JPH0927970A

JPH0927970A - 映像表示装置

Info

Publication number: JPH0927970A
Application number: JP7177040A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ishibashi; 賢司石橋; Yasumasa Sugihara; 康正杉原; Yasushi Tanijiri; 靖谷尻
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1995-07-13
Filing date: 1995-07-13
Publication date: 1997-01-28
Anticipated expiration: 2015-07-13
Also published as: JP3701053B2

Abstract

(57)【要約】【目的】観察する映像の大きさを映像観察者の頭部の
前後位置に応じて設定し得る映像表示装置を提供する。【構成】立体カメラ１に撮影用ズームレンズ１２L、
１２Rを備え、ＨＭＤ２に加速度センサー２４を備え
る。加速度センサー２４で検出した前後方向の加速度を
積分回路４１で２回積分して、ＨＭＤ２を装着した観察
者の頭部の位置を検知し、ズーム演算回路４２によって
ズームレンズ１２L、１２Rの焦点距離を頭部の前後位置
に応じて設定する。ＨＭＤ２のＬＣＤ２２L、２２Rに表
示される映像の大きさはズームレンズ１２L、１２Rの焦
点距離に応じて変化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、映像を表示する表示装
置に関するものであり、より詳しくは、観察する映像の
大きさを観察者の頭部の前後位置に応じて変化させる映
像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、観察者の向きに応じて表示映像を
変化させることにより、観察者があたかも表示されてい
る映像の中にいるかのような臨場感を与える表示装置が
普及しつつある。例えば、特開平３−５６９２３号に
は、立体カメラによって撮影する映像を頭部搭載型ディ
スプレイ（以下、ＨＭＤという）により表示する立体視
装置において、立体カメラの撮影方向をＨＭＤの方向に
対応するように制御して、観察者の頭部の方向に応じた
映像を表示すことが提案されている。このような立体視
装置では、観察者は、単に頭部の向きを変えるだけで所
望の方向の映像を観察することができる。

【０００３】また、ズームレンズを備えたカメラで、手
動操作によってレンズの焦点距離を調節して、所望の範
囲の映像を撮影することが、従来より広く行われてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の立体視装置にお
いては、撮影方向が変化してＨＭＤに表示される映像範
囲が変化するが、表示映像を使用者の所望の大きさに設
定することはできない。

【０００５】この立体視装置にズームレンズを有するカ
メラを備えて、撮影範囲を可変にすることは可能である
が、その場合、手動操作によってズームレンズの焦点距
離を調節することになって、ＨＭＤ装着者はカメラの近
傍にいる必要が生じ、ＨＭＤが有する携行性や操作性の
特長が著しく損なわれてしまう。

【０００６】本発明は、観察する映像の大きさを映像観
察者の頭部の前後位置に応じて設定し得る映像表示装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、映像表示装置に、映像を表示する表示
素子と、表示素子に表示される映像を観察する観察者の
頭部の前後方向の位置を検出する頭部位置検出手段と、
観察者が観察する映像の大きさを頭部位置検出手段によ
って検出された位置に応じて変化させる制御手段とを備
える。

【０００８】具体的には、ズームレンズから成る撮影レ
ンズを有するカメラを備えて、このカメラによって撮影
された映像を表示素子に表示するとともに、制御手段
が、頭部位置検出手段によって検出された位置に応じて
撮影レンズの焦点距離を変化させることで、表示素子に
表示される映像の大きさを変化させて観察者が観察する
映像の大きさを変化させる構成とする。

【０００９】また、ズームレンズから成り表示素子と観
察者の眼との間に配設されて表示素子の映像光を観察者
の眼に導く接眼レンズを備えて、制御手段が、頭部位置
検出手段によって検出された位置に応じて接眼レンズの
焦点距離を変化させることで、観察者が観察する映像の
大きさを変化させる構成としてもよい。

【００１０】制御手段は、頭部位置検出手段によって検
出された位置が所定の基準位置よりも前であるときに、
観察者が観察する映像を大きくし、頭部位置検出手段に
よって検出された位置が基準位置よりも後ろであるとき
に、観察者が観察する映像を小さくする。

【００１１】また、制御手段は、観察者が観察する映像
の大きさが頭部位置検出手段によって検出された位置と
所定の基準位置との距離に１対１に対応して変化するよ
うに、観察者が観察する映像の大きさを変化させる。

【００１２】制御手段は、頭部位置検出手段によって検
出された位置が第１の所定位置よりも前であるときに、
観察者が観察する映像を大きくし続け、頭部位置検出手
段によって検出された位置が第１の所定位置よりも後ろ
の第２の所定位置よりも後ろであるときに、観察者が観
察する映像を小さくし続け、頭部位置検出手段によって
検出された位置が第１の所定位置と第２の所定位置の間
であるときに、観察者が観察する映像の大きさを変化さ
せないようにしてもよい。

【００１３】観察者の頭部に装着するための装着部材を
備える構成とする。

【００１４】頭部位置検出手段を、加速度を検出する加
速度センサーと、加速度センサーで検出した加速度を２
回積分する積分回路から構成し、加速度センサーと表示
素子を共通の支持部材に固定する。

【００１５】さらに、観察者が手動操作したときに観察
者が観察する映像の大きさを変えることを指示する信号
を制御手段に出力する操作手段を備えて、制御手段は、
その信号を受けたときに、頭部位置検出手段によって検
出された位置にかかわらず、観察者が観察する映像の大
きさを受けた信号に応じて変化させる。

【００１６】また、観察者が手動操作したときに観察者
が観察する映像の大きさを変えることを指示する信号を
制御手段に出力する操作手段を備えて、制御手段が、そ
の信号を受けたときに、その信号に応じて、観察者が観
察する映像の大きさをその時点で観察者が観察している
映像の大きさから変化させるようにしてもよい。

【００１７】

【作用】映像を表示する表示素子と、表示素子に表示さ
れる映像を観察する観察者の頭部の前後方向の位置を検
出する頭部位置検出手段と、観察者が観察する映像の大
きさを頭部位置検出手段によって検出された位置に応じ
て変化させる制御手段とを備える構成の映像表示装置で
は、観察者が頭部を前後に移動させると、その位置は頭
部位置検出手段によって検出される。検出された頭部位
置に応じて、制御手段が観察者が観察する映像の大きさ
を変化させるため、観察者が観察する映像の大きさは観
察者の頭部の前後方向の動きに連動して変わる。

【００１８】ズームレンズから成る撮影レンズを有する
カメラを備えて、このカメラによって撮影された映像を
表示素子に表示するとともに、制御手段が、頭部位置検
出手段によって検出された位置に応じて撮影レンズの焦
点距離を変化させることで、表示素子に表示される映像
の大きさを変化させて観察者が観察する映像の大きさを
変化させる構成では、撮影される範囲の広狭が頭部位置
に応じて変化する。制御手段が撮影レンズの焦点距離を
短く設定したときは、広い範囲が撮影されるため映像の
中の個々の被写体は小さくなり、焦点距離を長く設定し
たときは、狭い範囲が撮影されるため被写体は大きくな
る。こうして撮影された映像が表示素子に表示されるの
であるから、観察者は頭部の位置に応じて大きさが変化
する映像を観察することになる。

【００１９】また、ズームレンズから成り表示素子と観
察者の眼との間に配設されて表示素子の映像光を観察者
の眼に導く接眼レンズを備えて、制御手段が、頭部位置
検出手段によって検出された位置に応じて接眼レンズの
焦点距離を変化させることで、観察者が観察する映像の
大きさを変化させる構成では、表示素子に表示される映
像の大きさは変化しないが、接眼レンズを介して観察者
の眼に投射される虚像の大きさが、観察者の頭部位置に
応じて変化する。制御手段が接眼レンズの焦点距離を短
く設定したときは、表示素子の広い範囲が観察者の眼に
投射されて映像の中の個々の像は小さくなり、焦点距離
を長く設定したときは、表示素子の狭い範囲が眼に投射
されるため個々の像は大きくなる。

【００２０】制御手段が、頭部位置検出手段によって検
出された位置が所定の基準位置よりも前であるときに、
観察者が観察する映像を大きくし、頭部位置検出手段に
よって検出された位置が基準位置よりも後ろであるとき
に、観察者が観察する映像を小さくすると、観察者が頭
部を前方に移動させたときに大きな像を観察することに
なり、頭部を後方に移動させたときに小さな像を観察す
ることになる。

【００２１】また、制御手段は、観察者が観察する映像
の大きさが頭部位置検出手段によって検出された位置と
所定の基準位置との距離に１対１に対応して変化するよ
うに、観察者が観察する映像の大きさを変化させると、
観察者が頭部を前方または後方に移動させるにつれて、
観察する映像の大きさが連続して変化する。すなわち、
頭部の位置に前後方向の変化が僅かでもあると、その変
化が観察者が観察する映像の大きさに反映される。

【００２２】制御手段が、頭部位置検出手段によって検
出された位置が第１の所定位置よりも前であるときに、
観察者が観察する映像を大きくし続け、頭部位置検出手
段によって検出された位置が第１の所定位置よりも後ろ
の第２の所定位置よりも後ろであるときに、観察者が観
察する映像を小さくし続け、頭部位置検出手段によって
検出された位置が第１の所定位置と第２の所定位置の間
であるときに、観察者が観察する映像の大きさを変化さ
せない構成では、第１の所定位置と第２の所定位置の間
の範囲内で観察者が頭部を動かしても、観察する映像の
大きさは変化しない。頭部を第１の所定位置をよりも前
方に位置させた状態では、映像は拡大し続け、頭部を第
１の所定位置と第２の所定位置の中間に戻すと、映像の
拡大は止まりその時点での大きさに保たれる。頭部を第
２の所定位置をよりも後方に位置させた状態では、映像
は縮小し続け、頭部を第１の所定位置と第２の所定位置
の中間に戻すと、映像の縮小は止まりその時点での大き
さに保たれる。

【００２３】観察者の頭部に装着するための装着部材を
備える構成では、表示装置を頭部に装着することが可能
になり、いわゆるＨＭＤとして使用できる。

【００２４】頭部位置検出手段を、加速度を検出する加
速度センサーと、加速度センサーで検出した加速度を２
回積分する積分回路から構成すると、位置の２階微分に
対応する加速度が直接検出されて、これを１回積分する
ことによって速度が得られ、さらにその速度を積分する
ことによって位置が得られる。加速度センサーと表示素
子を共通の支持部材に固定すると、表示素子の位置が検
出されることになり、表示素子が頭部とともに移動する
表示装置では、頭部の位置の変化に応じて観察者が観察
する映像の大きさが変化する。

【００２５】さらに、観察者が手動操作したときに観察
者が観察する映像の大きさを変えることを指示する信号
を制御手段に出力する操作手段を備えて、制御手段は、
その信号を受けたときに、頭部位置検出手段によって検
出された位置にかかわらず、観察者が観察する映像の大
きさを受けた信号に応じて変化させる構成では、観察者
が観察する映像の大きさは、頭部の前後方向の位置変化
に応じて自動的に変化することに加えて、操作手段を用
いての手動操作によっても指定される。観察者が観察す
る映像の大きさには、手動操作による大きさの指示が頭
部の前後位置よりも優先して反映される。

【００２６】また、観察者が手動操作したときに観察者
が観察する映像の大きさを変えることを指示する信号を
制御手段に出力する操作手段を備えて、制御手段が、そ
の信号を受けたときに、その信号に応じて、観察者が観
察する映像の大きさをその時点で観察者が観察している
映像の大きさから変化させる構成では、観察者が観察す
る映像の大きさは、操作手段を用いての手動操作によっ
ても指定される。頭部の前後方向の位置に応じた大きさ
に設定されている観察者が観察する映像は、手動操作に
よってさらに拡大や縮小がなされて大きさが変化する。

【００２７】

【実施例】本発明の映像表示装置について、図面を参照
して説明する。図１に第１の実施例の概略構成を示す。
映像表示装置は、立体カメラ１、ＨＭＤ２、操作ボード
３およびコントロールボックス４から構成されている。

【００２８】立体カメラ１は、車輪を有する台車１０
と、その上に固定された左右のカメラ１１L、１１Rから
成り、前後への移動、左右への方向転換を自由に行うこ
とができる。左右のカメラ１１L、１１Rで被写体Ｏｂｊ
を撮影することにより、視差のある左右映像が生成され
る。左右カメラ１１L、１１Rはそれぞれ撮影レンズとし
てズームレンズを備えており、ズームレンズの焦点距離
を調節することによって撮影範囲の大きさを変えること
ができるように構成されている。

【００２９】ＨＭＤ２は立体カメラ１で撮影された左右
映像をＨＭＤ２を装着した観察者の眼前に提示して、被
写体Ｏｂｊの立体像を観察者に与える。操作ボード３は
操作レバー３１、操作ダイアル３２およびスイッチ３３
を有しており、これらは観察者によって手動操作され
る。コントロールボックス４は立体カメラ１、ＨＭＤ
２、操作ボード３に接続されており、立体カメラ１から
の映像信号をＨＭＤ２に伝送するとともに、ＨＭＤ２と
操作ボード３からの信号を受けて立体カメラ１の制御を
行う。

【００３０】図２に各部の構成と信号の流れを示す。立
体カメラ１の左右カメラ１１L、１１Rは、撮像素子とし
てそれぞれＣＣＤ１３L、１３Rを有しており、ズームレ
ンズ１２L、１２Rを透過して入射する被写体からの光を
ＣＣＤ１３L、１３Rで受光して撮影を行う。立体カメラ
１はさらに、左右の映像処理回路１４L、１４R、距離検
出回路１５、ズームレンズ１２L、１２Rの焦点位置調整
用のピント調整モーター１６、ズームレンズ１２L、１
２Rの焦点距離調整用のズーム調整モーター１７、およ
び台車を移動させるためのモーター１８を備えている。

【００３１】ＣＣＤ１３L、１３Rは受光した光を電気信
号に変換し、左右の映像処理回路１４L、１４Rに出力す
る。映像処理回路１４L、１４RはＣＣＤ１３L、１３Rか
らの信号を映像信号に変換してＨＭＤ２に与えるととも
に、ＣＣＤ１３L、１３Rの所定部位の信号を距離検出回
路１５に出力する。距離検出回路１５は、左右の信号か
ら被写体の左右像の位置を検出し、左右像の位置のずれ
に基づいて、ピントのずれ量および被写体までの距離を
検出する。距離検出回路１５は検出したピントのずれ量
に応じてピント調整モーター１６を駆動して、ズームレ
ンズ１２L、１２Rの焦点位置を調整し、被写体からの光
をＣＣＤ１３L、１３Rの受光面に結像させる。

【００３２】ズーム調整モーター１７はコントロールボ
ックス４からの制御信号によって駆動され、ズームレン
ズ１２L、１２Rの焦点距離を変化させる。カメラ移動モ
ーター１８はコントロールボックス４からの制御信号に
よって駆動されて車輪を回転させ、立体カメラ１の前
進、後退、左あるいは右への方向転換を行う。

【００３３】ＨＭＤ２は、左右の液晶表示装置（ＬＣ
Ｄ）２２L、２２R、これらを駆動する左右のＬＣＤ駆動
回路２１L、２１R、左右の接眼レンズ２３L、２３R、加
速度センサー２４、および水平センサー２５を備えてい
る。また、観察者の頭部に装着するための装着部材２６
（図１）を有している。立体カメラ１の映像処理回路１
４L、１４Rからの左右の映像信号は、それぞれ左右のＬ
ＣＤ駆動回路２１L、２１Rに入力され、ＬＣＤ駆動回路
２１L、２１Rは入力信号が担持する左右映像をそれぞれ
左右のＬＣＤ２２L、２２Rに表示させる。

【００３４】接眼レンズ２３L、２３RはＬＣＤ２２L、
２２Rの映像光を観察者の左右の眼球ＥL、ＥRに導く。
接眼レンズ２３L、２３Rの焦点距離は固定であり、ＬＣ
Ｄ２２L、２２Rの映像が拡大されて見えるように設定さ
れている。観察者は接眼レンズ２３L、２３Rを介して映
像を観察することで、ＬＣＤ２２L、２２Rに表示された
映像の虚像を観察することになる。左右の接眼レンズ２
３L、２３Rの光軸は平行に設定されている。

【００３５】加速度センサー２４はＨＭＤ２を装着した
観察者の頭部の前後方向の移動に起因する加速度を検出
するものである。この加速度センサー２４としては、歪
みが加わると電気抵抗が変化するという性質を有するピ
エゾ抵抗と、力が加わったときにピエゾ抵抗に歪みを生
じさせる重錘体とから成る、ピエゾ抵抗型加速度センサ
ーを用いる。ピエゾ抵抗型加速度センサーは、加わった
加速度の大きさに比例する大きさの電圧を出力し、加速
度の大きさと方向を検出することができる。

【００３６】加速度センサー２４は、接眼レンズ２３
L、２３Rの光軸に沿う方向の加速度を検出するように配
設されている。ここでは、観察者の眼球ＥL、ＥRから接
眼レンズ２３L、２３Rに向かう方向を正方向とし、その
逆方向を負方向とする。加速度センサー２４は正方向の
加速度により正電圧を、負方向の加速度により負電圧を
出力する。

【００３７】これにより、ＨＭＤ２を装着した観察者が
正面を向いた状態から、頭部を前方に移動開始したとき
に正電圧が出力され、後方に移動を開始したときに負電
圧が出力される。また、前方に移動しているときに加速
または減速したときに、それぞれ正または負の電圧が出
力される。後方への移動中の加速時、減速時の出力はこ
れと逆になる。

【００３８】水平センサー２５は、ＨＭＤ２の前後方向
の傾きを検出して傾きの方向と大きさを表す信号を出力
する。水平センサー２５は、図６に示すように、下部に
重り２５ｃを有し白黒パターンが放射状に印刷されたエ
ンコーダ板２５ａと、それぞれ発光素子と受光素子とを
有する２つのフォトリフレクタ２５ｂより構成されてい
る。エンコーダ板２５ａの白色部分は光を反射し、黒色
部分は光を吸収する。フォトリフレクタ２５ｂはエンコ
ーダ板２５ａに向けて光を発して反射光を検出し、光の
検出の有無に応じてＨレベルまたはＬレベルの電圧を出
力する。

【００３９】フォトリフレクタ２５ｂはＨＭＤ２に固定
されおり、エンコーダ板２５ａは白黒パターンの中心を
回転中心として回動自在にＨＭＤ２に取り付けられてい
る。その回転軸は接眼レンズ２３L、２３Rの光軸に垂直
に設定されている。ＨＭＤ２が前または後に傾くと、フ
ォトリフレクタ２５ｂはＨＭＤ２とともに傾くが、重り
２５ｃを有するエンコーダ板２５ａは重力方向に対して
常に一定の方向に保たれる。したがって、フォトリフレ
クタ２５ｂがエンコーダ板２５ａに対して回動すること
になり、受光素子が検出する光は断続的になって、フォ
トリフレクタ２５ｂの出力電圧はパルスとなる。そのパ
ルス数からＨＭＤ２の傾きの大きさが検出される。２つ
のフォトリフレクタ２５ｂは互いの出力パルスの位相が
１／４ずれるようにエンコーダ板２５ａに対して配設さ
れており、位相差からＨＭＤ２の傾きの方向が検出され
る。

【００４０】コントロールボックス４には、積分回路４
１、ズーム演算回路４２およびカメラ移動演算回路４３
が内蔵されている。積分回路４１には加速度センサー２
４の出力電圧と水平センサー２５の出力電圧が入力され
る。積分回路４１は水平センサー２５の出力に基づいて
ＨＭＤ２の前後方向の傾きを検出し、検出した傾きに応
じて加速度センサー２４の出力を補正して水平方向の加
速度成分を求める。これにより、ＨＭＤ２装着者の頭部
の上下方向の向きに関わらず、頭部の前後方向の加速度
が得られる。

【００４１】積分回路４１は、こうして得た前後方向の
加速度を２回積分する。加速度を１回積分することによ
り速度が求められ、速度をさらに積分することにより移
動距離Ｄが求められる。加速度検出開始時における頭部
の前後方向の位置をＰ0、加速度検出時の頭部位置をＰ
とすると、移動距離ＤはＰ−Ｐ0となる。加速度検出開
始時よりも頭部が前方に位置するとき、Ｄは正の値にな
り、加速度検出開始時よりも頭部が後方に位置すると
き、Ｄは負の値になる。積分回路４１は移動距離Ｄを表
す信号をズーム演算回路４２に出力する。

【００４２】ズーム演算回路４２は、積分回路４１およ
び操作ボード３の操作ダイアル３２からの信号に基づい
て、撮影する範囲の大きさを決定し、それに対応するズ
ームレンズ１２L、１２Rの設定すべき焦点距離を算出し
て、制御信号を立体カメラ１のズーム調整モーター１７
に与える。ズーム演算回路４２が積分回路４１からの出
力に基づいて撮影範囲を決定するときは、撮影範囲の大
きさがＨＭＤ２を装着した観察者の頭部の前後位置と連
動することになる。撮影範囲の大きさの決定方法につい
ては後に詳述する。

【００４３】カメラ移動演算回路４３は、操作ボード３
の操作レバー３１からの信号を受けて、立体カメラ１の
前後方向への移動や方向転換を行うための制御信号を生
成し、カメラ移動モーター１８に出力する。

【００４４】操作ボード３の操作レバー３１は、立体カ
メラ１の移動を操作するものである。観察者は移動操作
レバー３１を前後左右に傾けることにより立体カメラ１
を遠隔操作して移動させ、任意の方向を撮影することが
できる。

【００４５】操作ダイアル３２は、撮影範囲の大きさを
変化させるものである。前述のように、ズーム操作ダイ
アル３２の出力はズーム演算回路４２に入力される。こ
のズーム操作ダイアル３２を回転させることにより、観
察者は手動操作で撮影範囲を所望の大きさに設定するこ
とができる。

【００４６】スイッチ３３は、撮影範囲の大きさと頭部
の前後位置とを連動させるか否かの設定を行うものであ
る。この連動スイッチ３３がＯＮのとき、積分回路４１
は加速度の積分を行って移動距離Ｄを示す信号をズーム
演算回路４２に出力する。

【００４７】このように構成されている映像表示装置
は、観察者の頭部の前後方向の位置に応じて撮影範囲の
大きさを設定することができ、手動操作によっても撮影
範囲の大きさを設定することができる。立体カメラ１で
撮影された映像は、全範囲がＨＭＤ２のＬＣＤ２２L、
２２Rに表示されるから、撮影範囲の大きさを変化させ
ることは観察者が観察する像の大きさを変化させること
になる。

【００４８】図７に観察者頭部の前後方向の位置変化の
例を示す。ここでは、観察者が、例えば椅子に座ってい
る場合のように、一定位置にとどまっている状態を示し
ている。（ａ）は上体を直立させ正面を向いた通常の状
態であり、（ｂ）は上体を乗り出すことによって頭部が
前方に移動した状態である。（ｃ）は上体を引くことに
よって、頭部が（ａ）よりも後方に移動した状態であ
る。図７の（ａ）〜（ｃ）の状態に対応するＨＭＤ２の
表示映像の例を、図８の（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示
す。頭部が前方にあるとき、撮影範囲が縮小されて表示
された被写体像は大きくなっており、頭部が後方にある
とき、撮影範囲が拡大されて表示された被写体像は小さ
くなっている。観察者が一定位置にとどまらず、前進ま
たは後退したときにも、加速度から頭部位置が検出され
て、撮影範囲の大きさが変化する。

【００４９】本発明では、撮影範囲の大きさ設定を以下
の２通りの方法で行う。第１の方法は、観察者の頭部
が、所定範囲内の位置にあるときには撮影範囲の大きさ
を変化させず、所定範囲を超えて前方にあるときは一定
の割合で撮影範囲を狭くし続け、所定範囲を超えて後方
にあるときは一定の割合で撮影範囲を広くし続けるとい
うものである。この頭部位置に基づく撮影範囲の大きさ
設定は、ズーム操作ダイアル３２を用いて、手動操作に
よって補正することができる。

【００５０】この方法による制御処理の流れを図４のフ
ローチャートに示す。制御開始後、まず初期化処理を行
う。すなわち、積分回路４１の初期化を行い、第１回の
積分値すなわち頭部の移動速度と、第２回の積分値すな
わち頭部の移動距離Ｄを０とする（ステップ＃１０
５）。その際、観察者は加速度が生じることがないよう
に頭部を静止させておく。また、立体カメラ１のズーム
レンズ１２L、１２Rの焦点距離を所定の値にして、撮影
範囲の大きさを標準の大きさに設定する（＃１１０）。

【００５１】初期化処理の後、ステップ＃１１５から＃
１６５までの処理サイクルを反復する。この反復の周期
は５０ｍｓｅｃに設定されている。まず、操作ボード３
のズーム操作ダイアル３２が操作されているか否かを判
定する（＃１１５、＃１２５）。操作ダイアル３２がズ
ームアップを指示する方向に回転されているときには、
ズームレンズ１２L、１２Rの焦点距離を長くしてズーム
アップを行い（＃１２０）、ズームダウンを指示する方
向に回転されているときには、焦点距離を短くしてズー
ムダウンを行う（＃１３０）。このときの、撮影範囲の
大きさの変化の割合は、操作ダイアル３２の回転量に対
応するように設定されている。

【００５２】ズーム操作ダイアル３２が操作されていな
いときは、連動スイッチ３３の設定状態を判定する（＃
１３５）。連動スイッチ３３がＯＦＦのときは＃１６５
に進み、ＯＮに設定されているときは、積分回路４１に
よって水平前後方向の加速度を積分して、頭部の前後方
向の移動距離Ｄを検出する（＃１４０）。次いで、検出
した移動距離Ｄをあらかじめ定められている正の値Ｄ1
と比較する。移動距離ＤがＤ1よりも大きいときには、
ズームレンズ１２L、１２Rの焦点距離を長くしてズーム
アップを行い（＃１５０）、ＤがＤ1以下のときには、
移動距離Ｄをあらかじめ定められている負の値Ｄ2と比
較する。移動距離ＤがＤ2よりも小さいときには、焦点
距離を短くしてズームダウンする（＃１６０）。ＤがＤ
2以上のときには、ズーム操作を行わない（＃１６
５）。

【００５３】本実施例においては、Ｄ1は＋１５ｃｍ、
Ｄ2は−１５ｃｍに設定してあり、制御開始後、観察者
の頭部が１５ｃｍを超えて前方に移動したときズームア
ップが行われ、１５ｃｍを超えて後方に移動したときに
ズームダウンが行われる。頭部の移動距離Ｄが±１５ｃ
ｍ以内であるときには、ズーム操作は行われず、その時
点での撮影範囲の大きさが保たれる。

【００５４】ステップ＃１５０および＃１６０における
ズームレンズ１２L、１２Rの焦点距離の調節は、撮影範
囲の大きさの変化の割合が一定になるように行われる。
具体的には、表示映像が１秒間に７％の割合で拡大また
は縮小するように設定されている。したがって、約１０
秒で表示映像が２倍に拡大または１／２に縮小されるこ
とになる。

【００５５】ステップ＃１２０、＃１３０、＃１５０お
よび＃１６０のズーム処理は、それぞれ所定時間行われ
た後、＃１６５で停止される。ズーム操作ダイアル３２
が継続して操作されているとき、あるいは連動スイッチ
３３がＯＮに設定され頭部が１５ｃｍを超えて前または
後に移動しているときには、＃１１５〜＃１６５のサイ
クルが反復されることにより、撮影範囲は連続して変化
する。また、ズーム操作ダイアル３２が操作されている
ときには、ステップ＃１４０〜＃１６０は実行されず、
頭部位置に連動した撮影範囲の大きさ設定よりも手動操
作による撮影範囲の大きさ設定が優先される。

【００５６】この方法によると、観察者は一定位置にと
どまった状態で、単に上体を前または後ろに移動させる
だけで観察像を所望の大きさにすることができる。上体
を通常の位置に戻すと像の大きさはそのまま保たれる。
したがって、きわめて自然な動作により観察像の大きさ
を設定することができる。また、例えば一歩前進または
後退することによっても、観察像の拡大または縮小を開
始することができ、後退または前進して元の位置に戻る
ことにより、所望の大きさの像を観察することができ
る。なお、Ｄ1、Ｄ2、および頭部位置がＤ1、Ｄ2を超え
たときの映像の大きさの変化の割合は、上記の値に限定
されるものではなく、ＨＭＤ２を使用し易いように他の
値に設定してよいものである。

【００５７】撮影範囲の大きさ設定の第２の方法につい
て説明する。この方法は、撮影範囲の大きさを頭部の移
動距離Ｄに１対１に対応させるものである。この制御処
理の流れを図５のフローチャートに示す。

【００５８】制御開始後、まず初期化処理を行う。積分
回路４１の初期化を行い、第１回の積分値すなわち頭部
の移動速度と、第２回の積分値すなわち頭部の移動距離
Ｄを０とする（ステップ＃２０５）。その際、観察者は
加速度が生じることがないように頭部を静止させてお
く。また、立体カメラ１のズームレンズ１２L、１２Rの
焦点距離を所定の値にして、撮影範囲の大きさを標準の
大きさに設定する（＃２１０）。

【００５９】初期化処理の後、ステップ＃２１５から＃
２５０までの処理サイクルを反復する。この反復の周期
は５０ｍｓｅｃに設定されている。まず、積分回路４１
によって水平前後方向の加速度を積分し、前サイクル以
後の頭部の移動距離の変化量ΔＤを検出する（＃２１
５）。次いで、操作ボード３の連動スイッチ３３の設定
状態を判定する（＃２２０）。連動スイッチ３３がＯＮ
に設定されているときは、前サイクルにおける移動距離
Ｄに変化量ΔＤを加算して、頭部移動距離Ｄを更新する
（＃２２５）。連動スイッチ３３がＯＦＦのときは、移
動距離Ｄの更新は行わない。

【００６０】次に、ズーム操作ダイアル３２が操作され
ているか否かを判定し（＃２３０、＃２４０）、操作ダ
イアル３２がズームアップを指示する方向に回転されて
いるときには、移動距離Ｄに所定の正の値Ａを加算する
（＃２３５）。逆に、ズームダウンを指示する方向に回
転されているときには、移動距離Ｄから前記所定値Ａを
減算する（＃２４５）。ダイアル３２操作がなされてい
ないときには、移動距離Ｄを変化させない。

【００６１】その後、立体カメラ１のズームレンズ１２
L、１２Rの焦点距離を調節してズーム処理を行う（＃２
５０）。このズーム処理はズーム演算回路４２によって
制御される。ここでは、ズーム演算回路４２は、移動距
離Ｄが大きくなるほど撮影範囲が狭くなり、移動距離Ｄ
が小さくなるほど撮影範囲が広くなるように、ズームレ
ンズ１２L、１２Rの焦点距離と移動距離Ｄとを１対１に
対応させる。移動距離Ｄが前サイクルと同じであれば焦
点距離は変更されず、撮影範囲の大きさは変化しない。
移動距離Ｄが０のときの焦点距離が、ステップ＃２１０
における初期化で用いる値である。

【００６２】焦点距離と頭部の移動距離Ｄの関係は、例
えば、撮影範囲の大きさが移動距離Ｄの１次関数となる
ように設定してもよいし、あるいは、焦点距離が移動距
離Ｄの１次関数となるように設定してもよい。さらに
は、移動距離Ｄが増大するにつれて撮影範囲の大きさが
単調増加する関係であれば、任意の関数形としてよいも
のである。

【００６３】この第２の方法によって撮影範囲の大きさ
を設定すると、観察者は頭部の前後方向の移動距離に応
じた大きさの映像を観察することができる。一定位置で
観察する場合、上体を前方または後方に移動させてその
状態を保つことにより、所望の大きさの像を継続して観
察することが可能である。また、適当な距離だけ前進ま
たは後退してその位置にとどまれば、同様に所望の大き
さの像を継続して観察することができる。観察する像の
大きさを、ズーム操作ダイアル３２の操作により、手動
調節することも可能である。

【００６４】上記第１および第２の方法による制御処理
において、ズーム演算回路４２は、ズームレンズ１２
L、１２Rの焦点距離設定可能範囲でのみ焦点距離調節を
行うように設定されており、頭部の移動距離Ｄがいかな
る値になっても立体カメラ１が損傷することはない。ま
た、操作ボード３には不図示の切り換えスイッチが設け
られており、その切り換え操作によって第１、第２の制
御方法を選択することができるように構成されている。

【００６５】なお、ここでは加速度センサー２４として
ピエゾ抵抗型加速度センサーを用いたが、直交コイルを
磁界中で移動させたときにその直交コイルを流れる電流
が変化することを利用した磁気センサーを用いてもよ
い。ただし、その場合、ＨＭＤ２の使用場所が限定され
ることになる。

【００６６】第２の実施例の映像表示装置の構成を図３
に示す。本実施例では立体カメラ１に撮影レンズとして
固定焦点距離のレンズ７１L、７１Rを備え、ＨＭＤ２に
接眼レンズとしてズームレンズ７２L、７２Rを備えてい
る。これに伴い、ＨＭＤ２にはズーム調整モーター７３
が設けられ、コントロールボックス４のズーム演算回路
７４はズーム調整モーター７３を介してズームレンズ７
２L、７２Rの焦点距離を調整するように設定されてい
る。他の構成は第１の実施例と同様であり、重複する説
明は省略する。

【００６７】この構成の映像表示装置は、立体カメラ１
による撮影範囲の大きさは常に一定であり、したがって
ＨＭＤ２に表示される映像の大きさも一定であるが、接
眼レンズの焦点距離を変化させることによって、観察者
の眼に与える像の大きさを変化させることができる。ズ
ームレンズ７２L、７２Rは、焦点距離が最短のときにＬ
ＣＤ２１L、２１Rの表示パネル面の全域が観察され、焦
点距離が長くなるにつれてＬＣＤ２１L、２１Rの表示パ
ネル面の中央部が拡大されて観察されるように設定され
ている。

【００６８】本実施例においても、ＨＭＤ２の加速度セ
ンサー２４で検出した加速度を積分回路４１で積分して
頭部の移動距離Ｄを検出する。ズーム演算回路７４は移
動距離Ｄに応じてズームレンズ７２L、７２Rの焦点距離
を調整する。焦点距離調整の制御処理は、第１の実施例
で説明した第１または第２の方法による。すなわち、観
察像の大きさを、観察者の頭部の前後位置が所定範囲内
にあるときには変化させず、所定範囲を超えて前方にあ
るときに一定の割合で大きくし続け、所定範囲を超えて
後方にあるときに一定の割合で小さくし続けるという方
法と、観察像の大きさを頭部の移動距離Ｄに１対１に対
応させる方法とを用いることができる。

【００６９】以上、本発明について２つの実施例によっ
て説明したが、本発明の映像表示装置は、カメラとＨＭ
Ｄを組み合わせた構成に限られるものではない。例え
ば、第１の実施例の立体カメラ１に代えて、コンピュー
タを用いて左右映像を生成してもよい。その場合、コン
ピュータが生成する映像の大きさをズーム演算回路４２
の出力によって制御する。また、コンピュータによって
生成した映像を記録しておき、その記録映像を第２の実
施例のＨＭＤ２に表示させることで、観察時に所望の大
きさの観察像としてもよい。

【００７０】図９の（ａ）に示したように、カメラ１ａ
によって撮影した映像を手持ち式の表示装置２ａで観察
する構成においても本発明を実施することができる。こ
の場合、例えば、カメラ１ａの撮影レンズをズームレン
ズとし、表示装置２ａに加速度センサーと水平センサー
を備える。観察者の前進や後退、あるいは腕の屈伸を加
速度センサーで検出して、表示装置２ａの前後方向の移
動距離に応じてカメラの焦点距離を調整する。

【００７１】本発明は、また、図９（ｂ）に示したよう
な手持ち式ビデオカメラ５にも適用することができる。
ビデオカメラ５に撮影用ズームレンズ、加速度センサ
ー、水平センサー、映像記録媒体およびモニター用表示
素子を備えて、撮影者の前進後退に応じて撮影範囲の大
きさを変化させる。この場合、表示素子に表示される像
も記録される映像とともに大きさが変化する。

【００７２】図９（ａ）の表示装置２ａや（ｂ）のビデ
オカメラ５は、手持ち式であるため前後方向の傾きが発
生するが、本発明では水平センサーによってその傾きの
大きさと方向を検出する。これにより、加速度センサー
によって検出した加速度から重力加速度の成分を除去し
て、水平前後方向の加速度を検出することができる。し
たがって、観察像の大きさを表示装置２ａやビデオカメ
ラ５の真の前後移動量に基づいて設定することができ
る。

【００７３】

【発明の効果】本発明の映像表示装置によるときは、観
察者は頭部を前後に移動させるだけで、容易に観察する
映像の大きさを変化させることができる。椅子等に自然
な姿勢で座った状態あるいは自然な姿勢で直立した状態
と、これらの状態から身を乗り出すという動作で頭部を
前方に位置させた状態と、上体を引くという動作で頭部
を後方に位置させた状態の、それぞれの状態に応じて観
察する映像の大きさを変えることができるため、観察者
は単に姿勢を自然に変化させるだけで観察する映像の大
きさを変えることができ、映像を拡大しようあるいは縮
小しようということを特に意識する必要がない。

【００７４】また、観察者が前進したり後退したりする
ことによっても、頭部の位置が変化して、映像の大きさ
が変化する。したがって、ビデオカメラ等のモニター用
の表示装置のように、歩行しながら映像観察を行うとき
には、観察する映像の大きさを前進や後退した距離に応
じて変化させることができる。

【００７５】請求項２の映像表示装置によるときは、撮
影範囲の広狭が観察者の頭部の前後位置に応じて変化す
るため、表示素子の表示範囲が一定であっても上記効果
が確実に発揮され、しかも観察する像が粗くなるという
映像の質の低下が防止される。

【００７６】請求項３の映像表示装置によるときは、表
示素子上の映像の虚像が観察者の眼に投射される際に、
その虚像の大きさが観察者の頭部の前後位置に応じて変
化するため、表示素子に表示される映像の範囲が一定で
あっても前記効果が確実に発揮される。さらに、複数の
観察者が映像表示装置をそれぞれ使用して同一の映像を
観察するときには、個々の観察者が、他の観察者に全く
影響を及ぼすことなく、自身の希望する大きさの映像を
観察することができる。

【００７７】請求項４の映像表示装置では、頭部の位置
が前方にあるときに大きな映像を、頭部の位置が後方に
あるときに小さな映像を観察することができるため、観
察する映像の拡大や縮小が観察者の自然な動作と合致す
る。すなわち、身を乗り出すという姿勢の変化または前
進するという位置の変化によって観察する映像は拡大さ
れ、上体を引くという姿勢の変化または後退するという
位置の変化によって観察する映像は縮小される。したが
って、極めて自然な映像観察をすることができる。

【００７８】請求項５の映像表示装置では、観察される
映像は頭部の位置と基準位置との距離に対応した大きさ
になるため、観察者は、身を乗り出すもしくは引くとい
う姿勢の変化の度合い、または前進もしくは後退の歩行
距離を加減することにより、容易に所望の大きさの像を
観察することができる。

【００７９】請求項６の映像表示装置によるときは、観
察者は第１の所定位置と第２の所定位置の間の範囲で、
観察する映像の大きさに変化を生じさせることなく頭部
を自由に動かすことができる。一定位置において、大き
な像を観察したいときには、頭部が第１の所定位置より
も前方に位置するように身を乗り出せばよく、この状態
で映像は次第に大きくなるから、所望の大きさになった
時点で頭部を第１の所定位置と第２の所定位置の間に戻
せばよい。逆に、小さな像を観察したいときには、頭部
が第２の所定位置よりも後方に位置するように上体を引
けばよく、この状態で映像は次第に小さくなるから、所
望の小ささになった時点で頭部を第１の所定位置と第２
の所定位置の間に戻せばよい。したがって、所望の大き
さの映像を楽な姿勢で観察することができる。歩行しな
がら映像を観察する場合も、第１および第２の所定位置
を超えない範囲内の自由な場所で、映像を一定の大きに
観察することができる。

【００８０】請求項７の映像表示装置では、ＨＭＤとし
て利用できるとともに、観察する映像の大きさを手動操
作によらず頭部の前後方向の位置によって設定できるた
め、両手を自由に他の目的に使用することができて、Ｈ
ＭＤの特長である携行性、操作性を十分に生かすことが
できる。

【００８１】請求項８の映像表示装置によるときは、検
出した加速度を積分することによって頭部の前後方向の
位置が検出されるため、頭部位置検出のための手段を外
部に設ける必要がない。したがって、小型な映像表示装
置が得られるとともに、使用場所が限定されず、任意の
場所で使用することが可能であり、観察者が歩行等によ
って移動する場合に特に有効である。また、加速度セン
サーは表示素子とともに移動するため、頭部に装着する
形式の表示装置のみならず、たとえば観察者が手持ちに
よって眼前に保持して、歩行しながら映像観察を行う形
式の表示装置としたときでも、頭部の位置変化に応じて
観察する映像の大きさを変化させることができる。

【００８２】請求項９の映像表示装置では、手動操作に
よっても観察する映像の大きさを設定することができる
上、手動操作による指定が頭部の位置に優先して観察す
る映像の大きさに反映されるため、観察者は自由な姿勢
や場所で所望の大きさの映像を観察することができる。
特に、観察者の位置に制限がある場合や、身を乗り出し
たり引いたりし得る範囲を超えた大きさの映像を観察し
たい場合に有効である。

【００８３】請求項１０の映像表示装置では、観察する
映像の大きさを、頭部の位置に応じて設定された大きさ
から、手動操作によって変更することができる。したが
って、歩行範囲や身を乗り出したり引いたりする範囲に
制限がある場合でも、観察者は所望の大きさの映像を観
察することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第１の実施例の映像表示装置の概略構
成を示す外観図。

【図２】第１の実施例の映像表示装置の構成を示すブ
ロック図。

【図３】第２の実施例の映像表示装置の構成を示すブ
ロック図。

【図４】本発明の観察像の大きさ制御の第１の方法を
示すフローチャート。

【図５】本発明の観察像の大きさ制御の第２の方法を
示すフローチャート。

【図６】水平センサーの構成を示す図。

【図７】観察者の上体の前後方向の移動を示す図。

【図８】観察される像の大きさの変化の例を示す図。

【図９】本発明の映像表示装置の他の構成を示す外観
図。

【符号の説明】

１立体カメラ２ＨＭＤ３操作ボード４コントロールボックス１１L、１１R カメラ１２L、１２R ズームレンズ（撮影レンズ）１３L、１３R ＣＣＤ１４L、１４R 映像処理回路１５距離検出回路１６ピント調整モーター１７ズーム調整モーター１８カメラ移動モーター２１L、２１R ＬＣＤ駆動回路２２L、２２R ＬＣＤ（表示素子）２３L、２３R 接眼レンズ２４加速度センサー（頭部位置検出
手段）２５水平センサー２５ａエンコーダ板２５ｂフォトリフレクタ２６装着部材３１移動操作レバー３２ズーム操作ダイアル（操作手段）３３連動スイッチ４１積分回路（頭部位置検出
手段）４２ズーム演算回路（制御手段）４３カメラ移動演算回路７１L、７１R 撮影レンズ７２L、７２R ズームレンズ（接眼レンズ）７３ズーム調整モーター７４ズーム演算回路（制御手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】映像を表示する表示素子と、前記表示素子に表示される映像を観察する観察者の頭部
の前後方向の位置を検出する頭部位置検出手段と、前記観察者が観察する映像の大きさを、前記頭部位置検
出手段によって検出された位置に応じて変化させる制御
手段とを備えることを特徴とする映像表示装置。
【請求項２】ズームレンズから成る撮影レンズを有す
るカメラを備えて、前記表示素子は前記カメラによって撮影された映像を表
示し、前記制御手段は、前記頭部位置検出手段によって検出さ
れた位置に応じて前記撮影レンズの焦点距離を変化させ
ることで、前記表示素子に表示される映像の大きさを変
化させて観察者が観察する映像の大きさを変化させるこ
とを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
【請求項３】ズームレンズから成り、前記表示素子と
観察者の眼との間に配設されて前記表示素子の映像光を
観察者の眼に導く接眼レンズを備え、前記制御手段は、前記頭部位置検出手段によって検出さ
れた位置に応じて前記接眼レンズの焦点距離を変化させ
ることで、観察者が観察する映像の大きさを変化させる
ことを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
【請求項４】前記制御手段は、前記頭部位置検出手段
によって検出された位置が所定の基準位置よりも前であ
るときに、観察者が観察する映像を大きくし、前記頭部
位置検出手段によって検出された位置が前記基準位置よ
りも後ろであるときに、観察者が観察する映像を小さく
することを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
【請求項５】前記制御手段は、観察者が観察する映像
の大きさが前記頭部位置検出手段によって検出された位
置と所定の基準位置との距離に１対１に対応して変化す
るように、観察者が観察する映像の大きさを変化させる
ことを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
【請求項６】前記制御手段は、前記頭部位置検出手段
によって検出された位置が第１の所定位置よりも前であ
るときに、観察者が観察する映像を大きくし続け、前記
頭部位置検出手段によって検出された位置が前記第１の
所定位置よりも後ろの第２の所定位置よりも後ろである
ときに、観察者が観察する映像を小さくし続け、前記頭
部位置検出手段によって検出された位置が前記第１の所
定位置と前記第２の所定位置の間であるときに、観察者
が観察する映像の大きさを変化させないことを特徴とす
る請求項１に記載の映像表示装置。
【請求項７】観察者の頭部に装着するための装着部材
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の映像表
示装置。
【請求項８】前記頭部位置検出手段は、加速度を検出
する加速度センサーと、該加速度センサーで検出した加
速度を２回積分する積分回路から成り、前記加速度センサーと前記表示素子は共通の支持部材に
固定されていることを特徴とする請求項１に記載の映像
表示装置。
【請求項９】観察者が手動操作したときに、観察者が
観察する映像の大きさを変えることを指示する信号を前
記制御手段に出力する操作手段を備え、前記制御手段は、前記信号を受けたときに、前記頭部位
置検出手段によって検出された位置にかかわらず、観察
者が観察する映像の大きさを前記信号に応じて変化させ
ることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
【請求項１０】観察者が手動操作したときに、観察者
が観察する映像の大きさを変えることを指示する信号を
前記制御手段に出力する操作手段を備え、前記制御手段は、前記信号を受けたときに、前記信号に
応じて、観察者が観察する映像の大きさをその時点で観
察者が観察している映像の大きさから変化させることを
特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。