(57)【要約】【課題】ユーザ毎の嗜好にあわせて好適な映像を提供するため、カメラの撮像角度を自動調節する。【解決手段】  観測者の視線方向の映像を撮像する撮像手段と、この撮像手段により得られた映像信号を光学像に変換して投射する投射手段と、投射手段からの光学像を前記観測者の瞳に導く接眼光学手段とを備える表示装置において、撮像手段を前記観測者の瞳と略同一の位置に支持する支持手段と、撮像手段の光軸方向を、前記観測者を通る水平面に対して俯角を成す方向に調節する調節手段とを備える。【選択図】図５
2007104036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測者の視線方向の映像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により得られた映像信号を光学像に変換して投射する投射手段と、前記投射手段からの光学像を前記観測者の瞳に導く接眼光学手段とを備える表示装置において、
前記撮像手段を前記観測者の瞳と略同一の位置に支持する支持手段と、
前記撮像手段の光軸方向を、前記観測者を通る水平面に対して俯角を成す方向に調節する調節手段とを備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表示装置において、
前記調節手段は、
前記支持手段と前記撮像手段との連結部に設けられ、前記撮像手段を、前記観測者を通る水平面に対して俯仰動作させる駆動手段と、
前記撮像手段の光軸方向の前記水平面との間でなす俯仰角度を検出する角度検出手段と、
予め定められた基準俯仰角度を記憶する記憶手段と、
前記角度検出手段により検出された俯仰角度と前記基準俯仰角度とを比較しその差分角度を検出する比較手段と、
前記比較手段により求められた差分角度に基づいて、前記駆動手段に前記撮像手段の光軸方向を修正する指示信号を前記駆動手段に出力する制御手段とを備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の表示装置において、
前記比較手段により前記差分角度が検出された場合に、前記基準俯仰角度と前記撮像手段の光軸方向の角度とが一致しない旨を警告する警告手段を更に備えることを特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の表示装置において、
前記撮像手段の画角をθ、前記撮像手段の地面からの高さをＬ、前記撮像手段から垂線を下ろした場合に地面と交差する地点から前記撮像手段で捉える撮像範囲までの最小距離をＤｍｉｎとし、前記撮像手段の鉛直方向を０°及び前記水平面を９０°としたとき、前記撮像手段の前記光軸方向の角度φを下記数式（１）により特定し前記基準俯仰角度として前記記憶手段に記憶する角度演算手段を更に備えることを特徴とする表示装置。
【数１】
2007104036.tif 000017
【請求項５】
請求項２から４のいずれか一項に記載の表示装置において、
前記観測者の移動速度を検出する移動速度検出手段と、
前記撮像手段により撮像する撮像範囲までの到達時間に基づいて前記撮像手段の光軸方向の俯仰角度を前記基準俯仰角度として前記記憶手段に記憶する時間角度設定手段とを更に備えることを特徴とする表示装置。
【請求項６】
請求項５に記載の表示装置において、
前記撮像手段の地面からの高さをＬ、前記移動速度検出手段が検出する移動速度をｖ、前記到達時間をｔとし、前記撮像手段の鉛直方向を０°及び前記水平面を９０°としたとき、前記時間角度設定手段が前記撮像手段の前記光軸方向の角度φを下記数式（２）により特定し、前記基準俯仰角度として前記記憶手段に記憶することを特徴とする表示装置。
【数２】
2007104036.tif 000018
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の表示装置において、
前記接眼光学手段は外界光を透過し、外界視界に前記映像を重畳して表示することを特徴とする表示装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の表示装置において、
前記接眼光学手段は、前記投射手段から投射された光学像を導光するプリズムと、
該プリズムにより導光された光学像の虚像を瞳に結ばせるホログラム素子とからなることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表示装置に係り、特に、視線方向の映像を捉える撮像手段から取得した映像信号から眼前に光学像を導く接眼光学系を備えた表示装置において、この撮像手段が映像を捕らえる範囲を好適に調節する表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、頭部等に懸架する懸架装置や眼鏡のフレームにクリップオン形式で装着され、ユーザの眼前に配置した小型モニタから瞳に映像を導く表示装置が知られている。いわゆるヘッドマウントディスプレイ（以下、「ＨＭＤ」という。）やウェアラブルディスプレイと呼ばれる身体装着型の表示装置である。ＨＭＤは、外界の視界をほぼ完全に塞いで映画鑑賞やテレビジョン放送の視聴を主な目的とする密閉形式のＨＭＤと、ユーザの外界視界と重畳して映像を表示する形式のＨＭＤに大きく分類することができる。
このうち、映像を重畳する形式のＨＭＤは、ユーザの通常視界に加えて補助的な映像情報を提供することができるという特性から、眼病患者や目に障害を有する者の視覚補助装置として活用されている。近年では、例えば特許文献１に開示されるように、ＨＭＤに小型のカメラを装着して視界方向の映像を捉えてディスプレイ上に表示するＨＭＤも開発され、視覚補助装置としてのＨＭＤの役割が益々増してきている。
【特許文献１】特開平１０−２０９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
カメラ付きのＨＭＤが視覚補助装置として活用される場合、小型モニタ上に映し出される映像は実際の視界に代わるものであるため、その表示範囲は現実の視界により近づけるほうが好ましい。発明者等は、特に歩行時では、ＨＭＤの表示部にユーザの足元の映像を表示するよりも、進行方向の３〜５ｍ程度前方の映像を表示するのが最も見え具合が良好であることを実験の結果見出した。特に、図１０に示すように、ＨＭＤで表示される領域内に更に道路の縁石が表示されるのが好ましい。ユーザは、この縁石を目印として、自身が道路のどの辺りに位置しているかが認識することができるためである。単に道路の縁石を表示させるだけならばカメラの撮像画角を大きくすればよいが、画角を大きくすると表示部に表示される映像が小さくなり見え具合が悪くなり、特に歩行時では視覚補助装置しての利用が制限されるという問題がある。表示部に表示される映像を好適に認識できる大きさとするためには、カメラ画角をある程度制限する必要がある。表示部に表示される映像の大きさ即ちカメラ画角を一定に保ち且つ歩行時に好適な映像を表示させるためには、カメラの撮像方向即ちカメラの光軸の角度を調節すればよい。
【０００４】
しかしながら、光軸の角度を一律とすると撮像範囲がカメラの高さに大きく影響される。ユーザ毎の身長も千差万別であり、ＨＭＤが位置する高さ毎（例えば１０Ｃｍ単位）に光軸の角度を設定したＨＭＤを製造することはコスト負担及び流通負担が大きく汎用性に欠けるという問題もある。更には、仮にＨＭＤが位置する高さ毎に光軸の角度を設定したＨＭＤを製造するとしても、ユーザの嗜好等により、設定された角度が必ずしも好適な映像を提供する撮像範囲であるとは限らないという問題がある。
【０００５】
本発明の課題は、ユーザ毎の嗜好にあわせて好適な映像を提供するため、カメラの撮像角度を自動的に調節することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
観測者の視線方向の映像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により得られた映像信号を光学像に変換して投射する投射手段と、前記投射手段からの光学像を前記観測者の瞳に導く接眼光学手段とを備える表示装置において、
前記撮像手段を前記観測者の瞳と略同一の位置に支持する支持手段と、
前記撮像手段の光軸方向を、前記観測者を通る水平面に対して俯角を成す方向に調節する調節手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の表示装置において、
前記調節手段は、
前記支持手段と前記撮像手段との連結部に設けられ、前記撮像手段を、前記観測者を通る水平面に対して俯仰動作させる駆動手段と、
前記撮像手段の光軸方向の前記水平面との間でなす俯仰角度を検出する角度検出手段と、
予め定められた基準俯仰角度を記憶する記憶手段と、
前記角度検出手段により検出された俯仰角度と前記基準俯仰角度とを比較しその差分角度を検出する比較手段と、
前記比較手段により求められた差分角度に基づいて、前記駆動手段に前記撮像手段の光軸方向を修正する指示信号を前記駆動手段に出力する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の表示装置において、
前記比較手段により前記差分角度が検出された場合に、前記基準俯仰角度と前記撮像手段の光軸方向の角度とが一致しない旨を警告する警告手段を更に備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の表示装置において、
前記撮像手段の画角をθ、前記撮像手段の地面からの高さをＬ、前記撮像手段から垂線を下ろした場合に地面と交差する地点から前記撮像手段で捉える撮像範囲までの最小距離をＤｍｉｎとし、前記撮像手段の鉛直方向を０°及び前記水平面を９０°としたとき、前記撮像手段の前記光軸方向の角度φを下記数式（１）により特定し前記基準俯仰角度として前記記憶手段に記憶する角度演算手段を更に備えることを特徴とする。
【数１】
2007104036.tif 000003
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項２から４のいずれか一項に記載の表示装置において、
前記観測者の移動速度を検出する移動速度検出手段と、
前記撮像手段により撮像する撮像範囲までの到達時間に基づいて前記撮像手段の光軸方向の俯仰角度を前記基準俯仰角度として前記記憶手段に記憶する時間角度設定手段とを更に備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の表示装置において、
前記撮像手段の地面からの高さをＬ、前記移動速度検出手段が検出する移動速度をｖ、前記到達時間をｔとし、前記撮像手段の鉛直方向を０°及び前記水平面を９０°としたとき、前記時間角度設定手段が前記撮像手段の前記光軸方向の角度φを下記数式（２）により特定し、前記基準俯仰角度として前記記憶手段に記憶することを特徴とする表示装置。
【数２】
2007104036.tif 000004
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の表示装置において、
前記接眼光学手段は外界光を透過し、外界視界に前記映像を重畳して表示することを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか一項に記載の表示装置において、
前記接眼光学手段は、前記投射手段から投射された光学像を導光するプリズムと、
該プリズムにより導光された光学像の虚像を瞳に結ばせるホログラム素子とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、撮像手段の光軸方向を、観測者を通る水平面に対して俯角をなす方向に調節する調節手段を備えることにより、水平面に平行な光軸で映像を捉える撮像手段を備える表示装置に比して撮像範囲をより観測者に近い範囲から捉えることができる。これにより、特に歩行時に必要とされる範囲の映像を観測者に提供することができ、視覚補助手段としての活用がより効果的となる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の表示装置において、
撮像手段を水平面に対して俯仰動作させる駆動手段と、撮像手段の光軸の角度を検出する角度検出手段と、この角度検出手段が検出した角度と角度記憶手段に記憶した基準俯仰角度とを比較しその差分角度を検出する比較手段と、この差分角度に基づいて、駆動手段に撮像手段の光軸方向を修正する指示信号を出力する制御手段を更に設けることで、撮像手段の光軸の角度が不慮の接触等により変化しても、自動的に好適な撮像角度に調節することができるという効果がある。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の表示装置において、
比較手段により差分角度が検出された場合、記憶手段に記憶した基準俯仰角度と、角度検出手段が検出した撮像手段の角度とが一致しない旨を警告する警告手段を更に備えることで、光軸方向の角度のずれをユーザに警告することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、請求項２又は３に記載の表示装置において、
撮像範囲までの最小距離であるＤｍｉｎと、撮像手段の撮像画角θとを一律に設定すると、光軸方向の角度φは撮像手段の高さＬによって一律に定めることができる。これにより、ユーザの身長差や嗜好に合わせた映像を捉える光軸方向の角度を容易に取得することができるという効果がある。更に、ユーザ毎の身長に応じて撮像手段の製造規格を多数用意する必要がなくなり製造コスト負担も抑えたままで好適な映像を表示することができる表示装置を提供することができるという効果もある。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、請求項２から４のいずれか一項に記載の表示装置において、
観測者の移動速度と撮像範囲までの到達時間に基づいて基準俯仰角度を調節することができる。特に、観測者が走る等して移動速度が速い場合、観測者が所望する映像は歩行時の撮像範囲よりさらに前方の範囲の映像となる傾向がある。危険予測をより早期に実現するためである。請求項５の発明では、移動速度と撮像範囲までの到達時間に基づいて基準俯仰角度を調節するため、観測者が走る場合などに所望する撮像範囲の映像を自動的に提供することができ、日常生活における視覚補助装置としての実用性が確実に向上するという効果がある。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載の表示装置において、観測者が所望する撮像範囲までの到達時間ｔを設定するだけで、自動検出した移動速度ｖに基づいて撮像手段の光軸方向の角度を自動的に算出して調節することができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１から６のいずれか一項に記載の表示装置において、
接眼光学手段に外界光を透過し、外界視界に前記映像を重畳して表示する外界光透過型のものを用いることで視覚補助装置としての利便性が更に向上する
【００２１】
請求項８に記載の発明によれば、請求項１から７のいずれか一項に記載の表示装置において、
前記接眼表示手段に、投射手段から投射された光を導光するプリズムとこのプリズムにより導光された光から瞳に虚像を結ばせるホログラム光学素子を用いることで、観測者の視線方向に観測の障害となる素子を無くすことができ、補助視覚手段として更に良好な視界を確保するという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、図を用いて、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
本実施例では、図２に示すようにホログラム光学素子を使用した外界光透過型の表示機構を採用したＨＭＤ１を用いて説明を行うが、本発明はこれに限定されるものでなく、映像光束を瞳に導光する機構にハーフミラーを使用するＨＭＤや外界光非透過型の小型液晶モニタを視線方向に配置させるＨＭＤにも十分適用できるものである。
また、本発明は、図２に示すような表示部が眼鏡のレンズ部４１に一体的に形成されているもの以外にも、通常の眼鏡等にクリップオンする形式に構成するなど種々の形式に構成することができる。
なお、以下の説明では、接眼方向をＨＭＤ１の正面とする。
【００２３】
図１のブロック図に示すように、ＨＭＤ１は、制御ユニット２とディスプレイユニット３とから構成される。ディスプレイユニット３は、眼鏡と一体に設けられ（図２参照）、ケーブル１９を介して制御ユニット２と接続される。制御ユニット２は、制御部４、表示ドライバ１０、ＤＳＰ（Ｄｉｓｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｒ）１１、サーボモータ制御回路１２、角度位置判定回路１３、振動速度判定回路１４、音源ＬＳＩ１５、振動モータ駆動回路１６、記憶部８、操作部９及び電源としての電池２９から構成される。
【００２４】
制御部４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）５、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）６、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）７から構成される。ＣＰＵ５は、ＲＯＭ６に予め記憶されたオペレーションプログラムや記憶部１１に予め格納された各種のアプリケーションプログラムをワークエリアとしてのＲＡＭ７に展開し、これらプログラムの指示に従い、後述する角度自動調節モード及び速度対応調節モードの処理を含めた全体制御を行う。
【００２５】
ＲＯＭ６は、ＰＲＯＭ（Ｒｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）やハードディスク等の不揮発メモリから構成される。オペレーションプログラムが予め記憶される。ＲＡＭ７は、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）等の半導体記憶素子から構成される。オペレーションプログラムやアプリケーションプログラムが展開されるワークエリアであり、これらプログラムの指示に基づくＣＰＵ５の演算処理を行ったり、処理結果等の各種データを一時的に記憶する。角度自動調節モード及び速度対応調節モードで使用する角度自動調節プログラム及び速度対応調節プログラムもＲＯＭ６に格納される。
【００２６】
表示ドライバ１０は、ＤＳＰ１１から出力される映像信号を所期の規格に基づく映像信号に変換し、表示部２０に出力するプロセッサである。なお、ＣＰＵ５又はＤＳＰ１１によりソフトウェア的に処理する構成としてもよい。
【００２７】
記憶部８は、ハードディスクやフラッシュメモリ等の不揮発性メモリから構成される。各種のアプリケーションプラグラムや表示部２０に表示する各種映像データを記憶する。本実施の形態では、角度自動調節モード及び速度対応調節モードでの処理で使用するユーザの身長：Ｌ、カメラモジュール２６の画角：φ及び設定時間：ｔを記憶する。これらは、例えば、ＨＭＤ１の製造者出荷時あるいは流通時に予め設定しておく構成としてもよいし、後述する各モードでユーザ自身により設定する構成とすることもできる。
【００２８】
ＤＳＰ（Ｄｉｓｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｒ）１１は、後述するカメラモジュール２６から、出力された映像信号に各種の画像処理を施し、表示ドライバ１０に画像処理後の映像信号を出力する画像処理プロセッサである。入力される映像信号や画像処理を行った映像信号等を一時的に記憶するグラフィックメモリ（不図示）を備え、表示部２０及び表示ドライバ１０の各種デバイスの処理速度に同期して映像信号を適宜出力する。
なお、ＣＰＵ５とＲＡＭ７を用いてソフトウェア的に画像処理を行う構成としてもよい。
【００２９】
サーボモータ制御回路１２は、ＨＭＤ１のカメラユニット２１の回動を行うサーボモータ２７を駆動制御する制御回路である。ＣＰＵから送出される指示信号に基づき、サーボモータ２７に供給する電力のゲイン調節を行い、所期の角度に回動させるものである。
【００３０】
角度位置判定回路１３は、角度位置センサ２２から送出される信号に基づいて、カメラユニット２１の現在の角度を判定し、その結果をＣＰＵ５に送出するものである。
【００３１】
振動速度判定回路１４は、振動によりＨＭＤ１を装着したユーザの移動速度を検出し、ＣＰＵ５に送出するものであり、後述する速度対応調節モードにて使用するものである。
【００３２】
音源ＬＳＩ１５は、角度自動調節モードあるいは速度対応調節モードでの各種設定値を入力する際の音声案内を行うものである。例えば、ＦＭ音源やＰＣＮ音源等の音源形式が適用され、入力された音声データに基づいたサイン波を発生させ、これらの信号同士で周波数変調を行うことにより変調波を生成し各種の音色を示す音声信号を生成する。生成した音声信号はイヤホン２４を介して音声出力される。
【００３３】
振動モータ駆動回路１６は、カメラユニット２１の角度が、設定した角度と異なる場合にＣＰＵ５からの指示信号を受けて振動モータ２５に駆動電力を供給するものである。角度が変更されている場合に、ユーザに振動で警告を発するものである。
【００３４】
操作部９は、表示部２０の表示輝度やコントラスト等の各種表示設定に関する設定を行う設定スイッチ（以下、スイッチを「ＳＷ」という。）１８、角度自動調節モードへの切替を行うモード切替スイッチ１９ａ、速度対応調節モードにモードの切替を行うモード切替ＳＷ１９ｂ、各種モードでの設定値を入力する十字キー６０及び十字キー６０による設定を決定する決定キー６１から構成される。ユーザは、これらＳＷやキーを操作することによりＣＰＵ５に指示信号を入力する。
【００３５】
次にディスプレイユニット３について説明する。ディスプレイユニット３は、表示部２０、カメラユニット２１、角度位置センサ２２、振動センサ２３、イヤホン２４、振動モータ２５から構成される。図２に示すように、表示部２０は、眼鏡４０に設けられたレンズ部４１の中央部から上端部にかけて設けられる。
【００３６】
図３に、表示部２０を右側面から観察した断面図を示す。表示部２０は、映像生成ユニット３０と接眼光学系３１とから構成される。表示部２０の本体となる筐体３８の内部に、制御ユニット２から送信される映像信号から映像を生成する透過型の液晶表示器３５、バックライト光源であるＲ、Ｇ、Ｂの各色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）群３３及びＬＥＤ群３３からの照射光を屈折により液晶表示器３５の全面に導くための照明光学系３４が設けられる。
【００３７】
接眼光学系３１は、更にプリズム３６とホログラム光学素子３７とからなる。プリズム３６は、レンズ部４１と同じ厚さを有し、接眼方向の面が外界方向の面より大きく形成される。レンズ部４１の上端部から中央部はこの形状に沿って切除されており、この切除された部分にプリズム３６を接合することで、レンズ部４１とプリズム３６との表面が一体となって滑らかに構成されている。プリズム３６の下端部にシート状のホログラム光学素子３７が配設され、レンズ部４１との接合面に挟まれるように設けられている。
プリズム３６の上端部は正面方向に厚い楔の形状を有し、液晶表示器３５から照射される映像光束を採光しやすいように形成されている。この上端部から採光された映像光束は、プリズム３６の内部で全反射されながら下端部に設けられたホログラム光学素子３７へと導かれる。ホログラム光学素子３７は光を干渉させ、眼球Ｅに虚像を結ばせるものである。
また、接眼光学系３１は、レンズ部４１と光の屈折率を同一とする単一の部材で構成されている。
ユーザは、レンズ部４１及び接眼光学系３１を通して外界の視界を観察することが可能であるとともに、ホログラム光学素子３７によって外界視界と重畳する映像を観察することができるようになっている。
【００３８】
カメラユニット２１は、カメラモジュール２６とサーボモータ２７から構成される。カメラモジュール２６は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等の光電変換素子から構成される撮像装置である。ユーザの視線方向の映像を捉える。カメラモジュール２６で取得された映像信号は、図示しないＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ）回路やＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路によりアナログ映像信号の相関二重サンプリングが行われて雑音を低減除去されるとともにゲイン調整が行われ、デジタル映像信号に変換された後にＤＳＰ１１に出力される。
【００３９】
カメラユニット２１は、眼鏡４０の瞳と略同一の高さに設けられる。カメラモジュール２６で捉えた映像が視覚補助として拡張されるため、例えば図１及び図９に示すように、眼鏡４０の右フレームに設け、瞳に入射する映像とほぼ同一の映像を捉えるようになっている。図９に示すように、カメラユニット２１は光軸方向の俯角が調節可能となっている。光軸方向の角度φは、角度自動調節モード及び速度対応調節モードでの演算により自動的に設定されるものである。図４に、カメラユニット２１の構成を示す。カメラユニット２１は、台座４５が眼鏡４０の右側フレームに固設され、内部にサーボモータ２７が設けられる。サーボモータ２７は端子５２ａ及び５２ｂが制御線（不図示）と接続されサーボモータ制御回路１２からの電力の供給により回転が制御される。サーボモータ２７の回転軸５３は、ワッシャ４６ａ、回転制御盤４７、ワッシャ４６ｂを通してアーム４８と接合される。アーム４８は、回転軸５３の回転方向に伸びる形状を有しその先端には、回転制御盤４７と対向する方向と反対の方向に円柱の形状を有する凸部４９が設けられる。カメラモジュール本体筐体５１で台座４５との接触する面には、凸部４９より若干内周の大きい円筒形の凹部５０が設けられ、凸部４９は凹部５０に挿入することができる。
【００４０】
カメラモジュール本体筐体５１はカメラモジュール２６と一体的に形成され、台座４５の内壁面に設けられた案内溝５５に沿ってカメラモジュール本体筐体５１を光軸方向の俯仰角度に回動可能とする懸架部５６が設けられる。この懸架部５６を台座４５の内壁面に設けられた案内溝５５に懸架することによりカメラモジュール２６の光軸方向の角度を変更することができ、更に、サーボモータ２７を回転させることにより、アーム４８が回転し、回動自在なカメラモジュール本体筐体５１を回転させることでカメラモジュール２６の角度を自動的に変更することができる。
【００４１】
また、回転制御盤４７の外周には嵌合凸部５８が設けられる。嵌合凸部５８は、台座４５の内壁面に設けられた嵌合凹部５７と嵌合するようになっており、嵌合凸部５８が嵌合凹部５７と嵌合されることにより回転制御盤４７の回動が制限される。回転制御盤４７のアーム４８と対向する面には、アーム４８の側面と接触することにより、それ以上の回転駆動を制限し、カメラモジュール２６の撮像方向が水平より上部に回動しないようにするストッパ５４が設けられる。このストッパ５４を設けることにより、カメラユニット２１が不意に接触しても、カメラモジュール２６が水平方向より上方の映像を捉えることがない。なお、ストッパ５４とアーム４８が接触する状態では、カメラモジュール２６の撮像方向（レンズの光軸）が視線方向（水平方向）を指向するように構成されている。
【００４２】
次に、角度自動調節モードについて説明する。角度自動調節モードは、ユーザがＨＭＤ１を装着した際に、操作部９を介してカメラユニット２１の地面からの高さを設定することで、所望する範囲の撮像範囲となるようにカメラの光軸方向の角度を調節する機能である。この角度調節は、ＲＯＭ６又は記憶部８に格納される自動角度調節プログラムに従い、ＣＰＵ５の指示に従い行われる。
ここで、図５を用いて、カメラモジュール２６の撮像画角：θと、カメラユニット２１の地上からの高さ：Ｌ、撮像範囲の最大値：Ｄｍａｘ、撮像範囲の最小値：Ｄｍｉｎ及び光軸方向の角度：φの関係について説明する。なお、図５において、カメラユニット２１のみを示し、ＨＭＤ１の外観は省略している。また、以下の説明において、カメラユニット２１の光軸方向の角度：φは、鉛直方向を０°として水平方向が９０°とする。
【００４３】
図５に示す撮像範囲までの最小値：Ｄｍｉｎ、カメラモジュール２６の高さ：Ｌ、画角：θ及びカメラ角度：φには、下記数式（３）及び（４）に示す関係がある。
【数３】
2007104036.tif 000005
【数４】
2007104036.tif 000006
【００４４】
式２を三角関数の加法定理を用いて展開すると、下記式（５）〜（９）及び（１）に示す変形によりカメラ角度：φを求めることができる。
【数５】
2007104036.tif 000007
【数６】
2007104036.tif 000008
【数７】
2007104036.tif 000009
【数８】
2007104036.tif 000010
【数９】
2007104036.tif 000011
【数１０】
2007104036.tif 000012
【００４５】
即ち、上記式（１）〜（９）から、撮像範囲の最短距離：Ｄｍｉｎと画角：θを予め決定しておけば、カメラ角度：φはカメラの地面からの高さ：Ｌによって一律に定まることが分かる。具体例を上げると、仮にＤｍｉｎ＝２ｍ、θ＝２６°、Ｌ＝１.７ｍとして、上記式（１）に代入すると、下記数式（１０）を得る。
【数１１】
2007104036.tif 000013
【００４６】
式（１０）より、この条件ではカメラ角度が６２.６°とすればよいことが分かる（水平方向を０°とした場合は、９０−６２.６＝２７.４°）。
なお、撮像範囲との最大値：Ｄｍａｘは、下記数式（１１）により求めることができる。
【数１２】
2007104036.tif 000014
以下の〔表１〕に、撮像範囲の最小値：Ｄｍｉｎを２ｍと１ｍとした場合、撮像画角：θを２６°と４０°とした場合における、身長毎のカメラ角度：φ及びＤｍａｘの値を示す。
【表１】
2007104036.tif 000015
【００４７】
以上から明らかなように、角度自動調節モードでは、カメラモジュール２６の画角を予め記憶しておき、ユーザが撮像範囲の最小値及びカメラの高さを入力することで、カメラユニット２１の光軸方向の角度を一律に算出することができる。
【００４８】
次に、図６に示すフロー図を用いて、自動調節モードにおける、ＨＭＤ１の動作について説明する。なお、以下の処理は、自動調節プログラムに従いＣＰＵ５により処理がなされる。
ユーザが、操作部９の自動調節モード切替ＳＷ１９を操作すると、ＣＰＵ５は、表示部２０に自動調節モードの設定案内画面の表示を行う（ステップＳ１０１）
【００４９】
設定案内表示では、図７（ａ）に示すごとく、ユーザの身長及び撮像範囲の最小値の入力要求を行う表示がなされる。ユーザが操作部９の十字キー６０及び決定キー６１を操作して身長及び撮像範囲との最小値を入力すると（ステップＳ１０２）、ＣＰＵ５は、上述した数式（１）に示す数式に基づいて各値を代入し、目標とする光軸方向の角度（以下、「目標角度Ｙ」という。）を算出するカメラ角度算出処理を行う（ステップＳ１０３）。
【００５０】
次いで、角度位置判定回路からカメラユニット２１の現在の角度（以下、「現在角度Ｘ」という。）を取得する（ステップＳ１０４）。次いで、現在角度Ｘから目標角度Ｙを減じる演算を行う（ステップＳ１０５）。
【００５１】
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５の演算により得られた結果が０°に等しいかが判断され、等しい場合には（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）角度自動調節モードを終了する。
【００５２】
ステップＳ１０６で、０°に等しくない場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、演算結果が正であるかが判断される（ステップＳ１０７）。正である場合には（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、目標角度ＹをＲＡＭ７に一時記憶するとともにサーボモータ制御回路１２に指示信号を送出してサーボモータ２７を駆動する（ステップＳ１０８）。ＣＰＵ５は、角度位置判定回路１３から適宜入力される角度の値とステップＳ１０８にてＲＡＭ７に一時記憶した目標角度Ｙとを比較し（ステップＳ１０９）、両者が一致するまでサーボモータ２７を駆動し続ける（ステップＳ１０９：ＮＯ）。ステップＳ１０９で、両者が一致する場合には角度自動調節モードを終了する。
【００５３】
ステップＳ１０７で、ステップＳ１０６の演算結果が正でないと判断する場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）、ＣＰＵ５は、演算結果が負であるものとして、目標角度ＹをＲＡＭ７に一時記憶するとともにサーボモータ２７を駆動させて、カメラユニット２１をステップＳ１０８と逆方向に回動し、カメラユニット２１の角度調節を行う処理を行う（ステップＳ１１０）。即ち、ステップＳ１０８のときとはサーボモータ２７への電流の供給方向を逆にする。
【００５４】
次いで、ＣＰＵ５は、角度位置判定回路１３から適宜入力されるカメラユニット２１の角度の値とステップＳ１１０にてＲＡＭ７に一時記憶した目標角度Ｙとを比較し（ステップＳ１１１）、両者が一致するまでサーボモータ２７を駆動し続ける（ステップＳ１１１：ＮＯ）。
【００５５】
以上のように、角度自動調節モードでは、ユーザの身長及び撮像範囲の最小値を入力するだけで、ユーザが所望する好適な映像を撮像するカメラユニット２１の角度を自動算出し、更に、この角度に自動的に調節を行うため、ＨＭＤ１の使用者や使用環境の異なる場合でも、即座に好適な映像を表示するという効果がある。特に、ＨＭＤ１に表示される映像と現実の視界とでは像として捉える範囲が異なる傾向にある。このため、ＨＭＤ１の表示部２０を介して取得する映像はユーザによっては浮遊感を与える場合もあり、視覚補助装置としての解決するべき課題があった。この点、本実施形態におけるＨＭＤ１は、ユーザ個人の体調の変化や嗜好に即座に対応することができるという特有の効果を発揮する。
【００５６】
次に「速度対応調節モード」について説明する。速度対応モードとは、ＨＭＤ１を装着したユーザが走った場合などに、所望する範囲の映像を表示させるために、現在の速度に基づいてカメラユニット２１の角度を自動的に調節する機能である。
上述した角度自動調節モードは、眼に障害を有する者が歩行時に所望する映像が、例えば視界の３〜５ｍ前方付近であるという場合のカメラユニット２１の角度調節機能であった。しかしながら、人間の眼の特性として走っている場合は歩行時よりも更に遠方の領域に視線を向けるという特徴がある。これは、自己の速度に応じて障害物をより早期に認識しようとする本能的なものである。この点、角度自動調節モードにおいて、所望する撮像範囲をより遠方に設定することも当然に可能である（上述の撮像範囲の最小値：Ｄｍｉｎの値をより遠方に設定する）。
しかしながら、日常生活において、走る場合よりも歩行する時間の方が多く、また、走ったり歩いたりするたびにユーザが逐次設定を変更するのは煩わしく実用的でもない。
そこで、速度対応調節モードでは、ユーザの速度を検出し、この速度に応じてより前方の領域を撮像できるようにカメラユニット２１の角度を自動調節することを特徴とする。
【００５７】
ユーザの移動速度の検出には振動センサ２３と振動速度判定回路１４を用いる。ディスプレイユニット３に設けられる振動センサ２３からの出力振動周波数：ｆを入力し、振動速度判定回路１４でユーザの現在の速度：Ｖを演算する。この速度：Ｖに対し、任意の設定時間：ｔ（sec）を乗ずるとカメラユニット２１の中心光軸が捕らえる領域（場所）までの距離：Ｄとなる。以上から、カメラユニット２１のカメラ角度：φは、速度：Ｖ、設定時間：ｔ及びカメラユニット２１の地面からの高さ：Ｌとには、下記数式（２）の関係があり、この演算によりカメラユニット２１のカメラ角度：φを求めることができる。
【数１３】
2007104036.tif 000016
【００５８】
次に、速度対応調節モードにおける処理について、図８のフロー図を用いて説明する。なお、以下の処理は、ＲＯＭ６に格納される速度対応調節プログラムに従い、ＣＰＵ５で行われる。
【００５９】
ユーザが、操作部９のモード切替ＳＷ１９ｂを操作することで、速度対応調節モードが起動し、ＣＰＵ５は、表示部２０に、図７（ｂ）に示すような、設定案内画面を表表示する（ステップＳ２０１）。
【００６０】
ステップＳ２０１で表示された設定案内画面の案内に従い、ユーザから十字キー６０及び決定キー６１を介して入力されたユーザの身長（カメラユニット２１の高さ：Ｌ）及び所望する撮像領域までの到達時間：ｔを記憶部８に記憶する（ステップＳ２０２）。
【００６１】
次いで、振動速度判定回路１４から送出される現在の速度を取得する（ステップＳ２０３）。この速度：Ｖと、記憶部８に記憶されたユーザの身長（カメラユニット２１の高さ：Ｌ）及び到達時間：ｔとから、上述した式（２）に基づいてカメラユニット２１の角度：φ（以下、「速度対応角度Ｚ」を算出する演算処理を行う（ステップＳ２０４）。
【００６２】
次いで、角度位置判定回路１３からカメラユニット２１の現在角度Ｘを取得する（ステップＳ２０５）。このステップＳ２０５で取得した現在角度ＸからステップＳ２０４で取得した速度対応角度Ｚを減じる演算を行う（ステップＳ２０６）。
【００６３】
ステップＳ２０７では、ステップＳ２０６の演算により得られた結果が０°に等しいかが判断され、等しい場合には（ステップＳ２０７：ＹＥＳ）速度対応調節モードを終了する。
【００６４】
ステップＳ２０７で、０°に等しくない場合（ステップＳ２０７：ＮＯ）、演算結果が正であるかが判断される（ステップＳ２０８）。正である場合には（ステップＳ２０８：ＹＥＳ）、速度対応角度ＺをＲＡＭ７に一時記憶するとともにサーボモータ制御回路１２に指示信号を送出してサーボモータ２７を駆動する（ステップＳ２０９）。ＣＰＵ５は、角度位置判定回路１３から送出される角度の値とステップＳ２０９にてＲＡＭ７に一時記憶した速度対応角度Ｚとを比較し（ステップＳ２１０）、両者が一致するまでサーボモータ２７を駆動し続ける（ステップＳ２１０：ＮＯ）。ステップＳ２１０で、両者が一致する場合には速度対応調節モードを終了する（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）。
【００６５】
ステップＳ２０８で、ステップＳ２０６の演算結果が正でないと判断する場合（ステップＳ２０８：ＮＯ）、ＣＰＵ５は、演算結果が負であるものとして、速度対応角度ＺをＲＡＭ７に一時記憶するとともにサーボモータ２７を駆動させて、カメラユニット２１を回動し撮像角度の調節を行う処理を行う（ステップＳ２１１）。なお、このときのサーボモータ２７の駆動方向は、上述のステップＳ２０９と逆方向である。即ち、ステップＳ２０９のときとはサーボモータ２７への電流の供給方向を逆にする。
【００６６】
次いで、ＣＰＵ５は、角度位置判定回路１３から適宜入力されるカメラユニット２１の角度の値とステップＳ２１１にてＲＡＭ７に一時記憶した速度対応角度Ｚとを比較し（ステップＳ２１２）、両者が一致するまでサーボモータ２７を駆動し続ける（ステップＳ２１２：ＮＯ）。ステップＳ２１２で、両角度が一致する場合は、速度対応調節モードを終了する（ステップＳ２１２）。
【００６７】
以上、本発明を適用したＨＭＤ１の速度対応調節モードによれば、カメラモジュール２６で捉える撮像範囲をユーザの移動速度に対応して更に前方にすることができる。一般に人間の視界は、早期の危険予測を行うために走る場合は歩行時に比してより前方の視界を所望する傾向にある。ＨＭＤ１の速度対応調節モードによれば、ユーザが撮像を所望する領域までの到達時間を予め設定するだけで、カメラユニット２１の光軸方向の角度を自動的に調節し、表示部２０により前方の映像を表示することができるようになる。
【００６８】
また、ＨＭＤ１のカメラユニット２１に設けられる回転制御盤４７に、光軸方向の角度を水平面以下に制限するストッパ５４を設けるため、カメラユニット２１に不慮の接触が生じても光軸方向が少なくとも水平面までに保たれ、歩行等に必要な俯角方向の映像を完全に失うことがない。このため、視覚補助装置としての利便性及び安全性が更に向上する。
【００６９】
以上、本発明を実施する最良の形態について説明したが、本発明は上述した種々の例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明を実施するための最良の形態におけるＨＭＤの構成を示したブロック図である。
【図２】本発明を実施するための最良の形態におけるＨＭＤの外観構成を示した概要図である。
【図３】本発明を実施するための最良の形態におけるＨＭＤの表示部の構成を示した側断面図である。
【図４】本発明を実施するための最良の形態におけるＨＭＤのカメラユニットの構成を示した図である。
【図５】本発明を実施するための最良の形態におけるカメラユニットの高さ、画角、及び角度と、撮像範囲との最小値及び最大値との関係を示した模式図である。
【図６】本発明を実施するための最良の形態における「角度自動調節モード」の処理を示したフロー図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明を実施するための最良の形態における「角度自動調節モード」の案内画面の例を示した模式図である。図７（ｂ）は、本発明を実施するための最良の形態における「速度対応調節モード」の案内画面の例を示した模式図である。
【図８】本発明を実施するための最良の形態における「速度対応調節モード」の処理を示したフロー図である。
【図９】本発明を実施するための最良の形態におけるカメラユニットの構成を示した概要図である。
【図１０】ＨＭＤを装着した場合の小型カメラで撮像する撮像範囲を示した模式図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  ＨＭＤ
２  制御ユニット
３  ディスプレイユニット
４  制御部
５  ＣＰＵ
６  ＲＯＭ
７  ＲＡＭ
８  記憶部
９  操作部
１０  表示ドライバ
１１  ＤＳＰ
１２  サーボモータ制御回路
１３  角度位置判定回路
１４  振動速度判定回路
１５  音源ＬＳＩ
１６  振動モータ駆動回路
１７  ケーブル
１８  表示設定ＳＷ
１９ａ、１９ｂ  モード切替ＳＷ
２０  表示部
２１  カメラユニット
２２  角度位置センサ
２３  振動センサ
２４  イヤホン
２５  振動モータ
２６  カメラモジュール
２７  サーボモータ
２８  電池
３０  映像生成ユニット
３１  接眼光学系
３３  ＬＥＤ群
３４  照明光学系
３５  液晶表示器
３６  プリズム
３７  ホログラム光学素子
３８  筐体
４０  眼鏡
４１  レンズ部
４５  台座
４６ａ、４６ｂ  ワッシャ
４７  回転制御盤
４８  アーム
４９  凸部
５０  凹部
５１  カメラモジュール本体筐体
５２ａ、５２ｂ  端子
５３  回転軸
５４  ストッパ
５５  案内溝
５６  懸架部
５７  嵌合凹部
５８  嵌合凸部
６０  十字キー
６１  決定キー
【図１】
2007104036.tif 000019
【図２】
2007104036.tif 000020
【図３】
2007104036.tif 000021
【図４】
2007104036.tif 000022
【図５】
2007104036.tif 000023
【図６】
2007104036.tif 000024
【図７】
2007104036.tif 000025
【図８】
2007104036.tif 000026
【図９】
2007104036.tif 000027
【図１０】
2007104036.tif 000028