JP2007264324A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外光の透過率の調整の自由度を向上した画像表示装置の提供。
【解決手段】外光Ｌを透過させながら所定の画像を表示可能な画像表示手段６０と、画像表示手段６０を透過する外光Ｌの透過率を調整する透過率調整手段６１とを有し、透過率調整手段６１により、透過率を調整可能な領域内において透過率を部分的に調整する画像表示装置１。
【選択図】図１

Description

本発明は、外光を透過させながら所定の画像を表示可能な画像表示装置に関するものであり、特に、外光の透過率を調整可能な画像表示装置に関する。

従来、頭部搭載型画像表示装置など、所定の画像を表示可能な画像表示装置として、例えば〔特許文献１〕〜〔特許文献３〕に開示されているように、外光を透過させながら画像を表示することが可能な、いわゆるシースルー型の画像表示装置が知られている。このような画像表示装置においては、外光の透過を制御することが可能なように構成されている。
特開平８−９４９６０号公報 特開平６−７０２６８号公報 特開平８−１４６３３９号公報

しかし、従来の構成では、外光の透過率を自在に調整しつつ、この調整を部分的に行うことができないため、調整の自由度が低く、したがって、ユーザーが画像を見づらい場合があるという問題があった。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、外光の透過率の調整の自由度を向上した画像表示装置を提供することを目的とする。

以上のような目的を達成するため、請求項１記載の発明は、外光を透過させながら所定の画像を表示可能な画像表示手段と、前記画像表示手段を透過する外光の透過率を調整する透過率調整手段とを有し、前記透過率調整手段により、前記透過率を調整可能な領域内において前記透過率を部分的に調整する画像表示装置にある。

請求項２記載の発明は、前記透過率調整手段により前記透過率を調整可能な領域は、前記画像表示手段が外光を透過させながら前記画像を表示可能な領域に対応する第１の領域と、前記第１の領域外に位置し外光のみを透過する領域に対応する第２の領域とを有し、前記透過率調整手段により、前記第１の領域と前記第２の領域とのそれぞれで前記透過率を調整することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置にある。

請求項３記載の発明は、前記透過率調整手段により、前記画像表示手段が表示する前記画像の表示領域と同一またはほぼ等しい領域の前記透過率を調整することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像表示装置にある。

請求項４記載の発明は、前記透過率調整手段により、前記画像表示手段が表示する前記画像の大きさに応じて前記透過率を調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示装置にある。

請求項５記載の発明は、前記透過率調整手段により、前記画像表示手段が表示する前記画像の位置に応じて前記透過率を調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像表示装置にある。

請求項６記載の発明は、前記透過率調整手段により、前記画像表示手段が表示する前記画像の種類に応じて前記透過率を調整することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像表示装置にある。

請求項７記載の発明は、前記画像が表示されていると認識される距離を調整するための波面曲率変調手段を備え、前記波面曲率変調手段によって設定される前記距離に応じて、前記透過率及び／又は前記画像表示手段が表示する前記画像の大きさを調整することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示装置にある。

請求項８記載の発明は、前記透過率調整手段による前記透過率を最大または最小とする切換手段を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像表示装置にある。

請求項９記載の発明は、外光の強度を検知する外光検知手段を有し、前記透過率調整手段により、前記外光検知手段が検知した外光の強度に応じて前記透過率を調整することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像表示装置にある。

請求項１０記載の発明は、前記画像表示手段によって表示可能な画像の表示領域外を照らす補助光源を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像表示装置にある。

請求項１１記載の発明は、前記画像表示手段によって表示可能な画像の表示領域外を照らす補助光源を有することを特徴とする請求項９記載の画像表示装置にある。

請求項１２記載の発明は、前記外光検知手段により検知した外光の強度の変化率よりも前記補助光源の輝度の変化率を緩やかにしたことを特徴とする請求項１１記載の画像表示装置にある。

請求項１３記載の発明は、前記補助光源によりカラー照明が可能であることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の画像表示装置にある。

請求項１４記載の発明は、前記補助光源を、観察者に所定の告知を行なう告知手段として用いることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の画像表示装置にある。

請求項１５記載の発明は、観察者の頭部に搭載する頭部搭載型画像表示装置であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の画像表示装置にある。

請求項１６記載の発明は、前記画像表示手段は、画像信号に応じた光束を走査することによって画像を形成し、前記画像を眼の網膜に投影表示する網膜走査型画像表示装置であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の画像表示装置にある。

請求項１記載の発明は、外光を透過させながら所定の画像を表示可能な画像表示手段と、前記画像表示手段を透過する外光の透過率を調整する透過率調整手段とを有し、前記透過率調整手段により、前記透過率を調整可能な領域内において前記透過率を部分的に調整する画像表示装置にあるので、外光の透過率の調整の自由度が向上し、観察者による画像の視認性が向上した画像表示装置を提供することができる。

請求項２記載の発明は、前記透過率調整手段により前記透過率を調整可能な領域は、前記画像表示手段が外光を透過させながら前記画像を表示可能な領域に対応する第１の領域と、前記第１の領域外に位置し外光のみを透過する領域に対応する第２の領域とを有し、前記透過率調整手段により、前記第１の領域と前記第２の領域とのそれぞれで前記透過率を調整することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置にあるので、第１の領域を際立たせること等が可能となり、観察者による画像の視認性が向上した画像表示装置を提供することができる。

請求項３記載の発明は、前記透過率調整手段により、前記画像表示手段が表示する前記画像の表示領域と同一またはほぼ等しい領域の前記透過率を調整することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像表示装置にあるので、画像の表示領域を際立たせることが可能となり、観察者による画像の視認性が向上した画像表示装置を提供することができる。

請求項４記載の発明は、前記透過率調整手段により、前記画像表示手段が表示する前記画像の大きさに応じて前記透過率を調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示装置にあるので、画像の大きさに応じて透過率を調整することで画像を際立たせ、観察者による画像の視認性が向上した画像表示装置を提供することができる。

請求項５記載の発明は、前記透過率調整手段により、前記画像表示手段が表示する前記画像の位置に応じて前記透過率を調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像表示装置にあるので、画像の位置に応じて透過率を調整することで画像を際立たせ、観察者による画像の視認性が向上した画像表示装置を提供することができる。

請求項６記載の発明は、前記透過率調整手段により、前記画像表示手段が表示する前記画像の種類に応じて前記透過率を調整することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像表示装置にあるので、画像の種類に応じて透過率を調整することで画像を際立たせ、観察者による画像の視認性が向上した画像表示装置を提供することができる。

請求項７記載の発明は、前記画像が表示されていると認識される距離を調整するための波面曲率変調手段を備え、前記波面曲率変調手段によって設定される前記距離に応じて、前記透過率及び／又は前記画像表示手段が表示する前記画像の大きさを調整することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示装置にあるので、たとえばかかる距離が近い場合には透過率を下げるとともに画像の大きさを大きくしたり、かかる距離が遠い場合には透過率を上げるとともに画像の大きさを小さくしたりすることで、観察者による画像の視認性、臨場感、使用感が向上した画像表示装置を提供することができる。

請求項８記載の発明は、前記透過率調整手段による前記透過率を最大または最小とする切換手段を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像表示装置にあるので、必要に応じて透過率を最大又は最小とすることで画像の観察者の使用感が向上した画像表示装置を提供することができる。

請求項９記載の発明は、外光の強度を検知する外光検知手段を有し、前記透過率調整手段により、前記外光検知手段が検知した外光の強度に応じて前記透過率を調整することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像表示装置にあるので、外光の強度に応じて透過率を調整することで観察者による画像の視認性が向上した画像表示装置を提供することができる。

請求項１０記載の発明は、前記画像表示手段によって表示可能な画像の表示領域外を照らす補助光源を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像表示装置にあるので、画像の表示領域を際立たせること等が可能となり、観察者による画像の視認性が向上した画像表示装置を提供することができる。

請求項１１記載の発明は、前記画像表示手段によって表示可能な画像の表示領域外を照らす補助光源を有することを特徴とする請求項９記載の画像表示装置にあるので、画像の表示領域を際立たせること等が可能となり、観察者による画像の視認性が向上した画像表示装置を提供することができる。

請求項１２記載の発明は、前記外光検知手段により検知した外光の強度の変化率よりも前記補助光源の輝度の変化率を緩やかにしたことを特徴とする請求項１１記載の画像表示装置にあるので、外光の強度の変化に応じ観察者の眩しさを防止しながら画像の表示領域を際立たせること等が可能となり、観察者による画像の視認性及び使用感が向上した画像表示装置を提供することができる。

請求項１３記載の発明は、前記補助光源によりカラー照明が可能であることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の画像表示装置にあるので、カラー照明を用いることで画像の表示領域を際立たせること等が可能となり、観察者による画像の視認性がより向上した画像表示装置を提供することができる。

請求項１４記載の発明は、前記補助光源を、観察者に所定の告知を行なう告知手段として用いることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の画像表示装置にあるので、画像の表示領域を際立たせること等が可能となるとともに、観察者に所定の告知を行うことができるから、観察者による画像の視認性および利便性が向上した画像表示装置を提供することができる。

請求項１５記載の発明は、観察者の頭部に搭載する頭部搭載型画像表示装置であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の画像表示装置にあるので、外光の透過率の調整の自由度が向上し、観察者による画像の視認性が向上した頭部搭載型の画像表示装置を提供することができる。

請求項１６記載の発明は、前記画像表示手段は、画像信号に応じた光束を走査することによって画像を形成し、前記画像を眼の網膜に投影表示する網膜走査型画像表示装置であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の画像表示装置にあるので、外光の透過率の調整の自由度が向上し、観察者による画像の視認性が向上した網膜走査型の画像表示装置を提供することができる。

以下に、本発明に好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

以下、本発明に係る画像表示装置の一実施の形態について図面を用いて説明する。まず、本発明に係る画像表示装置の一例である網膜走査型画像表示装置としての網膜走査型ディスプレイ１の構成について図１を用いて説明する。

図１に示すように、網膜走査型ディスプレイ１には、光源ユニット部２が設けられている。光源ユニット部２には、外部からの映像信号が入力されると、それに基づいて映像を合成するための要素となる各信号を発生する等の種々の処理を行なう映像信号供給回路３が設けられ、この映像信号供給回路３から映像信号４、水平同期信号５、及び、垂直同期信号６が出力される。

光源ユニット部２には、映像信号供給回路３から映像信号４として伝達される赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各映像信号をもとにそれぞれ強度変調されたレーザ光を出射するように、光源としてのＲレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１を、それぞれ駆動するためのＲレーザドライバ１０，Ｇレーザドライバ９，Ｂレーザドライバ８が設けられている。

また、光源ユニット部２には、各レーザより出射されたレーザ光をコリメートするように設けられたコリメート光学系１４と、それぞれコリメートされたレーザ光を合波するダイクロイックミラー１５と、合波されたレーザ光を光ファイバ１７に導くファイバ結合光学系１６とが設けられている。

なお、Ｒレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１として、レーザダイオード等の半導体レーザや固体レーザを利用してもよい。また、本実施形態における光源ユニット部２は、光源としてのＲレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１から出射される光束を画像信号に応じて強度変調する変調手段の一例に相当する。ここで、各光源に半導体レーザを使用した場合は直接強度変調する構成であり、固体レーザを使用する場合は音響光学効果を利用した強度変調器を含んだ構成となる。

網膜走査型ディスプレイ１は、光源ユニット部２から伝搬され、出射されたレーザ光を受ける光学系１８と、リレー光学系１８によって導かれたレーザ光を、ガルバノミラー１９ａを利用して水平方向に走査する第１の走査系としての水平走査系１９と、水平走査系１９によって走査されたレーザ光を第２の走査系としての垂直走査系２１に導く第１リレー光学系２０と、水平走査系１９に走査され、第１リレー光学系２０を介して入射されたレーザ光を、ガルバノミラー２１ａを利用して垂直方向に走査する垂直走査系２１と、垂直走査系２１に走査されたレーザ光を観察者の瞳孔２４に導く第２リレー光学系２２とを有している。

リレー光学系１８は、観察者によって画像が表示されていると認識される距離を調整するための波面曲率変調手段を備えている。波面曲率変調手段は、水平光学系１９に入射するレーザ光が、かかる距離に応じて所定の波面曲率となるように、リレー光学系１８から出射するレーザ光の状態を調整する。

例えば、画像の表示距離を無限大とする場合にはリレー光学系１８から平行光を出射するように調整し、画像の表示距離を有限距離にする場合にはリレー光学系１８から拡散光を出射するように調整する。画像の表示距離を有限距離とする場合においては、近距離であるほど、拡散率が増加するようにする。

波面曲率変調手段の構成は、例えば特開２００３−２９５１０８号公報において提案されているように、既に知られた種々の構成があるため、ここでは説明を省略するが、波面曲率変調手段は、観察者に認識させたい画像表示距離に応じて、リレー光学系１８から出射されるレーザ光が上述した状態となるように、映像信号供給回路３によって駆動されるようになっている。

第１リレー光学系２０は、凸レンズ４１、４２を有している。凸レンズ４１と凸レンズ４２とは互いに同じ光学的パワーを備えている。第２リレー光学系２２は、凸レンズ５１、５２と、ハーフミラー６０とを有している。凸レンズ５１と凸レンズ５２とは互いに同じ光学的パワーを備えている。ハーフミラー６０は、外光Ｌを透過させながら、凸レンズ５１、５２を経たレーザビームを反射して観察者の網膜上に走査させることで所定の画像を表示可能とする画像表示手段としての機能を有している。

第１リレー光学系２０は、水平走査系１９のガルバノミラー１９ａと、垂直走査系２１のガルバノミラー２１ａとが共役となるように、また、第２リレー光学系２２は、ガルバノミラー２１ａと、観察者の瞳孔２４とが共役となるように、各々設けられている。

水平走査系１９は、表示すべき画像の１フレームごとに、レーザビームを水平方向に走査する水平走査（１次走査の一例）を行う光学系である。また、水平走査系１９は、水平走査するガルバノミラー１９ａと、そのガルバノミラー１９ａの駆動制御を行う水平走査制御回路１９ｃとを備えている。

ガルバノミラー１９ａは、垂直方向に延びる軸を中心に回動駆動することによって、リレー光学系１８から入射したビーム光を、偏向面１９ｂで反射させることによって、水平方向に走査して出射し、第１リレー光学系２０に導くこととなる。

これに対し、垂直走査系２１は、水平走査系１９にて水平走査されたレーザビームを垂直方向に垂直走査する垂直走査（２次走査の一例）を行う光学系である。また、垂直走査系２１は、レーザビームを垂直方向に走査するガルバノミラー２１ａと、そのガルバノミラー２１ａの駆動制御を行う垂直走査制御回路２１ｃとを備えている。

ガルバノミラー２１ａは、水平方向に延びる軸を中心に回動駆動することによって、第１リレー光学系から入射したビーム光を、偏向面２１ｂで反射させることによって、水平方向に走査して出射し、第２リレー光学系２２に導くこととなる。

よって、水平走査系１９と垂直走査系２１とは互いに交差する方向に走査を行うようになっている。

また、水平走査系１９，垂直走査系２１は、各々映像信号供給回路３に接続され、映像信号供給回路３より出力される水平同期信号５，垂直同期信号６にそれぞれ同期してレーザ光を走査するように構成されている。

本実施形態における水平走査系１９及び垂直走査系２１などは、入射した光束を、１次方向及びその１次方向に略垂直な２次方向に走査させる光走査装置の一例である。

網膜走査型ディスプレイ１は、外光Ｌや後述する補助光源６４からの光等の光を透過可能なフィルタ６１を有している。フィルタ６１は、ハーフミラー６０を透過する、外光Ｌや補助光源６４からの光等の光の透過率を調整する透過率調整手段として機能する。フィルタ６１は映像信号供給回路３によって駆動される。

網膜走査型ディスプレイ１は、外光Ｌの強度を検知、測定する外光検知手段としてのフォトセンサ６２と、フォトセンサ６２によって検知された、外光Ｌの強度に応じた電流を電圧に変換するとともに映像信号供給回路３に出力する電圧変換回路６３とを有している。

網膜走査型ディスプレイ１は、フォトセンサ６２によって検知され電圧変換回路６３によって入力された、外光Ｌの強度に対応した電圧に応じて、映像信号供給回路３によって明滅駆動され白色光を発する補助光源６４と、補助光源６４の光をフィルタ６１及びハーフミラー６０を介して瞳孔２４内に導く導光板６５とを有している。

網膜走査型ディスプレイ１は、観察者の頭部に搭載する、ヘッドマウントディスプレイとも言われる頭部搭載型画像表示装置であって、例えば、めがね形状、ゴーグル形状、ヘルメット形状等の図示しない筐体に搭載され、観察者の頭部に装着されるようになっている。観察者の頭部に装着された状態で、ハーフミラー６０は観察者の瞳孔２４の正面に位置するようになっている。

図２を参照してフィルタ６１の構成及び制御の概略を説明する。フィルタ６１は、液晶を封じた図示しない液晶層と、液晶層に一体化された図示しない偏光フィルタとを有している。液晶は、通常の状態ではねじれる性質を持った、ねじれネマティック液晶といわれる液晶である。フィルタ６１は、普段は光を通すが、電圧を加えると液晶分子のねじれがなくなって光を通さなくなる、液晶シャッタといわれるものである。

フィルタ６１はマトリックス状に構成され、フィルタコントローラ６６により各ラインに対応した通電が行なわれることにより、内部の液晶分子の配列状態が変化し、所定部分の透過率が低下するようになっている。フィルタコントローラ６６により印加される通電電圧の大小により、透過率が調整され、電圧を大きくして透過率を最も低下させた状態では、完全に遮光される。

したがって、フィルタ６１は、フィルタコントローラ６６による駆動によって、光の透過率を部分的かつ階調自在に調整できるよう構成されている。このように、フィルタ６１は、フィルタコントローラ６６により電気的に制御される光のシャッタとなっている。フィルタコントローラ６６は、映像信号供給回路３によって構成されている。

映像信号供給回路３は、電圧変換回路６３によって入力された電流をＡ／Ｄ変換し、外光Ｌの強度を検出する。映像信号供給回路３は、検出した外光Ｌの強度に応じて補助光源６４を駆動する補助光源駆動回路としての機能を有している。

導光板６５は、補助光源６４が点灯状態となったときに、そのフィルタ６１側の面から補助光源６４の光をフィルタ６１に均一に照射する。フィルタ６１は上述のようにして全体又は部分的に光の透過率を調整され、これに応じて外光Ｌ及び／又は導光板６５からの光を透過する。ハーフミラー６０は、フィルタ６１を透過した光を透過し、凸レンズ５２を透過したレーザビームを反射し、これらの合成画像を観察者に画像として表示し、認識させる。

次に、本発明の一実施形態の網膜走査型ディスプレイ１が、外部からの映像信号を受けてから、観察者の網膜上に映像を投影するまでの過程について図１を用いて説明する。

網膜走査型ディスプレイ１では、光源ユニット部２に設けられた映像信号供給回路３が外部からの映像信号の供給を受けると、映像信号供給回路３は、赤，緑，青の各色のレーザ光出力を制御するためのＲ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号からなる映像信号４と、水平同期信号５と、垂直同期信号６とを出力する。

Ｒレーザドライバ１０，Ｇレーザドライバ９，Ｂレーザドライバ８は各々入力されたＲ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号に基づいてＲレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１に対してそれぞれの駆動信号を出力する。この駆動信号に基づいて、Ｒレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１はそれぞれ強度変調されたレーザ光を発生し、各々をコリメート光学系１４に出力する。

また、映像信号供給回路３は、後述するガルバノミラー１９ａの駆動状態を示すＢＤ信号（図示せず）に応じて、レーザ光を発生し、各々をコリメート光学系１４に出力するタイミングを制御する。つまり、このような網膜走査型ディスプレイ１（映像信号供給回路３）は、ガルバノミラー１９ａなどに光束を出射させるタイミングを制御することとなる。

発生されるレーザ光は、このコリメート光学系１４によってそれぞれが平行光にコリメートされ、さらに、ダイクロイックミラー１５に入射して１つの光束となるよう合波された後、ファイバ結合光学系１６によって光ファイバ１７に入射されるよう導かれる。

光ファイバ１７によって伝搬されたレーザ光は、光ファイバ１７からリレー光学系１８によって導かれて、波面曲率を調整されたうえで水平走査系１９に出射される。この出射されたレーザ光は、水平走査系１９のガルバノミラー１９ａの偏向面１９ｂに入射される。

ガルバノミラー１９ａの偏向面１９ｂに入射したレーザ光は水平同期信号５に同期して水平方向に走査されて第１リレー光学系２０を介し、垂直走査系２１のガルバノミラー２１ａの偏向面２１ｂに入射する。第１リレー光学系２０ではガルバノミラー１９ａの偏向面１９ｂとガルバノミラー２１ａの偏向面２１ｂとが共役の関係となるように調整されている。

ガルバノミラー２１ａは、ガルバノミラー１９ａが水平同期信号５に同期すると同様に垂直同期信号６に同期して、その偏向面２１ｂが入射光の水平方向出射角が変化するように往復振動をしており、このガルバノミラー２１ａによってレーザ光は垂直方向に走査される。

水平走査系１９及び垂直走査系２１によって水平方向及び垂直方向に、すなわち２次元に走査されたレーザ光は、ガルバノミラー２１ａの偏向面２１ｂと、観察者の瞳孔２４とが共役の関係となるように設けられた第２リレー光学系２２において、ハーフミラー６０によって反射されて、観察者の瞳孔２４へ入射され、網膜上に投影される。

観察者はこのように２次元走査されて網膜上に投影されたレーザ光による画像を認識することができる。この際、観察者は、波面曲率変調手段によって調整された波面曲率に応じて画像の表示距離を認識する。なお、水平走査系１９のガルバノミラー１９ａと、垂直走査系２１のガルバノミラー２１ａとは、名称を同じように説明したが、光を走査するようにその反射面が角度変化（振動、回転など）させられるものであれば、共振タイプ、非共振タイプ等、圧電駆動、電磁駆動、静電駆動等いずれの駆動方式によるものであってもよいことは言うまでもない。

観察者はこのようにしてレーザ光による画像を認識するが、既に述べたように、観察者が認識する画像は、レーザ光のみならず、ハーフミラー６０を透過した光による像も含む、これらの合成画像である。

図３を参照して、観察者が認識する画像の概略を説明する。

かかる画像７１は、フィルタ６１により外光Ｌの透過率を調整可能な領域に対応する領域Ａにおいて観察され、認識される。

領域Ａは、ハーフミラー６０が外光Ｌや導光板６５からの光を透過させながらレーザ光による画像である虚像を表示可能な領域に対応する第１の領域Ａ１と、領域Ａ１外に位置し外光Ｌや導光板６５からの光のみを透過する領域に対応する第２の領域Ａ２とを有している。領域Ａ１では虚像のみならず外光Ｌによって構成される実像をも観察可能であるから、実像は、領域Ａ１、Ａ２が完全に遮光されていない限り、領域Ａの全体で観察可能である。

フィルタ６１は、領域Ａにおいて外光Ｌの透過率を部分的に調整可能とされているため、領域Ａ１と領域Ａ２とのそれぞれで透過率を調整することが可能となっている。そこで、例えば、領域Ａ１の透過率より領域Ａ２の透過率を低下させて暗くすれば、観察者に、領域Ａ２によって囲まれた領域Ａ１を、虚像を表示可能な領域、例えばスクリーンのような領域として認識させることが可能である。なお、領域Ａ１を完全に遮光すれば虚像のみが見えるようにすることができ、また、領域Ａ１の透過率を調節して領域Ａ１内で実像がどの程度はっきり見えるかを制御することもできる。

図３（ａ）は、領域Ａ１の外縁と領域Ａ２の内縁が一致した態様となっている場合を示しており、図３（ｂ）は、領域Ａ２の内縁が領域Ａ１の外縁よりも僅かに内側に進入した態様となっている場合を示しており、図３（ｃ）は、領域Ａ２の内縁が領域Ａ１の外縁よりも僅かに外側に位置した態様となっている場合を示している。

このように、フィルタ６１により、領域Ａ２の透過率が領域Ａ１の透過率と異なるようにし、領域Ａ２の内縁の位置を調整することで、ハーフミラー６０が表示する虚像の表示領域Ａ１の外縁と同一又はほぼ等しい領域の透過率を調整すれば、観察者に、虚像を表示可能な領域を容易に認識させることができる。つまり、領域Ａ２の内縁の位置と領域Ａ１の外縁の位置とは一致していても、僅かにずれていても、領域Ａ１を容易に認識させることができる。このように、透過率の差を用いていわゆる縁取りを行なうことは、たとえば領域Ａ１の全体にテレビ番組や映画の映像を虚像として表示する場合に利用できる。

縁取りを利用可能なことは、図４（ａ）に示すように、領域Ａ１内に虚像Ｉを表示する場合においても同様である。すなわち、例えば虚像Ｉが、テレビ番組や映画の登場人物やキャラクターの場合には、その登場人物やキャラクターの動きに応じ、その表示部分を縁取るように透過率を高く、又は低く変更すれば、登場人物やキャラクターを際立たせることができる。透過率を調整する領域の位置、大きさ、範囲は、虚像Ｉの位置、大きさ、範囲に応じて変更可能である。

この場合、虚像Ｉの表示領域全体の透過率をその周りの透過率と異ならせても良いし、虚像Ｉの表示領域の外縁やその近傍のみの透過率をその周りの透過率と異ならせても良い。すなわち、フィルタ６１により、ハーフミラー６０が表示する虚像Ｉの表示領域と同一又はほぼ等しい領域の透過率を調整することを利用できる。

また、図４（ａ）では、領域Ａ１内の下縁部に、左右方向に亘って帯状の領域Ａ３を設け、領域Ａ３の透過率と他の領域の透過率を異ならせている。領域Ａ３は、例えば、テレビ番組や映画において、字幕が表示されている領域である。字幕は、周囲の映像に溶け込んで見えづらい場合がある。そこで、例えば字幕を輝度の高い文字で表示する場合には、字幕の表示領域Ａ３の透過率を他の領域の透過率より低くして暗くすることで、字幕を見え易くするなどの利用が可能である。

この場合、字幕と周囲の映像とのコントラストが低い場合のみ、領域Ａ３の透過率を低くするようにすることもできる。その他、表示領域Ａ３に表示される虚像の種類によっては、表示領域Ａ３の透過率をその他の領域の透過率より高くすることも可能である。領域Ａ３の位置、大きさ、範囲は虚像の位置、大きさ、範囲に応じて変更可能である。

図４（ｂ）に示すように、領域Ａ１において、領域Ａ３のみの透過率を低下させ、他の部分の透過率は最大にすることもできる。このように表示すれば、例えば、網膜走査型ディスプレイ１を博物館や美術館、その他劇場等における解説装置等に利用すれば、観察者が鑑賞している実像の解説を領域Ａ３に表示させることも可能である。また、手術時等に使用する頭部搭載型の医療用モニタとして網膜走査型ディスプレイ１を使用する際には、領域Ａ１において患者を観察しつつ領域Ａ３に心拍数、心電図等、患者の状態に関するデータをリアルタイム表示するようにすることも可能である。

また、同図には図示していないが、透過率が最大の領域Ａ１に上述した虚像Ｉを表示する場合には、たとえば、網膜走査型ディスプレイ１をゲーム機のディスプレイとして使用する際に、ゲームのキャラクター等を実像の中に存在しているように表示することも可能となる。この場合、上述したのと同様に、虚像Ｉの縁取りをするように透過率を低下させるようにしても良い。領域Ａ３には、ゲームの進行状況等を示す文字やデータ等を表示することも可能である。

このように、フィルタ６１による透過率の調整は、ハーフミラー６０によって表示する虚像の大きさ、位置、範囲に応じて行うことができるし、虚像によって表されるコンテンツの種類に応じて行うこともできる。例えば、上述のように、文字を輝度の高い状態で表示する場合には、その周囲の透過率を帯状に低下させて暗くすることが望ましく、また、人物等の場合には、その外縁の透過率を低下させて暗くすることが望ましい。さらに、文字を表示する場合には、その周囲の透過光を遮断するなど、コンテンツの種類によって透過率を異ならせることができる。

透過率は、波面曲率変調手段によって設定される、観察者が認識する虚像の表示距離に応じて調整することができる。また、同様に、虚像の大きさも表示距離も調整できる。

たとえば、かかる距離が近い場合には虚像の大きさを大きくするとともに透過率、特に虚像表示位置の透過率を下げる。これにより、大きく表示された虚像の向こう側の実像が見えにくくなって、虚像がはっきりと視認される。また、かかる距離が遠い場合には虚像の大きさを小さくするとともに透過率を下げる。これにより、小さくされた虚像の向こう側の実像が見え易くなって、実像と虚像とのコントラストが小さくり臨場感が向上する。

このように透過率や大きさを調整することで、波面変調によって表示される虚像及び虚像を含む画像全体を見たときの違和感が減じられ、また波面変調によって表示される虚像の質感が向上し、観察者による画像の臨場感、使用感、また場合に応じて視認性も向上する。

なお、フィルタ６１は、１枚に限らず、複数枚を搭載することができる。図４（ｃ）は、領域Ａ２及び虚像Ｉに対応する領域の透過率を低下させた状態を示しているが、例えば領域Ａ２のように、位置、大きさ、範囲の調整の頻度が比較的低く、ほぼ固定されている領域の透過率については、予め透過率を領域Ａ２に対応する部分において一定値に低下させるように構成した手動式のフィルタ６１を用い、手動でその配置を調整するようにし、また、例えば虚像Ｉのように、位置、大きさ、範囲の調整の頻度が比較的高い領域の透過率については、透過率の調整を、次に述べるように自動的に行われるようにすることができる。すなわち、フィルタ６１は複数枚でも良いし、また、適宜手動式、自動式のものを単独で、あるいは組み合わせて使用できる。

図５に、虚像の位置に応じて透過率の調整部を自動で調整する制御のフローチャートを示す。この処理は映像信号供給回路３にて行われる。映像信号供給回路３は、水平同期信号５、垂直同期信号６を出力するタイミングを基準として、外部から供給される映像信号に基づき、映像信号４を出力しＲレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１を発振させるまでの遅延時間Ｔｄを取得する。

取得した遅延時間Ｔｄと、かかるタイミングからの遅延時間デフォルト値ＴＤとを比較し（Ｓ１）、これらの等しくない場合には、虚像表示位置がデフォルト位置からずれていると判断し、Ｔｄ／ＴＤの比率にて、フィルタ６１による光の透過率の変更位置を調整する（Ｓ２）。これにより、虚像の位置に応じてフィルタ６１における透過率の調整部の位置を調整する。

図６に、虚像の大きさ、形状に応じて透過率の調整部を自動で調整する制御のフローチャートを示す。この処理は映像信号供給回路３にて行われる。映像信号供給回路３は、外部から供給される映像信号に基づき、虚像のアスペクト比を取得する。

取得したアスペクト比が４：３であるかを判断し（Ｓ３）、アスペクト比が４：３である場合には、フィルタ６１において領域Ａに対応する領域すなわち透過率を調整する領域のアスペクト比を４：３に設定し（Ｓ４）、アスペクト比が４：３でない場合には、フィルタ６１において領域Ａに対応する領域すなわち透過率を調整する領域のアスペクト比を１６：９などの所定比に変更する（Ｓ５）。

次いで、映像信号供給回路３は、外部から供給される映像信号に基づき、ガルバノミラー１９ａ、２１ａそれぞれの振幅ｗを取得する。取得した振幅ｗがそれぞれ振幅デフォルト値Ｗと等しいか判断し（Ｓ６）、等しくない場合には、ｗ／Ｗの比率にて、フィルタ６１において領域Ａに対応する領域すなわち透過率を調整する領域の大きさをそれぞれ調整する（Ｓ７）。

次いで、映像信号供給回路３は、図示しないセンサの信号に基づき、ハーフミラー６０の位置を基準としたフィルタ６１までの距離ｄを取得する。取得した距離ｄが距離デフォルト値Ｄと等しいか判断し（Ｓ８）、等しくない場合には、ｄ／Ｄの比率にて、フィルタ６１において領域Ａに対応する領域すなわち透過率を調整する領域の大きさをそれぞれ調整する（Ｓ９）。これにより、虚像の大きさ、形状に応じてフィルタ６１における透過率の調整部の大きさ、形状を調整する。

次に、フォトセンサ６２に関連した制御について述べる。

フィルタ６１による透過率の調整は、フォトセンサ６２によって検知した外光Ｌの強度によっても行なう。外光Ｌの強度が大きいときには、虚像が見えづらくなる。この場合、虚像の輝度を大きくすることで虚像を見え易くすることが可能であるが、輝度を大きくするにも限界がある。

そこで、フィルタ６１による透過率を低下させ、ハーフミラー６０を透過する外光Ｌの強度を弱めることで虚像を見え易くする。透過率の調整は、外光Ｌの強さに応じて、線形的に、あるいは段階的に行なうことが可能である。このことは他の場合においても同様である。

一方、外光Ｌの強度が小さいときには、領域Ａ２の透過率を領域Ａ１の透過率より低くすると、領域Ａ１との境界が分かりづらくなる。そこで、補助光源６４を点灯させ、領域Ａ２を明るくして、領域Ａ１の縁取りを行なう。

そのため、導光板６５によって、補助光源６４からの光を、領域Ａ２に対応する領域において輝度高く表示するべく、図７（ａ）に示すように、フィルタ６１による透過率を、領域Ａ２に対応する領域において最大にするなど高くするとともに、領域Ａ１に対応する領域においては領域Ａ２に対応する領域より低くすることで、領域Ａ２の輝度を領域Ａ１より高くし、観察者に領域Ａ１の範囲を認識させるようになっている。図７において、符号６７は、輝度を高くした領域を示している。

なお、このような調整を行なうのは、導光板６５の光の出射面を、領域Ａに対応する領域全体に対応した構成とした場合であるが、導光板６５は、虚像を観察者にとって見易くするためのものであるから、領域Ａ１が固定されている場合などには、例えば導光板６５の出射面を領域Ａ２のみに対応した配置とし、補助光源６４の発光時に、領域Ａ２の輝度を領域Ａ１より高くし、観察者に領域Ａ１の範囲を認識させるようにしても良い。

また導光板６５の配置は、虚像を観察者にとって見易くするために虚像の表示可能領域Ａ１外を照らすように構成したものであれば良いから、図７（ａ）に示したように領域Ａ１の周囲全体を囲むように照らすのに限られず、例えば図７（ｂ）に示すように領域Ａ１の下側のみを照らすなど、その照明位置は適宜選択されるものである。

このように、補助光源６４は、ハーフミラー６０によって表示される虚像の表示可能領域Ａ１外を照らし、虚像を観察し易くするようになっている。補助光源６４と導光板６５とは、虚像を観察し易くするためのバックライトとしての機能を担っている。

本形態の補助光源６４は、単体で白色光を発し、導光板６５を介して白色の照明を行なうものであるが、これに限らず、カラー照明が可能であるものであっても良い。たとえば、補助光源６４は、赤、緑、青の３原色をそれぞれ発光する光源を備えその混合色で白色を含むカラー照明を行なうことができるものとすることができる。

また、補助光源６４が白色光のみを発光する場合であっても、補助光源６４からハーフミラー６０に至る光路中にダイクロイックミラー、カラーフィルタ、カラー液晶パネル等を設ければ、カラー照明を行なうことができ、カラー液晶パネル等を備えれば、その表示領域内においてカラー像を自在に表示することが可能となる。このように領域Ａ２等の色を適宜変えて実像に色をつけることで、領域Ａ１の認識や虚像の認識が容易になる。

このように着色を行なう制御は、フォトセンサ６２による外光Ｌの強度の検知と関連付けて行なうことができる。例えば暗所で網膜走査型ディスプレイ１を使用する際に、補助光源６４を点灯した場合、輝度を低下させるように着色を行うようにすれば、眩しさが低減される。

着色を行なう制御は、フォトセンサ６２による外光Ｌの強度の検知と関連付けることなく行なっても良い。またカラー液晶パネル等を備えている構成であれば補助光源６４を点灯させることなく行ってもよい。領域Ａ２等の色を適宜変えることで、領域Ａ１の認識や虚像の認識が容易になるからである。

映像信号供給回路３は、外光Ｌの強度に対応した電圧の、時間当たりの変化に基づき、外光Ｌの変化率を測定する外光変化率測定手段としての機能を備えている。映像信号供給回路３は、外光Ｌの変化率よりも補助光源６４の輝度の変化率が緩やかになるよう、補助光源６４の駆動制御を行う。これにより、補助光源６４の輝度の急激な変化を低減し、眩しさを低減する。

たとえば、網膜走査型ディスプレイ１を使用しながら晴天の屋外から屋内に入った場合には、外光Ｌの強度は急に低下する。そのため、補助光源６４を点灯することとなるが、この際に補助光源６４の輝度をいきなり最大にすると、または、通常の制御によってその屋内の外光Ｌの強度に対応した輝度にすると、観察者が、観察している画像の変化に対応できない可能性がある。

そのため、補助光源６４の輝度を緩やか変化させ、その屋内の外光Ｌの強度に対応した輝度に徐々に近づけていくことで、観察者は、観察している画像の変化に対応することができるため、画像の視認性が向上する。補助光源６４の輝度の変化は、補助光源６４に供給する電圧の変化によって行っても良いし、フィルタ６１による透過率の変化によって行なっても良いし、上述の着色の変化によって行なっても良い。

また、例えば、屋内から晴天の屋外に出た場合には、外光Ｌによって観察者が眩しさを感じないように、フィルタ６１の透過率を大きく低下させてから、徐々に透過率を上昇させていくようにすることもできる。このように、外光Ｌの変化率よりもフィルタ６１を透過する光量の変化率が緩やかになるよう、フォトセンサ６２の検知に基づき、補助光源６４の駆動にかかわらず、フィルタ６１の透過率のみを調整することができる。

映像信号供給回路３は、外光Ｌの強度の急激な変化その他の事情により、網膜走査型ディスプレイ１を使用している観察者が何らかの不具合を感じた場合に、観察者の使用感を向上するため、フィルタ６１による透過率を、フィルタ６１の全体において最大又は最小とする切換手段としての機能を備えている。

切換手段は手動によって操作される図示しないスイッチによって作動するようになっており、観察者が必要に応じてスイッチを操作することで動作させることができるようになっている。

例えば、フィルタ６１による透過率が低くされ、実像が見えない、又は見にくい状態で網膜走査型ディスプレイ１を使用している場合に、実像を見る必要が生じたとき、スイッチが操作され切換手段が動作することで、網膜走査型ディスプレイ１を頭部から取り外すことなく、即座に実像を見ることができるようになる。

スイッチを操作したときにはこの操作が最優先し、スイッチの操作によって切換手段が動作すると、フォトセンサ６２の検知に基づくフィルタ６１の制御等は行われない状態とすることが好ましい。

補助光源６４の点灯はフォトセンサ６２による外光Ｌの強度の検知とは異なる条件で行なっても良い。例えば、時間以上網膜走査型ディスプレイ１を使用したこと、虚像の表示に不具合が出た場合など網膜走査型ディスプレイ１のいずれかの部位に不具合が生じたことなどを条件とすることができる。

すなわち、かかる条件に基づき、補助光源６４の点灯や、補助光源６４の点灯に伴う着色を行えば、ある時間以上網膜走査型ディスプレイ１を使用した旨の告知、網膜走査型ディスプレイ１のいずれかの部位に不具合が出た旨の告知等の告知を行なうことができる。このように、補助光源６４は、観察者に所定の告知を行なう告知手段として用いることができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

たとえば、上述の実施形態では、フィルタ６１による透過率の調整を、映像信号供給手段３の制御によって自動的に行なうようになっているが、フィルタ６１による透過率の調整は手動で行うようにしてもよい。たとえば、フィルタ６１をＮＤフィルタとし、ＮＤフィルタの枚数で透光率を調整してもよいし、手動でフィルタ６１を動かして透過率の調整位置を調整するようにしても良い。

フィルタ６１とハーフミラー６０との距離が変化するようにフィルタ６１の位置を調整できる場合には、この距離を検知するセンサを設け、図６に示した制御に供するほか、距離に基づいてフィルタ６１の透過率を変化させても良い。例えば、かかる距離が大きくなると、フィルタ６１の作用が低下する場合には、作用を維持するように透過率を調整する。

フィルタ６１と導光板６５との位置関係は逆であっても良く、例えば導光板６５をフィルタ６１よりもハーフミラー６０側に配置しても良い。

上述した実施形態においては、ビームを先に水平走査系１９によって水平方向に走査し、その後に、垂直走査系２１によって垂直方向に走査する構成であったが、これに限らず、ビームを先に垂直走査系によって垂直方向に走査し、その後に、水平走査系によって水平方向に走査する構成であってもよい。

上述した実施形態においては、眼の網膜上に画像を投影し、画像を表示する網膜走査型ディスプレイ１（網膜走査型の画像表示装置の一例）について説明したが、これに限らず、例えば、眼の網膜に画像を直接的に投影しなくても、シースルー型のスクリーン上などに投影表示するスクリーン走査型の画像表示装置、ディスプレイ等（画像表示装置の一例）に本発明を採用してもよい。また頭部搭載型以外の画像表示装置であっても良い。

本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

本実施形態における画像表示装置としての網膜走査型の画像表示装置を示す概略構成図である。 本実施形態における透過率調整手段の概略を示す平面図である。 本実施形態における透過率調整手段によって透過率を調整する態様の例を示す概略図である。 本実施形態における透過率調整手段によって、表示する画像の状態、種類に応じて透過率を調整する態様の例を示す概略図である。 本実施形態における透過率調整手段によって、虚像の表示位置に応じて透過率を調整する制御の例を示すフローチャートである。 本実施形態における透過率調整手段によって、虚像の大きさに応じて透過率を調整する制御の例を示すフローチャートである。 本実施形態における補助光源を用いて表示を行う例を示す概略図である。

符号の説明

１ 画像表示装置
３ 切換手段
１８ 波面曲率変調手段
６０ 画像表示手段
６１ 透過率調整手段
６２ 外光検知手段
６４ 補助光源、告知手段
Ａ 透過率を調整可能な領域
Ａ１ 第１の領域
Ａ２ 第２の領域
Ｉ 虚像
Ｌ 外光

Claims (16)

1. 外光を透過させながら所定の画像を表示可能な画像表示手段と、
   前記画像表示手段を透過する外光の透過率を調整する透過率調整手段とを有し、
   前記透過率調整手段により、前記透過率を調整可能な領域内において前記透過率を部分的に調整する画像表示装置。
2. 前記透過率調整手段により前記透過率を調整可能な領域は、前記画像表示手段が外光を透過させながら前記画像を表示可能な領域に対応する第１の領域と、前記第１の領域外に位置し外光のみを透過する領域に対応する第２の領域とを有し、前記透過率調整手段により、前記第１の領域と前記第２の領域とのそれぞれで前記透過率を調整することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記透過率調整手段により、前記画像表示手段が表示する前記画像の表示領域と同一またはほぼ等しい領域の前記透過率を調整することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記透過率調整手段により、前記画像表示手段が表示する前記画像の大きさに応じて前記透過率を調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
5. 前記透過率調整手段により、前記画像表示手段が表示する前記画像の位置に応じて前記透過率を調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
6. 前記透過率調整手段により、前記画像表示手段が表示する前記画像の種類に応じて前記透過率を調整することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
7. 前記画像が表示されていると認識される距離を調整するための波面曲率変調手段を備え、前記波面曲率変調手段によって設定される前記距離に応じて、前記透過率及び／又は前記画像表示手段が表示する前記画像の大きさを調整することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
8. 前記透過率調整手段による前記透過率を最大または最小とする切換手段を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
9. 外光の強度を検知する外光検知手段を有し、前記透過率調整手段により、前記外光検知手段が検知した外光の強度に応じて前記透過率を調整することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像表示装置。
10. 前記画像表示手段によって表示可能な画像の表示領域外を照らす補助光源を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像表示装置。
11. 前記画像表示手段によって表示可能な画像の表示領域外を照らす補助光源を有することを特徴とする請求項９記載の画像表示装置。
12. 前記外光検知手段により検知した外光の強度の変化率よりも前記補助光源の輝度の変化率を緩やかにしたことを特徴とする請求項１１記載の画像表示装置。
13. 前記補助光源によりカラー照明が可能であることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の画像表示装置。
14. 前記補助光源を、観察者に所定の告知を行なう告知手段として用いることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
15. 観察者の頭部に搭載する頭部搭載型画像表示装置であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
16. 前記画像表示手段は、画像信号に応じた光束を走査することによって画像を形成し、前記画像を眼の網膜に投影表示する網膜走査型画像表示装置であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の画像表示装置。

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