JPH10161058A

JPH10161058A - 表示装置

Info

Publication number: JPH10161058A
Application number: JP32515296A
Authority: JP
Inventors: Shiho Onishi; 志保大西
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 1998-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】ユーザが、収差の少ない虚像を、容易に見る
ことができるようにする。【解決手段】装置保持機構６によって所定の位置に保
持されているディスプレイ装置３では、ディスプレイパ
ネル１２に表示された映像がレンズ１１によって拡大さ
れることにより形成される虚像が、ユーザに提供され
る。一方、画像処理ＣＰＵ３２Ｌおよび３２Ｒでは、ユ
ーザの眼球の位置の移動が検出され、頭部移動量検出Ｃ
ＰＵ３３において、その検出結果に基づき、ユーザの眼
球の位置の移動に追従するように、ディスプレイ装置３
を保持している装置保持機構６が制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示装置に関し、
特に、映像の虚像を明確に観賞することができるように
する表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】虚像を、ユーザに提供する表示装置とし
て、例えば、ＨＭＤ（Head Mount Display）（頭部装着
型映像表示装置）などが実現されている。

【０００３】ここで、虚像は、物体が、焦点距離よりレ
ンズに近い位置にある場合に、その物体側にできるもの
で、その形成原理については、例えば、「レンズの科学
入門（上）」、小倉敏布、朝日ソノラマ社や、「光
学」、村田和美、サイエンス社などに、その詳細が記載
されている。

【０００４】ＨＭＤは、例えば、映像を拡大して虚像を
形成するレンズと、そのレンズの焦点距離より近い位置
に配置されたディスプレイパネル（例えば、液晶ディス
プレイなど）を含んで構成される。ユーザは、ＨＭＤを
頭部に装着し、ディスプレイパネルに表示された映像を
レンズを介して見ることで、その虚像を観賞することが
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＨＭＤで
は、その装着が正常になされていない場合には、レンズ
の光軸から、ユーザの瞳がずれ、その結果、ユーザが観
賞する虚像が、収差の大きい、いわゆるぼやけたものと
なることがあった。

【０００６】さらに、ＨＭＤが正常に装着されている場
合であっても、ユーザが頭部を動かすことによって、や
はり、ユーザの瞳がレンズの光軸からずれ、得られる虚
像がぼやけたものとなることがあった。

【０００７】また、左眼用と右眼用のレンズを有するＨ
ＭＤでは、一般的に、そのレンズどうしの間隔が、例え
ば、人間の平均的な瞳孔間隔（瞳孔間距離）に対応して
設定されているため、ユーザは、そのように設定された
レンズの間隔が、自身の瞳孔間隔からずれている場合に
は、レンズの光軸から、ユーザの瞳がずれ、その結果、
ユーザが観賞する虚像が、収差の大きいぼやけたものと
なることがあった。

【０００８】なお、ＨＭＤの中には、左眼用と右眼用の
レンズの間隔を調整するための調整機構を有するものが
あるが、これを、ユーザが、自身に最適な状態に調整す
ることは容易ではなかった。

【０００９】さらに、ＨＭＤは頭部に装着して使用する
ことを前提に設計されているため、頭部に装着せずに使
用すると、やはり、ユーザの瞳がレンズの光軸からず
れ、得られる虚像がぼやけたものとなることがあった。

【００１０】そこで、この場合、虚像が明確に観賞する
ことができるような位置を、例えば試行錯誤することに
より探し出し、その位置において、一定の姿勢で虚像を
観賞する方法があるが、これでは、頭部その他を自由に
動かすことができず、著しい疲労感を感じることにな
る。

【００１１】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、ユーザが、明確な虚像を容易に観賞する
ことができるようにするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の表示装
置は、ユーザに虚像を提供する提供手段を所定の位置に
保持する保持手段と、ユーザの眼球の位置の移動を検出
する検出手段と、検出手段の検出結果に基づき、ユーザ
の眼球の位置の移動に追従するように、保持手段を制御
する制御手段とを備えることを特徴とする。

【００１３】請求項４に記載の表示装置は、ユーザの瞳
の位置を検出する検出手段と、検出手段による検出結果
に基づいて、表示手段に表示された映像を拡大すること
により虚像を形成する拡大光学系を移動する移動手段と
を備えることを特徴とする。

【００１４】請求項１に記載の表示装置においては、保
持手段は、ユーザに虚像を提供する提供手段を所定の位
置に保持し、検出手段は、ユーザの眼球の位置の移動を
検出するようになされている。制御手段は、検出手段の
検出結果に基づき、ユーザの眼球の位置の移動に追従す
るように、保持手段を制御するようになされている。

【００１５】請求項４に記載の表示装置においては、検
出手段は、ユーザの瞳の位置を検出し、移動手段は、検
出手段による検出結果に基づいて、表示手段に表示され
た映像を拡大することにより虚像を形成する拡大光学系
を移動するようになされている。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明を適用した虚像提
供システムの一実施の形態の構成を示している。この虚
像提供システムにおいては、臨場感ある虚像を、ユーザ
に対して、明確に提供することができるようになされて
いる。

【００１７】即ち、ユーザ保持機構１は、ユーザを座っ
た状態に保持する、例えば、椅子やソファなどで、ユー
ザは、そこに腰掛けることでリラックスした状態に保持
されるようになされている。

【００１８】さらに、ユーザ保持機構１の背もたれの上
部には、ユーザがそこに座ったときに、そのユーザの頭
部を覆うように構成された、例えば、半球状のカバー機
構７が設けられている。このカバー機構７は、ユーザ保
持機構１に支持されており、さらに、その支持されてい
る部分を回転中心として、上下方向に回動するようにす
るようになされている。なお、カバー機構７の回動は、
リフト装置１０によって行われるようになされている。
また、カバー機構７は、上方向に回動したときは所定の
位置で、また、下方向に回動したときは、ユーザ保持機
構１に保持されているユーザの頭部に接触しないような
位置で、それぞれロック（係止）されるようになされて
いる。

【００１９】従って、ユーザは、カバー機構７を上方向
に回動することで、ユーザ保持機構１に容易に腰掛ける
ことができ、また、ユーザ保持機構１から容易に立ち上
がることができる。

【００２０】カバー機構７の内部（内側）には、ディス
プレイ装置３（提供手段）が設けられている。即ち、デ
ィスプレイ装置３は、装置保持機構６（保持手段）によ
って、カバー機構７の内部の所定の位置に保持されてい
る。装置保持機構６は、例えば、カバー機構７の内部の
空間（３次元空間）の範囲内において、ディスプレイ装
置３を任意の向きに、かつ任意の位置に保持するように
なされている。そして、装置保持機構３は、ディスプレ
イ装置３を任意の方向に向け、かつ任意の位置に移動さ
せるために、例えば、ステッピングモータなどの回転機
構５を含んで構成されている。

【００２１】ディスプレイ装置３は、映像（画像）を表
示する、例えば液晶ディスプレイなどで構成される小型
のディスプレイパネル１２（１２Ｌおよび１２Ｒ）（表
示手段）と、そのディスプレイパネル１２に表示された
映像を拡大することにより虚像を形成し、ユーザの左眼
と右眼とで観察される虚像を、空間上同一の位置に配置
する拡大光学系としてのレンズ１１（１１Ｌおよび１１
Ｒ）を有しており、これにより、ユーザに対して、所定
の映像を拡大した虚像を提供するようになされている。

【００２２】なお、本実施の形態では、ディスプレイ装
置３には、左眼または右眼それぞれに虚像を観察させる
ための左眼用または右眼用の拡大光学系として、レンズ
１１Ｌまたは１１Ｒが設けられており、また、これに対
応して、映像を表示するディスプレイパネルについて
も、左眼または右眼用のディスプレイパネル１２Ｌまた
は１２Ｒが設けられている。但し、１つのレンズやディ
スプレイパネルによって、ユーザの両眼に虚像を観察さ
せるようにすることも可能である。また、拡大光学系と
しては、レンズの他、凹面鏡などを用いることも可能で
ある。

【００２３】さらに、ディスプレイ装置３には、小型の
ＣＣＤ（Chage Coupled Device）カメラ２Ｌおよび２Ｒ
が設けられている。ＣＣＤカメラ２Ｌまたは２Ｒは、異
なる角度からユーザの頭部を撮像し、その結果得られる
画像（映像）データをフレームメモリ３１Ｌまたは３１
Ｒにそれぞれ供給するようになされている。ここで、こ
の画像データは、後述するように、ユーザの頭部の移動
（眼球の位置の移動）、および瞳位置の検出に用いられ
る。従って、ユーザの頭部を撮像するＣＣＤカメラの数
は多い方が、その検出精度を高くすることができる（但
し、少なくとも１台以上であれば良い）。

【００２４】操作部８（操作手段）は、各種のボタンや
レバーなどで構成され、システムに所定の処理を行わせ
るときに操作される。

【００２５】即ち、例えば、カバー機構７は、ＥＣＤ
（Electrochromic Display）などの光の透過率が可変な
素子（以下、適宜、透過率可変素子という）などで構成
されており、あるいは、また、透明な部材に、液晶シャ
ッタなどを組み込んで構成されており、この透過率可変
素子や液晶シャッタなどを制御するときに、操作部８は
操作される。従って、ユーザは、操作部８を操作するこ
とにより、カバー機構７の透過率を変化させ、これによ
り、外部の景色（状況）を見たり、あるいは、外部の景
色が目に入らないようにすることなどができる。

【００２６】さらに、操作部８は、例えば、カバー機構
７を上方向または下方向に回動させる場合にも操作され
る。

【００２７】また、操作部８は、例えば、後述するよう
なディスプレイ装置３の自動追従機能をオン／オフする
ときにも操作される。

【００２８】震度検知装置９（検知手段）は、緊急事態
を検知するようになされている。即ち、震度検知装置９
は、例えば、ある程度の揺れを検知するようになされて
いる。そして、震度検知装置９は、揺れを検知すると、
その旨を、リフト装置１０およびモータコントロールコ
ンピュータ３４に報知するようになされている。

【００２９】リフト装置１０は、カバー機構７が下方向
に回動されている状態のときに、震度検知装置９から緊
急事態である旨を受信すると、カバー機構７を上方向に
回動させる。即ち、カバー機構７は、例えば、図２に示
すように、バネなどの弾性体の力などによって、上方向
に、いわば跳ね上げられるように回動される。

【００３０】また、モータコントロールコンピュータ３
４は、自動追従機能がオン状態のときに、震度検知装置
９から緊急事態である旨を受信すると、自動追従機能を
解除する。

【００３１】従って、ユーザは、虚像を観賞している場
合において、緊急事態となったとき（ここでは、地震が
起きたとき）に、即座に、ユーザ保持機構１から立ち上
がって行動を起こすことができる。

【００３２】なお、震度検知装置９には、揺れの他、温
度の上昇や、大きな音などを検知させるようにすること
が可能である。

【００３３】フレームメモリ３１Ｌまたは３１Ｒは、Ｃ
ＣＤカメラ２Ｌまたは２Ｒから供給される画像データ
を、例えばフレーム単位（またはフィールド単位）でそ
れぞれ記憶するようになされている。なお、フレームメ
モリ３１Ｌおよび３１Ｒには、画像データが、順次上書
きされるようになされている。

【００３４】画像処理ＣＰＵ（Central Processing Uni
t）３２Ｌまたは３２Ｒ（検出手段）は、フレームメモ
リ３１Ｌまたは３１Ｒに記憶された画像データをそれぞ
れ読み出し、例えば、画像の特徴抽出や差分検出などの
処理を行うことによって、ユーザの左眼または右眼の位
置の移動、および左眼または右眼の瞳位置をそれぞれ検
出するようになされている。これらの検出結果は、頭部
移動量検出ＣＰＵ３３に供給されるようになされてい
る。

【００３５】頭部移動量検出ＣＰＵ３３は、画像処理Ｃ
ＰＵ３２Ｌまたは３２Ｒそれぞれから供給されるユーザ
の左眼または右眼の位置の移動の検出結果に基づいて、
ディスプレイ装置３を縦方向、横方向、および奥行き方
向に移動させるべき移動量と、ヨー（yaw）方向、ロー
ル（roll）方向、およびピッチ（pitch）方向に回転さ
せるべき回転量とを算出し、モータコントロールコンピ
ュータ３４に供給するようになされている。

【００３６】さらに、頭部移動量検出ＣＰＵ３３は、画
像処理ＣＰＵ３２Ｌまたは３２Ｒそれぞれから供給され
るユーザの左眼または右眼の瞳位置の検出結果に基づい
て、ディスプレイ装置３のレンズ１１Ｌまたは１１Ｒを
移動させるべき移動量を算出し、モータコントロールコ
ンピュータ３４に供給するようにもなされている。

【００３７】モータコントロールコンピュータ３４（制
御手段）は、頭部移動量検出ＣＰＵ３３から供給される
信号に基づいて、装置保持機構６を制御し、これによ
り、ディスプレイ装置３を、ユーザの頭部（眼球）の移
動に追従させるようになされている。さらに、モータコ
ントロールコンピュータ３４は、頭部移動量検出ＣＰＵ
３３から供給される信号に基づいて、レンズ１１Ｌまた
は１１Ｒを移動させるようにもなされている。

【００３８】以上のように構成される虚像提供システム
においては、例えば、ユーザがユーザ保持機構１に保持
された状態で、操作部８を操作すると、例えば、図示せ
ぬＴＶ（Television）チューナで受信された、ＮＴＳＣ
方式のテレビジョン信号や、ハイビジョン放送のテレビ
ジョン信号、あるいは図示せぬ再生装置で再生された映
像信号などがディスプレイ装置３に供給され、それに対
応する映像が、ディスプレイパネル１２ＬおよびＲに表
示される。

【００３９】ディスプレイパネル１２Ｌまたは１２Ｒに
表示された映像は、レンズ１１Ｌまたは１１Ｒによりそ
れぞれ拡大され、その拡大された映像としての光それぞ
れが、ユーザの左眼または右眼に入射する。これによ
り、ディスプレイパネル１２Ｌまたは１２Ｒに表示され
た映像の虚像が、ユーザの左眼または右眼でそれぞれ観
察される。

【００４０】この場合、ユーザは、ユーザ保持機構１に
保持されているので、非常にリラックスした状態で、虚
像を観賞することができる。

【００４１】さらに、上述したように、ユーザは、操作
部８を操作することで、その頭部を覆っているカバー機
構７の透過率を変化させることができる。従って、例え
ば、透過率を低くした場合、外部からの光のほとんどが
遮断されるため、ユーザは、虚像空間に没頭することが
できる。また、透過率を高くした場合、ユーザは、周囲
の状況を確認しながら、虚像を観賞すること、即ち、周
囲の状況（景色）を、虚像に重ねて観察（確認）するこ
とができる。さらに、透過率を適切な値とすることで、
明るさのバランスのとれた虚像と、外部の景色とを観察
することができる。そして、この場合、ユーザは、外部
が見えないことによる不安を感じることなく、虚像を観
賞することができる。一方、例えば、透過率を徐々に下
げていった場合、ユーザは、現実の世界から虚像空間に
没入していく感覚を享受することができる。

【００４２】なお、カバー機構７の内部には、図示せぬ
スピーカが設けられており、そこに供給される映像に付
随する音声がある場合には、その音声がスピーカから出
力されるようになされている。

【００４３】ここで、以下、音声についての説明は省略
する。

【００４４】ところで、ユーザは、ユーザ保持機構１に
保持されているが、身動きがとれないように完全に固定
されているわけではないため、虚像を観賞しながら、頭
部を動かす場合がある。従って、ユーザが、ユーザ保持
機構１に腰掛け、虚像を観賞し始めたときは、その虚像
全体を、収差の小さい状態で見ることができていたとし
ても、頭部を動かすことにより、ユーザの左眼または右
眼（左または右の瞳）の位置がレンズの光軸からずれ、
これにより、ユーザが観賞する虚像は、その一部が欠
け、また、収差の大きいぼやけたものとなることがあ
る。

【００４５】そこで、図１の虚像提供システムは、ユー
ザが動いても、そのユーザの動きに自動追従する自動追
従機能を有しており、これにより、ユーザの左眼および
右眼と、ディスプレイ装置３との位置関係を、常に、ユ
ーザが虚像全体を明確（鮮明）に見ることができるもの
（以下、適宜、適切位置関係という）に維持するように
なされている。

【００４６】即ち、ＣＣＤカメラ２Ｌまたは２Ｒでは、
ユーザの、例えば頭部が撮像され、その結果得られる画
像データが、フレームメモリ３１Ｌまたは３１Ｒにそれ
ぞれ供給されて記憶される。そして、画像処理ＣＰＵ３
２Ｌまたは３２Ｒにおいて、フレームメモリ３１Ｌまた
は３１Ｒに記憶された画像データがそれぞれ読み出さ
れ、ユーザの左眼または右眼の位置の移動が検出され
る。この検出結果は、頭部移動量検出ＣＰＵ３３に供給
される。

【００４７】頭部移動量検出ＣＰＵ３３では、画像処理
ＣＰＵ３２Ｌまたは３２Ｒそれぞれから供給されるユー
ザの左眼または右眼の位置の移動の検出結果に基づい
て、ディスプレイ装置３を縦方向、横方向、および奥行
き方向に移動させるべき移動量（以下、適宜、直線移動
量という）と、ヨー（yaw）方向、ロール（roll）方
向、およびピッチ（pitch）方向に回転させるべき回転
量とが算出され、モータコントロールコンピュータ３４
に供給される。

【００４８】モータコントロールコンピュータ３４は、
頭部移動量検出ＣＰＵ３３から供給される直線移動量お
よび回転量に基づいて、装置保持機構６を制御し、ディ
スプレイ装置３を、縦方向、横方向、または奥行き方向
に移動させ、また、ヨー方向、ロール方向、またはピッ
チ方向に回転させる。即ち、ディスプレイ装置３は、ユ
ーザとの位置関係が適切位置関係になるように移動され
る。

【００４９】従って、ユーザは、ある程度自由に身体を
動かしても、明確な虚像であって、その全体を、容易に
観賞することができる。即ち、ユーザは、大きな疲労感
を感じることなく、虚像を観賞することができる。

【００５０】なお、適切位置関係は、例えば、製造工場
などにおいて出荷前に、あらかじめ設定しておくことも
可能であるし、また、例えば、システム購入後、ユーザ
に設定してもらうようにすることも可能である。ユーザ
に適切位置関係を設定してもらう場合、その設定は、例
えば、システムを設定モードとして、ディスプレイ装置
４を手で動かすことなどにより行うことができる。この
場合、頭部移動量検出ＣＰＵ３３では、設定モードにお
いて得られる画像データが、適切位置関係の状態にある
ユーザの頭部として認識され、その後は、その状態の画
像データが常時得られるように、上述の直線移動量およ
び回転量が算出される。

【００５１】また、以上のような自動追従機能によれ
ば、常時、ディスプレイ装置３が、ユーザの正面に位置
するように移動されるが、例えば、ユーザが、虚像の観
賞中に、誰かに呼ばれるなどして、その人の方向に顔を
向けたときなども、このようにディスプレイ装置３が移
動したのでは、ユーザに煩わしさを感じさせることにな
る。そこで、ユーザは、上述したように、操作部８を操
作することで、自動追従機能を、自由にオン／オフする
ことができるようになされている。

【００５２】次に、装置保持機構６によるディスプレイ
装置３の移動方法について、図３を参照して説明する。

【００５３】装置保持機構６は、同図に示すように、部
材４１，４２Ｌ，４２Ｒ、ワイヤ４３Ｌ，４３Ｒ、部材
４４、回転ロール４５、金具４６，４７、ストッパ４
８、部材４９、並びにステッピングモータＡ，Ｂ１，Ｂ
２，Ｃ乃至Ｆから構成される。なお、ステッピングモー
タＡ，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ乃至Ｆが、図１における回転機構
５に相当する。

【００５４】表面に凹凸が形成され、縦方向に向けられ
た部材４４は、その一端にストッパ４８が取り付けられ
ており、ステッピングモータＣと回転ロール４５とによ
って、所定の圧力をもって挟まれている。ステッピング
モータＣまたは回転ロール４５には、金具４６または４
７がそれぞれ取り付けられている。この金具４６および
４７は、カバー機構７に固定されており、これにより、
装置保持機構６全体が、カバー機構７に保持されてい
る。

【００５５】部材４４の他端は、部材４９の中央部分が
固定されており、部材４９の左端または右端には、ワイ
ヤ４３Ｌまたは４３Ｒがそれぞれ取り付けられている。
そして、このワイヤ４３Ｌまたは４３Ｒによって、表面
に凹凸が形成された部材４２Ｌまたは４２Ｒが奥行き方
向の向きに支持されている。

【００５６】ステッピングモータＢ１またはＢ２は、表
面に凹凸が形成された部材４１に固定され、部材４２Ｌ
または４２Ｒに沿って奥行き方向に移動可能なように取
り付けられている。また、部材４１は、その左端または
右端にそれぞれ固定されたステッピングモータＢ１およ
びＢ２によって、横方向の向きに支持されている。

【００５７】ステッピングモータＡは、部材４１に沿っ
て横方向に移動可能なように取り付けられており、さら
に、そこには、回転方向がピッチ方向となるように、ス
テッピングモータＦが固定されている。このステッピン
グモータＦの回転軸には、回転方向がロール方向となる
ように、ステッピングモータＥが固定されており、さら
に、このステッピングモータＥの回転軸には、回転方向
がヨー方向となるように、ステッピングモータＤが固定
されている。そして、ステッピングモータＤの回転軸に
ディスプレイ装置３が固定されている。

【００５８】以上のように構成される装置保持機構６で
は、モータコントロールコンピュータ３４によって、ス
テッピングモータＡ，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１乃至Ｃ４，Ｄ乃
至Ｆが回転駆動されることにより、ディスプレイ装置３
が移動される。

【００５９】即ち、ステッピングモータＡが回転駆動さ
れることにより、ディスプレイ装置３が、部材４１に沿
って、横方向に移動される。また、ステッピングモータ
Ｃが回転駆動されることにより、ディスプレイ装置３
が、部材４４に沿って、縦方向に移動される。さらに、
ステッピングモータＢ１およびＢ２が回転駆動されるこ
とにより、ディスプレイ装置３が、部材４２Ｌおよび４
２Ｒに沿って、奥行き方向に移動される。

【００６０】また、ステッピングモータＤ乃至Ｆが回転
駆動されることにより、ディスプレイ装置３がヨー方
向、ロール方向、またはピッチ方向にそれぞれ回転され
る。

【００６１】なお、ステッピングモータＣと回転ロール
４４は、部材４４を、それより下部の部分の荷重に耐え
られるような圧力で挟んでおり、これにより、ステッピ
ングモータＣが回転駆動されていないのにも拘らず、デ
ィスプレイ装置３が下方向に移動してしまうことのない
ようになされている。

【００６２】ところで、ユーザとディスプレイ装置３と
が適切位置関係の状態にあっても、ディスプレイ装置３
を構成するレンズ１１Ｌと１１Ｒとの間の間隔が、ユー
ザの瞳孔間隔に対応したものになっていない場合、レン
ズ１１Ｌまたは１１Ｒのうちの一方の光軸上に、ユーザ
の左眼または右眼の瞳うちの一方を位置させることは可
能であるが、レンズ１１Ｌまたは１１Ｒの光軸上に、ユ
ーザの左眼または右眼の瞳をそれぞれ位置させることは
できず、従って、両眼で、収差の小さい虚像全体を観賞
するのは困難となる。

【００６３】そこで、本実施の形態においては、次のよ
うにして、レンズ１１Ｌと１１Ｒとの間の間隔が、ユー
ザの瞳孔間隔に対応したものとし、かつ、レンズ１１Ｌ
または１１Ｒの光軸上に、ユーザの左眼または右眼の瞳
をそれぞれ位置させ、これにより、ユーザが、両眼で、
収差の小さい虚像全体を観賞することができるようにな
されている。

【００６４】即ち、図４は、ディスプレイ装置３の正面
の断面図である。

【００６５】ディスプレイ装置３においては、レンズ１
１Ｌまたは１１Ｒが、ＣＣＤカメラ２Ｌまたは２Ｒとそ
れぞれ連結されている。また、それぞれの連結部分に
は、ネジの切られたシャフト５２Ｌまたは５２Ｒが通さ
れており、このシャフト５２Ｌまたは５２Ｒが回転する
ことにより、レンズ１１Ｌまたは１１Ｒは、ＣＣＤカメ
ラ２Ｌまたは２Ｒとともに、横方向（左右方向）にそれ
ぞれ移動されるようになされている。

【００６６】シャフト５２Ｌまたは５２Ｒは、ステッピ
ングモータ５１Ｌまたは５１Ｒによりそれぞれ回転され
るようになされており、また、ステッピングモータ５１
Ｌおよび５１Ｒは、モータコントロールコンピュータ３
４（図１）によって回転駆動されるようになされてい
る。従って、レンズ１１Ｌおよび１１Ｒは、モータコン
トロールコンピュータ３４によって、その横方向の位置
を変えることができるようになされており、これによ
り、その間隔を調整することができるようになされてい
る。

【００６７】次に、レンズ１１Ｌと１１Ｒとの間隔の調
整方法について、図５を参照して説明する。

【００６８】上述したように、画像処理ＣＰＵ３２Ｌま
たは３２Ｒにおいては、フレームメモリ３１Ｌまたは３
１Ｒに記憶された画像データがそれぞれ読み出され、ユ
ーザの左眼または右眼の位置の移動が検出されるが、こ
のとき、画像処理ＣＰＵ３２Ｌまたは３２Ｒでは、左眼
または右眼の瞳位置もそれぞれ検出される。そして、こ
の瞳位置の検出結果は、頭部移動量検出ＣＰＵ３３に供
給される。

【００６９】頭部移動量検出ＣＰＵ３３は、画像処理Ｃ
ＰＵ３２Ｌまたは３２Ｒそれぞれから供給されるユーザ
の左眼または右眼の瞳位置の検出結果に基づいて、ディ
スプレイ装置３のレンズ１１Ｌまたは１１Ｒを移動させ
るべき移動量が算出され、モータコントロールコンピュ
ータ３４に供給される。

【００７０】即ち、本実施の形態においては、例えば、
ＣＣＤカメラ２Ｌまたは２Ｒによる撮像画面の中央（例
えば、対角線の交点）などの所定の場所に、左眼または
右眼の瞳がそれぞれ位置している場合に、左眼または右
眼の瞳が、レンズ１１Ｌまたは１１Ｒの光軸上に位置す
るように、ディスプレイ装置３が構成されている。

【００７１】従って、例えば、図５（Ａ）に示すよう
に、ＣＣＤカメラ２Ｌまたは２Ｒから得られた画像が、
ユーザの左眼または右眼の瞳それぞれが、その画面の中
央からずれているものである場合は、左眼または右眼の
瞳それぞれが、レンズ１１Ｌまたは１１Ｒの光軸上に位
置していないことになる。また、図５（Ｂ）に示すよう
に、ＣＣＤカメラ２Ｌまたは２Ｒから得られた画像が、
ユーザの左眼または右眼の瞳それぞれが、その画面の中
央に位置しているものである場合は、左眼または右眼の
瞳それぞれが、レンズ１１Ｌまたは１１Ｒの光軸上に位
置していることになる。

【００７２】そこで、頭部移動量検出ＣＰＵ３３では、
ユーザの左眼または右眼の瞳それぞれが、その画面の中
央からずれている場合、その水平方向（横方向）につい
てのずれ量（画面中央の位置と、瞳位置との差分）と方
向（右方向か、または左方向か）が求められ、それを補
正するような信号が、モータコントロールコンピュータ
３４に出力される。

【００７３】モータコントロールコンピュータ３４で
は、頭部移動量検出ＣＰＵ３３から供給される信号に基
づいて、ステッピングモータ５１Ｌまたは５１Ｒが回転
駆動され、これにより、シャフト５２Ｌまたは５２Ｒが
回転し、レンズ１１Ｌまたは１１Ｒが、ＣＣＤカメラ２
Ｌまたは２Ｒとともに移動される。

【００７４】以上のようにして、レンズ１１Ｌまたは１
１Ｒは、ＣＣＤカメラ２Ｌまたは２Ｒから得られる画像
が、図５（Ｂ）に示したように、左眼または右眼の瞳そ
れぞれが画面の中央に位置しているものとなるように移
動される。

【００７５】この場合、左眼または右眼の瞳が、レンズ
１１Ｌまたは１１Ｒの光軸上に位置するようになるので
（従って、レンズ１１Ｌと１１Ｒとの間の間隔が、ユー
ザの瞳孔間隔に対応したものになるので）、ユーザは、
容易に、その両眼で、収差の小さい虚像を観賞すること
ができる。

【００７６】なお、垂直方向（縦方向）のずれは、装置
保持機構６を制御することにより、即ち、ステッピング
モータＣ（図３）を回転駆動することにより補正され
る。

【００７７】また、図４および図５では説明しなかった
が、ユーザの左眼と右眼とで観察される虚像を、空間上
同一の位置に配置するためには、レンズ１１Ｌ，１１Ｒ
の移動に伴い、ディスプレイパネル１２Ｌ，１２Ｒも移
動する必要がある。

【００７８】即ち、図６は、図１のディスプレイ装置３
の光学系の構成例を示している。なお、図６は、ディス
プレイ装置３の上面の断面図である。

【００７９】同図に示すように、ディスプレイ装置３
は、映像を拡大することにより虚像を形成するための拡
大光学系として、光軸の異なる左眼用の光学系である
（を構成する）レンズ１１Ｌと右眼用の光学系であるレ
ンズ１１Ｒとを有している。

【００８０】即ち、レンズ１１Ｒまたは１１Ｌは、右眼
または左眼に対して、ディスプレイパネル１２Ｒまたは
１２Ｌに表示された映像を拡大することにより得られる
虚像ＲまたはＬをそれぞれ提供するための同一特性の凸
レンズで、これらは同一平面上に配置されている。従っ
て、レンズ１１Ｒおよび１１Ｌは、その主平面どうしが
一致するように配置されている。

【００８１】ここで、図６において、Ｏ１またはＯ２
は、レンズ１１Ｒまたは１１Ｌの主点をそれぞれ表して
おり、Ｆ１またはＦ２は、レンズ１１Ｒまたは１１Ｌの
焦点をそれぞれ表している。また、Ｏは、主点Ｏ１とＯ
２との間の中点を表している。

【００８２】ディスプレイパネル１２Ｒまたは１２Ｌ
は、その中心点（例えば、ディスプレイパネル１２Ｒ，
１２Ｌが長方形状をしている場合において、その長方形
の対角線の交点など）が、中点Ｏと焦点Ｆ１またはＦ２
それぞれとを結ぶ直線ＯＦ１またはＯＦ２上にそれぞれ
位置し、かつ両者が同一平面上に位置するように配置さ
れている。

【００８３】以上のように構成されるディスプレイ装置
３によれば、ディスプレイパネル１２Ｒまたは１２Ｌに
表示された映像が、レンズ１１Ｒまたは１１Ｌで拡大さ
れ、この拡大された映像に対応する光が右眼または左眼
にそれぞれ入射することにより、その映像に対応する虚
像が、右眼または左眼で観察される。即ち、レンズ１１
Ｒまたは１１Ｌによって形成される虚像ＲまたはＬが、
右眼または左眼それぞれで観察される。

【００８４】図６の構成によれば、右眼または左眼で観
察される虚像は、別々の光学系であるレンズ１１Ｒまた
は１１Ｌでそれぞれ形成されるが、これらの虚像は、３
次元空間において、同一の位置に配置される。即ち、ユ
ーザの左眼と右眼とで観察される虚像は、空間上同一の
位置に配置される。

【００８５】これは、次のような理由による。即ち、例
えば、いま、主点Ｏ２からＯ１の方向をｄ軸とするとと
もに、レンズ１１Ｌの光軸方向（主点Ｏ２から焦点Ｆ２
の方向）をｓ軸とする。そして、ディスプレイパネル１
２Ｌの中心点をＭ１とし、そのｓｄ平面における座標を
（ｓ１，ｄ１）とするとともに、レンズ１１Ｌが形成す
る虚像Ｌの中心点をＭ１’とし、そのｓｄ平面における
座標を（ｓ１’，ｄ１’）とする。さらに、焦点Ｆ１と
Ｆ２との間の中点をＯ’とする。

【００８６】この場合、上述したように、ディスプレイ
パネル１２Ｒまたは１２Ｌは同一平面内にあり、かつそ
の中心点が、直線ＯＦ１またはＯＦ２上にあるから、デ
ィスプレイパネル１２Ｒおよび１２Ｌは、レンズ１１Ｒ
および１１Ｌの主平面（これも、上述したように同一平
面内にある）から等距離にある。従って、虚像Ｒおよび
Ｌも同一平面内にあるから、この虚像ＲおよびＬの中心
点が、いずれも、中点ＯとＯ’とを結ぶ直線ＯＯ’上に
あれば、虚像ＲおよびＬは同一位置にあることになる。

【００８７】そこで、いま、ディスプレイパネル１２Ｌ
の中心点Ｍ１（ｓ１，ｄ１）は、直線ＯＦ２上にあるこ
とから、次式が成立する。

【００８８】ｄ１＝Ｌ／２−Ｌ×ｓ１／（２×ｆ）・・・（１）但し、Ｌは、主点Ｏ１とＯ２との距離を表し、ｆは、レ
ンズ１１Ｌの焦点距離を表す。

【００８９】一方、結像公式により、次式が成立する。

【００９０】１／ｆ＝１／ｓ１−１／ｓ１’ ・・・（２）

【００９１】また、主点Ｏ２、中心点Ｍ１，Ｍ１’は、
一直線上にあることから、次式が成立する。

【００９２】ｓ１／ｓ１’＝ｄ１／ｄ１’ ・・・（３）

【００９３】式（１）乃至（３）から、式ｄ１’＝Ｌ／２・・・（４）が得られる。

【００９４】式（４）より、虚像Ｌの中心点Ｍ１’は、
直線ＯＯ’上にある。

【００９５】レンズ１１Ｌが構成する光学系と、レンズ
１１Ｒが構成する光学系とは、直線ＯＯ’に対して対称
であり、従って、虚像Ｒの中心点も、直線ＯＯ’上にあ
る。

【００９６】以上のように、虚像ＲおよびＬは、同一平
面内にあり、かつ、それらの中心点が、いずれも直線Ｏ
Ｏ’上にあるので、虚像ＲおよびＬは同一位置にあるこ
とになる。

【００９７】従って、ユーザは、両眼の輻輳と調整を一
致させた状態で、即ち、リラックスした状態で（無理な
く）、虚像を観察することができる。

【００９８】ここで、ディスプレイ装置３において、デ
ィスプレイパネル１２Ｒまたは１２Ｌそれぞれを、その
中心点が、直線ＯＦ１またはＯＦ２上を、同一平面内に
含まれるように同期して移動させるようにすることによ
り、虚像ＲおよびＬが形成される位置を、ユーザの近く
から無限遠まで移動させることができる。

【００９９】以上のように、ユーザの左眼と右眼とで観
察される虚像を、空間上同一の位置に配置するために
は、ディスプレイパネル１２Ｒおよび１２Ｌが、レンズ
１１Ｒおよび１１Ｌの主平面と平行な面内にあり、か
つ、それぞれの中心点が、直線ＯＦ１またはＯＦ２上に
ある必要がある。

【０１００】このため、ディスプレイ装置３では、レン
ズ１１Ｌ，１１Ｒが移動された場合には、ディスプレイ
パネル１２Ｌ，１２Ｒも、上述の条件を満たすように移
動されるようになされている。

【０１０１】以上、本発明を、虚像を形成するディスプ
レイ装置３が、ユーザを保持するユーザ保持機構１と一
体化した虚像提供システムに適用した場合について説明
したが、本発明は、その他、例えば、ＨＭＤその他の虚
像により映像を提供する装置にも適用可能である。

【０１０２】なお、本実施の形態においては、ディスプ
レイ装置３を移動させるために用いるユーザの画像と、
レンズ１１Ｌおよび１１Ｒを移動させるために用いるユ
ーザの画像とのいずれをも、ＣＣＤカメラ２Ｌおよび２
Ｒから得るようにしたが、これらの画像は、別々のＣＣ
Ｄカメラで撮像して得るようにすることも可能である。

【０１０３】

【発明の効果】請求項１に記載の表示装置によれば、ユ
ーザの眼球の位置の移動が検出され、その検出結果に基
づき、ユーザの眼球の位置の移動に追従するように、ユ
ーザに虚像を提供する提供手段を所定の位置に保持する
保持手段が制御される。従って、ユーザに、明確な虚像
の全体を、容易に提供することが可能となる。

【０１０４】請求項４に記載の表示装置によれば、ユー
ザの瞳の位置が検出され、その検出結果に基づいて、表
示手段に表示された映像を拡大することにより虚像を形
成する拡大光学系が移動される。従って、ユーザに、明
確な虚像を、容易に提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した虚像提供システムの一実施の
形態の構成を示す図である。

【図２】カバー機構７が上方向に回動した状態を示す図
である。

【図３】図１の装置保持機構６の詳細を説明するための
斜視図である。

【図４】図１のディスプレイ装置３の断面図である。

【図５】レンズ１１Ｌと１１Ｒとの間隔の調整方法を説
明するための図である。

【図６】図１のディスプレイ装置３の光学系を説明する
ための断面図である。

【符号の説明】

１ユーザ保持機構，２Ｌ，２ＲＣＣＤカメラ，
３ディスプレイ装置，５回転機構，６装置保
持機構，７カバー機構，８操作部，９震度検
知装置，１０リフト装置，１１Ｌ，１１Ｒレン
ズ，１２Ｌ，１２Ｒディスプレイパネル，３１
Ｒ，３１Ｌフレームメモリ，３２Ｒ，３２Ｌ画像
処理ＣＰＵ，３３頭部移動量検出ＣＰＵ，３４
モータコントロールコンピュータ，４１乃至４４部
材，５１Ｌ，５１Ｒステッピングモータ，５２
Ｌ，５２Ｒシャフト，Ａ乃至Ｆステッピングモー
タ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】映像を表示する表示手段と、前記表示手
段に表示された映像を拡大することにより虚像を形成す
る拡大光学系とを有し、ユーザに虚像を提供する提供手
段と、前記提供手段を所定の位置に保持する保持手段と、ユーザの眼球の位置の移動を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づき、ユーザの眼球の位置
の移動に追従するように、前記保持手段を制御する制御
手段とを備えることを特徴とする表示装置。
【請求項２】前記制御手段による前記保持手段の制御
をオン／オフするときに操作される操作手段をさらに備
えることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】緊急事態を検知する検知手段をさらに備
え、前記制御手段は、前記検知手段により緊急事態であるこ
とが検知されたとき、前記保持手段の制御を停止するこ
とを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】映像を表示する表示手段と、前記表示手段に表示された映像を拡大することにより虚
像を形成する拡大光学系と、ユーザの瞳の位置を検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記拡大光学
系を移動する移動手段とを備えることを特徴とする表示
装置。
【請求項５】前記拡大光学系として、左眼または右眼
に前記虚像をそれぞれ観察させる左眼用または右眼用の
光学系を備え、前記移動手段は、前記左眼用または右眼用の光学系を、
その間隔が、ユーザの瞳孔間隔に対応するものとなるよ
うに移動することを特徴とする請求項４に記載の表示装
置。