JPH10254381A - 追従型虚像視ディスプレイシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 利用者の視線の移動や頭部の回転移動に追従
して、収差の少ない明瞭な虚像の形成が可能であり、ま
た視線が上下方向へ傾斜するときに利用者の見やすい位
置に虚像を表示できる追従型虚像視ディスプレイシステ
ムを提供する。 【解決手段】 本追従型虚像視ディスプレイシステムＤ
は、物体の少なくとも虚像を形成する虚像光学系を有す
る映像表示部１０と、映像表示部１０を虚像光学系とと
もに移動させる移動機構１１、１２を備え、移動機構１
１、１２は虚像光学系の光軸ｘが視線ｅに重なる位置ま
で映像表示部１０を移動させることで、虚像を利用者の
視線上に載せた状態を常に実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、虚像視ディスプレ
イシステムに関し、とりわけ利用者の視線や頭部の回転
に追従して物体の虚像を形成できる追従型虚像視ディス
プレイシステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の映像の虚像を形成可能な虚像視デ
ィスプレイシステムとしては、例えば、ＨＭＤ（Ｈｅａ
ｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ）といった頭部搭
載型表示装置が実現されている。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、”レンズの化学入門（上）”、小倉敏捷布、朝日ソ
ノラマ社や、”光学”、村田和美、サイエンス社等に、
その詳細が記載されている。

【０００３】ＨＭＤは、図１８に示すように、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。同図に示されるように、利用者はＨＭＤ１００を頭
に装着し、ディスプレイパネル１０２に表示された映像
をレンズ１０１を介して見ることで、その虚像を観賞す
ることができる。ここで、レンズ１０１の光軸ｘ’と利
用者の視線ｅ’が重なるように構成されている。

【０００４】この他、例えば、携帯型ビデオカメラ等に
用いられるビューファインダが知られている。これは通
常、図１９に示すように、利用者の左右どちらか単眼
で、ビューファインダ１０５に取付けられている接眼レ
ンズ１０６から、内部のディスプレイパネル１０７に提
示される映像を観賞するようになっている。ビューファ
インダ１０５は、ビデオカメラ本体１０８に取付けられ
ており、操作ボタン１０９によって、ディスプレイパネ
ル１０７に提示される映像を操作するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ようなＨＭＤにおいては、頭部に装着することを前提と
してレンズなど光学系が設計されているため、レンズの
光軸と利用者の視線が重ならず、ずれることがあると、
虚像が収差の大きいものとして観賞されてしまうという
問題点があった。

【０００６】また、同様に、上述したビューファインダ
においては、虚像を小さいレンズで拡大して観賞するの
で、接眼部に眼球を接して、かつ視線を所定方向に確実
に向けないと明瞭な虚像を見ることができないといった
問題点があった。

【０００７】また、これら従来の構成においては、形成
される虚像の位置が一定であるので、利用者が、視力の
違いに関わらず無理に映像を見ようとして、ドライアイ
（眼の乾き）や眼精疲労の原因となるといった欠点があ
った。さらに、機器を長時間使用する場合に、頭部を長
時間固定させることで、利用者に疲労を感じさせるとい
った問題点があった。

【０００８】本発明は、前記のような従来技術における
問題点を解決するためなされたもので、利用者の視線の
移動や頭部の回転移動に追従して、収差の少ない明瞭な
虚像の形成が可能であり、また視線が上下方向へ傾斜す
るときに利用者の見やすい位置に虚像を表示できる追従
型虚像視ディスプレイシステムを提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を実現するため
本発明に係る追従型虚像視ディスプレイシステムは、虚
像光学系を有する映像表示部を備え、前記虚像を利用者
の視線上に載せて利用可能にする構成であって、前記映
像表示部を虚像光学系とともに移動させる移動機構を備
え、前記移動機構は前記虚像光学系の光軸が前記視線の
光軸に重なる位置まで前記映像表示部を移動させる構成
としたことを特徴とする。前記の構成によれば、利用者
の指示通りに映像表示部が自由に動くようになされてお
り、よって移動機構によって映像表示部を移動させ、こ
れによって虚像光学系の光軸を視線の光軸に重ねること
ができる。これにより映像表示部が常に利用者の視線上
に載った正しい位置関係に置かれた状態が実現され、よ
って収差の少ない虚像が観賞できるようになる。

【００１０】また、本発明に係る追従型虚像視ディスプ
レイシステムにつき、利用者が視線を上下方向に移動さ
せた際に、映像表示部が上下方向に移動可能に構成され
る場合は、利用者の眼球を中心として、映像表示部が上
下に回動するようになされる。したがって、利用者が所
望の任意の上下方向に視線を移す時に、映像表示部を上
下方向に移動することができるから、映像表示部が常に
利用者の視線上に載った正しい位置関係に置かれた状態
が実現され、よって所望の視線方向で収差の少ない虚像
が観賞できるようになる。

【００１１】さらに、本発明に係る追従型虚像視ディス
プレイシステムにつき、利用者が頭部を左右に回転移動
させた際に、映像表示部が左右方向に移動可能に構成さ
れる場合は、利用者が所望の任意の左右方向に頭部を回
転させる時に、映像表示部を左右方向に移動することが
できる。この結果、映像表示部が常に利用者の視線上に
載った正しい位置関係に置かれた状態が実現され、よっ
て所望の視線方向で収差の少ない虚像が観賞できるよう
になる。

【００１２】とりわけ、本発明に係る追従型虚像視ディ
スプレイシステムにつき、利用者が視線を上下方向に移
動させた際には映像表示部が上下方向に移動可能に構成
され、かつ利用者が頭部を左右に回転移動させた際には
映像表示部が左右方向に移動可能に構成される場合は、
利用者が所望の任意の上下方向に視線を移す時に、映像
表示部を上下方向に移動することができる。しかも、利
用者が所望の任意の左右方向に頭部を回転させる時に、
映像表示部を左右方向に移動することができるから、映
像表示部が常に利用者の視線上に載った正しい位置関係
に置かれた状態が実現され、よって所望の視線方向で収
差の少ない虚像が観賞できるようになる。

【００１３】また、本発明に係る追従型虚像視ディスプ
レイシステムが、利用者の視線を自動検出する視線検出
器を備え、前記視線検出器の検出出力に基づいて、前記
移動機構が前記映像表示部を、前記虚像光学系の光軸が
前記視線に重なる位置まで上下方向に自動的に移動させ
る構成とされる場合は、利用者が所望の任意の上下方向
に視線を移す時に、この視線の上下方向移動に自動的に
追従して映像表示部が上下方向に移動する。したがっ
て、映像表示部が常に利用者の視線上に載った正しい位
置関係に置かれた状態が自動的に実現され、よって所望
の視線方向で収差の少ない虚像が観賞できるようにな
る。

【００１４】また、本発明に係る追従型虚像視ディスプ
レイシステムが、利用者の頭部を左右へ回転させる際に
生じる変化量を自動検出する頭部回転検出器を備え、前
記頭部回転検出器の検出出力に基づいて、前記移動機構
が前記映像表示部を、前記虚像光学系の光軸が前記視線
に重なる位置まで左右方向に自動的に移動させる構成と
される場合は、利用者が所望の任意の左右方向に頭部を
回転する時に、この頭部を回転に自動的に追従して映像
表示部が左右方向に移動する。したがって、映像表示部
が常に利用者の視線上に載った正しい位置関係に置かれ
た状態が自動的に実現され、よって所望の視線方向で収
差の少ない虚像が観賞できるようになる。

【００１５】また、本発明に係る追従型虚像視ディスプ
レイシステムが、利用者の視線を自動検出する視線検出
器と、利用者の頭部を左右へ回転させる際に生じる変化
量を自動検出する頭部回転検出器とを備え、前記視線検
出器および前記頭部回転検出器の検出出力に基づいて、
前記移動機構が前記映像表示部を、前記虚像光学系の光
軸が前記視線に重なる位置まで上下および／または左右
方向に自動的に移動させる構成とされる場合は、利用者
が所望の任意の上下方向に視線を移動させ、また任意の
左右方向に頭部を回転する時に、この視線移動および／
または頭部回転に自動的に追従して映像表示部が上下お
よび／または左右方向に移動する。したがって、映像表
示部が常に利用者の視線上に載った正しい位置関係に置
かれた状態が自動的に実現され、よって所望の視線方向
で収差の少ない虚像が観賞できるようになる。

【００１６】また、本発明に係る追従型虚像視ディスプ
レイシステムの映像表示部が、虚像の形成される位置を
移動可能な構成とされた場合は、利用者の視線移動又は
／および頭部回転動作にともない、手動あるいは自動で
虚像の形成される距離を変えるようにできる。よって利
用者の所望する見やすい位置に、しかも収差の少ない虚
像が表示される。

【００１７】また、本発明に係る追従型虚像視ディスプ
レイシステムの映像表示部が、虚像の形成される位置を
移動可能な構成とされ、かつ利用者の視線が下向き時
に、虚像を利用者に近い側の位置に形成させる構成とさ
れた場合は、利用者の視線方向が下向きになるにつれ、
虚像が近く見えるようになされる。よって利用者の所望
する見やすい位置に、しかも収差の少ない虚像が表示さ
れる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を説
明する。なお、以下の実施形態は本発明の好適な一例で
あり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、
この発明の範囲は、以下の説明において特にこの発明を
限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られる
ものではない。

【００１９】図１は、本発明に係る追従型虚像視ディス
プレイシステムの一実施形態における全体斜視図であ
る。図２は、図１に示された映像表示部支持機構の細部
を説明する分解斜視図である。図３は、図１に示された
映像表示部支持機構の他の細部を説明する分解斜視図で
ある。図４は、図１に示された追従型虚像視ディスプレ
イシステムの動作の説明のための平面図である。図５
は、図１に示された追従型虚像視ディスプレイシステム
の制御部分のブロック図である。

【００２０】図１で、本発明に係る追従型虚像視ディス
プレイシステムＤは、虚像を形成させる映像表示部１０
と、先端に映像表示部１０を保持して上下方向に回動さ
せる映像表示部支持機構１１と、映像表示部支持機構１
１に保持されて左右方向に円弧状に展開され、かつ映像
表示部１０を移動自在に嵌挿して左右方向に架送させる
ガイドレール１２と、装置制御部１５と、利用者が座る
椅子１８を備えて構成されている。なお前記で、映像表
示部支持機構１１とガイドレール１２とが移動機構を構
成している。

【００２１】映像表示部１０は液晶ディスプレイとレン
ズ系による虚像光学系を備えており、この虚像光学系の
光軸ｘが、椅子１８に座った利用者の視線の光軸（以
下、視線と略記）ｅに重なる位置に置かれる。なお映像
表示部１０の構成と動作は後に詳述する。

【００２２】映像表示部支持機構１１の後端は、椅子１
８に取り付けられる。映像表示部支持機構１１は、図１
および図２に示されるように、アーム２４、２５、１
４、２６と、ステッピングモータ１３ａ、１３ｂ、１３
ｃから構成される。アーム２４の一端は椅子１８に取り
付けられ、他端はアーム２５の一端と回転可能に嵌合さ
れ、この回転力はステッピングモータ１３ａによって与
えられる。

【００２３】さらにアーム２５の他端はアーム１４の一
端と回転可能に嵌合され、この回転力はステッピングモ
ータ１３ｂによって与えられる。ついでアーム１４の他
端はアーム２６の一端と回転可能に嵌合され、この回転
力はステッピングモータ１３ｃによって与えられ、また
アーム２６の他端にはガイドレール１２が取り付けられ
ている。

【００２４】アーム間の接合をさらに説明すると、アー
ム１４の他端には軸１４ａが一体に設けられ、この軸１
４ａはアーム２６の一端に一体に設けられている軸受２
６ｂに摺動自在に嵌合されている。さらにステッピング
モータ１３ｃの本体部はアーム２６の軸受２６ｂに取り
付けられ、ステッピングモータ１３ｃの回動軸２３ｃは
アーム１４の他端の軸１４ａの中心に穿たれた回動軸受
孔１４ａａに嵌合している。ステッピングモータ１３ｂ
についても同様に、その本体部はアーム１４の軸受１４
ｂに取り付けられ、ステッピングモータ１３ｂの回動軸
２３ｂはアーム２５の他端の軸２５ａの中心に穿たれた
回動軸受孔に嵌合している。ステッピングモータ１３ａ
についても同様である。

【００２５】ステッピングモータ１３ａ〜１３ｃは、装
置制御部１５から第２信号線１７を経て送られる制御信
号に基づき、それぞれ指示分の回動をする。装置制御部
１５はこの制御信号を、操作スイッチなどにより利用者
が入力する指示入力に基づき発生させる。これによっ
て、利用者が視線ｅを上下方向に移動させたとき、利用
者がその旨の指示を入力することによって映像表示部支
持機構１１を動作させ、映像表示部１０を上下方向に移
動させて、その光軸ｘが視線ｅに重なるよう調節するこ
とができる。

【００２６】前記の映像表示部１０の上下方向への移動
においては、利用者の眼球の位置を回動の中心として、
眼球から映像表示部１０までの距離を一定に保ちなが
ら、視線ｅの張る迎角あるいは伏角に等しくなるよう、
各ステッピングモータ１３ａ〜１３ｃの回動角度が調節
される。

【００２７】映像表示部１０はさらに、そのフレーム１
０Ａが図３のようにガイドレール１２に摺接して移動可
能に構成され、フレーム１０Ａには推進モータ１０Ｂが
固定され、推進モータ１０Ｂの軸に嵌設されたピニオン
ギヤがガイドレール１２側のラックギヤに噛合してい
る。よって推進モータ１０Ｂが、装置制御部１５から第
１信号線１６を経て送られる制御信号に基づき回転する
と、映像表示部１０はガイドレール１２上を自走する。

【００２８】ここで、ガイドレール１２は、平面上で利
用者の頭部中心を中心とする円弧を構成しており、よっ
て映像表示部１０は、眼球からの距離を一定に保ちなが
ら、左右に回転した視線ｅが張る回転角に等しくなるま
でガイドレール１２上を自走して移動する。したがっ
て、椅子１８に座っている利用者が頭部を左右方向に回
転させたとき、利用者が指示を入力することによって推
進モータ１０Ｂを動作させ、映像表示部１０を左右方向
に移動させて、その光軸ｘを回転で移動した視線ｅに重
ねるよう調節することができる。このような利用者Ｕが
頭部を左右方向に回転させる際の、ガイドレール１２上
を映像表示部１０が回動する状態が、図４の平面図に示
される。

【００２９】さらに、前記では映像表示部１０の上下方
向あるいは／および左右方向への移動の制御を、利用者
が装置制御部１５の入力ボタン等の入力手段によって手
動入力した値に基づき行う構成であるが、他の構成とし
て、視線ｅの上下方向への移動を自動的に検出する視線
検出器ｅｍｔを設け、この検出出力に基づいて映像表示
部１０の上下方向移動を自動制御するものが可能であ
る。

【００３０】このような視線検出器ｅｍｔは、例えば図
１のように映像表示部１０に搭載することができる。視
線検出センサとしては、ＣＣＤカメラで、利用者の眼球
位置を取り込んで、眼球の位置を検出する方式や、眼球
に赤外線を当てて、白眼と黒眼の反射率の違いを利用し
て、反射してくる光量を検出して、眼球の位置を検出す
る方式がある。同様に、頭部の左右回転を自動的に検出
する頭部回転検出器（図７参照）を設け、これによって
頭部の左右回転を自動検出する構成とすることもでき
る。このような頭部回転検出器としては、感圧センサを
はじめ、あるいはＣＣＤカメラによる画像処理回路を適
用することができる。

【００３１】図５は、制御システムのブロック図であ
り、前記手動入力モードと自動制御モードの両方が示さ
れている。手動入力モードでは、装置制御部１５は手動
入力パネル２８から入力される指示入力信号２８ａに基
づいて、モータ制御信号１５ａ、１５ｂをそれぞれ各ス
テッピングモータ１３ａ〜１３ｃと、推進モータ１０Ｂ
に送る。一方、自動制御モードでは、装置制御部１５は
視線検出器ｅｍｔから入力される視線検出器信号ｅ２あ
るいは／および頭部運動センサー２９から入力される頭
部運動検出信号２９ａに基づいて、モータ制御信号１５
ａ、１５ｂをそれぞれ各ステッピングモータ１３ａ〜１
３ｃと、推進モータ１０Ｂに送る。

【００３２】つぎに、図６は本発明に係る追従型虚像視
ディスプレイシステムの別の実施形態の全体斜視図であ
る。図７は、図６に示されたヘッドレスト部を説明する
斜視図である。この構成では、椅子３１にヘッドレスト
３２の下端が、回動用モータ３３によって左右に回転可
能に取り付けられ、ヘッドレスト３２の上端には映像表
示部支持機構３０の一端が取り付けられ、映像表示部支
持機構３０の他端に映像表示部１０が設けられている。

【００３３】映像表示部支持機構３０は、前記の実施形
態におけると同様のステッピングモータ１３ｍやアーム
１４ｍ等で構成され、前記の実施形態におけると同様に
映像表示部１０を上下方向に回動させる。ヘッドレスト
３２は、利用者の頭部中心を中心に回転可能になってお
り、利用者の頭部がヘッドレスト３２に接触する部分
に、図７に示すような感圧センサ３６が設けられる。

【００３４】利用者は、ヘッドレスト３２にもたれて映
像表示部１０が形成させる虚像を観賞するが、利用者が
自ら頭部を左右に回転させると、回転方向の圧力が増
し、反対方向の圧力が減じるので、この差をなくすよう
に、回動用モータ３３が駆動されてヘッドレスト３２を
回転させる。するとヘッドレスト３２に取付けられた映
像表示部１０は、ヘッドレスト３２の動きに応じて左右
方向に回動する。これによって、利用者は常に快適な位
置で虚像を観賞できる。

【００３５】図８は、本発明の一実施形態の光学系を示
す簡略図で、虚像の距離を変化させる光学系を示したも
のである。同図において、Ｏ１またはＯ２は、レンズ１
３Ｒまたは１３Ｌの主点をそれぞれ表しており、Ｆ１ま
たはＦ２は、レンズ１３Ｒまたは１３Ｌの焦点をそれぞ
れ表している。また、Ｏは、主点Ｏ１とＯ２との間の中
点を表している。表示パネル１４Ｒまたは１４Ｌは、そ
の中心点（例えば、表示パネル１４Ｒ、１４Ｌ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
等）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。

【００３６】これは、次のような理由による。例えば、
主点Ｏ２からＯ１の方向をｄ軸として、レンズ１３Ｌ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、表示パネル１４Ｌの中心点をＭ１とし、そのｓ
ｄ平面における座標を（ｓ１、ｄ１）とするとともに、
レンズ１３Ｌが形成する虚像との中心点を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。

【００３７】この場合、上述したように、表示パネル１
４Ｒまたは１４Ｌ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、表示パネル
１４Ｒおよび１４Ｌは、レンズ１３Ｒおよび１３Ｌ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。したがって、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。

【００３８】そこで、表示パネル１４Ｌ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。 ｄ＝Ｌ／２−Ｌ×ｓ１／（２×ｆ） ただし、Ｌは、主点Ｏ１とＯ２の距離を表し、ｆは、レ
ンズ１３Ｌの焦点距離を表す。一方、結像公式により、
次式が、成立する。 １／ｆ＝１／ｓ１−１／ｓ１’ 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。 ｓ１／ｓ１’＝ｄ１／ｄ１’

【００３９】上式から、 ｄ１’＝Ｌ／２ が得られる。これは、虚像Ｌの中心点Ｍ１’が直線Ｏ
Ｏ’上にあることを示している。レンズ１３Ｌが構成す
る光学系と、レンズ１３Ｒが構成する光学系とは、直線
ＯＯ’に対して、対称であり、したがって、虚像Ｒの中
心点も直線ＯＯ’上にある。

【００４０】以上のように、虚像ＲおよびＬは、同一平
面上にあり、かつ、それらの中心点が、いずれも、直線
ＯＯ’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。したがって、利用者は、両眼の輻輳調節を
一致させた状態で、すなわち、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。

【００４１】前記の映像表示部１０では、ディスプレイ
パネル１４Ｒまたは１４Ｌそれぞれの中心点が、直線Ｏ
Ｆ１またはＯＦ２上を、同一平面内に含まれるように同
期して移動するようになされており、これにより、虚像
ＲおよびＬが形成される位置が、利用者の近くから無限
遠まで移動される（利用者から虚像ＲおよびＬまでの距
離が変化される）。

【００４２】ディスプレイパネル１４Ｒおよび１４Ｌの
移動は、例えば、ステッピングモータ等で構成される虚
像距離制御用モータ４５（図９参照）により行われるよ
うになされている。また、ディスプレイパネル１４Ｒま
たは１４Ｌそれぞれは、焦点Ｆ１またはＦ２よりも、レ
ンズ１３Ｒ側または１３Ｌ側の範囲を移動するようにな
されている。これは、前述したように、物体の虚像を観
察するためには、その物体が、焦点距離よりレンズに近
い位置にある必要があるからである。

【００４３】尚、ディスプレイパネル１４Ｌおよび１４
Ｒを、レンズ１３Ｌおよび１３Ｒに近い位置または遠い
位置に移動することにより、虚像ＬおよびＲは、利用者
から近い位置または遠い位置にそれぞれ移動する。

【００４４】さらに、利用者から虚像ＲおよびＬまでの
距離は、理論的には、レンズ１３Ｌおよび１３Ｒと、デ
ィスプレイパネル１４Ｌおよび１４Ｒとの間の距離によ
って変化させることができるので、ディスプレイパネル
１４Ｌおよび１４Ｒではなく、レンズ１３Ｌおよび１３
Ｒを移動させることによって変化させることも可能であ
る。

【００４５】また、図８では、凸レンズであるレンズ１
３Ｌおよび１３Ｒを拡大光学系として用いたが、凸レン
ズの他、例えば後述するように、凹面鏡等を用いて構成
することも可能である。

【００４６】さらに、図８では、左眼に観察させる虚像
はレンズ１３Ｌおよびディスプレイパネル１４Ｌによっ
て、右眼に観察させる虚像はレンズ１３Ｒおよびディス
プレイパネル１４Ｒによって、それぞれ独立に形成され
る。したがって、この構成によれば、２次元の（平面的
な）虚像の他、立体的な虚像も提供することが可能であ
る。すなわち、例えば、両眼視差を利用した立体映像の
左眼用の映像または右眼用の映像を、ディスプレイパネ
ル１４Ｌまたは１４Ｒに表示することによって、利用者
には、立体的な虚像を提供することができる。

【００４７】次に、図９は、映像表示部１０の構成例を
示す斜視図である。レンズ１３Ｌおよび１３Ｒは、その
光軸（主点）どうしの距離が、例えば、人間の左眼と右
眼との平均的な距離となるような間隔で、底面パネル４
２に取付けられている。底面パネル４２は、左下のフレ
ームスペーサ１１Ｃと、右下のフレームスペーサ１１Ｄ
とに固定されている。

【００４８】また、これらのフレームスペーサ１１Ｃお
よび１１Ｄの他、左上のフレームスペーサ１１Ａおよび
右上フレームスペーサ１１Ｂを挟むように、正面パネル
４０および背面パネル４１が設けられており、この正面
パネル４０および背面パネル４１との間の上部中央に
は、虚像距離制御用モータ４５を固定しているモータ取
付け部４４が設けられ、正面パネル４０および背面パネ
ル４１に固定されている。虚像距離制御用モータ４５
は、回転することにより、ネジの切ってあるモータシャ
フト４６を上下方向に移動させるようになされている。

【００４９】尚、図９においては、正面パネル４０、背
面パネル４１、および底面パネル４２を透明にしてある
が、これは構成を図示するための便宜的なものであり、
これらは必ずしも透明な部材で構成する必要はない。

【００５０】正面パネル４０と背面パネル４２とに挟ま
れる空間には、ディスプレイパネル１４Ｌおよび１４Ｒ
が取付けられたパネルホルダ３９が設けられている。す
なわち、パネルホルダ３９は、パネル取付け部１９Ｌお
よび１９Ｒを有しており、このパネル取付け部１９Ｌま
たは１９Ｒに、ディスプレイパネル１４Ｌまたは１４Ｒ
が、その表示画面がレンズ１３Ｌまたは１３Ｒに対向す
るようにそれぞれ取付けられている。そして、パネル取
付け部１９Ｌまたは１９Ｒは、パネルホルダ３９のシャ
フト２０Ｌまたは２０Ｒに沿って、その左側または右側
の所定の範囲を、水平方向（図９では、レンズ１３Ｌお
よび１３Ｒの主平面と平行な方向）にそれぞれ移動する
ことができるようになされている。

【００５１】さらに、パネル取付け部１９Ｌまたは１９
Ｒの手前側には、ピン２３Ｌまたは２３Ｒがそれぞれ設
けられており、このピン２３Ｌまたは２３Ｒは、正面パ
ネル４０に設けられたフレーム溝２１Ｌまたは２１Ｒに
それぞれ通されている。ここで、フレーム溝２１Ｌまた
は２１Ｒは、図８で説明した直線ＯＦ２またはＯＦ１に
それぞれ沿って、左上がり（右下がり）の方向または右
上がり（左下がり）の方向に設けられている。

【００５２】背面パネル４１にも、正面パネル４０のフ
レーム溝２１Ｌまたは２１Ｒと同様にフレーム溝２２Ｌ
または２２Ｒがそれぞれ設けられている。そして、パネ
ル取付け部１９Ｌまたは１９Ｒの奥側には、ピン２３Ｌ
または２３Ｒとそれぞれ同様にピン（図示せず）が設け
られており、パネル取付け部１９Ｌまたは１９Ｒに設け
られたピンそれぞれは、背面パネル４１のフレーム溝２
２Ｌまたは２２Ｒに通されている。

【００５３】従って、パネルホルダ３９が全体として上
方向に移動すると、パネル取付け部１９Ｌまたは１９Ｒ
は、ピン２３Ｌまたは２３Ｒがフレーム溝２１Ｌ（２２
Ｌ）または２１Ｒ（２２Ｒ）にそれぞれ沿って移動する
ことにより、シャフト２０Ｌまたは２０Ｒに沿って、左
または右にそれぞれ移動する。また、パネルホルダ３９
が全体として下方向に移動すると、パネル取付け部１９
Ｌまたは１９Ｒは、ピン２３Ｌまたは２３Ｒがフレーム
溝２１Ｌ（２２Ｌ）または２１Ｒ（２２Ｒ）にそれぞれ
沿って移動することにより、シャフト２０Ｌまたは２０
Ｒに沿って、右または左にそれぞれ移動する。

【００５４】その結果、パネルホルダ３９の上下方向の
移動に連動して、ディスプレイパネル１４Ｌおよび１４
Ｒは、フレーム溝２１Ｌ（２２Ｌ）または２１Ｒ（２２
Ｒ）にそれぞれ沿って移動、すなわち、図８で説明した
ように直線ＯＦ２またはＯＦ１上それぞれを、同一平面
内に含まれるように移動する。

【００５５】パネルホルダ３９の中央には、中心板２７
が設けられており、この中心板２７には、モータシャフ
ト４６の一端が取付けられている。従って、パネルホル
ダ３９は、モータシャフト４６とともに上下する。すな
わち、虚像距離制御用モータ４５が回転することで、デ
ィスプレイパネル１４Ｌおよび１４Ｒは、直線ＯＦ２ま
たはＯＦ１上それぞれを、同一平面内に含まれるように
移動する。

【００５６】尚、図９の実施形態では、ハーフミラー４
３が、背面パネル４１に対して斜めになるように、背面
パネル４１と底面パネル４２との境界部分に固定されて
いる。このハーフミラー４３は、手前の面が反射面とな
っている。

【００５７】以上のように構成される映像表示部１０に
おいては、ディスプレイパネル１４Ｌまたは１４Ｒに映
像が表示され、レンズ１３Ｌまたは１３Ｒでそれぞれ拡
大される。レンズ１３Ｌまたは１３Ｒで得られた拡大映
像は、ハーフミラー４３で反射され、利用者の左眼また
は右眼にそれぞれ入射する。これにより、利用者の眼球
において、虚像が観察される。また、外部からの光は、
ハーフミラー４３の反射面と反対側の面を透過すること
により、利用者の左眼または右眼に入射し、これによ
り、利用者の眼球において、外部の景色が観察される。

【００５８】そして、虚像距離制御用モータ４５が回転
し、これにより、ディスプレイパネル１４Ｌおよび１４
Ｒが、直線ＯＦ２またはＯＦ１上それぞれを移動するこ
とによって、利用者が観察する虚像は、その利用者から
種々の距離に形成される。

【００５９】尚、図９においては、レンズ１３Ｌまたは
１３Ｒで得られた拡大映像をハーフミラー４３で反射し
て、利用者の眼球に入射させるようにしたが、ハーフミ
ラー４３を設けずに、レンズ１３Ｌおよび１３Ｒで得ら
れた拡大映像を、直接、利用者の眼球に入射させるよう
にすることも可能である。ただし、この場合、ディスプ
レイパネル１４Ｒおよび１４Ｌが、利用者の正面に位置
することになる。その遮られた視野の範囲に相当する外
部の状況（景色）を確認することは困難となる。

【００６０】図１０は、本発明の一実施形態において視
線が水平のときの動作の模式正面図であり、図１１は視
線が下方を向いたときの動作の模式正面図である。とこ
ろで、例えば従来の遠近両用眼鏡は、利用者の視線方向
により、上方（水平より上）は遠距離、下方（水平より
下）は近距離の物体に、それぞれ焦点が合うようになっ
ている。

【００６１】本発明は、こうした遠近両用眼鏡の利用形
態にのっとり、図１０に示されるように利用者の視線ｅ
の方向が水平状態を含めて上向きになるときは、映像表
示部１０を上向きにし、ディスプレイパネル１４Ｌとレ
ンズ１３Ｌ間の距離および、ディスプレイパネル１４Ｒ
とレンズ１３Ｒ間の距離は、いずれも長い状態にある。
この位置関係によって、虚像ｉｇは遠方（例えば、Ｌｉ
ｇ＝１５ｍの位置）に形成される。

【００６２】また一方、図１１に示されるように利用者
の視線ｅの方向が下向きになるときは、映像表示部１０
を下向きに回転させるが、このときディスプレイパネル
１４Ｒおよび１４Ｌは、左右連動しながら、前述の直線
ラインに従ってｖ方向（下方向）に動き、ディスプレイ
パネル１４Ｌとレンズ１３Ｌ間の距離および、ディスプ
レイパネル１４Ｒとレンズ１３Ｒ間の距離は、いずれも
短くなる。この位置関係によって、虚像ｉｇは利用者の
近傍（例えば、Ｌｉｇ＝０．５ｍの位置）に形成される
ようになる。

【００６３】前記の構成は、視線の下方向への傾斜によ
って虚像の距離を変化させるものであり、よって虚像を
利用者の見やすい位置に、しかも収差の少ない明瞭な状
態で表示することが可能になる。

【００６４】図１２は、この実施形態の動作のフローチ
ャートである。同図に示すように、視線検出器により視
線を検出すれば（ステップＳ１）、この出力を虚像距離
制御コンピュータに送って視線角度を同定し（ステップ
Ｓ２〜Ｓ４）、虚像距離を同定し（ステップＳ５〜Ｓ
７）、虚像距離に応じた信号を虚像距離モータに送るこ
とで、虚像の距離を変化させる。この動作は、装置制御
部１５（図１参照）によって実行される。

【００６５】図１３は、本発明の別の実施形態の構成を
示す簡略図であり、映像表示部１０Ｃには、前記レンズ
の代わりに凹面鏡１３Ｖが用いられる。凹面鏡とレンズ
を併用してもよい。

【００６６】図１４は、本発明のさらに別の実施形態の
構成を示す簡略図であり、外界の画像を重ね合わせる必
要がない用途に適用して好適なものである。映像表示部
１０Ｄはシースルーとする必要がないので、前記実施形
態のハーフミラーを除去した簡素かつ安価な構成となっ
ている。

【００６７】また図１５は、本発明の追従型虚像視ディ
スプレイシステムの別の映像表示部に係る機構を説明し
た斜視図であり、この映像表示部１０Ｇは、前記図９で
示された映像表示部１０の構成におけるモータ取り付け
部４４、虚像距離制御用モータ４５、モータシャフト４
６による駆動部を、距離シャフト４７、シャフト嵌挿板
４８、パネル保持バネ４９からなる駆動部で置き換えた
構成である。ここで距離シャフト４７は、図示されない
カム、プランジャ等で上下方向に駆動される。その他の
構成は前記図９の構成と同様であり、説明を省略する。

【００６８】図１６は、図１５に示された映像表示部１
０Ｇの、視線が水平のときの動作の模式正面図であり、
視線ｅが水平のときは距離シャフト４７が上方に位置
し、よってディスプレイパネル１４Ｌとレンズ１３Ｌ間
の距離（および、図示されないがディスプレイパネル１
４Ｒとレンズ１３Ｒ間の距離）は長い状態にある。この
位置関係によって、虚像ｉｇは遠方に形成される。

【００６９】図１７は、図１５に示された映像表示部１
０Ｇの、視線が下向きのときの動作の模式正面図であ
り、視線ｅが下向きのときは距離シャフト４７が下方に
降りて、ディスプレイパネル１４Ｌとレンズ１３Ｌ間の
距離（および、図示されないがディスプレイパネル１４
Ｒとレンズ１３Ｒ間の距離）が短くなる。この位置関係
によって、虚像ｉｇは近くに形成される。

【００７０】以上、詳説したように本発明は、利用者の
視線の移動あるいは／および頭部運動に追従して、提示
する虚像を変化させる虚像視ディスプレイシステムを実
現したものであり、これにより、常に収差の少ない位置
で、虚像を観賞できる。さらに、視線方向によって虚像
の距離を変化させる機構を組み込むことで、利用者の見
やすい位置に虚像を表示することができる。

【００７１】尚本発明は、前記の実施形態に限定される
のではなく、例えば、 １．ステッピングモータではなく、超音波モータ、ＤＣ
モータ、サーボモータなど（ロータリエンコーダ等位置
決め機構を含む）他のモータを用いる方法。 ２．液晶パネルではく、小型のＣＲＴなど他の表示素子
を用いる方法。 ３．利用者の両眼で見るのではなく、片眼式。 ４．補助の表示画面を設け、映像表示部と組み合わせて
用いる方法。 など、種々の変形が可能である。

【００７２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の請求項１
に係る追従型虚像視ディスプレイシステムは、具備する
映像表示部を移動させる移動機構を備え、この移動機構
は虚像光学系の光軸が利用者の視線の光軸に重なる位置
まで映像表示部を移動させる構成であるから、利用者の
指示に基づいて、映像表示部を自由に移動させることが
可能になる。この結果、映像表示部の光軸を視線の光軸
に重ねることができ、利用者に明確な虚像を提供するこ
とが可能となる。

【００７３】本発明の請求項２に係る追従型虚像視ディ
スプレイシステムは、請求項１に係る構成に加え、利用
者の眼球を中心として、映像表示部が上下に回動可能に
構成されるものである。したがって、利用者の指示入力
によって映像表示部を上下に回動させることで映像表示
部の光軸を視線の光軸に重ねることができ、よって常に
収差の少ない位置で、虚像を観賞することが可能にな
る。

【００７４】本発明の請求項３に係る追従型虚像視ディ
スプレイシステムは、請求項１に係る構成に加え、利用
者の頭部を中心として、映像表示部が左右方向に回動可
能に構成されるものである。したがって、利用者の指示
入力によって映像表示部を左右に回動させることで映像
表示部の光軸を視線の光軸に重ねることができ、よって
常に収差の少ない位置で、虚像を観賞することができ
る。

【００７５】本発明の請求項４に係る追従型虚像視ディ
スプレイシステムは、請求項１に係る構成に加え、利用
者の眼球を中心として、映像表示部が上下に回動可能で
あり、さらに利用者の頭部を中心として、映像表示部が
左右方向に回動可能に構成されるものである。したがっ
て、利用者の指示入力によって映像表示部を上下又は／
および左右に回動させることで映像表示部の光軸を視線
の光軸に重ねることができ、よって常に収差の少ない位
置で、虚像を観賞することができる。

【００７６】本発明の請求項５に係る追従型虚像視ディ
スプレイシステムは、請求項１に係る構成に加え、視線
検出器の出力により自動上下回動させる構成であるか
ら、利用者の眼球の位置が検出され、その検出結果に基
づき、眼球の運動に追従して、映像表示部の上下方向へ
の回動が自動的に制御される。従って、利用者が視線を
移動させても、常に収差の少ない位置に自動的に調整が
なされて、明瞭な虚像を提供することが可能となる。

【００７７】本発明の請求項６に係る追従型虚像視ディ
スプレイシステムは、請求項１に係る構成に加え、頭部
運動検出器の出力により自動水平回動させる構成である
から、利用者の頭部の位置が検出され、その検出結果に
基づき、頭部の運動に追従して、映像表示部の水平方向
への回動が自動的に制御される。従って、利用者が頭を
回転させても、常に収差の少ない位置に自動的に調整が
なされて、明瞭な虚像を提供することが可能となる。

【００７８】本発明の請求項７に係る追従型虚像視ディ
スプレイシステムは、請求項１に係る構成に加え、映像
表示部を視線検出器の出力により自動上下回動させ、か
つ頭部運動検出器の出力により自動水平回動させる構成
である。この結果、利用者の視線の移動に自動的に追従
でき、また頭部の回転移動に自動的に追従できる。よっ
て利用者が視線を動かし、また頭を回転させても、常に
収差の少ない位置に自動的に調整がなされて、明瞭な虚
像を観賞できる。

【００７９】本発明の請求項８に係る追従型虚像視ディ
スプレイシステムは、前記請求項１、２、３、４、５、
６または７に係る構成、即ち利用者の視線移動あるいは
／および頭部回転に対応した映像表示部の回動に加え
て、虚像の距離を輻輳と調節を一致させながら変化させ
る構成である。この結果、利用者の作業状態や視力など
に適した虚像を所望の位置に、しかも収差の少ない明瞭
な状態で提供することが可能となる。

【００８０】本発明の請求項９に係る追従型虚像視ディ
スプレイシステムは、前記請求項１、２、３、４、５、
６または７に係る構成、即ち利用者の視線移動あるいは
／および頭部回転に対応した映像表示部の回動に加え
て、視線の上下方向への傾斜によって、虚像の距離を変
化させる構成である。したがって、虚像を利用者の見や
すい位置に、しかも収差の少ない明瞭な状態で表示する
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る追従型虚像視ディスプレイシステ
ムの一実施形態における全体斜視図である。

【図２】図１に示された映像表示部支持機構の細部を説
明する分解斜視図である。

【図３】図１に示された映像表示部支持機構の他の細部
を説明する分解斜視図である。

【図４】図１に示された追従型虚像視ディスプレイシス
テムの動作の説明のための平面図である。

【図５】図１に示された追従型虚像視ディスプレイシス
テムの制御部分のブロック図である。

【図６】本発明に係る追従型虚像視ディスプレイシステ
ムの別の実施形態の全体斜視図である。

【図７】図６に示されたヘッドレスト部を説明する斜視
図である。

【図８】本発明の一実施形態の光学系を示す簡略図であ
る。

【図９】本発明に係る追従型虚像視ディスプレイシステ
ムの映像表示部の機構を説明した斜視図である。

【図１０】本発明の一実施形態において視線が水平のと
きの動作の模式正面図である。

【図１１】本発明の一実施形態において視線が下方を向
いたときの動作の模式正面図である。

【図１２】本発明の一実施形態の動作のフローチャート
である。

【図１３】本発明の別の実施形態の構成を示す簡略図で
ある。

【図１４】本発明のさらに別の実施形態の構成を示す簡
略図である。

【図１５】本発明の追従型虚像視ディスプレイシステム
の別の映像表示部に係る機構を説明した斜視図である。

【図１６】図１５に示された映像表示部の、視線が水平
のときの動作の模式正面図である。

【図１７】図１５に示された映像表示部の、視線が下方
を向いたときの動作の模式正面図である。

【図１８】従来のＨＭＤシステムの構成を示す簡略図で
ある。

【図１９】従来のビューファインダの要部の説明図であ
る。

【符号の説明】

Ｄ……本発明に係る追従型虚像視ディスプレイシステ
ム、１０……映像表示部、１１……映像表示部支持機
構、１２……ガイドレール、１３ａ〜１３ｃ……ステッ
ピングモータ、１４……アーム、１５……装置制御部、
１６……第１信号線、１７……第２信号線、１８……椅
子、２４……アーム、２５……アーム、ｅ……視線、ｅ
ｍｔ……視線検出器、ｘ……光軸

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 虚像光学系を有する映像表示部を備え、
   前記虚像を利用者の視線上に載せて利用可能にする構成
   の虚像視ディスプレイシステムであって、 前記映像表示部を虚像光学系とともに移動させる移動機
   構を備え、 前記移動機構は前記虚像光学系の光軸が前記視線の光軸
   に重なる位置まで前記映像表示部を移動させる構成とし
   たことを特徴とする追従型虚像視ディスプレイシステ
   ム。
2. 【請求項２】 利用者が前記視線を上下方向に移動させ
   た際に、前記映像表示部が上下方向に移動可能に構成さ
   れたことを特徴とする請求項１記載の追従型虚像視ディ
   スプレイシステム。
3. 【請求項３】 利用者が頭部を左右へ回転させた際に、
   前記映像表示部が左右方向に移動可能に構成されたこと
   を特徴とする請求項１記載の追従型虚像視ディスプレイ
   システム。
4. 【請求項４】 前記映像表示部は、利用者の視線の移動
   時に上下方向に移動し、かつ利用者が頭部を左右へ回転
   させた際に水平方向に移動可能に構成されたことを特徴
   とする請求項１記載の追従型虚像視ディスプレイシステ
   ム。
5. 【請求項５】 前記利用者の視線を自動検出する視線検
   出器を備え、 前記移動機構は前記視線検出器の検出出力に基づいて、
   前記虚像光学系の光軸が前記視線に重なる位置まで、前
   記映像表示部を自動で上下方向に移動させる構成とした
   ことを特徴とする請求項２記載の追従型虚像視ディスプ
   レイシステム。
6. 【請求項６】 前記利用者が頭部を左右へ回転させる際
   に生じる変化量を自動検出する頭部回転検出器を備え、 前記移動機構は前記頭部回転検出器の検出出力に基づい
   て、前記虚像光学系の光軸が前記視線に重なる位置ま
   で、前記映像表示部を自動で左右方向に移動させる構成
   としたことを特徴とする請求項３記載の追従型虚像視デ
   ィスプレイシステム。
7. 【請求項７】 前記利用者の視線を自動検出する視線検
   出器と、前記利用者が頭部を左右へ回転させる際に生じ
   る変化量を自動検出する頭部回転検出器を備え、 前記移動機構は前記映像表示部を、前記視線検出器の検
   出出力に基づいて前記虚像光学系の光軸が前記視線に重
   なる位置まで上下方向に自動的に移動させ、かつ前記頭
   部回転検出器の検出出力に基づいて前記虚像光学系の光
   軸が前記視線に重なる位置まで左右方向に自動的に移動
   させる構成としたことを特徴とする請求項４記載の追従
   型虚像視ディスプレイシステム。
8. 【請求項８】 前記映像表示部は前記虚像が形成される
   位置を移動可能に構成されたことを特徴とする請求項
   １、２、３、４、５、６または７に記載の追従型虚像視
   ディスプレイシステム。
9. 【請求項９】 前記映像表示部は前記虚像が形成される
   位置を移動可能に構成され、かつ利用者の前記視線が下
   向き時に、前記虚像を前記利用者に近い側の位置に形成
   させる構成としたことを特徴とする請求項１、２、３、
   ４、５、６または７に記載の追従型虚像視ディスプレイ
   システム。