JP6274531B2 - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、使用者の頭部に装着して画像を表示するヘッドマウントディスプレイに関する。

近年、様々な産業又は医療等の分野において、使用者の頭部に装着して画像を表示するヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）の普及が進んでいる。従来のＨＭＤとして、眼鏡型、ゴーグル型、ヘルメット装着型等の構成が知られている。このようなＨＭＤは、常時装着型と呼ばれるものであり、使用者の行動や目的等に応じて外界の視野を確保する必要もある。そのような課題に関連して、例えば特許文献１には、使用者の行動状態に応じて情報の表示モードを切り換える情報表示装置が開示されている。

特開２００７−１６３６３４号公報

ところで、装着手段を介して使用者の頭部に装着されるＨＭＤは、一定の自由度を有して前記装着手段に対し表示装置が支持されている。そのため、使用者は、表示装置を視界の外に移動させて外界のみを視認して作業をすることができる。このように、表示装置を使用者の視界の外に保持する位置を「跳ね上げ位置」という。また、使用者は、必要なときに視線の先を変えるだけで表示画像を見ることができる位置に表示装置を保持して作業をする場合もある。そのような、視線の先を変えるだけで画像を見ることができる位置を「ちら見位置」という。
ＨＭＤを装着する使用者にとっては、表示装置を上述の「ちら見位置」に保持して、手元の作業に集中しながら表示装置が出力する情報を補助的に取得したいというニーズがある。しかし、特許文献１に記載の情報表示装置は、眼球からの赤外反射光を基に画像を注視しているか否かを判断し、使用者が注視していないときには画像を非表示モードに切り換えるというものである。そのため、使用者の視線から若干ずれた「ちら見位置」に表示装置を保持すると非表示モードに切り換わってしまい、どのような画像情報が表示されていたのか確認することができなかった。

また、特許文献１に記載の情報表示装置は、表示装置の支持部の回動をロータリーエンコーダが検出することで表示装置の角度位置を判別している。そして、情報表示装置の自由度は、眼球回旋点を中心とした回動を前提としている。しかし、支持部の先端に、例えば自在継手を介して表示装置が接続される構成の自由度の大きなＨＭＤにおいて、例えば特許文献１では表示装置の位置を検知することが困難である。仮に、表示装置自体に何らかの移動を検知するセンサを設けることが考えられるが、その場合でも、表示装置自体が装着具に対して相対的に移動したのか、使用者が歩く等の身体動作に伴って移動したのかを、正確に判別することは困難であった。

本発明は、かかる従来の課題にかんがみてなされたものであり、装着具に対する表示ユニットの相対位置を正確に検出することができる等のヘッドマウントディスプレイを提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明は、使用者の頭部に装着される装着具と、制御手段と、前記制御手段から送信される画像信号に基づいて画像光を射出可能な表示ユニットと、前記装着具に対して前記表示ユニットを一定の自由度を有して支持する支持アームと、前記表示ユニットに設けられ、前記表示ユニットの加速度、方位又は角速度のうち少なくとも１つの物理量を検出する第１センサと、前記装着具に設けられ、前記第１センサが検出する物理量と同じ種類の物理量を少なくとも検出する第２センサと、を備え、前記制御手段は、前記第１及び第２センサがそれぞれ検出する各物理量の比較に基づいて、前記装着具に対する前記表示ユニットの相対位置を測定する、ヘッドマウントディスプレイである。

前記制御手段は、測定した前記表示ユニットの相対位置に応じて、前記表示ユニットが射出する画像光の輝度を変化させる処理を行うことが好ましい。

前記制御手段は、前記相対位置が所定の第１領域に属するとき、前記画像光の輝度を第１輝度にし、前記相対位置が前記第１領域よりも外方に離間する所定範囲内であって、且つ、前記第１領域を除く第２領域に属するとき、前記画像光の輝度を、前記第１輝度よりも暗い第２輝度にする処理を行うことが好ましい。

前記表示ユニットには、使用者の視線の方向を検出する視線検出部が備えられ、前記制御手段は、前記表示ユニットの相対位置が前記第２領域に属し、且つ、前記視線検出部により検出された視線の方向が前記画像光の射出方向に一致しているときには、当該画像光の輝度を前記第２輝度よりも明るい第３輝度にする処理を行うことが好ましい。

前記制御手段は、前記相対位置が前記第２領域よりも外方に離間する場合、前記画像光の射出を停止する処理を行うことが好ましい。

また、本発明は、使用者の頭部に装着される装着具と、制御手段と、使用者の両眼に対応して設けられ、前記制御手段から送信される画像信号に基づいて画像光を射出可能な第１表示ユニットと、使用者の他方の眼に対応して設けられ、前記制御手段から送信される画像信号に基づいて画像光を射出可能な第２表示ユニットと、前記装着具に対して前記第１表示ユニットを支持し、その長手方向各端部において前記装着具及び前記第１表示ユニットに、それぞれ自在継手を介して接続される第１支持アームと、前記装着具に対して前記第２表示ユニットを支持し、その長手方向各端部において前記装着具及び前記第２表示ユニットに、それぞれ自在継手を介して接続される第２支持アームと、前記第１表示ユニットに設けられ、前記第１表示ユニットの加速度、方位又は角速度のうち少なくとも１つの物理量を検出する第１の第１センサと、前記第２表示ユニットに設けられ、前記第１の第１センサが検出する物理量と同じ種類の物理量を検出する第２の第１センサと、前記装着具に設けられ、前記第１の第１センサが検出する物理量と同じ種類の物理量を少なくとも検出する第２センサと、を備え、前記制御手段は、前記第１の第１センサ及び前記第２センサがそれぞれ検出する各物理量の比較に基づいて、前記装着具に対する前記第１表示ユニットの相対位置を測定し、前記第２の第１センサ及び前記第２センサがそれぞれ検出する各物理量の比較に基づいて、前記装着具に対する前記第２表示ユニットの相対位置を測定し、前記第１表示ユニット及び前記第２表示ユニットの相対位置が、共に所定の第１領域に属するとき、前記第１表示ユニット及び前記第２表示ユニットが射出する画像光の輝度を第１輝度にし、前記第１表示ユニット及び前記第２表示ユニットの何れか一方の前記相対位置が、前記第１領域よりも外方に離間する所定範囲内であって、且つ、前記第１領域を除く第２領域に属するとき、前記第２領域にある前記第１表示ユニット及び前記第２表示ユニットの他方が射出する画像光の輝度を、前記第１輝度よりも暗い第２輝度にする処理を行う、ヘッドマウントディスプレイである。

前記第１及び第２表示ユニットには、使用者の視線の方向を検出する第１及び第２視線検出部がそれぞれ備えられ、前記制御手段は、前記第１及び第２表示ユニットの何れか一方の相対位置が、前記第２領域に属し、且つ、前記第２領域に属する表示ユニットの前記視線検出部により検出された視線の方向が前記画像光の射出方向に一致しているときには、当該画像光の輝度を前記第２輝度よりも明るい第３輝度にする処理を行うことが好ましい。

前記制御手段は、前記第１及び第２表示ユニットに対して、使用者に応じて利き目用又は非利き目用として、それぞれ設定された設定情報を記憶し、前記第１及び第２表示ユニットの相対位置が、共に前記第２領域に属する場合であって、利き目用として設定された表示ユニットの前記視線検出部により検出された視線の方向が前記画像光の射出方向に一致していると検出され、非利き目用として設定された表示ユニットの前記視線検出部により検出された視線の方向が前記画像光の射出方向に一致していないと検出された場合には、前記利き目用の表示ユニットの画像光の輝度を前記第３輝度にし、前記非利き目用の表示ユニットの画像光の輝度を前記第２輝度にする処理を行うことが好ましい。

前記第１及び第２表示ユニットの相対位置が、共に前記第２領域に属する場合であって、前記制御手段は、非利き目用として設定された表示ユニットの前記視線検出部により検出された視線の方向が前記画像光の射出方向に一致していると検出され、利き目用として設定された表示ユニットの前記視線検出部により検出された視線の方向が前記画像光の射出方向に一致していないと検出された場合には、前記非利き目用の表示ユニットの画像光の輝度を前記第３輝度にし、前記利き目用の表示ユニットにおける画像光の射出を停止する処理を行うことが好ましい。

前記制御手段は、前記第１及び第２表示ユニットの何れか一方の前記相対位置が、前記第２領域よりも外方に離間する位置にある場合、前記第２領域よりも外方に離間する位置にある表示ユニットにおける画像光の射出を停止する処理を行うことが好ましい。

前記第１領域が有効視野に対応し、前記第２領域が有効視野よりも外側の安定注視野に対応して設定されていることが好ましい。

上述した構成のヘッドマウントディスプレイによれば、装着具に対する表示ユニットの相対位置を正確に検出することができる。また、外界の実視野や表示ユニットが表示する情報画像の視認性を十分確保することができる。

本発明の一実施形態であるＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）の外観を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による表示ユニットを前方から見た斜視図である。 図２の表示ユニットを後方から見た斜視図である。 図２及び図３の表示ユニットの内部構造を示す分解斜視図である。 図４のレンズホルダの斜視図である。 図４の回転カムの背面図である。 本発明の一実施形態による注視状態判別手段の光学系を示す図である。 本発明の一実施形態によるＨＭＤを制御するシステム全体の電気回路構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による輝度調整処理１を示すフロー図である。 外界視野を仮想的に投影した視野平面を例示する図である。 左眼用の表示ユニットが「跳ね上げ位置」にある状態を例示する正面図である。 左眼用の表示ユニットが「ちら見位置」にある状態を例示する正面図である。 本発明の一実施形態による輝度調整処理２を示すフロー図である。 本発明の一実施形態による輝度調整処理３を示すフロー図である。 図１４Ａの処理に継続する輝度調整処理３を更に示すフロー図である。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。図１は、本発明に係るヘッドマウントディスプレイ（Head Mount Display、以下「ＨＭＤ」という。）の一実施形態である、両接眼型のＨＭＤ１０の外観を示す斜視図である。なお、図１に示される三次元ｘｙｚ座標系において、ｘ軸の正方向を右、ｘ軸の負方向を左、ｙ軸の正方向を上、ｙ軸の負方向を下、ｚ軸の正方向を前、ｚ軸の負方向を後として以下説明する。

ＨＭＤ１０は、表示装置として、使用者の左眼及び右眼にそれぞれ対応する２つの表示ユニット１１Ａ、１１Ｂを備えている。図１において右側に示される左眼用の表示ユニット１１Ａは、支持アーム１３Ａを介して装着具１２に支持されている。図１において左側に示される右眼用の表示ユニット１１Ｂは、支持アーム１３Ｂを介して装着具１２に支持されている。

ＨＭＤ１０は、コントロールボックス（以下、「ＣＢ」という。）３０を備えている。ＣＢ３０は、表示ユニット１１Ａ、１１Ｂの表示処理を行う制御手段としての一例である。ＣＢ３０には、信号入力コネクタ３１が設けられる。コネクタ３１には、図示しない外部の映像出力装置からケーブル３２Ａ、３２Ｂを介して送られてくる映像信号が入力される。画像情報、映像出力装置からの映像信号により搬送されＣＢ３０に入力される画像情報は、動画像及び静止画像の他に文字情報等の視認可能な情報コンテンツを含む。ＣＢ３０に入力される映像信号は、デジタル形式の例えばＨＤＭＩ（登録商標）映像信号であってもよいし、例えばＭＰＥＧ規格に準拠して圧縮された映像データ信号であってもよい。また、映像信号は、例えばＮＴＳＣアナログコンポジェット信号であってもよい。

映像出力装置としては、例えばデジタルビデオカメラや画像再生装置等である。これらの他に、ＨＭＤ１０の用途や目的に応じて、例えば産業用の遠隔モニタリングシステム若しくは作業工程管理システム、又は、医療診断用のサブモニタシステム等からの映像信号が、随時、ＣＢ３０に入力され、ＨＭＤ１０に表示されてもよい。ＣＢ３０は、外部の映像出力装置やシステムから入力される映像信号に基づいて、表示ユニット１１Ａ、１１Ｂに表示させる画像のサイズ及び色調整等の補正処理をすることができる。また、後述するように、ＣＢ３０は、表示ユニット１１Ａ、１１Ｂの相対位置変位に応じて、各表示ユニット１１Ａ、１１Ｂが射出する画像光の輝度を適正にする等の処理を行っている。

本実施形態によるＨＭＤ１０は、例えば光学透過型（シースルー）ＨＭＤである。このような透過型のＨＭＤ１０によれば、使用者の眼前に配置される表示ユニット１１Ａ、１１Ｂの表示部であるハーフミラー５１Ａ、５１Ｂに、後述する画像生成部が射出する画像光が入射する。ハーフミラー５１Ａで反射された画像光が使用者の左眼の瞳孔に、ハーフミラー５１Ｂで反射された画像光が使用者の右眼の瞳孔にそれぞれ入射することで、使用者に虚像を視認させる。透過型のＨＭＤ１０のハーフミラー５１Ａ、５１Ｂが、使用者の眼に接眼して配置されることにより、ハーフミラー５１Ａ、５１Ｂを透過する外景に画像生成部が生成する画像等を重ねて使用者に視認させることができる。
なお、本明細書においては両眼用の光学透過型ＨＭＤ１０の実施形態を説明する。ただし、本発明の実施にあたっては、非透過型のＨＭＤであってもよい。また、単眼用のＨＭＤにおいて、１つの表示ユニットの相対位置に応じて当該表示ユニットによる画像の表示態様が適正化される構成であってもよい。

［ＨＭＤの機械的構成の説明］
（装着具）
装着具１２は、人間の頭部に装着して保持できるようにするために、湾曲した細長い板状部材として形成される。装着具１２は、曲げ弾性を有する例えばステンレスなどの金属、可撓性を有する樹脂材料及びそれらの組み合わせによって構成される。装着具１２は、湾曲部１２ａと、幅広部１２ｂ、１２ｂとを備えている。湾曲部１２ａは、Ｕ字状に湾曲する部分である。一方の幅広部１２ｂは、湾曲部１２ａの一端に接続する。他方の幅広部１２ｂは、湾曲部１２ａの他端に接続する。幅広部１２ｂ、１２ｂは、それらの各端部同士が互いに近づく方向にそれぞれ湾曲している。幅広部１２ｂ、１２ｂには、使用者の頭部に接触する部分に柔軟性を有するパッド材が備えられてもよい。なお、湾曲部１２ａには、第２センサ１５である例えば９軸センサが埋め込まれている。この９軸センサについては後述する。

装着具１２は、左右の各幅広部１２ｂ、１２ｂが互いに離間する方向に力が加えられると、主として湾曲部１２ａの全体が開くように弾性変形する。この状態で、使用者の前頭部に湾曲部１２ａの内側面を当接させ、左右各側頭部に幅広部１２ｂ、１２ｂの各内側面を当接させることで、装着具１２が使用者の頭部に装着される。

装着具１２の右側一端部には、３回転自由度を有する自在継手である球面継手２２Ａが設けられている。この球面継手２２Ａには、支持アーム１３Ａの一端部（図１において上側端部）が接続している。また、装着具１２の左側一端部には、３回転自由度を有する自在継手である球面継手２２Ｂが連結して設けられている。この球面継手２２Ｂには、支持アーム１３Ｂの一端部（図１において上側端部）が接続している。

（支持アーム）
支持アーム１３Ａ、１３Ｂは、それぞれ例えば硬質の樹脂等により形成される棒状のリンク部材である。支持アーム１３Ａの他端部（図１において下側端部）は球面継手２３Ａを介して、表示ユニット１１Ａに接続している。支持アーム１３Ｂの他端部（図１において下側端部）は、球面継手２３Ｂを介して、表示ユニット１１Ｂに接続している。球面継手２３Ａ、２３Ｂは、それぞれ、３回転自由度を有する自在継手である。

（表示ユニット）
左右それぞれの表示ユニット１１Ａ、１１Ｂは、可動範囲に一定の制限はあるものの、支持アーム１３Ａ、１３Ｂを介した上述のリンク機構により、装着具１２に対してそれぞれ６自由度を有して保持可能とされている。ここで、６自由度とは、前後（surging）、左右（swaying）及び上下（heaving）の移動、並びに、前後への傾き（pitching）、左右への旋回（yawing）及び両側への揺動（rolling）が可能であることをいう。

表示ユニット１１Ａ、１１Ｂは、それぞれ左右対称の構成を有している。そのため、本明細書では、左眼用の表示ユニット１１Ａを代表して説明する。ここで、図２は前方から見た左眼用の表示ユニット１１Ａの斜視図でありる。図３は後方から見た表示ユニット１１Ａの斜視図である。また、図４は、表示ユニット１１Ａの内部構造を示す分解斜視図である。

これらの図に示されるように、表示ユニット１１Ａは、中空で略楕円筒状の筐体４１を備えている。筐体４１は、特に図４に例示されるように、硬質の樹脂を成型して形成される第１成型部材４７と、第２成型部材４８とを組み合わせた構成である。第１成型部材４７は、表示ユニット１１の筐体４１前部を構成する。第２成形部材４８は、表示ユニット１１の筐体４１後部を構成する。筐体４１の長手方向一端側（即ち、支持アーム１３が接続する側の反対側の端）は、切欠き部４２を有する。切欠き部４２は、前面側が倒Ｕ字状に切り欠かれた形状を有する。即ち、筐体４１の長手方向一端側は、切欠き部４２によって前後方向に開放している。なお、この切欠き部４２を前後に貫く空間内に、ハーフミラー５１Ａを備える偏向部５０が設置される。

筐体４１の前面には、切欠き部４２に隣接して調節つまみ４３が設けられている。調節つまみ４３は、円錐台形状を有し、回転操作が可能である。使用者は、調節つまみ４３を適宜回転させて、後述する画像生成部６０が射出する画像光の焦点を眼の網膜に合わせることができる。使用者は、画像光の焦点を眼の網膜に合わせることにより表示ユニット１１Ａが出力する画像を明瞭に視認することができる。

筐体４１の背面側には、矩形状に切り欠かれた窓部４９が形成されている。ハーフミラー５１で反射される画像光は、窓部４９通過して使用者の眼に向けて放出される。また、筐体４１の背面には、複数のネジ孔４４と、複数のネジ孔４５とが形成されている。複数のネジ孔４４は、後述の画像生成部６０を筐体４１内部に固定するためのものである。複数のネジ孔４５は、支持アーム１３の球面継手２３を取り付けるためのものである。また、筐体４１の背面には、ケーブル４６Ａが設けられている。ケーブル４６Ａは、ＣＢ３０（図１参照）から送信される映像信号を入力し、及び、後述する左第１センサ１４Ａ及び第２センサ１５の出力データをＣＢ３０へ送信する。なお、左第１センサ１４Ａ及び第２センサ１５の出力データが、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離無線通信によりＣＢ３０にワイヤレスで伝送されてもよい。

表示ユニット１１Ａに備えられる光学系について、図４を参照して更に詳細に説明する。表示ユニット１１Ａの筐体４１内には、図４の右から左にかけて、画像生成部６０、レンズユニット７０及び偏向部５０が、この順で配列されている。画像生成部６０がレンズユニット７０及び偏向部５０に向けて射出する画像光の光軸方向（図４における右から左方向）と、表示ユニット１１Ａの筐体４１（４７、４８）の長手方向とは一致しているか又は実質的に一致している。

画像生成部６０は、ディスプレイ６１Ａと、ハウジング６２と、基板保持部材６３とを備えている。ハウジング６２は、ディスプレイ６１Ａ及びプリズム６４を収容する。基板保持部材６３は、ディスプレイ６１を収容したハウジング６２を塞ぐように、ハウジング６２に対して取り付けられる。ディスプレイ６１Ａは、例えば、カラーの画像を表示可能な液晶表示パネルと、バックライトとを備える。ディスプレイ６１Ａは、有機ＥＬパネルで構成されてもよい。
ディスプレイ６１Ａは横長矩形状の表示可能領域を有している。表示可能領域の画素数は、例えば１２８０×７２０ドット（アスペクト比１６：９）である。ディスプレイ６１Ａの表示可能領域面に接して、透明なガラス体からなるプリズム６４が設けられている。すなわち、ディスプレイ６１Ａから射出される画像光は、プリズム６４で屈折し、レンズユニット７０に入射される。

ハウジング６２は、収容部６５と、円筒部６６とが一体形成されてなる。収容部６５は、ディスプレイ６１Ａ及びプリズム６４を収容する。円筒部６６は、ディスプレイ６１Ａの光軸方向に延びる。円筒部６６は中空であり、ディスプレイ６１Ａが射出する画像光の光軸が円筒部６６の中心を貫いている。また、円筒部６６の上部内側の面には、光軸に平行して延び、レンズユニット７０の案内突起７１２ａに係合する案内溝６６ａが形成されている。また、収容部６５の後内壁面には、プリズム６４に向けて赤外線を投射する赤外発光素子と、プリズム６４で反射する赤外線を受光する赤外受光素子とが一体化されてなる視線検出部６７Ａが設けられている。この視線検出部６７Ａの構成については後述する。

基板保持部材６３には、ディスプレイ６１Ａを駆動制御する表示制御基板６８が保持されている。ディスプレイ６１Ａと表示制御基板６８とは、図示しないフレキシブルプリント配線基板を介して電気的に接続されている。表示制御基板６８は、ケーブル４６Ａ（図２及び図３参照）を介して、ＣＢ３０（図１参照）に接続している。表示制御基板６８は、ＣＢ３０から送信される映像信号及び制御信号に従って、ディスプレイ６１Ａを駆動制御する。また、表示制御基板６８には、左第１センサ１４Ａが搭載されている。左第１センサ１４Ａは、表示ユニット１１Ａの姿勢や装着具１２に対する相対的な位置を検出可能な、例えば９軸センサである。

なお、本実施形態においては、左眼用の表示ユニット１１Ａに備えられる左第１センサ１４Ａ（第１の第１センサ）及び装着具１２に備えられる第２センサ１５がそれぞれ検出する物理量の比較に基づいて、装着具１２に対する表示ユニット１１Ａの相対位置が測定される。同様に、右眼用の表示ユニット１１Ｂに備えられる右第１センサ１４Ｂ（第２の第１センサ）及び装着具１２に備えられる第２センサ１５がそれぞれ検出する物理量の比較に基づいて、装着具１２に対する表示ユニット１１Ｂの相対位置が測定される。

左第１センサ１４Ａ、右第１センサ１４Ｂ及び第２センサ１５は、それぞれ、加速度、方位又は回転角速度のうち少なくとも１つの物理量を検出するセンサであり、例えば９軸センサであることが好ましい。ここで９軸センサとは、３軸加速度、３軸角速度及び３軸地磁気（方位）を検出可能なセンサをいう。例えば、左第１センサ１４Ａが検出する表示ユニット１１Ａの３軸方向における加速度成分と、第２センサ１５が検出する装着具１２の３軸方向における加速度成分との差分を求め、それぞれの差分を時間軸で２回積分することで、装着具１２に対する左眼用表示ユニット１１Ａの相対位置を測定することができる。同様に、右第１センサ１４Ｂが検出する表示ユニット１１Ｂの加速度成分と、第２センサ１５が検出する装着具１２の加速度成分との差分を求め、それぞれの差分を時間軸で２回積分することで、装着具１２に対する右眼用表示ユニット１１Ｂの相対位置を測定することができる。

また、左第１センサ１４Ａが検出する表示ユニット１１Ａのｚ軸周りの角速度と、第２センサ１５が検出する装着具１２のｚ軸周りの角速度との差分を求め、その差分を時間積分することで、装着具１２に対する左眼用表示ユニット１１Ａのｘｙ平面における相対的な回転角を測定することができる。同様に、右第１センサ１４Ｂが検出する表示ユニット１１Ｂのｚ軸周りの角速度と、第２センサ１５が検出する装着具１２のｚ軸周りの角速度との差分を求め、その差分を時間積分することで、装着具１２に対する右眼用表示ユニット１１Ｂのｘｙ平面における相対的な回転角を測定することができる。

レンズユニット７０は、画像生成部６０から射出された画像光を屈折させて、偏向部５０のハーフミラー５１Ａに導く光学手段である。レンズユニット７０は、レンズホルダ７１内に複数のレンズからなるコンビネーションレンズ７２を備えて構成される。レンズホルダ７１は、コンビネーションレンズ７２を内部に固定する本体部７１１と、上述の画像生成部６０の円筒部６６の中に嵌合して摺動可能な外径を有する筒状部７１２とが一体形成されてなる。レンズホルダ７１は、筒状部７１２側に開口７１３を有する。レンズホルダ７１は、本体部７１１側に開口７１４を有する。レンズホルダ７１は、中空に形成されている。そして、コンビネーションレンズ７２の光軸が、レンズホルダ７１の本体部７１１及び筒状部７１２の中心を貫いている。

レンズホルダ７１の本体部７１１の前面側には、従動突起７１１ａが形成されている。従動突起７１１ａは、後述する回転カム８０のカム孔８３（図６参照）に係合する。また、図５に示されるように、レンズホルダ７１の本体部７１１の背面側には、レンズホルダ７１の円筒軸方向（つまり可動方向）に沿って延びる線状突起７１１ｂが形成されている。線状突起７１１ｂは、スリット溝４８ａに嵌合する。スリット溝４８ａは、第２成型部材４８の内側面に形成される。線状突起７１１ｂがスリット溝４８ａに嵌合することにより、筐体４１内でレンズホルダ７１の回転が規制されている。また、レンズホルダ７１の筒状部７１２の例えば上面には、案内突起７１２ａが形成されている。案内突起７１２ａは、レンズホルダ７１の円筒軸方向（つまり可動方向）に沿って延びる。案内突起７１２ａは、案内溝６６ａに係合する。

すなわち、コンビネーションレンズ７２を保持するレンズホルダ７１は、筒状部７１２が画像生成部６０の円筒部６６の中に摺動可能に嵌合し、かつ、本体部７１１の線状突起７１１ｂが第２成型部材４８のスリット溝４８ａに摺動可能に嵌合することで、画像光の光軸に沿う左右方向に移動可能に設けられている。

図６には、回転カム８０の背面図が例示される。図４及び図６に示される回転カム８０は、円板部８１と、前方に突出する軸部８２とが一体形成されている。円板部８１の背面には、図６に例示される態様のカム孔８３が形成されている。カム孔８３には、上述したレンズホルダ７１の従動突起７１１ａが係合する。回転カム８０の軸部８２は、筐体４１前部を構成する第１成型部材４７の貫通孔４７ａに内側から挿入される。調節つまみ４３の軸孔と回転カム８０の軸部８２とが結合される。これにより、調節つまみ４３と回転カム８０とは一体的に回転するように、第１成型部材４７に軸支される。そして、使用者が調節つまみ４３を回転操作すると、これに連動して回転する回転カム８０のカム孔８３に沿って移動するように従動突起７１１ａに操作力が作用する。使用者が調節つまみ４３を例えば時計回りに回転操作すると、カム孔８３の端８３ａ側に向けて従動突起７１１ａが移動し、これにより画像生成部６０に近づく方向にレンズホルダ７１が移動する。また、使用者が調節つまみ４３を反時計回りに回転操作すると、カム孔８３の端８３ｂ側に向けて従動突起７１１ａが移動し、これにより画像生成部６０から離れる方向にレンズホルダ７１が移動する。このように、レンズホルダ７１に保持されているコンビネーションレンズ７２を、カム孔８３の端８３ａから端８３ｂで規定される所定の可動範囲内で、光軸方向任意の位置に移動させることができる。

また、回転カム８０の円板部８１の外周に沿って複数の凹部８１ａが形成されている。調節つまみ４３と回転カム８０とが連動して回転する過程において、回転カム８０の複数の凹部８１ａのうちの１つにバネ歯止め８４が係合した状態から、他の凹部８１ａにバネ歯止め８４が係合する状態に順次変化する。このような機構により、回転カム８０の複数の凹部８１ａに対応するピッチ間隔で、バネ歯止め８４が何れかの凹部８１ａに係合し、それらの各位置においてレンズホルダ７１を安定して保持することができる。また、調節つまみ４３の回転操作の際に、使用者に適当な節度感を与えることもできる。

なお、調節つまみ４３を回転操作してレンズホルダ７１とともにコンビネーションレンズ７２を左右に移動させることにより、画像生成部６０のディスプレイ６１Ａが射出する画像光の広がり角が変化する。従って、使用者は、調節つまみ４３を適宜回転操作することで、ハーフミラー５１Ａに投影されて視認される画像のピントを調節することができる。

偏向部５０は、ハーフミラー５１Ａとミラーホルダ５２とを備えている。ハーフミラー５１Ａは、ミラーホルダ５２に固定されている。ハーフミラー５１の反射面は、画像生成部６０のディスプレイ６１が射出する画像光の光軸に対して４５度の角度を成す。偏向部５０は、ディスプレイ６１Ａが射出しコンビネーションレンズ７２を通過した画像光を、ハーフミラー５１Ａで反射させることで、光軸を後方に偏向させることができる。使用者は、画像生成部６０がハーフミラー５１Ａに射出する虚像を眼前の画像として認識することができる。また、偏向部５０が透過型の場合には、ハーフミラー５１Ａを透過して見える眼前の外景に、画像生成部６０が生成する画像を重ねて表示することができる。

ハーフミラー５１Ａは矩形板状を有する。ハーフミラー５１は、透明なガラス板の表面に、アルミや銀などの光沢性のある金属元素を、所定の反射率（例えば５０％）となるように蒸着等することで得られる。なお、ハーフミラー５１Ａの代わりに、例えばプリズムや回折格子のような光路偏向部材を偏向部５０に用いてもよい。

上述したように第２成型部材４８には、窓部４９が形成されている。この窓部４９にミラーホルダ５２の外縁が嵌め込まれて取り付けられる。

（注視状態判別手段）
次に、表示ユニット１１Ａに備えられ、視線検出部６７Ａを構成要素として含む注視状態判別手段の一実施形態を説明する。なお、右眼用の表示ユニット１１Ｂに備えられる注視状態判別手段は、左眼用の表示ユニット１１Ａに備えられる注視状態判別手段とは左右対称の関係にあるのみで同一光学系を有している。そのため、ここでの右眼用の注視状態判別手段についての詳細な説明は省略する。

図７には、表示ユニット１１Ａに備えられる注視状態判別手段の光学系が示される。視線検出部６７Ａは、その内部に、赤外発光素子と、赤外受光素子とを有している。赤外発光素子は、上述したように、プリズム６４に向けて赤外線を投射する。赤外受光素子は、プリズム６４で反射する赤外線を受光する。視線検出部６７Ａの発光素子から投射された赤外線は、プリズム６４で光路を９０度偏向される。そして、コンビネーションレンズ７２及びハーフミラー５１Ａを経由して、使用者の眼球ＥＹＥの網膜に投射される。眼球ＥＹＥがハーフミラー５１Ａを向いているとき、つまり投影画像を注視しているときには、赤外線の光軸と眼球ＥＹＥの角膜とが直交する。そのため、ハーフミラー５１Ａで反射した赤外線は、眼球ＥＹＥの角膜表面で反射し、往路と同じ光路を逆行して、視線検出部６７Ａの受光素子に入射する。

つまり、使用者の視線の方向がディスプレイ６１Ａが射出する画像光の光軸と一致するとき、視線検出部６７Ａの受光素子により所定強度の赤外線が検出される。したがって、制御手段は、視線検出部６７Ａの受光素子が所定強度の赤外線を検出したことにより、ディスプレイ６１Ａが射出する画像光を使用者が注視していると判断することができる。反対に、使用者の視線の方向がディスプレイ６１Ａが射出する画像光の光軸と一致しないとき、視線検出部６７Ａの受光素子により所定強度の赤外線は検出されない。したがって、制御手段は、視線検出部６７Ａの受光素子が所定強度の赤外線を検出しなければ、ディスプレイ６１Ａが射出する画像光を使用者が注視していないと判断することができる。

［ＨＭＤの電気回路の説明］
次に、図８を参照して、ＨＭＤ１０を制御するシステム全体の電気回路構成を説明する。先ず、ＣＢ（コントロールボックス）３０は、ＣＰＵ３０１、ＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３、周辺インターフェイス（以下、「周辺Ｉ／Ｆ」という。）３０４、電源回路３０５が内部バス（データバス、制御バス及び電源ラインを含む）３０６を介して電気的に接続されている。ＣＰＵ３０１は、ＲＯＭ３０２に記憶されているプログラムに従って演算処理を実行し、これによりＣＢ３０の全体動作を制御する。ＲＡＭ３０３は、左右の第１センサ１４Ａ、１４Ｂ及び第２センサ１５等の各種データを一時的に記憶するワーキング記憶領域として機能する。

電源回路３０５には、ＤＣジャック３０７、外部電源コネクタ３０８、バッテリ３０９等が接続されている。電源回路３０５は、バッテリ３０９を制御して、ＣＰＵ３０１や後述する画像処理部３２１等に所定の電力を安定的に供給する。周辺Ｉ／Ｆ３０４には、各種スイッチ３１１や、ＬＥＤ３１２が接続されている。各種スイッチ３１１は、ＨＭＤ１０の輝度設定や動作モード等を設定操作するためのものである。ＬＥＤ３１２は、ＨＭＤの動作状態等を表示する。

ＣＢ３０は、信号入力コネクタ３１Ａから入力される映像信号に基づいて、左眼用の表示ユニット１１Ａで表示する画像の画像処理制御をするための第１の画像処理回路３２０を備えている。第１の画像処理回路３２０は、デコーダ３２２と、入力バッファ３２３と、画像処理部３２１と、出力バッファ３２４と、画像出力制御部３２５と、接続インターフェイスコントローラ（以下、「接続Ｉ／Ｆコントローラ」という。）３２６とを備えている。これらのうち、デコーダ３２２、画像処理部３２１、画像出力制御部３２５及び接続Ｉ／Ｆコントローラ３２６が、内部バス３０６に電気的に接続されている。

信号入力コネクタ３１Ａから入力された映像信号は、デコーダ３２２により復号化処理される。デコーダ３２２により復号されたフレーム毎の画像データ（ピクセルデータ）は、一旦入力バッファ３２３に記憶される。画像処理部３２１は、ＲＡＭ３０３に設定されているパラメータに従って、表示ユニット１１Ａのディスプレイ６１Ａに表示させる画像の調整処理を行う。具体的には、画像処理部３２１は、入力された映像信号の画像を、ディスプレイ６１Ａの表示可能領域の画素数（例えば１２８０×７２０ドット）に適合するサイズの画像に調整する。また、画像処理部３２１は、入力バッファ３２３に記憶されている画像データに対しγ補正等の補正処理を行ってもよい。画像処理された画像データは、出力バッファ３２４に格納される。

画像出力制御部３２５は、入力された映像信号に基づくフレーム同期信号と、出力バッファ３２４に記憶された画像データとに基づいて、表示ユニット１１Ａのディスプレイ６１Ａに画像を表示させるための所定形式の映像信号に符号化する処理を行う。また、画像出力制御部３２５は、ＣＰＵ３０１からの輝度制御コマンドに従って、ディスプレイ６１Ａが射出する画像光の輝度を調整する。接続Ｉ／Ｆコントローラ３２６は、画像出力制御部３２５から出力された映像信号を例えばシリアル化して、表示ユニット１１の表示制御基板６８に備えられる接続Ｉ／Ｆコントローラ６８４に伝送する通信制御処理を行う。

また、ＣＢ３０は、信号入力コネクタ３１Ｂから入力される映像信号に基づいて、右眼用の表示ユニット１１Ｂで表示する画像の画像処理制御をするための第２の画像処理回路３３０を備えている。第２の画像処理回路３３０も、第１の画像処理回路３２０と同じ機能を有するデコーダ３３２、入力バッファ３３３、画像処理部３３１、出力バッファ３３４、画像出力制御部３３５、接続Ｉ／Ｆコントローラ３３６を備えている。これらのうち、デコーダ３３２、画像処理部３３１、画像出力制御部３３５及び接続Ｉ／Ｆコントローラ３３が、内部バス３０６に電気的に接続されている。

次に、左右の表示ユニット１１Ａ、１１Ｂが備える電気回路の構成を説明する。左眼用の表示ユニット１１Ａの表示制御基板には、ＣＰＵ６８１、ＲＯＭ６８２、ＲＡＭ６８３及び接続Ｉ／Ｆコントローラ６８４が内部バス６８５を介して電気的に接続されている。ＣＰＵ６８１は、ＲＯＭ６８２に記憶されているプログラムに従って動作する。具体的には、ＣＰＵ６８１は、接続Ｉ／Ｆコントローラ６８４から送信される映像信号に基づいてディスプレイ６１Ａをドライブする。

また、内部バス６８５には、左第１センサ１４Ａと、視線検出部６７Ａとが接続されている。左第１センサ１４Ａ及び視線検出部６７Ａからのセンサ出力は、接続Ｉ／Ｆコントローラ６８４を介してＣＢ３０に送信される。

右眼用の表示ユニット１１Ｂの表示制御基板にも、左眼用と同じ構成のＣＰＵ６８６、ＲＯＭ６８７、ＲＡＭ６８８及び接続Ｉ／Ｆコントローラ６８９、右第１センサ１４Ｂ及び視線検出部６７Ｂが、内部バス６９０に電気的に接続されている。ＣＰＵ６８６は、ＲＯＭ６８７に記憶されているプログラムに従って動作する。具体的には、ＣＰＵ６８６は、接続Ｉ／Ｆコントローラ６８９から送信される映像信号に基づいてディスプレイ６１Ｂをドライブする。

また、装着具１２の第２センサ１５と表示ユニット１１Ｂの内部バス６９０とは通信ケーブル９０を介して電気的に接続されている。すなわち、ＣＰＵ６８６は、右第１センサ１４Ｂ及び装着具１２の第２センサ１５が検出する物理量を示す出力値を定期的に読み取る。ＣＰＵ６８６は、接続Ｉ／Ｆコントローラ６８９を介して、右第１センサ１４Ｂ及び第２センサ１５からの出力データをＣＢ３０に送信している。なお、左右の第１センサ１４Ａ、１４Ｂ及び第２センサ１５に近距離無線通信機能を持たせ、これらセンサの出力データを、ワイヤレスで定期的にＣＢ３０に伝送する構成であってもよい。

［輝度調整処理の説明］
次に、画像光輝度の輝度調整処理に関する実施形態を説明する。輝度調整処理は、制御手段であるＣＢ（コントロールボックス）３０に備えられるＣＰＵ３０１により実行される。

（輝度調整処理１）
図９は、表示ユニット１１Ａ、１１Ｂが射出する画像光の輝度調整処理１のフロー図である。なお、図９には、左右の表示ユニット１１Ａ、１１Ｂのうちの何れか１つの表示ユニットのみについての輝度調整処理が例示されている。つまり、両眼用のＨＭＤ１０に本実施形態を適用する場合には、左右それぞれの表示ユニット１１Ａ、１１Ｂを対象として、図９に示されるような輝度調整処理１がそれぞれ独立して実行される。ここでは、一例として、左眼用の表示ユニット１１Ａを対象とした輝度調整処理１について説明する。

なお、本実施形態は、図示しない単眼用のＨＭＤにも適用することができる。単眼用のＨＭＤにおいては、１つの表示ユニットを対象に図９に例示されるような輝度調整処理１が実行されることとなる。

ここで、図９の表記において、「Ａ」は、装着具１２に対する表示ユニット１１Ａ、１１Ｂの上下方向における相対的な回動角を意味している。例えば左眼用の表示ユニット１１Ａの上下回動角Ａは、左第１センサ１４Ａが出力する加速度値のｙ座標成分と、装着具１２に備えられる第２センサが出力する加速度値のｙ座標成分との間の差分を２回積分することで測定できる。また、上下回動角Ａは、左第１センサ１４Ａが出力するｘ軸周りの角速度成分と、第２センサが出力するｘ軸周りの角速度成分との間の差分を積分することでも測定できる。右眼用の表示ユニット１１Ｂの上下回動角Ａについても、右第１センサ１４Ｂ及び第２センサ１５が出力する加速度又は角速度の差分に基づいて同様に測定できる。

図９の表記において、「Ｂ」は、装着具１２に対する表示ユニット１１Ａ、１１Ｂの左右方向における相対的な回動角を意味している。例えば左眼用の表示ユニット１１Ａの左右回動角Ｂは、左第１センサ１４Ａが出力する方位角と、装着具１２に備えられる第２センサが出力する方位角との間の差分により測定できる。また、左右回動角Ｂは、左第１センサ１４Ａが出力するｙ軸周りの角速度成分と、第２センサが出力するｙ軸周りの角速度成分との間の差分を積分することでも測定できる。右眼用の表示ユニット１１Ｂの左右回動角Ｂについても、右第１センサ１４Ｂ及び第２センサ１５が出力する加速度又は角速度の差分に基づいて同様に測定できる。

図９の表記において、上下視野角「Ａ１」及び左右視野角「Ｂ１」は、使用者から見える外界視野を仮想的に投影したｘｙ平面（これを「視野平面」という。）上の第１領域を規定するパラメータである。例えば図１０に示すように、第１領域は、いわゆる有効視野と称される領域であり、一般的には、
−１２°≦Ａ１≦８°、−１５°≦Ｂ１≦１５°
であることが知られている。

また、上下視野角「Ａ２」及び左右視野角「Ｂ２」は、視野平面上の第２領域を規定するパラメータである。同じく図１０に示すように、第２領域（第１領域を除く）は、いわゆる安定注視野と称される領域であり、一般的には、
−３０°≦Ａ２≦２５°、−４０°≦Ｂ２≦４０°
であることが知られている。

輝度調整処理１において、先ず、ＨＭＤ１０への電源が投入後、制御手段は、各種設定初期化を実行する（ステップＳ１０）。この設定初期化には、例えば表示ユニット１１Ａ、１１Ｂの表示部を使用者の眼の接眼位置にそれぞれ保持して、その各位置を表示ユニット１１Ａ、１１Ｂの基準位置に設定するキャリブレーション処理が含まれる。

制御手段は、左眼用表示ユニット１１Ａの左第１センサ１４Ａと装着具１２の第２センサ１５との出力値の差分を演算する（ステップＳ１１）。なお、Ｓ１１の処理において、左第１センサ１４Ａと第２センサ１５との３軸角速度の出力の差を用いて、加速度値の差分の演算を補正してもよい。これによって、例えば、頭を回転させた場合の左第１センサ１４Ａと第２センサ１５とが受ける遠心力の差を補正することができる。あるいは、支持アーム１３の長さを元に、加速度値の差分の演算を補正してもよい。

制御手段は、表示ユニット１１Ａの上下回動角Ａが上下視野角Ａ１の範囲内であり、かつ、表示ユニット１１Ａの左右回動角Ｂが左右視野角Ｂ１の範囲内であるか判断する（ステップＳ１２）。表示ユニット１１Ａの上下回動角Ａが上下視野角Ａ１の範囲内であり、かつ、表示ユニット１１Ａの左右回動角Ｂが左右視野角Ｂ１の範囲内である場合には（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、制御手段は、表示ユニット１１Ａが有効視野に対応する第１領域、すなわち接眼位置にあると判断する。その場合には、制御手段は、表示ユニット１１Ａが射出する画像光の輝度を第１輝度（例えば最大輝度）に制御する（ステップＳ１３）。例えば、制御手段は、表示ユニット１１Ａに指示を送信することで、表示ユニット１１ＡのＣＰＵ６８１に、ディスプレイ６１Ａのバックライトの輝度を最大に設定させる。

制御手段は、表示ユニット１１Ａが第１領域（接眼位置）にないと判断すると（ステップＳ１２；ＮＯ）、表示ユニット１１Ａが前記第１領域よりも外側の第２領域に属しているか否かを判断する（ステップＳ１４）。このステップＳ１４において、表示ユニット１１Ａの上下回動角Ａが上下視野角Ａ２の範囲よりも外か、又は、表示ユニット１１Ａの左右回動角Ｂが左右視野角Ｂ２の範囲よりも外であるときには（ステップＳ１４；ＹＥＳ）、表示ユニット１１Ａが、第２領域よりも外方に離間する、いわゆる「跳ね上げ位置」にあると判断される。

ここで、図１１には、使用者ＵＳＲに装着された左眼用の表示ユニット１１Ａが「跳ね上げ位置」にある状態の典型例が示される。跳ね上げ位置において、左眼用の表示ユニット１１Ａは、使用者ＵＳＲの頭頂部近傍に位置している。即ち、跳ね上げ位置において、左眼用の表示ユニット１１Ａからの画像光は、使用者ＵＳＲには視認されない。制御手段は、表示ユニット１１Ａが「跳ね上げ位置」にあると判断すると（ステップＳ１４；ＹＥＳ）、表示ユニット１１Ａにおける画像光の射出を停止する処理を行う（ステップＳ１５）。例えば、制御手段は、表示ユニット１１Ａに指示を送信することで、表示ユニット１１ＡのＣＰＵ６８１に、ディスプレイ６１Ａのバックライトを消灯させる。これにより、不要な画像光の射出をなくし、省電力化することができる。

また、制御手段は、ステップＳ１４において、表示ユニット１１Ａの上下回動角Ａが上下視野角Ａ２の範囲よりも外、又は、表示ユニット１１Ａの左右回動角Ｂが左右視野角Ｂ２の範囲よりも外ではないときには（ステップＳ１４；ＮＯ）、表示ユニット１１Ａが第２領域、つまり安定注視野にあると判断する。ここで、安定注視野とは、視線移動により無理のない情報受容が可能な範囲とされている。つまり、使用者は、画像を注視しなくても画像の存在自体は認識することができるとともに、見ようと思えば視線の先を変えるだけで画像の視覚情報を無理なく取得できるのである。そのような、画像の存在自体を認識でき、また視線の先を変えるだけで画像の視覚情報を取得できる程度の距離に移動させた表示ユニット１１Ａ、１１Ｂの位置を、本明細書では「ちら見位置」という。ここで、図１２には、使用者ＵＳＲに装着された左眼用の表示ユニット１１Ａが「ちら見位置」にある状態の典型例が示される。ちら見位置において、左眼用の表示ユニット１１Ａは、使用者ＵＳＲの左眼に対して、僅かに上に位置する。使用者ＵＳＲは、左眼の視線を正面に向けた状態で、表示ユニット１１Ａからの画像光を、安定注視野において視認することができる。また、使用者ＵＳＲは、左眼の視線を表示ユニット１１Ａに向けることで、画像を有効視野において視認できる。

制御手段は、ステップＳ１４において、表示ユニット１１Ａが安定注視野に対応する第２領域に属していること、つまり表示ユニット１１Ａが「ちら見位置」にあると判断した場合には（ステップＳ１４；ＮＯ）、表示ユニット１１Ａが射出する画像光の輝度を、前記第１輝度よりも暗い第２輝度に下げる処理を行う（ステップＳ１６）。例えば、制御手段は、表示ユニット１１Ａに指示を送信することで、表示ユニット１１ＡのＣＰＵ６８１に、ディスプレイ６１Ａのバックライトの輝度を、ステップＳ１３の場合よりも暗い値に設定させる。

このように、輝度調整処理１によれば、表示ユニット１１Ａが「ちら見位置」では画像が暗く表示されるため、使用者は画像情報の存在を認識することができる。それに加え、輝度を落とした画像により外界の実視野を妨げず、視認性を十分確保することができる。また、画像光の輝度を下げることにより省電力化も図られる。

（輝度調整処理２）
次に、図１３は、表示ユニット１１Ａ、１１Ｂが射出する画像光の輝度調整処理２のフロー図である。なお、図１３の実施形態による輝度調整処理も、左右双方の表示ユニット１１Ａ、１１Ｂを対象としている。ここでは、一例として、左眼用の表示ユニット１１Ａを対象とした輝度調整処理２について説明する。また、本実施形態は、図示しない単眼用のＨＭＤにも適用することができる。

ここで、図１３の表記において、図９と同様に、「Ａ」は、装着具１２に対する表示ユニット１１Ａ、１１Ｂの上下回動角、「Ｂ」は、装着具１２に対する表示ユニット１１Ａ、１１Ｂの左右回動角を意味する。
また、同じく上下視野角「Ａ１」及び左右視野角「Ｂ１」は、有効視野に対応する第１領域を規定するパラメータであり、上下視野角「Ａ２」及び左右視野角「Ｂ２」は、安定注視野に対応する第２領域を規定するパラメータである。

図１３のステップＳ２０〜Ｓ２６の処理は、図９のステップＳ１０〜Ｓ１６と同一処理である。したがって、ここでのステップＳ２０〜Ｓ２６についての詳細な説明は省略する。
ステップＳ２７の処理は、ステップＳ２４で表示ユニット１１Ａが第２領域（ちら見位置）にあると判断されたときに実行される。その場合、制御手段は、視線検出部６７Ａの出力値を取得する（ステップＳ２７）。そして、制御手段は、使用者の視線の方向がディスプレイ６１Ａが射出する画像光の光軸と一致するか否かを判断する（ステップＳ２８）。すなわち、視線検出部６７Ａが、使用者の角膜に反射した所定強度の赤外線を検出することにより、制御手段は、表示ユニット１１Ａが表示する画像を当該使用者が注視していると判断する。制御手段は、使用者が画像を注視していると判断すると（ステップＳ２８；ＹＥＳ）、表示ユニット１１Ａが射出する画像光の輝度を、前記第２輝度よりも明るい第３輝度に上げる処理を行う（ステップＳ２９）。例えば、制御手段は、表示ユニット１１Ａに指示を送信することで、表示ユニット１１ＡのＣＰＵ６８１に、ディスプレイ６１Ａのバックライトの輝度を、ステップＳ２６の場合よりも明るい値に設定させる。前記第３輝度は、前記第２輝度よりも明るければよく、前記第１輝度と同じ輝度でもよく又はディスプレイ６１Ａが射出可能な最大輝度であってもよい。

このように、輝度調整処理２によれば、表示ユニット１１Ａ又は表示ユニット１１Ｂが「ちら見位置」にある場合でも、使用者が意図的に視線を変えて画像を注視したときには、画像が暗い状態から明るい状態へと表示態様が変更される。これにより、使用者の行動目的等に応じ、画像による視覚情報が不要なときには、表示ユニット１１Ａ又は表示ユニット１１Ｂを「ちら見位置」に保持して外界の実視野を確保するとともに、視覚情報が必要なときには画像に注視するだけで視覚情報を明瞭に取得することができる。

（輝度調整処理３）
次に、図１４Ａ及び図１４Ｂは、表示ユニット１１Ａ、１１Ｂが射出する画像光の輝度調整処理３のフロー図である。ここで、図１４Ａの表記において、「ＡＬ」は、装着具１２に対する左眼用の表示ユニット１１Ａの上下回動角、「ＢＬ」は、装着具１２に対する同じく左眼用の表示ユニット１１Ａの左右回動角を意味する。また、「ＡＲ」は、装着具１２に対する右眼用の表示ユニット１１Ｂの上下回動角、「ＢＲ」は、装着具１２に対する同じく右眼用の表示ユニット１１Ｂの左右回動角を意味する。
また、図１４Ａの表記において、上下視野角「Ａ１」及び左右視野角「Ｂ１」は、有効視野に対応する第１領域を規定するパラメータであり、上下視野角「Ａ２」及び左右視野角「Ｂ２」は、安定注視野に対応する第２領域を規定するパラメータである。
また、図１４Ａ及び図１４Ｂの表記において、「左ＨＤ」は左眼用の表示ユニット１１Ａを意味し、「右ＨＤ」は右眼用の表示ユニット１１Ｂを意味する。

先ず図１４Ａに示される輝度調整処理３において、ＨＭＤ１０への電源が投入後、制御手段は、各種設定初期化を実行する（ステップＳ４０）。この設定初期化には、例えば表示ユニット１１Ａ、１１Ｂの表示部を使用者の眼の接眼位置にそれぞれ保持して、その各位置を表示ユニット１１Ａ、１１Ｂの基準位置に設定するキャリブレーション処理が含まれる。

次に制御手段は、使用者の操作入力による利き目設定処理を実行する（ステップＳ４１）。制御手段は、２つの表示ユニット１１Ａ、１１Ｂに対して、使用者に応じて利き目用又は非利き目用として、それぞれ設定された設定情報をＲＡＭ３０３に記憶する。

制御手段は、左眼用の表示ユニット１１Ａの左第１センサ１４Ａ（第１の第１センサ）と装着具１２の第２センサ１５との出力値の差分を演算する（ステップＳ４２）。左眼用の表示ユニット１１Ａの上下回動角ＡＬが上下視野角Ａ１の範囲内であり、かつ、左右回動角ＢＬが左右視野角Ｂ１の範囲内である場合には（ステップＳ４３；ＹＥＳ）、制御手段は、左眼用の表示ユニット１１Ａが有効視野に対応する第１領域、すなわち接眼位置にあると判断する。その場合には、制御手段は、左眼用の表示ユニット１１Ａが射出する画像光の輝度を第１輝度（例えば最大輝度）に制御する（ステップＳ４４）。例えば、制御手段は、表示ユニット１１Ａに指示を送信することで、表示ユニット１１ＡのＣＰＵ６８１に、ディスプレイ６１Ａのバックライトの輝度を最大に設定させる。

制御手段は、左眼用の表示ユニット１１Ａが第１領域（接眼位置）にないと判断すると（ステップＳ４３；ＮＯ）、上下回動角ＡＬが上下視野角Ａ２の範囲よりも外か、又は、左右回動角ＢＬが左右視野角Ｂ２の範囲よりも外かを判断する（ステップＳ４５）。制御手段は、左眼用の表示ユニット１１Ａが安定注視野に対応する第２領域よりも外方に離間する「跳ね上げ位置」にあると判断すると（ステップＳ４５；ＹＥＳ）、表示ユニット１１Ａにおける画像光の射出を停止する処理を行う（ステップＳ４６）。例えば、制御手段は、表示ユニット１１Ａに指示を送信することで、表示ユニット１１ＡのＣＰＵ６８１に、ディスプレイ６１Ａのバックライトを消灯させる。

また、制御手段は、左眼用の表示ユニット１１Ａが第２領域、つまり「ちら見位置」にあると判断すると（ステップＳ４５；ＮＯ）、表示ユニット１１Ａが射出する画像光の輝度を、前記第１輝度よりも暗い第２輝度に下げる処理を行う（ステップＳ４７）。例えば、制御手段は、表示ユニット１１Ａに指示を送信することで、表示ユニット１１ＡのＣＰＵ６８１に、ディスプレイ６１Ａのバックライトの輝度を、ステップＳ４４の場合よりも暗い値に設定させる。即ち、ステップＳ４２〜Ｓ４８の処理は、図９のステップＳ１１〜Ｓ１６の処理に対応する。

続いて、制御手段は、右眼用の表示ユニット１１Ｂの右第１センサ１４Ｂ（第２の第１センサ）と装着具１２の第２センサ１５との出力値の差分を演算する（ステップＳ４８）。右眼用の表示ユニット１１Ｂの上下回動角ＡＲが上下視野角Ａ１の範囲内であり、かつ、左右回動角ＢＲが左右視野角Ｂ１の範囲内である場合には（ステップＳ４９；ＹＥＳ）、制御手段は、右眼用の表示ユニット１１Ｂが第１領域、すなわち接眼位置にあると判断する。その場合には、制御手段は、右眼用の表示ユニット１１Ｂが射出する画像光の輝度を第１輝度（例えば最大輝度）に制御する（ステップＳ５０）。例えば、制御手段は、表示ユニット１１Ｂに指示を送信することで、表示ユニット１１ＢのＣＰＵ６８６に、ディスプレイ６１Ｂのバックライトの輝度を最大に設定させる。

制御手段は、右眼用の表示ユニット１１Ｂが第１領域（接眼位置）にないと判断すると（ステップＳ４９；ＮＯ）、上下回動角ＡＲが上下視野角Ａ２の範囲よりも外、又は、左右回動角ＢＲが左右視野角Ｂ２の範囲よりも外かを判断する（ステップＳ５１）。制御手段は、右眼用の表示ユニット１１Ｂが第２領域よりも外方に離間する「跳ね上げ位置」にあると判断すると（ステップＳ５１；ＹＥＳ）、表示ユニット１１Ｂにおける画像光の射出を停止する処理を行う（ステップＳ５２）。例えば、制御手段は、表示ユニット１１Ｂに指示を送信することで、表示ユニット１１ＢのＣＰＵ６８６に、ディスプレイ６１Ｂのバックライトを消灯させる。

また、制御手段は、右眼用の表示ユニット１１Ｂが第２領域、つまり「ちら見位置」にあると判断すると（ステップＳ５１；ＮＯ）、表示ユニット１１Ｂが射出する画像光の輝度を、前記第１輝度よりも暗い第２輝度に下げる処理を行う（ステップＳ５３）。例えば、制御手段は、表示ユニット１１Ｂに指示を送信することで、表示ユニット１１ＢのＣＰＵ６８６に、ディスプレイ６１Ｂのバックライトの輝度を、ステップＳ５０の場合よりも暗い値に設定させる。即ち、ステップＳ４８〜Ｓ５３の処理は、左眼用の表示ユニット１１Ａが右眼用の表示ユニット１１Ｂの表示ユニットに変わっていることを除いては、図９のステップＳ１１〜Ｓ１６の処理に対応する。

続いて、図１４Ｂに示されるように、制御手段は、左右の表示ユニット１１Ａ、１１Ｂが共に「ちら見位置」にあるか、つまり第２領域に属するか否か判断する（ステップＳ５４）。ステップＳ５４の判断は、ステップＳ４５及びステップＳ５１の判断結果を参照することで行われる。左右の表示ユニット１１Ａ、１１Ｂが共に「ちら見位置」にある場合（ステップＳ５４；ＹＥＳ）、制御手段は、左右の表示ユニット１１Ａ、１１Ｂの視線検出部６７Ａ、６７Ｂの出力値を取得する（ステップＳ５５）。

次に、制御手段は、利き目用として設定された表示ユニットの視線検出部により検出された視線の方向が画像光の射出方向に一致していると検出され、非利き目用として設定された表示ユニットの視線検出部により検出された視線の方向が画像光の射出方向に一致していないと検出された場合には、利き目用の表示ユニットの画像光の輝度を前記第２輝度よりも明るい第３輝度にし、非利き目用の表示ユニットの画像光の輝度を前記第２輝度にする処理を行う。

具体的には、制御手段は、左眼用の表示ユニット１１Ａの視線検出部６７Ａが所定強度の赤外線を検出したか判断する（ステップＳ５６）。つまり、使用者の左眼の視線の方向が画像光の射出方向に一致しているか、換言すれば、左眼で画像を注視しているかが、ステップＳ５６では判断される。制御手段は、視線検出部６７Ａが所定強度の赤外線を検出と判断した場合、（ステップＳ５６；ＹＥＳ）、左眼が利き目として設定されているかを判断する（ステップＳ５７）。制御手段は、左眼が利き目として設定されている場合には（ステップＳ５７；ＹＥＳ）、利き目用である左眼用の表示ユニット１１Ａの画像光の輝度を前記第２輝度よりも明るい第３輝度に上げる処理を行う（ステップＳ５８）。例えば、制御手段は、表示ユニット１１Ａに指示を送信することで、表示ユニット１１ＡのＣＰＵ６８１に、ディスプレイ６１Ａのバックライトの輝度を、ステップＳ４７の場合よりも明るい値に設定させる。制御手段は、非利き目用である右眼用の表示ユニット１１Ｂの画像光の輝度を前記第２輝度に下げる（又は第２輝度に維持する）処理を行う（ステップＳ５９）。例えば、制御手段は、表示ユニット１１Ｂに指示を送信することで、表示ユニット１１ＢのＣＰＵ６８６に、ディスプレイ６１Ｂのバックライトの輝度を、ステップＳ５３の場合と同じ値に設定させる。

他方、制御手段は、ステップＳ５６で、左眼用の視線検出部６７Ａが所定強度の赤外線を検出しないと判断した場合、（ステップＳ５６；ＮＯ）、右眼用の表示ユニット１１Ｂの視線検出部６７Ｂが所定強度の赤外線を検出したか判断する（ステップＳ６２）。つまり、使用者の右眼の視線の方向が画像光の射出方向に一致しているか、換言すれば、右眼で画像を注視しているかが、ステップＳ６２では判断される。制御手段は、視線検出部６７Ｂが所定強度の赤外線を検出と判断した場合、（ステップＳ６２；ＹＥＳ）、右眼が利き目として設定されているかを判断する（ステップＳ６３）。制御手段は、右眼が利き目として設定されている場合には（ステップＳ６３；ＹＥＳ）、利き目用である右眼用の表示ユニット１１Ｂの画像光の輝度を前記第２輝度よりも明るい第３輝度に上げる処理を行う（ステップＳ６４）。例えば、制御手段は、表示ユニット１１Ｂに指示を送信することで、表示ユニット１１ＢのＣＰＵ６８６に、ディスプレイ６１Ｂのバックライトの輝度を、ステップＳ５３の場合よりも明るい値に設定させる。制御手段は、非利き目用である左眼用の表示ユニット１１Ａの画像光の輝度を前記第２輝度に下げる（又は第２輝度に維持する）処理を行う（ステップＳ６５）。例えば、制御手段は、表示ユニット１１Ａに指示を送信することで、表示ユニット１１ＡのＣＰＵ６８１に、ディスプレイ６１Ａのバックライトの輝度を、ステップＳ４７の場合と同じ値に設定させる。

また、制御手段は、非利き目用として設定された表示ユニットの視線検出部により検出された視線の方向が画像光の射出方向に一致していると検出され、利き目用として設定された表示ユニットの視線検出部により検出された視線の方向が画像光の射出方向に一致していないと検出された場合には、非利き目用の表示ユニットの画像光の輝度を前記第３輝度にし、利き目用の表示ユニットにおける画像光の射出を停止する処理を行う。

具体的には上述したように、制御手段は、ステップＳ５６で左眼用の表示ユニット１１Ａの視線検出部６７Ａにより所定強度の赤外線が検出されとき（ステップＳ５６；ＹＥＳ）、左眼が利き目として設定されているかを判断する（ステップＳ５７）。制御手段は、左眼が利き目として設定されていない場合には（ステップＳ５７；ＮＯ）、非利き目用である左眼用の表示ユニット１１Ａの画像光の輝度を、ステップＳ４７で設定した前記第２輝度よりも明るい第３輝度に上げる処理を行う（ステップＳ６０）。ステップＳ６０で制御手段が表示ユニット１１Ａの輝度を上げる処理は、ステップＳ５８と同一処理である。制御手段は、利き目用である右眼用の表示ユニット１１Ｂの画像光の射出を停止する処理を行う（ステップＳ６１）。例えば、制御手段は、表示ユニット１１Ｂに指示を送信することで、表示ユニット１１ＢのＣＰＵ６８６に、ディスプレイ６１Ｂのバックライトを消灯させる。

他方、ステップＳ５６で左眼用の視線検出部６７Ａにより所定強度の赤外線が検出されず、ステップＳ６２で右眼用の視線検出部６７Ｂで所定強度の赤外線が検出された場合（ステップＳ６２；ＹＥＳ）、制御手段は、上述したように右眼が利き目として設定されているかを判断する（ステップＳ６３）。制御手段は、右眼が利き目として設定されていないと判断した場合には（ステップＳ６３；ＮＯ）、非利き目用である右眼用の表示ユニット１１Ｂの画像光の輝度を、ステップＳ５３で設定した前記第２輝度よりも明るい第３輝度に上げる処理を行う（ステップＳ６６）。ステップＳ６６で制御手段が表示ユニット１１Ｂの輝度を上げる処理は、ステップＳ６４と同一処理である。制御手段は、利き目用である左眼用の表示ユニット１１Ａの画像光の射出を停止する処理を行う（ステップＳ６７）。例えば、制御手段は、表示ユニット１１Ａに指示を送信することで、表示ユニット１１ＡのＣＰＵ６８１に、ディスプレイ６１Ａのバックライトを消灯させる。

このように、輝度調整処理３によれば、左右の表示ユニット１１Ａ、１１Ｂが共に「ちら見位置」にある場合に使用者が左右何れかの画像を注視したときには、その画像が暗い状態から明るい状態へと表示態様が変更される。その場合において、使用者が利き目側の画像を注視したときは、非利き目側の画像を暗い状態で表示する。非利き目側で輝度を落とした画像を表示することにより、非利き目側の実視野を妨げずに、少なくとも画像情報の存在を認識させることができる。
また対照的に、使用者が、例えば意図的に又は必要に迫られ非利き目側で画像を注視したときは、その注視した非利き目側の画像が明るい状態で表示されるとともに、利き目側の画像光の射出が停止される。つまり、利き目側に表示されるはずの画像による干渉がないため、使用者は非利き目での視覚情報の取得に集中できる。

１０ ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）
１１Ａ、１１Ｂ 表示ユニット
１２ 装着具
１３Ａ、１３Ｂ 支持アーム
１４Ａ、１４Ｂ 第１センサ
１５ 第２センサ
２２、２３ 球面継手
３０ コントロールボックス（ＣＢ）
４１ 筐体
４２ 切欠き部
４３ 調節つまみ
４９ 窓部
５０ 偏向部
５１Ａ、５１Ｂ ハーフミラー
５２ ミラーホルダ
６０ 画像生成部
６１Ａ、６１Ｂ ディスプレイ
７０ レンズユニット
７２ コンビネーションレンズ
３０１ ＣＰＵ
３０２ ＲＯＭ
３２０、３３０ 画像処理回路

Claims (9)

1. 使用者の頭部に装着される装着具と、
   制御手段と、
   前記制御手段から送信される画像信号に基づいて画像光を射出可能な表示ユニットと、
   前記装着具に対して前記表示ユニットを一定の自由度を有して支持する支持アームと、
   前記表示ユニットに設けられ、前記表示ユニットの加速度、方位又は角速度のうち少なくとも１つの物理量を検出する第１センサと、
   前記装着具に設けられ、前記第１センサが検出する物理量と同じ種類の物理量を少なくとも検出する第２センサと、
   を備え、
   前記制御手段は、前記第１及び第２センサがそれぞれ検出する各物理量の比較に基づいて、前記装着具に対する前記表示ユニットの相対位置を測定し、測定した前記表示ユニットの相対位置に応じて、前記表示ユニットが射出する画像光の輝度を変化させる処理を行うものであって、
   前記相対位置が所定の第１領域に属するとき、前記画像光の輝度を第１輝度にし、
   前記相対位置が前記第１領域よりも外方に離間する所定範囲内であって、且つ、前記第１領域を除く第２領域に属するとき、前記画像光の輝度を、前記第１輝度よりも暗い第２輝度にする処理を行う、ヘッドマウントディスプレイ。
2. 前記表示ユニットには、使用者の視線の方向を検出する視線検出部が備えられ、
   前記制御手段は、前記表示ユニットの相対位置が前記第２領域に属し、且つ、前記視線検出部により検出された視線の方向が前記画像光の射出方向に一致しているときには、当該画像光の輝度を前記第２輝度よりも明るい第３輝度にする処理を行う、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
3. 前記制御手段は、前記相対位置が前記第２領域よりも外方に離間する場合、前記画像光の射出を停止する処理を行う、請求項１又は２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
4. 使用者の頭部に装着される装着具と、
   制御手段と、
   使用者の一方の眼に対応して設けられ、前記制御手段から送信される画像信号に基づいて画像光を射出可能な第１表示ユニットと、
   使用者の他方の眼に対応して設けられ、前記制御手段から送信される画像信号に基づいて画像光を射出可能な第２表示ユニットと、
   前記装着具に対して前記第１表示ユニットを支持し、その長手方向各端部において前記装着具及び前記第１表示ユニットに、それぞれ自在継手を介して接続される第１支持アームと、
   前記装着具に対して前記第２表示ユニットを支持し、その長手方向各端部において前記装着具及び前記第２表示ユニットに、それぞれ自在継手を介して接続される第２支持アームと、
   前記第１表示ユニットに設けられ、前記第１表示ユニットの加速度、方位又は角速度のうち少なくとも１つの物理量を検出する第１の第１センサと、
   前記第２表示ユニットに設けられ、前記第１の第１センサが検出する物理量と同じ種類の物理量を検出する第２の第１センサと、
   前記装着具に設けられ、前記第１の第１センサが検出する物理量と同じ種類の物理量を少なくとも検出する第２センサと、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記第１の第１センサ及び前記第２センサがそれぞれ検出する各物理量の比較に基づいて、前記装着具に対する前記第１表示ユニットの相対位置を測定し、
   前記第２の第１センサ及び前記第２センサがそれぞれ検出する各物理量の比較に基づいて、前記装着具に対する前記第２表示ユニットの相対位置を測定し、
   前記第１表示ユニット及び前記第２表示ユニットの相対位置が、共に所定の第１領域に属するとき、前記第１表示ユニット及び前記第２表示ユニットが射出する画像光の輝度を第１輝度にし、
   前記第１表示ユニット及び前記第２表示ユニットの何れか一方の前記相対位置が、前記第１領域よりも外方に離間する所定範囲内であって、且つ、前記第１領域を除く第２領域に属するとき、前記第２領域にある前記第１表示ユニット及び前記第２表示ユニットの他方が射出する画像光の輝度を、前記第１輝度よりも暗い第２輝度にする処理を行う、ヘッドマウントディスプレイ。
5. 前記第１及び第２表示ユニットには、使用者の視線の方向を検出する視線検出部として第１視線検出部と第２視線検出部とがそれぞれ備えられ、
   前記制御手段は、前記第１及び第２表示ユニットの何れか一方の相対位置が、前記第２領域に属し、且つ、前記第２領域に属する表示ユニットの前記視線検出部により検出された視線の方向が前記画像光の射出方向に一致しているときには、当該画像光の輝度を前記第２輝度よりも明るい第３輝度にする処理を行う、請求項４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
6. 前記第１及び第２表示ユニットには、使用者の視線の方向を検出する視線検出部として第１視線検出部と第２視線検出部とがそれぞれ備えられ、
   前記制御手段は、前記第１及び第２表示ユニットに対して、使用者に応じて利き目用又は非利き目用として、それぞれ設定された設定情報を記憶し、
   前記第１及び第２表示ユニットの相対位置が、共に前記第２領域に属する場合であって、
   利き目用として設定された表示ユニットの前記視線検出部により検出された視線の方向が前記画像光の射出方向に一致していると検出され、非利き目用として設定された表示ユニットの前記視線検出部により検出された視線の方向が前記画像光の射出方向に一致していないと検出された場合には、前記利き目用の表示ユニットの画像光の輝度を前記第２輝度よりも明るい第３輝度にし、前記非利き目用の表示ユニットの画像光の輝度を前記第２輝度にする処理を行う、請求項４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
7. 前記第１及び第２表示ユニットの相対位置が、共に前記第２領域に属する場合であって、
   前記制御手段は、非利き目用として設定された表示ユニットの前記視線検出部により検出された視線の方向が前記画像光の射出方向に一致していると検出され、利き目用として設定された表示ユニットの前記視線検出部により検出された視線の方向が前記画像光の射出方向に一致していないと検出された場合には、前記非利き目用の表示ユニットの画像光の輝度を前記第２輝度よりも明るい第３輝度にし、前記利き目用の表示ユニットにおける画像光の射出を停止する処理を行う、請求項６に記載のヘッドマウントディスプレイ。
8. 前記制御手段は、前記第１及び第２表示ユニットの何れか一方の前記相対位置が、前記第２領域よりも外方に離間する位置にある場合、前記第２領域よりも外方に離間する位置にある表示ユニットにおける画像光の射出を停止する処理を行う、請求項４〜７の何れか１項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
9. 前記第１領域が有効視野に対応し、前記第２領域が有効視野よりも外側の安定注視野に対応して設定されている、請求項１又は４に記載のヘッドマウントディスプレイ。

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