(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を形成する画像光を第１方向に出力する画像光出力部と、
前記画像光を前記第１方向に交差する第２方向に偏向し、前記第２方向と反対側の外界からの光を前記第２方向に透過する偏向部材と、
前記第１方向において前記画像光出力部と前記偏向部材との間に配置され、複数の光学面を有する接眼光学部と、
前記複数の光学面のうちの何れか一つと、前記画像光出力部との前記第１方向の相対距離を移動する移動機構と、
前記外界の対象物までの実距離を測定するセンサと、
前記センサによって測定された前記実距離に基づき前記移動機構を制御して、前記接眼光学部によるピント距離を、前記実距離よりも小さい値に設定するピント制御手段と
を備え、
前記ピント制御手段は、
前記センサによって測定された実距離Ｄ１と、前記実距離Ｄ１よりも先に前記センサによって測定される実距離Ｄ２との差分が所定値以上の状態が一定時間以上継続したか否か判断する判断手段と、
前記判断手段によって、前記状態が前記一定時間以上継続したと判断されたことに応じて、前記ピント距離を再設定する再設定手段と
を備えたことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
【請求項２】
前記ピント制御手段の前記実距離に基づく前記ピント距離の設定において、前記センサによって測定される第１実距離と、前記センサによって測定され、且つ前記第１実距離よりも長い第２実距離との差分は、前記第１実距離に応じて前記ピント制御手段が設定する第１ピント距離と、前記第２実距離に応じて前記ピント制御手段が設定する第２ピント距離との差分よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項３】
前記ピント制御手段の前記実距離に基づく前記ピント距離の設定において、前記センサによって測定される第１実距離と、前記第１実距離に応じて前記ピント制御手段が設定する第１ピント距離との差分は、前記センサによって測定され、且つ前記第１実距離よりも長い第２実距離と、前記第２実距離に応じて前記ピント制御手段が設定する第２ピント距離との差分よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項４】
前記ピント制御手段による前記ピント距離の設定範囲は、５０〜３００ｃｍであることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項５】
前記ピント制御手段は、
前記実距離と前記ピント距離の対応関係の情報であるピント情報が記憶されたメモリに記憶する前記ピント情報に基づき、前記センサによって測定された前記実距離に対応する前記ピント距離を設定し、
前記ピント情報は、前記対象物までの距離をＬ、前記ピント距離をＰ、係数をα、βとした場合に、Ｐ＝αＬ＋βの一次式の情報を含み、前記αの範囲は０＜α＜１であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項６】
ヘッドマウントディスプレイによって行われる制御方法であって、
外界の対象物までの実距離を測定するセンサに対して測定指示を送信する送信ステップと、
前記測定指示の送信に応じて、前記センサによって測定された前記実距離を示す実距離情報を受信する受信ステップと、
前記受信ステップにて受信された前記実距離情報に基づいて、画像光出力部によって出力される画像光の、複数の光学面を含む接眼光学部によるピント距離を、前記実距離よりも小さい値に設定する設定ステップと、
前記設定ステップにて設定された前記ピント距離に従って、前記接眼光学部の複数の光学面うちの何れか一つと、前記画像光出力部との間の距離を変更する移動機構を制御する制御ステップと
を備え、
前記設定ステップは、
前記センサによって測定された実距離Ｄ１と、前記実距離Ｄ１よりも先に前記センサによって測定される実距離Ｄ２との差分が所定値以上の状態が一定時間以上継続したか否か判断する判断ステップと、
前記判断ステップにおいて、前記状態が前記一定時間以上継続したと判断されたことに応じて、前記ピント距離を再設定する再設定ステップと
を備えたことを特徴とする制御方法。
【請求項７】
外界の対象物までの実距離を測定するセンサに対して測定指示を送信する送信ステップと、
前記測定指示の送信に応じて、前記センサによって測定された前記実距離を示す実距離情報を受信する受信ステップと、
前記受信ステップにて受信された前記実距離情報に基づいて、画像光出力部によって出力される画像光の、複数の光学面を含む接眼光学部によるピント距離を、前記実距離よりも小さい値に設定する設定ステップと、
前記設定ステップにて設定された前記ピント距離に従って、前記接眼光学部の複数の光学面うちの何れか一つと、前記画像光出力部との間の距離を変更する移動機構を制御する制御ステップと
をヘッドマウントディスプレイのコンピュータに実行させることを特徴とする制御プログラムであって、
前記設定ステップは、
前記センサによって測定された実距離Ｄ１と、前記実距離Ｄ１よりも先に前記センサによって測定される実距離Ｄ２との差分が所定値以上の状態が一定時間以上継続したか否か判断する判断ステップと、
前記判断ステップにおいて、前記状態が前記一定時間以上継続したと判断されたことに応じて、前記ピント距離を再設定する再設定ステップと
を備えたことを特徴とする制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッドマウントディスプレイ、制御方法、及び制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、使用者の頭部に装着され、外界からの光線に画像を重畳させて提示するシースルー型のヘッドマウントディスプレイ（Ｈｅａｄ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ、ＨＭＤ）が知られている。ＨＭＤから射出される画像光は、目の水晶体によって網膜上に結像することで視認される。例えば、ＨＭＤにおいてピント調整を行う際に、目から対象物までの距離を測定し、その距離に応じて、自動でピント距離を調整するＨＭＤが提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、「ピント距離」とは、ＨＭＤによって提示される虚像までの距離を意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１３９９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のＨＭＤにおいて、実際には、目から対象物までの距離に対して、ピント距離を一致させたからといって、そのピント距離が、使用者が感覚的に見やすいと感じるピント距離になるとは限らない。そのため、対象物までの距離に応じて使用者が見やすいと感じる位置にピント調整をすることができていない可能性があった。
【０００５】
本発明の目的は、使用者の見やすい位置に画像のピント距離を自動で合わせることができるヘッドマウントディスプレイ、制御方法、及び制御プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様に係るヘッドマウントディスプレイは、画像を形成する画像光を第１方向に出力する画像光出力部と、前記画像光を前記第１方向に交差する第２方向に偏向し、前記第２方向と反対側の外界からの光を前記第２方向に透過する偏向部材と、前記第１方向において前記画像光出力部と前記偏向部材との間に配置され、複数の光学面を有する接眼光学部と、前記複数の光学面のうちの何れか一つと、前記画像光出力部との前記第１方向の相対距離を移動する移動機構と、前記外界の対象物までの実距離を測定するセンサと、前記センサによって測定された前記実距離に基づき前記移動機構を制御して、前記接眼光学部によるピント距離を、前記実距離よりも小さい値に設定するピント制御手段とを備え、前記ピント制御手段は、前記センサによって測定された実距離Ｄ１と、前記実距離Ｄ１よりも先に前記センサによって測定される実距離Ｄ２との差分が所定値以上の状態が一定時間以上継続したか否か判断する判断手段と、前記判断手段によって、前記状態が前記一定時間以上継続したと判断されたことに応じて、前記ピント距離を再設定する再設定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
第１態様によれば、ピント距離を実距離よりも小さい値に合わせることで、使用者は従来に比して画像をより明確に視認できる。本発明は人間工学的な視点に基づくので、使用者は画像をより快適に視認できる。なお、「ピント距離」とは、ＨＭＤによって提示される虚像までの距離を意味する。第１態様では、センサで測定された実距離Ｄ１に対し、それよりも先に測定された実距離Ｄ２との差分が所定値以上であっても、その状態が一定時間以上継続しなければ、ピント距離を再設定せずに、それまでのピント距離を保持する。これにより、例えば、顔を横方向に一瞬だけ向けたような場合、視点の方向が変更され、対象物までの実距離は変化するが、すぐに顔の位置が元に戻れば、ピント距離は変更されない。よって、ピント距離が短時間に複数回変更されることによって生じる不快感や疲労感を軽減できる。
【０００８】
第１態様において、前記ピント制御手段の前記実距離に基づく前記ピント距離の設定において、前記センサによって測定される第１実距離と、前記センサによって測定され、且つ前記第１実距離よりも長い第２実距離との差分は、前記第１実距離に応じて前記ピント制御手段が設定する第１ピント距離と、前記第２実距離に応じて前記ピント制御手段が設定する第２ピント距離との差分よりも大きくしてもよい。この場合、実距離が長ければ長いほど、ピント距離は実距離よりも更に短くなるので、ヒトの眼球が有するピント調節機能に対応させることができる。よって、使用者は、実距離に応じて画像をより快適に視認できる。
【０００９】
第１態様において、前記ピント制御手段の前記実距離に基づく前記ピント距離の設定において、前記センサによって測定される第１実距離と、前記第１実距離に応じて前記ピント制御手段が設定する第１ピント距離との差分は、前記センサによって測定され、且つ前記第１実距離よりも長い第２実距離と、前記第２実距離に応じて前記ピント制御手段が設定する第２ピント距離との差分よりも小さくしてもよい。この場合、実距離が長ければ長いほど、ピント距離は実距離よりも更に短くなるので、ヒトの眼球が有するピント調節機能に対応させることができる。よって、使用者は、実距離に応じて画像をより快適に視認できる。
【００１０】
【００１１】
第１態様において、前記ピント制御手段による前記ピント距離の設定範囲は、５０〜３００ｃｍであってもよい。この場合、実際の現場で使用が想定される対象物までの距離を考慮し、ピント距離を５０〜３００ｃｍの範囲内で設定可能とすることで、現場に見合った仕様とすることができる。
【００１２】
第１態様において、前記ピント制御手段は、前記実距離と前記ピント距離の対応関係の情報であるピント情報が記憶されたメモリに記憶する前記ピント情報に基づき、前記センサによって測定された前記実距離に対応する前記ピント距離を設定し、前記ピント情報は、前記対象物までの距離をＬ、前記ピント距離をＰ、係数をα、βとした場合に、Ｐ＝αＬ＋βの一次式の情報を含み、前記αの範囲は０＜α＜１であってもよい。この場合、対象物までの距離とピント距離との関係は、一次式の関係に成り立つが、一次式の傾きであるαと切片であるβを設定することで、対象物までの実距離に対し、人間が見やすいと感じるピント距離を容易に算出して求めることができる。さらに、一次式の傾きであるαは１以下の数値であるので、実距離が長ければ長いほど、ピント距離は対象物の位置よりも手前になる。これにより、使用者は、実距離に応じて画像をより明確に視認できる。
果を奏することができる。
【００１３】
本発明の第２態様に係る制御方法は、ヘッドマウントディスプレイによって行われる制御方法であって、外界の対象物までの実距離を測定するセンサに対して測定指示を送信する送信ステップと、前記測定指示の送信に応じて、前記センサによって測定された前記実距離を示す実距離情報を受信する受信ステップと、前記受信ステップにて受信された前記実距離情報に基づいて、画像光出力部によって出力される画像光の、複数の光学面を含む接眼光学部によるピント距離を、前記実距離よりも小さい値に設定する設定ステップと、前記設定ステップにて設定された前記ピント距離に従って、前記接眼光学部の複数の光学面うちの何れか一つと、前記画像光出力部との間の距離を変更する移動機構を制御する制御ステップとを備え、前記設定ステップは、前記センサによって測定された実距離Ｄ１と、前記実距離Ｄ１よりも先に前記センサによって測定される実距離Ｄ２との差分が所定値以上の状態が一定時間以上継続したか否か判断する判断ステップと、前記判断ステップにおいて、前記状態が前記一定時間以上継続したと判断されたことに応じて、前記ピント距離を再設定する再設定ステップとを備えたことを特徴とする。
【００１４】
第２態様によれば、上記制御方法を、上記構成を備えるヘッドマウントディスプレイが行うことによって、第１態様と同じ効果を得ることができる。
【００１５】
本発明の第３態様に係る制御プログラムは、外界の対象物までの実距離を測定するセンサに対して測定指示を送信する送信ステップと、前記測定指示の送信に応じて、前記センサによって測定された前記実距離を示す実距離情報を受信する受信ステップと、前記受信ステップにて受信された前記実距離情報に基づいて、画像光出力部によって出力される画像光の、複数の光学面を含む接眼光学部によるピント距離を、前記実距離よりも小さい値に設定する設定ステップと、前記設定ステップにて設定された前記ピント距離に従って、前記接眼光学部の複数の光学面うちの何れか一つと、前記画像光出力部との間の距離を変更する移動機構を制御する制御ステップとをヘッドマウントディスプレイのコンピュータに実行させることを特徴とする制御プログラムであって、前記設定ステップは、前記センサによって測定された実距離Ｄ１と、前記実距離Ｄ１よりも先に前記センサによって測定される実距離Ｄ２との差分が所定値以上の状態が一定時間以上継続したか否か判断する判断ステップと、前記判断ステップにおいて、前記状態が前記一定時間以上継続したと判断されたことに応じて、前記ピント距離を再設定する再設定ステップとを備えたことを特徴とする。
【００１６】
第３態様によれば、上記制御プログラムを、上記構成を備えるヘッドマウントディスプレイのコンピュータに実行させることによって、第１態様と同じ効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ＨＭＤ１の斜視図である。
【図２】ＨＭＤ１の断面図である。
【図３】ＨＭＤ１の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】実験１でＨＭＤ１００が提示したテキスト画像を示す図である。
【図５】実験環境を示す説明図である。
【図６】実験１の結果を示すグラフである。
【図７】実験２の結果を示すグラフである。
【図８】ピント距離制御処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した一実施形態であるヘッドマウントディスプレイ１（以下、ＨＭＤ１という。）について、図面を参照して説明する。以下説明において、図１の上方、下方、右斜め下方、左斜め上方、右斜め上方、左斜め下方が、夫々、ＨＭＤ１の上方、下方、前方、後方、右方、左方である。本実施形態において、種々の構成における位置関係及び方向関係の理解を助ける為、関連する図面において、ＨＭＤ１の上方、下方、前方、後方、右方及び左方は、三次元デカルト座標系の軸を参照して説明する。
【００１９】
先ず、ＨＭＤ１の構成を説明する。ＨＭＤ１は、投影装置（以下、ヘッドディスプレイ又はＨＤという。）１０及び制御装置（以下、コントロールボックス又はＣＢという。）５０を備える。ＨＤ１０は、例えば、専用の装着具である眼鏡５に装着して使用される。ＨＤ１０は使用者の左の眼球に画像光を照射する。ＨＤ１０はハーネス７を介してＣＢ５０と着脱可能に接続する。ＣＢ５０は例えば使用者の腰ベルト等に装着して使用される。ＣＢ５０はＨＤ１０を制御する。
【００２０】
図１，図２を参照して、ＨＤ１０の構成を説明する。ＨＤ１０は筐体２を備える。筐体２は四角筒状の樹脂部材である。筐体２は投影ユニット３０（図２参照）を内蔵する。投影ユニット３０は画像光を生成し、筐体２の左端側の開口部２Ａを通過して左方向に出射する。開口部２Ａには樹脂製のハーフミラーホルダ２５（以下、ＨＭホルダ２５という。）が回動可能に軸支されている。ＨＭホルダ２５は樹脂製のハーフミラー３（以下、ＨＭ３という）を保持する。ハーフミラー３（以下、ＨＭ３という。）は投影ユニット３０の出射光の少なくとも一部（例えば半分）を反射する。ＨＭＤ１が使用者に装着されている場合、反射された出射光は、使用者の左の眼球（図示略）に入射する。入射した光は、目の水晶体によって網膜上に結像することで、虚像（画像）が使用者に視認される。また、ＨＭ３は、外界の実像からの少なくとも一部（例えば半分）の外界光を透過する。ＨＭＤ１が使用者に装着されている場合、透過した外界光は、使用者の左の眼球（図示略）に入射する。よって、使用者は自己の視野内において外界の実像に重畳して画像を視認できる。なお、ＨＭ３の代わりに、プリズムや回折格子のような偏向部材を用いてもよい。
【００２１】
筐体２の前面の左右方向中央部には縦長のスリット９Ａが設けられている。スリット９Ａにはアジャスタ１６の一部が露出する。アジャスタ１６は後述するモータ２２の駆動によって回転する。ＨＭＤ１はモータ２２の駆動を制御することにより、使用者によって視認される画像のピント距離を調整する。尚、「ピント距離」とは、ＨＭＤ１によって提示される画像までの距離を意味する。また、使用者は、アジャスタ１６を指で上下方向に回転させることによって、手動でも画像のピント距離の調整ができる。
【００２２】
図２を参照して、投影ユニット３０の構成を説明する。投影ユニット３０は、レンズホルダ１５、接眼光学部１２０、液晶ホルダ１７、液晶装置（ＬＣＤ）１４、アジャスタ１６等を備える。レンズホルダ１５は筒状に形成され、その内側に接眼光学部１２０が保持されている。接眼光学部１２０は、３枚のレンズ１１１，１１２，１１３を備える。レンズ１１１〜１１３の光軸は、レンズホルダ１５の筒状の内部中心を左右方向に延びる軸線上に位置する。接眼光学部１２０は、液晶装置１４から出射される画像光を集光して筐体２の開口部２Ａに導く。なお、「集光」とは、拡散する画像光の拡散度合いを低減する光学的作用のことを意味する。即ち、「集光」とは、接眼光学部１２０によって、画像光が収束光又は平行光に変換される構成に限定されない。液晶ホルダ１７は液晶装置１４を保持する。液晶装置１４は液晶素子と光源を備える。液晶装置１４はコンテンツ画像を表示可能である。コンテンツ画像は静止画像又は動画像である。液晶装置１４は、ＣＢ５０からハーネス７を介して送信される映像信号に基づき、画像光を出射する。
【００２３】
アジャスタ１６はリング状である。アジャスタ１６は液晶ホルダ１７の外周部に装着して取り付けられている。液晶ホルダ１７の外周面には螺旋状の溝カム１７Ａが設けられている。アジャスタ１６の内周面には係合部（図示略）が設けられている。係合部は液晶ホルダ１７の溝カム１７Ａに係合し、溝カム１７Ａに沿って移動する。アジャスタ１６は筐体２内で上下左右方向に位置決めされている。それ故、アジャスタ１６はその位置で回転する。アジャスタ１６を一方向又は反対方向に回転させると、係合部が溝カム１７Ａを摺動し、液晶ホルダ１７が左右方向に移動する。これにより、液晶装置１４と接眼光学部１２０との距離が変わるので、ＨＭＤ１によって提示される画像のピント距離を調整できる。
【００２４】
そして、筐体２の内部には、投影ユニット３０に隣接して、ギア２１とモータ２２が設けられている。ギア２１の外形は、円柱状である。ギア２１の外周面には、歯部（図示略）が形成される。一方、アジャスタ１６の外周面にも、歯部（図示略）が形成される。ギア２１の外周面に形成された歯部と、アジャスタ１６の外周面に形成された歯部とは、互いに噛合する。ギア２１はモータ２２の出力軸に連結する。モータ２２は、ＣＢ５０からハーネス７を介して送信される制御信号に基づき、回転する。モータ２２は、例えば、受信したパルス数に応じた角度を回転駆動されるステッピングモータである。モータ２２は、ギア２１を介してアジャスタ１６を回転させる。後述するが、本実施形態のＨＭＤ１は、測距離センサ２０によって測定される外界の対象物までの実距離に応じて、モータ２２の回転量を制御し、アジャスタ１６を回転させる。これにより、ＨＭＤ１は画像のピント調整を自動で行うことができる。
【００２５】
眼鏡５は、ＨＤ１０を使用者の頭部に保持する。眼鏡５はフレーム６と支持部４を備える。フレーム６の形状は通常の眼鏡と略同一である。フレーム６のうち、左眼用レンズを支えるリム部の上面右端に支持部４が設けられる。支持部４はＨＤ１０の筐体２を保持する。支持部４は筐体２の保持位置を上下方向及び左右方向に移動できる。使用者は、筐体２を上下方向及び左右方向に移動させることにより、左の眼球の位置とＨＭ３の位置とが前後方向に並ぶように位置を調整できる。また、フレーム６の中央上部には、測距離センサ２０が取り付けられている。測距離センサ２０は、外界の対象物までの距離を測定するものであり、例えば、赤外線センサ、超音波センサ等の各種センサを利用できる。
【００２６】
なお、ＨＤ１０は、使用者が日常的に使用する眼鏡、ヘルメット、ヘッドホンなど、眼鏡５以外の他の装着具に取り付けられてもよい。液晶装置１４は他の空間変調素子であってもよい。例えば、液晶装置１４は、画像信号に応じた強度のレーザ光を２次元走査して画像表示を行う網膜走査型表示部、及び有機ＥＬ（Organic Electro-luminescence）ディスプレイであってもよい。また、図１では、支持部４及びＨＤ１０がフレーム６の右側に設けられるが、支持部４及びＨＤ１０はフレーム６の左側に設けられてもよい。この場合、ＨＭＤ１が使用者に装着されている状態で、画像光は使用者の右の眼球に入射する。
【００２７】
ＣＢ５０の構成を説明する。ＣＢ５０は、例えば使用者の腰ベルトや腕等に取り付けられる。ＣＢ５０はＨＤ１０を制御する。ＣＢ５０は、ハーネス７を介してＨＤ１０と着脱可能に接続する。ＣＢ５０は、筐体６０、操作スイッチ６１、電源スイッチ６２等を操作面に備える。筐体６０の形状は、縁部の丸い略直方体である。操作スイッチ６１は、ＨＤ１０における各種設定、及び使用時における各種操作等を行う為のスイッチである。電源スイッチ６２は、ＨＭＤ１の電源をオン又はオフする為のスイッチである。電源スイッチ６２には、電源ランプ６３が内蔵されている。
【００２８】
図３を参照し、ＨＭＤ１の電気的構成を説明する。先ず、ＨＤ１０の電気的構成を説明する。ＨＤ１０はＣＰＵ１１を備える。ＣＰＵ１１には、ＲＡＭ１２、プログラムＲＯＭ１３、液晶装置１４、インターフェイス１８、接続コントローラ１９に電気的に接続されている。ＲＡＭ１２は各種データを一時的に記憶する。プログラムＲＯＭ１３はＣＰＵ１１が実行するプログラム及びＯＳを記憶する。プログラムはＯＳ上で実行される。プログラム及びＯＳは、ＨＭＤ１の出荷時にプログラムＲＯＭ１３に記憶される。インターフェイス１８は、測距離センサ２０に接続し、信号の入出力を制御する。接続コントローラ１９は、ハーネス７を介してＣＢ５０の接続コントローラ５８に接続し、有線通信を行う。測距離センサ２０はインターフェイス１８を介して、ＣＰＵ１１に電気的に接続されている。
【００２９】
なお、ＨＤ１０は、フラッシュＲＯＭを更に備えてもよい。フラッシュＲＯＭには、ＣＰＵ１１が実行するプログラムが記憶されてもよい。ＣＰＵ１１はフラッシュＲＯＭに記憶されたプログラムを実行してもよい。プログラムＲＯＭ１３及びフラッシュＲＯＭには、ＣＢ５０のＣＰＵ５１が実行するプログラムが記憶されてもよい。ＣＰＵ１１は、ＣＢ５０のＣＰＵ５１が実行する処理と同じ処理を、ＣＰＵ５１の代わりに実行してもよい。
【００３０】
次に、ＣＢ５０の電気的構成を説明する。ＣＢ５０はＣＰＵ５１を備える。ＣＰＵ５１には、ＲＡＭ５２、プログラムＲＯＭ５３、フラッシュＲＯＭ５４、インターフェイス５５、ビデオＲＡＭ５６、画像処理部５７、接続コントローラ５８、及び無線通信部５９が電気的に接続されている。ＲＡＭ５２は各種データを一時的に記憶する。プログラムＲＯＭ５３はＣＰＵ５１が実行するプログラム及びＯＳを記憶する。プログラムには、本発明の「ピント距離制御プログラム」が含まれる。ピント距離制御プログラムは、後述するピント距離制御処理（図８参照）を実行する為のプログラムである。プログラムはＯＳ上で実行される。プログラム及びＯＳは、ＨＭＤ１の出荷時にプログラムＲＯＭ５３に記憶される。フラッシュＲＯＭは各種情報の他、後述するピント情報を記憶する。
【００３１】
インターフェイス５５は、操作スイッチ６１、電源スイッチ６２、及び電源ランプ６３に接続し、信号の入出力を制御する。画像処理部５７は、ＨＤ１０の液晶装置１４に表示する画像を形成し、ビデオＲＡＭ５６に一時的に記憶する。接続コントローラ５８は、ハーネス７を介してＨＤ１０の接続コントローラ１９に接続し、有線通信を行う。無線通信部５９は、インターネット、ＬＡＮ等に接続されたアクセスポイント（図示略）を介して、インターネット、ＬＡＮ等に接続された周辺機器と通信を行う。周辺機器の例として、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレット型携帯端末、サーバ等が挙げられる。
【００３２】
なお、ＣＢ５０のフラッシュＲＯＭ５４に、ＣＰＵ５１が実行するプログラムが記憶されてもよい。ＣＰＵ５１は、フラッシュＲＯＭ５４に記憶されたプログラムを実行してもよい。プログラムＲＯＭ５３及びフラッシュＲＯＭ５４には、ＨＤ１０のＣＰＵ１１が実行するプログラムが記憶されてもよい。ＣＰＵ５１は、ＨＤ１０のＣＰＵ１１が実行する処理と同じ処理を、ＣＰＵ１１の代わりに実行してもよい。
【００３３】
また、ＨＭＤ１は、プログラムを、無線通信部５９を介してプログラムダウンロード用のサーバからダウンロードし、インストールしてもよい。例えば、サーバの記憶装置に保存されているプログラムは、コンピュータで読み取り可能な一時的な記憶媒体（例えば、伝送信号）として、サーバからＨＭＤ１に送信されてもよい。プログラムは、ＨＭＤ１が備えるコンピュータで読み取り可能な記憶装置、例えば、フラッシュＲＯＭに保存されてもよい。ＣＰＵ１１は、フラッシュＲＯＭに記憶されたプログラムに基づいてプログラムを実行してもよい。ＣＰＵ５１は、フラッシュＲＯＭ５４に記憶されたプログラムに基づいてプログラムを実行してもよい。記憶装置は、例えばＲＯＭ、フラッシュＲＯＭ、ＨＤＤ、ＲＡＭなどの、一時的な記憶媒体を除く非一時的な記憶媒体であってもよい。非一時的な記憶媒体は、データを記憶する時間の長さに関わらず、データを留めておくことが可能なものであってもよい。
【００３４】
さらに、ＨＭＤ１の構成は上記実施形態に限定されず、例えば、ＨＤ１０とＣＢ５０とが一体となった構成であってもよい。ＨＤ１０のＣＰＵ１１とＣＢ５０のＣＰＵ５１とは、ハーネス７の代わりに無線によって通信を行ってもよい。
【００３５】
次に、ＨＭＤ１使用時に自動的に調整されるピント距離を検討する為に行った実験１、２について説明する。実験１では、被験者が好むピント距離について検討を行った。実験２では、外界の対象物までの実距離と被験者が合わせるピント距離との関係について検討を行った。
【００３６】
先ず、実験１，２の共通する試験条件について説明する。被験者は、実験１、実験２において、青年層２１名（（年齢：２１±１．３歳）うち女子１１名）とした。なお、被験者から中年層を除いた理由は、ヒトの水晶体の弾力性は加齢とともに弱まることが知られており、近いところを見るときに必要な調整力が不足する所謂「老視」の影響を可能な限り無くす為である。実験開始前に、各被験者の優位眼と視力を測定した。ＨＭＤは、図１に示すＨＭＤ１と同じタイプの単眼シースルー型のＨＭＤ１００（図５参照）を使用した。ＨＭＤ１００は、被験者自身が筐体のアジャスタを操作することによって、３０ｃｍ〜３００ｃｍの間で連続的にピント距離を変化させることができる機能を有する。また、裸眼者用と眼鏡者用のフレームが用意されており、また裸眼者は通常のフレームを、眼鏡者は自身の眼鏡と併用できるフレームを用いた。被験者は非優位眼で情報を視認するようにＨＭＤを装着した。
【００３７】
［実験１］：被験者が好むピント距離の検討
被験者には、ＨＭＤ１００を装着して図４に示すテキスト画像を視認してもらい、最も見易いと感じるピント距離にアジャスタを調整（但し、ピント距離は被験者には分からない。）するように指示した。そして、各被験者が夫々選択したピント距離を記録した。
【００３８】
［実験２］：実距離と被験者が合わせるピント距離との関係の検討
図５に示すように、被験者には、ＨＭＤ１００を装着し、１７インチのディスプレイ７１の前に座ってもらい、ディスプレイ７１とＨＭＤ１００の両者に提示される同一のテキストのピントが合致するようにアジャスタを調整（但し、ピント距離は被験者にはわからないようにした。）するように指示した。なお、ディスプレイ７１との実距離Ｌは、４段階（５０ｃｍ，１００ｃｍ，２００ｃｍ，３００ｃｍ）に変化させた。なお、実距離Ｌが変化しても、被験者の視認するテキストの画角（４°７'２４''）が変化しないように、ディスプレイ７１に表示するテキストの画角サイズも変化させた。また、順序効果が相殺されるよう、被験者毎に、各実距離での実験順は異なるものとした。そして、各実距離において、被験者が選択したピント距離を記録した。
【００３９】
先ず、実験１の結果について説明する。図６は、青年層の各被験者が夫々指定したピント距離をヒストグラムに表したものである。０〜３０（ｃｍ）の範囲にピント距離を調整したのは６人、３１〜４０（ｃｍ）の範囲にピント距離を調整したのは３人、４１〜５０（ｃｍ）の範囲にピント距離を調整したのは３人、５１〜６０（ｃｍ）の範囲にピント距離を調整したのは５人、６１〜７０（ｃｍ）の範囲にピント距離を調整したのは１人、７１〜８０（ｃｍ）の範囲にピント距離を調整したのは３人、８１（ｃｍ）以上にピント距離を調整した被験者はいなかった。つまり、２１名の被験者が選択したピント距離は３０〜８０（ｃｍ）の幅に収まっており、比較的短いピント距離を好む傾向にあることがわかった。なお、各被験者が調整したこれらピント距離の平均値は４５．５（ｃｍ）であった。
【００４０】
次に、実験２の結果について説明する。図７は、５０〜３００（ｃｍ）の各実距離において、２１名の被験者が夫々選択したピント距離の平均値を算出して表したものである。実距離＝５０（ｃｍ）に対してピント距離＝５４．２（ｃｍ）、実距離＝１００（ｃｍ）に対してピント距離＝７８．４（ｃｍ）、実距離＝２００（ｃｍ）に対してピント距離＝８７．９（ｃｍ）、実距離＝３００（ｃｍ）に対してピント距離＝１２７．７（ｃｍ）であった。図７を見てわかるように、実距離＝５０（ｃｍ）では、実距離よりもピント距離の方がやや大きくなっているが、それ以外の実距離＝１００，２００，３００（ｃｍ）では、実距離よりもピント距離の方が小さくなっている。そして、実距離が長くなるにつれて、実距離とピント距離との差は徐々に大きくなっている。
【００４１】
ここで、図７の各データについて、ピント距離をＰ、実距離をＬとし、上記データを最小二乗法を用いて、Ｐ＝αＬ＋βの一次式（αは傾き、βは切片）で近似したところ、以下の一次式を求めることができた。
・Ｐ＝０．２６７４×Ｌ＋４３．６１５・・・（１）式
【００４２】
上記（１）式において、αは０．２６７４で１よりも小さい正の値であるから、見やすいピント距離は実距離より短く、実距離が長くなればその差は大きくなる。これは実距離が長ければ長いほど、眼球の水晶体の厚さを調節して行われるピント合わせが徐々に困難になるため、使用者は実距離に対してピント距離をより小さく調整する傾向にあることが推測できる。よって、接眼光学部１２０によるピント距離を実距離よりも小さい値に設定することで、使用者は画像をより快適に視認できる可能性がある。なお、実距離＝５０（ｃｍ）では、実距離よりもピント距離の方が若干大きくなっているが、これは、実距離が近ければ近いほど、一次式の切片βの影響を受けるためである。
【００４３】
また、図５に示すように、（１）式の切片β＝４３．６１５は、実距離が０の時のピント距離に相当するが、上記実験１において、実験２と同じ被験者が調整した好みのピント距離の平均値である４５．５（ｃｍ）と非常に近い値となった。ここで両者の関係について検討する。実験１で算出した好みのピント距離は、ＨＭＤ１００で視認できる画像について最も見易いピント距離である。つまり、実験１では、外界の対象物としてのディスプレイ７１を見せることなく、ＨＭＤ１００によって提示される画像を視認させただけであるので、対象物までの実距離は０と考えることができる。これに対し、実験２で求めた一次式の切片βは、上記の通り、実距離が０の時のピント距離であるから、実験１で求めた好みのピント距離と一致する可能性は高い。但し、これらの実験値は、実験１，２において、２１名の被験者夫々の「見易さ」という官能的な判断に基づくものであるから、両者において差異が生じたものと思われる。
【００４４】
そこで、上記実験１，２の結果を踏まえ、本実施形態のＨＭＤ１は、実験２で得られた一次式（Ｐ＝０．２６７４×Ｌ＋４３．６１５）の情報をピント情報としてフラッシュＲＯＭ５４に記憶し、測距離センサ２０で測定された実距離（Ｌ）に応じて最適なピント距離（Ｐ）を、フラッシュＲＯＭ５４に記憶したピント情報に基づき算出する。そして、算出して得られたピント距離に応じて、モータ２２を回転させることで、接眼光学部１２０によるピント距離の自動調整を行う。
【００４５】
図８を参照し、ＣＰＵ５１によるピント距離制御処理について説明する。使用者によってＣＢ１０の電源スイッチ６２がオンされると、ＣＰＵ５１はプログラムＲＯＭ５３から「ピント距離制御プログラム」を読み込み、本処理を実行する。
【００４６】
先ず、ＣＰＵ５１は液晶装置１４がオンか否か判断する（Ｓ１）。液晶装置１４がオンするまでは（Ｓ１：ＮＯ）、ＣＰＵ５１はＳ１に戻って待機する。液晶装置１４がオンした場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は、ハーネス７を介して、測距離指示信号を測距離センサ２０に出力する（Ｓ２）。測距離センサ２０は測距離指示信号に基づき、対象物までの実距離を測定する。測距離センサ２０は、測定した実距離の情報（以下、実距離情報という）を、ハーネス７を介してＣＰＵ５１に出力する。例えば、赤外線センサが測距離センサ２０として用いられる場合、測距離センサ２０は、測距離指示信号の受信に応じて、発光素子から赤外線を射出する。そして、測距離センサ２０は、赤外線の射出に応じて受光素子で受光する反射光に基づいて、実距離情報を生成する。測距離センサ２０は、生成した実距離情報をＣＰＵ５１に対して送信する。超音波センサが測距離センサ２０として用いられる場合も同様に、測距離指示信号の受信に応じて超音波が射出され、受信された反射歯に基づいた実距離情報が生成される。
ＣＰＵ５１は実距離情報を受信し（Ｓ３）、受信した実距離情報をＲＡＭ５２に記憶する（Ｓ４）。
【００４７】
ＣＰＵ５１は、ＲＡＭ５２に記憶した実距離情報と、フラッシュＲＯＭ５４に記憶したピント情報に基づき、測距離センサ２０が測定した実距離に最適なピント距離を算出する（Ｓ５）。なお、ピント情報とは、ピント距離をＰ、実距離をＬとした場合に、Ｐ＝αＬ＋βで表される一次式（αは傾き、βは切片）の情報を含むものであって、例えば、上記（１）式の情報である。例えば、測距離センサ２０によって測定された実距離が１００（ｃｍ）であった場合、Ｐ＝（０．２６７４×１００）＋４３．６１５＝７０．３５５≒７０であるから、ピント距離は７０（ｃｍ）となる。
【００４８】
ここで、ピント情報としてのＰ＝αＬ＋βで表される一次式について、（１）式には限定されないが、係数αとβについては、０＜α＜１、０＜β＜５０（ｃｍ）の各条件を満たすのが好ましい。また、図７に示す（１）式をピント情報として見た場合、測距離センサ２０によって測定される第１実距離Ｌ１と、第１実距離Ｌ１よりも長い第２実距離Ｌ２との差分は、第１実距離Ｌ１に対応する第１ピント距離Ｐ１と、第２実距離Ｌ２に対応する第２ピント距離Ｐ２との差分よりも大きい。また、第１実距離Ｌ１と第１ピント距離Ｐ１との差分は、第２実距離Ｌ２と第２ピント距離Ｐ２との差分よりも小さい。このように、ピント情報として用いる一次式は、上記これらの特徴を持つ直線であることが必要である。
【００４９】
次いで、ＣＰＵ５１は、算出して得られたピント距離に基づき、モータ２２を駆動する（Ｓ６）。ここで、フラッシュＲＯＭ５４には、モータ情報が記憶されている。モータ情報とは、ピント距離に対応するモータ２２の＋方向又は−方向への回転量の情報である。例えば、モータ２２がステッピングモータで構成される場合、モータ情報は、モータ２２に送信する１パルス当たりのピント距離変動量である。ＣＰＵ５１はフラッシュＲＯＭ５４に記憶したモータ情報に基づき、ピント距離に対応するモータ２２の回転量を決定する。ＣＰＵ５１は決定した回転量でモータ２２を回転する。モータの回転量に応じてギア２１（図２参照）が回転し、アジャスタ１６を回転させる。これにより、液晶ホルダ１７が右方向又は左方向へ移動し、液晶装置１４と接眼光学部１２０との距離が所定位置に調整される。このようにして、接眼光学部１２０によるピント距離が自動的に調整される。
【００５０】
そして、ＣＰＵ５１は、再度、ハーネス７を介して、測距離指示信号を測距離センサ２０に出力する（Ｓ７）。測距離センサ２０は測距離指示信号に基づき、対象物までの実距離を測定する。測距離センサ２０は、測定した実距離情報を、ハーネス７を介してＣＰＵ５１に出力する。ＣＰＵ５１は実距離情報を受信し（Ｓ８）、受信した実距離情報をＲＡＭ５２に記憶する（Ｓ９）。
【００５１】
さらに、ＣＰＵ５１は、液晶装置１４がオフされたか否か判断する（Ｓ１０）。液晶装置１４がオフされていない場合（Ｓ１０：ＮＯ）、ＣＰＵ５１は、実距離の差は一定値以上か否か判断する（Ｓ１１）。例えば、図７において、前回測定した実距離がＬ１で、今回測定した実距離がＬ２であった場合、ＣＰＵ５１はＬ１とＬ２の差が一定値以上か否か判断する。実距離の差が一定値未満の場合（Ｓ１１：ＮＯ）、使用者の頭部は前回測定した時から動かずに、現在の位置を維持しているので、使用者の視野位置は殆ど変わっていない。よって、ピント距離を変更する必要が無いので、ＣＰＵ５１はＳ７に戻り、引き続き、対象物までの実距離が変わっていないか否か監視する為、Ｓ７〜Ｓ１１の処理を繰り返す。
【００５２】
これとは反対に、実距離の差が一定値以上であった場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、使用者の頭部は前回測定した時から動いており、使用者の視野位置が変わっている。視野位置の変更が瞬間的なのか持続した状態であるのかを判断する為に、ＣＰＵ５１は図示外のタイマを零に初期化して起動し、タイマが起動してから一定時間（例えば５秒）経過したか否か判断する（Ｓ１２）。そして、一定時間経過していない場合は（Ｓ１２：ＮＯ）、ＣＰＵ５１はＳ７に戻り、実距離の差が変わっていないか否か確認する為、Ｓ７〜Ｓ１１の処理を繰り返す。なお、ここでいう「実距離の差」とは、現在設定されているピント距離Ｐ１に対応する実距離Ｌ１を基準とするので、直近で測定した最新の実距離Ｌ３とＬ１の差を意味する。
【００５３】
使用者は、例えば、頭部を瞬間的に横に振っただけで元の位置に戻すようなことがある。この場合、再度測定した実距離との差は一定値未満となるので（Ｓ１１：ＮＯ）、タイマを停止し、ピント距離は変更せずに、引き続き、対象物までの実距離が変わっていないか否か監視する為、Ｓ７〜Ｓ１１の処理を繰り返す。これにより、例えば、使用者が画像を注視している最中に、頭部を瞬間的に動かしてしまった場合に、ピント距離が突然変わって一時的に視認困難となってしまうことを防止できる。そして、そのような頭部の瞬間的な位置変動があった場合は、画像のピント距離を変更しないので、使用者はそれまで外界の対象物に重畳させて視認していた画像を違和感なく注視できる。また、ピント距離が短時間に複数回変更されることによって生じる不快感や疲労感も軽減できる。
【００５４】
そして、実距離の差が一定値以上であって（Ｓ１１：ＹＥＳ）、さらにタイマが起動してから一定時間経過した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、実距離の差が一定値以上の状態が一定時間経過したことになる。そこで、ＣＰＵ５１は、現在の視野位置に最適なピント距離に再設定する為に、Ｓ２に戻り、対象物までの実距離を再度測定し、測定された実距離に最適なピント距離を算出し、算出して得られたピント距離に基づき、モータ２２を駆動する（Ｓ２〜Ｓ６）。これにより、液晶装置１４と接眼光学部１２０との距離が調整され、現在の視野位置において対象物までの実距離に最適なピント距離に再設定される。その後、ＣＰＵ５１は、処理をＳ７に進め、対象物までの実距離が変わっていないか否か監視する為、Ｓ７〜Ｓ１１の処理を繰り返す。そして、液晶装置１４がオフされた場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ５１は本処理を終了する。
【００５５】
以上説明にて、液晶装置１４が本発明の「画像光出力部」に相当し、ハーフミラー３（ＨＭ３）が本発明の「偏向部材」に相当し、モータ２２、ギア２１、アジャスタ１６及び液晶ホルダ１７が本発明の「移動機構」に相当し、測距離センサ２０が本発明の「センサ」に相当し、Ｓ２〜Ｓ６の処理を実行するＣＰＵ５１が本発明の「ピント制御手段」に相当する。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態のＨＭＤ１は、使用者の頭部に装着され、外界からの光線に画像を重畳させて表示するシースルー型のヘッドマウントディスプレイである。ＨＭＤ１は、液晶装置１４、接眼光学部１２０、及びＨＭ３を備える。液晶装置１４は画像光を接眼光学部１２０に向けて出射する。接眼光学部１２０は出射された画像光を集光し、ＨＭ３に導く。ＨＭ３は、接眼光学部１２０を通過した画像光の少なくとも一部を反射する。ＨＭＤ１が使用者に装着されている場合、ＨＭ３によって反射された画像光は、使用者の左の眼球に入射する。入射した光は、目の水晶体によって網膜上に結像することで、虚像（画像）が使用者に視認される。ＨＭＤ１は外界の対象物までの実距離を測定する測距離センサ２０を更に備える。ＨＭＤ１のＣＰＵ５１は、測距離センサ２０に測距離指示信号を出力し、対象物までの実距離を測定させる。ＣＰＵ５１は、測距離センサ２０によって測定された実距離に基づき、接眼光学部１２０によるピント距離を、測定された実距離よりも小さい値に設定するように、モータ２２を駆動する。モータ２２の回転量に応じてギア２１が回転し、アジャスタ１６を回転させる。アジャスタ１６の回転により、液晶ホルダ１７が右方向又は左方向へ移動し、液晶装置１４と接眼光学部１２０との距離が移動される。これにより、対象物までの実距離に最適なピント距離に自動的に調整される。このように、ピント距離を実距離よりも小さい値に合わせることで、使用者は従来に比して画像をより明確に視認できる。これは人間工学的な視点に基づくので、使用者は画像をより快適に視認できる。
【００５７】
上記実施形態ではさらに、ＣＰＵ５１は、測距離センサ２０によって測定した実距離情報と、フラッシュＲＯＭ５４に記憶したピント情報に基づき、測定した実距離に最適なピント距離を算出する。ピント情報とは、ピント距離をＰ、実距離をＬとした場合に、Ｐ＝αＬ＋βで表される一次式（αは傾き、βは切片）の情報を含む。係数αとβについては、０＜α＜１、０＜β＜５０（ｃｍ）の各条件を満たすのが好ましい。上記の通り、対象物までの距離とピント距離との関係は、一次式の関係に成り立つが、一次式の傾きであるαと切片であるβを設定することで、対象物までの実距離に対し、人間が見やすいと感じるピント距離を容易に算出して求めることができる。さらに、一次式の傾きであるαは１以下の数値であるので、実距離が長ければ長いほど、ピント距離は対象物の位置よりも手前になる。これにより、使用者は、実距離に応じて画像をより明確に視認できる。
【００５８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。上記実施形態では、実験１，２において、青年層（年齢：２１±１．３歳）を被験者とし、実距離とピント距離との関係を一次式に近似してピント情報として利用したが、一次式のα、βは、年齢層によって夫々異なることが分かっている。よって、例えば、各年齢層に対応する一次式の情報をピント情報としてフラッシュＲＯＭ５４に記憶しておき、ＨＭＤ１使用時に、使用者に年齢を入力させることで、入力した年齢に応じたピント情報を利用して、実距離に応じたピント距離を算出するようにしてもよい。また、この他に、デフォルトとして、ピント距離を実距離に合わせるモードを設定できるようにしてもよい。
【００５９】
また、上記実施形態では、図７において、実距離Ｌ１とその後に測定された実距離Ｌ２とを比較し、その差が一定値以上で、その状態が一定時間経過した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ、Ｓ１２：ＹＥＳ）は、実距離を再測定し、その再測定結果を用いてピント距離の調整を行うが（Ｓ２〜Ｓ６）、例えば、比較に用いられた２つの実距離で、後に測定された実距離を利用して、ピント距離の調整を行うようにしてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、ピント距離の設定範囲を５０〜３００ｃｍの範囲内としているが、この範囲よりも大きくしても小さくしてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態において、測距離センサ２０とインターフェイス１８とは、無線によって通信が行われてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１    ＨＭＤ
３    ＨＭ（ハーフミラー）
１４    液晶装置
１６    アジャスタ
１７    液晶ホルダ
２０    測距離センサ
２１    ギア
２２    モータ
５１    ＣＰＵ
１２０    接眼光学部
Ｐ    ピント距離
Ｌ    実距離
α    傾き
β    切片
【図１】
0005994768.tif 000002
【図２】
0005994768.tif 000003
【図３】
0005994768.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005994768.tif 000006
【図６】
0005994768.tif 000007
【図７】
0005994768.tif 000008
【図８】
0005994768.tif 000009