JPH11161190A - 頭部装着型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 頭部装着型表示装置を使用中のユーザの動き
を容易に検出して、情報の表示を制御する。 【解決手段】 センサ１２０からの出力に基づいて動き
検出部１４６は、ユーザの頭部の動き（回転運動または
直線運動）を検出する。表示制御部１４８は、動き検出
部１４６から出力された検出結果に基づいて表示駆動部
１４４を介して画像表示素子１１２への情報の表示を制
御する。検出結果が第１のしきい値を超えた場合には情
報の表示を停止し、その後第１のしきい値よりも小さい
第２のしきい値未満になったときに情報の表示を再開す
るようにしてもよい。検出結果が第３のしきい値と第４
のしきい値との間にある場合には、情報の表示部分をユ
ーザの動きに合わせて画像表示素子１１２の画面上で移
動させ、第４のしきい値を超えた場合には情報の表示を
停止するようにしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ユーザの眼前に
配置されるように装着されるシースルー型の頭部装着型
表示装置（以下、「ＨＭＤ」と称する）に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＨＭＤは、ユーザの視野内で観察される
外界像と、使用中に必要とされる種々の情報とを合成表
示する表示装置であり、工業的または商業的な作業を行
う作業者（ユーザ）によって種々の目的で使用されてい
る。ＨＭＤ使用中であっても、歩行中や、ユーザが視野
を移動させる際には、表示情報や外界像の視認性が低下
するため、情報の表示を非表示として外界の視野を確保
したい場合がある。これに対応する従来技術として、特
開平９−２１１３８２で開示されている発明があげられ
る。この従来例は、「人間の歩行の周波数が比較的ある
範囲の周波数内にある」ということを利用し、人体の歩
行中の揺れの周波数および振幅等を検出して歩行を検知
し、この検知結果に基づいて情報表示を制御する装置で
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、実際の人の歩
行のリズムは千差万別であるため、その検出は難しく、
これに基づいて表示を制御することは難しい。また、従
来例は、ユーザがある程度一定のリズムで一定期間歩行
等を行った場合に歩行を検知して表示を制御するもので
あるため、ユーザが左右上下方向を見るために頭部を回
転させたり傾けたりする場合や、荷物の上げ降ろしを行
うために立ったり座ったりして上下移動する場合のよう
な短期間における急激な移動には対応していない。しか
し、このような場合、ユーザの視野変化が急激に発生す
るため、表示情報や外界像の視認性の低下が顕著であ
る。従って、このような場合にも情報の表示を非表示と
して外界の視野を確保したほうが好ましい。

【０００４】この発明は、従来技術における上述の課題
を解決するためになされたものであり、頭部装着型表示
装置を使用中のユーザの動きを容易に検出して、情報の
表示を制御する技術を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
述の課題を解決するため、本発明の頭部装着型表示装置
は、ユーザの眼前に配置されるように装着され、該ユー
ザの視野内で観察される外界像と、該外界像とともに表
示されるべき情報とを観察可能とする頭部装着型表示装
置であって、画像表示素子と、前記画像表示素子に表示
される画像と前記外界像とを合成して合成画像をユーザ
が観察しうるようにする合成表示部と、を備える画像表
示手段と、前記ユーザの頭部の動きを検出する動き検出
手段と、前記動き検出手段の検出結果に基づいて前記情
報の表示を制御する表示制御手段と、を備えることを特
徴とする。

【０００６】本発明の頭部装着型表示装置によれば、ユ
ーザの頭部の動きを動き検出手段によって検出すること
ができるので、表示制御手段によってこの検出結果に基
づいて情報の表示を制御することができる。

【０００７】上記頭部装着型表示装置において、前記表
示制御手段は、前記検出結果が第１のしきい値を超えた
場合には前記情報の表示を停止させる第１のモードで表
示制御を行う手段を備えることが好ましい。

【０００８】第１のモードで表示制御を行えば、動き検
出手段から出力された検出結果が第１のしきい値を超え
ているか否かに基づいて、ユーザが動いているか否かを
判断し、情報の表示を制御することができる。

【０００９】さらに、前記表示制御手段は、前記第１の
モードにおいて、前記情報の表示の停止の後に前記検出
結果が前記第１のしきい値よりも小さい第２のしきい値
未満になったときに前記情報の表示を再開する手段を備
えることが好ましい。

【００１０】このようにすれば、情報の表示を停止する
場合と、情報の表示を再開する場合とで、検出するしき
い値を変えることができる。これにより、検出するしき
い値を同じとした場合に発生することがある、表示の停
止と再開とが短時間で連続する現象（チャタリング）を
防止することができる。

【００１１】また、上記頭部装着型表示装置において、
前記表示制御手段は、前記検出結果が第３のしきい値と
第４のしきい値との間にある場合には前記情報の表示部
分をユーザの動きに合わせて前記画像表示素子の画面上
で移動させ、前記検出結果が前記第４のしきい値を越え
た場合には前記情報の表示を停止する第２のモードで表
示制御を行う手段を備えることも好ましい。

【００１２】第２のモードで表示制御を行えば、検出結
果が第４のしきい値を超えた場合には情報の表示を停止
することができるとともに、検出結果が第３のしきい値
と第４のしきい値との間にある場合には、情報の表示部
分をユーザの動きに合わせて画像表示素子の画面上で移
動させることができる。

【００１３】また、上記頭部装着型表示装置において、
前記表示制御手段は、複数のモードのうちの任意の１つ
をユーザに選択させるための選択手段を備え、前記複数
のモードは、（ｉ）前記検出結果が第１のしきい値を超
えた場合には前記情報の表示を停止させる第１のモード
と、（ｉｉ）前記検出結果が第３のしきい値と第４のし
きい値との間にある場合には前記情報の表示部分をユー
ザの動きに合わせて前記表示素子の画面上で移動させ、
前記検出結果が前記第４のしきい値を越えた場合には前
記情報の表示を停止する第２のモードと、（ｉｉｉ）前
記動き検出手段の検出結果に係わらず前記情報の表示を
継続する第３のモードと、の中の少なくとも２つを含む
ようにしてもよい。

【００１４】このように選択手段を備えれば、表示制御
のモードをユーザが自由に選択することができる。

【００１５】上記各頭部装着型表示装置において、前記
動き検出手段は、頭部の回転運動を検出する回転運動検
出手段を備えることが好ましい。

【００１６】このように回転運動検出手段を備えれば、
ユーザが頭部、すなわち顔を回転させたり傾けたりする
動きを容易に検出することができる。

【００１７】なお、前記回転運動検出手段は、前記回転
運動を角速度の変化として検出する角速度センサを備え
ることが好ましい。

【００１８】このように角速度センサを備えれば、頭部
の回転運動を角速度の変化として容易に検出することが
できる。なお、歩行等の運動においても頭部の揺れを伴
うため、このような動きも角速度の変化として検出可能
である。

【００１９】また、上記各頭部装着型表示装置におい
て、前記動き検出手段は、頭部の直線運動を検出する直
線運動検出手段を備えることも好ましい。

【００２０】このように直線運動検出手段を備えれば、
ユーザの歩行等による前後左右方向への移動や立ったり
座ったりすることによる上下方向への移動を容易に検出
することができる。

【００２１】なお、前記直線運動検出手段は、前記直線
運動の変化を速度の変化として検出する加速度センサを
備えることが好ましい。

【００２２】このように加速度センサを備えれば、ユー
ザの歩行等による前後左右方向への移動や立ったり座っ
たりすることによる上下方向への移動を速度の変化とし
て容易に検出することができる。なお、ユーザが頭部、
すなわち顔を回転させたり傾けたりする動きも、加速度
センサを回転運動の中心からずらして配置することによ
って、頭部の直線運動として検出可能である。

【００２３】また、上記各頭部装着型表示装置におい
て、前記動き検出手段は、頭部の動きに応じて回転する
回転錘と、該回転錘の回転を起電力に変換する変換回路
とを備え、頭部の動きの変化を前記起電力の変化として
検出するようにしてもよい。

【００２４】あるいは、前記動き検出手段は、頭部の動
きに応じて回転する回転錘と、該回転錘を挟んで対向配
置されたフォトセンサとを備え、頭部の動きの変化をフ
ォトセンサから出力される信号の変化として検出するよ
うにしてもよい。

【００２５】このような動き検出手段を備えても、ユー
ザの頭部の動きを容易に検出することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】Ａ．第１実施例：次に、本発明の
実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は、本発明
の第１実施例による頭部装着型表示装置を示す概念図で
ある。この頭部装着型表示装置（ＨＭＤ）１００は、画
像表示部１１０と、センサ１２０と、制御回路部１４０
とを備えている。

【００２７】画像表示部１１０は、装着具１３０によっ
て作業者の右眼または左眼の眼前に配置される。画像表
示部１１０は、画像表示素子１１２と、平面型ハーフミ
ラー１１６と、凹面型ハーフミラー１１８とを備えてい
る。画像表示素子１１２は、例えば、液晶パネルおよび
その光源であるバックライトとを備えたフラットパネル
形のディスプレイ素子である。画像表示素子１１２は、
後述する制御回路部１４０から与えられた画像信号（情
報表示信号）に従って、制御回路部１４０で生成された
電子情報を含む画像を表示する。画像表示素子１１２か
ら射出した光は、平面型ハーフミラー１１６で凹面型ハ
ーフミラー１１８の方向に反射され、さらに凹面型ハー
フミラー１１８で反射された後、平面型ハーフミラー１
１６を透過して眼に導かれる。これにより、作業者は、
画像表示素子１１２に表示された画像の拡大された虚像
を視認することができる。一方、作業者の外部の視野か
らの外界像を表す光は、凹面型ハーフミラー１１８およ
び平面型ハーフミラー１１６を透過して直接眼に導かれ
るので、作業者は外界像を視認することができる。従っ
て、作業者は、画像表示素子１１２に表示された電子情
報と外界の様子とを同時に見ることができる。

【００２８】図１に示すセンサ１２０は、画像表示部１
１０の上面に固定されている。図２は、センサ１２０の
構成を示す説明図である。この図は、互いに直交する３
軸をＸ、Ｙ、Ｚ軸とし、そのうちＺ軸を鉛直方向（重力
方向）、Ｘ軸を水平正面方向、Ｙ軸を水平正面に向かっ
て右手方向として示している。センサ１２０は、加速度
センサ１２２Ｘ，１２２Ｙ，１２２Ｚと、角速度センサ
１２４Ｘ，１２４Ｙ，１２４Ｚとを備えている。加速度
センサ１２２Ｘ，１２２Ｙ，１２２Ｚは、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸
それぞれの軸方向の加速度を測定する。角速度センサ１
２４Ｘ，１２４Ｙ，１２４Ｚは、それぞれの軸周りの回
転の角速度を測定する。

【００２９】図１の制御回路部１４０は、ケーブル１５
０および装着具１３０に備えられた配線を介して画像表
示部１１０およびセンサ１２０に接続されている。な
お、制御回路部１４０は、身体の一部に装着されている
ものであればよく、例えば腰や背中、胸、頭部等に装着
されるようにすればよい。制御回路部１４０は、ユーザ
が種々の指示を与えるための操作部１４１を備えてい
る。

【００３０】図３は、制御回路部１４０を示すブロック
図である。制御回路部１４０は、図示しないマイクロプ
ロセッサや、メモリ、種々の電気回路、電源等を備えて
いる。そして、メモリ等の記憶装置に記憶されている各
種のソフトウェアプログラムをマイクロプロセッサに実
行させることによって、表示信号生成部１４２と、表示
駆動部１４４と、動き検出部１４６と、表示制御部１４
８としての機能を実現する。なお、各機能のブロックを
ハードウェアで構成するようにしてもよい。

【００３１】表示信号生成部１４２は、画像表示素子１
１２に表示する画像信号を生成する。表示駆動部１４４
は、画像表示素子１１２の表示を制御する。なお、表示
駆動部１４４は、制御回路部１４０とは独立して画像表
示素子１１２の近くに設けられるようにしてもよい。

【００３２】図４は、動き検出部１４６を示すブロック
図である。動き検出部１４６は、直線運動検出制御部１
４６０と、回転運動検出制御部１４６２とを備えてい
る。直線運動検出制御部１４６０は、加速度センサ１２
２Ｘ，１２２Ｙ，１２２Ｚからの出力に基づいて各軸方
向の加速度を求めるとともに、これらを時間積分して各
軸方向の移動速度ＭＶ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求めて表示制御
部１４８に出力する。回転運動検出制御部１４６２は、
角速度センサ１２４Ｘ，１２４Ｙ，１２４Ｚからの出力
に基づいて各軸周りの角速度ＡＶ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求め
て、表示制御部１４８に出力する。なお、動き検出部１
４６は、制御回路部１４０とは独立して設けられるよう
にしてもよい。また、センサ１２０の中に設けられるよ
うにしてもよい。センサ１２０および動き検出部１４６
は、本発明の動き検出手段としての機能を有している。

【００３３】図３の表示制御部１４８は、動き検出部１
４６の出力に基づいて表示駆動部１４４を制御すること
により画像表示素子１１２における表示を制御する。図
５は、センサ１２０からの出力に基づいて作業者の頭部
の動きを検出し、これに基づいて画像表示素子１１２の
表示を制御するためのフローチャートである。

【００３４】ステップＳ１０１においてＨＭＤの電源を
入れて使用を開始すると、まずステップＳ１０２におい
て、表示制御部１４８（図３）に、表示駆動部１４４を
制御するための処理条件が設定される。この処理条件に
ついては後述する。そして、ステップＳ１０３におい
て、画像表示素子１１２の表示が開始され、作業者は、
画像表示素子１１２に表示された電子情報と外界の様子
とを同時に見ることができる。

【００３５】次に、ステップＳ１０４において動き検出
部１４６（図３）は、センサ１２０（図３）の出力に基
づいて各軸回りの角速度ＡＶ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）および各軸
方向の移動速度ＭＶ（Ｘ，Ｙ、Ｚ）を検出する。そし
て、ステップＳ１０５において表示制御部１４８（図
３）は、検出された角速度ＡＶ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）および移
動速度ＭＶ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が、各軸回りの角速度の第１
のしきい値ＡＶｏｆｆ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）および各軸方向の
移動速度の第１のしきい値ＭＶｏｆｆ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）よ
りも大きいか否かを判断する。なお、これらの第１のし
きい値（オフしきい値）は、ステップＳ１０２において
処理条件として設定される。いずれか一つの検出値でも
しきい値ＡＶｏｆｆ，ＭＶｏｆｆよりも大きければ、
「頭部の動きは激しい」と判断され、ステップＳ１０６
において表示駆動部１４４を制御して画像表示素子１１
２の表示を所定の期間内で非表示に切り換える。なお、
表示を非表示に切り換える所定の期間は、できる限り外
界の視野を確保するため、できる限り短いことが好まし
い。これにより、作業者が歩行等を開始すると、頭部の
激しい動きを検出して、画像表示素子１１２の表示をす
ばやく非表示に切り換えて、作業者の外界の視野を確保
することができる。一方、すべての検出値が第１のしき
い値ＡＶｏｆｆ，ＭＶｏｆｆよりも小さければ、「頭部
の動きはほとんどない」と判断され、再びステップＳ１
０４が実行される。この結果、ステップＳ１０５におい
て「頭部の動きが激しい」と判断されるまで、ステップ
Ｓ１０４およびＳ１０５が繰り返し実行され、画像表示
素子１１２の表示はそのまま行われる。

【００３６】ステップＳ１０６において表示が停止され
た後も、ステップＳ１０７において動き検出部１４６
は、ステップＳ１０４と同様にセンサ１２０の出力に基
づいて各軸回りの角速度ＡＶ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）および各軸
方向の移動速度ＭＶ（Ｘ，Ｙ、Ｚ）を検出する。そし
て、ステップＳ１０８において表示制御部１４８は、検
出された角速度ＡＶ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）および移動速度ＭＶ
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が、各軸回りの角速度の第２のしきい値
ＡＶｏｎ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）および各軸方向の移動速度の第
２のしきい値ＭＶｏｎ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）よりも大きいか否
かを判断する。通常は、第２のしきい値ＡＶｏｎ，ＭＶ
ｏｎは、前述した第１のしきい値ＡＶｏｆｆ，ＭＶｏｆ
ｆ以下の値に設定される。なお、これらの第２のしきい
値（オンしきい値）も、ステップＳ１０２において処理
条件として設定される。すべての検出値が第２のしきい
値ＡＶｏｎ，ＭＶｏｎよりも小さくなると、「頭部の動
きはほとんどなくなった」と判断され、ステップＳ１０
３に戻って再び画像表示素子１１２の表示を所定の期間
で非表示から表示に切り換える。なお、非表示を非表示
に切り換える所定の期間は、その作業条件や作業環境に
応じて適切な期間とするようにすればよい。この期間と
しては、例えば１秒程度が好ましい。一方、いずれか一
つの検出値でも第２のしきい値ＡＶｏｎ，ＭＶｏｎより
も大きければ、「まだ頭部の動きが激しい」と判断さ
れ、再びステップＳ１０７が実行される。この結果、ス
テップＳ１０８において「頭部の動きがほとんどなくな
った」と判断されるまで、ステップＳ１０７およびＳ１
０８が繰り返し実行され、画像表示素子１１２の表示が
停止されたままとなる。

【００３７】画像表示素子１１２の表示を非表示にする
方法としては、表示駆動部１４４や画像表示素子１１２
への電源供給を停止する方法や、表示駆動部１４４にお
いて画像表示素子１１２へ出力される制御信号の供給を
停止する方法、表示信号生成部１４２において画像信号
の生成を停止する方法等が考えられる。どの方法によっ
て表示を切り換えるかは、作業条件や環境に応じて選択
するようにすればよい。例えば、表示が頻繁に切り換え
られるような場合には画像表示素子１１２への制御信号
の出力を停止するようにし、ある程度長期間表示の停止
が継続した場合には表示駆動部１４４あるいは画像表示
素子１１２への電源供給を停止するようにしてもよい。
なお、電源供給を停止すれば、その間のＨＭＤにおける
消費電力の低減を図ることができるため、例えば電源と
して電池等を利用した場合に、電池の長寿命化を図るこ
とができ、ＨＭＤの使用可能時間を長くすることができ
る。

【００３８】以上説明したように本実施例のＨＭＤにお
いては、頭部の動きを、直交する３軸周りの角速度およ
び３軸方向の移動速度として検出することができる。そ
して、これらの角速度および移動速度が所定のしきい値
よりも大きいか否か比較することによって、頭部の動き
が激しいか否かを判断し、画像表示素子１１２に表示さ
れた画像の表示／非表示を制御することができる。

【００３９】なお、上述した第１実施例は、例えば、次
のように変形することも可能である。歩行等の直線的な
移動であっても頭部の揺れが発生するため、角速度の変
化から歩行等の直線的な動きも検出することもできる。
従って、加速度センサを用いずに角速度センサのみを用
いて頭部の動きを検出することも可能である。同様に、
加速度センサの配置位置が頭部の回転軸からずれて配置
されていれば、頭部の回転移動は、３軸方向の移動速度
の変化として検出することもできる。従って、角速度セ
ンサを用いずに加速度センサのみを用いて頭部の動きを
検出することも可能である。

【００４０】また、上述のステップＳ１０５において画
像表示素子１１２を表示から非表示にするためのオフし
きい値ＡＶｏｆｆ（Ｘ，Ｙ，Ｘ），ＭＶｏｆｆ（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）と、ステップＳ１０８において非表示から表示
にするためのオンしきい値ＡＶｏｎ（Ｘ，Ｙ，Ｚ），Ｍ
Ｖｏｎ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とを各軸ごとに別々に設定してい
るが、それぞれ同じ値とするようにしてもよい。すなわ
ち、使用される作業条件や、環境等に応じて好ましいし
きい値を設定するようにすればよい。ただし、上述した
ように第１のしきい値よりも第２のしきい値を小さく設
定するようにすれば、第１のしきい値と第２のしきい値
とを等しくした場合に発生することがある、表示の停止
と再開とが短時間で連続する現象（チャタリング）を防
止し、安定に表示の切り換えを実行させることができ
る。なお、第１のしきい値（オフしきい値）と第２のし
きい値（オンしきい値）は同じ値を用いて、表示停止後
に表示を再開するか否かの判断は、オンしきい値未満の
値が一定以上保たれたかで判断するようにしてもよい。
このようにしても、表示／非表示の切り換えを安定に実
行することができる。

【００４１】また、本実施例のＨＭＤを使用して実行す
る作業の内容が決まった複数の手順で繰り返されるよう
な場合には、例えば、その作業の流れに応じて検出され
る検出結果の波形の変化から、現在どの手順を実行して
いるかを判断することができる。この判断結果から、予
め記憶されている各作業の手順に対応したしきい値を設
定するようにすることも可能である。

【００４２】また、上述のステップＳ１０５（図５）に
おいては、検出部１４６から出力された検出値のうちい
ずれか一つの検出値がしきい値ＡＶｏｆｆ，ＭＶｏｆｆ
よりも大きいか否かで頭部の動きを判断しているが、複
数の検出値の組み合わせから判断するようにしてもい。
また、上述のステップＳ１０７（図５）においても、同
様に、検出部１４６から出力された検出値のすべてがし
きい値ＡＶｏｆｆ，ＭＶｏｆｆよりも大きいか否かで頭
部の動きを判断しているが、複数の検出値の組み合わせ
から判断するようにしてもよい。

【００４３】また、上記実施例で説明したように表示制
御手段１４８が表示の制御を実行する場合と、表示／非
表示を作業者が直接切り換える場合とを選択可能とする
ようにしてもよい。

【００４４】また、本実施例では、互いに直交する３軸
方向にセンサを設けて３次元の動きを検出するようにし
ているが、これに限定されるものではない。例えば、所
定の２軸方向にセンサを設けたり、１軸方向のみにセン
サを設けるようにしてもよい。これらのようにセンサを
設けた場合には、動きを検出できない方向や回転方向が
発生するが、この点を除けば、上記実施例と同様に動き
を検出して画像表示素子の表示を制御することが可能で
ある。

【００４５】なお、上述した第１実施例の変形例は、他
の実施例でも適用可能である。

【００４６】Ｂ．第２実施例：図６は、第２実施例によ
る頭部装着型表示装置における画像表示素子の表示を制
御するためのフローチャートである。第２実施例のＨＭ
Ｄの各構成要素は、基本的に第１実施例と同様であるた
め、説明を省略する。また、図６のステップＳ１０１〜
Ｓ１０３は図５に示すものと同じであり、第１実施例と
異なるのは、ステップＳ２０１〜Ｓ２０６における表示
制御部１４８の制御手順およびステップＳ２０５におけ
る表示信号生成部１４２の画像信号生成処理である。

【００４７】ステップＳ２０１において動き検出部１４
６（図３）が各軸回りの角速度ＡＶ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）およ
び各軸方向の移動速度ＭＶ（Ｘ，Ｙ、Ｚ）を検出する
と、ステップＳ２０２において表示制御部１４８が、検
出された角速度ＡＶ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）および移動速度ＭＶ
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を時間積分することにより基準位置に対
する頭部の回転量および平行移動量を求める。なお、こ
の基準位置は、動き検出部１４６において検出を開始し
た位置を基準としてもよいし、ある期間間隔で基準を設
定し直すようにしてもよい。すなわち、使用条件や環境
に応じて種々の態様が考えられる。そして、ステップＳ
２０３において、検出された角速度ＡＶ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）
および移動速度ＭＶ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が、各軸回りの角速
度の第２のしきい値（オンしきい値）ＡＶｏｎ（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）および各軸方向の移動速度の第２のしきい値Ｍ
Ｖｏｎ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）よりも大きいか否かを判断する。
さらに、ステップＳ２０４において、検出された角速度
ＡＶ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）および移動速度ＭＶ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）
が、各軸回りの角速度の第１のしきい値（オフしきい
値）ＡＶｏｆｆ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）および各軸方向の移動速
度の第１のしきい値ＭＶｏｆｆ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）よりも大
きいか否かを判断する。なお、これらの第１、第２のし
きい値は、前述した第１実施例で使用されたものと同じ
値を使用することもでき、また、第１実施例とは異なる
値を使用することもできる。

【００４８】ステップＳ２０３において、いずれの検出
値も第２のしきい値ＡＶｏｎ，ＭＶｏｎよりも小さけれ
ば、「頭部の動きはほとんどない」と判断され、ステッ
プＳ１０３に戻って、ステップＳ１０３〜Ｓ２０６のス
テップが再び実行される。

【００４９】ステップＳ２０３においていずれか１つの
検出値が第２のしきい値ＡＶｏｎ，ＭＶｏｎよりも大き
く、すべての検出値が第１のしきい値ＡＶｏｆｆ，ＭＶ
ｏｆｆよりも小さければ、「ゆっくりと頭部が動いてい
る」と判断され、ステップＳ２０６において、ステップ
Ｓ２０２において求められた回転量と回転速度および平
行移動量と移動速度が表示信号生成部１４２に与えら
れ、表示信号生成部１４２は、回転量および平行移動量
に応じた画像信号を生成する。表示駆動部１４４は、生
成された画像信号に従って画像表示素子１１２に画像を
表示する。図７は、「ゆっくりと頭部が動いている」と
判断された場合に頭部装着型表示装置（ＨＭＤ）に表示
される画像の様子を示す説明図である。例えば、ＨＭＤ
に情報として表示可能な画像ＰＡのうち、ある時点にお
いて静止した状態でＨＭＤで見ている画像領域が領域Ｐ
Ａ１であるとする。このとき、視野を右方向に移動させ
ると、この移動量に応じてＨＭＤで見える画像領域も図
に示すように領域ＰＡ２に移動し、この領域に対応する
画像がＨＭＤに表示される。従って、ステップＳ２０４
からステップＳ２０６までが繰り返し実行されることに
より、外界の視野像とともに表示される画像を作業者の
動きに応じて切り換えたりスクロールさせたりすること
ができる。

【００５０】ステップＳ２０４において、いずれか一つ
の検出値がしきい値ＡＶｔ２，ＭＶｔ２よりも大きけれ
ば、「頭部の動きは激しい」と判断され、ステップＳ２
０５において表示駆動部１４４を制御して画像表示素子
１１２の表示を所定の期間内で非表示に切り換える。こ
の結果、作業者は、頭部の激しい動きを検出すると、画
像表示素子１１２の表示をすばやく非表示に切り換え
て、外界の視野を確保することができる。そして、ステ
ップＳ２０１に戻り、ステップＳ２０３において、「頭
部の動きがほとんどない」と判断されるまで、ステップ
Ｓ２０１からステップＳ２０５が繰り返し実行される。
なお、このフローチャートにおいては、表示が停止され
ると、ステップＳ２０３において「頭部の動きはほとん
どない」と判断されるまで表示が再開されないようにし
ているが、ステップＳ２０３およびステップＳ２０４に
おいて「ゆっくりと頭部が動いている」と判断された場
合にも表示を再開するようにしてもよい。

【００５１】以上説明したように本実施例のＨＭＤにお
いても、第１実施例と同様に、作業者の頭部の動きを３
軸周りの角速度および３軸方向の移動速度として検出す
ることができる。そして、これらの角速度および移動速
度が所定のしきい値よりも大きいか否か比較することに
よって、頭部の動きが激しいか否かを判断し、画像表示
素子１１２に表示された画像の表示／非表示を制御する
ことができる。さらに、頭部のゆっくりとした動きに対
しては、画像表示素子１１２に表示される画像をこれに
追従した画像表示とすることが可能である。これによ
り、外界の視野像と一致するような画像を画像表示素子
１１２に表示するような場合に、作業者の動きに合わせ
て外界像に一致する画像を表示させることが可能であ
る。

【００５２】なお、第１実施例において説明した表示の
制御と第２実施例において説明した表示の制御とのいず
れかを、ユーザが任意に選択可能とするようにしてもよ
い。一般には、複数のモードのうちの一つをユーザが任
意に選択できるようにすることが可能である。複数のモ
ードとしては、動き検出手段による検出結果が第１のし
きい値を超えた場合には情報の表示を停止させる第１の
モードと、動き検出手段による検出結果が第３のしきい
値と第４のしきい値との間にある場合には情報の表示部
分をユーザの動きに合わせて表示素子の画面上で移動さ
せ、検出結果が第４のしきい値を越えた場合には情報の
表示を停止する第２のモードと、動き検出手段の検出結
果に係わらず情報の表示を継続する第３のモードと、の
中の少なくとも２つを含むようにしてもよい。このよう
な選択は、制御回路部１４０の操作部１４１を用いて行
うことができる。

【００５３】Ｃ．第３実施例：図８は、第３実施例によ
る頭部装着型表示装置に用いられるセンサの概略構成を
示す説明図である。このセンサ１２０Ａは、頭部の動き
に応じて回転軸ＣＡ周りに旋回運動する略半円形の回転
錘１２００と、回転錘１２００の回転運動を電磁発電機
１２２０に伝達する輪列機構（ギヤートレイン）１２１
０と、電磁発電機１２２０を構成するロータ１２２２お
よびステータ１２２４とを備えている。

【００５４】回転錘１２００の回転軸ＣＡは作業者が直
立静止状態において、鉛直方向（Ｚ軸）に平行となるよ
うに配置されている。作業者が頭を傾けたり左右に回転
させたりすると、回転錘１２００に重力や遠心力による
回転力が働き、回転錘１２００はその力に応じて回転す
る。回転錘１２００が回転すると、これに応じて２極磁
化されたディスク状のロータ１２２２が回転し、ステー
タ１２２４の出力用コイル１２２６に交流起電力Ｅａｖ
が発生する。この交流起電力Ｅａｖを整流器１２３０に
よって整流することにより直流起電力Ｖａｖを得ること
ができる。従って、センサ１２０Ａは、頭部の回転や傾
き等の動きを、直流起電力Ｖａｖの変化として検出する
ことができる。従って、このセンサ１２０Ａを用いた第
３実施例の頭部装着型表示装置においても、第１実施例
と同様に、検出された直流起電力Ｖａｖが所定のしきい
値よりも大きいか否かに基づいて、頭部の動きを判断し
て、画像表示素子の表示／非表示を制御するようにする
ことができる。なお、本実施例のセンサ１２０Ａは、回
転錘と、ギヤートレインと、電磁発電機とを有する１個
のセンサを備えているが、複数のセンサを備えて、それ
ぞれに有する回転錘の回転軸が異なった方向を向くよう
にしてもよい。

【００５５】なお、回転錘１２００には、通常、頭部を
回転させたり傾けたりさせる場合だけでなく、作業者の
前後左右や上下への直線的な移動時においても、頭部の
揺れによって回転力が発生する。従って、しきい値を適
切に設定することによりこれらの直線的な移動に対応し
て、画像表示素子の表示／非表示を制御することも可能
である。但し、第１実施例に示す加速度センサをセンサ
１２０Ａと併用することにより、より精度よく直線的な
移動に応じて画像表示素子の表示／非表示を制御するほ
うが好ましい。また、第１実施例で述べたように、角速
度センサとの併用でもよい。

【００５６】Ｄ．第４実施例：図９は、第４実施例によ
る頭部装着型表示装置に用いられるセンサの概略構成を
示す説明図である。このセンサ１２０Ｂは、センサ１２
０Ａ（図８）と同様に、頭部の動きに応じて回転軸ＣＡ
周りに旋回運動する略半円形の回転錘１２００を備えて
おり、さらに、フォトセンサ１２５０を構成する発光ダ
イオード１２５２とフォトダイオード１２５４とを備え
ている。発光ダイオード１２５２とフォトダイオード１
２５４とは、回転錘１２００を挟んで対向して配置され
ている。これにより、発光ダイオード１２５２の出射光
がフォトダイオード１２５４で検出される場合には、フ
ォトダイオード１２５４には電流が流れる。一方、回転
錘１２００によって、発光ダイオード１２５２の出射光
が遮られると、フォトダイオードには電流が流れない。
これにより、頭部の動きに応じて回転錘１２００が回転
している場合には、その回転に応じてフォトダイオード
１２５４にはパルス電流が発生し、この変化をパルス信
号Ｐａｖとして検出することができる。従って、本実施
例においても、第３実施例と同様に、このパルス信号Ｐ
ａｖのパルス期間やパルス幅等に基づいて、頭部の動き
を判断して、画像表示素子の表示／非表示を制御するよ
うにすることができる。

【００５７】Ｅ．第５実施例：図１０は、第５実施例に
よる頭部装着型表示装置を示す概念図である。この頭部
装着型表示装置（ＨＭＤ）は、画像表示部２１０と、セ
ンサ２２０と、制御回路部１４０とを備えている。

【００５８】画像表示部２１０は、装着具２３０によっ
て作業者の右眼の眼前に配置されている。画像表示部２
１０は、さらに、画像表示素子２１２と、凹面型ハーフ
ミラー２１８とを備えている。画像表示素子２１２は、
例えば、液晶パネルおよびその光源であるバックライト
とを備えたフラットパネル形のディスプレイ素子であ
る。画像表示素子２１２は、制御回路部１４０から与え
られた画像信号（情報表示信号）に従って、制御回路部
１４０で生成された電子情報を含む画像を表示する。画
像表示素子２１２から射出した光は、凹面型ハーフミラ
ー１１８で反射されて眼に導かれる。これにより、作業
者は、画像表示素子２１２に表示された画像を視認する
ことができる。一方、作業者の外部の視野からの外界像
を表す光は、凹面型ハーフミラー１１８を透過して直接
作業者の眼に導かれ、作業者は外界像を視認することが
できる。従って、作業者は、画像表示素子２１２に表示
された電子情報と外界の様子とを同時に見ることができ
る。

【００５９】センサ２２０および制御回路部１４０は、
上述した各実施例と同様の構成および機能とすることが
できる。従って、上述の各実施例と同様に、本実施例の
ＨＭＤにおいても、頭部の動きを、所定の軸周りの角速
度や所定の軸方向の移動速度として検出することができ
る。そして、これらの角速度や移動速度が所定のしきい
値よりも大きいか否か比較することによって、頭部の動
きが激しいか否かを判断し、画像表示素子２１２に表示
された画像の表示を制御することができる。

【００６０】なお、この発明は上記の実施例や実施形態
に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の態様において実施することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による頭部装着型表示装置
を示す概念図である。

【図２】センサ１２０の構成について示す説明図であ
る。

【図３】制御回路部１４０を示すブロック図である。

【図４】動き検出部１４６について示すブロック図であ
る。

【図５】センサ１２０からの出力に基づいて作業者の頭
部の動きを検出し、これに基づいて画像表示素子１１２
の表示を制御するためのフローチャートである。

【図６】第２実施例による頭部装着型表示装置における
画像表示素子の表示を制御するためのフローチャートで
ある。

【図７】「ゆっくりと頭部が動いている」と判断された
場合に頭部装着型表示装置に表示される画像の様子を示
す説明図である。

【図８】第３実施例による頭部装着型表示装置に用いら
れるセンサの概略構成を示す説明図である。

【図９】第４実施例による頭部装着型表示装置に用いら
れるセンサの概略構成を示す説明図である。

【図１０】第５実施例による頭部装着型表示装置を示す
概念図である。

【符号の説明】

１１０…画像表示部 １１２…画像表示素子 １１６…平面型ハーフミラー １１８…凹面型ハーフミラー １２０…センサ １２２Ｘ，１２２Ｙ，１２２Ｚ…加速度センサ １２４Ｘ，１２４Ｙ，１２４Ｚ…角速度センサ １２０Ａ…センサ １２００…回転錘 １２１０…輪列機構 １２２０…電磁発電機 １２２２…ロータ １２２４…ステータ １２２６…出力用コイル １２３０…整流器 １２０Ｂ…センサ １２５０…フォトセンサ １２５２…発光ダイオード １２５４…フォトダイオード １３０…装着具 １４０…制御回路部 １４２…表示信号生成部 １４４…表示駆動部 １４６…動き検出部 １４６０…直線運動検出制御部 １４６２…回転運動検出制御部 １４８…表示制御部 １５０…ケーブル ２１０…画像表示部 ２１２…画像表示素子 ２１８…凹面型ハーフミラー ２２０…センサ ２３０…装着具

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ユーザの眼前に配置されるように装着さ
   れ、該ユーザの視野内で観察される外界像と、該外界像
   とともに表示されるべき情報とを観察可能とする頭部装
   着型表示装置であって、 画像表示素子と、前記画像表示素子に表示される画像と
   前記外界像とを合成して合成画像をユーザが観察しうる
   ようにする合成表示部と、を備える画像表示手段と、 前記ユーザの頭部の動きを検出する動き検出手段と、 前記動き検出手段の検出結果に基づいて前記情報の表示
   を制御する表示制御手段と、を備える頭部装着型表示装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の頭部装着型表示装置であ
   って、 前記表示制御手段は、 前記検出結果が第１のしきい値を超えた場合には前記情
   報の表示を停止させる第１のモードで表示制御を行う手
   段を備える、頭部装着型表示装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の頭部装着型表示装置であ
   って、 前記表示制御手段は、 前記第１のモードにおいて、前記情報の表示の停止の後
   に前記検出結果が前記第１のしきい値よりも小さい第２
   のしきい値未満になったときに前記情報の表示を再開す
   る手段を備える、頭部装着型表示装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の頭部装着型表示装置であ
   って、 前記表示制御手段は、 前記検出結果が第３のしきい値と第４のしきい値との間
   にある場合には前記情報の表示部分をユーザの動きに合
   わせて前記画像表示素子の画面上で移動させ、前記検出
   結果が前記第４のしきい値を越えた場合には前記情報の
   表示を停止する第２のモードで表示制御を行う手段を備
   える、頭部装着型表示装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の頭部装着型表示装置であ
   って、 前記表示制御手段は、 複数のモードのうちの任意の１つをユーザに選択させる
   ための選択手段を備え、 前記複数のモードは、（ｉ）前記検出結果が第１のしき
   い値を超えた場合には前記情報の表示を停止させる第１
   のモードと、（ｉｉ）前記検出結果が第３のしきい値と
   第４のしきい値との間にある場合には前記情報の表示部
   分をユーザの動きに合わせて前記表示素子の画面上で移
   動させ、前記検出結果が前記第４のしきい値を越えた場
   合には前記情報の表示を停止する第２のモードと、（ｉ
   ｉｉ）前記動き検出手段の検出結果に係わらず前記情報
   の表示を継続する第３のモードと、の中の少なくとも２
   つを含む、頭部装着型表示装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいずれかに記
   載の頭部装着型表示装置であって、 前記動き検出手段は、頭部の回転運動を検出する回転運
   動検出手段を備える頭部装着型表示装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の頭部装着型表示装置であ
   って、 前記回転運動検出手段は、前記回転運動を角速度の変化
   として検出する角速度センサを備える頭部装着型表示装
   置。
8. 【請求項８】 請求項１ないし請求項５のいずれかに記
   載の頭部装着型表示装置であって、 前記動き検出手段は、頭部の直線運動を検出する直線運
   動検出手段を備える頭部装着型表示装置。
9. 【請求項９】 請求項８記載の頭部装着型表示装置であ
   って、 前記直線運動検出手段は、前記直線運動の変化を速度の
   変化として検出する加速度センサを備える頭部装着型表
   示装置。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし請求項５のいずれかに
    記載の頭部装着型表示装置であって、 前記動き検出手段は、 頭部の動きに応じて回転する回転錘と、該回転錘の回転
    を起電力に変換する変換回路とを備え、 頭部の動きの変化を前記起電力の変化として検出する頭
    部装着型表示装置。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし請求項５のいずれかに
    記載の頭部装着型表示装置であって、 前記動き検出手段は、 頭部の動きに応じて回転する回転錘と、該回転錘を挟ん
    で対向配置されたフォトセンサとを備え、 頭部の動きの変化をフォトセンサから出力される信号の
    変化として検出する頭部装着型表示装置。