ヘッドマウントディスプレイ及び虚像提示方法
【課題】ユーザが歩行中に使用しても、提示された虚像がユーザの歩行の妨げとならないヘッドマウントディスプレイを提供する。
【解決手段】ユーザの頭部に装着され、ユーザが所定の虚像提示距離に提示された虚像を視認しつつ外界も視認することができるシースルー型のヘッドマウントディスプレイであって、画像光を生成する空間光変調素子３３と、前記画像光を集光するレンズ３４と、前記集光された画像光をユーザの眼球に反射させるハーフミラー３５を有し、レンズ３４と空間光変調素子３３との離間距離を変更させる移動手段と、ユーザの歩行状態を検知する歩行状態検知手段と、前記歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知した場合には、前記移動手段を作動させることにより、虚像提示距離をより遠距離に変更させる虚像変更手段を更に有する。
【解決手段】ユーザの頭部に装着され、ユーザが所定の虚像提示距離に提示された虚像を視認しつつ外界も視認することができるシースルー型のヘッドマウントディスプレイであって、画像光を生成する空間光変調素子３３と、前記画像光を集光するレンズ３４と、前記集光された画像光をユーザの眼球に反射させるハーフミラー３５を有し、レンズ３４と空間光変調素子３３との離間距離を変更させる移動手段と、ユーザの歩行状態を検知する歩行状態検知手段と、前記歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知した場合には、前記移動手段を作動させることにより、虚像提示距離をより遠距離に変更させる虚像変更手段を更に有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザが所定の虚像提示距離に提示された虚像を視認しつつ外界も視認することができるシースルー型のヘッドマウントディスプレイの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、画像光をユーザの眼球に照射するシースルー型のヘッドマウントディスプレイが提案されている。このようなヘッドマウントディスプレイでは、ユーザには、数ｍ（例えば１ｍ）先に所定サイズ（例えば１６インチ）の虚像が空中に提示されているように見え、更に、ユーザは外界も視認することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−６７０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ユーザが前記したようなヘッドマウントディスプレイを歩行中に使用した場合には、ユーザは数ｍ(例えば１ｍ)先に提示された虚像を注視してしまうことから、提示された虚像が外界へ意識を集中することを妨げ、結果としてユーザの歩行の妨げとなる可能性があった。一方で、ユーザが虚像を非表示にすると、歩行中のユーザはヘッドマウントディスプレイに電源が投入されているのか否かが分からなくなってしまい、ユーザが虚像を再び見る場合に、ヘッドマウントディスプレイの電源を消してしまう等の誤操作をしてしまい、速やかに虚像を見ることができないという問題があった。
本発明は、上記問題を解決し、ユーザが歩行中に使用しても、提示された虚像がユーザの歩行の妨げとならないヘッドマウントディスプレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、
ユーザの頭部に装着され、ユーザが所定の虚像提示距離に提示された虚像を視認しつつ外界も視認することができるシースルー型のヘッドマウントディスプレイであって、
画像光を生成する空間光変調素子と、
前記画像光を集光しつつユーザの眼球に導き、ユーザに虚像を視認させる接眼光学系と、
前記空間変調素子と前記接眼光学系との離間距離又は、前記接眼光学系構成要素の離間距離を変更する移動手段と
ユーザの歩行状態を検知する歩行状態検知手段と、
前記歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知した場合には、前記移動手段を作動させることにより、虚像提示距離をより遠距離に変更させる虚像変更手段を有することを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
虚像提示距離記憶手段を更に有し、
前記虚像提示距離記憶手段には、非歩行時の虚像提示距離が記憶され、
前記歩行状態検知手段が、ユーザの歩行状態を検知しなくなった場合には、前記虚像変更手段は、虚像提示距離を、前記虚像提示距離記憶手段に記憶されている非歩行時の虚像提示距離にすることを特徴とする。
これにより、ユーザが歩行を止めた場合に、ユーザが特別な操作をすること無く、再び虚像を明確に視認することができる。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、
前記歩行状態検知手段が、ユーザの歩行状態を検知した場合には、前記虚像変更手段は、前記虚像提示距離を無限遠よりも近い距離とすることを特徴とする。
これにより、虚像が無限遠に提示されることが防止され、提示された虚像が視認し難くなってしまうことが防止される。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、
虚像提示距離記憶手段を更に有し、
前記虚像提示距離記憶手段には、ユーザにより設定される歩行時の虚像提示距離が記憶され、
前記虚像変更手段は、虚像提示距離を、前記虚像提示距離記憶手段に記憶されている前記歩行時の虚像提示距離にすることを特徴とする。
これにより、ユーザは、歩行の妨げとならない虚像提示距離を任意に設定することが可能となる。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項３に記載の発明において、
前記歩行状態検知手段は、ユーザの歩行速度を算出し、
前記虚像変更手段は、前記算出された歩行速度に応じた虚像提示距離に変更することを特徴とする。
移動速度が速いほど、より遠くに注意を払う必要があるため、ユーザの注視する（眼のピントが合う）距離は、遠くなると考えられる。そこで、ユーザの歩行速度に応じた虚像提示距離に変更することで、ユーザの注視する距離が変化しても、適切に歩行の妨げとならない虚像提示距離に虚像を提示することが出来る。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、
非歩行時の虚像提示距離が無限遠にある場合において、前記歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知した場合には、前記虚像変更手段は、虚像提示距離を有限距離に変更することを特徴とする。
非歩行時に虚像が無限遠に提示されている場合、ユーザの眼のピントも、無限遠に合っていると考えられる。そのため、歩行状態が検知された場合に、虚像提示距離を有限距離に変更することで、無限遠に眼のピントの合ったユーザに対して、歩行の妨げとならない虚像を提示することができる。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６に記載の発明において、
前記接眼光学系は、
前記空間変調素子が生成した画像光を集光する単数又は複数のレンズと、
前記レンズの光軸と傾斜して配設され、前記レンズが集光した画像光を反射させてユーザの眼球に導かせるハーフミラーとから構成され、
前記移動手段は、前記空間変調素子と前記レンズとの離間距離を変更することを特徴とする。
これにより、空間変調素子側が略テレセントリック系となるので、虚像提示距離を変更させても、ユーザに提示される虚像の大きさが変わりにくい。
【００１２】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、
前記移動手段は、前記空間変調素子を移動させることを特徴とする。
これにより、虚像提示距離を変更させた場合における、ハーフミラー反射後の画像光の光軸が変動しない。また、虚像提示距離が変更されても、虚像のピントがずれない。
【００１３】
請求項９に記載の発明は、請求項７又は請求項８に記載の発明において、
前記画像光がハーフミラーで反射後にユーザの眼球に導かれる画像光光軸を移動させる画像光光軸移動手段を有し、
前記歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知した場合には、前記虚像変更手段は、前記画像光光軸移動手段を作動させて、ハーフミラーで反射される画像光をユーザの眼球からずらすことを特徴とする。
これにより、ユーザには、虚像が直前位置から側方位置にずれて見えるので、虚像の提示によるユーザの歩行の妨げとなることがより防止される。
【００１４】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜請求項９に記載の発明において、
前記空間光変調素子が生成する画像光の輝度を変更させ、又は、前記ハーフミラーの反射率を変更させることにより、ユーザの眼球に導かれる画像光の輝度を変更させる画像光輝度変更手段を有し、
前記歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知した場合には、前記画像光輝度変更手段は、ユーザの眼球に導かれる画像光の輝度を低下させることを特徴とする。
これにより、ユーザが歩行中に提示された虚像を煩わしく感じることが抑制され、ユーザの歩行の妨げとなることがより防止される。
【００１５】
請求項１１に記載の発明は、
ユーザの頭部に装着され、ユーザが虚像を視認しつつ外界も視認することができるシースルー型のヘッドマウントディスプレイの虚像提示方法であって、
前記ヘッドマウントディスプレイは、
画像光を生成する空間光変調素子と、
前記空間変調素子が生成した画像光を集光しつつユーザの眼球に導き、ユーザに虚像を視認させる接眼光学系と、
前記空間変調素子と前記接眼光学系との離間距離又は、前記接眼光学系構成要素の離間距離を変更する移動手段と、
ユーザの歩行状態を検知する歩行状態検知手段を有し、
前記歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知する歩行状態検知工程を有し、
前記歩行状態検知工程において、ユーザの歩行状態が検知された場合には、
前記移動手段が前記空間変調素子と前記接眼光学系との離間距離を変更させて、虚像提示距離をより遠距離に変更させる虚像提示距離変更工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知した場合には、移動手段が、空間変調素子と前記接眼光学系との離間距離又は、前記接眼光学系構成要素の離間距離を変更し、虚像提示距離をより遠距離に変更させる。
これにより、ユーザの歩行中には、虚像がより遠い距離に提示される。このため、ユーザは、近距離に提示された虚像を注視してしまうことが無く、ユーザが歩行中に使用しても、提示された虚像がユーザの歩行の妨げとならないヘッドマウントディスプレイを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態を示すヘッドマウントディスプレイの斜視図である。
【図２】画像表示部の断面図である。
【図３】ヘッドマウントディスプレイのブロック図である。
【図４】ヘッドマウントディスプレイのメイン処理のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（本発明のヘッドマウントディスプレイの概要）
本発明のヘッドマウントディスプレイは、ユーザが所定の虚像提示距離に提示された虚像を視認しつつ外界も視認することができるシースルー型のヘッドマウントディスプレイである。本発明のヘッドマウントディスプレイは、図２に示されるように、空間光変調素子３３と、レンズ３４及びハーフミラー３５により構成される接眼光学系を有している。空間光変調素子３３から照射された画像光は、接眼光学系によって、ユーザの眼球９９９に導かれるようになっている。このような構成により、ユーザには、所定の虚像提示距離（例えば３０ｃｍ〜１ｍ）先に、所定サイズ（例えば１６インチ）の虚像が空中に拡大投影されているかのように見える。また、ユーザは、ハーフミラー３５を通して、外界を視認することができる。本発明のヘッドマウントディスプレイでは、ユーザの歩行状態が検知された場合には、より遠い距離に虚像が提示され、歩行中のユーザが近距離に提示された虚像を注視してしまうことが防止され、提示された虚像がユーザの歩行の妨げとならないようになっている。以下に、このような機能を有するヘッドマウントディスプレイの具体的な構成について詳細に説明する。
【００１９】
（ヘッドマウントディスプレイの構造）
本発明のヘッドマウントディスプレイは、図１に示されるように、ヘッドマウントディスプレイ本体１００と駆動ユニット２００から構成されている。ヘッドマウントディスプレイ本体１００と駆動ユニット２００は、ハーネス１５０で接続されている。駆動ユニット２００は、ユーザの身体に装着される。駆動ユニット２００は、ヘッドマウントディスプレイ本体１００に電流を供給し、ユーザの操作による信号や入力された画像信号をヘッドマウントディスプレイ本体１００に出力するものである。
【００２０】
ヘッドマウントディスプレイ本体１００は、頭部装着部１０、取付部材２０、画像表示部３０とから構成されている。図１に示される実施形態では、頭部装着部１０は、横長の前フレーム１２と、前フレーム１２の両端から後方に延出するテンプル１３とから構成された眼鏡のフレーム形状であり、ユーザの頭部に装着される。前フレーム１２の中央には、ノーズパッド１１が設けられている。なお、頭部装着部１０は、眼鏡のフレーム形状に限定されず、例えば、ヘルメット形状等であっても差し支え無い。なお、図１、図２において、９９９はユーザの眼球位置を仮想的に表したものである。
【００２１】
画像表示部３０は、頭部装着部１０の側前部に、取付部材２０を介して取り付けられている。画像表示部３０は、虚像をユーザに視認させるものである。図１や図２に示されるように、画像表示部３０は、筐体３１、鏡筒３２、空間光変調素子３３、接眼光学系（レンズ３４及びハーフミラー３５から構成される）、ハーフミラー支持部材３６、支持部材３７、ヒンジ部材４０、ネジ軸部材４１、第１ギア４２、第２ギア４３、ピニオンギア４４、第１モータ６１、第２モータ６２を有している。
【００２２】
図１や図２に示されるように、筐体３１は先端側が開放した有底円筒形状である。筐体３１は、取付部材２０によって、前フレーム１２の前方位置に、横向きに取り付けられている。本実施形態では、取付部材２０の先端には取付部２０ａが形成され、筐体３１は取付部２０ａに、頭部装着部１０の幅方向に移動可能に取り付けられている。図１や図２に示されるように、筐体３１の外周面には、筐体３１の軸線方向に向かって、ラック３１ａが形成されている。図２に示されるように、筐体３１の内部の先端側には、鏡筒３２が取り付けられている。鏡筒３２内には、単数又は複数のレンズ３４が取り付けられている。図２に示されるように、レンズ３４の光軸は、ユーザの視線方向と直交している。つまり、レンズ３４の光軸は、頭部装着部１０の幅方向を向いている。なお、レンズ３４は、図２においては複数（３枚）の凸レンズから構成される。しかし、レンズ３４はこれに限定されず、凹レンズを含んだり、単一レンズによって構成されても差し支えない。
【００２３】
筐体３１内部の中間部分には、支持部材３７が、鏡筒３２の基端部と対向するように、筐体３１の軸線方向に移動可能に取り付けられている。支持部材３７は、円盤状の基部３７ａと、基部３７ａの外縁から直交する方向に延出する円筒形状の接触部３７ｂとから構成されている。接触部３７ｂの外周面は、筐体３１の内周面と接触している。このため、支持部材３７の筐体３１内の移動時における、支持部材３７の筐体３１に対する傾きが防止される。レンズ３４と対向する側の基部３７ａには、空間光変調素子３３が貼設されている。本実施形態では、空間光変調素子３３は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）３３ａと、この後部に配設されたバックライト３３ｂとから構成された液晶ディスプレイである。
【００２４】
図１や図２に示されるように、筐体３１の先端には、ヒンジ部材４０が取り付けられている。ヒンジ部材４０には、ヒンジ部４０ａが形成されている。
図１や図２に示されるように、ハーフミラー支持部材３６は、長方形状の窓穴３６ａが形成された枠部３６ｂと、この枠部３６ｂの一側端に形成された取付部３６ｃとから構成されている。取付部３６ｃがヒンジ部４０ａに軸着されて、ハーフミラー支持部材３６がヒンジ部材４０に取り付けられている。窓穴３６ａには、ハーフミラー３５が取り付けられている。このような構造により、ハーフミラー３５が、筐体３１の先端側開口部に、レンズ３４の光軸と傾斜して配設されている。後述するように、本実施形態では、ハーフミラー３５の反射率は印加電圧により変更可能となっている。
【００２５】
空間光変調素子３３が画像光を照射すると、この画像光は、レンズ３４で集光又は平行化され、ハーフミラー３５で反射されて、ユーザの眼球９９に到達する。
【００２６】
図２に示されるように、空間光変調素子３３の貼設面と反対側の基部３７ａには、ネジ軸部材４１が取り付けられている。ネジ軸部材４１の外周面には、ネジ溝４１ａが螺刻されている。第１ギア４２は略円板形状であり、その外縁にギア溝４２ａが形成され、その中心にネジ溝４１ａと螺合するネジ溝４２ｂが形成されている。第１ギア４２は、そのネジ溝４２ａがネジ溝４１ａに螺合して、ネジ軸部材４１に取り付けられている。第２ギア４３は、第１モータ６１の回転軸６１ａに取り付けられている。第２ギア４３は、第１ギア４２のギア溝４２ａと係合している。第１モータ６１が駆動すると、支持部材３７が筐体３１内を移動し、レンズ３４と空間変調素子３３の離間距離が変更される。つまり、第１モータ６１が駆動すると、虚像提示距離が変更される。なお、空間変調素子３３が、レンズ３４に近づくと、虚像提示距離が短くなる。一方で、空間変調素子３３が、レンズ３４から遠ざかると、虚像提示距離が長くなる。
【００２７】
本実施形態では、空間変調素子３３とレンズ３４との離間距離を変更させることにより、虚像提示距離を変更させる構造となっている。このため、空間変調素子側３３が略テレセントリック系となるので、虚像提示距離を変更させても、ユーザに提示される虚像の大きさが変わりにくくなっている。また、本実施形態では、空間変調素子３３を移動させる構造としているので、虚像提示距離を変更させた場合における、ハーフミラー反射後の画像光の光軸が変動しない。また、虚像提示距離が変更されても、虚像のピントがずれ無い。
【００２８】
図２に示されるように、ラック３１ａはピニオンギア４４と係合している。ピニオンギア４４は、第２モータ６２により回転力が付与される。ピニオンギア４４及び第２モータ６２は、取付部材２０の取付部２０ａ内に配設されている。第２モータ６２が駆動すると、筐体３１が頭部装着部１０の幅方向に移動する。
【００２９】
（本体部のブロック図の説明）
以下、図３を用いて、駆動ユニット２００及びヘッドマウントディスプレイ本体１００のブロック図について説明する。
駆動ユニット２００は、ワンチップマイコン１１１、トランスミッター１１２、操作部１２０、画像データ入力部１３０、電源回路１４０を有している。ワンチップマイコン１１１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、インターフェースを有している。ワンチップマイコン１１１のインターフェースには、操作部１２０、画像データ入力部１３０、トランスミッター１１２が接続している。また、ワンチップマイコン１１１のインターフェースは、ハーネス１５０により、ヘッドマウントディスプレイ本体１００のインターフェース５４と接続している。
【００３０】
操作部１２０は、ユーザがヘッドマウントディスプレイを操作するものであり、物理的なボタンやタッチパネル等で構成されている。ユーザが操作部１２０を操作すると、操作信号や設定信号がヘッドマウントディスプレイ本体１００のインターフェース５４に出力される。ユーザは操作部１２０を操作することにより、ヘッドマウントディスプレイへの電源の投入や遮断を行うことができる。また、ユーザは操作部１２０を操作することにより非歩行時の虚像提示距離（非歩行時虚像提示距離）と歩行時の虚像提示距離（歩行時虚像提示距離）を任意に設定することができる。なお、歩行時虚像提示距離は、後述の虚像提示距離記憶領域５３ｄに記憶される。このように、ユーザは、非歩行時に虚像が見えやすい虚像提示距離を任意に設定することができ、また、歩行時に歩行の妨げとならない虚像提示距離を任意に設定することができる。なお、歩行時虚像提示距離は、無限遠を含めて任意に設定可能であるが、一般に、無限遠よりも有限距離の方が視認しやすいため、歩行時虚像提示距離は、ユーザが視認しやすいと感じる有限距離に適宜設定されることが望ましい。
【００３１】
画像データ入力部１３０には、画像データが入力される。画像データ入力部１３０には、ＬＡＮ、無線ＬＡＮ等の通信インターフェースや、ＶＧＡ端子やＤＶＩ端子、ＵＳＢ、メモリーカードリーダ等のインターフェースが含まれる。
【００３２】
トランスミッター１１２は、ハーネス１５０によりレシーバー５５に接続している。トランスミッター１１２は画像処理回路を有し、画像データ入力部１３０に入力された画像データのデータ形式を所定のデータ形式（例えば、ＨＤＭＩ（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）に変換して、レシーバー５５に出力するものである。
【００３３】
電源回路１４０には、電源１９０が接続されている。電源１９０には、一時電池や二次電池等の電池や、或いは、ＡＣアダプターから供給される電流が含まれる。電源回路１４０は、電源１９０から供給された電力を、安定化させるとともに、駆動ユニット２００及びヘッドマウントディスプレイ本体１００の各構成要素に合う電圧に変換して、前記構成要素に供給するものである。
【００３４】
ヘッドマウントディスプレイ本体１００は、ＣＰＵ５１、ＲＡＭ５２、記憶部５３、インターフェース５４、レシーバー５５、加速度センサー５６、バックライトドライバ５７、ＬＣＤコントローラー５８、第１モータドライバ５９、第２モータドライバ６０、ハーフミラードライバ６３を有していて、これらの構成要素は相互にバス６９で接続されている。
インターフェース５４には加速度センサー５６が接続されている。バックライトドライバ５７には、ＬＥＤ等のバックライト３３ｂが接続されている。ＬＣＤコントローラー５８には、ＬＣＤ３３ａが接続されている。第１モータドライバ５９には、第１モータ６１が接続されている。第２モータドライバ６０には、第２モータ６２が接続されている。ハーフミラードライバ６３には、ハーフミラー３５が接続されている。
【００３５】
ＣＰＵ５１は、ＲＡＭ５２、記憶部５３と協動して、各種演算、処理を行う。
ＲＡＭ５２は、ＣＰＵ５１で処理されるプログラムや、ＣＰＵ５１が処理するデータを、そのアドレス空間に一時的に記憶する。
記憶部５３には、不揮発性メモリー、ハードディスク等の補助記憶装置が含まれる。記憶部５３には、本体部５０を制御する各種プログラムやパラメータが記憶されている。当該各種プログラムが、ＣＰＵ５１で処理されることにより、各種機能が実現される。
記憶部５３には、歩行状態判断プログラム５３ａ、虚像変更プログラム５３ｂ、画像光輝度変更プログラム５３ｃが記憶されている。
歩行状態判断プログラム５３ａは、加速度センサー５６が検出した加速度のパターンから、ユーザが歩行状態にあるか否かを判断するプログラムである。
虚像変更プログラム５３ｂは、歩行状態判断プログラム５３ａがユーザの歩行状態を検知した場合に、第１モータドライバ５９に制御信号を出力して、第１モータ６１を駆動させて、空間光変調素子３３とレンズ３４の離間距離を変更させることにより、虚像提示距離をより遠距離（歩行時虚像提示距離）に変更させるプログラムである。
画像光輝度変更プログラム５３ｃは、バックライトドライバ５７に制御信号を出力することにより、バックライト３３ｂの輝度を変更させるプログラムである。
画像光輝度変更プログラム５３ｃは、また、ハーフミラードライバ６３に制御信号を出力することにより、ハーフミラー３５の反射率を変更させる。
記憶部５３は、虚像提示距離記憶領域５３ｄを有している。虚像提示距離記憶領域５３ｄには、歩行時虚像提示距離が記憶される。
【００３６】
インターフェース５４は、加速度センサー５６が検出した加速度信号の物理的・論理的な形式を変換し、加速度情報として、バス６９に出力するものである。また、インターフェース５４は、ユーザの操作部１２０の操作により入力された操作信号や設定信号の物理的・論理的な形式を変換し、操作信号や設定情報としてバス６９に出力する。
レシーバー５５は、画像処理回路を有し、トランスミッター１１２から出力された画像信号を、ＬＣＤコントローラー５８の仕様に合った形式に変換してＬＣＤコントローラー５８に出力するものである。
ＬＣＤコントローラー５８は、画像処理回路及びビデオメモリを有し、ＬＣＤ３３ａに出力する画像信号を生成するものである。
【００３７】
第１モータドライバ５９や第２モータドライバ６０は、それぞれ、第１モータ６１や第２モータ６２に駆動電流を供給するものであり、制御回路及び増幅回路を有している。
ハーフミラードライバ６３は、ハーフミラー３５に電圧を印加して駆動する回路である。ハーフミラー３５は、印加される電圧によって反射率が変化する反射率変化型のハーフミラーである。反射率変化型のハーフミラーとしては、例えば、マグネシウム・ニッケル合金薄膜を表面に形成した調光ガラスが用いられる。なお、ユーザーに対向する側の面に半透明反射膜を設けた液晶シャッターが利用されてもよい。この場合、反射膜における反射率自体は変化しないが、外光の透過率が変化するため、画像光輝度に対する外光輝度の比という観点で見た実質的な反射率（外界光に対する画像の視認しやすさ）が変化する。
【００３８】
（メイン処理の説明）
次に、図４を用いて、ヘッドマウントディスプレイのメイン処理の説明をする。ユーザが操作部１２０を操作することにより、ヘッドマウントディスプレイに電源が投入されると、メイン処理が開始し、Ｓ１１の処理に進む。
【００３９】
Ｓ１１「起動」の処理において、ヘッドマウントディスプレイの各構成要素に、電源回路１４０から電流が供給される。バックライトドライバ５７は、バックライト３３ｂに駆動電流を供給して、バックライト３３ｂを点灯させる。ＬＣＤコントローラー５８は、画像信号をＬＣＤ３３ａに出力し、ＬＣＤ３３ａで画像光を生成させる。すると、ユーザには、眼球９９９から所定の虚像提示距離（例えば３０ｃｍ〜１ｍ）に、虚像が提示されているように見える。なお、Ｓ１１の処理後、ユーザは、操作部１２０を操作することにより、虚像提示距離を任意に変更させることができる。バス６９に虚像提示距離を設定させる操作信号が入力された場合には、虚像変更プログラム５３ｂは、前記操作信号に基づき、第１モータドライバ５９に制御信号を出力し、第１モータ６１を駆動させ、虚像提示距離を変更させる。Ｓ１１の処理が終了すると、Ｓ１２の判断処理に進む。
【００４０】
Ｓ１２「虚像提示距離設定情報入力」の判断処理により、ＣＰＵ５１はバス６９に、歩行時虚像提示距離の設定情報が入力されたか否かを判断する。ＣＰＵ５１が、バス６９に前記設定情報が入力されたと判断した場合には（Ｓ１２の判断処理がＹＥＳ）、Ｓ１３の処理に進む。一方で、ＣＰＵ５１が、バス６９に前記設定情報が入力されていないと判断した場合には（Ｓ１２の判断処理がＮＯ）、Ｓ１４の判断処理に進む。
【００４１】
Ｓ１３「設定記憶」の処理において、バス６９に入力された設定情報に基づき、歩行時虚像提示距離が、虚像提示距離記憶領域５３ｄに記憶される。Ｓ１３の処理が終了すると、Ｓ１４の判断処理に進む。
【００４２】
Ｓ１４「歩行中」の判断処理において、歩行状態判断プログラム５３ａは、バス６９に入力された加速度情報に基づき、ユーザが歩行状態にあるか否かを判断する。或いは、歩行状態判断プログラム５３ａは、バス６９に入力された操作情報に基づき、ユーザが歩行状態にあるか否かを判断する。前記操作情報は、ユーザが操作部１２０を操作することにより、バス６９に入力される。歩行状態判断プログラム５３ａが、ユーザが歩行状態にあると判断した場合には（Ｓ１４の判断処理がＹＥＳ）、Ｓ１５の処理に進む。一方で、歩行状態判断プログラム５３ａが、ユーザが歩行状態にないと判断した場合には（Ｓ１４の判断処理がＮＯ）、Ｓ１２の判断処理に戻る。
【００４３】
Ｓ１５「虚像提示距離変更」の処理において、虚像変更プログラム５３ｂは、虚像提示距離記憶領域５３ｄに、現在の虚像提示距離（非歩行時虚像提示距離）を記憶させる。次に、虚像変更プログラム５３ｂは、虚像提示距離記憶領域５３ｄに記憶されている歩行時虚像提示距離を参照し、第１モータドライバ５９に制御信号を出力し、虚像が前記歩行時虚像提示距離に提示されるように、第１モータ６１を駆動させる。本実施形態では、空間光変調素子３３がレンズ３４から離間する方向に、第１モータ６１が回転される。この処理において、近距離（例えば３０ｃｍ〜１ｍ先）の非歩行時虚像提示距離に提示されている虚像が、遠距離（例えば数十ｍ〜数１００ｍ先）の歩行時虚像提示距離に提示されるようになる。これにより、ユーザが近距離に提示された虚像を注視してしまうことが無く、提示された虚像がユーザの歩行の妨げとなることが防止される。Ｓ１５の処理が終了すると、Ｓ１６の処理に進む。
【００４４】
Ｓ１６「画像光光軸移動」の処理において、虚像変更プログラム５３ｂは、第２モータドライバ６０に制御信号を出力することにより、第２モータ６２を駆動させて、画像表示部３０を移動させる。すると、眼球９９９の直前にあるハーフミラー３５もまた移動するので、ハーフミラー３５で反射される画像光の光軸もまた、眼球９９９からずれる。ユーザには、虚像が直前位置から側方位置にずれて見えるので、提示された虚像がユーザの歩行の妨げとなることがより防止される。なお、ハーフミラー３５がユーザの耳側に移動されるほうが、筐体３０がユーザの視界を遮らないので、視認性の観点からは望ましい。Ｓ１６の処理が終了すると、Ｓ１７の処理に進む。
【００４５】
Ｓ１７「画像光輝度変更」の処理において、画像光輝度変更プログラム５３ｃは、バックライトドライバ５７に制御信号を出力することにより、バックライト３３ｂの輝度を低下させることにより、画像光の輝度を低下させる。すると、ユーザに提示される虚像の輝度が低下し、提示された虚像がユーザの歩行の妨げとなることがより防止される。Ｓ１７の処理が終了すると、Ｓ１８の処理に進む。
【００４６】
Ｓ１８「ハーフミラー反射率変更」の処理において、画像光輝度変更プログラム５３ｃは、ハーフミラードライバ６３に制御信号を出力することにより、ハーフミラー３５の反射率を低下させる。すると、ハーフミラー３５で反射されて眼球９９９に到達する画像光が減少し、ユーザには虚像の輝度が低下しているように見えるので、提示された虚像がユーザの歩行の妨げとなることがより防止される。また、ハーフミラー３５の光透過率が向上するので、ユーザはハーフミラー３５を通して前方を視認しやすくなる。Ｓ１８の処理が終了すると、Ｓ１９の判断処理に進む。
【００４７】
Ｓ１９「歩行中」の判断処理において、歩行状態判断プログラム５３ａは、バス６９に入力された加速度情報に基づき、ユーザが歩行状態にあるか否かを判断する。或いは、歩行状態判断プログラム５３ａは、バス６９に入力された操作情報に基づき、ユーザが歩行状態にあるか否かを判断する。歩行状態判断プログラム５３ａが、ユーザが歩行状態にあると判断した場合には（Ｓ１９の判断処理がＹＥＳ）、Ｓ１２の判断処理に戻る。一方で、歩行状態判断プログラム５３ａが、ユーザが歩行状態にないと判断した場合には（Ｓ１９の判断処理がＮＯ）、Ｓ２０の処理に進む。
【００４８】
Ｓ２０「復帰」の処理において、虚像変更プログラム５３ｂは、虚像提示距離記憶領域５３ｄに記憶されている非歩行時虚像提示距離を参照し、第１モータドライバ５９に制御信号を出力し、虚像が前記歩行時虚像提示距離に提示されるように、第１モータ６１を駆動させ、レンズ３４と空間光変調素子３３の離間距離を元に復帰させる。
また、虚像変更プログラム５３ｂは、第２モータドライバ５９に制御信号を出力して第２モータ６２を駆動させ、画像表示部３０を元の位置に復帰させる。
更に、画像光輝度変更プログラム５３ｃは、バックライトドライバ５７やハーフミラードライバ６３に制御信号を出力して、バックライト３３ｂの輝度及びハーフミラー３５の反射率を元に復帰させる。
このS２０の処理において、ユーザが歩行を止めた場合に、ユーザが特別な操作をすること無く、再び虚像を明確に視認することができる。
Ｓ２０の処理が終了すると、Ｓ１２の判断処理に戻る。
なお、Ｓ１５〜Ｓ１８の処理の順序は、任意であっても差し支え無い。
【００４９】
（総括）
空間光変調素子３３として、液晶ディスプレイを用いた実施形態について本発明を説明したが、空間光変調素子３３として、有機ＥＬディスプレイや、デジタルミラーデバイス (Digital Mirror Device)を用いたディスプレイ、レーザ光を直接作業者の眼球に走査することにより、作業者に画像を視認させる網膜走査型ディスプレイであっても差し支え無い。空間光変調素子３３が、前記したディスプレイであっても、図４に示されるＳ１７の処理において、画像光輝度変更プログラム５３ｃは、前記したディスプレイが生成する画像光の輝度を低下させる処理を行う。
【００５０】
以上説明した実施形態では、図４に示されるＳ１６の処理において、空間光変調素子３３側を移動させて、レンズ３４と空間光変調素子３３の離間距離を変更させているが、レンズ３４側を移動させて、レンズ３４と空間光変調素子３３の離間距離を変更させる実施形態であっても差し支え無い。或いは、レンズ３４が複数のレンズで構成されている場合には、レンズ間距離を変更させて、虚像提示距離を変更させる構成であっても差し支え無い。
以上説明した実施形態では、図４のＳ１５の処理において、筐体３１を頭部装着部１０の幅方向に移動させているが、ハーフミラー３６支持部材を、筐体３１に対して移動可能に取り付けた構成とし、ハーフミラー支持部材３６を頭部装着部１０の幅方向に移動させて、ハーフミラー３５で反射される画像光の光軸を眼球９９９からずらす構成であっても差し支え無い。或いは、ハーフミラー支持部材３６の筐体３１に対する角度を変更させて、ハーフミラー３５で反射される画像光の光軸を眼球９９９からずらす構成であっても差し支え無い。
【００５１】
なお、以上説明した実施形態では、Ｓ１５の処理において、虚像変更プログラム５３ｂは、虚像提示距離記憶領域５３ｄに記憶されている歩行時虚像提示距離を参照し、虚像が前記歩行時虚像提示距離に提示されるように、第１モータ６１を駆動させている。この実施形態の代わりに、虚像変更プログラム５３ｂは、検出された非歩行時虚像提示距離を、虚像提示距離テーブルに参照させて、第１モータ６１を駆動させる実施形態であっても差し支え無い。なお、虚像提示距離テーブルは、非歩行時虚像提示距離と歩行時虚像提示距離の関係が記憶されたテーブルである。例えば、非歩行時虚像提示距離が近距離ならば、虚像提示距離が遠距離に変更される。一方で、非歩行時虚像提示距離が遠距離であるならば、虚像提示距離が変更されない。或いは、虚像提示距離が少しだけ遠距離に変更される。
【００５２】
なお、非歩行時の虚像提示距離を無限遠に設定されている場合には、Ｓ１５の処理において、虚像変更プログラム５３ｂは、虚像提示距離記憶領域５３ｄに記憶されている歩行時虚像提示距離を参照し、第１モータドライバ５９に制御信号を出力し、虚像が前記歩行時虚像提示距離に提示されるように、第１モータ６１を駆動させる。つまり、虚像提示距離が、近くなり、有限距離に設定される。
【００５３】
なお、ユーザの歩行速度に応じて、虚像提示距離が遠くなる実施形態であっても差し支え無い。この実施形態では、Ｓ１４の判断処理において、歩行状態判断プログラム５３は、バス６９に入力された加速度情報に基づき、ユーザの歩行速度を算出する。具体的には、歩行状態判断プログラム５３は、加速度情報の変動周期に基づき、ユーザの歩行速度を算出する。例えば、ユーザが、ゆっくり歩いている場合には、加速度情報の変動周期が長くなる。一方で、ユーザが早く歩いている場合又は走っている場合には、加速度情報の変動周期が短くなる。歩行状態判断プログラム５３は、ユーザの歩幅がほぼ一定と仮定し、歩幅を加速度情報の変動周期で除して、ユーザの歩行速度を算出する。
次に、Ｓ１５の判断処理において、虚像変更プログラム５３ｂは、第１モータドライバ５９に制御信号を出力し、前記算出された歩行速度に応じて、提示距離が遠くなるように、第１モータ６１を駆動させる。
この実施形態では、例えば、ユーザが4 km/hで歩行している時に２０ｍ先に提示された虚像が、ユーザが８km/hで歩行すると、４０ｍ先に提示される。
【００５４】
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うヘッドマウントディスプレイ及び虚像提示方法もまた技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 頭部装着部
２０ 取付部材
３０ 画像表示部
３１ 筐体
３２ 鏡筒
３３ 空間光変調素子
３３ａ ＬＣＤ
３３ｂ バックライト
３４ 接眼光学系
３５ ハーフミラー
３６ ハーフミラー支持部材
３７ 支持部材
４０ ヒンジ部材
４１ ネジ軸部材
４２ 第１ギア
４３ 第２ギア
４４ ピニオンギア
６１ 第１モータ
６２ 第２モータ
１００ ヘッドマウントディスプレイ本体
１５０ ハーネス
２００ 駆動ユニット
９９９ ユーザの眼球
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザが所定の虚像提示距離に提示された虚像を視認しつつ外界も視認することができるシースルー型のヘッドマウントディスプレイの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、画像光をユーザの眼球に照射するシースルー型のヘッドマウントディスプレイが提案されている。このようなヘッドマウントディスプレイでは、ユーザには、数ｍ（例えば１ｍ）先に所定サイズ（例えば１６インチ）の虚像が空中に提示されているように見え、更に、ユーザは外界も視認することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−６７０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ユーザが前記したようなヘッドマウントディスプレイを歩行中に使用した場合には、ユーザは数ｍ(例えば１ｍ)先に提示された虚像を注視してしまうことから、提示された虚像が外界へ意識を集中することを妨げ、結果としてユーザの歩行の妨げとなる可能性があった。一方で、ユーザが虚像を非表示にすると、歩行中のユーザはヘッドマウントディスプレイに電源が投入されているのか否かが分からなくなってしまい、ユーザが虚像を再び見る場合に、ヘッドマウントディスプレイの電源を消してしまう等の誤操作をしてしまい、速やかに虚像を見ることができないという問題があった。
本発明は、上記問題を解決し、ユーザが歩行中に使用しても、提示された虚像がユーザの歩行の妨げとならないヘッドマウントディスプレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、
ユーザの頭部に装着され、ユーザが所定の虚像提示距離に提示された虚像を視認しつつ外界も視認することができるシースルー型のヘッドマウントディスプレイであって、
画像光を生成する空間光変調素子と、
前記画像光を集光しつつユーザの眼球に導き、ユーザに虚像を視認させる接眼光学系と、
前記空間変調素子と前記接眼光学系との離間距離又は、前記接眼光学系構成要素の離間距離を変更する移動手段と
ユーザの歩行状態を検知する歩行状態検知手段と、
前記歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知した場合には、前記移動手段を作動させることにより、虚像提示距離をより遠距離に変更させる虚像変更手段を有することを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
虚像提示距離記憶手段を更に有し、
前記虚像提示距離記憶手段には、非歩行時の虚像提示距離が記憶され、
前記歩行状態検知手段が、ユーザの歩行状態を検知しなくなった場合には、前記虚像変更手段は、虚像提示距離を、前記虚像提示距離記憶手段に記憶されている非歩行時の虚像提示距離にすることを特徴とする。
これにより、ユーザが歩行を止めた場合に、ユーザが特別な操作をすること無く、再び虚像を明確に視認することができる。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、
前記歩行状態検知手段が、ユーザの歩行状態を検知した場合には、前記虚像変更手段は、前記虚像提示距離を無限遠よりも近い距離とすることを特徴とする。
これにより、虚像が無限遠に提示されることが防止され、提示された虚像が視認し難くなってしまうことが防止される。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、
虚像提示距離記憶手段を更に有し、
前記虚像提示距離記憶手段には、ユーザにより設定される歩行時の虚像提示距離が記憶され、
前記虚像変更手段は、虚像提示距離を、前記虚像提示距離記憶手段に記憶されている前記歩行時の虚像提示距離にすることを特徴とする。
これにより、ユーザは、歩行の妨げとならない虚像提示距離を任意に設定することが可能となる。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項３に記載の発明において、
前記歩行状態検知手段は、ユーザの歩行速度を算出し、
前記虚像変更手段は、前記算出された歩行速度に応じた虚像提示距離に変更することを特徴とする。
移動速度が速いほど、より遠くに注意を払う必要があるため、ユーザの注視する（眼のピントが合う）距離は、遠くなると考えられる。そこで、ユーザの歩行速度に応じた虚像提示距離に変更することで、ユーザの注視する距離が変化しても、適切に歩行の妨げとならない虚像提示距離に虚像を提示することが出来る。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、
非歩行時の虚像提示距離が無限遠にある場合において、前記歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知した場合には、前記虚像変更手段は、虚像提示距離を有限距離に変更することを特徴とする。
非歩行時に虚像が無限遠に提示されている場合、ユーザの眼のピントも、無限遠に合っていると考えられる。そのため、歩行状態が検知された場合に、虚像提示距離を有限距離に変更することで、無限遠に眼のピントの合ったユーザに対して、歩行の妨げとならない虚像を提示することができる。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６に記載の発明において、
前記接眼光学系は、
前記空間変調素子が生成した画像光を集光する単数又は複数のレンズと、
前記レンズの光軸と傾斜して配設され、前記レンズが集光した画像光を反射させてユーザの眼球に導かせるハーフミラーとから構成され、
前記移動手段は、前記空間変調素子と前記レンズとの離間距離を変更することを特徴とする。
これにより、空間変調素子側が略テレセントリック系となるので、虚像提示距離を変更させても、ユーザに提示される虚像の大きさが変わりにくい。
【００１２】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、
前記移動手段は、前記空間変調素子を移動させることを特徴とする。
これにより、虚像提示距離を変更させた場合における、ハーフミラー反射後の画像光の光軸が変動しない。また、虚像提示距離が変更されても、虚像のピントがずれない。
【００１３】
請求項９に記載の発明は、請求項７又は請求項８に記載の発明において、
前記画像光がハーフミラーで反射後にユーザの眼球に導かれる画像光光軸を移動させる画像光光軸移動手段を有し、
前記歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知した場合には、前記虚像変更手段は、前記画像光光軸移動手段を作動させて、ハーフミラーで反射される画像光をユーザの眼球からずらすことを特徴とする。
これにより、ユーザには、虚像が直前位置から側方位置にずれて見えるので、虚像の提示によるユーザの歩行の妨げとなることがより防止される。
【００１４】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜請求項９に記載の発明において、
前記空間光変調素子が生成する画像光の輝度を変更させ、又は、前記ハーフミラーの反射率を変更させることにより、ユーザの眼球に導かれる画像光の輝度を変更させる画像光輝度変更手段を有し、
前記歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知した場合には、前記画像光輝度変更手段は、ユーザの眼球に導かれる画像光の輝度を低下させることを特徴とする。
これにより、ユーザが歩行中に提示された虚像を煩わしく感じることが抑制され、ユーザの歩行の妨げとなることがより防止される。
【００１５】
請求項１１に記載の発明は、
ユーザの頭部に装着され、ユーザが虚像を視認しつつ外界も視認することができるシースルー型のヘッドマウントディスプレイの虚像提示方法であって、
前記ヘッドマウントディスプレイは、
画像光を生成する空間光変調素子と、
前記空間変調素子が生成した画像光を集光しつつユーザの眼球に導き、ユーザに虚像を視認させる接眼光学系と、
前記空間変調素子と前記接眼光学系との離間距離又は、前記接眼光学系構成要素の離間距離を変更する移動手段と、
ユーザの歩行状態を検知する歩行状態検知手段を有し、
前記歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知する歩行状態検知工程を有し、
前記歩行状態検知工程において、ユーザの歩行状態が検知された場合には、
前記移動手段が前記空間変調素子と前記接眼光学系との離間距離を変更させて、虚像提示距離をより遠距離に変更させる虚像提示距離変更工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知した場合には、移動手段が、空間変調素子と前記接眼光学系との離間距離又は、前記接眼光学系構成要素の離間距離を変更し、虚像提示距離をより遠距離に変更させる。
これにより、ユーザの歩行中には、虚像がより遠い距離に提示される。このため、ユーザは、近距離に提示された虚像を注視してしまうことが無く、ユーザが歩行中に使用しても、提示された虚像がユーザの歩行の妨げとならないヘッドマウントディスプレイを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態を示すヘッドマウントディスプレイの斜視図である。
【図２】画像表示部の断面図である。
【図３】ヘッドマウントディスプレイのブロック図である。
【図４】ヘッドマウントディスプレイのメイン処理のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（本発明のヘッドマウントディスプレイの概要）
本発明のヘッドマウントディスプレイは、ユーザが所定の虚像提示距離に提示された虚像を視認しつつ外界も視認することができるシースルー型のヘッドマウントディスプレイである。本発明のヘッドマウントディスプレイは、図２に示されるように、空間光変調素子３３と、レンズ３４及びハーフミラー３５により構成される接眼光学系を有している。空間光変調素子３３から照射された画像光は、接眼光学系によって、ユーザの眼球９９９に導かれるようになっている。このような構成により、ユーザには、所定の虚像提示距離（例えば３０ｃｍ〜１ｍ）先に、所定サイズ（例えば１６インチ）の虚像が空中に拡大投影されているかのように見える。また、ユーザは、ハーフミラー３５を通して、外界を視認することができる。本発明のヘッドマウントディスプレイでは、ユーザの歩行状態が検知された場合には、より遠い距離に虚像が提示され、歩行中のユーザが近距離に提示された虚像を注視してしまうことが防止され、提示された虚像がユーザの歩行の妨げとならないようになっている。以下に、このような機能を有するヘッドマウントディスプレイの具体的な構成について詳細に説明する。
【００１９】
（ヘッドマウントディスプレイの構造）
本発明のヘッドマウントディスプレイは、図１に示されるように、ヘッドマウントディスプレイ本体１００と駆動ユニット２００から構成されている。ヘッドマウントディスプレイ本体１００と駆動ユニット２００は、ハーネス１５０で接続されている。駆動ユニット２００は、ユーザの身体に装着される。駆動ユニット２００は、ヘッドマウントディスプレイ本体１００に電流を供給し、ユーザの操作による信号や入力された画像信号をヘッドマウントディスプレイ本体１００に出力するものである。
【００２０】
ヘッドマウントディスプレイ本体１００は、頭部装着部１０、取付部材２０、画像表示部３０とから構成されている。図１に示される実施形態では、頭部装着部１０は、横長の前フレーム１２と、前フレーム１２の両端から後方に延出するテンプル１３とから構成された眼鏡のフレーム形状であり、ユーザの頭部に装着される。前フレーム１２の中央には、ノーズパッド１１が設けられている。なお、頭部装着部１０は、眼鏡のフレーム形状に限定されず、例えば、ヘルメット形状等であっても差し支え無い。なお、図１、図２において、９９９はユーザの眼球位置を仮想的に表したものである。
【００２１】
画像表示部３０は、頭部装着部１０の側前部に、取付部材２０を介して取り付けられている。画像表示部３０は、虚像をユーザに視認させるものである。図１や図２に示されるように、画像表示部３０は、筐体３１、鏡筒３２、空間光変調素子３３、接眼光学系（レンズ３４及びハーフミラー３５から構成される）、ハーフミラー支持部材３６、支持部材３７、ヒンジ部材４０、ネジ軸部材４１、第１ギア４２、第２ギア４３、ピニオンギア４４、第１モータ６１、第２モータ６２を有している。
【００２２】
図１や図２に示されるように、筐体３１は先端側が開放した有底円筒形状である。筐体３１は、取付部材２０によって、前フレーム１２の前方位置に、横向きに取り付けられている。本実施形態では、取付部材２０の先端には取付部２０ａが形成され、筐体３１は取付部２０ａに、頭部装着部１０の幅方向に移動可能に取り付けられている。図１や図２に示されるように、筐体３１の外周面には、筐体３１の軸線方向に向かって、ラック３１ａが形成されている。図２に示されるように、筐体３１の内部の先端側には、鏡筒３２が取り付けられている。鏡筒３２内には、単数又は複数のレンズ３４が取り付けられている。図２に示されるように、レンズ３４の光軸は、ユーザの視線方向と直交している。つまり、レンズ３４の光軸は、頭部装着部１０の幅方向を向いている。なお、レンズ３４は、図２においては複数（３枚）の凸レンズから構成される。しかし、レンズ３４はこれに限定されず、凹レンズを含んだり、単一レンズによって構成されても差し支えない。
【００２３】
筐体３１内部の中間部分には、支持部材３７が、鏡筒３２の基端部と対向するように、筐体３１の軸線方向に移動可能に取り付けられている。支持部材３７は、円盤状の基部３７ａと、基部３７ａの外縁から直交する方向に延出する円筒形状の接触部３７ｂとから構成されている。接触部３７ｂの外周面は、筐体３１の内周面と接触している。このため、支持部材３７の筐体３１内の移動時における、支持部材３７の筐体３１に対する傾きが防止される。レンズ３４と対向する側の基部３７ａには、空間光変調素子３３が貼設されている。本実施形態では、空間光変調素子３３は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）３３ａと、この後部に配設されたバックライト３３ｂとから構成された液晶ディスプレイである。
【００２４】
図１や図２に示されるように、筐体３１の先端には、ヒンジ部材４０が取り付けられている。ヒンジ部材４０には、ヒンジ部４０ａが形成されている。
図１や図２に示されるように、ハーフミラー支持部材３６は、長方形状の窓穴３６ａが形成された枠部３６ｂと、この枠部３６ｂの一側端に形成された取付部３６ｃとから構成されている。取付部３６ｃがヒンジ部４０ａに軸着されて、ハーフミラー支持部材３６がヒンジ部材４０に取り付けられている。窓穴３６ａには、ハーフミラー３５が取り付けられている。このような構造により、ハーフミラー３５が、筐体３１の先端側開口部に、レンズ３４の光軸と傾斜して配設されている。後述するように、本実施形態では、ハーフミラー３５の反射率は印加電圧により変更可能となっている。
【００２５】
空間光変調素子３３が画像光を照射すると、この画像光は、レンズ３４で集光又は平行化され、ハーフミラー３５で反射されて、ユーザの眼球９９に到達する。
【００２６】
図２に示されるように、空間光変調素子３３の貼設面と反対側の基部３７ａには、ネジ軸部材４１が取り付けられている。ネジ軸部材４１の外周面には、ネジ溝４１ａが螺刻されている。第１ギア４２は略円板形状であり、その外縁にギア溝４２ａが形成され、その中心にネジ溝４１ａと螺合するネジ溝４２ｂが形成されている。第１ギア４２は、そのネジ溝４２ａがネジ溝４１ａに螺合して、ネジ軸部材４１に取り付けられている。第２ギア４３は、第１モータ６１の回転軸６１ａに取り付けられている。第２ギア４３は、第１ギア４２のギア溝４２ａと係合している。第１モータ６１が駆動すると、支持部材３７が筐体３１内を移動し、レンズ３４と空間変調素子３３の離間距離が変更される。つまり、第１モータ６１が駆動すると、虚像提示距離が変更される。なお、空間変調素子３３が、レンズ３４に近づくと、虚像提示距離が短くなる。一方で、空間変調素子３３が、レンズ３４から遠ざかると、虚像提示距離が長くなる。
【００２７】
本実施形態では、空間変調素子３３とレンズ３４との離間距離を変更させることにより、虚像提示距離を変更させる構造となっている。このため、空間変調素子側３３が略テレセントリック系となるので、虚像提示距離を変更させても、ユーザに提示される虚像の大きさが変わりにくくなっている。また、本実施形態では、空間変調素子３３を移動させる構造としているので、虚像提示距離を変更させた場合における、ハーフミラー反射後の画像光の光軸が変動しない。また、虚像提示距離が変更されても、虚像のピントがずれ無い。
【００２８】
図２に示されるように、ラック３１ａはピニオンギア４４と係合している。ピニオンギア４４は、第２モータ６２により回転力が付与される。ピニオンギア４４及び第２モータ６２は、取付部材２０の取付部２０ａ内に配設されている。第２モータ６２が駆動すると、筐体３１が頭部装着部１０の幅方向に移動する。
【００２９】
（本体部のブロック図の説明）
以下、図３を用いて、駆動ユニット２００及びヘッドマウントディスプレイ本体１００のブロック図について説明する。
駆動ユニット２００は、ワンチップマイコン１１１、トランスミッター１１２、操作部１２０、画像データ入力部１３０、電源回路１４０を有している。ワンチップマイコン１１１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、インターフェースを有している。ワンチップマイコン１１１のインターフェースには、操作部１２０、画像データ入力部１３０、トランスミッター１１２が接続している。また、ワンチップマイコン１１１のインターフェースは、ハーネス１５０により、ヘッドマウントディスプレイ本体１００のインターフェース５４と接続している。
【００３０】
操作部１２０は、ユーザがヘッドマウントディスプレイを操作するものであり、物理的なボタンやタッチパネル等で構成されている。ユーザが操作部１２０を操作すると、操作信号や設定信号がヘッドマウントディスプレイ本体１００のインターフェース５４に出力される。ユーザは操作部１２０を操作することにより、ヘッドマウントディスプレイへの電源の投入や遮断を行うことができる。また、ユーザは操作部１２０を操作することにより非歩行時の虚像提示距離（非歩行時虚像提示距離）と歩行時の虚像提示距離（歩行時虚像提示距離）を任意に設定することができる。なお、歩行時虚像提示距離は、後述の虚像提示距離記憶領域５３ｄに記憶される。このように、ユーザは、非歩行時に虚像が見えやすい虚像提示距離を任意に設定することができ、また、歩行時に歩行の妨げとならない虚像提示距離を任意に設定することができる。なお、歩行時虚像提示距離は、無限遠を含めて任意に設定可能であるが、一般に、無限遠よりも有限距離の方が視認しやすいため、歩行時虚像提示距離は、ユーザが視認しやすいと感じる有限距離に適宜設定されることが望ましい。
【００３１】
画像データ入力部１３０には、画像データが入力される。画像データ入力部１３０には、ＬＡＮ、無線ＬＡＮ等の通信インターフェースや、ＶＧＡ端子やＤＶＩ端子、ＵＳＢ、メモリーカードリーダ等のインターフェースが含まれる。
【００３２】
トランスミッター１１２は、ハーネス１５０によりレシーバー５５に接続している。トランスミッター１１２は画像処理回路を有し、画像データ入力部１３０に入力された画像データのデータ形式を所定のデータ形式（例えば、ＨＤＭＩ（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）に変換して、レシーバー５５に出力するものである。
【００３３】
電源回路１４０には、電源１９０が接続されている。電源１９０には、一時電池や二次電池等の電池や、或いは、ＡＣアダプターから供給される電流が含まれる。電源回路１４０は、電源１９０から供給された電力を、安定化させるとともに、駆動ユニット２００及びヘッドマウントディスプレイ本体１００の各構成要素に合う電圧に変換して、前記構成要素に供給するものである。
【００３４】
ヘッドマウントディスプレイ本体１００は、ＣＰＵ５１、ＲＡＭ５２、記憶部５３、インターフェース５４、レシーバー５５、加速度センサー５６、バックライトドライバ５７、ＬＣＤコントローラー５８、第１モータドライバ５９、第２モータドライバ６０、ハーフミラードライバ６３を有していて、これらの構成要素は相互にバス６９で接続されている。
インターフェース５４には加速度センサー５６が接続されている。バックライトドライバ５７には、ＬＥＤ等のバックライト３３ｂが接続されている。ＬＣＤコントローラー５８には、ＬＣＤ３３ａが接続されている。第１モータドライバ５９には、第１モータ６１が接続されている。第２モータドライバ６０には、第２モータ６２が接続されている。ハーフミラードライバ６３には、ハーフミラー３５が接続されている。
【００３５】
ＣＰＵ５１は、ＲＡＭ５２、記憶部５３と協動して、各種演算、処理を行う。
ＲＡＭ５２は、ＣＰＵ５１で処理されるプログラムや、ＣＰＵ５１が処理するデータを、そのアドレス空間に一時的に記憶する。
記憶部５３には、不揮発性メモリー、ハードディスク等の補助記憶装置が含まれる。記憶部５３には、本体部５０を制御する各種プログラムやパラメータが記憶されている。当該各種プログラムが、ＣＰＵ５１で処理されることにより、各種機能が実現される。
記憶部５３には、歩行状態判断プログラム５３ａ、虚像変更プログラム５３ｂ、画像光輝度変更プログラム５３ｃが記憶されている。
歩行状態判断プログラム５３ａは、加速度センサー５６が検出した加速度のパターンから、ユーザが歩行状態にあるか否かを判断するプログラムである。
虚像変更プログラム５３ｂは、歩行状態判断プログラム５３ａがユーザの歩行状態を検知した場合に、第１モータドライバ５９に制御信号を出力して、第１モータ６１を駆動させて、空間光変調素子３３とレンズ３４の離間距離を変更させることにより、虚像提示距離をより遠距離（歩行時虚像提示距離）に変更させるプログラムである。
画像光輝度変更プログラム５３ｃは、バックライトドライバ５７に制御信号を出力することにより、バックライト３３ｂの輝度を変更させるプログラムである。
画像光輝度変更プログラム５３ｃは、また、ハーフミラードライバ６３に制御信号を出力することにより、ハーフミラー３５の反射率を変更させる。
記憶部５３は、虚像提示距離記憶領域５３ｄを有している。虚像提示距離記憶領域５３ｄには、歩行時虚像提示距離が記憶される。
【００３６】
インターフェース５４は、加速度センサー５６が検出した加速度信号の物理的・論理的な形式を変換し、加速度情報として、バス６９に出力するものである。また、インターフェース５４は、ユーザの操作部１２０の操作により入力された操作信号や設定信号の物理的・論理的な形式を変換し、操作信号や設定情報としてバス６９に出力する。
レシーバー５５は、画像処理回路を有し、トランスミッター１１２から出力された画像信号を、ＬＣＤコントローラー５８の仕様に合った形式に変換してＬＣＤコントローラー５８に出力するものである。
ＬＣＤコントローラー５８は、画像処理回路及びビデオメモリを有し、ＬＣＤ３３ａに出力する画像信号を生成するものである。
【００３７】
第１モータドライバ５９や第２モータドライバ６０は、それぞれ、第１モータ６１や第２モータ６２に駆動電流を供給するものであり、制御回路及び増幅回路を有している。
ハーフミラードライバ６３は、ハーフミラー３５に電圧を印加して駆動する回路である。ハーフミラー３５は、印加される電圧によって反射率が変化する反射率変化型のハーフミラーである。反射率変化型のハーフミラーとしては、例えば、マグネシウム・ニッケル合金薄膜を表面に形成した調光ガラスが用いられる。なお、ユーザーに対向する側の面に半透明反射膜を設けた液晶シャッターが利用されてもよい。この場合、反射膜における反射率自体は変化しないが、外光の透過率が変化するため、画像光輝度に対する外光輝度の比という観点で見た実質的な反射率（外界光に対する画像の視認しやすさ）が変化する。
【００３８】
（メイン処理の説明）
次に、図４を用いて、ヘッドマウントディスプレイのメイン処理の説明をする。ユーザが操作部１２０を操作することにより、ヘッドマウントディスプレイに電源が投入されると、メイン処理が開始し、Ｓ１１の処理に進む。
【００３９】
Ｓ１１「起動」の処理において、ヘッドマウントディスプレイの各構成要素に、電源回路１４０から電流が供給される。バックライトドライバ５７は、バックライト３３ｂに駆動電流を供給して、バックライト３３ｂを点灯させる。ＬＣＤコントローラー５８は、画像信号をＬＣＤ３３ａに出力し、ＬＣＤ３３ａで画像光を生成させる。すると、ユーザには、眼球９９９から所定の虚像提示距離（例えば３０ｃｍ〜１ｍ）に、虚像が提示されているように見える。なお、Ｓ１１の処理後、ユーザは、操作部１２０を操作することにより、虚像提示距離を任意に変更させることができる。バス６９に虚像提示距離を設定させる操作信号が入力された場合には、虚像変更プログラム５３ｂは、前記操作信号に基づき、第１モータドライバ５９に制御信号を出力し、第１モータ６１を駆動させ、虚像提示距離を変更させる。Ｓ１１の処理が終了すると、Ｓ１２の判断処理に進む。
【００４０】
Ｓ１２「虚像提示距離設定情報入力」の判断処理により、ＣＰＵ５１はバス６９に、歩行時虚像提示距離の設定情報が入力されたか否かを判断する。ＣＰＵ５１が、バス６９に前記設定情報が入力されたと判断した場合には（Ｓ１２の判断処理がＹＥＳ）、Ｓ１３の処理に進む。一方で、ＣＰＵ５１が、バス６９に前記設定情報が入力されていないと判断した場合には（Ｓ１２の判断処理がＮＯ）、Ｓ１４の判断処理に進む。
【００４１】
Ｓ１３「設定記憶」の処理において、バス６９に入力された設定情報に基づき、歩行時虚像提示距離が、虚像提示距離記憶領域５３ｄに記憶される。Ｓ１３の処理が終了すると、Ｓ１４の判断処理に進む。
【００４２】
Ｓ１４「歩行中」の判断処理において、歩行状態判断プログラム５３ａは、バス６９に入力された加速度情報に基づき、ユーザが歩行状態にあるか否かを判断する。或いは、歩行状態判断プログラム５３ａは、バス６９に入力された操作情報に基づき、ユーザが歩行状態にあるか否かを判断する。前記操作情報は、ユーザが操作部１２０を操作することにより、バス６９に入力される。歩行状態判断プログラム５３ａが、ユーザが歩行状態にあると判断した場合には（Ｓ１４の判断処理がＹＥＳ）、Ｓ１５の処理に進む。一方で、歩行状態判断プログラム５３ａが、ユーザが歩行状態にないと判断した場合には（Ｓ１４の判断処理がＮＯ）、Ｓ１２の判断処理に戻る。
【００４３】
Ｓ１５「虚像提示距離変更」の処理において、虚像変更プログラム５３ｂは、虚像提示距離記憶領域５３ｄに、現在の虚像提示距離（非歩行時虚像提示距離）を記憶させる。次に、虚像変更プログラム５３ｂは、虚像提示距離記憶領域５３ｄに記憶されている歩行時虚像提示距離を参照し、第１モータドライバ５９に制御信号を出力し、虚像が前記歩行時虚像提示距離に提示されるように、第１モータ６１を駆動させる。本実施形態では、空間光変調素子３３がレンズ３４から離間する方向に、第１モータ６１が回転される。この処理において、近距離（例えば３０ｃｍ〜１ｍ先）の非歩行時虚像提示距離に提示されている虚像が、遠距離（例えば数十ｍ〜数１００ｍ先）の歩行時虚像提示距離に提示されるようになる。これにより、ユーザが近距離に提示された虚像を注視してしまうことが無く、提示された虚像がユーザの歩行の妨げとなることが防止される。Ｓ１５の処理が終了すると、Ｓ１６の処理に進む。
【００４４】
Ｓ１６「画像光光軸移動」の処理において、虚像変更プログラム５３ｂは、第２モータドライバ６０に制御信号を出力することにより、第２モータ６２を駆動させて、画像表示部３０を移動させる。すると、眼球９９９の直前にあるハーフミラー３５もまた移動するので、ハーフミラー３５で反射される画像光の光軸もまた、眼球９９９からずれる。ユーザには、虚像が直前位置から側方位置にずれて見えるので、提示された虚像がユーザの歩行の妨げとなることがより防止される。なお、ハーフミラー３５がユーザの耳側に移動されるほうが、筐体３０がユーザの視界を遮らないので、視認性の観点からは望ましい。Ｓ１６の処理が終了すると、Ｓ１７の処理に進む。
【００４５】
Ｓ１７「画像光輝度変更」の処理において、画像光輝度変更プログラム５３ｃは、バックライトドライバ５７に制御信号を出力することにより、バックライト３３ｂの輝度を低下させることにより、画像光の輝度を低下させる。すると、ユーザに提示される虚像の輝度が低下し、提示された虚像がユーザの歩行の妨げとなることがより防止される。Ｓ１７の処理が終了すると、Ｓ１８の処理に進む。
【００４６】
Ｓ１８「ハーフミラー反射率変更」の処理において、画像光輝度変更プログラム５３ｃは、ハーフミラードライバ６３に制御信号を出力することにより、ハーフミラー３５の反射率を低下させる。すると、ハーフミラー３５で反射されて眼球９９９に到達する画像光が減少し、ユーザには虚像の輝度が低下しているように見えるので、提示された虚像がユーザの歩行の妨げとなることがより防止される。また、ハーフミラー３５の光透過率が向上するので、ユーザはハーフミラー３５を通して前方を視認しやすくなる。Ｓ１８の処理が終了すると、Ｓ１９の判断処理に進む。
【００４７】
Ｓ１９「歩行中」の判断処理において、歩行状態判断プログラム５３ａは、バス６９に入力された加速度情報に基づき、ユーザが歩行状態にあるか否かを判断する。或いは、歩行状態判断プログラム５３ａは、バス６９に入力された操作情報に基づき、ユーザが歩行状態にあるか否かを判断する。歩行状態判断プログラム５３ａが、ユーザが歩行状態にあると判断した場合には（Ｓ１９の判断処理がＹＥＳ）、Ｓ１２の判断処理に戻る。一方で、歩行状態判断プログラム５３ａが、ユーザが歩行状態にないと判断した場合には（Ｓ１９の判断処理がＮＯ）、Ｓ２０の処理に進む。
【００４８】
Ｓ２０「復帰」の処理において、虚像変更プログラム５３ｂは、虚像提示距離記憶領域５３ｄに記憶されている非歩行時虚像提示距離を参照し、第１モータドライバ５９に制御信号を出力し、虚像が前記歩行時虚像提示距離に提示されるように、第１モータ６１を駆動させ、レンズ３４と空間光変調素子３３の離間距離を元に復帰させる。
また、虚像変更プログラム５３ｂは、第２モータドライバ５９に制御信号を出力して第２モータ６２を駆動させ、画像表示部３０を元の位置に復帰させる。
更に、画像光輝度変更プログラム５３ｃは、バックライトドライバ５７やハーフミラードライバ６３に制御信号を出力して、バックライト３３ｂの輝度及びハーフミラー３５の反射率を元に復帰させる。
このS２０の処理において、ユーザが歩行を止めた場合に、ユーザが特別な操作をすること無く、再び虚像を明確に視認することができる。
Ｓ２０の処理が終了すると、Ｓ１２の判断処理に戻る。
なお、Ｓ１５〜Ｓ１８の処理の順序は、任意であっても差し支え無い。
【００４９】
（総括）
空間光変調素子３３として、液晶ディスプレイを用いた実施形態について本発明を説明したが、空間光変調素子３３として、有機ＥＬディスプレイや、デジタルミラーデバイス (Digital Mirror Device)を用いたディスプレイ、レーザ光を直接作業者の眼球に走査することにより、作業者に画像を視認させる網膜走査型ディスプレイであっても差し支え無い。空間光変調素子３３が、前記したディスプレイであっても、図４に示されるＳ１７の処理において、画像光輝度変更プログラム５３ｃは、前記したディスプレイが生成する画像光の輝度を低下させる処理を行う。
【００５０】
以上説明した実施形態では、図４に示されるＳ１６の処理において、空間光変調素子３３側を移動させて、レンズ３４と空間光変調素子３３の離間距離を変更させているが、レンズ３４側を移動させて、レンズ３４と空間光変調素子３３の離間距離を変更させる実施形態であっても差し支え無い。或いは、レンズ３４が複数のレンズで構成されている場合には、レンズ間距離を変更させて、虚像提示距離を変更させる構成であっても差し支え無い。
以上説明した実施形態では、図４のＳ１５の処理において、筐体３１を頭部装着部１０の幅方向に移動させているが、ハーフミラー３６支持部材を、筐体３１に対して移動可能に取り付けた構成とし、ハーフミラー支持部材３６を頭部装着部１０の幅方向に移動させて、ハーフミラー３５で反射される画像光の光軸を眼球９９９からずらす構成であっても差し支え無い。或いは、ハーフミラー支持部材３６の筐体３１に対する角度を変更させて、ハーフミラー３５で反射される画像光の光軸を眼球９９９からずらす構成であっても差し支え無い。
【００５１】
なお、以上説明した実施形態では、Ｓ１５の処理において、虚像変更プログラム５３ｂは、虚像提示距離記憶領域５３ｄに記憶されている歩行時虚像提示距離を参照し、虚像が前記歩行時虚像提示距離に提示されるように、第１モータ６１を駆動させている。この実施形態の代わりに、虚像変更プログラム５３ｂは、検出された非歩行時虚像提示距離を、虚像提示距離テーブルに参照させて、第１モータ６１を駆動させる実施形態であっても差し支え無い。なお、虚像提示距離テーブルは、非歩行時虚像提示距離と歩行時虚像提示距離の関係が記憶されたテーブルである。例えば、非歩行時虚像提示距離が近距離ならば、虚像提示距離が遠距離に変更される。一方で、非歩行時虚像提示距離が遠距離であるならば、虚像提示距離が変更されない。或いは、虚像提示距離が少しだけ遠距離に変更される。
【００５２】
なお、非歩行時の虚像提示距離を無限遠に設定されている場合には、Ｓ１５の処理において、虚像変更プログラム５３ｂは、虚像提示距離記憶領域５３ｄに記憶されている歩行時虚像提示距離を参照し、第１モータドライバ５９に制御信号を出力し、虚像が前記歩行時虚像提示距離に提示されるように、第１モータ６１を駆動させる。つまり、虚像提示距離が、近くなり、有限距離に設定される。
【００５３】
なお、ユーザの歩行速度に応じて、虚像提示距離が遠くなる実施形態であっても差し支え無い。この実施形態では、Ｓ１４の判断処理において、歩行状態判断プログラム５３は、バス６９に入力された加速度情報に基づき、ユーザの歩行速度を算出する。具体的には、歩行状態判断プログラム５３は、加速度情報の変動周期に基づき、ユーザの歩行速度を算出する。例えば、ユーザが、ゆっくり歩いている場合には、加速度情報の変動周期が長くなる。一方で、ユーザが早く歩いている場合又は走っている場合には、加速度情報の変動周期が短くなる。歩行状態判断プログラム５３は、ユーザの歩幅がほぼ一定と仮定し、歩幅を加速度情報の変動周期で除して、ユーザの歩行速度を算出する。
次に、Ｓ１５の判断処理において、虚像変更プログラム５３ｂは、第１モータドライバ５９に制御信号を出力し、前記算出された歩行速度に応じて、提示距離が遠くなるように、第１モータ６１を駆動させる。
この実施形態では、例えば、ユーザが4 km/hで歩行している時に２０ｍ先に提示された虚像が、ユーザが８km/hで歩行すると、４０ｍ先に提示される。
【００５４】
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うヘッドマウントディスプレイ及び虚像提示方法もまた技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 頭部装着部
２０ 取付部材
３０ 画像表示部
３１ 筐体
３２ 鏡筒
３３ 空間光変調素子
３３ａ ＬＣＤ
３３ｂ バックライト
３４ 接眼光学系
３５ ハーフミラー
３６ ハーフミラー支持部材
３７ 支持部材
４０ ヒンジ部材
４１ ネジ軸部材
４２ 第１ギア
４３ 第２ギア
４４ ピニオンギア
６１ 第１モータ
６２ 第２モータ
１００ ヘッドマウントディスプレイ本体
１５０ ハーネス
２００ 駆動ユニット
９９９ ユーザの眼球
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの頭部に装着され、ユーザが所定の虚像提示距離に提示された虚像を視認しつつ外界も視認することができるシースルー型のヘッドマウントディスプレイであって、
画像光を生成する空間光変調素子と、
前記画像光を集光しつつユーザの眼球に導き、ユーザに虚像を視認させる接眼光学系と、
前記空間変調素子と前記接眼光学系との離間距離又は、前記接眼光学系構成要素の離間距離を変更する移動手段と
ユーザの歩行状態を検知する歩行状態検知手段と、
前記歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知した場合には、前記移動手段を作動させることにより、虚像提示距離をより遠距離に変更させる虚像変更手段を有することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
【請求項２】
虚像提示距離記憶手段を更に有し、
前記虚像提示距離記憶手段には、非歩行時の虚像提示距離が記憶され、
前記歩行状態検知手段が、ユーザの歩行状態を検知しなくなった場合には、前記虚像変更手段は、虚像提示距離を、前記虚像提示距離記憶手段に記憶されている非歩行時の虚像提示距離にすることを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項３】
前記歩行状態検知手段が、ユーザの歩行状態を検知した場合には、前記虚像変更手段は、前記虚像提示距離を無限遠よりも近い距離とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項４】
虚像提示距離記憶手段を更に有し、
前記虚像提示距離記憶手段には、ユーザにより設定される歩行時の虚像提示距離が記憶され、
前記虚像変更手段は、虚像提示距離を、前記虚像提示距離記憶手段に記憶されている前記歩行時の虚像提示距離にすることを特徴とする請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項５】
前記歩行状態検知手段は、ユーザの歩行速度を算出し、
前記虚像変更手段は、前記算出された歩行速度に応じた虚像提示距離に変更することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項６】
非歩行時の虚像提示距離が無限遠にある場合において、前記歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知した場合には、前記虚像変更手段は、虚像提示距離を有限距離に変更することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項７】
前記接眼光学系は、
前記空間変調素子が生成した画像光を集光する単数又は複数のレンズと、
前記レンズの光軸と傾斜して配設され、前記レンズが集光した画像光を反射させてユーザの眼球に導かせるハーフミラーとから構成され、
前記移動手段は、前記空間変調素子と前記レンズとの離間距離を変更することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項８】
前記移動手段は、前記空間変調素子を移動させることを特徴とする請求項７に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項９】
前記画像光がハーフミラーで反射後にユーザの眼球に導かれる画像光光軸を移動させる画像光光軸移動手段を有し、
前記歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知した場合には、前記虚像変更手段は、前記画像光光軸移動手段を作動させて、ハーフミラーで反射される画像光をユーザの眼球からずらすことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１０】
前記空間光変調素子が生成する画像光の輝度を変更させ、又は、前記ハーフミラーの反射率を変更させることにより、ユーザの眼球に導かれる画像光の輝度を変更させる画像光輝度変更手段を有し、
前記歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知した場合には、前記画像光輝度変更手段は、ユーザの眼球に導かれる画像光の輝度を低下させることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１１】
ユーザの頭部に装着され、ユーザが虚像を視認しつつ外界も視認することができるシースルー型のヘッドマウントディスプレイの虚像提示方法であって、
前記ヘッドマウントディスプレイは、
画像光を生成する空間光変調素子と、
前記空間変調素子が生成した画像光を集光しつつユーザの眼球に導き、ユーザに虚像を視認させる接眼光学系と、
前記空間変調素子と前記接眼光学系との離間距離又は、前記接眼光学系構成要素の離間距離を変更する移動手段と、
ユーザの歩行状態を検知する歩行状態検知手段を有し、
前記歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知する歩行状態検知工程を有し、
前記歩行状態検知工程において、ユーザの歩行状態が検知された場合には、
前記移動手段が前記空間変調素子と前記接眼光学系との離間距離を変更させて、虚像提示距離をより遠距離に変更させる虚像提示距離変更工程を有することを特徴とする虚像提示方法。
【請求項１】
ユーザの頭部に装着され、ユーザが所定の虚像提示距離に提示された虚像を視認しつつ外界も視認することができるシースルー型のヘッドマウントディスプレイであって、
画像光を生成する空間光変調素子と、
前記画像光を集光しつつユーザの眼球に導き、ユーザに虚像を視認させる接眼光学系と、
前記空間変調素子と前記接眼光学系との離間距離又は、前記接眼光学系構成要素の離間距離を変更する移動手段と
ユーザの歩行状態を検知する歩行状態検知手段と、
前記歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知した場合には、前記移動手段を作動させることにより、虚像提示距離をより遠距離に変更させる虚像変更手段を有することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
【請求項２】
虚像提示距離記憶手段を更に有し、
前記虚像提示距離記憶手段には、非歩行時の虚像提示距離が記憶され、
前記歩行状態検知手段が、ユーザの歩行状態を検知しなくなった場合には、前記虚像変更手段は、虚像提示距離を、前記虚像提示距離記憶手段に記憶されている非歩行時の虚像提示距離にすることを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項３】
前記歩行状態検知手段が、ユーザの歩行状態を検知した場合には、前記虚像変更手段は、前記虚像提示距離を無限遠よりも近い距離とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項４】
虚像提示距離記憶手段を更に有し、
前記虚像提示距離記憶手段には、ユーザにより設定される歩行時の虚像提示距離が記憶され、
前記虚像変更手段は、虚像提示距離を、前記虚像提示距離記憶手段に記憶されている前記歩行時の虚像提示距離にすることを特徴とする請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項５】
前記歩行状態検知手段は、ユーザの歩行速度を算出し、
前記虚像変更手段は、前記算出された歩行速度に応じた虚像提示距離に変更することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項６】
非歩行時の虚像提示距離が無限遠にある場合において、前記歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知した場合には、前記虚像変更手段は、虚像提示距離を有限距離に変更することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項７】
前記接眼光学系は、
前記空間変調素子が生成した画像光を集光する単数又は複数のレンズと、
前記レンズの光軸と傾斜して配設され、前記レンズが集光した画像光を反射させてユーザの眼球に導かせるハーフミラーとから構成され、
前記移動手段は、前記空間変調素子と前記レンズとの離間距離を変更することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項８】
前記移動手段は、前記空間変調素子を移動させることを特徴とする請求項７に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項９】
前記画像光がハーフミラーで反射後にユーザの眼球に導かれる画像光光軸を移動させる画像光光軸移動手段を有し、
前記歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知した場合には、前記虚像変更手段は、前記画像光光軸移動手段を作動させて、ハーフミラーで反射される画像光をユーザの眼球からずらすことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１０】
前記空間光変調素子が生成する画像光の輝度を変更させ、又は、前記ハーフミラーの反射率を変更させることにより、ユーザの眼球に導かれる画像光の輝度を変更させる画像光輝度変更手段を有し、
前記歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知した場合には、前記画像光輝度変更手段は、ユーザの眼球に導かれる画像光の輝度を低下させることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１１】
ユーザの頭部に装着され、ユーザが虚像を視認しつつ外界も視認することができるシースルー型のヘッドマウントディスプレイの虚像提示方法であって、
前記ヘッドマウントディスプレイは、
画像光を生成する空間光変調素子と、
前記空間変調素子が生成した画像光を集光しつつユーザの眼球に導き、ユーザに虚像を視認させる接眼光学系と、
前記空間変調素子と前記接眼光学系との離間距離又は、前記接眼光学系構成要素の離間距離を変更する移動手段と、
ユーザの歩行状態を検知する歩行状態検知手段を有し、
前記歩行状態検知手段がユーザの歩行状態を検知する歩行状態検知工程を有し、
前記歩行状態検知工程において、ユーザの歩行状態が検知された場合には、
前記移動手段が前記空間変調素子と前記接眼光学系との離間距離を変更させて、虚像提示距離をより遠距離に変更させる虚像提示距離変更工程を有することを特徴とする虚像提示方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１９４５０１（Ｐ２０１２−１９４５０１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６００９３（Ｐ２０１１−６００９３）
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]