(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
姿勢可変装置と共に用いる映像体感装置において使用するディスプレイ装置であって、
実際の映像表示領域より広い映像表示可能領域を有する映像表示装置と、
当該ディスプレイ装置の変位を検出する変位検出手段と、
前記姿勢可変装置の基台の動き成分を検出する基台姿勢検出手段と、
前記変位検出手段および前記基台姿勢検出手段の検出結果を基に演算処理し、前記姿勢可変装置の基台の位置に応じて前記映像表示装置の表示位置を制御する表示位置制御手段とを具備し、
前記表示位置制御手段は、前記映像表示装置に表示する映像を、前記変位検出手段の検出結果に基づいて初期設定された表示位置に定位して表示し、前記変位検出手段の検出結果に基づく小刻みな振動に対しては前記映像表示装置に表示する映像の変位を補正するとともに、前記変位検出手段の検出結果に基づく大なる動作に対しては前記映像表示装置に表示する映像を圧縮処理し、前記映像表示装置の映像表示領域内に全映像又は一部映像の何れかを表示するように制御することを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項２】
前記表示位置制御手段における、初期設定された表示位置への定位は、前記変位検出手段で検出された変位から前記基台姿勢検出手段で検出された動き成分を引いた変位を基に行われること
を特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項３】
前記表示位置制御手段は、前記映像表示装置に表示する映像を所定位置に定位させる場合には、前記映像の圧縮処理を行わず、前記変位検出手段の検出結果に応じて前記映像表示装置の表示位置を制御すること
を特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
映像の本来の表示位置に対する、前記映像表示装置の映像表示領域での表示位置は、前記表示位置制御手段における映像の変位補正の補正量と、前記表示位置制御手段における映像圧縮処理の圧縮量の調整により定められること
を特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示パネルなどを使用したディスプレイ装置に関し、特に、利用者の眼球部に装着して大画面仮想映像を体感できる眼鏡型ディスプレイ装置および映像体感装置に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータグラフィックスやビデオ装置から入力された映像を眼鏡型ディスプレイ装置で観察し、利用者があたかも映像中の仮想空間に存在するかのような現実感を体験できる装置（ヘッドマウントディスプレイ）が発売され、好評を得ている。
【０００３】
ヘッドマウントディスプレイには、主としてカラー液晶表示パネルが使用される。カラー液晶表示パネルの前面にはレンズ系が配置され、カラー液晶表示パネルの背面にはバックライトが配置される（自発光型の表示デバイスの場合はバックライトは省略される）。
ヘッドマウントディスプレイを利用する場合、利用者はヘッドマウントディスプレイを頭部（実際には眼球部）に装着し、カラー液晶表示パネルに映出される映像をレンズ系により前方に拡大投影して仮想映像を体験するようになされている。
【０００４】
ヘッドマウントディスプレイは、利用者の頭部に装着して前方に仮想映像を投影するものであるため、利用者が頭部を動かした場合、投影される仮想映像も利用者の頭部の動きに合わせて協動されることになる。
また、ヘッドマウントディスプレイは、利用者の頭部に完全に固定されている訳ではないため、多少のがたつきを有するものである。したがって、ヘッドマウントディスプレイ自体が頭部に対して可動してしまうことがある。
【０００５】
このようなヘッドマウントディスプレイの動きによる映像のぶれは、映像を視覚している利用者にとって非常に見づらいものであり、好ましくない。また、視聴している映像の位置が外的要因によって可動するということは、本来のカメラワーク（チルトやパン等）によるモーション効果をヘッドマウントディスプレイから得ることを困難にする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる観点に鑑みてなされたもので、その課題は、利用者の頭部等の動きに影響されない安定した映像を視覚することのできるディスプレイ装置を提供することである。また、本発明の別の課題は、利用者の動き等の外的要因によって本来のカメラワークによるモーション効果が損なわれることのない映像体感装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した本発明の課題を解決するために以下の手段を講じた。すなわち、本発明のディスプレイ装置は、実際の映像表示領域より広い映像表示可能領域を有する映像表示装置と、ディスプレイ装置の変位を検出する変位検出手段と、姿勢可変装置の基台の動き成分を検出する基台姿勢検出手段と、変位検出手段および基台姿勢検出手段の検出結果を基に演算処理し、姿勢可変装置の基台の位置に応じて映像表示装置の表示位置を制御する表示位置制御手段とを備えた。そして表示位置制御手段は、映像表示装置に表示する映像を、変位検出手段の検出結果に基づいて初期設定された表示位置に定位して表示し、変位検出手段の検出結果に基づく小刻みな振動に対しては映像表示装置に表示する映像の変位を補正するとともに、変位検出手段の検出結果に基づく大なる動作に対しては映像表示装置に表示する映像を圧縮処理し、映像表示装置の映像表示領域内に全映像又は一部映像の何れかを表示するように制御することを特徴とするものである。
【００１０】
前記の構成によれば、基台姿勢検出手段によってモーションベース等の動き成分を検出し、変位検出手段の検出結果に含まれるモーションベース等の動き成分を除去して映像表示装置に表示する仮想映像の形成位置を最適化する。すなわち、仮想映像の形成位置をモーションベース等を基準とする位置に定位するようにしたため、利用者はモーションベース等を基準とした仮想空間を認識しやすくなり、仮想映像に対する没頭感を増大することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態につき添付図面を参照して説明する。
【００１６】
実施の形態例１
先ず、図１および図２を参照して本発明のディスプレイ装置を説明する。
図１は本発明のディスプレイ装置を説明する斜視図であり、図２は本発明のディスプレイ装置の表示画面の一例を示す正面図である。
【００１７】
図１に示されるような本発明のヘッドマウントディスプレイ１は、装着ベルト２によって利用者の頭部に固定し、前方に投影される仮想映像を視覚する装置である。
【００１８】
本発明のヘッドマウントディスプレイ１の所定位置には加速度センサ３が備えられている。この加速度センサ３によってヘッドマウントディスプレイ１の変位方向を検出するようになされている。なお、加速度センサ３には、各種ジャイロセンサを始め、圧電素子とマグネットを組み合わせた傾斜角センサ、角加速度センサ、地磁気センサなどを用いることができる。
【００１９】
本発明のヘッドマウントディスプレイ１は、図２に示すように、カラー液晶表示パネルなどからなり、実際の映像表示領域より広い映像表示可能領域を有する映像表示装置４を備えている。
すなわち、本発明のヘッドマウントディスプレイ１に具備される映像表示装置４は、実際の映像５が表示される領域よりも広い映像表示可能領域を有しており、通常は映像５は映像表示装置４の中央部に表示されるようになされている。なお、映像表示装置４は例示したカラー液晶表示パネル以外の表示デバイスであっても良い。
【００２０】
そして、この加速度センサ３によってヘッドマウントディスプレイ１の変位方向を検出し、その変位量に応じて映像表示装置４に表示する映像５の表示領域を最適化する。
例えば、ヘッドマウントディスプレイ１が左方向にぶれた場合、その逆方向に実際の映像５の表示位置をずらすことにより、ヘッドマウントディスプレイ１のぶれを補正するようになっている。これにより、映像表示装置４に表示する映像５のぶれが低減され、映像５の視覚性を向上できる。
【００２１】
実施の形態例２
次に、図３ないし図５を参照して本発明の映像体感装置を説明する。
図３は本発明の映像体感装置を説明する斜視図であり、図４は本発明のディスプレイ装置における仮想映像の表示位置を説明する側面図であり、図５は本発明の映像体感装置における仮想映像の表示位置を説明する側面図である。なお、実施の形態例１で記載した事項と共通する部分には以降とも同一の参照符号を付すものとする。
【００２２】
実施の形態例１におけるディスプレイ装置では、ヘッドマウントディスプレイ１に配置された加速度センサ３によってヘッドマウントディスプレイ１の向きを検出し、その変位量に応じて実際の映像５の表示領域を最適化して表示するものである。
【００２３】
言い換えれば、実施の形態例１のヘッドマウントディスプレイ１を図４に示すような映像体感装置１０に応用した場合、ヘッドマウントディスプレイ１の仮想映像１１はモーションベース１２の動きに反映されることなく、所定の位置に定位するように動作する。これでは固定された空間に存在している利用者自身が認識されやすくなって仮想映像１１に対する没頭感が減少する。そこで、本発明の映像体感装置では、ヘッドマウントディスプレイ１を映像体感装置１０に連動するようにした例であり、これを図３を参照して説明する。
【００２４】
本例のヘッドマウントディスプレイ１は、図３に示されるような映像体感装置１０に連動している。映像体感装置１０のモーションベース１２は、ヘッドマウントディスプレイ１の映像表示装置に表示される映像に連動して、利用者の姿勢を前後左右方向（上下方向でも良い）に可動するようになされている。
すなわち、ヘッドマウントディスプレイ１を本発明の映像体感装置１０に応用した場合、モーションベース１２によって利用者の身体そのものが可動されることになる。この時の利用者の頭部の動きにはモーションベース１２の動き成分が含まれている。
【００２５】
そこで、本発明の映像体感装置１０では、前述の加速度センサ３の信号からモーションベース１２の動き成分を差し引くようにする。
【００２６】
そして、この加速度センサ３の変位からモーションベース１２の動き成分を差し引いた変位を基に仮想映像１１の形成位置を最適化する。すなわち、図５に示すように、仮想映像１１の形成位置をモーションベース１２を基準とする位置に定位するように制御する。これにより、利用者はモーションベース１２を基準とした仮想空間を認識しやすくなり、仮想映像１１に対する没頭感を増大することができる。なお、ヘッドマウントディスプレイ１に選択スイッチ（図示省略）を設けることにより映像体感装置１０との連動動作を解除することもできる。
【００２７】
引き続いて、図６を参照して本発明の映像体感装置の回路構成を説明する。
図６は本発明の映像体感装置の一例を示すブロック回路図である。なお、本発明の映像体感装置の回路は、実質的には本発明の映像体感装置に適用されるヘッドマウントディスプレイに形成されるものである。
【００２８】
本発明の映像体感装置に適用されるヘッドマウントディスプレイは、加速度センサ３、フィルタ２０、加算減算器２１、モーションベース１２（図３参照）の加速度信号を検出するモーションベース加速度信号検出器２２、積分器２３、圧縮器２４、および映像表示装置４で概略構成されている。
【００２９】
かかる構成の本発明の映像体感装置の回路動作を図６および図７を参照して説明する。図７は本発明の映像体感装置の回路動作をＡ、Ｂ、Ｃの実施例毎に示す説明図である。
【００３０】
加速度センサ３の出力はフィルタ２０および加算減算器２１を経由して積分器２３に入力される。加速度センサ３はヘッドマウントディスプレイの動きを検出するとともに、センサアンプ（図示省略）によって微弱な検出信号を増幅して以降の回路で信号処理が可能な信号レベルとして出力する。
【００３１】
フィルタ２０は、主に“ハイパスフィルタ”であって利用者がゆっくり頭部を動かすような成分を減衰し、ヘッドマウントディスプレイが小刻みに振動するような成分は通過させる。このフィルタ２０の働きにより、積分器２３で積分された後の補正角度が大きくなることを抑制する。
【００３２】
モーションベース加速度信号検出器２２から入力したモーションベースの加速度信号は、加算減算器２１により加速度センサ３の出力とは逆位相に処理して積分器２３に入力する。
積分器２３では、入力された加速度情報を補正角度情報に変換し、補正角度情報により指示された映像表示装置４上の表示位置に映像を表示する。
【００３３】
積分器２３は積分器２３の出力から加算減算器２１に至る負の帰還ループを形成している。この負の帰還ループにより、例えば映像が映像表示装置４の中心からずれた位置に表示され、利用者の頭部（ヘッドマウントディスプレイ）を可動しない状況であっても、時間とともに次第に映像が中心位置に近づくように制御することにより映像の見やすさを確保する。
【００３４】
圧縮器２４は積分器２３から出力される補正角度情報が大きくなって表示映像が映像表示装置４の表示領域外へ出るのを抑制するように動作する。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の映像表示装置における映像圧縮動作の実施３例につき、利用者が頭部を左に動かした場合を想定して詳しく説明する。
【００３６】
実施例１
図７Ａの映像表示装置４に表示する映像５を所定位置に定位させる方法（圧縮処理を行なわない場合）において、加速度センサ３によって変化した頭部の角度を検出し、映像５を最初の位置から動かないように表示する。
【００３７】
この場合、ヘッドマウントディスプレイの映像表示装置４上の表示領域からはみ出した映像は表示されなくなる。表示領域からはみ出した映像を見るためには頭部を所定の方向（この場合は右方向）に向ければよい。頭部を右方向に向けると、図７Ａの下図から上図に示すように映像表示装置４の表示領域からはみ出した映像は徐徐に基に戻り、再び元の位置に表示されるようになる。
【００３８】
実施例２
図７Ｂの映像表示装置４に表示する映像５のぶれを抑えながら、映像５の全情報を常時表示する方法において、本発明のヘッドマウントディスプレイ１に具備される映像表示装置４は、実際の映像５が表示される領域よりも広い映像表示可能領域を有していることを利用して、映像表示領域の範囲内で映像のぶれを抑える。
【００３９】
この時、ヘッドマウントディスプレイの小刻みな振動成分を抑えるとともに、ヘッドマウントディスプレイの大きな動きに対しては全情報を表示することを優先する。したがって、補正角度が大きくなると映像表示装置４に表示される映像５は、本来の表示位置６から大きくずれた位置に表示される虞れがある。
【００４０】
実施例３
図７Ｃの表示方法は上記Ａ、Ｂの中間的な表示方法である。図７Ｃの表示方法において、本発明のヘッドマウントディスプレイ１に具備される映像表示装置４は、実際の映像５が表示される領域よりも広い映像表示可能領域を有していることを利用して映像表示領域の範囲内で映像のぶれを抑える。
【００４１】
この時、ヘッドマウントディスプレイの振動成分を抑える効果をＢの方法よりも大きくし、映像５は本来の表示位置６から大きくずれないように圧縮量を制御する。これにより、Ｂの方法よりも映像のぶれを抑える効果は大きく、かつＡの方法のように映像５が映像表示装置４の表示領域から完全に外れることはない。
【００４２】
以上、本発明の映像体感装置における映像圧縮方法の詳細について説明したが、本発明の映像体感装置では、これらの映像圧縮方法の中から使用状況に合わせて適切に選択される。これにより、ヘッドマウントディスプレイ１を本発明の映像体感装置１０に応用した場合においても、ヘッドマウントディスプレイの振動等による映像のぶれは補正され、本来のカメラワークによるモーション効果を減少することなく映像表示装置４に表示される映像の見易さを向上できる。なお、本発明の映像体感装置の回路構成は上述したものに限ることなく、同様の働きをする他の構成を用いても良いことは当然である。
【００４３】
本発明は前記実施の形態例に限定されず、種々の実施形態を採ることができる。例えば、本発明はヘッドマウントディスプレイや映像体感装置に限定されることなく、カメラ一体型ＶＴＲのビューファインダやモニタ装置等のディスプレイ装置全般に応用可能である。また、本発明のディスプレイ装置を２体併設して眼鏡型ディスプレイ装置としてもよく、同装置に立体映像を映出して立体表示装置としても応用可能である。さらに、本発明は以上示した一実施形態にとらわれず様々な形態に発展出来ることは言うまでもない。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のディスプレイ装置は、基台姿勢検出手段によってモーションベース等の動き成分を検出し、変位検出手段の検出結果に含まれるモーションベース等の動き成分を演算除去して映像表示装置に表示する仮想映像の形成位置を最適化する。すなわち、仮想映像の形成位置を、モーションベース等を基準とする位置に定位するようにする。これにより、利用者はモーションベース等を基準とした仮想空間を認識しやすくなり、仮想映像に対する没頭感を増大できる。其れとともに、本来のカメラワークによるモーション効果を減少することなく映像表示装置に表示される映像の見易さを向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のディスプレイ装置を説明する斜視図である。
【図２】本発明のディスプレイ装置の表示画面の一例を示す正面図である。
【図３】本発明の映像体感装置を説明する斜視図である。
【図４】本発明のディスプレイ装置における仮想映像の表示位置を説明する側面図である。
【図５】本発明の映像体感装置における仮想映像の表示位置を説明する側面図である。
【図６】本発明の映像体感装置の一例を示すブロック回路図である。
【図７】本発明の映像体感装置の回路動作をＡ、Ｂ、Ｃの実施例毎に示す説明図である。
【符号の説明】
１…ヘッドマウントディスプレイ、２…装着ベルト、３…加速度センサ、４…映像表示装置、５…映像、６…本来の表示位置、１０…映像体感装置、１１…仮想映像、１２…モーションベース、２０…フィルタ、２１…加算減算器、２２…モーションベース加速度信号検出器、２３…積分器、２４…圧縮器
【図１】
0003921770.tif 000002
【図２】
0003921770.tif 000003
【図３】
0003921770.tif 000004
【図４】
0003921770.tif 000005
【図５】
0003921770.tif 000006
【図６】
0003921770.tif 000007
【図７】
0003921770.tif 000008