JP7797259B2 - 可変焦点表示装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＶＲ／ＡＲ／ＭＲデバイス等の可変焦点（varifocal）型の映像表示装置に関する。

上記のような映像表示装置は、左眼用と右眼用の表示器に両眼視差を持つようにレンダリングされた映像を表示することで、これらの映像を左眼用と右眼用の表示光学系を通して見るユーザに三次元 (３Ｄ)映像を提示する。ただし、このような両眼視差を利用した３Ｄ映像化手法は、両眼の輻輳距離と両眼の焦点距離の不一致による輻輳調節矛盾（vergence accommodation conflict：ＶＡＣ）によりユーザへの負担が大きくなるおそれがある。この問題を解消するために、表示光学系の焦点距離を可変とする様々な可変焦点型の映像表示装置が提案されている。

特許文献１には、複数の液晶レンズを含むレンズアセンブリを用いた可変焦点型の映像表示装置が開示されている。この映像表示装置は、左眼用と右眼用のレンズアセンブリにおける液晶レンズへの通電のＯＮ／ＯＦＦによって左眼用と右眼用のレンズアセンブリのそれぞれの焦点距離（つまりは視度）を制御する。これにより、ユーザが左眼と右眼のそれぞれでレンズアセンブリを通して見る虚像の位置を調整する。

米国特許第１０，８５２，６１９号明細書

図３は、特許文献１に開示された映像表示装置における視度調整範囲の例を示している。横軸の通電パターン番号は、複数の液晶レンズの通電のＯＮとＯＦＦの組み合せとしての通電パターンの番号である。液晶レンズの数が増えるほど組み合せの数は増える。縦軸はそれぞれの通電パターンにおける焦点距離（視度）を示している。横軸の通電パターン番号は、縦軸の焦点距離が昇順になるように並べられている。なお、図３は、本発明の発明者が液晶レンズ数を６と仮定してシミュレーションした結果を示している。

この図から分かるように、特許文献１に開示された映像表示装置は複数の液晶レンズの通電ＯＮ／ＯＦＦの組み合せによって離散的に視度を調整するメカニズムである。このため、原理的に焦点距離を高分解能に調整することはできない。この結果、本来あるべき位置と異なる位置に浮かび上がる虚像を、表示処理によって正しい位置にあるかのように表示する対処法が用いられることが想像される。しかし、この対処法では、輻輳距離と焦点距離のいずれか一方が理想的な値にならないので、ユーザが違和感を覚えるおそれがある。

また、特許文献１に開示された映像表示装置は隣り合う焦点距離の値を順次素早く電気的に切り替えることができるので、ユーザが見る仮想物体の虚像の位置を深度（奥行き）方向に高速かつ低遅延で移動させることが可能である。しかし、逆に虚像の位置を低速で滑らかに移動させることは困難である。これは、虚像の位置を移動させる速度が遅いと、隣り合う番号の通電パターンでの焦点距離の差を飛び越えるような深度方向での虚像のステップ的な動きが目立つからである。図３に示したシミュレーション結果によれば、番号１６と１７の通電パターンでの大きな焦点距離の差（空隙）を設計で完全に消すことは難しい。

本発明は、提示する虚像の位置を深度方向に高速かつ低遅延で移動させることが可能であるとともに、低速で滑らかに移動させることも可能な可変焦点表示装置を提供する。

本発明の一側面としての可変焦点表示装置は、映像を表示する表示手段と、表示手段からの光を観察者の眼に導く光学系であって、通電状態に応じて焦点距離が変化する複数の可変焦点素子を含む表示光学系と、表示手段および複数の可変焦点素子のうち少なくとも１つを表示光学系の光軸方向に移動させる駆動手段と、複数の可変焦点素子のそれぞれの通電状態を制御する第１制御および駆動手段を制御する第２制御を行う制御手段とを有する。制御手段は、取得した視度目標値に応じて第１制御と第２制御を組み合わせた視度調整処理を行うことを特徴とする。

本発明の他の一側面としての制御方法は、映像を表示する表示手段と、表示手段からの光を観察者の眼に導く光学系であって、通電状態に応じて焦点距離が変化する複数の可変焦点素子を含む表示光学系と、表示手段および複数の可変焦点素子のうち少なくとも１つを表示光学系の光軸方向に移動させる駆動手段とを有する可変焦点表示装置に適用される。制御方法は、可変焦点表示装置に、複数の可変焦点素子のそれぞれの通電状態を制御する第１制御を行わせるステップと、駆動手段を制御する第２制御を行わせるステップとを有し、取得した視度目標値に応じて第１制御と第２制御を組み合わせた視度調整処理を行わせることを特徴とする。なお、コンピュータに上記制御方法に従う処理を実行させプログラムも、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、表示光学系を通して提示する虚像の位置を深度方向に高速かつ低遅延で移動させることができるとともに、低速で滑らかに移動させることもできる可変焦点表示装置を提供することができる。

実施例の映像表示装置の構成を示す図。 実施例１における映像表示装置の構成を示す図。 従来の映像表示装置における視度調整範囲の例を示す図。 実施例１における映像表示装置の視度調整範囲を示す図。 実施例２における定位置視度調整処理を示すフローチャート。 実施例２の変形例としての定位置視度調整処理を示すフローチャート。 虚像位置を深度方向に低速で移動させる制御アルゴリズムを説明する図。 実施例３における低速視度調整処理を示すフローチャート。 視度目標値に対して制御指令値が複数ある場合を示す図。 実施例の映像表示装置における表示光学系の構成を示す図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例であるＡＲ(Augmented Reality)デバイス、ＭＲ(Mixed Reality)デバイス、ＶＲ（Virtual Reality)デバイス等に利用される可変焦点表示装置としての映像表示装置１の構成を示している。映像表示装置１は、観察者としてのユーザが頭部に装着して又は眼鏡のように装着して使用され、ユーザの左眼２ａと右眼２ｂの近傍に表示光学系１０３ａ、１０３ｂを配置することができる。なお、図１中において左眼２ａに対して設けられた構成要素の符号にはａを付し、右眼２ｂに対して設けられた構成要素の符号にはｂを付す。

映像表示装置１は、映像データ取得部１００と、表示処理部１０１と、右眼用および左眼用の表示器（表示手段）１０２ａ、１０２ｂおよび表示光学系１０３ａ、１０３ｂと、視線検出部１０５ａ、１０５ｂと、物体位置算出部１０８と、視度変更指示部１０６とを備える。物体位置算出部１０８と視度変更指示部１０６は制御手段に相当し、それぞれ別の又は１つのコンピュータにより構成される。

映像データ取得部１００は、表示用の映像データを外部装置から又はネットワークを通じて取得する。表示処理部１０１は取得された映像データに対して表示倍率の調整処理等を行う。処理後の映像データは、左眼用および右眼用の表示器１０２ａ、１０２ｂに送られて表示される。表示処理部１０１は、左眼用および右眼用の表示器１０２ａ、１０２ｂに互いに視差を有する左眼用映像と右眼眼用映像を表示させる。表示光学系１０３ａ、１０３ｂは、表示器１０２ａ、１０２ｂからの光をユーザの左眼２ａと右眼２ｂに導いて、左眼用および右眼用映像内の物体の虚像を左眼２ａと右眼２ｂに提示する。

視線検出部１０５ａ、１０５ｂは、角膜反射法等の手法を用いて左眼２ａと右眼２ｂの視線方向を視線情報として検出する。物体位置算出部１０８は、左眼２ａと右眼２ｂの視線情報から表示器１０２ａ、１０２ｂに表示された映像内の注視対象を推定（算出）する。そして、注視対象である仮想オブジェクトを虚像として浮かび上がらせる距離（視度目標値）の情報を算出し、これを含む視度目標指令を視度変更指示部１０６に送る。注視対象の推定は、例えば、視線検出部１０５ａ、１０５ｂで得られた左眼２ａと右眼２ｂの注視方向から表示器１０２ａ、１０２ｂ上における注視点座標を算出することで行われる。距離情報の算出は、例えば、映像のフレーム毎の深度マップ情報と注視点座標を照らし合わせて距離を求める。

映像表示装置１は、不図示の外部コンピュータに有線または無線により接続して使用可能である。この場合は、表示器１０２ａ、１０２ｂと表示光学系１０３ａ、１０３ｂ以外の構成要素は必ずしも映像表示装置１が備えている必要はなく、不図示のコンピュータに演算や映像編集を実行させることもできる。この場合、表示器および表示光学系のユニットとこれとは別体のコンピュータとによって可変焦点表示装置が構成される。

視度変更指示部１０６は、虚像を浮かび上がらせる距離に対応する視度目標指令に基づいて、駆動部（駆動手段）１０４ａ、１０４ｂおよび表示光学系１０３ａ、１０３ｂを制御する。

図１において、表示光学系１０３ａ、１０３ｂはそれぞれ、光軸１０３ａ１、１０３ｂ１上で固定されている。表示光学系１０３ａ，１０３ｂは、図では模式的に１つのレンズとして示されているが、実際には図１０に示すように複数の液晶レンズＬＣＬ１～ＬＣＬｎ（ｎ＝２，３，４…）を含む。液晶レンズは、その通電状態（通電のＯＮ／ＯＦＦ）を切り替えることで焦点距離が変化する可変焦点素子であり、各液晶レンズの焦点距離を変化させることで、表示光学系１０３ａ、１０３ｂの焦点距離を変更することができる。なお、表示光学系１０３ａ，１０３ｂは、複数の液晶レンズ以外に少なくとも１つの光学レンズを含んでもよい。

また、図１において、表示器１０２ａ，１０２ｂは、駆動部１０４ａ、１０４ｂによって表示光学系１０３ａ、１０３ｂの光軸１０３ａ１、１０３ｂ１が伸びる光軸方向（矢印１０４ａ１、１０４ｂ１で示す）に移動される。駆動部１０４ａ、１０４ｂを制御することで、表示器１０２ａ、１０２ｂと表示光学系１０３ａ、１０３ｂの光軸１０３ａ１、１０３ｂ１上での距離を変更することができ、これにより左右の表示光学系１０３ａ，１０３ｂの焦点距離を変更することができる。なお、駆動部１０４ａ、１０４ｂは表示光学系１０３ａ、１０３ｂの一部を駆動してもよいし、表示器１０２ａ、１０２ｂと表示光学系１０３ａ、１０３ｂの一部を一体的に駆動してもよい。また、以下では、駆動部１０４ａ、１０４ｂによって表示器１０２ａ，１０２ｂを光軸方向に移動させる例を説明するが、表示光学系に含まれる複数の液晶レンズと表示器の少なくとも１つを光軸方向に移動させることで焦点距離を変更してもよい。このような構成では、複数の液晶レンズをユニット化してまとめて同一の駆動部により移動させてもよいし、それぞれ個別の駆動部により独立して移動させてもよい。

図２は、実施例１の映像表示装置の構成を示している。図２において、視度変更指示部１０６、物体位置算出部１０８および表示処理部１０１は図１と同じである。また、図１に示した表示器１０２ａ，１０２ｂと駆動部１０４ａ、１０４ｂをそれぞれ、図２では表示器１０２と駆動部１０４としてまとめて示している。さらに図１では示していなかったレンズ通電制御部１０９と駆動制御部１１０を図２に追加している。

レンズ通電制御部１０９は、図１０に示した表示光学系１０３ａ，１０３ｂに含まれる複数の液晶レンズＬＣＬ１～ＬＣＬｎのそれぞれへの通電のＯＮとＯＦＦを制御する。駆動制御部１１０は、駆動部１０４の駆動（表示器１０２の移動）を制御する。レンズ通電制御部１０９と液晶レンズＬＣＬ１～ＬＣＬｎにより第１の調整部２０１が構成され、駆動制御部１１０と駆動部１０４により第２の調整部２０２が構成される。また、第１の調整部２０１（液晶レンズＬＣＬ１～ＬＣＬｎ）の制御が第１制御に相当し、第２の調整部２０２（駆動部１０４）の制御が第２の制御に相当する。

視度変更指示部１０６は、物体位置算出部１０８から虚像を浮かび上がらせる距離を示す距離情報を含む視度目標指令を受信し、該距離情報に対応する通電指令と駆動指令を制御テーブル１０７から取得する。複数の異なる距離（視度目標値）に対する通電指令と駆動指令の組み合わせは、予め制御テーブル１０７に記憶されている。視度変更指示部１０６は、通電指令をレンズ通電制御部１０９に送信し、駆動指令を駆動制御部１１０に送信する。通電指令には、液晶レンズＬＣＬ１～ＬＣＬｎのうち通電をＯＮとする液晶レンズの組み合せの情報が含まれる。駆動指令には、駆動部１０４の速度と目標位置の情報が含まれる。レンズ通電制御部１０９は、受信した通電指令に応じて通電対象の液晶レンズへの通電をＯＮとする。駆動制御部１１０は、受信した駆動指令に応じた速度で目標位置まで駆動部１０４を制御する。こうして視度調整が完了すると、視度変更指示部１０６は、映像表示指令を表示処理部１０１に送信する。これにより、表示器１０２での映像の表示が開始される。

図４は、実施例１における映像表示装置の視度調整範囲を示している。図４は、液晶レンズ数を６としてシミュレーションした結果を示している。横軸の通電パターン番号は、制御テーブル１０７に記憶された複数の液晶レンズの通電のＯＮとＯＦＦの組み合せである通電パターンの番号を示す。縦軸はそれぞれの通電パターンにおける焦点距離を示している。通電パターン番号は、縦軸の焦点距離が昇順になるように並べられている。図４は、第１の調整部２０１により得られる焦点距離の分布に第２の調整部２０２による表示器１０２の機械的な移動きを加えた場合の焦点距離の分布を示している。図中の黒丸は、第１の調整部２０１により得られる両眼の焦点距離を示す。黒丸から図中の上下に伸びる実線は、第２の調整部２０２により調整可能な焦点距離の範囲を示している。すなわち、駆動部１０４の制御により表示器１０２が移動可能なストロークの一端から他端まで移動したときの焦点距離の変化を示している。

Ａ点は、番号１７の通電パターンと駆動部１０４の駆動ストローク（表示器１０２の移動ストローク）の一端で得られる焦点距離である。Ｂ点は、番号１６の通電パターンと表示器１０２の移動ストロークの他端で得られる焦点距離である。図４においてＢ点がＡ点よりも上にある。このため、隣り合う番号１６、１７の通電パターンでの焦点距離の差（空隙）が埋められる。つまり、第１の調整部に第２の調整部を加えることにより、図３に示した１０ｍｍから１０００ｍｍまでのすべての焦点距離を設定することが可能になる。

次に、第１の調整部２０１と第２の調整部２０２との関係について説明する。前述したように第１の調整部２０１は、印加される電気信号のＯＮとＯＦＦの２値で制御される電気式の焦点可変レンズとしての液晶レンズを有する。液晶レンズは、液晶分子が配向している液晶セルに対して電圧の印加により配向制御を行って焦点距離を切り替え可能な素子である。液晶レンズとしては、例えば、入射光の円偏光の向きによって凸レンズとして機能したり凹レンズとして機能したりする偏光ディレクトフラットレンズを使用することができる。偏光ディレクトフラットレンズは、薄型軽量であり、複数重ねて小さくユニット化することができる。焦点可変レンズの数を増やせばそれらに対する通電のＯＮとＯＦＦの組み合わせ数を増やせるので、表示光学系１０３の焦点距離の選択肢を増やすことができる。なお、液晶レンズとして、偏光ディレクトフラットレンズ以外のものを用いてもよい。

一方、第２の調整部２０２において、駆動部１０４は、高い応答速度で制御可能なアクチュエータであり、例えば、電気‐機械エネルギ変換素子である圧電セラミクスを駆動源とする直進駆動が可能な圧電アクチュエータや振動型モータである。これらのアクチュエータは、圧電セラミクスに電界を印加すると無機材料が変形して変位を発生する逆圧電効果を利用しているため、起動までの応答が速い。特に、圧電セラミクスのシートを厚さ方向に積層した積層圧電アクチュエータであれば、被駆動部材を精密に位置決めするまでのトータルの駆動時間も短くすることができる。ただし、積層圧電アクチュエータの駆動時間であっても、電気的な配向制御による第１の調整部２０１の制御時間と比べると長くなることが多い。すなわち、駆動部１０４の制御変位量が小さければ第１の調整部２０１の制御時間よりも短くなることもあるが、基本的には第２の調整部２０２の制御時間の方が長くなる。

液晶レンズを用いた第１の調整部２０１は、図３に示したような焦点距離範囲において焦点距離を短時間で大きく変化させることに適している。一方、機械式の駆動を行う第２の調整部２０２は、第１の調整部よりも制御に時間を要するが、より高い分解能で焦点距離を変化させる（すなわち視度調整をより細かく行う）ことに適している。このため、本実施例の焦点可変システムでは、焦点距離の調整として、第１の調整部２０１による電気的な粗調整と、第２の調整部２０２により機械的な微調整とを行う。これにより、第２の調整部２０２の駆動ストロークを短くすることができるため、第１の調整部２０１の制御時間と第２の調整部２０２の制御時間と差を小さく抑えることができる。

以下は設計的な事項であって、第１の調整部２０１における液晶レンズの数と第２の調整部２０２における駆動部１０４の駆動ストローク長とのバランスについて説明する。第１の調整部２０１が行う電気的な焦点距離の調整において、数多くの液晶レンズを使用できるならば、焦点距離の分解能を上げることは原理的に可能である。しかし、液晶レンズは一般に非常に高価であり、使用できる液晶レンズ数には限界がある。

一方、第２の調整部２０２が行う機械的な焦点距離の調整において、被駆動部材である表示器１０２の位置決め制御に要するトータルの駆動時間が百ミリ秒にもなるのでは性能として不十分である。一般に、表示画面が綺麗であるとユーザが感じる映像の表示周波数は３０Ｈｚ程度である。このため、連続的に次々と焦点距離を変えながら映像を表示する場合、映像の表示周波数が３０Ｈｚ以上になる時間で駆動部１０４の制御を完了できることが好ましい。この表示周波数を考慮して、駆動部１０４の駆動ストローク長は制限されるべきである。

したがって、第２の調整部２０２による焦点距離の機械的な微調整に要する時間を短く保つように第１の調整部２０１における液晶レンズの数と第２の調整部２０２における駆動ストローク長とのバランスをとることが望ましい。

図５を用いて、実施例２について説明する。図５は、虚像をある位置に移動させて映像を表示させるまでの定位置視度調整処理を示すフローチャートである。視度変更指示部１０６は、コンピュータプログラムに従って本処理を実行する。本実施例では、２種類の制御モード（モード１、２）でレンズ通電制御部１０９と駆動制御部１１０に液晶レンズと駆動部１０４を制御させる。モード１（第１モード）は、両眼の輻輳距離と焦点距離が完全に一致する位置に虚像を表示させる描画モードである。モード２（第２モード）は、両眼の輻輳距離と焦点距離が若干のずれを残した状態から虚像の表示を開始させることを許容する描画モードである。

ステップＳ１において、視度変更指示部１０６は、物体位置算出部１０８から視度目標値（視度目標指令）を取得する。視度変更指示部１０６は、視度目標値に対応する制御指令値（通電指令および駆動指令）を制御テーブル１０７から取得する。

次にステップＳ２において、視度変更指示部１０６は、第２の調整部２０２による機械的な微調整量（変位量）を算出する。具体的には、駆動部１０４（表示器１０２）の現在位置を検出し、その現在位置と制御指令値が示す目標位置との差から変位量を算出する。

次にステップＳ３において、視度変更指示部１０６は、ステップＳ２で算出した変位量が所定値より小さく機械的な微調整の完了までの制御時間が十分短ければモード１を選択する。また、変位量が所定値以上で機械的な微調整の完了までの制御時間が長い場合はモード２を選択する。なお、機械的な変位量の大小以外でモードを選択してもよく、例えば、映像コンテンツの内容に応じてモード１とモード２のいずれかをユーザが選択してもよいし、アプリケーションの設定としてモード１または２が自動選択されるようにしてもよい。

ステップＳ４では、視度変更指示部１０６はモード１の制御を行う。モード１では、視度変更指示部１０６は、第１の調整部２０１による電気的な粗調整と第２の調整部２０２による機械的な微調整の双方を並行して（同時に）起動させる。第１の調整部２０１が起動すると、視度変更指示部１０６からレンズ通電制御部１０９の通電指令が送信され、これにより通電対象である液晶レンズへの電気信号がＯＮされる。第２の調整部２０２が起動すると、視度変更指示部１０６から駆動制御部１１０に駆動指令が送信され、これにより駆動部１０４によって表示器１０２が移動される。第１の調整部２０１による電気的な粗調整は、第２の調整部２０２による機械的な微調整より先に完了する。視度変更指示部１０６は、第１の調整部２０１から電気的な粗調整の完了を示す信号を受信しても、液晶レンズの通電状態をそのまま保持する待機状態となる。第２の調整部２０２による機械的な微調整が完了すると、両眼の輻輳距離と焦点距離が一致した状態になる。視度変更指示部１０６は、第１および第２の調整部２０１、２０２がともに調整完了となると、表示処理部１０１に表示器１０２への表示を許可して（映像表示ＯＮ）、モード１での処理を終了する。

モード２は、前述したように第２の調整部２０２による機械的な微調整の制御時間が長い場合に選択される。具体的には、制御時間が映像の表示周波数の条件を満たさない場合に選択される。ステップＳ５では、視度変更指示部１０６はモード２の制御を行う。モード２でも、モード１と同様に、視度変更指示部１０６は、第１の調整部２０１による電気的な粗調整と第２の調整部２０２による機械的な微調整の双方を並行して（同時に）起動させる。

モード２でも、第１の調整部２０１による電気的な粗調整は、第２の調整部２０２による機械的な微調整より先に完了する。ただし、モード２では、視度変更指示部１０６は、第１の調整部２０１から電気的な粗調整の完了を示す信号を受信すると、所定時間、待機した後に表示器１０２に映像の表示を許可する。すなわち、第２の調整部２０２による機械的な微調整（駆動部１０４の制御）の継続中に映像の表示を開始する。所定時間待機する理由は、ユーザが表示遅延を感じない範囲内であれば、第２の調整部２０２による機械的な微調整を待機時間の間でできるだけ進めてから映像を表示するためである。この待機時間があることによって、両眼の輻輳距離と焦点距離がほぼ一致した状態にしてから映像を表示することができる。

なお、待機時間後に映像の表示を開始すると、ユーザが焦点距離が深度方向へわずかに移動する映像に気付いて違和感を覚えるおそれがある。これを回避するため、映像表示の開始後のわずかな焦点距離の変化を相殺するように表示処理部１０１で映像を編集する等の処理が行われるようにしてもよい。

ステップＳ４またはステップＳ５の処理が終了すると、視度変更指示部１０６は本処理を終了する。

（変形例）
図６は、実施例２の変形例としての定位置視度調整処理を示すフローチャートであり、実施例２よりも素早い視度の切り替え機能を持たせることができる処理を示している。ステップＳ１～ステップＳ４は図５と同じであり、ステップＳ５′が図５のステップＳ５に１つの判定処理が追加されている。

すなわち、本変形例では、視度変更指示部１０６は、ステップＳ５′における第２の調整部２０２による機械的な微調整の継続中（微調整の完了前）に、新規の視度目標値を取得したか否かを判定する。新規の視度目標値は、ユーザの視線移動に応じたランダムなタイミングで次々と割り込んでくる。新規の視度目標値を取得すると、視度変更指示部１０６は、モード２の処理が最後まで終了したことを確認せずに（つまりは微調整の完了前に）モード２の処理を強制終了する。そして、ステップＳ２に戻って新規の視度目標値に対応する制御指令値を取得し、ステップＳ３で次の制御モードを選択し、ステップＳ４またはＳ５′で第１および第２の調整部２０１、２０２の制御を開始する。

さらにステップＳ４の終了後およびステップＳ５′において新規の視度目標値の割り込みがなければ、視度変更指示部１０６は、ステップＳ６にて新規の視度目標値を取得したか否かを判定する。新規の視度目標値を取得した場合はステップＳ２に戻り、取得しなければ本処理を終了する。

実施例３における処理を説明する前に、図７を用いて虚像を深度方向に低速で移動させるための制御アルゴリズムについて説明する。図７は、両眼の焦点距離を５０ｍｍから２００ｍｍに長くするときの制御方法を示している。図中の黒丸とこれから伸びる実線の意味は、図４と同じである。図中の矢印は、焦点距離を５０ｍｍ（図中のｓｐ）から２００ｍｍ（図中のｅ５）まで増加させていくルートを示している。具体的には、上向き矢印で示す焦点距離の変化では、第２の調整部２０２の駆動部１０４が低速で駆動される。例えば、番号１４の通電パターンでの駆動部１０４の制御により、焦点距離がｓｐからｅ１に増加する。この間、ユーザはゆっくり移動する虚像を見ている。番号１５以降の通電パターンでの上向き矢印で示す制御も同様である。

一方、右向き矢印は、第１の調整部２０１の液晶レンズの制御と第２の調整部２０２の駆動部１０４の制御の両方が実行された場合を示す。右向き矢印の前後で焦点距離は同じ値であるが、番号１４の通電パターンでの駆動部１０４の制御で得られる焦点距離ｅ１と番号１５の通電パターンの駆動部１０４の制御で得られる焦点距離ｓ２では駆動部１０４に対する制御指令値（駆動指令）が互いに異なる。本実施例では、この右向き矢印で示される制御を実行している間は、映像表示を一旦ＯＦＦにする。このため、この間はユーザが基本的に虚像を見ない。番号１６以降の通電パターンでの右向き矢印で示す制御も同様である。

このような横方向と縦方向の矢印で示す制御を交互に組み合わせて、１つのサブシーケンスを構成する。（前回の視度調整）→ｓｐ→ｅ１→ｓ２→・・・→ｓ５→ｅｐという全体のメインシーケンスの中で上記サブシーケンスを繰り返すことによって、焦点距離を低速で変化させて、ユーザが見る虚像を深度方向に低速で移動させることができる。

図８は、本実施例において、虚像を深度方向に低速で移動させながら映像を表示させる低速視度調整処理を示している。ここでは、図７に示した焦点距離を示す記号を使用する。視度変更指示部１０６は、コンピュータプログラムに従って本処理を実行する。

ステップＳ１１では、視度変更指示部１０６は、虚像の移動開始点（焦点距離ｓｐ）と移動終了点（焦点距離ｅｐ）の情報を視度目標値として取得する。

次にステップＳ１２およびステップＳ１３では、視度変更指示部１０６は、移動開始点（ｓｐ）と移動終了点（ｅｐ）に基づいて、後述するステップＳ１４～Ｓ１６のサブシーケンスを繰り返して焦点距離を変更していくルートを決定する。具体的には、サブシーケンスの繰り返し回数（所定回数）Ｎと、各サブシーケンスでの移動開始点（ｓｉ：ｉ＝２、３、・・・、Ｎ）の視度目標値を決定する。

ここまでの準備が完了すると、視度変更指示部１０６は、ステップＳ１４において、最初の移動開始点（ｓｐ）の視度目標値に対応する制御指令値を制御テーブル１０７から取得する。そして、映像表示を一旦ＯＦＦにして第１および第２の調整部２０１、２０２を起動する。これにより、虚像が本処理の開始前の位置から移動開始点（ｓｐ）に高速で移動する。虚像の位置が移動開始点（ｓｐ）に到達した後、視度変更指示部１０６は、表示器１０２に映像表示を許可する信号を送信して映像を表示させる。これにより、ユーザによる虚像の観察が始まる。

続いてステップＳ１５およびステップＳ１６では、視度変更指示部１０６は、第２の調整部２０２に焦点距離を低速で変更するための駆動部１０４の制御を開始させる。虚像が低速で移動している間、表示処理部１０１は、常に両眼の焦点距離に輻輳距離が一致するようにレンダリング処理した映像を表示器１０２に表示させる。虚像の位置が移動終了点（ｅ１）に到達すると、第２の調整部２０２は視度変更指示部１０６に対して制御が完了したことを伝える。

ステップＳ１４～ステップＳ１６までのサブシーケンスが終了すると、ステップＳ１７において、サブシーケンスの回数ｉがステップＳ１２で決定された繰り返し回数Ｎよりも小さいと判定すると、ステップＳ１４に戻って次回のサブシーケンスを行う。例えば、２回目のサブシーケンスにおけるステップＳ１４では、視度変更指示部１０６は移動開始点（ｓ２）の視度目標値に対応する制御指令値を取得し、ステップＳ１６にて移動終了点（ｅ２）に到達すると、再びステップＳ１７での判定を行う。そして、サブシーケンスの回数ｉが繰り返し回数Ｎに到達すると、視度変更指示部１０６は本処理を終了する。

図９は、実施例４の映像表示装置の視度調整範囲を示しており、横軸の通電パターン番号に対する縦軸の焦点距離を示している。通電パターン番号は、縦軸の焦点距離が昇順になるように並べられている。図中の黒丸とこれから伸びる実線の意味は、図４と同じである。

図９において、点線で示した焦点距離Ｌは番号１５と１６の通電パターンにおいて第２の調整部２０２による機械的な微調整により得られる焦点距離の範囲に入っている。これは、焦点距離Ｌに対応する制御指令値（つまりは第１の調整部２０１の制御と第２の調整部２０２の制御の組み合わせ）が２通りあることを意味する。

このとき、視度変更指示部１０６は、第２の調整部２０２における機械的な微調整による変位量を算出する。具体的には、駆動部１０４の現在位置を取得し、その現在位置と新しい制御指令値に対応する駆動部１０４の目標位置との差から変位量を算出する。図９の例では、番号１５と１６の通電パターンにおける第２の調整部２０２による変位量をそれぞれ算出する。そして視度変更指示部１０６は、算出した変位量のうち小さい方、すなわち機械的な微調整の制御時間が短い方の第２の調整部２０２の制御とこれと組み合わされた第１の調整部２０１の通電パターンを自動的に選択する。これにより、第１の調整部２０１による電気的な粗調整の完了に対する第２の調整部２０２による機械的な微調整の完了の遅れを小さくすることができる。
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

１ 映像表示装置
１００ 映像データ取得部
１０１ 表示処理部
１０２ａ，１０２ｂ 表示器
１０３ａ，１０３ｂ 表示光学系
１０４ａ，１０４ｂ 駆動部
１０６ 視度変更指示部
１０８ 物体位置算出部

Claims (16)

1. 映像を表示する表示手段と、
   前記表示手段からの光を観察者の眼に導く光学系であって、通電状態に応じて焦点距離が変化する複数の可変焦点素子を含む表示光学系と、
   前記表示手段および前記複数の可変焦点素子のうち少なくとも１つを前記表示光学系の光軸方向に移動させる駆動手段と、
   前記複数の可変焦点素子のそれぞれの通電状態を制御する第１制御および前記駆動手段を制御する第２制御を行う制御手段とを有し、
   前記制御手段は、取得した視度目標値に応じて前記第１制御と前記第２制御を組み合わせた視度調整処理を行うことを特徴とする可変焦点表示装置。
2. 前記制御手段は、前記第１制御において、前記視度目標値に応じた前記複数の可変焦点素子のそれぞれの通電状態の複数の組み合わせの中から使用する組み合わせを選択することを特徴とする請求項１に記載の可変焦点表示装置。
3. 前記制御手段は、前記第２制御により、前記第１制御に比べて視度調整を細かく行うことを特徴とする請求項１または２に記載の可変焦点調整装置。
4. 前記制御手段は、前記視度調整処理において、前記第１制御と前記第２制御を並行して起動することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の可変焦点表示装置。
5. 前記制御手段は、前記視度調整処理のモードとして、前記第１制御と前記第２制御がともに完了してから前記表示手段に映像を表示させる第１モードと、前記第１制御が完了して前記第２制御が完了する前に前記表示手段に映像を表示させる第２モードとを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の可変焦点表示装置。
6. 前記制御手段は、前記第２モードにおいて前記第２制御が完了する前に新たな視度目標値を取得したときは、該第２制御が完了する前に新たに前記第１および第２制御を開始することを特徴とする請求項５に記載の可変焦点表示装置。
7. 前記制御手段は、前記第１および第２制御を行った後に前記第２制御を行う処理を所定回数、繰り返し実行することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の可変焦点表示装置。
8. 前記制御手段は、前記視度目標値に対する前記第１制御と前記第２制御の組み合せが複数あるときは、前記駆動手段の制御時間がより短い方の前記第２の制御を含む組み合わせを使用することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の可変焦点表示装置。
9. 右眼用と左眼用の前記表示手段および前記表示光学系を有し、
   前記制御手段は、右眼および左眼用の前記表示手段および前記表示光学系に対して前記第１および第２制御を行うことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の可変焦点表示装置。
10. 前記右眼用の表示手段と前記左眼用の表示手段は、互いに視差を有する映像を表示することを特徴とする請求項９に記載の可変焦点表示装置。
11. 前記眼の視線方向を検出する検出手段を有し、
    前記制御手段は、検出された前記視線方向に応じた前記視度目標値を取得することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の可変焦点表示装置。
12. 前記複数の可変焦点素子は、液晶レンズであることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の可変焦点表示装置。
13. 前記複数の可変焦点素子は、偏光ディレクトフラットレンズであることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の可変焦点表示装置。
14. 前記駆動手段は、振動型モータであることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の可変焦点表示装置。
15. 映像を表示する表示手段と、前記表示手段からの光を観察者の眼に導く光学系であって、通電状態に応じて焦点距離が変化する複数の可変焦点素子を含む表示光学系と、前記表示手段および前記複数の可変焦点素子のうち少なくとも１つを前記表示光学系の光軸方向に移動させる駆動手段とを有する可変焦点表示装置の制御方法であって、
    前記可変焦点表示装置に、
    前記複数の可変焦点素子のそれぞれの通電状態を制御する第１制御を行わせるステップと、
    前記駆動手段を制御する第２制御を行わせるステップとを有し、
    取得した視度目標値に応じて前記第１制御と前記第２制御を組み合わせた視度調整処理を行わせることを特徴とする制御方法。
16. コンピュータに、請求項１５に記載の制御方法に従う処理を実行させることを特徴とするプログラム。