(57)【要約】【課題】歩行時に頭部が揺れても装着者には揺れの無い映像を見せることの可能なヘッドマウントディスプレイとその映像表示方法を提供する。【解決手段】ヘッドマウントディスプレイ１は、装着者に対する映像表示を行う表示部３と、外界風景と表示部３で表示される映像とを重畳する透過型コンバイナーと、表示部３での映像表示を制御する制御部２と、装着者の頭部の回転角度変位を検知する回転角度変位センサー５と、装着者の頭部の平行移動変位を検知する平行移動変位センサー６と、を備える。制御部２は、予め設定されている視標距離と平行移動変位センサー６で検知された平行移動変位とから決まる補正角度量を、回転角度変位センサー５で検知された回転角度変位から差し引いた差分の角度量だけ、映像位置補正量として頭部の回転方向とは逆方向に映像を動かすことにより、装着者に見える映像の位置を視標距離で決まる視標位置に固定する制御を行う。【選択図】図１
2019029760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装着者に対する映像表示を行う表示部と、
外界風景と前記表示部で表示される映像とを重畳する透過型コンバイナーと、
前記表示部での映像表示を制御する制御部と、
装着者の頭部の回転角度変位を検知する回転角度変位センサーと、
装着者の頭部の平行移動変位を検知する平行移動変位センサーと、
を備え、
前記制御部が、予め設定されている視標距離と前記平行移動変位センサーで検知された平行移動変位とから決まる補正角度量を、前記回転角度変位センサーで検知された回転角度変位から差し引いた差分の角度量だけ、映像位置補正量として頭部の回転方向とは逆方向に映像を動かすことにより、装着者に見える映像の位置を前記視標距離で決まる視標位置に固定する制御を行う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】
前記視標位置が前記映像の像面位置であることを特徴とする請求項１記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項３】
装着者に対する映像表示を行う表示部と、
外界風景と前記表示部で表示される映像とを重畳する透過型コンバイナーと、
前記表示部での映像表示を制御する制御部と、
装着者の頭部の回転角度変位を検知する回転角度変位センサーと、
装着者の頭部の平行移動変位を検知する平行移動変位センサーと、
装着者の左右の眼球の瞳孔中心位置を検知する瞳孔中心位置検出センサーと、
を備え、
前記制御部が、前記瞳孔中心位置検出センサーで検知された瞳孔中心位置から視標距離を決定し、決定された視標距離と前記平行移動変位センサーで検知された平行移動変位とから決まる補正角度量を、前記回転角度変位センサーで検知された回転角度変位から差し引いた差分の角度量だけ、映像位置補正量として頭部の回転方向とは逆方向に映像を動かすことにより、装着者に見える映像の位置を前記視標距離で決まる視標位置に固定する制御を行うことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
【請求項４】
以下の条件式（Ｆ１）を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイ；
Δ＝ＨＲ−ａｔａｎ（ＨＴ／ｂ）  …（Ｆ１）
ただし、
Δ：映像位置補正量［ｄｅｇ］、
ＨＲ：頭部の回転角度変位［ｄｅｇ］、
ＨＴ：頭部の平行移動変位、
ｂ：視標距離、
である。
【請求項５】
ヘッドマウントディスプレイの映像表示方法であって、
ヘッドマウントディスプレイの装着者の眼球から装着者が注視している視標までの距離と装着者の頭部の平行移動変位とから決まる補正角度量を、装着者の頭部の回転角度変位から差し引いた差分の角度量だけ、映像位置補正量として頭部の回転方向とは逆方向に映像を動かすことにより、装着者に見える映像の位置を装着者が注視している視標位置に固定することを特徴とする映像表示方法。
【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とその映像表示方法に関するものであり、例えば、頭部に装着された映像表示装置で映像を眼に投影表示する光学シースルー型のヘッドマウントディスプレイと、そのヘッドマウントディスプレイを使用した映像表示方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人間が歩行すると頭部を含めた身体全体が上下左右に揺れるが、視界はそれほど揺れているようには感じない。これは、身体の揺れに対して頭部の揺れが小さくなるように頭部が補正的に動き、さらに頭部と眼球が視界の安定性を保つように協調的に動いているためである（非特許文献１参照。）。しかし、光学シースルー型のヘッドマウントディスプレイを装着して歩行すると、ヘッドマウントディスプレイも頭部と一体に動くため、ヘッドマウントディスプレイから提供される映像は揺れて見えてしまう。
【０００３】
光学シースルー型のヘッドマウントディスプレイの装着者は、歩行するとき比較的遠方を見ている。つまり、装着者が注視している指標は２ｍ以上遠方にある。非特許文献１の記載によれば、歩行中の視標が２ｍ先にあるときには、頭部は歩行時の上下の変位を補正するために過度に縦回転補正し、眼球は頭部の過度な回転を補正するために頭部とは逆位相的に回転することによって、視界の揺れを補正しようとすることがわかっている。その頭部の回転に対する逆位相的な眼球の回転によって、視界は安定する一方で、頭部に固定されたヘッドマウントディスプレイに表示される映像は揺れて見えてしまうのである。この映像の揺れによって、ヘッドマウントディスプレイの装着者は映像酔いのような不快感を感じることがある。あるいは、揺れる映像を見ようと注視してしまうと、歩きスマホのように外界視界の認知性が極端に低くなり、歩行時の安全性が極端に損なわれることになる。
【０００４】
光学シースルー型のヘッドマウントディスプレイには、透過型コンバイナーを用いた表示映像と外界の透過視界との同時観察により、ハンズフリーで情報を得ながら現実世界の作業を実行できる、という利点がある。その光学シースルー型の特徴を利用した技術が特許文献１，２で提案されており、それらに記載のヘッドマウントディスプレイは歩行時の顔ぶれを補正する機能を備えている。
【０００５】
例えば、特許文献１に記載のヘッドマウントディスプレイでは、ユーザーの頭部に装着可能に構成され、ユーザーに実空間の視野を提供可能な表示部と、前記表示部の少なくとも一軸周りの方位を検出する検出部と、前記表示部を包囲する３次元座標における表示領域であって、前記視野の前記一軸方向に沿った表示領域を制限することが可能な領域制限部と、前記視野に存在する所定の対象物に関連する情報を含む画像を前記３次元座標に対応付けて記憶する記憶部と、前記検出部の出力に基づいて前記方位に対応する前記３次元座標上の画像を前記視野に表示するように構成された表示制御部と、を備えた構成になっている。
【０００６】
表示制御部は、視野の所定位置にオブジェクトが表示されている状態において、検出部の出力変化が所定周波数以上のとき、検出部の出力のうち所定周波数以上の周波数成分を無効とする処理が実行可能に構成されている。視野内のオブジェクトが表示部の方位又は姿勢変化に追従して移動すると、ユーザーの細かい顔ぶれにも追従してしまい、オブジェクトの視認性が悪化するおそれがある。これを防止するために、所定以上の高周波成分に対してはオブジェクトを表示部の姿勢変化に追従させず、所定値未満の低周波成分に対してはオブジェクトの表示位置を視野（ローカル座標系）に固定することとしている。その所定周波数をユーザーの顔ぶれに相当する周波数に設定することにより、ユーザーの細かい顔ぶれの影響を受けることなく画像の視認性を確保することが可能となる。
【０００７】
特許文献２に記載のヘッドマウントディスプレイでは、ユーザーが頭部に装着して表示画像を観察可能な頭部装着型表示装置に、表示画像を表示する表示部と、表示部への表示画像を表示するタイミングの制御処理を行う制御部と、を有する構成になっている。そして、表示画像を表示部に表示する表示期間と表示画像を非表示にする非表示期間とを交互に繰り返し、１回の表示期間が６００ｍｓ以下になるように、制御部で制御処理を行うことにより、顔ぶれの補正が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＷＯ２０１４／１２９２０４  Ａ１
【特許文献２】特開２０１３−２５５１０２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】平崎鋭矢，「歩行中の視線安定を維持する頭部運動と眼球運動」，大阪大学大学院人間科学研究科紀要．２６Ｐ．１７７−Ｐ．１９３，２０００−０３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
２〜５ｍ程度の比較的遠方を見ながらの歩行時には、前述したように、頭部が身体の上下動を補正するように過剰に前後に傾き、その過剰な傾きを補正するように眼球が頭部と逆位相的な回転補正を行う。このため、特許文献１に記載されているように、検知した顔ぶれ（頭部の角度偏移）から単純に高周波成分を分離して無効化し、低周波成分に対してのみローカル座標系へ固定するというだけでは、頭部の変位値が直接映像の補正に使用されることになる。したがって、装着者にとっては映像が無限遠にあるかのようにぶれて見えてしまう。人間工学的な観点で言えば、比較的明るい物体像は比較的近く（１〜５ｍ）の位置にあると認識されるのが自然であるため、ヘッドマウントディスプレイの映像のような明るい映像が無限遠にあるようにふるまうと（さらにその像面位置が有限の距離に設定されている場合にはなおさら）、像面との距離感がつかめずに認知が混乱し、装着者が映像酔いを起こす懸念がある。
【００１１】
特許文献２に記載の顔ぶれ補正機能では、歩行時の揺れが大きいタイミングと小さいタイミングに合わせて映像の非表示と表示を切り替えることによって、顔ぶれの影響を抑えようとしている。しかし、表示映像情報の視認性や認知性が非常に悪い、という問題がある。
【００１２】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、歩行時に頭部が揺れても装着者には揺れの無い映像を見せることの可能なヘッドマウントディスプレイとその映像表示方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、第１の発明のヘッドマウントディスプレイは、装着者に対する映像表示を行う表示部と、
外界風景と前記表示部で表示される映像とを重畳する透過型コンバイナーと、
前記表示部での映像表示を制御する制御部と、
装着者の頭部の回転角度変位を検知する回転角度変位センサーと、
装着者の頭部の平行移動変位を検知する平行移動変位センサーと、
を備え、
前記制御部が、予め設定されている視標距離と前記平行移動変位センサーで検知された平行移動変位とから決まる補正角度量を、前記回転角度変位センサーで検知された回転角度変位から差し引いた差分の角度量だけ、映像位置補正量として頭部の回転方向とは逆方向に映像を動かすことにより、装着者に見える映像の位置を前記視標距離で決まる視標位置に固定する制御を行うことを特徴とする。
【００１４】
第２の発明のヘッドマウントディスプレイは、上記第１の発明において、前記視標位置が前記映像の像面位置であることを特徴とする。
【００１５】
第３の発明のヘッドマウントディスプレイは、装着者に対する映像表示を行う表示部と、
外界風景と前記表示部で表示される映像とを重畳する透過型コンバイナーと、
前記表示部での映像表示を制御する制御部と、
装着者の頭部の回転角度変位を検知する回転角度変位センサーと、
装着者の頭部の平行移動変位を検知する平行移動変位センサーと、
装着者の左右の眼球の瞳孔中心位置を検知する瞳孔中心位置検出センサーと、
を備え、
前記制御部が、前記瞳孔中心位置検出センサーで検知された瞳孔中心位置から視標距離を決定し、決定された視標距離と前記平行移動変位センサーで検知された平行移動変位とから決まる補正角度量を、前記回転角度変位センサーで検知された回転角度変位から差し引いた差分の角度量だけ、映像位置補正量として頭部の回転方向とは逆方向に映像を動かすことにより、装着者に見える映像の位置を前記視標距離で決まる視標位置に固定する制御を行うことを特徴とする。
【００１６】
第４の発明のヘッドマウントディスプレイは、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、以下の条件式（Ｆ１）を満足することを特徴とする。
Δ＝ＨＲ−ａｔａｎ（ＨＴ／ｂ）  …（Ｆ１）
ただし、
Δ：映像位置補正量［ｄｅｇ］、
ＨＲ：頭部の回転角度変位［ｄｅｇ］、
ＨＴ：頭部の平行移動変位、
ｂ：視標距離、
である。
【００１７】
第５の発明の映像表示方法は、ヘッドマウントディスプレイの映像表示方法であって、
ヘッドマウントディスプレイの装着者の眼球から装着者が注視している視標までの距離と装着者の頭部の平行移動変位とから決まる補正角度量を、装着者の頭部の回転角度変位から差し引いた差分の角度量だけ、映像位置補正量として頭部の回転方向とは逆方向に映像を動かすことにより、装着者に見える映像の位置を装着者が注視している視標位置に固定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、装着者に見える映像の位置を視標位置に固定する構成になっているため、歩行時に頭部が揺れても装着者には揺れの無い映像を見せることが可能である。この顔ぶれ補正機能により、装着者は外界視界との齟齬の無い存在感の映像を見ることができるので、歩行時の安全を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ヘッドマウントディスプレイの一実施の形態を示すブロック図。
【図２】光学シースルー型のヘッドマウントディスプレイの装着状態を示す図。
【図３】装着者の頭部の回転角度変位及び平行移動変位を説明するための模式図。
【図４】顔ぶれ補正時の頭部仰角，頭部垂直変位及び視標距離の一例を示す模式図。
【図５】視標及び視標距離の定義を説明するための模式図。
【図６】顔ぶれを抑えるための映像位置の補正を示す光路図。
【図７】ヘッドマウントディスプレイの第１の実施の形態の制御動作を示すフローチャート。
【図８】ヘッドマウントディスプレイの第２の実施の形態の制御動作を示すフローチャート。
【図９】視標を算出するまでの工程の一例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施したヘッドマウントディスプレイ，その映像表示方法等を、図面を参照しつつ説明する。なお、各実施の形態，具体例等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００２１】
図１にヘッドマウントディスプレイ１の概略構成を示し、図２にヘッドマウントディスプレイ１が装着者１０の頭部１０Ｈに装着された状態を示す。図２（Ａ）はヘッドマウントディスプレイ１を斜め前方から示しており、図２（Ｂ）はヘッドマウントディスプレイ１の断面構造を側方から示している。ヘッドマウントディスプレイ１は、その装着者１０の眼前に作業内容に応じた指示（作業指示表示等）を外界視野と重ねて表示する光学シースルー型のウェアラブルディスプレイである。
【００２２】
ヘッドマウントディスプレイ１は、図１に示すように、制御部２，表示部３，記憶部４，回転角度変位センサー５，平行移動変位センサー６及び瞳孔中心位置検出センサー７を備えている。そのなかでも、制御部２，表示部３及び記憶部４は映像表示装置８を構成しており、記憶部４内の情報を用いた表示部３での映像表示を制御部２で制御する構成になっている。また図２に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１は、外界風景と表示部３で表示される映像とを重畳する透過型コンバイナー１２と、眼鏡のフレームに相当する支持機構１３と、を備えている。
【００２３】
支持機構１３は、制御部２，表示部３等が内蔵された筐体を保持することにより、映像表示装置８を装着者１０の眼前で支持している。さらに、回転角度変位センサー５と、平行移動変位センサー６と、透過型コンバイナー１２に取り付けられた瞳孔中心位置検出センサー７と、ホログラム光学素子（又はハーフミラー）からなる透過型コンバイナー１２と、を支持機構１３が一体的に保持することにより、ハンズフリーでの作業を可能にするコンパクトなシステム構成としている。また、透過型コンバイナー１２を搭載することにより、透過型コンバイナー１２を透過した外界光Ｌ０からなる外界像と、透過型コンバイナー１２で反射した映像光Ｌ１からなる表示映像と、が共に装着者１０によって観察可能な構成としている。なお、図２では透過型コンバイナー１２を両眼に対して設けた構成を示しているが、透過型コンバイナー１２を片眼に対して設けた構成にしてもよい。
【００２４】
制御部２は、ヘッドマウントディスプレイ１の各部の動作を制御し（図１）、例えば、装着者１０に対する表示部３での映像表示を制御することにより顔ぶれ補正機能を実現し、歩行時に頭部１０Ｈが揺れても装着者１０には揺れの無い映像を見せることを可能とする。なお、映像表示を行う表示部３の具体例としては、照明光を変調して映像を表示する反射型又は透過型の液晶表示素子等が挙げられる。
【００２５】
表示部３では装着者１０に対する情報（作業指示情報等）の映像表示が行われるが、その情報は記憶部４に蓄えられており、その情報を映像として表示部３に表示させる制御が制御部２で行われる。制御部２，記憶部４等は、ＣＰＵ（Central Processing Unit），ＲＡＭ（Random Access Memory），ＲＯＭ（Read Only Memory），ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等によって構成されている。例えば、記憶部４のＨＤＤに格納されている処理プログラム（映像表示プログラム，作業マニュアル等）をＣＰＵが読み出し、ＲＡＭに展開して実行することによって、表示部３等の動作が制御される。なお、ヘッドマウントディスプレイ１をサーバーに有線又は無線により接続し、サーバー内で大量の情報解析を行うことが可能なシステム構成にしてもよい。
【００２６】
回転角度変位センサー５は、例えば、装着者１０の頭部１０Ｈの回転角度変位（向き）を検知する頭部センシング用の３軸角加速度センサーである。平行移動変位センサー６は、例えば、装着者１０の頭部１０Ｈの平行移動変位を検知する頭部センシング用の３軸加速度センサーである。瞳孔中心位置検出センサー７は、例えば、装着者１０の左右の眼球１１の瞳孔中心位置を検知するものである。これらのセンサー５〜７と制御部２との接続形態は有線接続，無線接続のいずれでもよい。なお、後述する視標距離を算出する必要がない場合には、瞳孔中心位置検出センサー７は不要となる。
【００２７】
頭部１０Ｈの回転角度変位は、回転角度変位センサー５でセンシングされた頭部１０Ｈの３軸角加速度値から計算され、頭部１０Ｈの平行移動変位は、平行移動変位センサー６でセンシングされた頭部１０Ｈの３軸加速度値から計算される。図３（Ａ）の上面図、図３（Ｂ）の側面図、及び図３（Ｃ）の斜視図に、頭部１０Ｈの回転角度変位及び平行移動変位を示す。図３に示すように、３軸角加速度値から計算される頭部１０Ｈの回転角度変位は頭部仰角α，頭部ヨー角β，頭部ロール角γで表され、３軸加速度値から計算される頭部１０Ｈの平行移動変位は頭部水平変位Ｘ，頭部前後変位Ｙ，頭部垂直変位Ｚで表される。
【００２８】
ここで、説明を簡単にするために頭部仰角αと頭部垂直変位Ｚに注目して、顔ぶれ補正を説明する。図４に、顔ぶれ補正時の頭部仰角α，頭部垂直変位Ｚ及び視標距離ｂの一例を示す。図４において、視標ＶＰはヘッドマウントディスプレイ１の装着者１０が注視している物体であり、視標距離ｂは視標ＶＰから両眼（図２中の左右の眼球１１）の回旋点ＣＰを結んだ直線までの距離である。図５に示すように、瞳孔間距離をａとし、眼球半径をｃとし、角膜頂点から視標ＶＰまでの距離をＬとすると、視標距離ｂは式：ｂ＝√｛（Ｌ＋ｃ）2−ａ2／４｝で定義される。
【００２９】
ヘッドマウントディスプレイ１の装着者１０（図２）が、視標距離ｂ＝２０００ｍｍ先の視標ＶＰを見ながら歩行しているとき、図４に示すように、検知された頭部１０Ｈの鉛直方向の変位（すなわち頭部垂直変位）Ｚ＝±３０ｍｍとし、頭部垂直変位Ｚを補正しようとする頭部１０Ｈの（過剰な）回転により頭部１０Ｈの前後軸（図４中の点線）が焦点を結ぶ点ＨＦＰ(Head Fixation Point)までの距離を１０００ｍｍとし、検知された頭部仰角α＝±ａｔａｎ（３０／１０００）≒±１．７２［ｄｅｇ］とする。
【００３０】
装着者１０の眼（ＣＰ：眼球１１の回旋点）は視標ＶＰ（例えば映像の像面）を見続けようとするため、頭部１０Ｈが下がったとき（Ｚ＝−３０ｍｍ）顔は上を向き、頭部１０Ｈが上がったとき（Ｚ＝３０ｍｍ）顔は下を向くことになる。そのため、頭部１０Ｈの揺れの回転中心位置ＨＦＰと見ている位置ＶＰとは異なってしまう。その角度差分を頭部仰角αから引いた分だけ表示部３による映像の表示位置を動かすように補正すれば、装着者１０が見ている位置に映像が固定されているように表示することができる。例えば、頭部１０Ｈが下がったとき顔は上を向くので映像を下に移動させることによって顔ぶれを補正することができ、頭部１０Ｈが上がったとき顔は下を向くので映像を上に移動させることによって顔ぶれを補正することができる。
【００３１】
上記顔ぶれ補正のための映像位置補正量をΔ［ｄｅｇ］とすると、映像位置補正量Δは式：Δ＝α−ａｔａｎ（Ｚ／ｂ）＝１．７２−ａｔａｎ（３０／２０００）＝０．８６ｄｅｇで表すことができる。したがって、頭部１０Ｈの揺れによる頭部仰角α＝±１．７２ｄｅｇの場合、Δ＝±０．８６ｄｅｇで映像位置を補正すると、映像が２０００ｍｍ先の視標ＶＰ位置にあるように見えることになる。図６に、顔ぶれを抑えるための映像位置の補正をΔ＝０．８６ｄｅｇで行ったときの光路を示す。要部の拡大図ＡＲ中にΔ＝０．８６ｄｅｇを示す。図６から分かるように、Δ＝０．８６ｄｅｇで角度補正された映像の光線は、頭部１０Ｈの前後軸から常に下方７．５ｄｅｇを維持している。
【００３２】
例えば、頭部１０Ｈの揺れに対してΔ＝α＝±１．７２ｄｅｇを補正するだけでは、映像の光線は視標ＶＰに対して６．６４〜８．３６ｄｅｇ（７．５±０．８６ｄｅｇ）変動するため、視標距離ｂ＝２０００ｍｍの場合、映像が±０．８６ｄｅｇ上下に揺れるように見えることになる。また、視標距離ｂ＝５０００ｍｍ先の視標ＶＰを見ながら歩行しているとき、頭部１０Ｈの揺れに対してΔ＝α＝±１．７２ｄｅｇを補正するだけでは、映像の光線は視標ＶＰに対して７．１６〜７．８４ｄｅｇ（７．５±０．３４ｄｅｇ）変動するため、映像が±０．３４ｄｅｇ上下に揺れるように見えることになる。
【００３３】
頭部１０Ｈの揺れに対してΔ＝α＝±１．７２ｄｅｇのみの補正で映像が変動しないときの視標ＶＰの位置は無限遠に相当する。装着者１０が歩行するときは比較的近距離２〜５ｍを見ていることが自然であり、無限遠を見ていることは稀である。したがって、映像を無限遠に配置するのではなく、比較的近距離である２〜５ｍに映像を配置する方が装着者１０にとって好ましい。
【００３４】
装着者１０が注視する視標ＶＰとしては、例えば映像の像面を用いることができる。映像の像面位置を視標ＶＰの位置とした場合、予め設定されている視標距離ｂを用いる構成であるため、瞳孔中心位置検出センサー７を用いなくても映像位置補正量Δを得ることができる。したがって、制御部２が、予め設定されている視標距離ｂと平行移動変位センサー６で検知された平行移動変位Ｚとから決まる補正角度量ａｔａｎ（Ｚ／ｂ）を、回転角度変位センサー５で検知された回転角度変位αから差し引いた差分の角度量α−ａｔａｎ（Ｚ／ｂ）だけ、映像位置補正量Δとして頭部１０Ｈの回転方向とは逆方向に映像を動かすことにより、装着者１０に見える映像の位置を視標ＶＰの位置（例えば、視標距離ｂで決まる位置）に固定する制御を行う構成にすると、歩行時に頭部１０Ｈが揺れても装着者１０には揺れの無い映像を見せることが可能である。この顔ぶれ補正機能により、装着者１０は外界視界との齟齬の無い存在感の映像を見ることができるので、歩行時の安全を確保することができる。瞳孔中心位置検出センサー７が不要となるので、それを削除することによるヘッドマウントディスプレイ１の小型化が可能である。
【００３５】
瞳孔中心位置検出センサー７で装着者１０の左右の眼球１１の瞳孔中心位置を検知し、瞳孔中心位置検出センサー７で検知された瞳孔中心位置から視標距離ｂを決定するようにすれば、顔ぶれの変化に対応した高い精度の映像位置補正量Δを得ることができる。したがって、制御部２が、瞳孔中心位置検出センサー７で検知された瞳孔中心位置から視標距離ｂを決定し、決定された視標距離ｂと平行移動変位センサー６で検知された平行移動変位Ｚとから決まる補正角度量ａｔａｎ（Ｚ／ｂ）を、回転角度変位センサー５で検知された回転角度変位αから差し引いた差分の角度量α−ａｔａｎ（Ｚ／ｂ）だけ、映像位置補正量Δとして頭部１０Ｈの回転方向とは逆方向に映像を動かすことにより、装着者１０に見える映像の位置を視標ＶＰの位置（例えば、視標距離ｂで決まる位置）に固定する制御を行う構成にすると、歩行時に頭部１０Ｈが揺れても装着者１０にはより一層揺れの無い映像を見せることが可能である。この顔ぶれ補正機能により、装着者１０は外界視界との齟齬の無い存在感の高品質映像を見ることができるので、歩行時の更なる安全を確保することができる。
【００３６】
上記顔ぶれ補正では、頭部１０Ｈの回転角度変位として頭部仰角αのみを用い、頭部１０Ｈの平行移動変位として頭部垂直変位Ｚのみ用いた場合であるが、頭部１０Ｈの回転角度変位として、頭部仰角α，頭部ヨー角β，頭部ロール角γのうちの少なくとも１つを用い、３軸加速度値から計算される頭部１０Ｈの平行移動変位として、頭部水平変位Ｘ，頭部前後変位Ｙ，頭部垂直変位Ｚのうちの少なくとも１つを用いることにより、様々なタイプの顔ぶれ補正が可能となる。これを一般化した以下の条件式（Ｆ１）を満足することが好ましい。
Δ＝ＨＲ−ａｔａｎ（ＨＴ／ｂ）  …（Ｆ１）
ただし、
Δ：映像位置補正量［ｄｅｇ］、
ＨＲ：頭部の回転角度変位［ｄｅｇ］、
ＨＴ：頭部の平行移動変位、
ｂ：視標距離、
である。
【００３７】
図７のフローチャートに、第１の実施の形態としてヘッドマウントディスプレイ１の制御動作を示す。ヘッドマウントディスプレイ１が起動されると、まず視標距離ｂを設定する（＃１００）。次に、回転角度変位センサー５で頭部１０Ｈの回転角度変位：頭部仰角α及び頭部ヨー角βを検出し（＃１２０）、平行移動変位センサー６で頭部１０Ｈの平行移動変位：頭部垂直変位Ｚ及び頭部水平変位Ｘを検出する（＃１４０）。
【００３８】
回転角度変位センサー５及び平行移動変位センサー６で得られた変位を用いて、映像位置補正量Δを算出する（＃１６０）。映像位置補正量Δは映像位置垂直補正量Δ１と映像位置水平補正量Δ２からなっており、式：映像位置垂直補正量Δ１［ｄｅｇ］＝頭部仰角α［ｄｅｇ］−ａｔａｎ（頭部垂直変位Ｚ／視標距離ｂ）と式：映像位置水平補正量Δ２［ｄｅｇ］＝頭部ヨー角β［ｄｅｇ］−ａｔａｎ（頭部水平変位Ｘ／視標距離ｂ）で表される。映像位置補正量Δだけ頭部１０Ｈの回転方向とは逆方向に動かした映像を表示部３で表示し（＃１８０）、回転角度変位の検出（＃１２０）に戻る。
【００３９】
図８のフローチャートに、第２の実施の形態としてヘッドマウントディスプレイ１の制御動作を示し、視標距離ｂを算出するまでの工程の一例を図９に示す。ヘッドマウントディスプレイ１が起動されると、まず瞳孔中心位置検出センサー７で眼球１１の瞳孔間距離ａの初期設定を行う（＃１０）。この初期設定では、無限遠での両眼の瞳孔中心位置から瞳孔間距離ａを予め計測する。例えば、図９（Ａ）に示すように、標準瞳孔間距離ａ０を瞳孔中心位置検出センサー７の左右原点間隔（例えば既定値６４ｍｍ）とし、図９（Ｂ）に示すように、指標ＶＰを無限遠（３０ｍ以上遠方）としたときの左右の瞳孔中心位置をＸＬ∞，ＸＲ∞とすると、瞳孔間距離ａ［ｍｍ］＝標準瞳孔間距離ａ０−（ＸＬ∞−ＸＲ∞）となる。このときの左右の瞳孔中心位置を、図９（Ｃ）に示すように、左右の瞳孔中心位置検出センサー７のそれぞれの仮原点として設定する。
【００４０】
次に、瞳孔中心位置検出センサー７で眼球１１の変位を検出し（＃２０）、視標距離ｂを算出する（＃３０）。左右の瞳孔中心位置をＸＬ，ＸＲとし、眼球半径ｃを既定値１２ｍｍとして、図９（Ｄ）に示すように、左眼の回旋角θＬ＝ａｓｉｎ（ＸＬ／１２）と右眼の回旋角θＲ＝ａｓｉｎ（ＸＲ／１２）を得る。瞳孔間距離ａ＝ｂ×ｔａｎθＬ＋（−ｂ×ｔａｎθＲ）であるので、視標距離ｂは式：ｂ＝ａ÷（ｔａｎθＬ−ｔａｎθＲ）で算出することができる。
【００４１】
前述した第１の実施の形態と同様、回転角度変位センサー５で頭部１０Ｈの回転角度変位：頭部仰角α及び頭部ヨー角βを検出し（＃１２０）、平行移動変位センサー６で頭部１０Ｈの平行移動変位：頭部垂直変位Ｚ及び頭部水平変位Ｘを検出する（＃１４０）。回転角度変位センサー５及び平行移動変位センサー６で得られた変位を用いて、映像位置補正量Δを算出する（＃１６０）。映像位置補正量Δは映像位置垂直補正量Δ１と映像位置水平補正量Δ２からなっており、式：映像位置垂直補正量Δ１［ｄｅｇ］＝頭部仰角α［ｄｅｇ］−ａｔａｎ（頭部垂直変位Ｚ／視標距離ｂ）と式：映像位置水平補正量Δ２［ｄｅｇ］＝頭部ヨー角β［ｄｅｇ］−ａｔａｎ（頭部水平変位Ｘ／視標距離ｂ）で表される。映像位置補正量Δだけ頭部１０Ｈの回転方向とは逆方向に動かした映像を表示部３で表示し（＃１８０）、回転角度変位の検出（＃１２０）に戻る。
【００４２】
上記第１，第２の実施の形態の映像表示方法では、装着者１０の眼球１１から装着者１０が注視している視標ＶＰまでの距離ｂと装着者１０の頭部１０Ｈの平行移動変位ＨＴとから決まる補正角度量ａｔａｎ（ＨＴ／ｂ）を、装着者１０の頭部１０Ｈの回転角度変位ＨＲから差し引いた差分の角度量だけ、映像位置補正量Δとして頭部１０Ｈの回転方向とは逆方向に映像を動かすことにより、装着者１０に見える映像の位置を装着者１０が注視している視標ＶＰ位置に固定する構成になっているため、歩行時に頭部１０Ｈが揺れても装着者１０には揺れの無い映像を見せることが可能である。この顔ぶれ補正機能により、装着者１０は外界視界との齟齬の無い存在感の映像を見ることができるので、歩行時の安全を確保することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１    ヘッドマウントディスプレイ
２    制御部
３    表示部
４    記憶部
５    回転角度変位センサー
６    平行移動変位センサー
７    瞳孔中心位置検出センサー
８    映像表示装置
１０    装着者
１０Ｈ    頭部
１１    眼球
１２    透過型コンバイナー
１３    支持機構
ＶＰ    視標
ＸＬ，ＸＲ    瞳孔中心位置
ＣＰ    回旋点
Ｌ０    外界光
Ｌ１    映像光
【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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