(57)【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移動に起因する加速度を検出する加速度センサーと、
前記観察者の頭部の前後方向の傾きを検出する水平センサーと、
前記水平センサーによって検出された傾きに応じて前記加速度センサーの出力を補正することにより得た前記観察者の頭部の前後方向の加速度から前記観察者の頭部の前後方向の移動距離を検出し、この検出された移動距離に応じて観察者が観察する映像の大きさを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】
制御手段は、検出された移動距離から観察者の頭部の前後方向の位置を検出し、観察者の頭部の位置が所定範囲内にあるときには観察者が観察する映像の大きさを変化させず、前記所定範囲よりも前方にあるときには前記映像の大きさを大きくし続け、前記所定範囲よりも後方にあるときには前記映像の大きさを小さくし続ける
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、検出された移動距離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４】
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、検出された移動距離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５】
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６】
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７】
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、検出された移動距離にかかわらず、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８】
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。
【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移動に起因する加速度を検出する加速度センサーと、観察者の頭部の前後方向の傾きを検出する水平センサーと、水平センサーによって検出された傾きに応じて加速度センサーの出力を補正することにより得た観察者の頭部の前後方向の加速度から観察者の頭部の前後方向の移動距離を検出し、この検出された移動距離に応じて観察者が観察する映像の大きさを変化させる制御手段とを備える。
ここで、制御手段は、検出された移動距離から観察者の頭部の前後方向の位置を検出し、観察者の頭部の位置が所定範囲内にあるときには観察者が観察する映像の大きさを変化させず、所定範囲よりも前方にあるときには映像の大きさを大きくし続け、所定範囲よりも後方にあるときには映像の大きさを小さくし続けるようにするとよい。
【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、検出された移動距離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、検出された移動距離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。
【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】
また、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、検出された移動距離にかかわらず、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移動に起因する加速度を検出する加速度センサーと、観察者の頭部の前後方向の傾きを検出する水平センサーと、水平センサーによって検出された傾きに応じて加速度センサーの出力を補正することにより得た観察者の頭部の前後方向の加速度から観察者の頭部の前後方向の移動距離を検出し、この検出された移動距離に応じて観察者が観察する映像の大きさを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、その加速度は加速度センサーによって検出され、制御手段によって移動距離に変換されて映像の大きさに反映される。制御手段は、加速度を移動距離に変換する際に、水平センサーによって検出された観察者の頭部の前後方向の傾きに応じて加速度センサーの出力を補正するから、観察者の頭部の前後方向の傾きにかかわらず、正確な移動距離を得ることができる。したがって、映像の大きさが頭部の前後方向の傾きの影響を受けることはない。
ここで、制御手段が、検出された移動距離から観察者の頭部の前後方向の位置を検出し、観察者の頭部の位置が所定範囲内にあるときには観察者が観察する映像の大きさを変化させず、所定範囲よりも前方にあるときには映像の大きさを大きくし続け、所定範囲よりも後方にあるときには映像の大きさを小さくし続けるようにすると、観察者が頭部を前後に移動させると、その位置は、制御手段によって映像の大きさに反映される。観察者の頭部の位置と映像の大きさの変化の関係は次のようになる。観察者が頭部を所定範囲内で動かしても、映像の大きさは変化しない。頭部を所定範囲よりも前方に位置させた状態では、映像は拡大し続け、頭部を所定範囲内に戻すと、映像の拡大は止まりその時点での大きさに保たれる。頭部を所定範囲よりも後方に位置させた状態では、映像は縮小し続け、頭部を所定範囲内に戻すと、映像の縮小は止まりその時点での大きさに保たれる。
【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、検出された移動距離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、検出された移動距離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。
【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】
また、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、ＨＭＤや手持ち式の表示装置とするのが容易になる。
【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、検出された移動距離にかかわらず、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、ＨＭＤ２、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、１２R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（ＬＣＤ）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１４L、１４Rからの左右の映像信号は、それぞれ左右のＬＣＤ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、ＬＣＤ２２L、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２３L、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２３L、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４１、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２４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＃１０５）。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Ｄ2以上のときには、ズーム操作を行わない（＃１６５）。
【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±１５ｃｍ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（＃２１５）。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１２L、１２Rの焦点距離を調節してズーム処理を行う（＃２５０）。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１２L、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７２L、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ＬＣＤ２１L、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ＨＭＤ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】
請求項１の映像表示装置によるときは、観察者が頭部を前または後に移動させるだけで観察する映像の大きさを変化させることができるから、映像の拡大または縮小のための特別な操作が不要であり、使い勝手がよい。観察者が前進したり後退したりすることによっても、頭部が移動して、映像の大きさは変化する。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。頭部の移動距離をその加速度から検出するという簡素な構成を採用しているため、装置は小型軽量となり、頭部載置式あるいは手持ち式とする場合にも好適である。しかも、加速度を移動距離に変換する際に観察者の頭部の傾きに応じた補正を行うから、観察者の頭部の傾きの有無や程度が映像の大きさに影響することもない。
請求項２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】
しかも、所定範囲内では、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。また、大きな像を観察したいときには、頭部が所定範囲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所定範囲内に戻せばよい。逆に、小さな像を観察したいときには、頭部が所定範囲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所定範囲内に戻せばよい。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。所定範囲をある程度大きく設定しておけば、歩行しながら映像を観察する場合でも、その所定範囲内の任意の場所で、映像を一定の大きさで観察することができる。
【００７５】
請求項３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４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。
【００８０】
請求項５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移動距離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、ＨＭＤ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６の映像表示装置によるときは、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、移動距離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７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８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
２          ＨＭＤ
３          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  ＣＣＤ
１４L、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）
【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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