JPH07298165A - 頭部装着式映像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＬＣＤ表示面より小さな表示領域自体を観察
者頭部の動き等に応じて変える小型な頭部装着式映像表
示装置を提供する。 【構成】 装置は、ＬＣＤ表示面２２ａの一部に画像を
表示するよう、表示面２２ａ全体より小さな映像表示部
分５７と、その周りの非表示部分５８とを設定すること
を基本とする。観察者の頭部の動き等を検出して、それ
応じて表示領域２２ａ自体を変えるよう表示領域制御を
行う。表示面の一部に映像を表示し、その映像領域が動
くことで、表示面上任意に必要な表示領域自体の移動や
変形が行える。頭部の動きと逆方向に映像表示領域を移
動させると、観察者はあたかも空間に固定されたスクリ
ーンを見ているように感じる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、頭部装着式映像表示装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】観察者の眼前部に装着されるゴーグル型
等の本体に組み込んだ光学系を通して液晶パネル等の表
示映像を観察者の眼に与えるようにするディスプレイの
技術は、特開平３−１８８７７７号公報（文献１）など
によって提案されている。

【０００３】このような装置は、小型でありながら、大
画面映像を提示することが可能で、一人で画像映像を楽
しめるようにするなどの映像表示装置として、種々の用
途への利用が期待されている。

【０００４】また、頭部装着式ディスプレイに位置検出
器を設け、頭が動いたらその分だけ表示する映像をかえ
るようにする装置が、特開平４−１６８４８９号公報
（文献２）に示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、文献１に示さ
れるような頭部装着式ディスプレイ装置では、観察者の
頭や体が動いても、図１１に示されるように、いつも、
画面４００が目の前に存在する。即ち、観察者は、この
装置を頭に装着して使用している時、図の実線で示す観
察状態では、虚像空間において、図示のように拡大され
た枠４０１をもつ画面４００による像を虚像として見て
いる。

【０００６】ところが、破線で示すように頭の向きを変
えても、その虚像画面４００は、常に正面にあるように
ついてくる。つまり、この場合は、頭や体を動かしてい
る感覚と視覚情報による感覚の矛盾が生じる。そして、
これは、装着観察者に不自然感を与える。また、そのよ
うな状態が長時間続くと、船酔いと同じような不快感を
もたらす。

【０００７】また、その画面４００の枠４０１も、液晶
パネル等の画像表示素子の表示面の矩形の外縁枠に対応
した大きさや形に規定されるため、図１１の実線の状態
及び破線の状態でも、常に変わらず固定であり、変える
ことはできない。

【０００８】また、文献２の装置では、疑似的な３次元
空間ができるので、前述の問題は軽減されるものの、観
察者のまわりが３次元の表示画面であるかのような感じ
を実現するためには映像の枠が装着観察者にみえてはな
らず、従って、頭部装着型ディスプレイに光学系を内蔵
させるにあたって、その組み込む光学系としては、視野
角１２０°以上のものが必要となる。よって、本体全体
が大きくなってしまう。装置の大型化は、頭に装着して
使用し、小型でありながら大画面映像を楽しめるように
しようとする、この種頭部装着式の映像表示装置にとっ
ては大きな問題である。

【０００９】一方、液晶パネルやミラーやレンズ等を機
械的に移動する方法も考えられるが、この方法では、そ
の移動に要する部品を動かすための空間を本体に確保
し、かつそのための移動機構をも本体に組み込む構成と
なり、装置が大型化してしまう。

【００１０】本発明は、画像表示素子の表示面の一部に
画像を表示し、その表示領域自体を観察者の頭部の動き
や傾きに応じて変えることができ、しかも本体に組み込
む光学系等を大型化せずにこれを達成することのでき
る、改良された頭部装着式映像表示装置を提供しようと
するものである。また、他の目的は、使用時に、観察者
の頭部が動いても、その動作の感覚と視覚情報による感
覚の不一致に起因する不自然感や船酔いのような不快感
を抑制し、自然感を出せるようにすることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の頭部装着式映像
表示装置は、画像を表示する表示面を有する画像表示素
子と、前記画像を観察者の眼に導く光学系とを筐体内に
配置するとともに、その筐体を観察者の頭部に支持する
支持手段を有する頭部装着式映像表示装置において、前
記筐体の空間的位置移動及び／又は傾き変化を検出する
検出手段と、前記画像表示素子の表示面の一部に画像を
表示し、前記検出手段からの信号に基づいて該画像表示
素子の表示領域の移動及び／又は表示領域の変形を制御
する表示領域制御手段とを有することを特徴とするもの
である。

【００１２】

【作用】本発明においては、画像表示素子の表示面の一
部に画像を表示するとともに、その画像の表示領域を観
察者の頭部の動きや傾きを検出して、その動きや傾きに
応じて変えることができる。ここでは、表示面の一部に
表示される画像のその表示領域は、画像表示素子の表示
面より小さくて、この表示面上を動くことが可能であ
り、このため、任意に表示領域自体の移動や変形が、検
出された頭部の動きや傾きに応じた検出信号に基づいて
行える。これまでは、映像自体を変化させようとするこ
とはできても、表示枠の移動・変形は行えないものであ
るところ、本発明では、表示面より小さな表示領域自体
を観察者の頭部の動きや傾きに応じて変えることができ
るものであり、かつまた、頭部に支持される本体筐体内
に配置する光学系等も大型化せず、小型なものにするこ
とが可能である。

【００１３】また、本発明における表示領域制御手段
は、好ましくは、映像信号を記憶する記憶手段と、該記
憶手段に記憶する映像信号の記憶配列を指示する記憶配
列手段と、前記記憶配列とは異なる配列で映像信号を前
記記憶手段から読み出す指示を行う読み出し配列指示手
段とからなり、この場合は、メモリに一時的に映像信号
を記憶させ、読み出す際に読み出す順を変えることで、
画像表示素子の表示面の一部の映像表示領域の移動や変
形を行うことができる。

【００１４】また、好ましくは、表示領域制御手段によ
り、前記筐体の空間的位置移動または傾き変化に対して
逆方向に画像表示素子の表示領域の位置を移動し及び／
又は変形するようにすると、逆方向に表示領域を移動さ
せることにより、あたかも空間に固定されたスクリーン
を見ているように感じさせることができる。よって、自
然な状態で映像を見ることができ、不自然感や船酔いの
ような不快感をもたらさない。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１、図２、及び図３は、本発明の一実施例を示
す。また、図４及び図５は、原理説明に供する図であ
る。図１は、本体部分の外観構造、及び自動画像表示コ
ントロール用の制御系等を含めた装置全体のシステム構
成を示す。

【００１６】全体の構成の概要を説明すると、図１中、
１００は観察者が頭部に装着するゴーグル型の本体を示
し、これに、画像表示素子（例えば、液晶パネル（ＬＣ
Ｄ）等）、光学系、及び後述する画像表示コントロール
用の検出器等を内臓する。このほか、システムは、画像
を変化させる画像変化量を算出決定する計算部６１と、
画像変換部６２とを有するとともに、表示画像ソースと
なる映像元信号を与える映像再生装置６５を組み合わせ
て使用する。

【００１７】これら計算部６１と画像変換部６２とを含
んで、ＬＣＤ表示面の一部に表示する画像の位置や大き
さなどに関する制御（表示領域制御）を実行するコント
ローラ２７が構成され、その計算部６１及び画像変換部
６２は、コード２０１，２０２によりディスプレイ本体
１００と接続されている。

【００１８】本体１００は、観察者の眼の前に位置させ
る眼前部１０１と、左右の耳の位置に配置される耳部装
着部１０２と、支持用のバンド１０３とを備える。耳部
装着部１０２にはへッドフォンを組み込み、これにより
コード２０２を通して送られてくる映像音声信号中の音
声情報を観察者に与える。眼前部１０１は、筐体構造の
ものであり、該筐体内にＬＣＤ及び光学系等を配置する
よう構成し、また、図示のように、頭部装着用の支持手
段としての支持バンド１０３により観察者頭部に支持さ
せる。

【００１９】眼前部１０１内には、図２に示す例では、
ＬＣＤ２２と、ハーフミラープリズム５１と、凹面鏡２
４と、バックライト５２と、液晶シャッター２５とを内
蔵してる。また、本体１００内には、ＬＣＤ２２を駆動
するＬＣＤドライバー５３も収納され、このＬＣＤドラ
イバー５３に図１の画像変換部６２からの出力映像信号
が供給される。

【００２０】ＬＣＤ２２がＬＣＤドライバー５３で駆動
され、その表示面２２ａに映像が表示されるとき、そこ
から出射した光束は、ハーフミラープリズム５１に入射
し該ハーフミラープリズム５１のハーフミラー面５１ａ
を透過し、かつ凹面鏡２４で拡大反射され、その反射さ
れた光束が再びハーフミラー面５１ａに向かい、そこで
今度は反射され、観察者の眼２１に入射する。ＬＣＤ表
示面２２ａ中の一部の領域に表示される表示映像は、眼
前部１０１内のこのような接眼拡大光学系による光路を
経て観察者の眼に導かれる。

【００２１】また、シースルー機能を備える構成の場合
は、この光学系のハーフミラープリズム５１の前側、即
ち本体眼前部１０１の前面側に位置するよう、液晶シャ
ッター２５が組み込まれる。従って、眼前部１０１を構
成する筐体部の前面箇所には、このシースルーによる外
界像観察のために外界光を採り入れる開口（図示せず）
を有しており、外界光透過（シースルーＯＮ）、遮断
（シースルーＯＦＦ）のため制御される液晶シャッター
２５は、この開口近傍に配置される。液晶シャッター２
５を開けたとき（シースルーＯＮ時）には、外界光は、
この開口を通して開状態の液晶シャッター２５を透過
し、更には上記ハーフミラープリズム５１のハーフミラ
ー面５１ａを透過してハーフミラープリズム５１を出射
し、そして表示映像光の場合と同じ光路となるような光
路で眼２１に導かれる。このとき、、観察者は外界を見
ることができる。図２に示した例の場合、外界光とＬＣ
Ｄ２２からの光とを重ね合わせるコンバイナーは、上記
のハーフミラープリズム５１と凹面鏡２４との組み合わ
せで構成される。

【００２２】両眼式の頭部装着式ディスプレイ本体の場
合、上記の配置構成による同様の構成要素が、眼前部１
０１内の左右それぞれに、観察者の左目用のもの（２２
Ｌ，２４Ｌ，５１Ｌ等）及び右目用のもの（２２Ｒ，２
４Ｒ，５１Ｒ等）として収納される。

【００２３】本実施例では、このように、表示面２２ａ
を有するＬＣＤ２２と、ハーフミラープリズム５１及び
凹面鏡２４により表示画像を観察者の眼に導く光学系と
が眼前部１０１筐体内に配置され、また、ＬＣＤ表示面
２２ａにはその一部に画像を表示するようにして画像表
示制御を行うが、更に、この場合に、たとえ本体１００
を装着使用している観察者の頭が動いても、観察者が見
ることとなる虚像については、頭を動かしたにもかかわ
らず、あたかも電子画像の虚像は空間に固定されている
かの如き状態で観察できるよう、コントローラ２７によ
りＬＣＤ２２に対する自動的な表示領域制御が行われて
いくようにするものである。

【００２４】このため、観察者の頭の動きに合わせた、
そのような表示領域制御を行うための情報を検出する手
段として、図１に示すように、本体１００の左右と上下
とローテーション方向への角度量を検出するジャイロ等
の角度量検出器１０５，１０６，１０７の計３つの検出
器を設けてある。各検出器１０５，１０６，１０７を本
体１００に組み込むと、それぞれ、図１に矢印で示すよ
うな角度方向左右、角度方向上下、及び角度方向ローテ
ーションの各方向で、頭部が動く場合の変化を検出する
ことになる。これらの変化は、観察者が首（体自体を回
す場合をも含み、この点は以下も同様である）を横に振
ったような時の、または首を上下させたような時の、あ
るいは首を左右に曲げたような時の、その観察者の頭が
動きに対応する。また、眼前部１００には、後述のよう
に映像表示部を表示面２２ａ中央に位置させるリッセト
スイッチ１１０も取り付けてある。

【００２５】上記の各検出器１０５，１０６，１０７か
らの信号、及びリッセトスイッチ１１０からの信号は、
コントローラ２７の計算部６１へ入力され、ＬＣＤ２２
の表示領域の移動などの表示領域制御の用に供される。
この計算部６１は、基本的には、観察者の頭部あるいは
体が動くなどした場合の変化に応じて得られる検出信号
に基づき、ＬＣＤ２２の表示面２２ａ上で表示画像を縦
横方向へシフトすべきこととする場合（図５（ｂ），
（ｃ）参照）におけるその縦方向へのシフト量Δｙ，横
方向へのシフト量Δｘを算出する。また、表示画像を表
示面２２ａ上において回転させる場合（図５（ｄ）参
照）にあっては、その回転させるべき画像回転量Δφも
算出する。

【００２６】画像変換部６２は、ＬＣＤ表示面２２ａ上
の一部に画像を表示することとなるように表示領域を設
定するための映像信号処理を行い、かつまた、上記計算
部６１での演算結果を基に、要求される画像シフト等が
行われるようにするため必要な映像信号処理を行う信号
処理部である。画像変換部６２は、映像再生装置６５か
らの映像元信号を原信号とし、この映像元信号に対し変
換処理を施して得られる映像信号を本体１００へ出力す
る。

【００２７】ここで、観察者の頭の動きに応じてＬＣＤ
表示面２２ａにおける像位置を変化させることによっ
て、空間に固定された像（虚像）を作るようにするため
の方法の基本原理について説明する。これは、以下のよ
うな手法に基づいている。図４は、この場合の原理説明
図で、接眼光学系と、画像表示素子の実像面と、空間の
虚像面との関係を示してある。レンズ５５は頭部装着式
ディスプレイの光学系を、また実像面５６はＬＣＤ等の
表示面２２ａを、それぞれ表している。従来の頭部装着
式ディスプレイでは、観察者の頭が角度θ動くと、虚像
面Ｚにおける任意の点も角度θ動く。しかして、この任
意の点が頭を動かしても虚像面Ｚにおいて固定であるよ
うにするためには、逆の方向に角度θ動けばよい。そこ
で、虚像面Ｚにおいて或る点が角度θ動くためには実像
面５６上の対応点をどのぐらい動かせばよいかを計算し
て、実像面５６、従って表示面２２ａ上で対応点を移動
させるようにすればよい。

【００２８】例えば、図４において、虚像面Ｚ上の任意
の点Ｏ(0) が、点Ｏ(0) 位置から図示のように角度θ離
れた他の点Ｏ(1) に動くと仮定する。このとき、図に示
すように、実像面５６、つまり表示面２２ａ上のそれぞ
れの対応点をＰ(0) ，Ｐ(1) とすれば、距離Ｌ離れた光
学系（レンズ５５）の主点をＨとして、それら点Ｐ(0)
，点Ｈ，点Ｐ(1) がなす角∠Ｐ(0) ＨＰ(1) も、角度
θとなる。よって、点Ｐ(0) と点Ｐ(1) との表示面２２
ａ上での間隔Δは、Δ＝Ｌ・ｔａｎθで与えられる。例
えば、Ｌ＝２４ｍｍ、θ＝２０°のときなら、間隔Δ
は、Δ＝８．７ｍｍとなる。従って、観察者の頭が角度
θ動いた時に、表示面２２ａ上の任意の点を逆方向へ距
離Δシフトさせれば、虚像面Ｚにおけるその対応点は空
間に固定されたように見えることになる。

【００２９】次に、上記方法に従って実際に表示すべき
像をどのようなものにするかについて、その移動の方向
性をも含めた具体的な表示手法を説明する。図５は、Ｌ
ＣＤ２２等の表示素子の表示面２２ａ（実像面５６）上
の映像の表示の様子を示している。同図（ａ）は表示態
様の基本状態の例、（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ、観察
者の頭の動きに対応して、像位置を変化させた場合の表
示態様の例である。図５（ａ）でもわかるように、映像
は、表示面２２ａの全部に表示するのではなく、表示面
２２ａよりも小さい領域に映像を出すことを基本とす
る。つまり、基本表示状態では、映像の表示部分５７
と、その表示部分５７周りの非表示部分５８とがある。
映像表示部分５７は、このような図（ａ）の基本状態か
ら、（ｂ），（ｃ）のように、観察者の頭の動きによ
り、上記式に基づき、かつ、逆の方向性で、表示面２２
ａ上を動かすものとする。

【００３０】ここに、頭を回転させる方向としては、図
１のように頭の上下の方向と左右の方向との２方向があ
り、それぞれ、以下の説明では、上下の方向の向きの場
合の角度をαとし、左右の方向の向きの場合の角度をβ
とする。また、それら角度の符号については、頭の動く
向きが下方向のときをマイナス（−）、上方向のときを
プラス（＋）とし、左右の方向の場合は、右方向をプラ
ス（＋）、左方向をマイナス（−）とする（図１）。ま
ず、移動させる場合の方向性についは、例えば、観察者
が頭を下に向けたときは、図５（ｂ）のように、表示部
分５７をｙ方向（同図中上下方向で、ＬＣＤ表示面の縦
の方向）に沿ってプラス（＋）方向に動かすようにす
る。また、例えば、右方向に頭を向けたときは、図５
（ｃ）のように、表示部分５７をｘ方向（同図中左右方
向で、ＬＣＤ表示面の横の方向）に沿ってプラス（＋）
方向に動かすようにする。

【００３１】そして、これらの場合において、表示部分
５７をそれぞれ上記の方向で移動させるべき量は、前述
した式から、次のようになる。即ち、下向きの角度量α
のとき、映像のｙ方向へのシフト量Δｙは、

【数１】Δｙ＝Ｌ・ｔａｎα ・・・１ となる。また、右方向への角度量βのとき、映像のｘ方
向へのシフト量Δｘは、

【数２】Δｘ＝Ｌ・ｔａｎβ ・・・２ となる。

【００３２】このようにして表示領域の移動を制御する
と、観察者にとって、虚像空間では映像はあたかも固定
しているように見える。また、この場合、必要に応じ
て、更に、次のような制御を加味できる。例えば図５
（ａ）のように、ＬＣＤ表示面２２ａ中央に映像を表示
するとしたときの非表示部分５８の幅を、ｘ方向でｄ
ｘ、ｙ方向でｄｙとしたとき、

【数３】 ｄｙ≦Ｌ・ｔａｎαのとき Δｙ＝ｄｙ ・・・３

【数４】 ｄｘ≦Ｌ・ｔａｎβのとき Δｘ＝ｄｘ ・・・４ を満たす、角度α，βで観察者が頭を回転させたときに
は、映像のシフト量はｄｘ，ｄｙとするものである。

【００３３】これは、ｘｙシフト量について、それぞ
れ、式３，４におけるリミット判断の結果で、一定の制
限値を設けることを意味する。例えば、シフト量Δｙの
場合、これは基本的に前記式１のΔｙ＝Ｌ・ｔａｎαで
設定されるが、このＬ・ｔａｎαが、非表示部分５８の
幅ｄｙを越えることとなるような場合にあっては、シフ
トさせるべき量Δｙに上限を設定し、映像の移動の最大
量は、上記式３のように非表示部分５８の設定幅ｄｙま
でに制限しようというものである。シフト量Δｘの方の
についても、これと同様である。こうすることで、たと
え、観察者が大きく頭を回転させても、映像表示部分５
７のシフトは、図５（ｂ）等に示す状態までとなり、映
像が切れてしまうことはない。

【００３４】なお、図５（ａ）中、ｄｘ，ｄｙは、この
ような非表示部分５８についての設定領域幅値を表すも
のであるが、基本表示状態におけるこれらの値ｄｘ，ｄ
ｙは、必要に応じ所望の値に設定することができる。例
えば、後述の図３の画像変換部６２中のＲＯＭ３３２に
予め非表示領域形成データとして、一種類以上格納して
おくことができる。値ｄｘ，ｄｙが大きければ、映像表
示部分５７の領域は面積が小さくなるよう変形され、値
ｄｘ，ｄｙが小さければ、この逆となる。

【００３５】また、観察者が首を傾けた場合には、図５
（ｄ）に示すように表示領域を変え、映像を表示面２２
ａ上で回転させるよう制御する。このときの回転量Δφ
は、図１に示すようなローテーション方向での首の傾け
角度の量と一致させ、かつまた、その制御の方向性につ
いては、図５（ｂ），（ｃ）の場合の例に準じ、回転方
向は逆になるようにすればよい。

【００３６】図１のコントローラ２７における画像ｘｙ
シフト量・回転量計算部６１は、検出器１０５，１０
６，１０７による本体１００の上下方向角度量α、左右
方向角度量β、及びローテーション方向への角度量の検
出信号に基づき、上記式１，２に基づき演算処理を実行
し、及び該当するときは式３，４に従うリミット判断処
理を伴う演算処理を実行して、制御の方向性を含めた映
像表示部のシフト量Δｙ，Δｘや、回転量Δφを決定す
る演算処理部で構成されている。そして、このような計
算部６１から、画像変換部６２に対し、画像シフトまた
は回転のためのデータΔｙ，Δｘ，Δφを与える。

【００３７】図３は、画像変換部６２の構成の一例を示
すブロック図である。この画像変換部６２は、図示のよ
うに、同期信号分離回路３０１とＡ／Ｄ変換器３０２と
からなる入力処理系を備え、また、Ｄ／Ａ変換器３０５
と同期合成回路３０６とからなる出力処理系を備える。
更に、画像変換部６２は、切換えスイッチ３１１，３１
２を有するとともに、映像信号を記憶する２つのフレー
ムメモリ３０３，３０４と、該フレームメモリ３０３，
３０４に記憶する映像信号の記憶配列を指示する書き込
み用アドレスデコーダ３２１と、書き込み時の記憶配列
とは異なる配列で、映像信号をフレームメモリ３０３，
３０４から読み出す指示を行う読み出し用アドレスデコ
ーダ３２２と、読み出し用アドレスデコーダ３２２の読
み出しアドレスを演算するアドレス演算部３３１とを有
する。このアドレス演算部３３１に入力する外部情報と
して、前記データΔｘ，Δｙ，Δφが、ＲＯＭ３３２か
らの予め定められた非表示部データｄｘ，ｄｙとともに
適用される。

【００３８】上記構成の頭部装着式ディスプレイシステ
ムは、次のようにして使用することができる。図１の装
着使用時において、映像再生装置６５からはコントロー
ラ２７の画像変換部６２に映像元信号が供給され、他
方、本体１００の各検出器１０５，１０６，１０７やリ
セットスイッチ１１０からの信号は、コード２０１によ
りコントローラ２７の画像ｘｙシフト量・回転量計算部
６１に入力される。ここで、観察者は、映像の鑑賞に先
立ち、まず、正視した状態（首を真っ直ぐに立てた姿
勢）で、本体１００に取り付けたリッセトスイッチ１１
０を一旦押す。この操作により、該スイッチ１１０から
のリセット信号が入力された場合には、計算部６１では
ｘｙシフト量Δｘ，Δｙと回転量Δφとを値０とする。
このとき画像変換部６５への出力データ、従って図３の
アドレス演算部３２２への入力データΔｘ，Δｙ，Δφ
は０となり、このため、該演算部３３１によるアドレス
演算には、ＲＯＭ３３２からの予め定められた非表示部
設定用データｄｘ，ｄｙがそのまま適用されることとな
る。この結果、画像変換部６５は、図５（ａ）の如く、
映像表示部分５７が上下ともにｄｙ、左右ともにｄｘ分
だけ小さなものとなるように入力映像信号を画像変換処
理して出力するため、映像表示部分５７をＬＣＤ表示面
２２ａ中央に持ち来すことができる。

【００３９】このように、リッセトスイッチ１１０は、
例えば本システムの使用開始の際、ＬＣＤ表示面２２ａ
の一部に表示させための映像表示領域を、事前に予め定
められた表示面２２ａ中の基本位置に設定する場合など
において、リッセト処理を行わせるようにするため観察
者が使用することができる。観察者は、上記正視状態で
は、図５（ａ）のようなＬＣＤ表示面２２ａの表示部分
５７に映出される電子映像により本体１００内の前記接
眼光学系を通して虚像空間でその映像を見ることができ
る。

【００４０】一方、観察者が頭を動かし、それに伴う角
度量検出器１０５，１０６，１０７の検出信号が入力さ
れた場合には、計算部６１は、演算により頭部の動きに
対して逆方向に映像表示部分５７の位置を移動または回
転させるためのシフト量Δｘ，Δｙや回転量Δφを求め
る。シフト量Δｘ，Δｙについては、前述の式１〜式４
に基づき演算を行って、Δｘ＝Ｌ・ｔａｎβ（または、
Δｘ＝ｄｘ）、Δｙ＝Ｌ・ｔａｎα（または、Δｙ＝ｄ
ｙ）として求めることになる。このΔｘ，Δｙ，Δφ信
号は、画像変換部６５に入力される。画像変換部６５で
は、映像再生装置６５からの映像元信号を原信号とし
て、前記のように、映像表示部５７の領域がｄｙ、ｄｘ
分小さくするように映像信号を処理し出力しているが、
上記Δｘ，Δｙ，Δφ信号が入力されると、図５
（ｂ），（ｃ）のようにΔｘ，Δｙ分映像をシフトさせ
るように、また、図５（ｄ）のようにΔφ分映像を回転
させるように、映像信号を処理をして出力することによ
り表示領域制御を行う。即ち、このように変換した映像
信号をコード２０２を通して本体１００内のＬＣＤドラ
イバ５３へ伝送し、ＬＣＤ２２を駆動するので、観察者
の頭部が動けば、図５（ａ）の基本表示状態から、図５
（ｂ）〜（ｄ）のように、その逆方向に映像表示部分５
７が動くよう、自動的に画像表示制御を行わせることが
できる。

【００４１】図３の構成の画像変換部６５では、このよ
うな映像信号変換処理は、次のようにして行われる。同
図において、映像再生装置からの映像信号と同期信号か
らなる映像元信号は、同期信号分離回路３０１によって
映像信号と同期信号と分離され、映像信号は、Ａ／Ｄ変
換器３０２によりディジタル化される。分離された同期
信号は、図示の如くに、書き込み用アドレスデコーダ３
２１、読み出し用アドレスデコーダ３２２、及び同期合
成回路３０６に供給され、また、第１及び第２のフレー
ムメモリ３０３，３０４の入力側及び出力側の第１及び
第２の切換えスイッチ３１１，３１２の切り換え制御に
も用いられる。Ａ／Ｄ変換器３０２からの映像信号は、
第１の切換えスイッチ３１１によって、フィールドごと
に第１のフレームメモリ３０３と第２のフレームメモリ
３０４とに交互に書き込まれる。この時の映像信号の書
き込み処理では、書き込み用アドレスデコーダ３２１に
より、時間に対して順序よくメモリのアドレスに記憶さ
せる。

【００４２】書き込まれた映像信号の読み出しは、第２
の切換えスイッチ３１２切り換え制御によって書き込み
と並行して行われ、第１のフレームメモリ３０３側と第
２のフレームメモリ３０４側とで交互に行う。例えば、
今、図示のように入力側切換えスイッチ３１１が第２の
フレームメモリ側に切り換えられ、該フレームメモリ３
０４に映像信号を書き込んでいる時は、出力側切換えス
イッチ３１２は、図示のように第１のフレームメモリ３
０３側を選択し、この状態で該フレームメモリ３０３側
から映像信号（１フイールド前に記憶した映像信号）を
読み出す。

【００４３】この読み出し処理において、読み出し側と
なったフレームメモリに書き込まれている映像信号を読
み出す際、読み出し用アドレスデコーダ３２２により読
み出し順を変え、図５（ａ）〜（ｄ）のような画面の縮
小や領域の設定等の画像変換のための信号読み出し処理
を行う。アドレス演算部３３１は、この読み出し時のア
ドレス順番を、要求される画像変換のための入力情報か
ら演算し決定する。このため、画像ｘｙシフト量・回転
量計算部６１からのシフト量データΔｘ，Δｙ、及び回
転量データΔφや、ＲＯＭ３３２からの入力非表示部デ
ータｄｘ，ｄｙをこのアドレス演算部３３１に入力し、
フレームメモリから記憶映像情報を読み出す際のアドレ
ス順番を演算する。この結果は、読み出し用アドレスデ
コーダ３２２に入力され、演算したアドレス順番で読み
出し側フレームメモリ側から映像信号を読み出す。そし
て、読み出された映像信号は、Ｄ／Ａ変換器３０５でア
ナログ化され、同期合成回路３０６で同期信号と合成し
たのち、頭部装着式ディスプレイ本体１００へ出力され
る。このようにして、この構成によると、フレームメモ
リに一時的に映像信号を記憶させ、読み出す際に読み出
す順を変えることで、映像表示領域の必要なシフトや回
転のための画像変形処理を行うことができる。

【００４４】以上のようにして、本実施例システムで
は、観察者は、正視した状態でリセットスイッチ１１０
を押し、一部に小さく表示されている映像表示部分５７
をＬＣＤ表示面２２ａ中央に位置させることができる。
そして、このような状態で、頭を回転させると、その回
転角度量に伴って、ＬＣＤ表示面２２ａ上で映像表示部
５７が逆方向にシフトするので、虚像空間では、映像は
固定して見える。従って、観察者に、あたかも空間に固
定されたスクリーンを見ているように感じさせることが
できる。このため、自然な状態で映像を見ることがで
き、不自然感や船酔いのような不快感をもたらすことも
ない。また、このような仮想固定スクリーンの実現のた
めに、使用光学系として視野角の大きな光学系が必要と
なることもなく、本体１００がそのために大型化するこ
ともない。

【００４５】次に、本発明の他の実施例を図６乃至図８
により説明する。本実施例（第２実施例）は、観察者の
頭の傾きだけでなく、頭の３次元的動きを検出して、画
像を動かしたり、大きさを変えたり、形を歪ませるよう
にしようとするものである。図６は、本実施例によるシ
ステム構成を示す。システム全体の構成は、前記実施例
と基本的に変わらないが、本実施例では、観察者の頭の
傾きと動きを検出する手段として、例えば、特開昭５９
−２１８５３９号公報（特願昭５９−９５４７４号）に
示されるような電磁結合方式の３次元ディジタイザーに
よる検出方式を採用する。ポヒマス社製の「スリー デ
ィメンション ディジタイザー」は、本実施例による検
出手段に利用できる。このディジタイザーでは、直交コ
イルを有するソース側に交流を加え、所望の対象空間に
磁界を発生させる一方、その磁界中にセンサ側の直交コ
イルを置くようにし、該センサに誘起される電流の大き
さをコンピュータで処理して、その形成磁界中の空間内
でのセンサの位置、角度データを得るようにする。

【００４６】本実施例では、このような検出方式を応用
し、図６に示すように、磁界を発生させる磁界発生装置
７１と、この磁界を検出する磁界受信装置１１５とを組
み合わせて使用し、磁界発生装置７１の方は所要の位置
に配設し、磁界受信装置１１５の方は、磁界が形成され
ている空間内での観察者の頭部の移動と傾きを測定する
データを得るため頭部装着式ディスプレイ本体１００に
取り付ける。また、この磁界受信装置１１５により受信
した磁界の強さから本体１００の３次元的動き、従って
観察者の頭の移動量と傾き量とを演算することとなる移
動量・傾き量演算装置７２を備え、この移動量・傾き量
演算装置７２からの出力に基づき画像変化量を演算して
画像変換部６２へ入力する画像変換量演算装置７３を有
する。本実施例では、コントローラ２７は、これら移動
量・傾き量演算装置７２と画像変換量演算装置７３と画
像変換部６２とを含んで構成される。なお、図中、２０
５〜２０９は各部間の接続コードを示す。また、ｘ軸、
ｙ軸、ｚ軸は、観察者が居る３次元空間の各座標軸であ
る。他の構成部分については、前記実施例と同じであっ
てよく、リッセトスイッチ１１０や画像変換部６２等の
構成、機能、作用なども同様である。

【００４７】本実施例においては、磁界作用空間内での
観察者の頭の移動及び傾きを検出し、映像表示領域をそ
れらに応じてより多様に制御可能である。磁界受信装置
１１５による受信信号は、移動量・傾き量演算装置７２
に入力され、この演算装置７２で演算した結果得られる
観察者の頭の移動量・傾き量についての情報が画像変換
量演算装置７３に入力され、ここで画像を変化させる量
が決定される。この画像変換量演算装置７３で得られる
画像変化量の情報を、前記図３の画像変換部６２に対し
外部情報として与えれば、前記実施例と同じようにし
て、この画像変換部６２で映像再生装置６５からの映像
元信号に加工を加えて本体１００の映像信号を送出する
ことができる。

【００４８】本実施例による画像表示制御の場合の画像
の変換の例を、以下に示す。図７は、画像を台形に歪ま
せた場合の例である。同図（ｂ）に点線で示した観察者
の頭の傾き、位置でリッセトスイッチ１１０を操作し前
述の如きリッセト処理をした場合、観察者は、図示のよ
うな関係で仮想スクリーンＺＤを正面に見ることとな
る。同図（ａ）のような表示映像は、このリセット位置
に対して、図（ｂ）の実線図示のように、頭が右（図６
中でのｘ軸方向）に移動し、かつ左方向に角度θで頭を
傾けたときに、本体１００内の左目用と右目用のＬＣＤ
２２Ｌ，２２Ｒの表示面２２Ｌａ，２２Ｒａに映像表示
部分５７Ｌ，５７Ｒとして表示させるものである。図８
は、画像を縮小させた例である。これは、同図（ｂ）に
点線で示した上記のようなリセット位置から、実線図示
のように、観察者が後ろ、即ち図６中でのｚ軸方向に沿
って下がり、後方に頭が移動したときに、これに対応し
てＬＣＤ表示面２２ａの映像の表示部分５７の大きさを
小さくするよう、同図（ａ）のように表示させるもので
ある。この他、図６中、ｘ軸方向に沿って頭を動かした
ときは画像を横に動かし、ｙ軸方向に頭を動かしたとき
は画像を縦に動かすように制御する。また、各動きの組
み合わせによって、それに応じて、表示すべき映像は変
わるものである。

【００４９】本実施例によると、表示領域の移動の制御
と表示領域の変形（面積制御は、変形制御に含まれる）
の制御の双方を組み合わせて、あるいはそれらを単独
で、行うことができ、また、このように頭の動きや傾き
で映像を変えることによって、、前記実施例と同様に、
観察者はあたかも空間に固定されたスクリーンを見てい
るように感じることができる。更にまた、図７の例のよ
うに台形歪みを行う場合には、同図（ａ）にその一例を
併せて示したように、右目用映像の歪みと左目用映像の
歪みの程度を変えるようにすると、これにより視差が生
じるので、立体的に奥行きのある仮想スクリーンを生成
することができ、より効果的である。また、図８の例の
ように、ｚ軸方向の移動（頭の前後方向の移動）に対し
ては、同時に、光学的視度を変化させれば、より一層自
然感が増す。

【００５０】次に、本発明の更に他の実施例を図９及び
図１０により説明する。本実施例（第３実施例）は、前
述した各実施例のいずれかによるＬＣＤの表示領域制御
に、更に、シースルー制御を組み合わせ、その移動及び
／又は変形制御の対象となる映像表示部を除くＬＣＤ表
示面の非表示部分については、外界が見えるようにしよ
うというものである。図９は、本実施例の要部の構成例
を示す。同図に示すように、本例は、前記図１乃至図３
による第１実施例構成を基本とし、その場合のコントロ
ーラ２７に、更に液晶シャッタードライバ７５を付加し
てある。本体内のＬＣＤ、光学系、及び液晶シャッター
については、図２に示した構成のものがそれぞれ左右に
内蔵され、本体装着時、観察者の左眼２１Ｌ、右眼２１
Ｒの前に位置する。

【００５１】本実施例においては、左右のＬＣＤ２２
Ｌ，２２Ｒの表示面には、これまでの実施例と同様に、
例えばジャイロや磁界受信装置のような位置検出器１１
６からの信号に基づいて映像を動かして表示するよう、
前記した通りの表示領域制御を行う。一方、左右の液晶
シャッター２５Ｌ，２５Ｒは、ＬＣＤ２２Ｌ，２２Ｒの
表示領域である映像表示部分５７Ｌ，５７Ｒに対応する
領域部分については遮光し、非表示領域の非表示部分５
８Ｌ，５８Ｒに対応する領域部分は透過とするよう、そ
のＬＣＤ側の表示面上での表示領域及び非表示領域の設
定に合わせて、液晶シャッター側のその遮光、透過領域
のそれぞれの設定を制御する。この遮光領域と透過領域
の制御は、図１で説明した画像ｘｙシフト量・回転量計
算部６１からの信号Δｙ，Δｘ，Δφに基づいて液晶シ
ャッタードライバ７５が行う。

【００５２】本実施例では、このような構成により、シ
ースルーＯＮ時、観察者は、図１０に例示するように、
電子像ｄと外界像Ｓを同時に見ることができる。しか
も、この場合、電子像ｄ領域には外界像は映っていな
い。ＬＣＤ２２Ｌ，２２Ｒに対する前記表示領域制御に
より、観察者の頭の動き等に応じたＬＣＤ表示面上の映
像表示部分５７Ｌ，５７Ｒの移動や変形が行われるが、
そのような電子像ｄの動きに対応して、液晶シャッター
ドライバ７５の方でも、液晶シャッター２５Ｌ，２５Ｒ
の遮光領域を変えるようにするため、電子像ｄと外界像
Ｓとを同時に見るときでも、常にダブらせないで見るこ
とができる。勿論、本実施例でも、前記各実施例と同様
に、観察者は、外界に固定されたスクリーンを見ている
ように感じることができる。

【００５３】また、第１実施例では、映像再生装置６５
をソースとする映像が欠けることのないよう、前記式
３、式４の条件を満たすように表示領域制御をしたが、
これは本発明に必須の条件ではない。本実施例のような
場合には、映像再生装置６５をソースとする映像が切れ
たり（図９，１０参照）、また場合によってはその映像
が全く見えなくなるようにしてもよい。例えば、映像表
示部分５７Ｌ，５７Ｒの移動範囲に対し、式３、式４に
ついて述べたような制限を設けず、観察者が頭を大きく
動かすのに伴って、ＬＣＤ表示面上を逆方向に映像表示
部分５７Ｌ，５７Ｒが移動し、ついには映像表示部分５
７Ｌ，５７Ｒが表示面中から全くなくなってしまう状態
（全面が非表示部分５７Ｌ，５７Ｒの状態）となるよう
に領域制御を行うと、効果的な状態を作れる。即ち、外
界像Ｓを背景とした状態で、観察者が頭を回したとき
に、相対的に、固定仮想スクリーンが自然とその背景中
の端にいき、ついには、観察者がシースルー機能で見て
いる外界像Ｓ領域内から外れていってしまう、といった
ようなことも実現させることができる。このようにした
場合であっても、外界に固定されたスクリーンを見てい
るように観察者に感じることができるのであり、より自
然な感じを出すことが可能となる。

【００５４】本発明は、図を参照して説明してきた以上
の実施例、変形例等に限定されるものではない。本発明
の好適な実施の態様について例をあげておけば、次のよ
うである。 （１）画像を表示する表示面を有する画像表示素子と、
前記画像を観察者の目に導く光学系とを筐体内に配置
し、該筐体を頭部に支持する支持手段を有した頭部装着
式映像表示装置であって、前記筐体の空間的位置移動及
び／又は傾き変化を検出する検出手段と、前記画像表示
素子の表示面の一部に画像を表示し、前記検出手段から
の信号に基づいてその表示領域の移動及び／又は表示領
域の変形を制御する表示領域制御手段とを有するととも
に、前記筐体は、外界光を採り入れる開口を備え、該開
口近傍に前記外界光を透過及び／又は遮断する外界光透
過遮断手段を有し、前記光学系は、前記外界光と前記画
像表示素子からの光とを重ね合わせるコンバイナーを有
し、前記外界光透過遮断手段の透過により外界光を観察
できるよう構成してなる頭部装着式映像表示装置であ
る。この頭部装着式映像表示装置によると、外界光観察
のためのシースルー機能を有する場合の頭部装着式映像
表示装置に対し、上記の表示領域制御を組み込んで実施
することができる。外界像の観察も可能であり、使い勝
手がよく、多様性に富む頭部装着式映像表示装置が得ら
れる。

【００５５】また、 （２） 上記（１）において、前記外界光透過遮断手段
には、該外界光透過遮断手段の一部の領域を遮断し、他
の部分を透過させるよう外界光透過遮断手段を制御する
外界光透過遮断制御手段を有する頭部装着式映像表示装
置である。 （３）また、上記（１）または（２）において、前記外
界光透過遮断制御手段は、遮断及び透過の位置を制御す
る頭部装着式映像表示装置である。 これら上記（２）、（３）の頭部装着式映像表示装置の
場合は、更に、外界光透過遮断手段における外界光の透
過及び遮断についての選択的な領域制御ができ、この透
過及び遮断領域制御と、上記の画像表示素子に対する表
示領域制御との組み合わせ制御も可能となる。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、画像表示素子の表示面
の一部に画像を表示するとともに、その画像の表示領域
を観察者の頭部の動きや傾きを検出して、その動きや傾
きに応じてその表示領域の移動や変形の制御するので、
表示面より小さな表示領域自体を頭部の動きや傾きに応
じて変えることができ、しかも頭部に支持される本体筐
体内に配置する光学系等も大型化せず、小型な頭部装着
式映像表示装置が実現できる。また、請求項２記載の表
示領域制御手段を備えると、メモリに一時的に映像信号
を記憶させ、読み出す際に読み出す順を変えることで、
画像表示素子の表示面の一部の映像表示領域の移動や変
形を行うことができる。また、請求項３記載のように、
表示領域制御において、観察者の頭部に支持される筐体
の空間的位置移動または傾き変化に対して逆方向に画像
表示素子の表示領域の位置を移動し及び／又は変形する
ようにすると、逆方向に表示領域を移動させることによ
り、観察者に、あたかも空間に固定されたスクリーンを
見ているように感じさせることができる。このため、観
察者は、自然な状態で映像を見ることができ、不自然感
や船酔いのような不快感をもたらすのを回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の頭部装着式映像表示装置の一実施例の
システム構成を示す図である。

【図２】頭部装着式ディスプレイ本体内の表示素子や光
学要素等の配置、構成の一例を示す図である。

【図３】画像変換部の構成の一例を示す図である。

【図４】本頭部装着式映像表示装置の原理説明に供する
図である。

【図５】同じく、原理説明に供する図であって、表示面
上での画像表示態様の説明図である。

【図６】本発明の他の実施例のシステム構成を示す図で
ある。

【図７】同例における画像表示態様の説明図である。

【図８】同じく、他の画像表示態様の説明図である。

【図９】本発明の更に他の実施例を示すもので、その要
部に係る構成を示す図である。

【図１０】同例におけるシースルーＯＮ時での外界像と
電子像との同時観察の説明図である。

【図１１】従来例による観察状態の説明図である。

【符号の説明】

２１，２１Ｌ，２１Ｒ 眼 ２２，２２Ｌ，２２Ｒ ＬＣＤ（液晶パネル） ２２ａ，２２Ｌａ，２２Ｒａ ＬＣＤ表示面 ２４，２４Ｌ，２４Ｒ 凹面鏡 ２５，２５Ｌ，２５Ｒ 液晶シャッター ２７ コントローラ ５１，５１Ｌ，５１Ｒ ハーフミラープリズム ５２，５２Ｌ，５２Ｒ バックライト ５３ ＬＣＤドライバー ５５ レンズ（頭部装着式ディスプレイ光学系） ５６ 実像面（表示面） ５７，５７Ｌ，５７Ｒ 映像表示部分 ５８，５８Ｌ，５８Ｒ 非表示部分 ６１ 画像ｘｙシフト量・回転量計算部 ６２ 画像変換部 ６５ 映像再生装置 ７１ 磁界発生装置 ７２ 移動量・傾き量演算装置 ７３ 画像変換量演算装置 ７５ 液晶シャッタードライバ １００ 頭部装着式ディスプレイ本体 １０１ 眼前部 １０２ 耳部装着部 １０３ 支持バンド １０５ 左右角度量検出器 １０６ 上下角度量検出器 １０７ ローテーション角度量検出器 １１０ リセットスイッチ １１５ 磁界受信装置 １１６ 位置検出器 ２０１，２０２，２０５〜２０９ コード ３０１ 同期信号分離回路 ３０２ Ａ／Ｄ変換器 ３０３，３０４ フレームメモリ ３０５ Ｄ／Ａ変換器 ３０６ 同期信号合成回路 ３１１，３１２ 切換えスイッチ ３２１ 書き込み用アドレスレコーダ ３２２ 読み出し用アドレスレコーダ ３３１ アドレス演算部 ３３２ ＲＯＭ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像を表示する表示面を有する画像表示
   素子と、前記画像を観察者の眼に導く光学系とを筐体内
   に配置するとともに、 その筐体を観察者の頭部に支持する支持手段を有する頭
   部装着式映像表示装置において、 前記筐体の空間的位置移動及び／又は傾き変化を検出す
   る検出手段と、 前記画像表示素子の表示面の一部に画像を表示し、前記
   検出手段からの信号に基づいて該画像表示素子の表示領
   域の移動及び／又は表示領域の変形を制御する表示領域
   制御手段とを有することを特徴とする頭部装着式映像表
   示装置。
2. 【請求項２】 前記表示領域制御手段は、 映像信号を記憶する記憶手段と、 該記憶手段に記憶する映像信号の記憶配列を指示する記
   憶配列手段と、 前記記憶配列とは異なる配列で映像信号を前記記憶手段
   から読み出す指示を行う読み出し配列指示手段とからな
   ることを特徴とする請求項１記載の頭部装着式映像表示
   装置。
3. 【請求項３】前記表示領域制御手段は、前記筐体の空間
   的位置移動または傾き変化に対して逆方向に画像表示素
   子の表示領域の位置を移動し及び／又は変形することを
   特徴とする請求項１または請求項２記載の頭部装着式映
   像表示装置。