(57)【要約】【課題】光を観察者の網膜上に投影することにより、表示対象を虚像によって観察者に視認させる画像表示装置において、観察者に対する画像の表示をその観察者の動作を考慮して制御する新規な技術を提案する。【解決手段】（ａ）出射した光を変調し、その変調された光を出射口を経て観察者の網膜上に出射することにより、表示対象を表す画像を虚像として画像表示領域に表示する頭部装着部４０であって、観察者の頭部に装着されて使用されるものと、（ｂ）画像が画像表示領域に表示されるように出射部および変調部を制御する腰部装着部５０とを含むヘッドマウント型の画像表示装置において、その腰部装着部５０を、観察者の動作（例えば、頭部の動作）をその観察者の位置（例えば、腰部の位置）を基準にして相対的に検出し、その検出された動作に応じて、画像の表示のオン・オフとその表示位置の変更とのうちの少なくとも一方である表示制御を行うものとする。【選択図】図１
2005258022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を観察者の網膜上に投影することにより、表示対象を虚像によって観察者に視認させる画像表示装置であって、
光を出射する出射部と、
前記光を変調する変調部と、
その変調された光を出射口を経て観察者の網膜上に出射することにより、前記表示対象を表す画像を虚像として画像表示領域に表示する表示部であって、観察者の頭部に装着されて使用されるものと、
前記画像が前記画像表示領域に表示されるように前記出射部および変調部を制御する制御部であって、観察者の動作をその観察者の位置を基準にして相対的に検出し、その検出された動作に応じて、前記画像の表示のオン・オフとその表示位置の変更とのうちの少なくとも一方である表示制御を行うものと
を含む画像表示装置。
【請求項２】
さらに、観察者である人体を構成する複数の部位であって互いに相対変位が可能であるもののうち、動作が検出されるべき部位として予め指定された被検出部位の、前記人体に関連付けられた基準位置を設定するために予め選択された基準部位に対する相対位置を検出する検出部を含み、前記制御部は、その検出された相対位置に基づき、前記表示制御を行うものである請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記検出部は、互いに相対変位が可能な第１部分と第２部分とを含み、前記第１部分は、前記被検出部位に装着されてその被検出部位と一体的に運動し、前記第２部分は、前記基準部位に装着されてその基準部位と一体的に運動し、前記検出部は、さらに、それら第１部分と第２部分との相対位置を検出する検出手段を含む請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記第１部分と第２部分との一方は、前記相対位置を検出するための検出用信号を発生させる信号発生部であり、他方は、その発生させられた検出用信号であって空間に伝搬するものを受信する受信部である請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記検出された相対位置に基づき、観察者の動作が設定条件を満たす場合に、前記表示制御を行うものである請求項１ないし４のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記被検出部位は、観察者の頭部と腕部と足部とのうちの少なくとも頭部に設定され、前記基準部位は、観察者の腰部に設定される請求項２ないし５のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記基準部位を基準にして決定される位置に前記画像を観察者が観察するように、前記出射部および変調部を制御するものである請求項２ないし６のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記画像を前記画像表示領域に表示するために、（ａ）前記表示対象を定義するために使用される定義用座標系と、（ｂ）前記画像表示領域に表示される画像を定義する表示用座標系であって、前記表示部に固定されたものとを用い、
前記制御部は、さらに、観察者の頭部の位置および向きと、前記人体に関連付けられるように予め定められた基準座標系との相対関係を検出し、その検出された相対関係が反映されるように、前記定義用座標系上において前記表示対象を定義する定義データを、前記表示用座標系上において前記画像を表示する表示データに変換し、その変換された表示データに基づき、前記出射部および変調部を制御するものである請求項７に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記表示用座標系は、前記定義用座標系でもある請求項８に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記基準座標系は、前記定義用座標系でもある請求項８に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記基準座標系は、前記定義用座標系および表示用座標系のいずれとも異なる請求項８に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記基準座標系は、
前記人体に関連付けられる少なくとも１個の点の位置情報と、その少なくとも１個の点に関連付けられる少なくとも２個の向き情報との組合せと、
前記人体に関連付けられる少なくとも２個の点の位置情報と、それら少なくとも２個の点のうちの少なくとも１個の点に関連付けられる少なくとも１個の向き情報との組合せと、
前記人体に関連付けられる少なくとも３個の点の位置情報の組合せと
のいずれかによって特定される請求項１０または１１に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記基準座標系は、前記人体の同じ部位に関連付けられる３個の点の位置情報によって特定される請求項１０または１１に記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記基準座標系は、前記人体の同じ部位に関連付けられる２個の点の位置情報と、その同じ部位に関連付けられる１個の点に作用する重力の向き情報とによって特定される請求項１０または１１に記載の画像表示装置。
【請求項１５】
前記制御部は、前記基準部位を基準にして決定される位置に前記画像を観察者が観察するようにその画像を表示する観察者基準表示モードと、前記表示部の位置を基準にして決定される位置に前記画像を観察者が観察するようにその画像を表示する表示部基準表示モードとを含む複数種類の表示モードのうちのいずれかを選択し、その選択された表示モードに従って前記画像を表示するものである請求項２ないし１４のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１６】
前記制御部は、観察者の指令に従って前記表示モードの選択を行うものである請求項１５に記載の画像表示装置。
【請求項１７】
当該画像表示装置は、観察者が、前記表示対象を表す画像を現実外界に重ねてそれと一緒に観察することを可能にするシースルー型である請求項１ないし１６のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１８】
当該画像表示装置が、光束を観察者の網膜上において２次元的に走査することにより、観察者に画像を表示する網膜走査型であり、
前記変調部は、当該画像表示領域から観察者の瞳孔内に入射する光束の波面曲率半径を、表示すべき画像のフレームごとに、またはフレームが分割された各部分領域ごとに変調する波面変調部を含む請求項１ないし１７のいずれかに記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を観察者の網膜上に投影することにより、表示対象を虚像によって観察者に視認させる画像表示装置に関するものであり、特に、観察者に対する画像の表示をその観察者の動作を考慮して制御する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光を観察者の網膜上に投影することにより、表示対象を虚像によって観察者に視認させる画像表示装置が既に知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この種の画像表示装置は、一般に、（ａ）光を出射する出射部（例えば、光源等）と、（ｂ）光を変調する変調部（例えば、強度変調部、波面変調部等）と、（ｃ）表示対象（コンテンツ）を虚像として画像表示領域に表示する表示部と、（ｄ）画像が画像表示領域に表示されるように出射部および変調部を制御する制御部とを含むように構成される。
【０００４】
この種の画像表示装置の一形式は、上記表示部が観察者の頭部に装着されて使用されるヘッドマウント型であり、その一従来技術が特許文献１に開示されている。
【０００５】
このヘッドマウント型の画像表示装置が、それの表示部の位置を基準にして画像を表示するように設計される場合には、観察者の動作とは無関係に、観察者が画像表示領域（観察者の頭部に固定されている。）内において同じ位置に画像を観察することになる。すなわち、観察者は、画像が表示部に固定された状態、すなわち、画像の表示位置が観察者の視野内に固定された状態で画像を観察することになるのである。
【０００６】
この画像表示装置がシースルー型である場合には、観察者は、画像を現実外界に重ねてそれと一緒に観察することが可能である。この画像表示装置を、上述のように、画像が観察者の視野内に固定された状態で観察されるように設計すると、観察者の動作（例えば、身体の移動、頭部の運動）にもかかわらず、画像が観察者の視野内に固定される。そのため、画像は本来、現実外界に固定されて観察されるはずであると認識する観察者は、現実外界内にではなく視野内に不動表示される画像に対して不自然さを感じてしまう。
【０００７】
これに対し、特許文献１に記載の画像表示装置においては、観察者頭部と現実外界との相対位置関係に基づき、画像が現実外界に固定されて観察されるように画像が表示される。
【特許文献１】特開平８−２１９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者は、上述のヘッドマウント型の画像表示装置につき、観察者の動作とその観察者に対する画像の表示との関係について研究を行った。その結果、観察者の位置を基準にしてその観察者の動作を相対的に検出し、その検出された観察者の動作を参照することにより、観察者に対する画像の表示を制御することが可能であることに気が付いた。
【０００９】
以上説明した知見を背景にして、本発明は、光を観察者の網膜上に投影することにより、表示対象を虚像によって観察者に視認させる画像表示装置において、観察者に対する画像の表示をその観察者の動作を考慮して制御する新規な技術を提案することを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると解釈すべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用することは妨げられないと解釈すべきなのである。
【００１１】
さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴から分離させて独立させることを妨げることを意味するわけではなく、各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能であると解釈すべきである。
【００１２】
（１）  光を観察者の網膜上に投影することにより、表示対象を虚像によって観察者に視認させる画像表示装置であって、
光を出射する出射部と、
前記光を変調する変調部と、
その変調された光を出射口を経て観察者の網膜上に出射することにより、前記表示対象を表す画像を虚像として画像表示領域に表示する表示部であって、観察者の頭部に装着されて使用されるものと、
前記画像が前記画像表示領域に表示されるように前記出射部および変調部を制御する制御部であって、観察者の動作をその観察者の位置を基準にして相対的に検出し、その検出された動作に応じて、前記画像の表示のオン・オフとその表示位置の変更とのうちの少なくとも一方である表示制御を行うものと
を含む画像表示装置。
【００１３】
光を観察者の網膜上に投影することにより、表示対象を虚像によって観察者に視認させる形式の画像表示装置を観察者が使用する場合には、例えば、その使用中に、観察者が、画像の表示を一時的に中止したいと希望したり、画像表示領域内に表示されている画像によって観察者の視界が邪魔されないようにしたり、観察者の動きに対して、所望の関係をもって表示位置を移動させたいと希望する可能性がある。
【００１４】
それら希望を満足させるために、例えば、画像表示領域内に表示されている画像を一時的に消去したり、画像表示位置に関して、表示画像が観察者の身体の一部（例えば、腰部）に固定された如く思わせることが可能である。さらにまた、画像表示領域のうち画像が通常表示される通常位置（例えば、中央位置）から、その通常位置から退避した退避位置（例えば、画像表示領域の縁に近い位置）に変更することも可能である。
【００１５】
したがって、画像表示装置は、例えば、画像の表示を一時的に中止（オフ）するための指令（もしくは、一時的に中止されている画像の表示を再開（オン）するための指令）、または、画像の表示位置を通常位置から退避位置に変更するための指令（もしくは、一時的に変更された表示位置を通常位置に復帰させるための指令）を観察者が手動操作によって当該画像表示装置に入力可能とするために、観察者によって手動操作されるべき操作部を備えたものとすることが可能である。
【００１６】
この操作部を備えた画像表示装置を使用する場合には、観察者による操作部の手動操作を当該画像表示装置が検出したならば、それに応答して、画像の表示のオン・オフとその表示位置の変更とのうちの少なくとも一方が行われる。
【００１７】
しかし、この場合には、操作部を操作するために、観察者は手を使うことを余儀なくされる。そのため、この場合には、観察者が別の手作業の遂行中に画像を観察するために、観察者はその手作業を一時的に中断しなければならない。さらに、その操作部の位置が変化すれば、それに伴い、その操作部を操作するために観察者が手を移動させる目標位置も変化する。その結果、例えば、その操作部を手動操作しようとする場合にはいちいち、その手動操作に先立ち、その操作部の位置を視覚的にまたは触覚的に探してその位置に向かって手を移動させなければならず、面倒である。
【００１８】
これに対し、本項に係る画像表示装置においては、観察者の動作がその観察者の位置を基準にして相対的に検出され、その検出された動作に応じて、画像の表示のオン・オフとその表示位置の変更とのうちの少なくとも一方である表示制御が行われる。
【００１９】
したがって、この画像表示装置によれば、画像表示に関する上述のような観察者の希望（例えば、画像表示のオン・オフ、画像表示位置の変更）を当該画像表示装置が検知するために上述のような操作部を当該画像表示装置に設けることが不可欠ではなくなる。さらに、そのような希望を観察者が当該画像表示装置に入力するために、観察者が手を使って操作部を操作することも不可欠ではなくなる。
【００２０】
よって、本項に係る画像表示装置によれば、画像表示に関する希望を観察者が画像表示装置に入力するために、その画像表示装置を使用しつつ並行的に観察者が行う手作業を中断せずに済む態様で画像表示装置を実施することが可能である。
【００２１】
さらに、本項に係る画像表示装置においては、画像表示に関する希望を観察者が画像表示装置に入力するためにその観察者に要求される動作が、この画像表示装置の位置（例えば、操作部の位置）に依存せずに済む。その結果、例えば、観察者は、画像表示に関する希望を入力するために、特定の目標物体（例えば、操作部のうちのボタン、スイッチ、ダイヤル、タッチパネル等）を探してその目標物体に向かって動作を行うことを要求されずに済む。
【００２２】
したがって、本項に係る画像表示装置によれば、画像表示に関する希望を観察者が入力するためにその観察者に要求される動作を単純化しまたは定型化することが容易となる。
【００２３】
本項に係る画像表示装置においては、画像表示に関する観察者の希望を認識するために画像表示装置によって参照される観察者の動作が、その観察者の位置（観察者のうちの基準部位）を基準にして相対的に検出される。したがって、観察者の希望を認識するために検出される観察者の動作は、その観察者の絶対空間すなわち現実外界に対する相対位置に依存しない。
【００２４】
よって、この画像表示装置によれば、観察者の動作を検出するハードウエアをその観察者において自己完結的に構成することが可能となる。すなわち、その検出のためのハードウエアを現実外界に設置することを省略することが可能となるのである。このことは、観察者の動作を検出するハードウエア構成の単純化に寄与する。
【００２５】
本項における「変調部」は、例えば、互いに波長が異なる複数の光束成分を合成することによって目標の合成光束を形成する場合には、各光束成分の強度と、各光束成分または合成光束の波面曲率とのうち、少なくとも強度を変調するように構成することが可能である。波面曲率を変調するように構成することは不可欠ではないのである。
【００２６】
本項における「出射部」の一例は、レーザ光源である。そのレーザ光源の一例は、半導体レーザの如く、出射光の強度を変調する機能を有する光源である。この光源は、「出射部」としての機能と「変調部」としての機能とを併せ持っている。
【００２７】
さらに、本項における「表示位置の変更」は、例えば、画像表示領域内における画像の表示位置の変更を意味する。
【００２８】
（２）  さらに、観察者である人体を構成する複数の部位であって互いに相対変位が可能であるもののうち、動作が検出されるべき部位として予め指定された被検出部位の、前記人体に関連付けられた基準位置を設定するために予め選択された基準部位に対する相対位置を検出する検出部を含み、前記制御部は、その検出された相対位置に基づき、前記表示制御を行うものである（１）項に記載の画像表示装置。
【００２９】
この画像表示装置においては、観察者である人体を構成する複数の部位間の相対位置に基づき、前記（１）項に記載の表示制御が行われる。
【００３０】
本項における「基準位置」は、例えば、人体のうちのある部位上の位置として設定したり、そのある部位から離れているが、そのある部位に幾何学的に一定に関連付けられた位置として設定することが可能である。
【００３１】
（３）  前記検出部は、互いに相対変位が可能な第１部分と第２部分とを含み、前記第１部分は、前記被検出部位に装着されてその被検出部位と一体的に運動し、前記第２部分は、前記基準部位に装着されてその基準部位と一体的に運動し、前記検出部は、さらに、それら第１部分と第２部分との相対位置を検出する検出手段を含む（２）項に記載の画像表示装置。
【００３２】
この画像表示装置においては、観察者の動作を検出する検出部がその観察者に装着されるため、その検出部は、現実外界に設置される部分（例えば、床、壁等の固着物に設置されるセンサ）を使用せずに済む。
【００３３】
したがって、この画像表示装置によれば、観察者が移動しても同じ画像表示装置によって画像を正常に観察可能である観察者の移動範囲が、観察者の動作を検出するという理由によって大きく制約されずに済む。観察者が同じ画像表示装置を使用して画像を観察しつつ移動可能な範囲を拡大することが容易なのであり、その結果、この画像表示装置のモビリティを向上させることも容易である。
【００３４】
本項における「検出手段」は、例えば、前記第１部分と第２部分との相対位置を電界、磁界、電磁波、光および音波のうちの少なくとも一つを利用して検出するものとすることが可能である。
【００３５】
（４）  前記第１部分と第２部分との一方は、前記相対位置を検出するための検出用信号を発生させる信号発生部であり、他方は、その発生させられた検出用信号であって空間に伝搬するものを受信する受信部である（３）項に記載の画像表示装置。
【００３６】
この画像表示装置においては、検出部が、空間に伝搬する信号を利用することにより、人体のうちの被検出部位と一体的に運動する第１部分と、人体のうちの基準部位と一体的に運動する第２部分との間の相対位置を検出する。したがって、その検出のために、それら第１部分と第２部分とを、リンク機構等の運動機構や、ケーブル、ワイヤ等の有体の信号伝送媒体によって互いに接続せずに済む。
【００３７】
よって、この画像表示装置によれば、観察者の動作を検出するという目的達成のために、検出部における第１部分と第２部分との間の相対位置が変化し得る範囲が制限されずに済み、ひいては、観察者の動作が変化し得る範囲が制限されずに済む。
【００３８】
本項における「検出用信号」は、例えば、電界、磁界、電磁波、光、音波等である。
【００３９】
（５）  前記制御部は、前記検出された相対位置に基づき、観察者の動作が設定条件を満たす場合に、前記表示制御を行うものである（１）ないし（４）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００４０】
本項における「設定条件」の一例は、観察者の頭部の向きに関する条件であって、その観察者がその正面を向く方向からずれた方向を頭部が向く（例えば、観察者が横を見るか、俯く）ことである。別の例は、観察者の手の動作に関する条件であって、手を一定位置に持ち上げることである。本項に係る画像表示装置においては、前記表示制御の要否を判定するために、観察者がその視線を通常の方向からずらす動作（例えば、眼球を回転させるか、頭部を回転させる）をその観察者に要求するように設計することは不可欠ではない。
【００４１】
本項に係る画像表示装置は、例えば、前記設定条件が第１設定条件と第２設定条件とを含んでいる。
【００４２】
そして、観察者の動作が第１設定条件を満たす場合には、画像の表示をオン状態からオフ状態に切り換えて画像表示を一時的に中止することと、画像の表示位置を通常位置から退避位置に移動させることとの少なくとも一方を行う。
【００４３】
これに対し、観察者の動作が第２設定条件を満たす場合には、画像の表示をオフ状態からオン状態に切り換えて画像表示を再開することと、頭部運動時にも安定した表示を行うため、例えば、表示画像の位置が観察者の身体の一部（例えば、腰部）に固定された如く表示することが可能である。さらに、画像の表示位置を退避位置から通常位置に復帰させることとの少なくとも一方を行う態様で実施することも可能である。
【００４４】
（６）  前記被検出部位は、観察者の頭部と腕部と足部とのうちの少なくとも頭部に設定され、前記基準部位は、観察者の腰部に設定される（２）ないし（５）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００４５】
観察者である人体を構成する複数の部位のうち、観察者が比較的顕著な位置変化を与え得る部位として例えば、頭部、腕部および足部があり、これに対し、人体の姿勢変化にもかかわらず位置が比較的安定している部位として例えば、腰部がある。また、観察者の眼と共に運動する部位として頭部がある。
【００４６】
このような知見に基づき、本項に係る装置においては、被検出部位は、観察者の頭部と腕部と足部とのうちの少なくとも頭部に設定され、基準部位は、観察者の腰部に設定される。
【００４７】
（７）  前記制御部は、前記基準部位を基準にして決定される位置に前記画像を観察者が観察するように、前記出射部および変調部を制御するものである（２）ないし（６）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００４８】
一般に、画像表示装置のうちの表示部の位置を基準にして画像をその画像表示装置が表示する場合には、観察者が何らかの動作を行っても、観察者の頭部と表示部との相対位置が変化しないため、観察者の動作とは無関係に、画像表示領域（観察者の頭部に固定されている。）内の同じ位置に画像を観察者が観察することになる。
【００４９】
一方、画像表示装置がシースルー型、すなわち、観察者が画像を現実外界に重ねてそれと一緒に観察することを可能にする形式である場合には、観察者は、この画像表示装置の表示部を頭部に装着したまま、現実外界中の特定の対象物を集中的に観察しつつ特定の作業を行う可能性がある。
【００５０】
このような作業の過程において、その作業に関連する情報を視覚的に参照可能とするために、その関連情報を画像として画像表示領域内に表示することが考えられる。この場合には、その関連情報が表示されると、その表示画像が上記対象物に重ねられるために、観察すべき対象物がその表示画像によって少なくとも部分的に遮られる可能性がある。
【００５１】
一方、観察者は、その視線が特定の対象物から外れている一定の姿勢において上記関連情報を観察したいと希望する場合がある。そのような一定の姿勢の一例は、観察者が自分の腰部を見るために深く俯くというものである。別の例は、観察者が自分の斜め前もしくはほぼ真横を見るために頭部を回転させるというものである。さらに別の例は、観察者が自分の腕部を、その腕部のうち手関節と肘関節との間の部位が観察者の上半身の手前においてほぼ水平になるように折り曲げた状態で、その部位を直視するために観察者が頭部を傾けるというものである。
【００５２】
これに対し、本項に係る画像表示装置においては、この画像表示装置のうちの表示部の位置を基準にして画像が表示されるのではなく、観察者の位置、すなわち、その観察者である人体のうちの基準部位を基準にして画像が表示される。
【００５３】
したがって、本項に係る画像表示装置においては、観察者が何らかの動作を行ったために、その観察者のうちの被検出部位（例えば、頭部）と基準部位（例えば、腰部、腕部）との相対位置が変化した場合には、画像表示領域内における画像の表示のオン・オフ状態が観察者の動作に追従して変化し、オン状態にあっては、さらに、画像表示領域内における画像の表示位置も観察者の動作に追従して変化することになる。
【００５４】
具体的に説明すれば、例えば、被検出部位を頭部に、基準部位を腰部にそれぞれ選択した場合には、観察者が腰部を注視したときに限り、画像が表示されるようにすることが可能になり、また、被検出部位を頭部に、基準部位を腕部にそれぞれ選択した場合には、観察者が腕部を注視した場合に限り、画像が表示されることが可能になる。いずれの例においても、画像表示状態すなわちオン状態においては、頭部と腰部または腕部との相対位置の変化に伴って画像表示位置が変化することになる。
【００５５】
さらに、観察者である人体のうち、その観察者の動作にもかかわらず位置が安定している安定部位（例えば、腰部）の位置を基準にして観察者の動作を検出する場合には、観察者の動作の有無にかかわらず、観察者のうちの安定部位と現実外界との間に相対変位が発生しない。
【００５６】
したがって、そのような安定部位を基準にして観察者の動作を検出し、その検出された観察者の動作に基づき、観察者に対する画像の表示位置を制御することは、観察者の動作と現実外界との相対位置関係に基づき、観察者に対する画像の表示位置（概念上、画像が画像表示領域内に表示されない場合の仮想位置を含む。）を制御することと、頭部運動があっても外部に安定した画像を表示するという点では、等価である。
【００５７】
本項に係る画像表示装置の一具体例においては、画像が画像表示領域内に表示される位置（概念上、画像が画像表示領域内に表示されない場合の仮想位置を含む。）を観察者の動作に応じて決定することが、自動的に、画像を画像表示領域内に表示するか否かを観察者の動作に応じて決定することにつながる。すなわち、この具体例においては、画像の表示位置を観察者の動作に応じて決定することと、画像の表示のオン・オフ状態を観察者の動作に応じて決定することとが互いに独立しているのではなく、連携させられているのである。
【００５８】
もっとも、本項に係る画像表示装置の別の具体例においては、画像の表示位置を観察者の動作に応じて決定すると画像が画像表示領域内に表示されることとなる場合に、観察者の別の意思表示（例えば、観察者によるスイッチ等、操作部の操作を含む。）を待って、画像が実際に画像表示領域内に表示される。この具体例においては、画像の表示位置を決定するための観察者の動作と、画像表示を最終的に許可するための観察者の意思表示とが互いに独立することになる。
【００５９】
（８）  前記制御部は、前記画像を前記画像表示領域に表示するために、（ａ）前記表示対象を定義するために使用される定義用座標系と、（ｂ）前記画像表示領域に表示される画像を定義する表示用座標系であって、前記表示部に固定されたものとを用い、
前記制御部は、さらに、観察者の頭部の位置および向きと、前記人体に関連付けられるように予め定められた基準座標系との相対関係を検出し、その検出された相対関係が反映されるように、前記定義用座標系上において前記表示対象を定義する定義データを、前記表示用座標系上において前記画像を表示する表示データに変換し、その変換された表示データに基づき、前記出射部および変調部を制御するものである（７）項に記載の画像表示装置。
【００６０】
この画像表示装置においては、観察者の頭部の位置および向きと、人体に関連付けられた基準座標系との相対関係が反映されるように、定義用座標系上において表示対象を定義する定義データが、表示用座標系上において画像を表示する表示データに変換される。その変換された表示データに基づき、出射部および変調部が制御される。
【００６１】
したがって、この画像表示装置によれば、観察者の頭部に関する動作に応じて、画像が画像表示領域に表示される位置が決定される。その決定される位置は、概念上、画像表示領域に表示されない場合の位置を含むため、この画像表示装置によれば、観察者の頭部に関する動作に応じて、画像が画像表示領域に表示されるか否かも一緒に決定されることになる。
【００６２】
（９）  前記表示用座標系は、前記定義用座標系でもある（８）項に記載の画像表示装置。
【００６３】
この画像表示装置は、後述の観察者基準表示モードであって、観察者の位置を基準にして決定される位置に画像を観察者が観察するようにその画像を表示するものを実行するために、観察者の頭部の位置および向きと、人体に関連付けられた基準座標系との相対関係が反映されるように、定義用座標系上において表示対象を定義する定義データが、表示用座標系上において画像を表示する表示データに変換される。
【００６４】
この画像表示装置は、その観察者基準表示モードに代えて後述の表示部基準表示モードであって、当該画像表示装置のうちの表示部の位置を基準にして決定される位置に画像を観察者が観察するようにその画像を表示するものを実行することが可能である。
【００６５】
そして、本項に係る画像表示装置によれば、その表示部基準表示モードを実行する場合に、定義用座標系上において表示対象を定義する定義データに対して実質的な座標変換を何ら行うことなく、その定義データが事実上、表示用座標系にマッピングされる。その結果、その表示用座標系上において画像を表示する表示データが、その定義データと等しいデータとして取得される。
【００６６】
（１０）  前記基準座標系は、前記定義用座標系でもある（８）項に記載の画像表示装置。
【００６７】
この画像表示装置によれば、定義用座標系と基準座標系とを同等とすることから、画像は、基準座標系に固定されたように表示される。
【００６８】
この画像表示装置においては、定義座標系によって表現されている元データが、観察者の頭部の位置および向きと、人体に関連付けられた基準座標系との相対関係に基づき、表示用座標系上において画像を表示する表示データに変換され、それにより、定義データが表示用座標系にマッピングされる。
【００６９】
ところで、例えば、人体を構成する複数の部位のうち、人体の姿勢変化にもかかわらず位置が安定している部位として腰部がある。したがって、頭部の位置および向きを人体を基準にして相対的に検出することが必要である場合には、腰部の位置を基準にして検出することが望ましい。よって、例えば、観察者の腰部に関連付けて画像を表示する場合には、それら腰部と頭部との相対関係に基づき、画像が観察者によって観察されるか否かが決まり、観察される場合には、さらに、観察者によって画像が観察される位置が決まる。
【００７０】
ここに、観察者の腰部を基準にして画像を表示し、かつ、頭部の位置および向きを腰部を基準にして検出するためには、基準座標系および定義用座標系を共に、腰部に固定すればよい。このことは、基準座標系が定義用座標系でもあることを意味する。
【００７１】
（１１）  前記基準座標系は、前記定義用座標系および表示用座標系のいずれとも異なる（８）項に記載の画像表示装置。
【００７２】
例えば、観察者の腕部を基準にして画像を表示し、かつ、腕部の位置を腰部を基準にして相対的に検出することが必要である場合には、例えば、定義用座標系を腕部に固定する一方、基準座標系を腰部に固定することが可能である。この例は、基準座標系が定義用座標系および表示用座標系のいずれとも異なる座標系である場合の一例である。
【００７３】
（１２）  前記基準座標系は、
前記人体に関連付けられる少なくとも１個の点の位置情報と、その少なくとも１個の点に関連付けられる少なくとも２個の向き情報との組合せと、
前記人体に関連付けられる少なくとも２個の点の位置情報と、それら少なくとも２個の点のうちの少なくとも１個の点に関連付けられる少なくとも１個の向き情報との組合せと、
前記人体に関連付けられる少なくとも３個の点の位置情報の組合せと
のいずれかによって特定される（１０）または（１１）項に記載の画像表示装置。
【００７４】
座標系を３次元空間内で一意に定義するために、その３次元空間内において互いに一致しない３個の点の座標値を特定するか、互いに一致しない２個の点の座標値と、定義すべき座標系の１個の向きとの組合せを特定するか、または、１個の点の座標値と、定義すべき座標系の、互いに異なる２個の向きとの組合せを特定すれば足りる。
【００７５】
なお付言すれば、各点に関連付けられる向きを検出するために、各点に作用する重力の向きを参照することが可能である。定義すべき座標系が人体のうちのある部位に関連付けられる場合には、その部位に質量が存在するため、地球上においては必ず重力が作用する。その重力の向きは、比較的容易に検出し得る物理量である。
【００７６】
以上説明した知見に基づき、本項に係る画像表示装置においては、前記（１０）または（１１）項における基準座標系が、（ａ）人体に関連付けられる少なくとも１個の点の位置情報と、その少なくとも１個の点に関連付けられる少なくとも２個の向き情報との組合せと、（ｂ）人体に関連付けられる少なくとも２個の点の位置情報と、それら少なくとも２個の点のうちの少なくとも１個の点に関連付けられる少なくとも１個の向き情報との組合せと、（ｃ）人体に関連付けられる少なくとも３個の点の位置情報の組合せとのいずれかによって特定される。
【００７７】
本項における「人体に関連付けられる点」は、人体上に位置する点を意味する場合のみならず、人体に対して概して一定の位置関係を有する物体（例えば、人体に装着される補助具）上の点を意味する場合もある。
【００７８】
その物体は、例えば、人体の手で保持されて使用される物体としたり、人体のうち、手以外の部位に装着されて使用される物体とすることが可能である。この物体は、複数個の点が互いに共通に関連付けられる単一物体として構成したり、それら複数個の点が１個ずつまたは複数個ずつ個別に関連付けられる、互いに独立した複数個の物体として構成することが可能である。
【００７９】
（１３）  前記基準座標系は、前記人体の同じ部位に関連付けられる３個の点の位置情報によって特定される（１０）または（１１）項に記載の画像表示装置。
【００８０】
本項における「３個の点」は、例えば、人体の胴体を概して水平な平面で切断した場合の横断面の外周上に概して等間隔で並んだ３個の点である。
【００８１】
（１４）  前記基準座標系は、前記人体の同じ部位に関連付けられる２個の点の位置情報と、その同じ部位に関連付けられる１個の点に作用する重力の向き情報とによって特定される（１０）または（１１）項に記載の画像表示装置。
【００８２】
本項における「２個の点」は、例えば、人体の腰部に関連付けられる２個の点であってその腰部の左側の端点および右側の端点にそれぞれ関連付けられるもの、人体の左腕部と右腕部とのうちのいずれかであって手関節と肘関節との間の部位に関連付けられる２個の点、または、人体の肩部に関連付けられる２個の点であってその肩部の左側の端点および右側の端点にそれぞれ関連付けられるものである。
【００８３】
（１５）  前記制御部は、前記基準部位を基準にして決定される位置に前記画像を観察者が観察するようにその画像を表示する観察者基準表示モードと、前記表示部の位置を基準にして決定される位置に前記画像を観察者が観察するようにその画像を表示する表示部基準表示モードとを含む複数種類の表示モードのうちのいずれかを選択し、その選択された表示モードに従って前記画像を表示するものである（２）ないし（１４）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００８４】
この画像表示装置においては、画像を表示するモードが、観察者の基準部位を基準にして決定される位置に画像を観察者が観察するようにその画像を表示する観察者基準表示モードと、表示部の位置を基準にして決定される位置に画像を観察者が観察するようにその画像を表示する表示部基準表示モードとを含む複数種類の表示モードのうちのいずれかに選択される。
【００８５】
したがって、この画像表示装置によれば、観察者の希望・要求や、別の装置からの指令に従い、画像を表示する表示モードを変更することが可能となり、この画像表示装置の使い勝手や汎用性を向上させることが容易となる。
【００８６】
本項における「制御部」は、表示モードの選択を、例えば、観察者の指令に従って行うことや、別の装置からの指令信号に従って行うことが可能である。
【００８７】
本項における「複数種類の表示モード」は、さらに、現実外界の位置を基準にして決定される位置に前記画像を観察者が観察するようにその画像を表示する現実外界基準表示モードを含むものとすることが可能である。
【００８８】
（１６）  前記制御部は、観察者の指令に従って前記表示モードの選択を行うものである（１５）項に記載の画像表示装置。
【００８９】
本項における「観察者の指令」は、例えば、観察者が特定のスイッチを操作すること、観察者が特定の動作（スイッチの操作を除く。）を行うかまたは特定の音声を発することによって発令することが可能である。観察者の特定の動作は、例えば、頭部の動作、手足の動作、眼の瞬き、瞳孔の運動である。
【００９０】
（１７）  当該画像表示装置は、観察者が、前記表示対象を表す画像を現実外界に重ねてそれと一緒に観察することを可能にするシースルー型である（１）ないし（１６）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００９１】
この画像表示装置によれば、観察者の動作に応じてその観察者に対する画像の表示が制御される。したがって、シースルー型の採用により、画像が現実外界に重ねられてそれと一緒に観察される環境において、観察者の動作が原因で観察者が現実外界との関係においてその表示画像に不自然さを感じてしまう可能性を軽減することが容易である。
【００９２】
さらに、この画像表示装置によれば、観察者の動作に応じて、その観察者が優先的に観察する対象（すなわち、特に注視する対象）を画像と現実外界中の特定の対象物とに適宜切り換えることが可能となる。その結果、この画像表示装置の使い勝手を向上させることが容易となる。
【００９３】
（１８）  当該画像表示装置が、光束を観察者の網膜上において２次元的に走査することにより、観察者に画像を表示する網膜走査型であり、
前記変調部は、当該画像表示領域から観察者の瞳孔内に入射する光束の波面曲率半径を、表示すべき画像のフレームごとに、またはフレームが分割された各部分領域ごとに変調する波面変調部を含む（１）ないし（１７）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００９４】
この画像表示装置によれば、観察者の網膜上に投影される画像を形成する光の波面曲率半径が、その形成すべき画像のフレームごとに、またはフレームが分割された各部分領域ごとに変調される。
【００９５】
したがって、この画像表示装置によれば、画像の奥行きを自由に変更したり、画像を立体的に表示することが容易となる。
【００９６】
本項における「各部分領域」は、例えば、フレームを構成する各画素、互いに隣接した複数個の画素から成る画素グループ等である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９７】
以下、本発明のさらに具体的な実施の形態の一つを図面に基づいて詳細に説明する。
【００９８】
図１には、本発明の一実施形態に従う画像表示装置がブロック図で概念的に表されている。この画像表示装置は、光束を走査しつつ観察者の眼の網膜上に投影することにより、表示対象を虚像によって観察者に視認させる網膜走査型ディスプレイである。
【００９９】
図１に示すように、この画像表示装置は、画像を表示するために光束を走査し、かつ、その走査された走査光束を観察者の眼に向かって出射する表示光学系１０を備えている。その走査光束は、観察者の眼の瞳孔を経て網膜上に到達し、その結果、観察者は画像を知覚する。
【０１００】
その表示光学系１０は、図２に概念的にブロック図で表すように、光束を生成して出射する光源１２と、強度変調器１４と、波面変調器１６と、スキャナ１８と、誘導部２０とを共通のハウジング２２内に含むように構成されている。
【０１０１】
光源１２の一例は、レーザ光束を発生させるレーザであり、その一例は、半導体レーザである。強度変調器１４は、光源１２から入射した光束の強度（輝度）を変調するものであり、その一例は、音響光学効果を利用して強度変調を行うものである。波面変調器１６は、強度変調器１４から入射した光束の波面曲率を変調するものである。この波面変調器１６の一例は、光束の光軸上に、位置または曲率が可変であるように配置された集光レンズまたは反射ミラーを利用して波面変調を行うものである。
【０１０２】
スキャナ１８は、波面変調器１６から入射した光束を２次元的に走査するものである。このスキャナ１８の一例は、水平走査のための、加振器による振動体の共振を利用したマイクロミラーと、垂直走査のためのガルバノミラーとの組合せである。
【０１０３】
誘導部２０は、スキャナ１８から出射した光束を観察者の網膜上に誘導する部分である。この誘導部２０の一例は、リレー光学系であり、別の例は、その光束が単に透過する光学系である。この誘導部２０から出射した光束は、ハウジング２２に形成された出射口２４を経て観察者の網膜上に到達する。その出射口２４は、ハウジング２２内部への異物侵入を防止するため、透明体で充填されている。
【０１０４】
この表示光学系１０は、観察者の頭部に装着されて使用される。すなわち、この画像表示装置はヘッドマウント型なのである。
【０１０５】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、光源１２が前記（１）項における「出射部」の一例を構成し、強度変調器１４および波面変調器１６がそれぞれ同項における「変調部」の一例を構成し、誘導部２０および出射口２４が互いに共同して同項における「表示部」の一例を構成しているのである。
【０１０６】
なお付言するに、光源１２が、半導体レーザの如く、自ら強度変調機能を有する場合には、光源１２から独立した強度変調器１４を設けることは不可欠ではない。
【０１０７】
さらに付言するに、表示すべき画像の奥行きを画像のフレームごとにまたは画素ごとに変化させることが必要ではない場合には、波面変調器１６は不要である。
【０１０８】
さらに付言するに、本実施形態においては、誘導部２０および出射口２４のみならず光源１２、強度変調器１４、波面変調器１６およびスキャナ１８も観察者の頭部に装着されているが、光源１２および強度変調器１４は、観察者のうち頭部以外の部位、例えば、腰部に装着され、その強度変調器１４から出射した光束が可撓性の光伝送媒体（例えば、光ファイバ）を経て頭部装着部４０に伝送される態様で本発明を実施することが可能である。
【０１０９】
表示光学系１０は、図１に示すように、本実施形態においては、インターフェース部３０、磁界受信部３２および信号処理回路３４と共に、共通のハウジング３６内に収容されている。本実施形態においては、それら表示光学系１０、インターフェース部３０、磁界受信部３２および信号処理回路３４が互いに共同して頭部装着部４０を構成している。
【０１１０】
図３には、その頭部装着部４０が観察者の頭部に装着される態様の一例が斜視図で示されている。この例においては、頭部装着部４０の装着位置がずれないように頭部装着部４０が頭部にベルト４２を用いて装着される。
【０１１１】
図１に示すように、この頭部装着部４０においては、インターフェース部３０に表示光学系１０と磁界受信部３２とが互いにパラレルに接続されている。磁界受信部３２は、磁界の強度を検出するセンサである。この磁界受信部３２が、信号処理回路３４を経てインターフェース部３０に接続されている。その信号処理回路３４の一例は、磁界受信部３２からアナログ信号として出力される磁界強度信号であって受信した磁界の強度を表すものをデジタル信号（例えば、磁界強度データ）に変換する変換器である。
【０１１２】
図１に示すように、この画像表示装置は、さらに、腰部装着部５０を備えている。その腰部装着部５０は、観察者の腰部に装着されて使用される。図３には、この腰部装着部５０が観察者の腰部に装着される態様の一例が斜視図で示されている。この例においては、腰部装着部５０の装着位置がずれないように腰部装着部５０が腰部にベルト５２を用いて装着される。
【０１１３】
図１に示すように、この腰部装着部５０は、ＣＰＵ６０と、ＲＡＭ／ＲＯＭ６２と、それらを互いに接続するバス６４とを有するコンピュータ６６を含むように構成されている。ＲＡＭ／ＲＯＭ６２のうちのＲＯＭ部には、後述の位置検出プログラムを含む各種プログラムが予め記憶されている。
【０１１４】
図１に示すように、バス６４には、さらに、磁界発生部６８、表示データ変換回路７０、操作部７２および画像情報メモリ７４がそれぞれ、対応する信号処理回路７８，８０，８２，８４を経て接続されている。各信号処理回路７８，８０，８２，８４の一例は、アナログ信号とデジタル信号との間において信号フォーマットを変換する変換器であり、別の例は、信号またはデータを一時的に保存するバッファである。
【０１１５】
図１に示すように、この腰部装着部５０は、さらに、インターフェース部９０を備えている。このインターフェース部９０は、可撓性の信号伝送媒体９４（図３参照）を経て頭部装着部４０のインターフェース部３０に電気的に接続されている。このインターフェース部９０には、バス６４と表示データ変換回路７０とが互いにパラレルに接続されている。
【０１１６】
腰部装着部５０のバス６４がインターフェース部９０、信号伝送媒体９４、インターフェース部３０および信号処理回路３４をそれらの順に経て磁界受信部３２と接続されることにより、その磁界受信部３２から磁界強度信号をコンピュータ６６が取り込むことが可能となっている。その取り込まれた磁界強度信号に対して前記位置検出プログラムがコンピュータ６６によって実行されることにより、頭部の位置および向きが腰部を基準にして検出される。
【０１１７】
磁界発生部６８は、頭部装着部４０における磁界受信部３２と共同して、頭部の、腰部に対する相対関係を検出するために腰部装着部５０に設けられている。
【０１１８】
本実施形態においては、図４に示すように、磁界発生部６８と、磁界受信部３２と、コンピュータ６６のうち前記位置検出プログラムを実行する部分とが互いに共同することにより、頭部の位置および向き（正確には、頭部装着部４０の位置および向き）を腰部を基準にして（正確には、腰部装着部５０の位置を基準にして）相対的に検出する相対関係検出部９８を構成している。この相対関係検出部９８は、ポジション・トラッカまたはポジション／オリエンテーション・トラッカとして既に知られた磁気的追跡装置が採用する磁気的追跡方法と共通のないしは類似する方法により、頭部の位置および向きを腰部を基準にして相対的に検出する。
【０１１９】
そのような磁気的追跡方法の一例が、米国特許第４，８４９，６９２号公報であって、発明の名称が「直流電流による磁界を利用することにより、金属が存在する状態において、２個の物体の相対的な位置および方向を定量的に測定する装置」であるものに開示されている。
【０１２０】
その磁気的追跡方法を実施するために、図４に示すように、磁界発生部６８は、相互に直交する３個の発生コイル（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を組み合わせた発生用複合コイルを備えている。同様にして、磁界受信部３２は、相互に直交する３個の受信コイル（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を組み合わせた受信用複合コイルを備えている。
【０１２１】
磁界発生部６８においては、発生用複合コイルが腰部装着部５０に内蔵される。発生用複合コイルの設置方向は、例えば、Ｙ軸の正方向が観察者の前方、Ｚ軸の正方向が鉛直上方をそれぞれ向くように定義される。このような定義は、磁界受信部３２における受信用複合コイルにも適用可能である。
【０１２２】
なお付言するに、上述の３個の発生コイルは、腰部装着部５０を横断する概して同一の平面上に配置することが可能である。さらに、それら３個の発生コイルは、可及的に相互に離間するように設置することが望ましい。ただし、等間隔で離間するように配置することは不可欠ではない。例えば、それら３個の発生コイルのうちの２個は、腰部の左端部と右端部とにそれぞれ配置し、残りの１個は、それら両端部の中央位置に配置することが可能である。以上説明した配置は、磁界受信部３２における３個の受信コイルにも同様に採用し得る。
【０１２３】
本実施形態においては、発生用複合コイルに属する３個の発生コイルからの磁界を、受信用複合コイルに属する３個の受信コイルで受信することになるため、それら３個の受信コイルから合計９個の磁界強度データが出力されることになる。一方、各受信コイルが受信した磁界が、３個の発生コイルのうちのいずれから発生したものであるかを特定するためには、例えば、時分割方式または周波数分割方式を採用することが可能である。それら磁界強度データに基づき、頭部の位置および向きを腰部を基準にして相対的に検出するために、コンピュータ６６によって上記位置検出プログラムが実行される。
【０１２４】
図５には、その位置検出プログラムが概念的にフローチャートで表されている。この位置検出プログラムは、コンピュータ６６の電源投入後、繰返し実行される。
【０１２５】
この位置検出プログラムの各回の実行時には、まず、ステップＳ１（以下、単に「Ｓ１」で表す。他のステップについても同じとする。）において、磁界発生部６８に対し、磁界を発生させることを指令するための信号を出力する。これに応答し、磁界発生部６８は、該当する発生コイルから磁界を発生させる。磁界発生部６８は、例えば、３つの発生コイルから、時分割方式によって磁界を発生させる。
【０１２６】
次に、Ｓ２において、磁界受信部３２から磁界強度信号が取り込まれる。その磁界強度信号は、各受信コイルが受信した磁界の強度を表す信号であり、各受信コイルに関連付けて磁界受信部３２から取り込まれる。
【０１２７】
続いて、Ｓ３において、その取り込まれた磁界強度信号に基づき、頭部装着部４０の位置および向きが腰部装着部５０を基準にして相対的に検出される。具体的には、頭部装着部４０の位置および向きは、例えば、前述の発生用複合コイルを代表する１個の点の位置（Ｘ方向位置、Ｙ方向位置およびＺ方向位置）と、その点に関連付けられた少なくとも２個の向き（例えば、Ｘ方向とＹ方向）とについてのそれぞれの検出結果（１個の位置情報および少なくとも２個の向き情報）に基づいて検出される。その検出結果は、ＲＡＭ／ＲＯＭ６２に格納される。
【０１２８】
以上で、この位置検出プログラムの一回の実行が終了する。
【０１２９】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、磁界受信部３２と、磁界発生部６８と、コンピュータ６６のうち位置検出プログラムを実行する部分とが互いに共同して前記（２）項における「検出部」の一例を構成し、頭部が前記（２）項における「被検出部位」の一例を構成し、腰部が同項における「基準部位」の一例を構成しているのである。
【０１３０】
さらに、本実施形態においては、磁界受信部３２が前記（３）項における「第１部分」の一例を構成し、磁界発生部６８が同項における「第２部分」の一例を構成し、コンピュータ６６のうち位置検出プログラムを実行する部分が同項における「検出手段」の一例を構成しているのである。
【０１３１】
さらに、本実施形態においては、磁界発生部６８が前記（４）項における「信号発生部」の一例を構成し、磁界受信部３２が同項における「受信部」の一例を構成し、空間内に磁界を発生させるために磁界発生部６８によって発生させられる信号が同項における「検出用信号」の一例を構成しているのである。
【０１３２】
本実施形態においては、表示対象（コンテンツ）を画像として観察者に表示するために、概念上、３種類の座標系が使用される。すなわち、表示対象を定義するために使用される定義用座標系と、画像表示領域に表示される画像を定義するために使用される表示用座標系と、頭部の位置および向き（正確には、頭部装着部４０の位置および向き）を検出するために使用される基準座標系とである。
【０１３３】
本実施形態においては、図６に示すように、表示用座標系が、頭部装着部４０に固定される一方、基準座標系が、腰部装着部５０に固定される。その結果、腰部装着部５０を基準にして頭部の位置および向きが検出され、さらに、腰部装着部５０を基準にして画像が画像表示領域に表示される。
【０１３４】
具体的には、腰部装着部５０を基準にして頭部装着部４０の位置および向きが検出され、その検出結果に基づき、腰部装着部５０を基準にして画像の表示位置が決定される。その結果、観察者は、自分の腰部を注視するように頭部を傾けたときに限り、画像を観察でき、さらに、その場合において、その画像の表示位置が、腰部装着部５０と頭部装着部４０との相対関係に応じて変化する。
【０１３５】
さらに具体的に説明すれば、観察者が自分の腰部を注視するように頭部を傾けると、観察者の視野内に画像が現れ、一方、観察者が正面を向くと、観察者の視野から画像が消失する。しかも、観察者が自分の腰部を注視するように頭部を傾けている姿勢においては、頭部を多少傾けると、それに応じて、観察者の視野内において画像が移動し、画像は腰部に固定されたように視認され、頭部の傾きが過大になると、観察者の視野から画像が消失する。
【０１３６】
ここで、以上説明したいくつかの座標系をより詳細に説明するに、基準座標系は、頭部装着部４０の位置および向きを腰部装着部５０を基準にして検出するために基準として使用される座標系である。この基準座標系は、それと同時に、腰部装着部５０を基準にして画像表示領域に画像を表示するか否か（すなわち、画像の表示をオンにするかオフにするか）を判定し、表示する場合には、さらに、その表示位置を決定するために使用される座標系でもある。
【０１３７】
これに対し、表示用座標系は、頭部装着部４０を基準にして画像表示領域に画像を表示するために使用される座標系である。
【０１３８】
図６に示すように、基準座標系は、腰部装着部５０に固定されたＸＹＺ座標系である。磁界発生部６８における発生用複合コイルＸ，Ｙ，Ｚの位置と向きとにより、この基準座標系の位置が、今回の観察者に対して一意に決定される。
【０１３９】
これに対し、図６に示すように、表示用座標系は、頭部装着部４０に固定されたｘｙｚ座標系である。磁界受信部３２における受信用複合コイルＵ，Ｖ，Ｗの位置と向きとにより、この表示用座標系の位置が、今回の観察者に対して一意に決定される。
【０１４０】
すなわち、本実施形態においては、基準座標系が、腰部装着部５０に内蔵される発生用複合コイルＸ，Ｙ，Ｚの位置と向きとによって特定されるのである。同様にして、表示用座標系が、頭部装着部４０に内蔵される受信用複合コイルＵ，Ｖ，Ｗの位置と向きとによって特定されるのである。
【０１４１】
ただし、それら座標系特定手法はあくまで一例であり、例えば、基準座標系が、腰部装着部５０を代表する２個の点、すなわち、２個の発生コイルについての２個の配置位置と、それら２個の点のいずれかと一致するかまたはいずれとも一致しない第３の点に作用する重力の方向とによって特定される態様で本発明を実施することが可能である。
【０１４２】
同様にして、表示用座標系が、頭部装着部４０を代表する２個の点、すなわち、２個の受信コイルについての２個の配置位置と、それら２個の点のいずれかと一致するかまたはいずれとも一致しない第３の点に作用する重力の方向とによって特定される態様で本発明を実施することが可能である。
【０１４３】
いずれの態様においても、特定の点に作用する重力の方向は、重力を直接に検出する重力センサを利用して検出したり、例えば、球状を成す導体と、その導体が転動する内周面を有する回転体であって、重力の作用方向が検出されるべき被検出物体と一体的に運動するものとの組合せを利用して検出することが可能である。
【０１４４】
後者の例においては、回転体は、それの内周面に複数の接触点が互いに絶縁される状態で配置されており、その内周面上を導体が転動すると、各転動位置においては、それら複数の接触点のうちの少なくとも２個が導体によって互いに導通させられる。それら複数の接触点のうち導体が同時に接触しているものがいずれであるかは、それら複数の接触点のうちの２個より成るすべてのペアについて電気抵抗、静電容量等を検出することによって特定することが可能である。このようにして回転体の内周面のうち導体が位置する位置が分かれば、回転体の中心の位置が既知である（例えば、変化しない）ことを条件に、回転体および被検出物体の向きが分かる。
【０１４５】
本実施形態においては、画像を観察者に表示するモードが２種類用意されている。すなわち、腰部装着部５０を基準にして決定される位置に画像を観察者が観察するようにその画像を表示する腰部装着部基準表示モードと、頭部装着部４０を基準にして決定される位置に画像を観察者が観察するようにその画像を表示する頭部装着部基準表示モードとである。ここに、腰部装着部基準表示モードは、観察者の腰部を基準部位に選択したうえで、その基準部位を基準にして画像を表示するモードである。
【０１４６】
すなわち、本実施形態においては、腰部が前記（２）または（１５）項における「基準部位」の一例であり、腰部装着部基準表示モードが前記（１５）項における「観察者基準表示モード」の一例であり、頭部装着部基準表示モードが同項における「表示部基準表示モード」の一例なのである。さらに、一連の画像表示中、現実外界に対し、観察者の腰部の位置は変化せず、それ以外の部位は変化すると仮定すれば、腰部装着部基準表示モードは、現実外界基準表示モードの一例でもあることになる。
【０１４７】
以上説明したように、本実施形態においては、表示モードが複数存在し、それらのうち実行するものを選択することが必要である。その選択を観察者の操作に応じて行うために操作部７２が設けられている。
【０１４８】
さらに、本実施形態においては、表示対象を定義する定義データが画像情報メモリ７４に格納されている。その定義データは、定義用座標系上においてその表示対象を表現するように作成されている。
【０１４９】
頭部装着部基準表示モードが実行されると、定義データに対して実質的な座標変換を何ら行うことなく、その定義データが事実上、表示用座標系にマッピングされる。その結果、その表示用座標系上において画像を表示する表示データが、その定義データと等しいデータとして取得される。すなわち、表示用座標系と定義用座標系とが等しいとするのが、この頭部装着部基準表示モードなのである。
【０１５０】
これに対し、腰部装着部基準表示モードが実行されると、腰部装着部５０を基準にした頭部装着部４０の位置および向きに基づき、定義データに対して実質的な座標変換が行われ、それにより、表示データが作成される。
【０１５１】
腰部装着部基準表示モードを実行する場合に、定義用座標系上において表示対象を定義する定義データに対して実質的な座標変換を行うことなく、その定義データが事実上、基準座標系にマッピングされる。その後、その定義データが、観察者の頭部の位置および向きと基準座標系との相対関係に基づき、表示用座標系上において画像を表示する表示データに変換され、それにより、定義データが表示用座標系にマッピングされる。
【０１５２】
モードと座標系との関係を簡単に説明すれば、定義用座標系はもともと、表示用座標系にも基準座標系にも関連付けられていない。しかしながら、頭部装着部基準表示モードが選択されれば、定義用座標系が表示用座標系に固定され、それにより、画像が頭部装着部に固定されたように表示される。これに対し、腰部装着部基準表示モードが選択されれば、定義用座標系が基準座標系に固定され、それにより、画像が腰部装着部に固定されたように表示される。
【０１５３】
以上、選択された表示モードに従い、定義データから表示データが作成（変換）される工程を説明したが、この工程は表示データ変換回路７０によって実行される。この表示データ変換回路７０は、コンピュータ６６とは別のコンピュータ（図示しない）を主体とし、図７にフローチャートで概念的に表されている表示データ作成プログラムを実行する態様で構成されている。ただし、この表示データ変換回路７０は、コンピュータを用いて構成することは不可欠ではなく、例えば、ＤＳＰを用いて構成することが可能である。
【０１５４】
この表示データ変換回路７０においては、その表示データ作成プログラムが繰返し実行される。この表示データ作成プログラムの各回の実行時には、まず、図７のＳ３１において、画像情報メモリ７４から画像情報が定義データとして取り込まれる。次に、Ｓ３２において、操作部７２の出力信号に基づき、頭部装着部基準表示モードと腰部装着部基準表示モードとのうち観察者によって現在選択されている選択表示モードが識別される。
【０１５５】
続いて、Ｓ３３において、その識別された選択表示モードが腰部装着部基準表示モードであるか否かが判定される。
【０１５６】
今回は、選択表示モードが腰部装着部基準表示モードではなく、頭部装着部基準表示モードであると仮定すれば、Ｓ３３の判定がＮＯとなり、Ｓ３４に移行する。このＳ３４においては、定義用座標系が表示用座標系に固定され、それにより、前記取り込まれた定義データが、座標変換されることなく、表示データとして表示光学系１０に対して出力される。すなわち、この頭部装着部基準表示モードにおいては、表示用座標系と定義用座標系とが同等となるのである。
【０１５７】
表示データは、例えば、各画素ごとに、光の強度（輝度）の目標値と奥行き（波面曲率）の目標値とを表している。表示データのうち目標強度を表す部分は最終的に強度変調器１４に供給され、強度変調器１４から出力される光束の強度が目標強度と等しくなるようにされる。同様に、表示データのうち目標奥行きを表す部分は最終的に波面変調器１６に供給され、波面変調器１６から出力される光束の波面曲率が目標波面曲率と等しくなるようにされる。
【０１５８】
以上で、この表示データ作成プログラムの一回の実行が終了する。
【０１５９】
これに対し、今回は、選択表示モードが腰部装着部基準表示モードであると仮定すれば、Ｓ３３の判定がＹＥＳとなり、Ｓ３５に移行する。このＳ３５においては、腰部装着部５０を基準にして、頭部装着部４０の位置および向きが相対的に検出される。具体的には、ＲＡＭ／ＲＯＭ６２から最新の検出結果が読み出される。
【０１６０】
その後、Ｓ３６において、定義用座標系が基準座標系に固定され、それにより、前記取り込まれた定義データが基準座標系に固定される。すなわち、この腰部装着部基準表示モードにおいては、基準座標系と定義用座標系とが同等となるのである。
【０１６１】
続いて、Ｓ３７において、そのマッピングされた定義データが、頭部装着部４０の位置および向きの相対的検出結果が反映されるように、表示用座標系にマッピングされる。そのマッピングは、例えば、その検出結果が、定義データにより表される画像と基準座標系との相対位置関係が設定されたときにおける頭部装着部４０の位置および向きの相対的検出結果からずれるにつれて、観察者の視野内において画像の表示位置が移動するように行われる。すなわち、表示画像が、基準座標系に固定されたように視認されるのである。
【０１６２】
このＳ３７においては、そのようなマッピングが行われた定義データが、表示データとして、表示光学系１０に対して出力される。
【０１６３】
以上で、この表示データ作成プログラムの一回の実行が終了する。
【０１６４】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、腰部装着部５０が前記（１），（５），（７），（８），（１５）または（１６）項における「制御部」の一例を構成しているのである。
【０１６５】
以上、本発明の実施の形態の一つを図面に基づいて詳細に説明したが、これは例示であり、前記［発明の開示］の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１６６】
【図１】本発明の一実施形態に従う画像表示装置を概念的に表すブロック図である。
【図２】図１における表示光学系１０の構成を概念的に表すブロック図である。
【図３】図１における頭部装着部４０と腰部装着部５０とがそれぞれ観察者の頭部と腰部とに装着される一例を示す斜視図である。
【図４】図１に示す画像表示装置において観察者の頭部の位置および向きを腰部を基準にして相対的に検出するためのいくつかの要素を取り出して示すブロック図である。
【図５】図４におけるコンピュータ６６によって実行される位置検出プログラムを概念的に表すフローチャートである。
【図６】図１に示す画像表示装置において使用される表示用座標系および基準座標系を説明するための斜視図である。
【図７】図１における表示データ変換回路７０においてコンピュータによって実行される表示データ作成プログラムを概念的に表すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１６７】
１２  光源
１４  強度変調器
１６  波面変調器
２０  誘導部
２４  出射口
３２  磁界受信部
４０  頭部装着部
５０  腰部装着部
６６  コンピュータ
６８  磁界発生部
７０  表示データ変換回路
【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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