロセンサ５１によって取得される角速度値は，所定時間変化しないものと考えられる。このようなときにだけ，観察者の視距離を測定して虚像の投影距離を調節することで，観察者に対して適切に胸像を視認させることが可能となる。ここにいう，「所定時間」は，観察者が物体を見つめる時間であり，例えば０．５秒〜６秒，１秒〜５秒，２秒〜４秒とすればよい。

以上，視野変動検出部５０の好ましい形態について説明を行ったが，視野変動検出部５０が観察者の視野変動を検出する形態は，上述した形態に限定されるものではない。例えば，視野変動検出部５０は，観察者の黒眼の動きをトレースするセンサを有していてもよい。この場合，視野変動検出部５０は，観察者の眼の黒眼が動いたときに，観察者の視野変動があったものと判断することができる。

視野変動検出部５０は，上記のようにして，上記センサ５１〜５３から得られたデータの変化に基づいて，観察者の視野の変動が発生したと判断すると，その旨の信号を制御部６０へと送出する。制御部６０は，視野変動検出部５０から信号を受信したときにだけ，測距部３０に対して，視距離の測定を開始する命令信号を送出する。測距部３０は，測距センサ３１を利用して，観察者の視距離の測定を行い，制御部６０へと伝達する。制御部６０は，測距部３０から得られた視距離に関するデータを，投影距離調整部４０へと送出する。投影距離調整部４０は，視距離に関するデータに基づいて，補正レンズ４１を制御することで，接眼光学系２０によって投影される虚像Ｖの投影距離を調整する。このようにして，本発明によれば，観察者の視野方向が変化した適切なタイミングで，観察者の視距離の測定を行い，虚像投影距離を調節することが可能となる。

以上，本願明細書では，本発明の内容を表現するために，図面を参照しながら本発明の実施形態の説明を行った。ただし，本発明は，上記実施形態に限定されるものではなく，本願明細書に記載された事項に基づいて当業者が自明な変更形態や改良形態を包含するものである。

本発明は，観察者の頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイに関するものである。このため，本発明はヘッドマウントディスプレイの製造産業において好適に利用することができる。

１０…表示光学系 １１…光源 １２…集光レンズ
１３…表示素子 ２０…接眼光学系 ２１…プリズム
２１ａ…入射面 ２１ｂ…全反射面 ２１ｃ…射出面
３０…測距部 ３１…測距センサ ４０…投影距離調整部
４１…補正レンズ ５０…視野変動検出部 ５１…ジャイロセンサ
５２…加速度センサ ５３…明度センサ ６０…制御部

Claims (4)

1. 観察者の頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイであって，
   映像を表示する表示光学系（１０）と，
   前記表示光学系（１０）によって表示された映像を虚像として投影する接眼光学系（２０）と，
   観察者の眼と対面している物体まで又は当該観察者の注視点までの視距離を測定する測距部（３０）と，
   前記測距部（３０）により測定された前記視距離に基づいて，前記接眼光学系（２０）によって投影される虚像の投影距離を調整する投影距離調整部（４０）と，
   前記観察者の視野方向の変動を検出する視野変動検出部（５０）と，
   前記視野変動検出部（５０）によって前記観察者の視野方向の変動が検出されたときに，前記測距部（３０）に対して，前記視距離の測定を開始させる制御信号を送出する制御部（６０）と，を備える
   ヘッドマウントディスプレイ。
2. 前記視野変動検出部（５０）は，
   ジャイロセンサ（５１）及び加速度センサ（５２）の両方又はいずれか一方のセンサを有し，
   前記センサによって一定の閾値以上の変化が検出されたときに，前記観察者の視野方向の変動があったと判断する
   請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
3. 前記視野変動検出部（５０）は，
   前記センサによって一定の閾値以上の変化が検出され，且つ，その後一定の閾値以上の変化が検出されない時間が所定時間継続したときに，前記観察者の視野方向の変動があったと判断する
   請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
4. 前記視野変動検出部（５０）は，
   輝度センサ（５３）を有し，
   前記輝度センサ（５３）によって一定の閾値以上の輝度の変化が検出されたときに，前記観察者の視野方向の変動があったと判断する
   請求項１から請求項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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