(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
右眼用画像信号生成手段と左眼用画像信号生成手段との同期を保つた めの画像同期信号を有し、かつ、頭部運動信号に基づいて左右眼に独立して画像を提示 する画像信号を発生する画像生成部と、
前記画像信号による提示画像に連動して虚像距離信号を発生する虚像距離信号生成部 と、
一対の表示部と、これらの表示部に表示される画像に対するそれぞれのレンズ系と、 使用者の瞳孔間距離に応じて前記レンズ系を移動可能な調節手段とを有し、かつ、前記 画像信号による提示画像に連動する前記虚像距離信号に基づいて提示虚像の位置と両眼 視差による画像位置とを一致させるための虚像距離制御手段を有し、前記レンズ系を通  して得られる虚像を観察するように構成された画像表示装置と、
頭部の動きを検出し、頭部運動信号を前記画像生成部及び前記虚像距離信号生成部に 送る頭部運動検出部と
から構成された画像表示システム。
【請求項２】
使用者の瞳孔間隔と同じ間隔に配置されて左右眼に独立して画像を提 示する画像信号を発生する右眼用カメラと左眼用カメラを有し、右眼用カメラと左眼用  カメラとが互いに逆向きに同じ角度だけ回転するようになされ、かつ、頭部運動信号に 基づいてカメラ方向台方向を変化させる手段を有するカメラ方向台と、
右眼用カメラの焦点距離、左眼用カメラの焦点距離又は距離測定手段によって決定さ れた対象物の距離に基づく虚像距離信号を発生する虚像距離信号生成部と、
一対の表示部と、これらの表示部に表示される画像に対するそれぞれのレンズ系と、 使用者の瞳孔間距離に応じて前記レンズ系を移動可能な調節手段とを有し、かつ、前記 対象物の距離に基づく前記虚像距離信号に基づいて提示虚像の位置と両眼視差による画 像位置とを一致させるための虚像距離制御手段を有し、前記レンズ系を通して得られる 虚像を観察するように構成された画像表示装置と、
頭部の動きを検出し、頭部運動信号を前記画像信号の生成部及び前記虚像距離信号生 成部に送る頭部運動検出部と
から構成された画像表示システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示システムに関し、例えば、個人の画像鑑賞に用いられる両眼式頭部固定型臨場感画像表示システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の両眼式頭部固定型画像表示システムとしては、左右眼に画像生成部により提示画像を発生させ、使用者に様々なことを体験させる、いわゆるシミュレータシステムが知られている。
【０００３】
例えば、コンピュータグラフィックス等で作製した画像を両眼式頭部固定型画像表示装置で観視し、あたかも画像中の仮想空間に存在するかのような臨場感（いわゆる仮想現実（ヴァーチャルリアリティ））を使用者に体験させるように構成されたものがある。
【０００４】
こうした表示装置は、それぞれ画像が表示される左右の表示部を有し、使用者は左右のレンズ系を通じて、これら左右の表示部の画像の虚像を観視するようになされている。即ち、画像は、使用者の前方の一定の距離に、虚像として固定して提示され、また、左右の両眼視差により立体を表示している。
【０００５】
また、一般に、姿勢検出器が市販されている。これは、小型のセンサを複数個内蔵しており、水平回転、垂直回転、傾きなどの情報を電気的な信号で取り出すことができる。頭部運動検出器として、この姿勢検出器を用いている。
【０００６】
ところで、上述したように、従来の画像表示システムにおいては、使用者の前方の固定位置に提示画像を与えているため（即ち、どの画像も固定位置に提示されるので）、提示画像による臨場感が乏しく、使用者に違和感を与える、という問題点があった。
【０００７】
また、従来の画像表示システムに用いられる画像表示装置は、図19（遠距離の場合）及び図20（近距離の場合）に示すように、左右の眼50と51との両眼視差による虚像距離52と使用者に提示される虚像の距離53とが異なっているため（即ち、両眼視差による画像の距離52と提示画像の距離53とが異なっている状態で画像を鑑賞するため）、使用者の眼精疲労や、視力の低下、全身の疲労、頭痛等を招く、という問題点もあった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、臨場感ある提示画像を実現し、没入感を増大させると共に、使用者に現実の物体を見ているような画像を提示することにより、使用者の眼精疲労等を低減することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、右眼用画像信号生成手段と左眼用画像信号生成手段との同期を保つた めの画像同期信号を有し、かつ、頭部運動信号に基づいて左右眼に独立して画像を提示 する画像信号を発生する画像生成部と、
前記画像信号による提示画像に連動して虚像距離信号を発生する虚像距離信号生成部 と、
一対の表示部と、これらの表示部に表示される画像に対するそれぞれのレンズ系と、 使用者の瞳孔間距離に応じて前記レンズ系を移動可能な調節手段とを有し、かつ、前記 画像信号による提示画像に連動する前記虚像距離信号に基づいて提示虚像の位置と両眼 視差による画像位置とを一致させるための虚像距離制御手段を有し、前記レンズ系を通  して得られる虚像を観察するように構成された画像表示装置と、
頭部の動きを検出し、頭部運動信号を前記画像生成部及び前記虚像距離信号生成部に 送る頭部運動検出部と
から構成された画像表示システムに係るものである。
【００１０】
また、本発明は、使用者の瞳孔間隔と同じ間隔に配置されて左右眼に独立して画像を提 示する画像信号を発生する右眼用カメラと左眼用カメラを有し、右眼用カメラと左眼用 カメラとが互いに逆向きに同じ角度だけ回転するようになされ、かつ、頭部運動信号に 基づいてカメラ方向台方向を変化させる手段を有するカメラ方向台と、
右眼用カメラの焦点距離、左眼用カメラの焦点距離又は距離測定手段によって決定さ れた対象物の距離に基づく虚像距離信号を発生する虚像距離信号生成部と、
一対の表示部と、これらの表示部に表示される画像に対するそれぞれのレンズ系と、 使用者の瞳孔間距離に応じて前記レンズ系を移動可能な調節手段とを有し、かつ、前記 対象物の距離に基づく前記虚像距離信号に基づいて提示虚像の位置と両眼視差による画 像位置とを一致させるための虚像距離制御手段を有し、前記レンズ系を通して得られる  虚像を観察するように構成された画像表示装置と、
頭部の動きを検出し、頭部運動信号を前記画像信号の生成部及び前記虚像距離信号生 成部に送る頭部運動検出部と
から構成された画像表示システムも提供するものである。
【００１１】
本発明の画像表示システムによれば、使用者に対する提示虚像の位置と視差による画像位置とを一致させるための虚像距離制御手段により、虚像距離を連続的に可変にしているので、臨場感ある提示画像を実現し、没入感を増大させると共に、使用者に現実の物体を見ているような画像を提示することにより、使用者の眼精疲労等を低減することができる。
【００１２】
これに反し、従来の画像表示システムに用いられる画像表示装置は、上述したように、どの画像も固定位置に提示されるので、提示画像による臨場感が乏しく、使用者に違和感を与え、両眼視差による虚像距離と使用者に提示される虚像の距離とが異なっているため（即ち、両眼視差による画像の距離と提示画像の距離とが異なっている状態で画像を鑑賞するため）、使用者の眼精疲労や、視力の低下、全身の疲労、頭痛等を招いてしまう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明においては、前記虚像距離制御手段が、
一対の表示部に独立して画像を提示する画像生成部と、
虚像距離信号を発生する虚像距離信号生成部と、
虚像距離信号により虚像距離を制御する虚像距離制御部と
を有し、提示画像に連動して虚像距離が連続的に制御されることが望ましい。
【００１４】
また、具体的には、画像表示装置が、画像表示パネルとレンズとを使用者の前方左右に配置し、虚像の距離を連続的に変化できる機構を有する両眼式頭部固定型臨場感画像表示装置として構成されている。
【００１５】
この場合、画像生成部において使用者の瞳孔間隔に合わせて左眼用及び右眼用カメラが配置され、
これらの左眼用カメラと右眼用カメラとが対称の向きになるように互いに逆向きに同じ角度だけ回転し、
前記使用者の前記瞳孔間隔と前記左眼用及び右眼用カメラのなす角度とにより、対象物までの距離が決定され、
その距離に応じて、頭部固定型画像表示装置における虚像距離が連続的に制御される
ことによって、使用者に現実の物体を見ているような画像を提示して使用者の疲労を一層低減できる。即ち、画像表示パネルとレンズとにより形成される虚像の距離を各人の瞳孔間隔に応じて連続的に調節するため、提示虚像の距離と両眼視差による虚像の距離を確実に一致させ、使用者の疲労を一層低減させることができるのである。
【００１６】
或いは、画像生成部にカメラが用いられていて、
対象物までの距離が、カメラの焦点距離又は別に設けた距離測定器により決定され、
その距離に応じて、頭部固定型画像表示装置における虚像距離が連続的に制御されることも望ましい。
【００１７】
この場合、使用者の左右眼に同一の画像を提示する画像生成部又はカメラを有し、上記のようにして決定された距離に応じて虚像が連続的に制御されるのがよい。
【００１８】
本発明においては更に、頭部の動きを検出する頭部運動検出部を有し、画像生成部及び虚像距離制御部に信号を送って提示画像及び提示虚像距離と連動させると、臨場感ある画像提示を実現し、没入感を増大させることができる。これに対し、頭部固定型画像表示装置では、装置を使用者の頭部に固定しているため、そのままでは、頭部の運動によって通常生じる画像の変化がなく、臨場感に乏しく、違和感を感じることがある。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明を実施例について詳細に説明する。
【００２０】
図１〜図８は、本発明を両眼式頭部固定型画像表示装置及びそのシステムに適用した第１の実施例を示すものである。
【００２１】
図１は本実施例による画像表示装置を含む画像表示システムの構成を示す概略図であり、図２はその動作のフロー図である。このシステムは、基本的には、頭部固定型画像表示装置60と、画像生成部61と、虚像距離信号生成部62と、虚像距離制御部63と、頭部運動検出部64とによって構成されている。画像生成部61として左右眼画像信号生成装置65、66、虚像距離制御部63として虚像距離演算装置67を用いている。
【００２２】
次に、このシステムの動作を説明すると、まず、画像同期信号ａが右眼用画像信号生成装置66から左眼用画像信号生成装置65に送られる。これらの画像信号生成装置は、画像同期信号により同期を保ちながら、左右眼に適切な視差を与える画像信号右ｂ及び画像信号左ｃを送る。
【００２３】
そして、画像表示パネル駆動装置68により、両眼式頭部固定型画像表示装置60に取り付けられた右眼画像表示パネル69（後述の表示部１Ｒに対応）と左眼画像表示パネル70（後述の表示部１Ｌに対応）に画像を表示して、使用者の左右眼に独立に画像を提示する。
【００２４】
ここで、画像信号生成装置65、66としてはＣＧ画像レンダリングボード内蔵ＵＮＩＸ型コンピューターを使用し、画像表示パネル駆動装置68としてはＮＴＳＣデコーダ回路内蔵ＬＣＤドライバー回路を使用する。
【００２５】
また、右眼用画像信号生成装置66と兼用となっている虚像距離信号生成装置62から、設定された虚像距離信号ｄを虚像距離演算装置67に送る。虚像距離演算装置67では、虚像距離信号ｄに応じた適切なモータ制御信号ｅをインターフェースボード71を介し、両眼式頭部固定型画像表示装置60に固定されたモータ72に送る。モータ72の回転によって、使用者は、設定された虚像距離に画像を鑑賞することができる。
【００２６】
ここで、虚像距離信号生成装置62としてはＵＮＩＸ型コンピューターを使用し、虚像距離演算装置67としてはＭＳＤＯＳ型コンピューターを使用する。
【００２７】
頭部固定型画像表示装置60には、使用者の頭部運動に応じ、頭部運動信号ｆを一定の周期で発生する頭部運動検出器64（例えば圧電振動型回転検出センサー）が設けられている。
【００２８】
使用者が、鑑賞している画像に反応して頭部を運動させると、頭部運動検出器64からの頭部運動信号ｆが右眼用画像信号生成装置66に送られる。そして、頭部運動に反映された新たな左右眼の画像信号ｂ、ｃを発生すると共に、新たな虚像距離信号ｄを発生する。
【００２９】
この新しい画像信号ｂ、ｃは、画像表示パネル駆動装置68を介して、左右画像表示パネル69、70に送られ、使用者に新しい画像が提示される。同時に、虚像距離信号ｄが虚像距離演算装置67に送られ、使用者の前方の適切な位置に画像を表示する。
【００３０】
本実施例によれば、使用者に提示する画像信号を左右眼独立に発生させ、かつ、画像信号に応じた虚像距離を連続的に変化させる手段を設けているので、図３及び図４に示すように、使用者に対する提示虚像の位置53と視差による画像位置52とを確実に一致させることができる。即ち、虚像距離を連続的に可変にしているので、臨場感ある提示画像を実現し、没入感を増大させると共に、使用者に現実の物体を見ているような画像を提示することにより、使用者の眼精疲労等を低減することができる。
【００３１】
特に、使用者の頭部の動きを検出し、提示される画像及び虚像距離に反映させる機構を設けていることは、臨場感ある画像提示を確実に実現し、没入感を十分に増大させることができる。
【００３２】
なお、上記の両眼式頭部固定型画像表示装置60としては、例えば、図５〜図８に示す如く特開平６−１２３８５２号に開示された例を採用することができる。
【００３３】
図５はこの表示装置60の全体の外観、図６はその光学系、図７はその機構の配置、さらに図８はその機構の外観をそれぞれ示している。図５〜図８において、バックライト及び表示用液晶パネルが組み合わされた左右の表示部（表示パネル）１Ｌ、１Ｒに対して、それぞれ左右のレンズ系２Ｌ、２Ｒが設けられている。そして、これらのレンズ系２Ｌ、２Ｒの光軸が、45°傾けて配置されたビームスプリッタ３で反射されて折曲され、使用者の左右の眼球に入射する。また、ビームスプリッタ３の前方には液晶シャッタ４が減光手段として配置されている。
【００３４】
これらの左右の表示部１Ｌ、１Ｒ、左右のレンズ系２Ｌ、２Ｒ、ビームスプリッタ３及び液晶シャッタ４は、任意の筐体５内に収納されている。この筐体５は、内部をつや消し黒で塗装した光を透過しない素材で形成され、頭部装着部材６の前側ホルダーテーブル７に配設されている。この頭部装着部材６を頭に装着することにより、虚像を観視し得るようになされている。
【００３５】
ホルダーテーブル７の上側には左右の表示部１Ｌ、１Ｒ及び左右のレンズ系２Ｌ、２Ｒが設けられ、その下側にはビームスプリッタ３及び液晶シャッタ４が設けられている。また図中において、ホルダーテーブル７の上側で、眼鏡型ディスプレイ装置の外側のケース部材は省略されている。
【００３６】
また、左右の表示部１Ｌ、１Ｒは、それぞれリニアスライダ11Ｌ、11Ｒに固定されている。これらのリニアスライダ11Ｌ、11Ｒは共通のスライダ軸12に取り付けられ、これによって左右の表示部１Ｌ、１Ｒが左右に移動し得るようになされている。リニアスライダ11Ｌ、11Ｒには、それぞれリンク機構に接続されるピン19Ｌ、19Ｒが設けられている。
【００３７】
そして、左右の表示部１Ｌ、１Ｒ、リニアスライダ11Ｌ、11Ｒ及びスライダ軸12の全体が、スライダ軸13に沿って上下に移動し得るように構成されている。左右の表示部１Ｌ、１Ｒの中間には視度調節用のモータ72が設けられている。このモータ72によって、左右の表示部１Ｌ、１Ｒ、リニアスライダ11Ｌ、11Ｒ及びスライダ軸12の全体を筐体５に対して上下に移動させる。
【００３８】
また、左右のレンズ系２Ｌ、２Ｒは、それぞれリニアスライダ21Ｌ、21Ｒに固定されている。これらのリニアスライダ21Ｌ、21Ｒは共通のスライダ軸22に取り付けられ、これによって左右のレンズ系２Ｌ、２Ｒが左右に移動し得るようになされている。スライダ軸22は筐体５に対して固定され、左右のレンズ系２Ｌ、２Ｒ、リニアスライダ21Ｌ、21Ｒ及びスライダ軸22の全体が筐体５に対して上下に固定されている。これらのリニアスライダ21Ｌ、21Ｒには、それぞれリンク機構に接続される縦溝29Ｌ、29Ｒが設けられている。
【００３９】
また、筐体５の中央上部には、瞳孔間距離を調節するためのつまみ31が配置され、このつまみ31と同軸に設けられたギア32の回転が、半円形ギア33を介して駆動ギア34Ｌ、34Ｒに伝えられる。これらの駆動ギア34Ｌ、34Ｒは互いに噛み合わされて逆方向に回転駆動される。これらの駆動ギア34Ｌ、34Ｒにはそれぞれ扇形ギア35Ｌ、35Ｒが噛み合わされている。
【００４０】
更に、それぞれの扇形ギア35Ｌ、35Ｒには、一体に第１のスライド用アーム36Ｌ、36Ｒが設けられる。これらのスライド用アーム36Ｌ、36Ｒの一端は、共通の回動軸37に回動自在に軸支されている。また、このスライド用アーム36Ｌ、36Ｒの中間部は、それぞれジョイント板38Ｌ、38Ｒを介して第２のスライド用アーム39Ｌ、39Ｒの中間部にリンクされている。これらのスライド用アーム39Ｌ、39Ｒの一端は、それぞれ回動軸40Ｌ、40Ｒに回動自在に軸支されている。
【００４１】
そして、このスライド用アーム39Ｌ、39Ｒの他端にそれぞれスライドピン41Ｌ、41Ｒが設けられ、これらのスライドピン41Ｌ、41Ｒはリニアスライダ21Ｌ、21Ｒに設けられた縦溝29Ｌ、29Ｒに挿入される。また、スライド用アーム36Ｌ、36Ｒの他端には、その基線に沿って長孔42Ｌ、42Ｒが設けられ、これらの長孔42Ｌ、42Ｒにはリニアスライダ11Ｌ、11Ｒに設けられたピン19Ｌ、19Ｒが挿入される。
【００４２】
従って、使用者がつまみ31を回すことによって、スライド用アーム36Ｌ、36Ｒが回動し、更にジョイント板38Ｌ、38Ｒを介してスライド用アーム39Ｌ、39Ｒが回動する。これによって、スライドピン41Ｌ、41Ｒを介してリニアスライダ21Ｌ、21Ｒが左右に対称に移動し、瞳孔間距離を調節できる。
【００４３】
また、モータ72が上述した制御信号ｅによって回転すると、その回転軸に係合した送り機構で、表示部１Ｌ、１Ｒ、リニアスライダ11Ｌ、11Ｒ及びスライダ軸12の全体が筐体５に対して上下に移動する。一方、レンズ系２Ｌ、２Ｒ、リニアスライダ21Ｌ、21Ｒ及びスライダ軸22の全体は筐体５に対して上下に固定されている。これによって、左右の表示部１Ｌ、１Ｒと左右のレンズ系２Ｌ、２Ｒとの間が接近又は離間し、視度を調節し得る。
【００４４】
この場合、左右の表示部１Ｌ、１Ｒは上下に移動する際、スライド用アーム36Ｌ、36Ｒの他端の長孔42Ｌ、42Ｒに沿ってその位置が左右に移動する。更に、スライド用アーム36Ｌ、36Ｒは、その回動軸37が左右のレンズ系２Ｌ、２Ｒの主点軸上の中央の点とされると共に、基線がそれぞれのレンズ系２Ｌ、２Ｒの焦点を通るようにスライド用アーム36Ｌ、36Ｒ、ジョイント板38Ｌ、38Ｒ、スライド用アーム39Ｌ、39Ｒのリンク機構が形成されている。
【００４５】
従って、この表示装置において、瞳孔間距離に応じて左右のレンズ系２Ｌ、２Ｒが左右対称に移動すると共に、左右のレンズ系２Ｌ、２Ｒの主点軸上の中央の点とそれぞれのレンズ系２Ｌ、２Ｒの焦点とを結ぶ線分上で左右の表示部１Ｌ、１Ｒが移動する。
【００４６】
図９〜図17は、本発明を両眼式頭部固定型画像表示装置及びそのシステムに適用した第２の実施例を示すものである。
【００４７】
本実施例は、上述した第１の実施例に比べて、画像信号生成装置６５、６６の代わりにカメラを用いたシステムとしている点で異なるが、共通する部分は共通符号を付してその説明を省略することがある。
【００４８】
図９は、画像信号生成装置の代わりにカメラを用いた場合の構成を示す画像表示システム全体の概略図であり、図10はその動作のフロー図である。図11〜図14は左右のカメラと対称物の位置関係を示した説明図であり、図15は左右のカメラとカメラ台と対象物を示した斜視図、図16及び図17は距離決定方法の説明図である。
【００４９】
本実施例による画像表示装置を含む画像表示システムは、基本的には、頭部固定型画像表示装置60と、画像生成部81と、虚像距離信号生成部82と、虚像距離制御部83と、頭部運動検出部64とによって構成されている。
【００５０】
ここで、虚像距離信号生成部82としては右眼用カメラ台モーターに内蔵された角度センサー内蔵ＣＰＵ小型ボードを使用し、虚像距離制御信号部83としてはモーターコントロールボード内蔵ＭＳＤＯＳ型コンピューターを使用する。
【００５１】
このシステムの動作を説明すると、まず、虚像距離制御装置を兼ねたカメラ制御装置８７（例えばＭＳＤＯＳ型コンピューター）から、カメラ台制御信号ｇが右眼用カメラ台モータ９１と左眼用カメラ台モータ９０に送られる（右眼用カメラ８６からは距離測定信号ｊが送られてくることもある）。これは、カメラ台同期信号ｈにより、左右のカメラ８５、８６の向きの同期を保って（互いに逆向きに同じ角度だけ回転させ）、図１１に示すように２つのカメラ８５、８６の角度を調節する。ここで使用するカメラは例えばＣＣＤエリアセンサー型小型ビデオカメラである。
【００５２】
右眼用カメラ86及び左眼用カメラ85から画像信号右ｂ及び画像信号左ｃが送られ、画像表示パネル駆動装置68により、両眼式頭部固定型画像表示装置60に取り付けられた右眼画像表示パネル69と左眼画像表示パネル70に画像を表示して、使用者の左右眼に独立に画像を提示する。
【００５３】
これと同時に、虚像距離（演算）制御装置87（例えばＭＳＤＯＳ型コンピューター）から、カメラ台制御信号ｇに応じた適切なモータ制御信号ｅをインターフェースボード71を介し、両眼式頭部固定型画像表示装置60に固定されたモータ72に送る。モータ72の回転によって、使用者は、設定された虚像距離に画像を鑑賞することができる。
【００５４】
頭部固定型画像表示装置60には、使用者の頭部運動に応じ、頭部運動信号ｆを一定の周期で発生する頭部運動検出器64が設けられている。
【００５５】
使用者が、鑑賞している画像に応じて頭部を運動させると、頭部運動検出器64からの頭部運動信号ｆがカメラ方向制御装置88（例えばモーターコントロールボード内蔵ＭＳＤＯＳ型コンピューター）に送られる。そして、頭部運動に対応して、カメラ方向制御信号ｉが発生して、カメラ方向台モータ89に送られ、画像方向全体を変化させる。
【００５６】
図11〜図14に示すように、左右眼のカメラ85、86は、使用者の瞳孔間隔と同じ間隔に配置している。そして、実物（対象物）92の位置までの距離を虚像距離と同一にして頭部装置ディスプレイに表示する。
【００５７】
図15に示すように、カメラ方向台モータ89は、左右眼のカメラ85、86を取り付けているカメラ取付け台（カメラ方向台）93を回転させる。カメラ方向台モータ89が取り付けられているカメラ方向台93の取付け板94は、垂直ベルト95によって垂直モータ96と連結されており、回転できるようになっている。垂直モータ96が取り付けられている垂直取付け板97は、水平ベルト98によって水平取付け台99上の水平モータ100 に連結されており、回転できるようになっている。これによって、カメラ取付け台93は、使用者の頭部運動に応じて、動くことができる。
【００５８】
新しい画像信号は、画像表示パネル駆動装置68を介して、左右の画像表示パネル69、70に送られ、使用者に新しい画像が提示される。
【００５９】
本実施例によれば、画像表示パネルとレンズを各人の瞳孔間隔に合わせながら連続的に虚像の距離を調節できる機構を有しているので、使用者に現実の物体を見ているような画像を提示して使用者の疲労を低減することができる。その他、上述した第１の実施例と同様の機構によって、同様の優れた効果を得ることができる。
【００６０】
これらの相互作用によって、使用者の周りに人工的な空間を形成し、使用者の臨場感を増すことができる。
【００６１】
以上、本発明の実施例を説明したが、上述した実施例は本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００６２】
例えば、次に示すように、上述した方式に代わる様々な方式を採用することができる。
（１）画像信号生成装置と虚像距離信号生成装置を独立に設ける方式。
（２）虚像距離信号生成装置と虚像距離演算装置を兼ねる方式。
（３）使用者の動きに応じた反力を与える機構を別に設け、使用者の動きに反映された提示画像と併用する方式。
（４）液晶ではない画像表示パネルを用いて、画像を提示する方式。
（５）各装置を接続するために、例えば、無線や電話回線のようなネットワークを用いる方式。
（６）左右のいずれかを画像信号生成装置とし、他の側をカメラとする方式。
（７）頭部運動検出器の水平回転成分によってのみ、提示画像を連動させる方式。
【００６３】
（８）図16及び図17に示すように、虚像の距離を左右眼のカメラ85と86の間隔と向きによって決めるのではなく、いずれかの焦点距離又は別に設けた距離測定器101(例えばモーター角度センサー内蔵小型ＣＰＵボード）により決定し、虚像距離制御装置87に虚像距離測定信号ｊを送って虚像距離を制御する方式。
【００６４】
（９）図18に示すように、使用者の左右眼に同一の画像を提示し、虚像距離信号生成器、両眼用カメラ102(例えばＣＣＤエリアセンサー型オートフォーカスビデオカメラ）の焦点距離又は距離測定器101 により決定された虚像距離に応じて、使用者に提示する画像の虚像距離を制御する方式。
【００６５】
なお、上述した両眼式頭部固定型画像表示装置の構造や形状等は種々変化させてよい。更に、上述の実施例においては、本発明をヴァーチャルリアリティに用いる表示装置に適用したが、本発明はこれに限らず、例えばコンピュータの表示装置等、種々のディスプレイ装置に適用することもできる。
【００６６】
【発明の作用効果】
本発明による画像表示システムは、上述した如く、右眼用画像信号生成手段と左眼用画 像信号生成手段との同期を保つための画像同期信号を有し、かつ、頭部運動信号に基づ いて左右眼に独立して画像を提示する画像信号を発生する画像生成部、又は、使用者の 瞳孔間隔と同じ間隔に配置されて左右眼に独立して画像を提示する画像信号を発生する 右眼用カメラと左眼用カメラを有し、右眼用カメラと左眼用カメラとが互いに逆向きに 同じ角度だけ回転するようになされ、かつ、頭部運動信号に基づいてカメラ方向台方向 を変化させる手段を有するカメラ方向台と、
前記画像信号による提示画像に連動して虚像距離信号を発生する虚像距離信号生成部 、又は、右眼用カメラの焦点距離、左眼用カメラの焦点距離又は距離測定手段によって 決定された対象物の距離に基づく虚像距離信号を発生する虚像距離信号生成部と、
一対の表示部と、これらの表示部に表示される画像に対するそれぞれのレンズ系と、 使用者の瞳孔間距離に応じて前記レンズ系を移動可能な調節手段とを有し、かつ、前記 画像信号による提示画像に連動する前記虚像距離信号、又は、前記対象物の距離に基づ く前記虚像距離信号に基づいて提示虚像の位置と両眼視差による画像位置とを一致させ るための虚像距離制御手段を有し、前記レンズ系を通して得られる虚像を観察するよう  に構成された画像表示装置と、
頭部の動きを検出し、頭部運動信号を前記画像信号生成部及び前記虚像距離信号生成 部に送る頭部運動検出部と
から構成されているので、次の如き顕著な効果を得ることができる。
【００６７】
即ち、使用者に対する提示虚像の位置と視差による画像位置とを一致させるための虚像距離制御手段により、虚像距離を連続的に可変して、臨場感ある提示画像を実現し、没入感を増大させると共に、使用者に現実の物体を見ているような画像を提示することにより、使用者の眼精疲労等を低減することができる。
特に、使用者に提示する画像信号を左右眼独立に発生させ、かつ、画像信号に応じた虚像距離を変化させる手段を設けているので、使用者に対する提示虚像の位置と視差による画像位置とを確実に一致させることができ、また、使用者の頭部の動きを検出し、提示される画像及び虚像距離に反映させる機構を設けていることは、臨場感ある画像提示を確実に実現し、没入感を十分に増大させることができる。
しかも、使用者の瞳孔間距離に応じてレンズ系を移動させる調節手段によって、レンズ系を瞳孔位置に対応した正規の位置に移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による両眼式頭部固定型画像表示システムの概略図である。
【図２】同システムの動作フロー図である。
【図３】同システムにおける虚像距離（遠距離）の制御を説明するための概略図である。
【図４】同システムにおける虚像距離（近距離）の制御を説明するための概略図である。
【図５】同システムに用いる両眼式頭部固定型画像表示装置の一例の斜視図である。
【図６】同表示装置の光学系の斜視図である。
【図７】同表示装置の機構を示す斜視図である。
【図８】同表示装置の機構部を説明するための斜視図である。
【図９】本発明の第２の実施例による両眼式頭部固定型画像表示システムの概略図である。
【図１０】同システムの動作フロー図である。
【図１１】同システムにおける対象物の距離（遠距離でのカメラ側）を決める状況を説明するための概略図である。
【図１２】同システムにおける虚像距離（遠距離での表示側）の制御を説明するための概略図である。
【図１３】同システムにおける対象物の距離（近距離でのカメラ側）を決める状況を説明するための概略図である。
【図１４】同システムにおける虚像距離（近距離での表示側）の制御を説明するための概略図である。
【図１５】同システムにおける対象物の距離を決めるための機構を示す概略斜視図である。
【図１６】本発明の他の実施例による虚像距離の制御を説明するための概略図である。
【図１７】本発明の他の実施例による虚像距離の制御を説明するための概略図である。
【図１８】本発明の更に他の実施例による虚像距離の制御を説明するための概略図である。
【図１９】従来例における対象物の距離と虚像距離との関係（遠距離）を説明するための概略図である。
【図２０】同関係（近距離）を説明するための概略図である。
【符号の説明】
50、51・・・眼球
52、92・・・対象物の位置（像位置）
53・・・虚像位置
60・・・両眼式頭部固定型画像表示装置
61、81・・・画像生成部
62、82・・・虚像距離信号生成部又は装置
63・・・虚像距離制御部
64・・・頭部運動検出部又は検出器
65、85・・・左眼用信号生成装置
66、86・・・右眼用信号生成装置
67・・・虚像距離演算装置
68・・・画像表示パネル駆動装置
69・・・右眼画像表示パネル
70・・・左眼画像表示パネル
71・・・インターフェースボード
72・・・モータ
85・・・左眼用カメラ
86・・・右眼用カメラ
87・・・虚像距離制御装置／カメラ制御装置
88・・・カメラ方向制御装置
89・・・カメラ方向台モータ
90・・・左眼用カメラ台モータ
91・・・右眼用カメラ台モータ
93・・・カメラ方向台
95・・・垂直ベルト
96・・・垂直モータ
98・・・水平ベルト
99・・・水平モータ
101 ・・・距離測定器
102 ・・・両眼用カメラ
ａ・・・画像同期信号
ｂ・・・画像信号右
ｃ・・・画像信号左
ｄ・・・虚像距離信号
ｅ・・・モータ制御信号
ｆ・・・頭部運動信号
ｇ・・・カメラ台制御信号
ｈ・・・カメラ台同期信号
ｉ・・・カメラ方向制御信号
ｊ・・・虚像距離測定信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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