(57)【要約】【課題】映画館の最も良い席で見るような臨場感を感じさせる虚像を提供する。【解決手段】広視野角光学系３１Ｌは、瞳孔の前方に２５ミリメートルだけ離間して配置される。また、広視野角光学系３１Ｌのさらに前方に表示パネル１８Ｌは、約０．７インチの有効画素範囲の大きさを持つ。広視野角光学系３１Ｌは、ユーザーの瞳から２０メートル先に、約７５０インチの虚像を網膜に結像する。これは、表示画素の水平画角にして、４５．０９ｄｅｇに相当する（前述）。図６に示した配置例によれば、表示パネル１８Ｌの表示画像を広視野角光学系３１Ｌで１０００倍以上拡大して、虚像を網膜に結像することになる。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
左眼用画像を表示する左眼用表示パネルと、
４５乃至５５度の画角を持ち、前記左眼用画像の虚像を形成する左眼用光学系と、
右眼用画像を表示する右眼用表示パネルと、
４５乃至５５度の画角を持ち、前記右眼用画像の虚像を形成する右眼用光学系と、
前記左眼用表示部及び前記右眼用表示部の画面表示を制御する表示制御部と、
を具備するヘッド・マウント・ディスプレイ。
【請求項２】
前記左眼用光学系は、左眼から１０メートル以上先に７５０インチ程度の大きさに拡大した前記左眼用画像の虚像を形成し、
前記右眼用光学系は、右眼から１０メートル以上先に７５０インチ程度の大きさに拡大した前記右眼用画像の虚像を形成する、
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】
前記左眼用光学系及び前記右眼用光学系は、それぞれ眼球に対してずれる範囲でほぼ均一な解像力を有する、
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】
前記左眼用表示パネルを左眼の眼球位置から所定の輻輳水平オフセット量だけ移動させた場所に配設し、
前記右眼用表示パネルを右眼の眼球位置から所定の輻輳水平オフセット量だけ移動させた場所に配設する、
請求項１に記載のヘッド・マウント・ディスプレイ。
【請求項５】
前記輻輳水平オフセット量は、眼幅の最大量と、前記表示パネルのサイズと虚像の結像面のサイズの比に基づいて設定した値である、
請求項４に記載のヘッド・マウント・ディスプレイ。
【請求項６】
前記左眼用表示パネル及び前記右眼用表示パネルは、前記輻輳水平オフセット量だけ移動させた前記場所に、数ミクロン以内のオーダーの位置精度で設置される、
請求項５に記載のヘッド・マウント・ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザーの頭部に装着して用いられ、虚像を提供するヘッド・マウント・ディスプレイに係り、特に、映画館の最も良い席で見るような臨場感を感じさせる虚像を提供するヘッド・マウント・ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
左右の眼に視差のある画像を表示することで、観察者に立体的に見える３Ｄ画像を提示することができる。３Ｄ画像技術は、テレビ放送、映画、遠隔通信、遠隔医療など、さまざまな分野において適用が期待されている。例えば、視差のある左眼用画像及び右眼用画像を非常に短い周期で交互に画面表示する表示装置と、左眼部及び右眼部にそれぞれ液晶レンズなどで構成されるシャッター機構を備えた３Ｄ眼鏡の組み合わせからなる時分割立体画像表示システムは、既に普及している（例えば、特許文献１を参照のこと）。
【０００３】
また、頭部に装着して映像を視聴する表示装置、すなわちヘッド・マウント・ディスプレイ（ＨＭＤ）が広く知られている。ヘッド・マウント・ディスプレイは、左右の眼毎に表示部を持ち、また、ヘッドフォンと併用し、視覚及び聴覚を制御できるように構成されている。頭部に装着した際に外界を完全に遮るように構成すれば、視聴時の仮想現実感が増す。また、ヘッド・マウント・ディスプレイは、左右の眼に違う映像を映し出すことも可能であり、左右の眼に視差のある画像を表示すれば、上記と同様、３Ｄ画像を提示することができる。
【０００４】
ヘッド・マウント・ディスプレイは、ユーザーに虚像を提供する（すなわち、虚像を眼の網膜上に結像させる）表示システムである。ここで、虚像は、物体が、焦点距離よりレンズに近い位置にある場合に、その物体側にできるものである。
【０００５】
ユーザーに虚像を観賞させる場合、例えば、虚像が形成されるユーザーからの距離などは、映像によって変化させるのが好ましい。例えば、映像に適した形で虚像を提供する表示装置について提案がなされている（例えば、特許文献２を参照のこと）。この表示装置は、ユーザーの左眼と右眼とで観察される同一の虚像を、同一平面上に配置する拡大光学系を備え、映像のアスペクト比に応じて、虚像のユーザーからの距離及び虚像の大きさを制御するようになっている。例えば、ハイビジョン放送による、アスペクト比が１６：９の映画やドラマなどの映像は、ユーザーから１５メートル程度の遠い位置に大きな虚像を網膜に結像し、ＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）方式の、アスペクト比が４：３のテレビジョン信号の映像は、ユーザーから３メートル程度の比較的近い位置に中間の大きさの虚像を網膜に結像し、ユーザーに臨場感を感じさせるとともに、虚像を鑑賞する際の疲労感を軽減する。
【０００６】
ヘッド・マウント・ディスプレイの左右の眼の表示部に有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ− Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）などの高解像度の素子を用いるとともに光学系で適当な画角を設定し、さらにヘッドフォンで多チャンネルを再現すれば、さらに映画館で視聴するような臨場感を再現することができるであろう。本発明者らは、映画館の最も良い席と同じ視聴環境を提供できるヘッド・マウント・ディスプレイを目指している。
【０００７】
従来の製品は、概ね数メートル先に６０インチ程度の虚像を網膜に結像するものであり、画角にして４０度弱である。しかしながら、映画館に置き換えて考えると、数メートル先にスクリーンがある席は、良い席とは到底言えず、また、画角は映画観賞に十分な大きさとは言い難い。他方、画角が広過ぎる席は、例えばスクリーンの端縁付近に表示された字幕を読むときには顔を動かす格好となり、映像を鑑賞し易いとは言えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２１７３１号公報
【特許文献２】特開２００７−１３３４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ユーザーの頭部に装着して用いられ、好適な虚像を提供することができる、優れたヘッド・マウント・ディスプレイを提供することにある。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、映画館の最も良い席で見るような臨場感を感じさせる虚像を提供することができる、優れたヘッド・マウント・ディスプレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願は、上記課題を参酌してなされたものであり、請求項１に記載の発明は、
左眼用画像を表示する左眼用表示パネルと、
４５乃至５５度の画角を持ち、前記左眼用画像の虚像を形成する左眼用光学系と、
右眼用画像を表示する右眼用表示パネルと、
４５乃至５５度の画角を持ち、前記右眼用画像の虚像を形成する右眼用光学系と、
前記左眼用表示部及び前記右眼用表示部の画面表示を制御する表示制御部と、
を具備するヘッド・マウント・ディスプレイである。
【００１２】
本願の請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載のヘッド・マウント・ディスプレイの左眼用光学系は、左眼から１０メートル以上先に７５０インチ程度の大きさに拡大した前記左眼用画像の虚像を形成し、右眼用光学系は、右眼から１０メートル以上先に７５０インチ程度の大きさに拡大した前記右眼用画像の虚像を形成するように構成されている。
【００１３】
本願の請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載のヘッド・マウント・ディスプレイの左眼用光学系及び前記右眼用光学系は、それぞれ眼球に対してずれる範囲でほぼ均一な解像力を有する。
【００１４】
本願の請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載のヘッド・マウント・ディスプレイの左眼用表示パネルを左眼の眼球位置から所定の輻輳水平オフセット量だけ移動させた場所に配設し、また、右眼用表示パネルを右眼の眼球位置から所定の輻輳水平オフセット量だけ移動させた場所に配設している。
【００１５】
本願の請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載のヘッド・マウント・ディスプレイにおいて、
【００１６】
本願の請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載のヘッド・マウント・ディスプレイにおいて、左眼用表示パネル及び右眼用表示パネルは、上記輻輳水平オフセット量だけ移動させた前記場所に、数ミクロン以内のオーダーの位置精度で設置される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、映画館の最も良い席で見るような臨場感を感じさせる虚像を提供することができる、優れたヘッド・マウント・ディスプレイを提供することができる。
【００１８】
本願の請求項１、２に記載の発明によれば、ヘッド・マウント・ディスプレイは、ユーザーの瞳から２０メートル先に約７５０インチの虚像を網膜に結像し、映画館の最も良い席で見るような臨場感を感じさせる立体映像を提供することができる。
【００１９】
本願の請求項３に記載の発明によれば、ユーザーが虚像を注視する場所を変えて、眼球が回転し、瞳孔の位置が光学系からずれたとしても、一定の解像力で虚像を提供することができる。
【００２０】
本願の請求項４に記載の発明によれば、ヘッド・マウント・ディスプレイの映像を観察するユーザーの両眼は、画角に応じて寄り目になり、これによって最適な視差を得ることを考慮して、左右の表示パネルを、それぞれ所定の輻輳水平オフセット量だけ移動させた場所に配設するようにしている。
【００２１】
本願の請求項５に記載の発明によれば、左右の表示パネルの位置を移動させる輻輳水平オフセット量を、眼幅の最大量と、前記表示パネルのサイズと虚像の結像面のサイズの比に基づいて決定することができる。
【００２２】
本願の請求項６に記載の発明によれば、左眼用表示パネル及び右眼用表示パネルを、上記輻輳水平オフセット量だけ移動させた前記場所に、数ミクロン以内のオーダーの位置精度で設置するようにして、画品質を維持するとともに、虚像を観察するユーザーの眼の疲労感を軽減することができる。
【００２３】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、ヘッド・マウント・ディスプレイを含む画像表示システムの構成を模式的に示した図である。
【図２】図２は、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０の内部構成を模式的に示した図である。
【図３】図３は、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０の本体の上面を俯瞰した様子を示した図である。
【図４】図４は、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０が虚像を映し出す仕組みを説明するための図である。
【図５】図５は、映画館の館内の構成例を示した図である。
【図６】図６は、ユーザーの瞳から２０メートル先に約７５０インチの虚像を網膜に結像する、広視野角光学系３１Ｌ（３１Ｒ）及び表示パネル１８Ｒ（１８Ｌ）の配置例を示した図である。
【図７】図７は、広視野角光学系３１Ｌ（３１Ｒ）の解像力の特性を示した図である。
【図８】図８は、画面サイズの拡大率と奥行き感の関係を説明するための図である（但し、画面サイズを２倍に拡大する場合）。
【図９】図９は、画面サイズの拡大率と奥行き感の関係を説明するための図である（但し、画面サイズをα倍に拡大する場合）。
【図１０】図１０は、表示パネル１８Ｌを、左目の眼球位置から服装水平オフセット量だけ移動させた場所に設置した様子を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２６】
図１には、ヘッド・マウント・ディスプレイを含む画像表示システムの構成を模式的に示している。図示のシステムは、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０本体と、視聴コンテンツのソースとなるブルーレイ・ディスク再生装置２０で構成される。
【００２７】
ブルーレイ・ディスク再生装置２０とヘッド・マウント・ディスプレイ１０間、フロント・エンド・ボックス４０とハイビジョン・ディスプレイ３０間は、ＨＤＭＩケーブルで接続されている。そして、ブルーレイ・ディスク再生装置２０は、装填されたブルーレイ・ディスク（図示しない）に記録された映像音声データを再生処理して、ＨＤＭＩ出力する。ここで、ＨＤＭＩ（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｍｕｔｌｉｍｅｄｉａ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）は、ＤＶＩ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｉｓｕａｌ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を基にし、物理層にＴＭＤＳ（Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  Ｍｉｎｉｍｉｚｅｄ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）を用いた、主に音声と映像の伝送を用途としたディジタル家電向けのインターフェース規格である。本システムは、例えばＨＤＭＩ１．４に準拠する。なお、ブルーレイ・ディスク再生装置２０は、ＨＤＭＩ対応ＴＶ受像機（図示しない）にも再生信号を出力してもよいが、本発明の要旨には直接関連しないので、説明を省略する。
【００２８】
ヘッド・マウント・ディスプレイ１０は、左眼用及び右眼用の独立した表示部を備えている。各表示部は、例えば有機ＥＬ素子を用いている。また、各表示部は、低歪み、高解像度の広視野角光学系を装備している。ヘッド・マウント・ディスプレイ１０は、ＨＤＭＩケーブルを介して駆動電力も得るものとする。
【００２９】
図２には、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０の内部構成を模式的に示している。図示のヘッド・マウント・ディスプレイは、ＨＤＭＩ信号受信部１１と、信号処理プロセッサー１２と、ＶＲＡＭ（Ｖｉｄｅｏ  ＲＡＭ）１３と、パネル・コントローラー１４と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）１５と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１６と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１７と、左右の表示パネル１８Ｌ及び１８Ｒを備えている。なお、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０は、音声信号の処理系並びにヘッドフォンなどの音声出力部を装備してもよいが、図示を省略する。
【００３０】
ＲＯＭ１５には、処理プログラムや処理に必要なデータなどが格納されている。ＣＰＵ１７は、ＲＯＭ１５からＲＡＭ１７のロードされたプログラムを実行して、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０全体の動作を統括的に制御する。
【００３１】
ＨＤＭＩ信号受信部１１は、フロント・エンド・ボックス４０と接続するＨＤＭＩケーブルを介して、ＡＶ信号（例えば３ＤのＡＶ信号）を受信する。信号処理プロセッサー１２は、受信したＡＶ信号の信号処理を行ない、画面情報を生成する。生成された画面情報はＶＲＡＭ（フレーム・メモリー）１３に一時的に格納される。
【００３２】
左右の表示パネル１８Ｌ及び１８Ｒは、高解像度の有機ＥＬ素子からなる。各表示パネル１８Ｌ及び１８Ｒにはそれぞれ広視野角光学系が装備され、表示パネルと広視野角光学系の組み合わせで左右各１つの表示部を構成するものとする。但し、図２では広視野角光学系を省略している。広視野角光学系の光学特性や、広視野角光学系に対する表示パネル１８Ｌ及び１８Ｒの詳細については後述に譲る。
【００３３】
パネル・コントローラー１４は、所定の表示周期毎にＶＲＡＭ１３から画面情報を読み出して、表示パネル１８Ｌ及び１８Ｒを表示駆動させる。
【００３４】
ヘッド・マウント・ディスプレイ１０の外観の図示は省略するが、視力矯正用の眼鏡に類似し、本体部と、左右のテンプル部（耳掛け）で構成される。本体部は、装着した際にユーザーの顔面の前方に位置する。本体部は、左耳用のテンプル部及び右耳用のテンプル部 が両耳にかけられることによってユーザーの頭部に装着される。
【００３５】
本体部は、表示パネル１８Ｌ及び１８Ｒ並びに各々の広視野角光学系からなる左右の表示部をそれぞれ支持するとともに、図２に示した電気回路系統を内蔵している。また、左右のテンプル部には、多チャンネルのヘッドフォンが接続されていてもよい。
【００３６】
また、本体部には、ユーザーの鼻が当たる位置の側面には、ノーズ・パッド部（鼻当て）が接続されている。ユーザーがヘッド・マウント・ディスプレイ１０を装着した際、ノーズ・パッド部がユーザーの鼻に当接することによって、本体部が下にズレ落ちるのを防ぎ、ユーザーの左右の眼に対して各表示部を好適な高さに保つことができる。
【００３７】
図３には、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０の本体部の上面を俯瞰した様子を示している。ヘッド・マウント・ディスプレイ１０は左右に独立して広視野角光学系を持つ。また、眼の高さや眼幅にはユーザー毎に個人差があり、広視野角光学系と装着したユーザーの眼とを位置合わせする必要がある。このため、右眼用の表示部と左眼用の表示部の間に、眼幅を調整する眼幅調整機構を装備している。眼幅調整機構をどのような機構部品で実装するかは任意である。
【００３８】
ヘッド・マウント・ディスプレイ１０が虚像を映し出す仕組みについて、図４を参照しながら説明する。立体画像のソースである左眼用及び右眼用の各画像情報は、あらかじめ決められた輻輳角（目の寄り角）を想定してそれぞれ作成される。そして、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０は、これら左眼用及び右眼用の画像を、それぞれ別個の画面に映し出し、人間の眼により両画面を合成して、立体映像を観視することができるようにするものである。左右の表示パネル１８Ｌ及び１８Ｒからそれぞれ映し出される画像は、広視野角光学系３１Ｌ、３１Ｒを通して拡大された虚像となる。この虚像は、左眼及び右眼の網膜で結像されると、別々の情報として脳に入り、脳の中で重ね合わされて１つの立体像となる。このとき、左右の表示パネル１８Ｌ及び１８Ｒ及び広視野角光学系３１Ｌ、３１Ｒとの間に、視点位置に応じた一定の輻輳角θを与えるようにしている。そして、左眼用画像と右眼用画像とは、この設定された輻輳角θに合わせて作成されるものとする。
【００３９】
左右の表示パネル１８Ｌ及び１８Ｒに高解像度の有機ＥＬ素子を用いるとともに、多チャンネルのヘッドフォンを組み合わせたヘッド・マウント・ディスプレイ１０によれば、映画館で視聴するような臨場感を再現することができるであろう。
【００４０】
図５には、映画館の館内の構成例を示している。図示の館内には、Ｂ〜Ｅ、Ｆ〜Ｓ、並びにＴ（最後列）の合計１９列のシートが配置されている。このうち、Ｋ列及びＪ列がプレミアシートである。
【００４１】
同図において、スクリーン幅は１６．５メートルであり、これを１６：９のアスペクト比に補正すると、幅１６．５メートル、高さ９．３メートル、画サイズ７４５．３インチとなる。
【００４２】
また、各シートからスクリーンまでの距離は、以下の表１の通りである。
【００４３】
【表１】
2012141461.tif 000003
【００４４】
ここで、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｔの各列のシート位置での画角を計算すると、以下の表２の通りとなる。但し、画角はスクリーン中央位置で計算した。
【００４５】
【表２】
2012141461.tif 000004
【００４６】
プレミアシートである、Ｊ列、Ｋ列では、画角は５０〜５５度となるが、これは画角が広過ぎる。例えばスクリーンの端縁付近に表示された字幕を読むときには顔を動かす格好となり、首が疲れ、映像を鑑賞し易いとは言えない。プレミアシートは、単に映像の鑑賞というよりも、むしろ館内の音響環境も考慮したためで、スクリーンを眺める画角そのものは最良ではない、と本発明者らは思料する。
【００４７】
また、本発明者らは、首が疲れることなく、映像を鑑賞し易い画角は、５５度よりも狭く、４５度程度であると思料する。４５度の画角を図５に示した映画館に当てはめると、Ｎ列付近であることが上記の表２から分かる。Ｎ列のシート位置からスクリーン中央までの距離を考慮すると、映画館内での画角４５度をヘッド・マウント・ディスプレイ１０で再現することは、要するに、ユーザーの瞳から２０メートル先に約７５０インチの虚像を網膜に結像することに相当する。
【００４８】
【表３】
2012141461.tif 000005
【００４９】
画角だけ考慮すると、数メートル先に３００インチ程度の虚像を網膜に結像しても、ほぼ４５度程度の同じ画角になる。しかしながら、左右の画像で視差を設けた３Ｄ映像を表示する場合には、同じ画角で距離を長くとると、遠い方の奥行き感があり、より自然な立体感のある映像となる。本実施形態では、左右の表示パネル１８Ｌ及び１８Ｒにそれぞれ広視野角の光学系を用いることで、同じ画角で距離を長くとることを可能にしている。
【００５０】
図６には、映画館内での画角４５度を再現する、すなわち、ユーザーの瞳から２０メートル先に約７５０インチの虚像を網膜に結像するための、広視野角光学系３１Ｌ（３１Ｒ）及び表示パネル１８Ｒ（１８Ｌ）の配置例を示している。
【００５１】
人間の瞳の瞳孔は、一般に、２〜６ミリメートルの範囲で変化する。ヘッド・マウント・ディスプレイ１０を装着して映像を観察している最中、明るいシーンでは瞳孔は２〜３ミリメートル程度に閉じ、暗いシーンでは５〜６ミリメートルまで開く。ここで言う暗いシーンとは、例えば、黒い背景に文字だけ表示されるシーンである。
【００５２】
広視野角光学系３１Ｌは、瞳孔の前方に２５ミリメートルだけ離間して配置される。また、広視野角光学系３１Ｌのさらに前方に表示パネル１８Ｌは、約０．７インチの有効画素範囲の大きさを持つ。広視野角光学系３１Ｌは、ユーザーの瞳から２０メートル先に、約７５０インチの虚像を網膜に結像する。これは、表示画素の水平画角にして、４５．０９度に相当する（前述）。図６に示した配置例によれば、表示パネル１８Ｌの表示画像を広視野角光学系３１Ｌで１０００倍以上拡大して、虚像を網膜に結像することになる。広視野角光学系３１Ｌ（３１Ｒ）の主な仕様を、以下の表にまとめておく。
【００５３】
【表４】
2012141461.tif 000006
【００５４】
ここで、上記の表４中の「眼球設定瞳径及び可動範囲」の項目について補足しておく。光学系の解像力は、レンズの中心でピークとなるように設計するのが一般的と考えられる。何故ならば、ユーザーは、通常、瞳孔をレンズの中心に合わせて観察するからである。これに対し、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０に搭載される広視野角光学系３１Ｌ（３１Ｒ）の場合、シーン毎に注視する場所が画面の中央から周辺に至るまで移動する。ユーザーが正面を見ているときの瞳孔の位置に合わせて広視野角光学系３１Ｌ（３１Ｒ）を配設していても、注視する場所が変化すると、眼球が回転し、瞳孔の位置が広視野角光学系３１Ｌ（３１Ｒ）の中心からずれてしまう。レンズの中心に解像力のピークがあると（図７中の例１、例２を参照のこと）、画像の周縁部分を観察するときにぼやけて見えることになる。本発明者らは、計測結果に基づいて、画角４５度の虚像を観察中には±３ミリメートル程度、瞳孔の位置が広視野角光学系３１Ｌ（３１Ｒ）の中心からずれることを確認した。そこで、本実施形態では、解像力が中心から±３ミリメートルの範囲内でほぼ均一な解像力を保つように（図７を参照のこと）、広視野角光学系３１Ｌ（３１Ｒ）をデザインしている。
【００５５】
本実施形態に係るヘッド・マウント・ディスプレイ１０は、４５度という画角で、２０メートルという長い距離をとることで、表示パネル１８Ｌ（１８Ｒ）の表示映像を１０００倍以上拡大するが、この結果として奥行き感が増し、より自然な立体感のある映像を提供することができる（前述）。画面サイズの拡大率と奥行き感の関係について、図８並びに図９を参照しながら説明する。
【００５６】
図８には、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０が画面サイズを２倍に拡大する場合の例を示している。但し、同図において、ａは眼幅の２分の１、ｂは表示パネル１８Ｌ（１８Ｒ）視距離（２ｂは２倍に拡大した画面までの視距離）、ｄは表示パネル１８Ｌ（１８Ｒ）の位置での奥行き、ｄ´は２倍に拡大した画面サイズでの奥行き、ｐは表示パネル１８Ｌ（１８Ｒ）の位置での視差の２分の１（２ｐは２倍に拡大した画面での視差の２分の１）である。
【００５７】
視差の２分の１であるｐと奥行きｄの比は、（ａ−ｐ）と視距離ｂの比であることが、幾何学的に分かる。また、２倍に拡大した画面での視差の２分の１である２ｐと、２倍に拡大した画面サイズでの奥行きｄ´との比は、（ａ−２ｐ）と２倍に拡大した視距離２ｂの比であることが、幾何学的に分かる。したがって、画面サイズが２倍になり、視差が２倍になったとき（同じ視距離／画面サイズで）、眼サイズで正規化した奥行きは、下式の通りとなる。
【００５８】
【数１】
2012141461.tif 000007
【００５９】
また、図９には、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０が画面サイズをα倍に拡大する場合の例を示している。但し、同図において、ａは眼幅の２分の１、ｂは表示パネル１８Ｌ（１８Ｒ）視距離（αｂはα倍に拡大した画面までの視距離）、ｄは表示パネル１８Ｌ（１８Ｒ）の位置での奥行き、ｄ´はα倍に拡大した画面サイズでの奥行き、ｐは表示パネル１８Ｌ（１８Ｒ）の位置での視差の２分の１（αｐはα倍に拡大した画面での視差の２分の１）である。
【００６０】
視差の２分の１であるｐと奥行きｄの比は、（ａ−ｐ）と視距離ｂの比である（同上）。また、α倍に拡大した画面での視差の２分の１であるαｐと、α倍に拡大した画面サイズでの奥行きｄ´との比は、（ａ−２α）とα倍に拡大した視距離αｂの比であることが、幾何学的に分かる。したがって、画面サイズがα倍になり、視差がα倍になったとき（同じ視距離／画面サイズで）、眼サイズで正規化した奥行きは、下式の通りとなる。
【００６１】
【数２】
2012141461.tif 000008
【００６２】
上式より、同じ画角でより距離を長くとり、画面サイズの拡大率αが大きい方が、奥行きが増すことを理解できよう。
【００６３】
立体画像のソースである左眼用及び右眼用の各画像情報は、あらかじめ決められた輻輳角を想定してそれぞれ作成される。そして、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０は、左眼用及び右眼用の画像を、それぞれ別個の画面に映し出し、人間の眼により両画面を合成して、立体映像を観視することができるようにするものである（前述並びに図４を参照のこと）。
【００６４】
ヘッド・マウント・ディスプレイ１０の映像を観察するユーザーの両眼は、画角に応じて寄り目になり、これによって最適な視差を得る。本実施形態では、表示パネル１８Ｌ（１８Ｒ）の水平方向の位置を、より目すなわち輻輳に応じたオフセット量（以下では、「輻輳水平オフセット量」とする）だけ眼球位置からずらした位置に設置している。図１０には、表示パネル１８Ｌを、左目の眼球位置から輻輳水平オフセット量だけ移動させた場所に設置した様子を示している。
【００６５】
図１０において、眼幅の最大量をＤ、輻輳水平オフセット量をｙ、表示パネル１８Ｌのサイズをｐ（本実施形態では０．７インチ）、スクリーンまでの視距離をＬ（本実施形態では２０メートル）、スクリーンのサイズをＳ（本実施形態では７５０インチ）、表示パネル１８Ｌまでの視距離をｘとすると、輻輳水平オフセット量ｙは下式のように求めることができる。
【００６６】
【数３】
2012141461.tif 000009
【００６７】
上式のように、輻輳水平オフセット量ｙは、眼幅Ｄの最大量と、表示パネル１８Ｌのサイズｐとスクリーンすなわち虚像の結像面のサイズＳとの比で決まり、虚像の結像位置までの距離Ｌには依存しない。なお、図示しないが、右眼用表示パネル１８Ｒについても、同様に、輻輳水平オフセット量だけ、眼球位置から移動させた場所に設置する。
【００６８】
左右の表示パネル１８Ｌ、１８Ｒが各々の広視野角光学系に対する位置ずれが大きいと、輻輳量がずれるなどの画品位が低下する、眼の疲労感につながる、といったことが懸念される。そこで、本実施形態では、所定の輻輳水平オフセット量ｙに対し、数画素（数十ミクロン）のオーダーの位置精度で取り付けるようにしている。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳細に説明してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【００７０】
本明細書では、本発明をヘッド・マウント・ディスプレイに適用した実施形態を中心に説明してきたが、本発明の要旨は特定のヘッド・マウント・ディスプレイの構成に限定されるものではない。虚像をユーザーの眼の網膜上に結像させるさまざまなタイプの表示システムに対して、本発明を同様に適用することができる。
【００７１】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【符号の説明】
【００７２】
１０…ヘッド・マウント・ディスプレイ
１１…ＨＤＭＩ信号受信部
１２…信号処理プロセッサー
１３…ＶＲＡＭ
１４…パネル・コントローラー
１５…ＲＯＭ
１６…ＣＰＵ
１７…ＲＡＭ
１８Ｌ…左眼用表示パネル、１８Ｒ…右眼用表示パネル
２０…ブルーレイ・ディスク再生装置
【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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【図１０】
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