JPH10153749A

JPH10153749A - 表示装置および表示方法

Info

Publication number: JPH10153749A
Application number: JP8313215A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Matsui; 健松井; Akira Kawamura; 彰川村; Shunichi Hashimoto; 俊一橋本; Yoshinori Tanaka; 義禮田中
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-11-25
Filing date: 1996-11-25
Publication date: 1998-06-09
Anticipated expiration: 2016-11-25
Also published as: JP3961598B2

Abstract

(57)【要約】【課題】映像に適した形で虚像を提供する。【解決手段】映像が、ハイビジョン放送による、アス
ペクト比が１６：９の映画やドラマなどである場合、デ
ィスプレイ装置４では、ユーザから、例えば１５ｍ程度
の遠い位置に、大きな虚像が形成される。また、映像
が、ＮＴＳＣ方式の、アスペクト比が４：３のテレビジ
ョン信号のものである場合、ディスプレイ装置４では、
ユーザから、例えば３ｍ程度の比較的近い位置に、中間
の大きさの虚像が形成される。映像が、ハイビジョン放
送によるものか、またはＮＴＳＣ方式のものであるか
は、例えば、テレビジョン信号の同期信号に基づいて判
定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示装置および表
示方法に関し、特に、映像の虚像の提供に際し、その虚
像までの距離、大きさ、または方向を、映像に対応して
変化させることにより、その映像に適した形で虚像を提
供することができるようにする表示装置および表示方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】虚像を、ユーザに提供する表示装置とし
て、例えば、ＨＭＤ（Head Mounted Display）などが実
現されている。

【０００３】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、「レンズの科学
入門（上）」、小倉敏布、朝日ソノラマ社や、「光
学」、村田和美、サイエンス社などに、その詳細が記載
されている。

【０００４】ＨＭＤは、例えば、図９に示すように、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。ユーザは、ＨＭＤを頭部に装着し、ディスプレイパ
ネルに表示された映像をレンズを介して見ることで、そ
の虚像を観賞することができる。

【０００５】なお、虚像を観賞することができる表示装
置としては、ＨＭＤの他、例えば、ＨＵＤ（Head Up Di
splay）やビデオカメラなどがある。

【０００６】但し、ＨＵＤでは、例えば、自動車の運転
や、航空機の操縦などの何らかの作業をしながら、必要
な情報が虚像で提供される。従って、ＨＵＤは、例え
ば、映画などの映像を、純粋に観賞する用途に適したも
のとはいえない。

【０００７】また、ビデオカメラでは、例えば、図１０
に示すように、ビューファインダを覗くことにより、そ
の内蔵するディスプレイパネルの表示が接眼レンズで拡
大されて形成される虚像を見ることができる。しかしな
がら、ビューファインダでは、虚像を片眼でしか見るこ
とができないため、ビデオカメラは、ＨＵＤと同様に、
映画などの映像を、純粋に観賞する用途に適したものと
はいえない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ユーザに虚
像を観賞させる場合、例えば、虚像が形成されるユーザ
からの距離などは、映像によって変化させるのが好まし
い。

【０００９】即ち、例えば、ＮＴＳＣ方式のテレビジョ
ン信号のように、アスペクト比が４：３の映像について
は、その虚像をユーザから近い位置に、また、例えば、
いわゆるハイビジョン放送のテレビジョン信号のよう
に、アスペクト比が１６：９の横長の映像については、
その虚像をユーザから遠い位置に、それぞれ形成した方
が、ユーザに臨場感を感じさせることができ、さらに、
虚像を観賞することによる疲労感も少なくなる。

【００１０】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、映像に適した形で虚像を提供することが
できるようにするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の表示装
置は、拡大光学系により形成される虚像の、ユーザから
の距離を変化させる距離変化手段と、映像に対応して、
距離変化手段を制御する制御手段とを備えることを特徴
とする。

【００１２】請求項６に記載の表示方法は、映像に対応
して、拡大光学系により形成される虚像の、ユーザから
の距離を変化させることを特徴とする。

【００１３】請求項７に記載の表示装置は、拡大光学系
により形成される虚像の大きさを変化させる大きさ変化
手段と、映像に対応して、大きさ変化手段を制御する制
御手段とを備えることを特徴とする。

【００１４】請求項１２に記載の表示方法は、映像に対
応して、拡大光学系により形成される虚像の大きさを変
化させることを特徴とする。

【００１５】請求項１３に記載の表示装置は、拡大光学
系により形成される虚像の方向を変化させる方向変化手
段と、映像に対応して、方向変化手段を制御する制御手
段とを備えることを特徴とする。

【００１６】請求項１８に記載の表示方法は、映像に対
応して、拡大光学系により形成される虚像の方向を変化
させることを特徴とする。

【００１７】請求項１に記載の表示装置においては、距
離変化手段は、拡大光学系により形成される虚像の、ユ
ーザからの距離を変化させ、制御手段は、映像に対応し
て、距離変化手段を制御するようになされている。

【００１８】請求項６に記載の表示方法においては、映
像に対応して、拡大光学系により形成される虚像の、ユ
ーザからの距離を変化させるようになされている。

【００１９】請求項７に記載の表示装置においては、大
きさ変化手段は、拡大光学系により形成される虚像の大
きさを変化させ、制御手段は、映像に対応して、大きさ
変化手段を制御するようになされている。

【００２０】請求項１２に記載の表示方法においては、
映像に対応して、拡大光学系により形成される虚像の大
きさを変化させるようになされている。

【００２１】請求項１３に記載の表示装置においては、
方向変化手段は、拡大光学系により形成される虚像の方
向を変化させ、制御手段は、映像に対応して、方向変化
手段を制御するようになされている。

【００２２】請求項１８に記載の表示方法においては、
映像に対応して、拡大光学系により形成される虚像の方
向を変化させるようになされている。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明を適用した虚像提
供システムの一実施の形態の構成を示している。この虚
像提供システムにおいては、臨場感ある虚像を、その映
像に適した形で提供し、さらにユーザがリラックスした
状態で観賞することができるようになされている。

【００２４】即ち、ユーザ保持機構１は、ユーザを座っ
た状態に保持する、例えば、椅子やソファなどで、ユー
ザは、そこに腰掛けることでリラックスした状態に保持
されるようになされている。

【００２５】さらに、ユーザ保持機構１の背もたれの上
部には、ユーザがそこに座ったときに、そのユーザの頭
部を覆うように構成された、例えば、半球状の装置固定
部２が設けられている。この装置固定部２は、回転ピン
３によってユーザ保持機構１に支持されており、さら
に、この回転ピン３を中心として、上下方向に回動する
ようにするようになされている。なお、装置固定部２
は、上方向に回動したときは所定の位置で、また、下方
向に回動したときは、ユーザ保持機構１に保持されてい
るユーザの頭部に接触しないような位置で、それぞれロ
ック（係止）されるようになされている。

【００２６】従って、ユーザは、装置固定部２を上方向
に回動することで、ユーザ保持機構９に容易に腰掛ける
ことができる。また、ユーザ保持機構９から容易に立ち
上がることができる。

【００２７】装置固定部２の内部（内側）には、ディス
プレイ装置４が組み込まれている。即ち、ディスプレイ
装置４は、ユーザがユーザ保持機構１に保持された状態
において、装置固定部２が下方向に回動されてロックさ
れたときに、ユーザのほぼ前方（正面）に位置するよう
に、装置固定部２の内部に組み込まれている。

【００２８】ディスプレイ装置４は、映像を表示する、
例えば液晶ディスプレイなどで構成される小型のディス
プレイパネル１４（１４Ｌおよび１４Ｒ）（表示手段）
と、そのディスプレイパネル１４に表示された映像を拡
大することにより虚像を形成し、ユーザの左眼と右眼と
で観察される虚像を、空間上同一の位置に配置する拡大
光学系としてのレンズ１３（１３Ｌおよび１３Ｒ）を有
しており、これにより、ユーザに対して、所定の映像を
拡大した虚像を提供するようになされている。

【００２９】操作部５は、各種のボタンやレバーなどで
構成され、システムに所定の処理を行わせるときに操作
される。

【００３０】即ち、例えば、装置固定部２は、ＥＣＤ
（Electrochromic Display）などの光の透過率が可変な
素子（以下、適宜、透過率可変素子という）などで構成
されており、あるいは、また、透明な部材に、液晶シャ
ッタなどを組み込んで構成されており、この透過率可変
素子や液晶シャッタなどを制御するときに、操作部５は
操作される。従って、ユーザは、操作部５を操作するこ
とにより、装置固定部２の透過率を変化させ、これによ
り、外部の景色（状況）を見たり、あるいは、外部の景
色が目に入らないようにすることなどができる。

【００３１】また、操作部５は、ディスプレイ装置４に
よって形成される虚像の、ユーザからの距離、その大き
さ、方向を設定するときなどにも操作される。

【００３２】以上のように構成される虚像提供システム
においては、例えば、ユーザがユーザ保持機構１に保持
された状態で、操作部５を操作すると、例えば、図示せ
ぬＴＶ（Television）チューナで受信された、ＮＴＳＣ
方式のテレビジョン信号や、ハイビジョン放送のテレビ
ジョン信号、またはコンピュータが出力する映像信号な
どがディスプレイ装置４に供給され、それに対応する映
像が、ディスプレイパネル１４Ｌおよび１４Ｒに表示さ
れる。

【００３３】ディスプレイパネル１４Ｌまたは１４Ｒに
表示された映像は、レンズ１３Ｌまたは１３Ｒによりそ
れぞれ拡大され、その拡大された映像としての光それぞ
れが、ユーザの左眼または右眼に入射する。これによ
り、ディスプレイパネル１４Ｌまたは１４Ｒに表示され
た映像の虚像が、ユーザの左眼または右眼でそれぞれ観
察される。

【００３４】このとき、ディスプレイ装置４では、そこ
に供給される映像に対応して、その虚像の、ユーザから
の距離や大きさなどを変化させる。即ち、映像が、例え
ば、ハイビジョン放送による、アスペクト比が１６：９
の映画やドラマなどである場合、ディスプレイ装置４で
は、ユーザから、例えば１５ｍ程度の遠い位置に、大き
な虚像が形成される。

【００３５】また、映像が、例えば、ＮＴＳＣ方式の、
アスペクト比が４：３のテレビジョン信号のものである
場合、ディスプレイ装置４では、ユーザから、例えば３
ｍ程度の比較的近い位置に、中間の大きさの虚像が形成
される。なお、このとき、ディスプレイ装置４には、い
わゆるワイドテレビ（ワイドテレビジョン受像機）のよ
うに、映像のアスペクト比を、４：３から１６：９に変
化させて、その虚像を提供させるようにすることも可能
である。

【００３６】さらに、映像が、例えば、コンピュータな
どの情報処理装置の出力画面である場合、ディスプレイ
装置４では、ユーザから、例えば０．５ｍ程度の非常に
近い位置に、比較的小さい虚像が形成される。

【００３７】以上のように、ユーザに対して、虚像が、
その映像に適した形で提供される。

【００３８】即ち、ハイビジョン放送による映画やドラ
マなどの映像については、その虚像を、ユーザから遠い
位置に、かつ大きく形成することで、臨場感や、距離
感、そして迫力のある映像を提供することができる。

【００３９】また、ＮＴＳＣ方式の、アスペクト比が
４：３のテレビジョン信号などの映像については、その
虚像を、ユーザから比較的近い位置に、かつ中間の大き
さに形成することで、ユーザが、視覚的に違和感を感じ
ない映像を提供することができる。その結果、例えば、
眼精疲労の程度を低減することが可能となる。

【００４０】さらに、コンピュータなどの情報処理装置
の出力画面などの映像については、その虚像を、ユーザ
から非常に近い位置に、かつ比較的小さく形成すること
で、ユーザが、コンピュータなどの操作をしやすい映像
を提供することができる。その結果、例えば、作業効率
を向上させることが可能となる。

【００４１】また、本実施の形態においては、ユーザ
は、ユーザ保持機構１に保持されているので、非常にリ
ラックスした状態で、虚像を観賞することができる。

【００４２】さらに、上述したように、ユーザは、操作
部５を操作することで、その頭部を覆っている装置固定
部２の透過率を変化させることができる。従って、例え
ば、透過率を低くした場合、外部からの光のほとんどが
遮断されるため、ユーザは、虚像空間に没頭することが
できる。また、透過率を高くした場合、ユーザは、周囲
の状況を確認しながら、虚像を観賞すること、即ち、周
囲の状況（景色）を、虚像に重ねて観察（確認）するこ
とができる。さらに、透過率を適切な値とすることで、
明るさのバランスのとれた虚像と、外部の景色とを観察
することができる。そして、この場合、ユーザは、外部
が見えないことによる不安（閉塞感）を感じることな
く、虚像を観賞することができる（ユーザに開放感を与
えることができる）。一方、例えば、透過率を徐々に下
げていった場合、ユーザは、現実の世界から虚像空間に
没入していく感覚を享受することができる。

【００４３】なお、装置固定部２の内部には、図示せぬ
スピーカが設けられており、そこに供給される映像に付
随する音声がある場合には、その音声がスピーカから出
力されるようになされている。

【００４４】ここで、以下、音声についての説明は省略
する。

【００４５】次に、図２は、図１のディスプレイ装置４
の光学系の構成例を示している。なお、図２は、ディス
プレイ装置４を、ユーザ保持機構１に保持されたユーザ
の頭上から見た場合の構成例を示している。

【００４６】図２の実施の形態では、ディスプレイ装置
４は、映像を拡大することにより虚像を形成するための
拡大光学系として、光軸の異なる左眼用の光学系である
（を構成する）レンズ１３Ｌと右眼用の光学系であるレ
ンズ１３Ｒとを有している。

【００４７】即ち、レンズ１３Ｒまたは１３Ｌは、右眼
または左眼に対して、ディスプレイパネル１４Ｒまたは
１４Ｌに表示された映像を拡大することにより得られる
虚像ＲまたはＬをそれぞれ提供するための同一特性の凸
レンズで、これらは同一平面上に配置されている。即
ち、レンズ１３Ｒおよび１３Ｌは、その主平面どうしが
一致するように配置されている。

【００４８】ここで、図２において、Ｏ１またはＯ２
は、レンズ１３Ｒ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Ｏ
２との間の中点を表している。

【００４９】ディスプレイパネル１４Ｒまたは１４Ｌ
は、その中心点（例えば、ディスプレイパネル１４Ｒ，
１４Ｌが長方形状をしている場合において、その長方形
の対角線の交点など）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。

【００５０】以上のように構成されるディスプレイ装置
４によれば、ディスプレイパネル１４Ｒまたは１４Ｌに
表示された映像が、レンズ１３Ｒまたは１３Ｌで拡大さ
れ、この拡大された映像に対応する光が右眼または左眼
にそれぞれ入射することにより、その映像に対応する虚
像が、右眼または左眼で観察される。即ち、レンズ１３
Ｒまたは１３Ｌによって形成される虚像ＲまたはＬが、
右眼または左眼それぞれで観察される。

【００５１】図２の構成によれば、右眼または左眼で観
察される虚像は、別々の光学系であるレンズ１３Ｒまた
は１３Ｌでそれぞれ形成されるが、これらの虚像は、３
次元空間において、同一の位置に配置される。即ち、ユ
ーザの左眼と右眼とで観察される虚像は、空間上同一の
位置に配置される。

【００５２】これは、次のような理由による。即ち、例
えば、いま、主点Ｏ２からＯ１の方向をｄ軸とするとと
もに、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、ディスプレイパネル１
４Ｌの中心点をＭ１とし、そのｓｄ平面における座標を
（ｓ１，ｄ１）とするとともに、レンズ１３Ｌが形成す
る虚像Ｌ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。

【００５３】この場合、上述したように、ディスプレイ
パネル１４Ｒ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、デ
ィスプレイパネル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。従って、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。

【００５４】そこで、いま、ディスプレイパネル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。

【００５５】ｄ１＝Ｌ／２−Ｌ×ｓ１／（２×ｆ）・・・（１）但し、Ｌは、主点Ｏ１とＯ２との距離を表し、ｆは、レ
ンズ１３Ｌの焦点距離を表す。

【００５６】一方、結像公式により、次式が成立する。

【００５７】１／ｆ＝１／ｓ１−１／ｓ１’ ・・・（２）

【００５８】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。

【００５９】ｓ１／ｓ１’＝ｄ１／ｄ１’ ・・・（３）

【００６０】式（１）乃至（３）から、式ｄ１’＝Ｌ／２・・・（４）が得られる。

【００６１】式（４）より、虚像Ｌの中心点Ｍ１’は、
直線ＯＯ’上にある。

【００６２】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、従って、虚像Ｒの中心点も、直線ＯＯ’上にあ
る。

【００６３】以上のように、虚像ＲおよびＬは、同一平
面内にあり、かつ、それらの中心点が、いずれも直線Ｏ
Ｏ’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。

【００６４】従って、ユーザは、両眼の輻輳と調整を一
致させた状態で、即ち、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。

【００６５】ディスプレイ装置４では、ディスプレイパ
ネル１４Ｒまたは１４Ｌそれぞれは、その中心点が、直
線ＯＦ１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、ユーザの近くから
無限遠まで移動される（ユーザから虚像ＲおよびＬまで
の距離が変化される）。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などで
構成される虚像距離制御用モータ２５（図３、図５）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。

【００６６】なお、ディスプレイパネル１４Ｌおよび１
４Ｒ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、ユー
ザから近い位置または遠い位置にそれぞれ移動する。

【００６７】さらに、ユーザから虚像ＲおよびＬまでの
距離は、理論的には、レンズ１３ＬおよびＲと、ディス
プレイパネル１４ＬおよびＲ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１３Ｒ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。

【００６８】また、図２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、ディス
プレイ装置４は、凸レンズの他、例えば、凹面鏡などを
用いて構成することも可能である。

【００６９】さらに、図２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。従って、このディスプレイ装置４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。即ち、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、ユーザには、立体的な虚像を提供することができ
る。

【００７０】次に、図３は、ディスプレイ装置４の構成
例を示す斜視図である。

【００７１】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１６に
取り付けられている。底面パネル１６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。

【００７２】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
右上のフレームスペーサ１１Ｂを挟むように、正面パネ
ル１２および背面パネル１５が設けられており、この正
面パネル１２と背面パネル１５との間の上部中央には、
虚像距離制御用モータ２５を固定しているモータ取り付
け部２４が設けられ、正面パネル１２および背面パネル
１５に固定されている。虚像距離制御用モータ２５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
２６を上下方向に移動させるようになされている。

【００７３】なお、図３においては、正面パネル１２、
背面パネル１５、および底面パネル１６を透明にしてあ
るが、これは、ディスプレイ装置４の構成を図示するた
めであり、これらは、必ずしも、透明な部材で構成する
必要はない。

【００７４】正面パネル１２と背面パネル１５とに挟ま
れる空間には、ディスプレイパネル１４Ｌおよび１４Ｒ
が取り付けられたパネルホルダ１８が設けられている。

【００７５】即ち、パネルホルダ１８は、パネル取り付
け部１９Ｌおよび１９Ｒを有しており、このパネル取り
付け部１９Ｌまたは１９Ｒに、ディスプレイパネル１４
Ｌ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り付けられている。
そして、パネル取り付け部１９Ｌまたは１９Ｒは、パネ
ルホルダ１８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３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。

【００７６】さらに、パネル取り付け部１９Ｌまたは１
９Ｒ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１２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。

【００７７】ここで、フレーム溝２１Ｌまたは２１Ｒ
は、図２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。

【００７８】背面パネル１５にも、正面パネル１２のフ
レーム溝２１Ｌまたは２１Ｒと同様に、フレーム溝２２
Ｌまたは２２Ｒがそれぞれ設けられている。そして、パ
ネル取り付け部１９Ｌまたは１９Ｒの奥側には、ピン２
３Ｌ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、パネル取り付け部１９Ｌまたは１９Ｒ
に設けられたピンそれぞれは、背面パネル１５のフレー
ム溝２２Ｌまたは２２Ｒに通されている。

【００７９】従って、パネルホルダ１８が全体として上
方向に移動すると、パネル取り付け部１９Ｌまたは１９
Ｒは、ピン２３Ｌまたは２３Ｒがフレーム溝２１Ｌ（２
２Ｌ）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１
８が全体として下方向に移動すると、パネル取り付け部
１９Ｌ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
２０Ｒに沿って、右または左にそれぞれ移動する。

【００８０】その結果、パネルホルダ１８の上下方向の
移動に連動して、ディスプレイパネル１４Ｌまたは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、即ち、図２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。

【００８１】パネルホルダ１８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２６の一端が取り付けられている。従って、パネルホ
ルダ１８は、モータシャフト２６とともに上下する。即
ち、虚像距離制御用モータ２５が回転することで、ディ
スプレイパネル１４Ｌまたは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。

【００８２】なお、図３の実施の形態では、ハーフミラ
ー１７が、背面パネルに対して斜めになるように、背面
パネル１５と底面パネル１６との境界部分に固定されて
いる。このハーフミラー１７は、手前の面が反射面とな
っている。

【００８３】以上のように構成されるディスプレイ装置
４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１７で反射され、ユーザの左眼
または右眼にそれぞれ入射する。これにより、ユーザの
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１７の反射面と反対側の面を透過する
ことにより、ユーザの左眼および右眼に入射し、これに
より、ユーザの眼球において、外部の景色が観察され
る。

【００８４】そして、虚像距離制御用モータ２５が回転
し、これにより、ディスプレイパネル１４Ｌまたは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、ユーザが観察する虚像は、図１で説明した
ように、そのユーザから種々の距離に形成される。

【００８５】なお、図３においては、レンズ１３Ｌおよ
び１３Ｒで得られた拡大映像を、ハーフミラー１７で反
射して、ユーザの眼球に入射させるようにしたが、ハー
フミラー１７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、ユーザの眼球に入射させる
ようにすることも可能である。但し、この場合、ディス
プレイパネル１４Ｒおよび１４Ｌが、ユーザの正面に位
置することになる。従って、装置固定部２（図１）が光
を透過しても、ディスプレイパネル１４Ｒおよび１４Ｌ
によって視野を遮られるため、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。

【００８６】次に、図４は、虚像の大きさを可変にする
原理を示している。

【００８７】同図（Ａ）に示すように、ディスプレイパ
ネル１４（１４Ｌおよび１４Ｒ）は、充分大きな表示領
域を有するもので、そこに表示する映像の大きさを、同
図（Ｂ），（Ｃ）に影を付して示すように、大きくした
り、または小さくしたりすることで、虚像の大きさが変
化されるようになされている。

【００８８】以上のように、ディスプレイパネル１４の
位置を移動させるとともに（図３）、そこに表示する映
像の大きさを変化させることで（図４）、図１で説明し
たように、ユーザに対して、虚像を、ユーザから適切な
距離の位置に、かつ適切な大きさ（画角）で提供するこ
とが可能となる。

【００８９】即ち、映像が、例えば、ハイビジョン放送
によるものである場合、ディスプレイパネル１４を、レ
ンズ１３から離れた位置に移動するとともに、その映像
を、図４（Ｂ）に示したように、ディスプレイパネル１
４全体に表示すれば、図５に示すように、画角の広い、
その横と縦との比が１６：９の大きな虚像を形成するこ
とができる。また、映像が、例えば、ＮＴＳＣ方式のテ
レビジョン信号のものである場合、ディスプレイパネル
１４を、レンズ１３に近い位置に移動するとともに、そ
の映像を、図４（Ｃ）に示したように、ディスプレイパ
ネル１４の中央部分の一部に表示すれば、図５に示すよ
うに、画角の狭い、その横と縦との比が４：３の比較的
小さな虚像を形成することができる。

【００９０】次に、図６は、図１の虚像提供システムの
電気的構成例を示している。

【００９１】映像信号処理用コンピュータ４１（制御手
段）は、映像信号を受信し、信号処理することにより、
その映像信号が、例えば、ハイビジョン放送のもの、Ｎ
ＴＳＣ方式のテレビジョン信号、またはコンピュータの
信号のうちのいずれであるかを認識するようになされて
いる。そして、映像信号処理用コンピュータ４１は、そ
の認識結果に対応して、形成する虚像の、ユーザからの
距離を制御するための虚像距離信号またはその虚像の大
きさを制御するための大きさ制御信号を生成し、虚像距
離制御用コンピュータ４２または表示制御部４４に、そ
れぞれ供給するようになされている。また、映像信号処
理用コンピュータ４１は、受信した映像信号を、表示制
御部４４に供給するようにもなされている。

【００９２】なお、映像信号処理用コンピュータ４１
は、基本的には、受信した映像信号から、左眼用と右眼
用のものを生成して出力するようになされているが、左
眼用と右眼用とに区別されている映像信号を受信した場
合には、それらの映像信号を、そのまま出力するように
なされている。

【００９３】虚像距離制御用コンピュータ４２は、映像
信号処理用コンピュータ４１からの虚像距離信号を受信
し、その虚像距離信号に対応して、モータ駆動回路４３
に与えるべき制御信号としての虚像距離制御信号を生成
するようになされている。この虚像距離制御信号は、虚
像距離制御用コンピュータ４２からモータ駆動回路４３
に供給されるようになされている。

【００９４】モータ駆動回路４３は、虚像距離制御用コ
ンピュータ４２からの虚像距離制御信号にしたがって、
虚像距離制御用モータ２５（距離変化手段）を回転駆動
するようになされている。さらに、モータ駆動回路４３
は、操作部５が操作されることにより供給される操作信
号にもしたがって、虚像距離制御用モータ２５を回転駆
動するようになされている。なお、モータ駆動回路４３
は、虚像距離制御信号と操作信号との両方が供給された
場合、そのうちの一方である、例えば、操作信号を優先
させるようになされている。

【００９５】表示制御部４４（大きさ変化手段）（方向
変化手段）は、映像信号処理用コンピュータ４１から供
給される大きさ制御信号にしたがって、同じく映像信号
処理用コンピュータ４１から供給される左眼用と右眼用
の映像信号の横および縦の長さを制限し（拡大または縮
小し）、ディスプレイパネル１４Ｌと１４Ｒにそれぞれ
供給して表示させるようになされている。さらに、表示
制御部４４は、操作部５が操作されることにより供給さ
れる操作信号にもしたがって、映像信号を拡大または縮
小するようになされている。なお、表示制御部４４も、
モータ駆動回路４３と同様に、大きさ制御信号と操作信
号との両方が供給された場合、そのうちの一方である、
例えば、操作信号を優先させるようになされている。

【００９６】次に、図７のフローチャートを参照して、
その動作について説明する。なお、図７のフローチャー
トは、図６の映像信号処理用コンピュータ４１の処理を
示している。

【００９７】映像信号処理用コンピュータ４１は、映像
信号を受信すると、ステップＳ１，Ｓ３、またはＳ５に
おいて、その映像信号が、ＮＴＳＣ方式のものか、ハイ
ビジョン放送によるものか、またはコンピュータの信号
かどうかを判定し、ステップＳ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ７に
おいて、その判定結果に対応した制御を行う。

【００９８】ここで、ステップＳ１，Ｓ３、およびＳ５
における判定は、例えば、映像信号に含まれる水平同期
信号または垂直同期信号を検出し、その水平同期周波数
または垂直同期周波数が何Ｈｚであるかに基づいて行わ
れる。

【００９９】即ち、まず最初に、ステップＳ１におい
て、受信した映像信号がＮＴＳＣ方式のものかどうかが
判定される。ステップＳ１において、映像信号がＮＴＳ
Ｃ方式のものであると判定された場合、ステップＳ２に
進み、ＮＴＳＣ方式に対応する虚像距離信号または大き
さ制御信号が、虚像距離制御用コンピュータ４２または
表示制御部４４にそれぞれ出力されるとともに、左眼用
および右眼用の映像信号が、表示制御部４４に出力さ
れ、処理を終了する。

【０１００】虚像距離制御用コンピュータ４２は、現時
点において虚像が形成される距離（以下、現在距離とい
う）を認識しており、虚像距離信号を受信すると、虚像
距離信号に対応する距離と、現在距離との差分を演算す
る。そして、その差分値が０でない場合、その差分値だ
け、虚像を移動させるのに必要な、虚像距離制御用モー
タ２５の回転量に対応する虚像距離制御信号を生成し、
モータ駆動回路４３に供給する。モータ駆動回路４３で
は、虚像距離制御信号にしたがって、虚像距離制御用モ
ータ２５が回転駆動され、これにより、ディスプレイパ
ネル１４Ｌおよび１４Ｒが、所定の位置（ユーザから、
虚像距離信号に対応する距離だけ離れた位置）に移動さ
れる。

【０１０１】一方、表示制御部４４では、大きさ制御信
号にしたがって、左眼用または右眼用の映像信号が拡大
または縮小され、ディスプレイパネル１４Ｌまたは１４
Ｒにそれぞれ供給される。

【０１０２】これにより、虚像が、ユーザから、虚像距
離信号に対応した距離だけ離れた位置に、かつ大きさ制
御信号に対応した大きさに形成される。即ち、いまの場
合、虚像距離信号および大きさ制御信号は、ＮＴＳＣ方
式に対応したものであるから、図１で説明したように、
虚像は、ユーザから比較的近い位置に、かつ中程度の大
きさに形成される。

【０１０３】一方、ステップＳ１において、映像信号が
ＮＴＳＣ方式のものでないと判定された場合、ステップ
Ｓ３に進み、映像信号がハイビジョン放送によるものか
どうかが判定される。ステップＳ３において、映像信号
がハイビジョン放送によるものであると判定された場
合、ステップＳ４に進み、ハイビジョン放送に対応する
虚像距離信号または大きさ制御信号が、虚像距離制御用
コンピュータ４２または表示制御部４４にそれぞれ出力
されるとともに、左眼用および右眼用の映像信号が、表
示制御部４４に出力され、処理を終了する。

【０１０４】この場合も、上述した場合と同様に、虚像
が、ユーザから、虚像距離信号に対応した距離だけ離れ
た位置に、かつ大きさ制御信号に対応した大きさに形成
される。即ち、いまの場合、虚像距離信号および大きさ
制御信号は、ハイビジョン放送に対応したものであるか
ら、図１で説明したように、虚像は、ユーザから遠い位
置に、かつ大きく形成される。

【０１０５】また、ステップＳ３において、映像信号が
ハイビジョン放送によるものでないと判定された場合、
ステップＳ５に進み、映像信号がコンピュータ用のもの
かどうかが判定される。ステップＳ５において、映像信
号がコンピュータ用のものであると判定された場合、ス
テップＳ６に進み、コンピュータに対応する虚像距離信
号または大きさ制御信号が、虚像距離制御用コンピュー
タ４２または表示制御部４４にそれぞれ出力されるとと
もに、左眼用および右眼用の映像信号が、表示制御部４
４に出力され、処理を終了する。

【０１０６】この場合も、上述した場合と同様に、虚像
が、ユーザから、虚像距離信号に対応した距離だけ離れ
た位置に、かつ大きさ制御信号に対応した大きさに形成
される。即ち、いまの場合、虚像距離信号および大きさ
制御信号は、コンピュータに対応したものであるから、
図１で説明したように、虚像は、ユーザから非常に近い
位置に、かつ小さく形成される。

【０１０７】そして、ステップＳ５において、映像信号
がコンピュータ用のものでないと判定された場合、ステ
ップＳ７に進み、デフォルトの虚像距離信号または大き
さ制御信号が、虚像距離制御用コンピュータ４２または
表示制御部４４にそれぞれ出力されるとともに、左眼用
および右眼用の映像信号が、表示制御部４４に出力さ
れ、処理を終了する。

【０１０８】なお、ここでは、デフォルトの虚像距離信
号または大きさ制御信号は、例えば、ＮＴＳＣ方式に対
応するものと同一にされており、従って、この場合、虚
像は、ユーザから比較的近い位置に、かつ中程度の大き
さに形成される。

【０１０９】以上のように、映像に適した形で虚像を提
供するようにしたので、ユーザに臨場感を感じさせるこ
とができ、また、虚像を観賞することによる疲労感を低
減することができる。

【０１１０】以上、本発明を、虚像を形成するディスプ
レイ装置４が、ユーザを保持するユーザ保持機構１と一
体化した虚像提供システムに適用した場合について説明
したが、本発明は、その他、例えば、ＨＭＤその他の虚
像により映像を提供する装置に適用可能である。

【０１１１】なお、本実施の形態では、映像の同期信号
に対応して、虚像が形成される距離や大きさを変化させ
るようにしたが、その他、これらの距離や大きさ（さら
には、後述する虚像の方向）は、例えば、映像の内容に
対応して変化させるようにすることも可能である。即
ち、例えば、映像をパターン認識（画像認識）などする
ことにより、映像が、風景または人物のうちのいずれを
表示するものであるかを連続的に認識し、風景の場合に
は、遠い位置に大きな虚像を形成し、人物の場合には、
比較的に近い位置に、ある程度の大きさの虚像を形成す
るようにすることなどが可能である。この場合、例え
ば、風景のシーンでは、その風景の虚像が、遠い位置に
大きく形成され、ユーザに対して、その風景の中に、実
際にいるかのような取り囲み感を与えることが可能とな
る。さらに、例えば、人物がアップで表示されているシ
ーンでは、その人物の虚像が、比較的に近い位置に、あ
る程度の大きさで形成され、その人物の表情などを明確
に確認することが可能となる。

【０１１２】また、虚像が形成される距離などは、映像
のアスペクト比を検出し、その検出結果にしたがって変
化させるようにすることなども可能である。即ち、例え
ば、アスペクト比が１６：９の場合には、遠い位置に大
きな虚像を形成し、４：３の場合には、比較的近い位置
に中程度の大きさの虚像を形成するようにすることなど
が可能である。

【０１１３】また、ディスプレイパネル１４に表示させ
る映像は、全体的に拡大または縮小する他、その一部の
みを拡大または縮小することが可能である。さらに、映
像の横または縦方向のうちのいずれか一方向のみを拡大
または縮小し、これにより、映像のアスペクト比を所望
の値に変換するも可能である。例えば、映像が風景を表
示するものである場合、その横方向のみを拡大し、横長
の虚像を形成することにより、ユーザに対して、上述し
たような取り囲み感を与えることができる。

【０１１４】また、本実施の形態では、虚像までの距離
と、その大きさを、映像に対応して変化させるようにし
たが、その他、例えば、虚像が形成される方向も、映像
に対応して変化させることが可能である。これは、例え
ば、図８に示すように、ディスプレイパネル１４に映像
を表示する領域（同図において、斜線を付してある部
分）の位置を、表示制御部４４に変化させるようにする
ことによって実現することができる。

【０１１５】このように、虚像が形成される方向を、映
像に対応して変化させるのは、例えば、何らかの作業を
しながら、虚像を観賞する場合などに有用である。

【０１１６】具体的には、例えば、本発明を、ＨＭＤに
適用した場合において、料理番組の虚像を観賞しなが
ら、実際に料理を行うときには、虚像が形成される方向
を、中央から、左上、右上、左下、または右下などに変
化させることにより、ユーザは、虚像であるレシピなど
を見ながら、正面方向において、確実に作業をすること
が可能となる。即ち、虚像を、正面方向（中央）から移
動させることによって、正面方向の視界が良くなり、安
全、確実に作業をすることが可能となる。

【０１１７】なお、料理番組かどうかは、例えば、映像
信号処理用コンピュータ４１に、映像に、料理名などの
文字が含まれるかどうかをパターン認識させることによ
って判断することが可能である。あるいは、また、映像
に付随する音声を音声認識し、その音声認識結果に、料
理名やその材料などが含まれるかどうかによって判断し
たり、さらに、番組のテレビジョン信号に、その番組の
内容を表す情報を重畳して放送するようにし、その情報
に基づいて判断したりすることなどが可能である。そし
て、料理番組である場合には、例えば、映像信号処理用
コンピュータ４１に、映像を、左上方向などの、ユーザ
の正面方向ではない方向に表示するように、表示制御部
４４を制御させるようにすれば良い。

【０１１８】また、本実施の形態では、映像に対応し
て、虚像までの距離などを変化させるようにしたが、こ
れは、上述したように、ユーザが、操作部５を操作する
ことにより変化させることも可能である。

【０１１９】さらに、映像と、その虚像が形成される距
離などとの関係は、図１で説明したものに限定されるも
のではない。

【０１２０】

【発明の効果】請求項１に記載の表示装置および請求項
６に記載の表示方法によれば、映像に対応して、拡大光
学系により形成される虚像の、ユーザからの距離が変化
される。また、請求項７に記載の表示装置および請求項
１２に記載の表示方法によれば、映像に対応して、拡大
光学系により形成される虚像の大きさが変化される。さ
らに、請求項１３に記載の表示装置および請求項１８に
記載の表示方法によれば、映像に対応して、拡大光学系
により形成される虚像の方向が変化される。従って、映
像に適した形で虚像を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した虚像提供システムの一実施の
形態の外観を示す図である。

【図２】図１のディスプレイ装置４の光学系の構成例を
示す図である。

【図３】図１のディスプレイ装置４の構成例を示す斜視
図である。

【図４】虚像の大きさを可変にする原理を説明するため
の図である。

【図５】虚像の大きさを可変にする原理を説明するため
の図である。

【図６】図１の虚像提供システムの電気的構成例を示す
ブロック図である。

【図７】図６の映像信号処理用コンピュータ４１の動作
を説明するためのフローチャートである。

【図８】虚像が形成される方向を変化させる方法を説明
するための図である。

【図９】ＨＭＤシステムの一例の構成を示す図である。

【図１０】ビデオカメラの一例の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ユーザ保持機構，２装置固定部，３回転ピ
ン，４ディスプレイ装置，５操作部，１１Ａ
乃至１１Ｄフレームスペーサ，１２正面パネル，
１３Ｌ，１３Ｒレンズ，１４Ｌ，１４Ｒディス
プレイパネル，１５背面パネル，１６底面パネ
ル，１７ハーフミラー，１８パネルホルダ，
１９Ｌ，１９Ｒパネル取り付け部，２０Ｌ，２０Ｒ
シャフト，２１Ｌ，２１Ｒ，２２Ｌ，２２Ｒフレ
ーム溝，２３Ｌ，２３Ｒピン，２４モータ取り
付け部，２５虚像距離制御用モータ，２６シャ
フト，２７中心板，４１映像信号処理用コンピ
ュータ，４２虚像距離制御用コンピュータ，４３
モータ駆動回路，４４表示制御部

フロントページの続き (72)発明者田中義禮東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】映像を表示する表示手段と、前記表示手段に表示された映像を拡大することにより虚
像を形成する拡大光学系と、前記拡大光学系により形成される前記虚像の、ユーザか
らの距離を変化させる距離変化手段と、前記映像に対応して、前記距離変化手段を制御する制御
手段とを備えることを特徴とする表示装置。
【請求項２】前記制御手段は、前記映像の同期信号に
対応して、前記距離変化手段を制御することを特徴とす
る請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】前記制御手段は、前記映像の内容に対応
して、前記距離変化手段を制御することを特徴とする請
求項１に記載の表示装置。
【請求項４】前記拡大光学系により形成される前記虚
像の、ユーザからの距離を変化させるときに操作される
操作手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記
載の表示装置。
【請求項５】前記拡大光学系は、ユーザの左眼と右眼
とで観察される前記虚像を、空間上同一の位置に配置す
ることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項６】映像を表示する表示手段と、前記表示手段に表示された映像を拡大することにより虚
像を形成する拡大光学系とを備える表示装置の表示方法
であって、前記映像に対応して、前記拡大光学系により形成される
前記虚像の、ユーザからの距離を変化させることを特徴
とする表示方法。
【請求項７】映像を表示する表示手段と、前記表示手段に表示された映像を拡大することにより虚
像を形成する拡大光学系と、前記拡大光学系により形成される前記虚像の大きさを変
化させる大きさ変化手段と、前記映像に対応して、前記大きさ変化手段を制御する制
御手段とを備えることを特徴とする表示装置。
【請求項８】前記制御手段は、前記映像の同期信号に
対応して、前記大きさ変化手段を制御することを特徴と
する請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】前記制御手段は、前記映像の内容に対応
して、前記大きさ変化手段を制御することを特徴とする
請求項７に記載の表示装置。
【請求項１０】前記拡大光学系により形成される前記
虚像の大きさを変化させるときに操作される操作手段を
さらに備えることを特徴とする請求項７に記載の表示装
置。
【請求項１１】前記拡大光学系は、ユーザの左眼と右
眼とで観察される前記虚像を、空間上同一の位置に配置
することを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
【請求項１２】映像を表示する表示手段と、前記表示手段に表示された映像を拡大することにより虚
像を形成する拡大光学系とを備える表示装置の表示方法
であって、前記映像に対応して、前記拡大光学系により形成される
前記虚像の大きさを変化させることを特徴とする表示方
法。
【請求項１３】映像を表示する表示手段と、前記表示手段に表示された映像を拡大することにより虚
像を形成する拡大光学系と、前記拡大光学系により形成される前記虚像の方向を変化
させる方向変化手段と、前記映像に対応して、前記方向変化手段を制御する制御
手段とを備えることを特徴とする表示装置。
【請求項１４】前記制御手段は、前記映像の同期信号
に対応して、前記方向変化手段を制御することを特徴と
する請求項１３に記載の表示装置。
【請求項１５】前記制御手段は、前記映像の内容に対
応して、前記方向変化手段を制御することを特徴とする
請求項１３に記載の表示装置。
【請求項１６】前記拡大光学系により形成される前記
虚像の方向を変化させるときに操作される操作手段をさ
らに備えることを特徴とする請求項１３に記載の表示装
置。
【請求項１７】前記拡大光学系は、ユーザの左眼と右
眼とで観察される前記虚像を、空間上同一の位置に配置
することを特徴とする請求項１３に記載の表示装置。
【請求項１８】映像を表示する表示手段と、前記表示手段に表示された映像を拡大することにより虚
像を形成する拡大光学系とを備える表示装置の表示方法
であって、前記映像に対応して、前記拡大光学系により形成される
前記虚像の方向を変化させることを特徴とする表示方
法。