JPH10262165A

JPH10262165A - 映像表示装置およびパソコン

Info

Publication number: JPH10262165A
Application number: JP9065650A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Matsui; 健松井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 1998-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】虚像を利用した映像表示装置において、利用
者の焦点に合わせた距離で虚像を表示できるようにし、
快適な鑑賞を可能とする。【解決手段】左右の表示パネル３Ｌ，３Ｒは、互いに
同一平面上にあり、かつ左右のレンズ１Ｌ，２Ｒと平行
に移動可能に設けられている。また、表示パネル３Ｌ，
３Ｒは、各中心点３Ｌ_M，３Ｒ_Mが、レンズ１Ｌ，１Ｒ
間の中心点Ｏ_Mと各焦点Ｆ_L，Ｆ_Rと結んだ直線Ｇ_L，
Ｇ_R上をそれぞれ移動するように設けられている。セン
サ５は、左右の眼２Ｌ，２Ｒの視線を検知し、この視線
方向に応じて、虚像距離制御手段６が表示パネル３Ｌ，
３Ｒを移動制御する。これにより、虚像４Ｌ，４Ｒは、
ユーザの焦点に応じて表示距離が移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は映像を表示する映像
表示装置およびパソコンに関し、特に虚像を利用して映
像を表示する映像表示装置およびパソコンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、虚像を利用して映像を鑑賞するた
めの映像表示装置としては、例えばＨＭＤ（Head Mount
ed Display）といった頭部搭載型のものがある。

【０００３】図１６は従来のＨＭＤの基本構成を示す図
である。ＨＭＤ７０は、例えば、映像を拡大して虚像を
形成するレンズ７１と、そのレンズの焦点距離よりも近
い位置に配置された表示パネル（液晶ディスプレイな
ど）７２などから構成される。ユーザ７３は、ＨＭＤ７
０を頭部に装着し、表示パネル７２に表示された映像を
レンズ７１を介して見ることで、その虚像を鑑賞するこ
とができる。

【０００４】この他に、虚像を利用して映像を鑑賞する
映像表示装置としては、携帯型ビデオカメラなどに用い
られるビューファインダが知られている。ビューファイ
ンダは、図１７に示すように、ビデオカメラ本体８０に
取り付けられており、ユーザの左右どちらか単眼で、接
眼レンズ８１ｂから内部の表示パネル８１ａに表示され
る映像を鑑賞するようになっている。そして、操作ボタ
ン８２によって、表示パネル８１ａに表示される映像の
切り換え操作などを行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したＨＭ
Ｄ７０やビューファインダ８１は、レンズと表示パネル
との距離が一定なため、固定された位置で虚像を鑑賞す
ることになり、長時間の鑑賞により、ドライアイや眼精
疲労を誘発するという問題があった。また、虚像の位置
が固定なため、視力の悪い人などにとっては鑑賞しにく
いという問題があった。

【０００６】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、快適な鑑賞を可能とす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】本発明では上記課題を解
決するために、虚像を利用した映像表示装置において、
映像を表示する表示パネルと、前記表示された映像を拡
大する拡大光学部材と、前記表示パネルおよび前記拡大
光学部材の間隔を連続して切り換え可能に支持する光学
系支持機構部と、利用者の視線の向きを検出する視線検
出手段と、前記検出された利用者の視線の向きに応じて
前記表示パネルおよび前記拡大の間隔を切り換えて前記
虚像の距離を制御する虚像距離制御手段と、を有するこ
とを特徴とする映像表示装置が提供される。

【０００８】このような映像表示装置では、表示パネル
で表示された映像は、拡大光学部材で拡大され、虚像と
して利用者の眼に到達する。視線検出手段は、利用者の
視線の向きを検出し、この視線の向きに応じて、虚像距
離制御手段が、表示パネルおよび拡大光学部材の間隔を
切り換えて虚像の距離を制御する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一形態を図面を参
照して説明する。図１は本発明の映像表示装置の原理図
である。本発明の映像装置では、左右２枚のレンズ１
Ｌ，１Ｒが設けられる。これらレンズ１Ｌ，１Ｒは、互
いの主点Ｏ_L，Ｏ_Rが、人の左右の眼２Ｌ，２Ｒの平均
的な距離Ｄ₀だけ離れて配置されている。また、レンズ
１Ｌ，１Ｒは、主平面が同一平面上にあるように配置さ
れている。ここで、レンズ１Ｌ，１Ｒの焦点Ｆ_L，Ｆ_R
は、ともに同じ距離とする。また、主点Ｏ_L，Ｏ_Rを通
る軸をＤ軸とし、その原点をレンズ２Ｌの主点Ｏ_Lとす
る。そして、主点Ｏ_Lから主点Ｏ_Rに向かって正の向き
とする。

【００１０】レンズ１Ｌ，１Ｒの向かい側には、それぞ
れ液晶の表示パネル３Ｌ，３Ｒが設けられている。表示
パネル３Ｌは、その中心点３Ｌ_M（例えば、表示パネル
３Ｌが長方形の場合、その対角線の交点）が、レンズ１
Ｌ，１Ｒの主点Ｏ_L，Ｏ_Rの中点Ｏ_Mと焦点Ｆ_Lとを結
ぶ直線Ｇ_L上に位置するように配置されている。一方、
表示パネル３Ｒは、その中心点３Ｒ_M（例えば、表示パ
ネル３Ｒが長方形の場合、その対角線の交点）が、中点
Ｏ_Mと焦点Ｆ_Rとを結ぶ直線Ｇ_R上に位置するように配
置されている。また、表示パネル３Ｌ，３Ｒは、互いの
表示面が同一平面Ｈ上に位置するように配置されてい
る。

【００１１】このような配置により、レンズ１Ｌおよび
表示パネル３Ｌで構成される左眼側の光学系と、レンズ
１Ｒおよび表示パネル３Ｒで構成される右眼側の光学系
とは、焦点Ｆ_L，Ｆ_Rの間の中点Ｏ_Fと、レンズ１Ｌ，
１Ｒ間の中点Ｏ_Mとを結んだ直線Ｇ_Mを中心に、対称と
なっている。

【００１２】ところで、図のように左右２枚のレンズ１
Ｌ，１Ｒおよび表示パネル３Ｌ，３Ｒを使用して、無理
なく２次元画像が見られるようにするためには、表示パ
ネル３Ｌ，３Ｒで表示される映像の虚像４Ｌ，４Ｒが、
完全に重なっている必要がある。すなわち、両者の虚像
４Ｌ，４Ｒの中点４Ｌ_M，４Ｒ_Mの位置は、眼２Ｌ，２
Ｒに対して、前後、左右、上下のすべての方向に一致し
ている必要がある。次に、図１においては、この条件が
成り立っていることを示す。

【００１３】いま、左側のレンズ１Ｌの主点Ｏ_Lと焦点
Ｆ_Lとを結ぶ直線をＳ軸とし、主点Ｏ_Lから焦点Ｆ_Lに
向かって正の向きとする。そして、このＳ軸とＤ軸とに
よって作られる平面において、表示パネル３Ｌの中心点
３Ｌ_Mの座標を（ｄ₁，ｓ₁）、虚像４Ｌの中心点４Ｌ
_Mの座標を（ｄ₂，ｓ₂）とすると、が成り立つ。ここで、ｆ_Lはレンズ１Ｌの焦点距離、す
なわち、主点Ｏ_Lと焦点Ｆ_Lとの間の距離である。

【００１４】一方、レンズの結像公式により、１／ｆ_L＝１／ｓ₁−１／ｓ₂ ・・・・（２）が成り立つ。また、主点Ｏ_L、中心点３Ｌ_M，４Ｌ_Mは
一直線上にあることから、ｓ₁／ｓ₂＝ｄ₁／ｄ₂ ・・・・（３）が成り立つ。さらに式（１）および式（３）から、ｄ₂＝Ｄ₀／２・・・・（４）が得られる。虚像４Ｌの中心点４Ｌ_MのＤ軸座標ｄ₂が
Ｄ₀／２ということは、中心点４Ｌ_Mは直線Ｇ_M上にあ
ることが分かる。前述したように、左眼側の光学系と右
目側の光学系とは、直線Ｇ_Mを中心として対称となって
いるので、虚像４Ｒの中心点４Ｒ_Mも、虚像４Ｌの中心
点４Ｌ_Mと同じ座標（ｄ₂，ｓ₂）に位置すると言え
る。すなわち、図１の構成において虚像４Ｌおよび虚像
４Ｒの位置は、完全に一致している。これにより、ユー
ザは、両眼の輻輳などの調節を一致させた状態で、無理
なく像を見ることができる。

【００１５】このような結果を導く要因としては、左眼
側の光学系と右目側の光学系とが対称に配置されている
ことに加え、表示パネル３Ｌ，３Ｒの各中心点３Ｌ_M，
３Ｒ_Mが、それぞれ直線Ｇ_L，Ｇ_M上に位置することに
ある。この関係を維持しながら、表示パネル３Ｌ，３Ｒ
をレンズ１Ｌ，１Ｒに近づけると、虚像４Ｌおよび虚像
４Ｒは、眼２Ｌ，２Ｒ側に近づく。反対に、表示パネル
３Ｌ，３Ｒをレンズ１Ｌ，１Ｒから遠ざけると、虚像４
Ｌおよび虚像４Ｒは、眼２Ｌ，２Ｒ側から遠ざかる。

【００１６】そこで、本発明では、表示パネル３Ｌ，３
Ｒを互いに同期させて、それぞれ直線Ｇ_L，Ｇ_Mに沿っ
てスライド可能としている。また、両眼２Ｌ，２Ｒ付近
には、ＣＣＤ等のセンサ５を設け、両眼２Ｌ，２Ｒの動
きを検知する。そして、虚像距離制御手段６は、センサ
５からの信号に基づいて、表示パネル３Ｌ，３Ｒの位置
を移動制御する。具体的には、両眼２Ｌ，２Ｒが下を向
いたときには、表示パネル３Ｌ，３Ｒをレンズ１Ｌ，１
Ｒに近づけ、反対に、両眼２Ｌ，２Ｒが上を向いたとき
には、表示パネル３Ｌ，３Ｒをレンズ１Ｌ，１Ｒから遠
ざける。

【００１７】ただし、この場合、表示パネル３Ｌ，３Ｒ
は、焦点Ｆ_L，Ｆ_Rよりもレンズ１Ｌ，１Ｒ側に位置す
る範囲で制御される。これは、表示パネル３Ｌ，３Ｒで
表示される映像は小さいので、ユーザが目視できるよう
にするためには、拡大表示させる必要があるからであ
る。

【００１８】次に、本発明の具体的な形態について説明
する。図２は本発明の第１の形態の映像表示装置として
のＨＭＤの概略構成を示す図である。ＨＭＤ（Head Mou
nted Display）１０は、主に、ユーザの頭部に装着する
ホルダ１１と、映像を表示する表示ユニット１２とから
構成されている。表示ユニット１２は、後述するレンズ
や表示パネル等を内蔵する表示機構部１３と、ユニット
の左右の眼の位置にあって実際に映像を見るための映像
認識部１４とから構成されている。表示ユニット１２全
体は、角度調整モータ１５の軸１５ａを介してホルダ１
１に取り付けられており、後述するように、ユーザの視
線の向きに応じて軸１５ａ回りに回動可能となってい
る。

【００１９】映像認識部１４は、視線方向が開口された
筒型のケース１４ａを有しており、このケース１４ａに
は、ハーフミラー１６が設けられている。ユーザは、表
示機構部１３側から送られる映像（虚像）を、このハー
フミラー１６を介して認識する。また、ハーフミラー１
６を通して、前方の景色も認識できる。

【００２０】また、ケース１４ａには、ＣＣＤ（Charge
Coupled Device ）カメラ１７が設けられている。ＣＣ
Ｄカメラ１７は、ハーフミラー１６を通してユーザの両
眼の視線を検出する。この検出信号は、コード１８を介
して制御ユニット１９に送られる。

【００２１】制御ユニット１９は、映像信号をコード１
８を介して表示ユニット１２に送り、表示パネル上で表
示させる。また、制御ユニット１９は、ＣＣＤカメラ１
７からの検出信号を受けて現在の視線の向きを検知し、
その向きに応じて角度調整モータ１５および後述の上下
動モータ２２を制御する。

【００２２】図３は表示ユニット１２内部の構成を示す
斜視図である。表示ユニット１２の表示機構部１３のケ
ース１３０は、それぞれ透明の天板１３１、底板１３
２、側板１３３，１３４、正面板１３５、および背面板
１３６を、スペーサ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄで
固定することによって形成されている。ただし、底板１
３２は必ずしも必要とせず、このとき天板１３１は透明
でなくてもよい。ケース１３０の底板１３２には、左眼
用のレンズ２０Ｌと右眼用のレンズ２０Ｒとが固定され
ている。レンズ２０Ｌ，２０Ｒは、例えば凸レンズであ
り、その光軸（主点）どうしの距離が、例えば人の両眼
の平均的な間隔（６５ｍｍ程度）と同じになるように設
けられている。

【００２３】天板１３１の中央部分には、固定部材２１
が取り付けられており、この固定部材２１には、上下動
モータ２２が固定されている。上下動モータ２２は、ス
テッピングモータであり、前述の制御ユニット１９から
の駆動電流によって回転し、ネジの切ってある軸２２ａ
が上下動する。この軸２２ａの下端部には、固定部材２
３ａを介してパネルホルダ２３が固定されている。

【００２４】パネルホルダ２３は、固定部材２３ａを中
心に、４本のガイドシャフト２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，
２３ｅを有している。これらのガイドシャフトのうち、
左側のガイドシャフト２３ｂ，２３ｃどうし、右側のガ
イドシャフト２３ｄ，２３ｅどうしは、互いに平行とな
るように設けられている。また、ガイドシャフト２３
ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅを含む面は、レンズ２０
Ｌ，２０Ｒの主点を結んだ線（図１におけるＤ軸）と平
行になっている。さらに、左側のガイドシャフト２３
ｂ，２３ｃの端部にはストッパ部材２３ｆが、右側のガ
イドシャフト２３ｄ，２３ｅの端部にはストッパ部材２
３ｇが、それぞれ取り付けられている。

【００２５】左側のガイドシャフト２３ｂ，２３ｃ間に
は、それぞれ連結部２４１，２４２を介して液晶の表示
パネル２４Ｌがスライド可能に取り付けられている。同
様に、右側のガイドシャフト２３ｄ，２３ｅ間には、そ
れぞれ連結部２４３，２４４を介して液晶の表示パネル
２４Ｒがスライド可能に取り付けられている。また、表
示パネル２４Ｌおよび表示パネル２４Ｒは、互いに表示
面が同一平面上に位置するように設けられている。表示
パネル２４Ｌおよび表示パネル２４Ｒは、制御ユニット
１９側から送られる映像信号を表示面上で表示する。

【００２６】また、表示パネル２４Ｌ側の連結部２４
１，２４２には、それぞれピン２４１ａと図示されてい
ないピンが設けられている。これらピン２４１ａおよび
図示されていないピンは、その軸芯が、表示面の中心点
を通り、かつ表示パネル２４Ｌの表示面と同一平面上
に、さらにスライド方向と直角の向きに設けられてい
る。連結部２４１，２４２のピン２４１ａおよび図示さ
れていないピンは、それぞれ、正面板１３５、背面板１
３６に形成された斜めのスリット１３５ａ、スリット１
３６ａにスライド可能に挿入されている。ここで、スリ
ット１３５ａおよびスリット１３６ａは、レンズ２０
Ｌ，２０Ｒの主点間の中点とレンズ２０Ｌの焦点とを結
んだ線、すなわち、図１における直線Ｇ_Lと対応する線
と平行に形成されている。

【００２７】同様に、表示パネル２４Ｒ側の連結部２４
３，２４４には、それぞれピン２４３ａと図示されてい
ないピンが設けられている。これらピン２４３ａおよび
図示されていないピンは、その軸芯が、表示面の中心点
を通り、かつ表示パネル２４Ｒの表示面と同一平面上
に、さらにスライド方向と直角の向きに設けられてい
る。連結部２４３，２４４のピン２４３ａおよび図示さ
れていないピンは、それぞれ、正面板１３５、背面板１
３６に形成された斜めのスリット１３５ｂ、スリット１
３６ｂにスライド可能に挿入されている。ここで、スリ
ット１３５ｂおよびスリット１３６ｂは、レンズ２０
Ｌ，２０Ｒの主点間の中点とレンズ２０Ｒの焦点とを結
んだ線、すなわち、図１における直線Ｇ_Rと対応する線
と平行に形成されている。

【００２８】このような構成の表示ユニット１２は、左
右の表示パネル２４Ｌ，２４Ｒで表示された映像が、そ
れぞれレンズ２０Ｌ，２０Ｒを通過し、ハーフミラー１
６で反射して、ユーザの左右の眼３０Ｌ，３０Ｒに拡大
された虚像として到達する。この虚像の表示原理につい
ては、図１で示したものと同じである。

【００２９】また、上下動モータ２２を動作させて軸２
２ａを上下動させると、それに応じて表示パネル２４
Ｌ，２４Ｒも左右、上下に移動する。具体的には、軸２
２ａを下降させると、パネルホルダ２３も一体に下降す
る。これにより、表示パネル２４Ｌ，２４Ｒは、レンズ
２０Ｌ，２０Ｒ側に近づくので、眼３０Ｌ，３０Ｒ側で
は、虚像が近接した距離に見える。また、このとき、表
示パネル２４Ｌ，２４Ｒは、スリット１３５ａ，１３６
ａ、スリット１３５ｂ，１３６ｂに沿って移動、すなわ
ち、図１で示した直線Ｇ_L，Ｇ_Rに沿って移動するの
で、左右の映像の虚像は完全に重なった状態で表示され
る。よって、ユーザは違和感なく映像を認識することが
できる。

【００３０】一方、上下動モータ２２の軸２２ａを上昇
させると、パネルホルダ２３も一体に上昇する。これに
より、表示パネル２４Ｌ，２４Ｒは、レンズ２０Ｌ，２
０Ｒ側から遠ざかるので、眼３０Ｌ，３０Ｒ側では、虚
像が遠方に見える。また、このとき、表示パネル２４
Ｌ，２４Ｒは、スリット１３５ａ，１３６ａ、スリット
１３５ｂ，１３６ｂに沿って移動、すなわち、直線
Ｇ_L，Ｇ_Rに沿って移動するので、左右の映像の虚像は
完全に重なった状態で表示される。よって、下降のとき
と同じように、ユーザは違和感なく映像を認識すること
ができる。

【００３１】次に、このような表示ユニット１２を備え
るＨＭＤ１０全体の動作について説明する。図４は本発
明の第１の形態のＨＭＤ１０の動作を説明する図であ
り、（Ａ）はユーザの視線が水平方向を向いている場合
の図、（Ｂ）はユーザの視線が下方を向いている場合の
図である。まず、ユーザの左右の眼３０Ｌ，３０Ｒの視
線Ｅ₁が、水平線Ｉ₁方向またはそれよりも上方を向い
ている場合には、制御ユニット１９側では、ユーザの眼
３０Ｌ，３０Ｒの焦点が遠方に合っていると判断し、図
（Ａ）に示すように、表示パネル２４Ｌ，２４Ｒをレン
ズ２０Ｌ，２０Ｒから遠ざける。これにより、虚像３１
は遠方（例えば１５ｍの位置）に形成される。

【００３２】一方、ユーザの左右の眼３０Ｌ，３０Ｒの
視線Ｅ₁が、水平線Ｉ₁方向よりも下方を向いている場
合には、制御ユニット１９側では、ユーザの眼３０Ｌ，
３０Ｒの焦点が近傍に合っていると判断し、図（Ｂ）に
示すように、表示パネル２４Ｌ，２４Ｒをレンズ２０
Ｌ，２０Ｒに近づける。これにより、虚像３１は近傍
（例えば０．５ｍの位置）に形成される。また、これと
同時に、表示ユニット１２は、視線Ｅ₁に合わせて下方
に傾き、視線Ｅ₁が虚像３１の中心位置にくるように制
御される。

【００３３】このような虚像３１の距離変化や表示ユニ
ット１２の傾きは、図３で示した上下動モータ２２およ
び図２で示した角度調整モータ１５を駆動することによ
り連続的に行うことができるので、自然な状態で映像を
表示させることができる。

【００３４】図５は本発明の第１の形態における虚像距
離制御の手順を示すフローチャートである。〔Ｓ１〕ＣＣＤカメラ１７から送られる検出信号に基づ
いて、ユーザの眼３０Ｌ，３０Ｒの視線方向を検出す
る。〔Ｓ２〕視線方向に変化があるなどの理由により、虚像
距離制御が必要であるか否かを判断し、必要であればス
テップＳ３に進み、必要でなければ本フローチャートを
終了する。〔Ｓ３〕上下動モータ２２および角度調整モータ１５を
駆動することにより、視線方向に応じた虚像距離の制御
と、表示ユニット１２の角度の制御を行う。虚像距離の
制御の具体例としては、視線方向が水平（０°）または
それ以上上方に向いていれば、虚像距離が例えば１５ｍ
となるように制御し、視線方向が０°〜−１０°の場合
には虚像距離が５ｍとなるように制御し、視線方向が−
１０°以下の場合には虚像距離が０．５ｍとなるように
制御する。

【００３５】なお、本形態では、表示パネル２４Ｌ，２
４Ｒ側を移動させることにより、虚像３１の距離を制御
するようにしたが、レンズ２０Ｌ，２０Ｒ側を移動させ
るようにしても、同様の効果が得られる。

【００３６】また、本形態では、左右のレンズ２０Ｌ，
２０Ｒによって拡大される虚像の位置を完全に一致させ
るようにしたが、両眼視差を利用した左右異なる映像を
表示パネル２４Ｌ，２４Ｒで表示させることにより、立
体的な映像を表示することができる。

【００３７】さらに、上下動モータ２２としては、ステ
ッピングモータ以外に、超音波モータ、ＤＣモータな
ど、他のタイプのモータも使用できる。ただし、この場
合には、ロータリエンコーダなどの位置検出手段が必要
である。

【００３８】さらにまた、表示パネル２４Ｌ，２４Ｒと
しては、液晶パネル以外に、小型のＣＲＴなどの他の素
子も使用できる。また、本形態では、レンズ２０Ｌ，２
０Ｒ、表示パネル２４Ｌ，２４Ｒをそれぞれ２個ずつ設
けて、両眼で虚像を見るようにしたが、レンズおよび表
示パネルを１対だけ設けて、ビューファインダのように
片眼だけで見えるようにしてもよい。

【００３９】さらに、本形態では、ユーザの視線を検出
する手段として、ＣＣＤカメラ１７を用いたが、赤外線
照射型のセンサを用いることもできる。図６は赤外線照
射型センサの構造の一例を示す図であり、（Ａ）は検出
側の面の構成を示す図、（Ｂ）は使用方法を示す図であ
る。赤外線照射型センサ３２は、図（Ａ）に示すよう
に、２個の赤外線ＬＥＤ３２１，３２２と、４個のフォ
トダイオード３２３，３２４，３２５，３２６から構成
されている。このような赤外線照射型センサ３２は、赤
外線ＬＥＤ３２１，３２２から眼に対して赤外線を照射
し、そのきょう膜で反射した光をフォトダイオード３２
３，３２４，３２５，３２６で受光する。制御ユニット
１９側では、各フォトダイオード３２３，３２４，３２
５，３２６における受光強度を解析し、視線方向を検出
する。

【００４０】実際の使用では、図（Ｂ）に示すように、
左右の眼３０Ｌ，３０Ｒに対応してそれぞれ赤外線照射
型センサ３２Ｌ，３２Ｒを取り付ける。これにより、視
線方向が検出できる。

【００４１】また、本形態では、レンズ２０Ｌ，２０Ｒ
として、凸レンズを使用する例を示したが、図７に示す
ように、凹面鏡を用いることも可能である。すなわち、
表示パネル２４Ｌ，２４Ｒからの映像が視線の方向に反
射するようにハーフミラー１６を設け、さらに、ハーフ
ミラー１６の先に凹面鏡３３を設ける。これにより、ハ
ーフミラー１６で反射した映像は、凹面鏡３３で反射さ
れ、左右の眼３０Ｌ，３０Ｒでは、拡大された虚像３４
が認識される。

【００４２】さらに、本形態では、レンズ２０Ｌ，２０
Ｒで拡大された虚像をハーフミラー１６で反射させて両
眼３０Ｌ，３０Ｒに入射させるようにしたが、ハーフミ
ラー１６を設けずに、図８に示すように、レンズ２０
Ｌ，２０Ｒで拡大された虚像３５を直接両眼３０Ｌ，３
０Ｒに入射させる構成も可能である。

【００４３】また、本形態では、図３に示したように、
表示パネル２４Ｌ，２４Ｒの移動を上下動モータ２２で
行うようにしたが、他の上下動機構を用いるようにして
もよい。

【００４４】次に、本発明の第２の形態について説明す
る。図９は本発明の第２の形態のＨＭＤによる表示ユニ
ット内部の構成を示す斜視図である。また、図１０は本
発明の第２の形態のＨＭＤによる表示パネル上下動機構
の概略構成を示す図である。ここでは、図３と同じ構成
部分については同一符号を付して説明を省略する。

【００４５】まず、図９に示すように、固定部材２１の
ほぼ中心には、孔２１ａが形成されており、この孔２１
ａには、上下動シャフト４１が上下動可能に挿入されて
いる。この上下動シャフト４１の下端部４１ａは、パネ
ルホルダ２３の固定部材２３ａの上面に当接している。
パネルホルダ２３は、底板１３２との間に固定されたバ
ネ４２によって、常に上方に付勢されている。また、ケ
ース１３０の虚像側の上側端部には、段部１３０ａが形
成されている。

【００４６】図２で示した頭部用のホルダ１１には、図
１０に示すように、ガイド部材４３が固定されている。
ガイド部材４３には、適切に計算された曲線状のガイド
面４３ａが形成されている。このガイド面４３ａには、
上下動シャフト４１の上端部４１ｂが当接している。表
示ユニット１２全体は、ユーザの眼３０Ｌ，３０Ｒの位
置とほぼ同じ位置でガイド部材４３に対して回動可能と
なっている。

【００４７】そして、ユーザの左右の眼３０Ｌ，３０Ｒ
の視線Ｅ₂が、水平線Ｉ₂方向またはそれよりも上方を
向いている場合には、図１０のように、上下動シャフト
４１の上端部４１ｂがガイド面４３ａの上端側に当接す
る。このとき、上下動シャフト４１は最も高い位置にあ
るので、表示パネル２４Ｌ，２４Ｒはレンズ２０Ｌ，２
０Ｒから遠くに位置している。これにより、虚像４４は
遠方に形成される。

【００４８】一方、ユーザの左右の眼３０Ｌ，３０Ｒの
視線Ｅ₂が、水平線Ｉ₂方向よりも下方を向いている場
合には、図１１に示すように、表示ユニット１２全体が
下方に傾き、視線Ｅ₂が虚像４４の中心位置にくるよう
にように制御される。このとき、上下動シャフト４１の
上端部４１ｂは、図１０の場合よりもガイド面４３ａの
下側部分に当接し、下方に押される。また、同時に、表
示パネル２４Ｌ，２４Ｒは、上下動シャフト４１の下端
部４１ａに押されて下降し、レンズ２０Ｌ，２０Ｒに近
づく。これにより、虚像４４が近傍に形成される。

【００４９】次に、本発明の第３の形態について説明す
る。図１２は本発明の第３の形態のＨＭＤの表示ユニッ
ト内部の構成を示す斜視図である。なお、ここでは、こ
こでは、図３と同じ構成部分については同一符号を付し
て説明を省略する。表示ユニット１２は、角度調整モー
タ１５の軸１５ａに固定されている。角度調整モータ１
５の本体は、制御板５０と一体に取り付けられている。
制御板５０は、図２で示した頭部用のホルダ１１に連結
されている。この制御板５０には、曲線状のスリット５
０ａが形成されている。また、スリット５０ａには、パ
ネルホルダ２３のストッパ部材２３ｆから突き出たピン
２３ｈが嵌入している。ピン２３ｈは、表示パネル２４
Ｌ，２４Ｒの中心点を結んだ直線上に延びるように設け
られている。

【００５０】パネルホルダ２３の固定部材２１の下面と
ケース１３０との間には、バネ５１が設けられている。
このバネ５１によって、パネルホルダ２３は、常に上方
に付勢されている。

【００５１】図１３は本発明の第３の形態のＨＭＤの表
示ユニットの動作を説明する図であり、（Ａ）はユーザ
の視線が水平方向を向いている場合の図、（Ｂ）はユー
ザの視線が下方を向いている場合の図である。まず、ユ
ーザの左右の眼３０Ｌ，３０Ｒの視線Ｅ₃が、水平線Ｉ
₃方向またはそれよりも上方を向いている場合には、図
（Ａ）に示すように、図２で示した角度調整モータ１５
の動作によって、表示パネル２４Ｌ，２４Ｒが水平とな
るように、表示ユニット１２全体の傾きが制御される。
このとき、制御板５０の溝５０ａとピン２３ｈとの嵌合
により、表示パネル２４Ｌ，２４Ｒは、レンズ２０Ｌ，
２０Ｒから遠い位置に保持される。これにより、虚像５
２は遠方に形成される。

【００５２】一方、ユーザの左右の眼３０Ｌ，３０Ｒの
視線Ｅ₃が、水平線Ｉ₃方向よりも下方を向いている場
合には、図（Ｂ）に示すように、表示ユニット１２全体
が下方に傾き、視線Ｅ₃が虚像５２の中心位置にくるよ
うに制御される。このとき、表示パネル２４Ｌ，２４Ｒ
は、ピン２３ｈが制御板５０の溝５０ａに付勢されて移
動し、レンズ２０Ｌ，２０Ｒに近づく。これにより、虚
像５２が近傍に形成される。

【００５３】次に、本発明の第４の形態について説明す
る。図１４は本発明の第４の形態の構成を示す斜視図で
ある。ノート型パソコン６０は、本体部６１と、映像表
示用の表示ユニット６２とから構成されている。本体部
６１は、その上面に多数のキー６１１を有しており、ま
た、内部には、パソコンの基本機能と、表示ユニット６
２用の制御部とが設けられている。

【００５４】一方、表示ユニット６２は、アーム６３に
よって本体部６１に連結されており、軸６３ａを中心に
手動で上下動できるようになっている。また、表示ユニ
ット６２全体は、アーム６３の軸６３ｂを中心に手動に
よって回動できるように取り付けられている。さらに、
使用しないときの表示ユニット６２は、図に示すよう
に、本体部６１の凹部６１ａに納まるように設けられて
いるので、携帯に適している。

【００５５】表示ユニット６２は、表示機構部６２１と
映像認識部６２２とから構成されている。これら表示機
構部６２１および映像認識部６２２の構造は、それぞれ
図２で示した表示機構部１３および映像認識部１４とほ
ぼ同じなので、ここでは説明を省略する。表示機構部６
２１内の表示パネルには、通常のパソコン用の画面表示
がなされ、ユーザは、この画面の拡大された虚像を、映
像認識部１４のハーフミラー６２２ａを介して見ること
ができる。

【００５６】また、表示ユニット６２には、図示されて
いない角度センサが設けられており、水平方向に対する
軸６３ａ回りの角度を検出する。この検出信号は、本体
部６１内部に送られる。

【００５７】次に、このノート型パソコン６０の使用方
法について説明する。図１５は本発明の第４の形態のノ
ート型パソコン６０の使用状態を示す図である。使用す
るときには、まず、アーム６３を上方に回動させて、表
示ユニット６２を上昇させる。そして、ユーザは、映像
認識部６２２のハーフミラー６２２ａを介して映像を見
る。このとき、表示ユニット１２全体を軸６３ｂを中心
に回動させることにより、ユーザにとって見やすい角度
で映像を見ることができる。具体的には、表示ユニット
１２を下方に向けると、第１の形態と同様の原理によっ
て、虚像が近傍で見える。一方、表示ユニット１２を正
面または上方に向けると、虚像は遠方に見える。

【００５８】また、虚像を見ることができると同時に、
ハーフミラー６２２ａ越しに、手元のキー６１１も見る
ことができる。よって、従来のノート型パソコンのよう
に、液晶モニタとキーボードとを交互に見ながら操作す
る必要がなく、作業効率が向上する。また、液晶モニタ
のように光の反射なども気にする必要がない。

【００５９】なお、本形態では、表示ユニット１２を手
動で回動させるようにしたが、第１の形態などのよう
に、モータおよび視線検出用のセンサを用いることによ
り、視線方向に応じて自動的に角度を調整できるように
してもよい。

【００６０】また、ノート型パソコン６０として、キー
６１１の代わりに、手書き式のボードを用いるようにし
てもよい。さらに、本体部６１側に補助の表示画面を設
け、表示ユニット１２と組み合わせて用いるようにして
もよい。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、利用者
の視線の向きを検出し、この視線の向きに応じて、表示
パネルおよび拡大光学部材の間隔を切り換えて虚像の距
離を制御するようにしたので、ユーザの眼の焦点に合わ
せて虚像の位置を調節するこができる。よって、快適な
鑑賞を可能とする

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の映像表示装置の原理図である。

【図２】本発明の第１の形態の映像表示装置の概略構成
を示す図である。

【図３】表示ユニット内部の構成を示す斜視図である。

【図４】本発明の第１の形態のＨＭＤの動作を説明する
図であり、（Ａ）はユーザの視線が水平方向を向いてい
る場合の図、（Ｂ）はユーザの視線が下方を向いている
場合の図である。

【図５】本発明の第１の形態における虚像距離制御の手
順を示すフローチャートである。

【図６】赤外線照射型センサの構造の一例を示す図であ
り、（Ａ）は検出側の面の構成を示す図、（Ｂ）は使用
方法を示す図である。

【図７】本発明の第１の形態において凸レンズの代わり
に凹面鏡を用いた場合の構成例を示す図である。

【図８】本発明の第１の形態において虚像を直接両眼に
入射させる場合の構成例を示す図である。

【図９】本発明の第２の形態のＨＭＤによる表示ユニッ
ト内部の構成を示す斜視図である。

【図１０】本発明の第２の形態のＨＭＤによる表示パネ
ル上下動機構の概略構成を示す図である。

【図１１】本発明の第２の形態のＨＭＤにおいて、ユー
ザの視線が下方を向いている場合のを示す図である。

【図１２】本発明の第３の形態のＨＭＤによる表示ユニ
ット内部の構成を示す斜視図である。

【図１３】本発明の第３の形態のＨＭＤの表示ユニット
の動作を説明する図であり、（Ａ）はユーザの視線が水
平方向を向いている場合の図、（Ｂ）はユーザの視線が
下方を向いている場合の図である。

【図１４】本発明の第４の形態の構成を示す斜視図であ
る。

【図１５】本発明の第４の形態のノート型パソコンの使
用状態を示す図である。

【図１６】従来のＨＭＤの基本構成を示す図である。

【図１７】携帯型ビデオカメラの基本構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１Ｌ，１Ｒ・・・レンズ、２Ｌ・・・左眼、２Ｒ・・・
右眼、３Ｌ，３Ｒ・・・表示パネル、４Ｌ，４Ｒ・・・
虚像、５・・・センサ、６・・・虚像距離制御手段、１
０・・・ＨＭＤ（Head Mounted Display）、１１・・・
ホルダ、１２・・・表示ユニット、１３・・・表示機構
部、１４・・・映像認識部、１５・・・角度調整モー
タ、１６・・・ハーフミラー、１７・・・ＣＣＤカメ
ラ、１９・・・制御ユニット、２０Ｌ，２０Ｒ・・・レ
ンズ、２２・・・上下動モータ、２４Ｌ，２４Ｒ・・・
表示パネル、３０Ｌ，３０Ｒ・・・眼

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】虚像を利用した映像表示装置において、映像を表示する表示パネルと、前記表示された映像を拡大するレンズ等の拡大光学部材
と、前記表示パネルおよび前記拡大光学部材の間隔を連続し
て切り換え可能に支持する光学系支持機構部と、利用者の視線の向きを検出する視線検出手段と、前記検出された利用者の視線の向きに応じて前記表示パ
ネルおよび前記拡大光学部材の間隔を切り換えて前記虚
像の距離を制御する虚像距離制御手段と、を有することを特徴とする映像表示装置。
【請求項２】前記虚像距離制御手段は、前記視線が水
平または上方を向いているときには前記虚像を遠方に表
示し、前記視線が水平より下方を向いているときには前
記虚像を近傍に表示するように、前記光学系支持機構部
を駆動するように構成されていることを特徴とする請求
項１記載の映像表示装置。
【請求項３】前記虚像距離制御手段は、前記拡大光学
部材に対する前記表示パネルの距離を移動制御するモー
タと、前記モータを駆動する駆動手段と、を有すること
を特徴とする請求項１記載の映像表示装置。
【請求項４】前記拡大光学部材の光軸の角度を切り換
え可能なように前記光学系支持機構部を軸支する光学系
軸支機構部と、前記視線方向の上下方向の角度に応じ
て、前記虚像の中心が前記視線上に位置するように前記
光学系軸支機構部を制御する光軸角度制御手段を有する
ことを特徴とする請求項１記載の映像表示装置。
【請求項５】前記光学系軸支機構部の動作に連動して
前記光学系支持機構部を動作させる連動機構部、を有す
ることを特徴とする請求項４記載の映像表示装置。
【請求項６】前記表示パネル、前記拡大光学部材、お
よび前記光学系支持機構部を一体に支持する表示機構部
と、前記拡大光学部材で拡大された虚像を前記利用者の
眼の方向に反射させるミラーと、を有することを特徴と
する請求項１記載の映像表示装置。
【請求項７】前記ミラーは、ハーフミラーであること
を特徴とする請求項５記載の映像表示装置。
【請求項８】前記視線検出手段は、ＣＣＤ（Charge C
oupled Device ）カメラであることを特徴とする請求項
１記載の映像表示装置。
【請求項９】携帯型のパソコンにおいて、入力機能および演算機能を有する本体部と、前記本体部と連結されるとともに、映像を表示する表示
パネルと、前記表示された映像を拡大する拡大光学部材
と、前記表示パネルおよび前記拡大光学部材の間隔を連
続して切り換え可能に支持する光学系支持機構部と、利
用者の視線の向きを検出する視線検出手段と、前記検出
された利用者の視線の向きに応じて前記表示パネルおよ
び前記拡大光学部材の間隔を切り換えて前記虚像の距離
を制御する虚像距離制御手段と、を有する映像表示装置
と、を有することを特徴とするパソコン。