JP2004233867A - 画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】逆補正の補正特性を必要かつ十分な精度で変更することの可能な画像表示装置を提供する。
【解決手段】二次元表示素子（１１ａ）とその二次元表示素子（１１ａ）の表示画面の虚像を形成する接眼光学系（１１ｂ）とからなる表示部（１１）と、接眼光学系（１１ｂ）の収差及び／又はＭＴＦ特性に応じた逆補正を画像に施すと共に、その逆補正された画像（Ｉ）を二次元表示素子（１１ａ）の表示画面（Ｅ）に表示する回路部（１３）と、虚像の形成位置が観察者の眼の略前方となるよう表示部（１１）を観察者の頭部に装着可能な装着手段（１２）とを備え、観察者の眼を含む部分と表示部との位置関係又はその位置関係の変化のデータを取得する測定手段（１５）を更に備え、回路部（１３）は、測定手段（１５）が取得したデータに応じて逆補正の補正特性を変更する。
【選択図】 図２
【解決手段】二次元表示素子（１１ａ）とその二次元表示素子（１１ａ）の表示画面の虚像を形成する接眼光学系（１１ｂ）とからなる表示部（１１）と、接眼光学系（１１ｂ）の収差及び／又はＭＴＦ特性に応じた逆補正を画像に施すと共に、その逆補正された画像（Ｉ）を二次元表示素子（１１ａ）の表示画面（Ｅ）に表示する回路部（１３）と、虚像の形成位置が観察者の眼の略前方となるよう表示部（１１）を観察者の頭部に装着可能な装着手段（１２）とを備え、観察者の眼を含む部分と表示部との位置関係又はその位置関係の変化のデータを取得する測定手段（１５）を更に備え、回路部（１３）は、測定手段（１５）が取得したデータに応じて逆補正の補正特性を変更する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）など、観察者の頭部に装着可能であり、かつ観察者の眼の前方に画像を虚像として表示する画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＭＤには、観察者の眼の前方に画像を虚像として表示する表示部、及びその表示部を観察者の頭部に装着するための装着具が備えられる。表示部には、ＬＣＤなどの二次元表示素子と、レンズなどからなる接眼光学系とが備えられる（特許文献１など）。
【０００３】
ＨＭＤの接眼光学系は、レンズ枚数やサイズを抑える必要があるので、収差が残存する。このため、接眼光学系を介して観察される画像は歪曲したり、コントラスト（特に画像周辺部の高い空間周波数の絵柄のコントラスト）が低下したりすることがある。
【０００４】
それらの不都合を低減するため、接眼光学系の収差やＭＴＦ特性に応じた逆補正を施してから画像を表示する方法が発明された（特許文献２など）。
例えば、歪曲収差の影響で画像Ｉに生じる図１０（ａ）のような樽型の歪曲を低減するためには、図１０（ａ’）のような糸巻き型に逆補正された画像Ｉを表示すればよい。
【０００５】
また、歪曲収差の影響で画像Ｉに生じる図１０（ｂ）のような糸巻き型の歪曲を低減するためには、図１０（ｂ’）のような樽型に逆補正された画像Ｉを表示すればよい。何れの場合も観察者によって観察される画像Ｉの歪曲は、図１０（ｃ）のとおり低減される。
また、ＭＴＦ特性の影響で画像Ｉに生じるコントラストの低下を抑えるには、次のようにすればよい。
【０００６】
一般に、画像Ｉのコントラストの低下量は、図１０（ｄ）に示すように、画像Ｉの位置により異なる。因みに、空間周波数が高い絵柄ほど、また、画像Ｉの周辺部ほどコントラストは低くなる傾向にある。
したがって、逆補正では、図１０（ｅ）に示すように、空間周波数フィルタＦを画素毎に用意し、その空間周波数フィルタＦで局所積和演算を施して画素値を変換すればよい。因みに、空間周波数フィルタＦは、画像Ｉの周辺部の画素に用意されたものほど強いエッジ強調処理をする。
【０００７】
ところで、観察者の眼から見た画像Ｉの歪曲やコントラストは、眼と表示部との位置関係によって変化するので、逆補正の補正量は、使用状況に応じて変化させる必要がある。
特許文献３には、使用状況に対応するために、逆補正の補正量を観察者の視線の移動に追従して変化させるＨＭＤが開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−３２０４５３号公報
【特許文献２】
特開平９−６１７５０号公報
【特許文献３】
特開２００１−２７２９４１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に、観察者の視線は表示画面Ｅを見渡すだけでも極めて高速に移動するので、その移動に追従して画像Ｉを変化させると、観察者にとって必要以上の頻度で画像Ｉが変化し、ちらつき感を与える。
【００１０】
また、その移動に追従するためのデータ処理用の回路には、極めて高い処理能力の回路が必要となる。
そこで本発明は、逆補正の補正特性を必要かつ十分な精度で変更することの可能な画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の画像表示装置は、二次元表示素子と、その二次元表示素子の表示画面の虚像を形成する接眼光学系とからなる表示部と、前記接眼光学系の収差及び／又はＭＴＦ特性に応じた逆補正を画像に施すと共に、その逆補正された画像を前記二次元表示素子の表示画面に表示するように前記表示部を駆動する回路部と、前記虚像の形成位置が観察者の眼の略前方となるよう前記表示部を観察者の頭部に装着可能な装着手段とを備えた画像表示装置において、前記観察者の眼を含む部分と前記表示部との位置関係又はその位置関係の変化のデータを取得する測定手段を更に備え、前記回路部は、前記測定手段が取得した前記データに応じて前記逆補正の補正特性を変更することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の画像表示装置は、請求項１に記載の画像表示装置において、前記測定手段は、前記観察者の眼を含む部分と前記表示部の表示画面と略平行な方向に対する位置関係又はその位置関係の変化のデータを取得することを特徴とする。
請求項３に記載の画像表示装置は、請求項１又は請求項２に記載の画像表示装置において、前記測定手段は、前記観察者の眼を含む部分と前記表示部との距離又は距離の変化のデータを取得することを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の画像表示装置は、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の画像表示装置において、前記測定手段は、前記観察者の眼を含む部分と前記表示部との位置関係の代わりに、前記観察者の顔面、頭部、顔面の一部、頭部の一部の何れかと前記表示部との位置関係、又はその位置関係の変化のデータを取得することを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の画像表示装置は、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の画像表示装置において、前記装着手段は、前記観察者の眼を含む部分と前記表示部との位置関係を変更するための調整機構を更に備えたことを特徴とする。
請求項６に記載の画像表示装置は、請求項５に記載の画像表示装置において、前記測定手段は、前記調整機構の状態に基づいて、前記データを取得することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図１、図２、図３を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
本実施形態は、ＨＭＤの実施形態である。
【００１６】
図１は、本実施形態のＨＭＤ１０の外観図である。
図２は、ＨＭＤ１０の構成図である。
ＨＭＤ１０には、表示部１１、回路部１３、装着具１２が備えられる。なお、回路部１３は、表示部１１に固定されていても、装着具１２の何れかの箇所に固定されていても、またＨＭＤ１０の本体とは別体に用意されてもよい（図１では、不図示）。
【００１７】
表示部１１には、二次元表示素子（以下、液晶表示素子を用いて説明するが、ＬＣＤと略称する。）１１ａと接眼光学系１１ｂとが備えられる。
回路部１３は、ＬＣＤ１１ａの表示画面Ｅ上に画像Ｉを表示するための回路である。
回路部１３には、制御回路１３ａ、アナログ処理回路１３ｃ、Ａ／Ｄ変換回路１３ｄ、フレームメモリ１３ｅ、１３ｆ、画像処理回路１３ｇ、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）１３ｂ−１などが備えられる。
【００１８】
外部から回路部１３に入力される画像データ（一般に、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のそれぞれの動画像又は静止画像データである。）は、アナログ処理回路１３ｃ、Ａ／Ｄ変換回路１３ｄを介してフレームメモリ１３ｅに入力される。
フレームメモリ１３ｅに入力された画像データは、画像処理回路１３ｇにより画像処理された後、フレームメモリ１３ｆを介して表示部１１のＬＣＤ１１ａに送出される。
【００１９】
回路部１３内のこれら一連の処理は、制御回路１３ａによって制御される。
表示部１１内のＬＣＤ１１ａの表示画面Ｅ上には、回路部１３から入力された画像データに基づく画像Ｉが表示される。
表示部１１内の接眼光学系１１ｂは、ＬＣＤ１１ａの表示画面Ｅの虚像をＬＣＤ１１ａの背後に形成する。
【００２０】
すなわち、接眼光学系１１ｂは、ＬＣＤ１１ａの表示画面Ｅの各位置から射出する光束をそれぞれ平行光束に近づけて所定の位置（アイポイントＥ．Ｐ．）に導く。
装着具１２は、観察者の眼２の瞳の位置にアイポイントＥ．Ｐ．が位置するよう、その表示部１１を観察者の頭部に装着可能な構造をしている。
【００２１】
眼２の瞳の位置にアイポイントＥ．Ｐ．が配置された状態では、観察者にはＬＣＤ１１ａの表示画面Ｅが実際よりも遠方にあるように見える。
なお、本実施形態のＨＭＤ１０においては、眼２に対する表示部１１の位置関係を観察者が積極的に変更することができるよう、調整機構（図１符号１６，１７，１８，１９）が装着具１２に設けられる。
【００２２】
図１に符号１６，１７で示したのは蝶番機構であり、図１に符号１８，１９で示したのはスライド機構である。
例えば、装着具１２は、観察者の左右の耳にそれぞれ装着される耳かけ式のヘッドホン１２Ｒ、１２Ｌと、左右のヘッドホン１２Ｒ、１２Ｌを連結するリアアーム１２ｂと、リアアーム１２ｂに連結されたディスプレイアーム１２ｃからなる。表示部１１は、ディスプレイアーム１２ｃの先端部に固定される。
【００２３】
ディスプレイアーム１２ｃは蝶番機構１６，１７によって矢印Ｌ１、Ｌ２の方向に折り曲げ可能である。
ディスプレイアーム１２ｃはスライド機構１８，１９によって矢印Ｌ３，Ｌ４の方向に伸縮可能である。
蝶番機構１６，１７、及びスライド機構１８，１９を利用すれば、観察者は眼２に対する表示部１１の位置や姿勢を自在に変化させることができる。
【００２４】
また、蝶番機構１６，１７、及びスライド機構１８，１９を利用すれば、緊急時などにＨＭＤ１０を装着したままの状態で表示部１１のみを眼２の前から即座に外すこともできる。
なお、蝶番機構１６，１７、スライド機構１８，１９のうち一部しか設けられていなくても、表示部１１の位置や姿勢を或る程度の自由度で変化させることができる。
【００２５】
一方、蝶番機構やスライド機構の数を増やせば、さらに柔軟に位置関係を変化させることができる。
また、蝶番機構１６，１７の代わりにボールジョイント機構を利用することもできる。
ところで、本実施形態のＨＭＤ１０において、回路部１３内の画像処理回路１３ｇによる画像処理には、階調変換処理などの一般の処理の他、接眼光学系１１ｂの歪曲収差に応じた逆補正（以下、「逆歪曲補正」という。）、及び／又はＭＴＦ特性に応じた逆補正（以下、「逆ＭＴＦ補正」という。）を画像データに施す処理も含まれる。
【００２６】
以下、逆歪曲補正の処理が画像データに施される場合について説明する。
フレームメモリ１３ｅには、逆歪曲補正前の画像データが格納され、フレームメモリ１３ｆには、逆歪曲補正後の画像データが格納される。
ＬＵＴ１３ｂ−１には、逆歪曲補正の補正特性を示す情報が予め格納されている。
【００２７】
この逆歪曲補正の補正特性は、接眼光学系１１ｂから（接眼光学系１１ｂの設計データや測定データなどから）予め求まる。
ＬＵＴ１３ｂ−１のテーブルアドレス（ｘ，ｙ）は、逆歪曲補正後の画像データの画素アドレス（ｘ，ｙ）に対応づけられている。
テーブルアドレス（ｘ，ｙ）には、逆歪曲補正後の画像データの画素アドレス（ｘ，ｙ）に書き込まれるべき画素値を示す逆歪曲補正前の画像データの画素アドレス（ｘ’，ｙ’）の情報が格納されている。
【００２８】
制御回路１３ａは、ＬＵＴ１３ｂ−１のテーブルアドレス（ｘ，ｙ）にアクセスし、そのテーブルアドレス（ｘ，ｙ）に格納された画素アドレス（ｘ’，ｙ’）の情報を参照し、画像処理回路１３ｇに与える。
画像処理回路１３ｇは、フレームメモリ１３ｅの画像データの画素アドレス（ｘ’，ｙ’）の画素値を参照し、その画素値を、フレームメモリ１３ｆにおける画像データの画素アドレス（ｘ，ｙ）に書き込む。
【００２９】
以上の処理が、フレームメモリ１３ｆの画像データの全ての画素アドレス（ｘ，ｙ）について行われれば、１フレーム分の画像データの逆歪曲補正が終了する。
図２の右下には、以上の逆歪曲補正の結果、樽型に逆歪曲補正された画像Ｉを示した。
なお、接眼光学系１１ｂは、歪曲収差だけでなく倍率色収差も有するので、画像Ｉに生じる歪曲の程度は、色によって異なる。
【００３０】
したがって、画像ＩのＲ色の画像データ、Ｇ色の画像データ、Ｂ色の画像データの間では、逆歪曲補正に必要な補正特性が若干異なる。
このため、ＬＵＴ１３ｂ−１は、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の各画像データに対しそれぞれ用意され、かつ、制御回路１３ａ及び画像処理回路１３ｇはそれらＬＵＴ１３ｂ−１に基づき、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の各画像データに対しそれぞれ個別の逆歪曲補正を施すことが望ましい。
【００３１】
次に、観察者の眼２から見た画像Ｉの歪曲は、表示部１１に対する眼２の位置（以下、表示画面Ｅの上下及び左右方向の位置とする。）によって変化するので、逆歪曲補正の補正特性もその位置に応じて変化させる必要がある。
そこで、本実施形態のＨＭＤ１０には、以下のとおり自動制御の機能が付加される。
【００３２】
先ず、ＬＵＴ１３ｂ−１の他に、そのＬＵＴ１３ｂ−１と同様、逆歪曲補正の補正特性を格納したＬＵＴ１３ｂ−２，・・・がＨＭＤ１０に備えられる。但し、ＬＵＴ１３ｂ−１，１３ｂ−２，・・・の各々が格納している補正特性は、例えば図２右下に示すように互いに異なる（図２右下参照）。
また、ＨＭＤ１０には、カメラ（図１中符号１５）が設けられる。
【００３３】
カメラ１５が設けられるのは、表示部１１に対する眼２の輪郭の位置（表示画面Ｅの上下及び左右方向の位置）を測定するためである。
カメラ１５が固定されるのは、例えば、図１に示すように、表示部１１において眼２に対向する位置から若干外れた位置である。
このようなカメラ１５は、図３（ａ）に示すように例えば観察者の眼２の輪郭ｅｉを捉える。
【００３４】
このカメラ１５の出力から、図３（ｂ）に示すように眼２の輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）を示すデータが取得される。
カメラ１５の出力は、図２に示すように回路部１３に入力され、制御回路１３ａによって輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）が認識される（この認識にはパターン認識などの技術が用いられる。）。
【００３５】
制御回路１３ａは、眼２の輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）と、ＬＵＴ１３ｂ−１，１３ｂ−２，・・・のうちその輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）に対して最適なＬＵＴとの対応関係を予め記憶する（以下、輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）に対して最適なＬＵＴをＬＵＴ１３ｂ−ｉと記す。）。
制御回路１３ａは、カメラ１５の出力に基づいて認識した輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）と予め記憶したＬＵＴとの対応関係とに基づき、その認識した輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）に対して最適なＬＵＴ１３ｂ−ｉを選択使用して、逆歪曲補正を画像データに施す。
【００３６】
したがって、本実施形態のＨＭＤ１０では、表示部１１に対する眼２の全体の動きに追従して逆歪曲補正の補正特性が変化する。
仮に、観察者が表示画面Ｅを見渡すと、眼球運動が生じ眼２の視線（瞳の位置及び角度）が高速に移動する。
しかし、そのとき眼２の全体の位置が変化しなければ、本実施形態のＨＭＤ１０の画像Ｉは変化しない。
【００３７】
一方、眼２に対する表示部１１の位置や姿勢を観察者が変化させると、表示部１１に対する眼２の全体の位置が変化するので、本実施形態のＨＭＤ１０の画像Ｉは変化する。
したがって、本実施形態のＨＭＤ１０では、必要かつ十分な精度で逆歪曲補正の補正特性が変更される。
【００３８】
なお、本実施形態のＨＭＤ１０には、眼２を撮像するカメラ１５が用いられたが、観察者の顔面、頭部、顔面の一部（眉、鼻など）、頭部の一部（耳など）の何れかを撮像するカメラを用いてもよい。
［第１実施形態の変形例］
なお、第１実施形態では、逆歪曲補正の処理が画像データに施される場合についてのみ説明したが、以下のとおり逆ＭＴＦ補正の処理が画像データに施される場合にも、同様にしてその逆ＭＴＦ補正の補正特性を必要かつ十分な精度で変更することができる。
【００３９】
先ず、回路部１３には、逆ＭＴＦ補正の補正特性を示す情報が予め格納されたＬＵＴ１３ｈ−１が備えられる（図２点線部）。
この逆ＭＴＦ補正の補正特性は、接眼光学系１１ｂから（接眼光学系１１ｂの設計データや測定データなどから）予め求まる。
ＬＵＴ１３ｈ−１のテーブルアドレス（ｘ，ｙ）は、画像データの画素アドレス（ｘ，ｙ）に対応づけられている。
【００４０】
テーブルアドレス（ｘ，ｙ）には、画素アドレス（ｘ，ｙ）の画素に適用されるべき空間周波数フィルタＦ（ｘ，ｙ）の情報が格納されている。
制御回路１３ａは、ＬＵＴ１３ｈ−１のテーブルアドレス（ｘ，ｙ）にアクセスし、そのテーブルアドレス（ｘ，ｙ）に格納された空間周波数フィルタＦ（ｘ，ｙ）の情報を参照し、画像処理回路１３ｇに与える。
【００４１】
画像処理回路１３ｇは、フレームメモリ１３ｅにおける画像データの画素アドレス（ｘ，ｙ）及びその周辺アドレスの画素値を参照し、それら画素値に対し空間周波数フィルタＦ（ｘ，ｙ）による局所積和演算を施し、得られた値をフレームメモリ１３ｆにおける画像データの画素アドレス（ｘ，ｙ）に書き込む。
【００４２】
以上の処理が、画像データの全ての画素アドレス（ｘ，ｙ）について行われれば、１フレーム分の画像データの逆ＭＴＦ補正が終了する。
さらに、ＬＵＴ１３ｈ−１の他に、そのＬＵＴ１３ｈ−１と同様、逆ＭＴＦ補正の補正特性を格納したＬＵＴ１３ｈ−２，・・・がＨＭＤ１０に備えられる。但し、ＬＵＴ１３ｈ−１，１３ｈ−２，・・・の各々が格納している補正特性は、互いに異なる。
【００４３】
回路部１３内の制御回路１３ａは、眼２の輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）と、ＬＵＴ１３ｈ−１，１３ｈ−２，・・・のうちその輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）に対して最適なＬＵＴとの対応関係を予め記憶する（以下、輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）に対して最適なＬＵＴをＬＵＴ１３ｈ−ｉと記す。）。
制御回路１３ａは、カメラ１５の出力に基づいて認識した輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）と予め記憶したＬＵＴとの対応関係とに基づき、その認識した輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）に対して最適なＬＵＴ１３ｈ−ｉを選択使用して、逆ＭＴＦ補正を画像データに施す。
【００４４】
［第２実施形態］
以下、図４、図５、図６を参照して本発明の第２実施形態を説明する。
本実施形態は、ＨＭＤの実施形態である。ここでは、第１実施形態のＨＭＤ１０との相違点についてのみ説明し、その他の説明を省略する。
図４は、本実施形態のＨＭＤ２０の外観図である。
【００４５】
図５は、ＨＭＤ２０の構成図である。
本実施形態のＨＭＤ２０は、第１実施形態のＨＭＤ１０において、測定手段として、カメラ１５に代えて測距センサ２５（後述）が備えられ、回路部１３に代えて回路部２３が備えられたものである。
【００４６】
回路部２３は、回路部１３において制御回路１３ａに代えて制御回路２３ａが備えられたものである。
また、回路部２３には、第１実施形態の変形例と同様のＬＵＴ１３ｈ−１（逆ＭＴＦ補正の補正特性を示す情報が格納されたＬＵＴである。）が備えられる。
ここで、観察者の眼２から見た画像Ｉのコントラストは、表示部１１の所定箇所から眼２までの距離Ｌｉによって変化するので、逆ＭＴＦ補正の補正特性もその距離Ｌｉに応じて変化させる必要がある。
【００４７】
例えば、眼２がアイポイントＥ．Ｐ．にあるとき（図６（ａ））と比較して、距離Ｌｉが大きいとき（図６（ｂ））には、接眼光学系１１ｂの周辺部を透過した光が眼２に入射するので、画像Ｉのコントラストは悪化する。
そこで、本実施形態のＨＭＤ２０には、以下のとおり自動制御の機能が付加される。
【００４８】
先ず、ＬＵＴ１３ｈ−１の他に、そのＬＵＴ１３ｈ−１と同様、逆ＭＴＦ補正の補正特性を格納したＬＵＴ１３ｈ−２，・・・がＨＭＤ２０に備えられる。但し、ＬＵＴ１３ｈ−１，１３ｈ−２，・・・の各々が格納している補正特性は、互いに異なる。
制御回路２３ａは、距離Ｌｉと、ＬＵＴ１３ｈ−１，１３ｈ−２，・・・のうちその距離Ｌｉに対して最適なＬＵＴとの対応関係を予め記憶する（以下、距離Ｌｉに対して最適なＬＵＴをＬＵＴ１３ｈ−ｉと記す。）。
【００４９】
測距センサ２５は、例えば、図４に示すように、表示部１１において眼２に対して正面に対向する位置から若干外れた位置に固定される。
この測距センサ２５によれば、表示部１１の所定箇所から眼２の周辺部までの距離Ｌｉを示すデータが取得される。
取得されたデータは、図５に示すように回路部２３に入力され、制御回路２３ａによって距離Ｌｉが認識される。
【００５０】
制御回路２３ａは、測距センサ２５の出力に基づいて認識した距離Ｌｉと予め記憶した対応関係とに基づき、その認識した距離Ｌｉに対して最適なＬＵＴ１３ｈ−ｉを選択使用して、逆ＭＴＦ補正を画像データに施す。
したがって、本実施形態のＨＭＤ２０では、表示部１１と眼２との距離の変化に追従して逆ＭＴＦ補正の補正特性が変化する。
【００５１】
仮に、観察者が表示画面Ｅを見渡すと、眼球運動が生じ眼２の視線（瞳の位置及び角度）が高速に移動する。
しかし、そのとき眼２と表示部１１との距離が変化しなければ、本実施形態のＨＭＤ２０の画像Ｉは変化しない。
一方、眼２に対する表示部１１の位置や姿勢を観察者が変化させると、眼２と表示部１１との距離が変化するので、本実施形態のＨＭＤ１０の画像Ｉは変化する。
【００５２】
したがって、本実施形態のＨＭＤ２０では、必要かつ十分な精度で逆ＭＴＦ補正の補正特性が変更される。
なお、本実施形態のＨＭＤ２０には、眼２の周辺部を測距対象とする測距センサ２５が用いられたが、観察者の顔面、頭部、顔面の一部（眉、鼻など）、頭部の一部（耳など）の何れかを測距対象とする測距センサを用いてもよい。
【００５３】
［第２実施形態の変形例］
なお、第２実施形態では、逆ＭＴＦ補正の処理が画像データに施される場合についてのみ説明したが、以下のとおり逆歪曲補正の処理が画像データに施される場合にも、同様にしてその逆歪曲補正の補正特性を必要かつ十分な精度で変更することができる。
【００５４】
先ず、回路部２３には、逆歪曲補正の補正特性を示す情報が予め格納されたＬＵＴ１３ｂ−１が備えられる（図５点線部）。
制御回路２３ａ及び画像処理回路１３ｇは、ＬＵＴ１３ｂ−１に基づき第１実施形態の制御回路１３ａと同様に画像データに逆歪曲補正を施す。
【００５５】
さらに、ＬＵＴ１３ｂ−１の他に、そのＬＵＴ１３ｂ−１と同様、逆歪曲補正の補正特性を格納したＬＵＴ１３ｂ−２，・・・がＨＭＤ１０に備えられる。但し、ＬＵＴ１３ｂ−１，１３ｂ−２，・・・の各々が格納している補正特性は、互いに異なる。
制御回路２３ａは、距離Ｌｉと、ＬＵＴ１３ｂ−１，１３ｂ−２，・・・のうちその距離Ｌｉに対して最適なＬＵＴとの対応関係を予め記憶する（以下、距離Ｌｉに対して最適なＬＵＴをＬＵＴ１３ｂ−ｉと記す。）。
【００５６】
制御回路２３ａは、測距センサ２５の出力に基づいて認識した距離Ｌｉと予め記憶した対応関係とに基づき、その認識した距離Ｌｉに対して最適なＬＵＴ２３ｂ−ｉを選択使用して、逆歪曲補正を画像データに施す。
［第３実施形態］
以下、図７を参照して本発明の第３実施形態を説明する。
【００５７】
本実施形態は、ＨＭＤの実施形態である。ここでは、第２実施形態のＨＭＤ２０との相違点についてのみ説明し、その他の説明を省略する。
図７は、本実施形態のＨＭＤ３０の外観図である。
本実施形態のＨＭＤ３０は、第２実施形態（又はその変形例）のＨＭＤ２０において、測距センサ２５に代えて位置センサ３５が用いられたものである。
【００５８】
位置センサ３５は、例えば、スライド機構１８の近傍に設けられ、ディスプレイアーム１２ｃの伸縮位置を示すデータを生成する。
よって、この位置センサ３５によれば、表示部１１から眼２までの距離Ｌｉを示すデータが、間接的に取得される。
位置センサ３５によれば、第２実施形態の測距センサ２５ほど精度は高くはないものの、距離Ｌｉを測定することができる。
【００５９】
したがって、本実施形態のＨＭＤ３０においても、必要かつ十分な精度で逆歪曲補正（又は逆ＭＴＦ補正）の補正特性が変更される。
また、同様に、第１実施形態（又はその変形例）のＨＭＤ１０においても、カメラ１５に代えて位置センサ３５を用いることもできる。
なお、本実施形態では、スライド機構１８の近傍にのみセンサ（位置センサ）を設けたが、蝶番機構１６，蝶番機構１７，スライド機構１９のうち少なくとも１つの近傍にもセンサ（蝶番機構の回動角度を検出する角度センサや、スライド機構の伸縮位置を検出する位置センサ）を設け、測定精度を向上させてもよい。
【００６０】
［第４実施形態］
以下、図８、図９を参照して本発明の第４実施形態を説明する。
本実施形態は、第１実施形態のＨＭＤ１０の変形例である。ここでは、第１実施形態のＨＭＤ１０との相違点についてのみ説明し、その他の説明を省略する。
また、第２実施形態のＨＭＤ２０や第３実施形態のＨＭＤ３０を同様に変形することも可能である。
【００６１】
図８は、本実施形態のＨＭＤ４０の外観図である。
図９は、ＨＭＤ４０の構成図である。
本実施形態のＨＭＤ４０は、第１実施形態のＨＭＤ１０において、オフセット釦４５が備えられ、回路部１３に代えて回路部４３が備えられたものである。
回路部４３は、回路部１３において制御回路１３ａに代えて制御回路４３ａが備えられたものである。
【００６２】
オフセット釦４５は、例えば、一方のヘッドホン（図８では、ヘッドホン１２Ｌ）などに設けられる。
オフセット釦４５は、押しボタン式のスイッチであり、観察者により操作された時点で信号を生成する。
このオフセット釦４５において生成された信号は、図９に示すように回路部４３に入力され、制御回路４３ａによって認識される。
【００６３】
以上の構成のＨＭＤ４０では、不図示の電源がオンされると、制御回路４３ａは、複数のＬＵＴ１３ｂ−１，１３ｂ−２・・・のうち標準のＬＵＴ１３ｂ−ｊを選択使用して画像データを逆歪曲補正する。
ＨＭＤ４０を装着した観察者は、装着具１２の各部を調整して表示部１１の角度や位置を調整する。そして、快適に画像Ｉが視認できた（画像Ｉが歪み無く見えたと認識した）時点で、観察者はオフセット釦４５を操作する。
【００６４】
制御回路４３ａは、オフセット釦４５が操作された時点でカメラ１５の出力を参照し、その時点における眼２の輪郭ｅｉの位置を基準位置（Ｘ０，Ｙ０）とみなす。
その後、制御回路４３ａは、カメラ１５の出力に基づいて認識した輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）が、基準位置（Ｘ０，Ｙ０）からどれだけずれているかに応じて、ＬＵＴ１３ｂ−１，１３ｂ−２・・・を選択使用して、逆歪曲補正を画像データに施す。
【００６５】
このようなＨＭＤ４０は、個々の観察者の眼２の位置の相違や、個々の観察者の好みの相違などに対応することができる。
なお、本実施形態のＨＭＤ４０においても、測定手段として、カメラ１５に代えて測距センサ２５（図４，図５参照）、又は位置センサ３５（図７参照）を用いることができる。
【００６６】
また、本実施形態のＨＭＤ４０の上記動作は、位置（Ｘｉ，Ｙｉ）のデータ，又は距離Ｌｉのデータを取得しなくとも、オフセット釦４５が操作された時点からの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）の変化のデータ、又は距離Ｌｉの変化のデータさえ取得できれば実現可能である。
したがって、本実施形態のＨＭＤ４０においては、各測定手段を簡略化することができる。
【００６７】
すなわち、伸縮位置を検出する位置センサ３５（図７参照）については、伸縮量を測定するだけのエンコーダに簡略化することができる。また、回動角度を検出する角度センサについては、角度を測定するだけのエンコーダに簡略化することができる。
［その他］
また、上記各実施形態の何れかのＨＭＤにおいては、回路部に不揮発性のメモリを使用すれば、電源がオフされる直前の設定を記憶し、電源オンされた直後にその設定を再現するよう制御回路を動作させることも可能である。
【００６８】
また、上記各実施形態の何れかのＨＭＤにおいては、装着具１２の各調整機構を電動化すれば、表示部１１の位置や姿勢などの設定までも、記憶し再現するよう制御回路を動作させることが可能である。
また、本発明は、上記実施形態のＨＭＤのように逆補正の補正特性が可変なＨＭＤだけでなく、補正量のみが可変なＨＭＤにも適用可能である。
【００６９】
また、上記各実施形態のＨＭＤは、補正特性をＬＵＴとして記憶しているが、補正特性が数式として記憶されていてもよいことは言うまでもない。一般に、複雑な補正特性であればＬＵＴとして、単純な補正特性であれば数式として記憶されることが望ましい。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したとおり本発明によれば、逆補正の補正特性を必要かつ十分な精度で変更することの可能な画像表示装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のＨＭＤ１０の外観図である。
【図２】ＨＭＤ１０の構成図である。
【図３】カメラ１５を説明する図である。
【図４】第２実施形態のＨＭＤ２０の外観図である。
【図５】ＨＭＤ２０の構成図である。
【図６】距離Ｌｉと画像Ｉとの関係を説明する図である。
【図７】第３実施形態のＨＭＤ３０の外観図である。
【図８】第４実施形態のＨＭＤ４０の外観図である。
【図９】ＨＭＤ４０の構成図である。
【図１０】逆補正を説明する図である。
【符号の説明】
２ 眼
１０，２０，３０，４０ ＨＭＤ（画像表示装置に対応。）
１３，２３，３３，４３ 回路部（回路部に対応。）
１３ａ，２３ａ，４３ａ 制御回路
１３ｃ アナログ処理回路
１３ｄ Ａ／Ｄ変換回路
１３ｅ，１３ｆ フレームメモリ
１３ｇ 画像処理回路
１１ 表示部（表示部に対応。）
１１ａ ＬＣＤ（二次元表示素子に対応。）
１１ｂ 接眼光学系
１２ 装着具（装着手段に対応。）
１２Ｌ，１２Ｒ ヘッドホン
１２ｂ リアアーム
１２ｃ ディスプレイアーム
１５ カメラ（測定手段に対応。）
１６，１７ 蝶番機構（調整機構に対応。）
１８，１９ スライド機構（調整機構に対応。）
２５ 測距センサ（測定手段に対応。）
３５ 位置センサ（測定手段に対応。）
４５ オフセット釦
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）など、観察者の頭部に装着可能であり、かつ観察者の眼の前方に画像を虚像として表示する画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＭＤには、観察者の眼の前方に画像を虚像として表示する表示部、及びその表示部を観察者の頭部に装着するための装着具が備えられる。表示部には、ＬＣＤなどの二次元表示素子と、レンズなどからなる接眼光学系とが備えられる（特許文献１など）。
【０００３】
ＨＭＤの接眼光学系は、レンズ枚数やサイズを抑える必要があるので、収差が残存する。このため、接眼光学系を介して観察される画像は歪曲したり、コントラスト（特に画像周辺部の高い空間周波数の絵柄のコントラスト）が低下したりすることがある。
【０００４】
それらの不都合を低減するため、接眼光学系の収差やＭＴＦ特性に応じた逆補正を施してから画像を表示する方法が発明された（特許文献２など）。
例えば、歪曲収差の影響で画像Ｉに生じる図１０（ａ）のような樽型の歪曲を低減するためには、図１０（ａ’）のような糸巻き型に逆補正された画像Ｉを表示すればよい。
【０００５】
また、歪曲収差の影響で画像Ｉに生じる図１０（ｂ）のような糸巻き型の歪曲を低減するためには、図１０（ｂ’）のような樽型に逆補正された画像Ｉを表示すればよい。何れの場合も観察者によって観察される画像Ｉの歪曲は、図１０（ｃ）のとおり低減される。
また、ＭＴＦ特性の影響で画像Ｉに生じるコントラストの低下を抑えるには、次のようにすればよい。
【０００６】
一般に、画像Ｉのコントラストの低下量は、図１０（ｄ）に示すように、画像Ｉの位置により異なる。因みに、空間周波数が高い絵柄ほど、また、画像Ｉの周辺部ほどコントラストは低くなる傾向にある。
したがって、逆補正では、図１０（ｅ）に示すように、空間周波数フィルタＦを画素毎に用意し、その空間周波数フィルタＦで局所積和演算を施して画素値を変換すればよい。因みに、空間周波数フィルタＦは、画像Ｉの周辺部の画素に用意されたものほど強いエッジ強調処理をする。
【０００７】
ところで、観察者の眼から見た画像Ｉの歪曲やコントラストは、眼と表示部との位置関係によって変化するので、逆補正の補正量は、使用状況に応じて変化させる必要がある。
特許文献３には、使用状況に対応するために、逆補正の補正量を観察者の視線の移動に追従して変化させるＨＭＤが開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−３２０４５３号公報
【特許文献２】
特開平９−６１７５０号公報
【特許文献３】
特開２００１−２７２９４１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に、観察者の視線は表示画面Ｅを見渡すだけでも極めて高速に移動するので、その移動に追従して画像Ｉを変化させると、観察者にとって必要以上の頻度で画像Ｉが変化し、ちらつき感を与える。
【００１０】
また、その移動に追従するためのデータ処理用の回路には、極めて高い処理能力の回路が必要となる。
そこで本発明は、逆補正の補正特性を必要かつ十分な精度で変更することの可能な画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の画像表示装置は、二次元表示素子と、その二次元表示素子の表示画面の虚像を形成する接眼光学系とからなる表示部と、前記接眼光学系の収差及び／又はＭＴＦ特性に応じた逆補正を画像に施すと共に、その逆補正された画像を前記二次元表示素子の表示画面に表示するように前記表示部を駆動する回路部と、前記虚像の形成位置が観察者の眼の略前方となるよう前記表示部を観察者の頭部に装着可能な装着手段とを備えた画像表示装置において、前記観察者の眼を含む部分と前記表示部との位置関係又はその位置関係の変化のデータを取得する測定手段を更に備え、前記回路部は、前記測定手段が取得した前記データに応じて前記逆補正の補正特性を変更することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の画像表示装置は、請求項１に記載の画像表示装置において、前記測定手段は、前記観察者の眼を含む部分と前記表示部の表示画面と略平行な方向に対する位置関係又はその位置関係の変化のデータを取得することを特徴とする。
請求項３に記載の画像表示装置は、請求項１又は請求項２に記載の画像表示装置において、前記測定手段は、前記観察者の眼を含む部分と前記表示部との距離又は距離の変化のデータを取得することを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の画像表示装置は、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の画像表示装置において、前記測定手段は、前記観察者の眼を含む部分と前記表示部との位置関係の代わりに、前記観察者の顔面、頭部、顔面の一部、頭部の一部の何れかと前記表示部との位置関係、又はその位置関係の変化のデータを取得することを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の画像表示装置は、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の画像表示装置において、前記装着手段は、前記観察者の眼を含む部分と前記表示部との位置関係を変更するための調整機構を更に備えたことを特徴とする。
請求項６に記載の画像表示装置は、請求項５に記載の画像表示装置において、前記測定手段は、前記調整機構の状態に基づいて、前記データを取得することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図１、図２、図３を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
本実施形態は、ＨＭＤの実施形態である。
【００１６】
図１は、本実施形態のＨＭＤ１０の外観図である。
図２は、ＨＭＤ１０の構成図である。
ＨＭＤ１０には、表示部１１、回路部１３、装着具１２が備えられる。なお、回路部１３は、表示部１１に固定されていても、装着具１２の何れかの箇所に固定されていても、またＨＭＤ１０の本体とは別体に用意されてもよい（図１では、不図示）。
【００１７】
表示部１１には、二次元表示素子（以下、液晶表示素子を用いて説明するが、ＬＣＤと略称する。）１１ａと接眼光学系１１ｂとが備えられる。
回路部１３は、ＬＣＤ１１ａの表示画面Ｅ上に画像Ｉを表示するための回路である。
回路部１３には、制御回路１３ａ、アナログ処理回路１３ｃ、Ａ／Ｄ変換回路１３ｄ、フレームメモリ１３ｅ、１３ｆ、画像処理回路１３ｇ、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）１３ｂ−１などが備えられる。
【００１８】
外部から回路部１３に入力される画像データ（一般に、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のそれぞれの動画像又は静止画像データである。）は、アナログ処理回路１３ｃ、Ａ／Ｄ変換回路１３ｄを介してフレームメモリ１３ｅに入力される。
フレームメモリ１３ｅに入力された画像データは、画像処理回路１３ｇにより画像処理された後、フレームメモリ１３ｆを介して表示部１１のＬＣＤ１１ａに送出される。
【００１９】
回路部１３内のこれら一連の処理は、制御回路１３ａによって制御される。
表示部１１内のＬＣＤ１１ａの表示画面Ｅ上には、回路部１３から入力された画像データに基づく画像Ｉが表示される。
表示部１１内の接眼光学系１１ｂは、ＬＣＤ１１ａの表示画面Ｅの虚像をＬＣＤ１１ａの背後に形成する。
【００２０】
すなわち、接眼光学系１１ｂは、ＬＣＤ１１ａの表示画面Ｅの各位置から射出する光束をそれぞれ平行光束に近づけて所定の位置（アイポイントＥ．Ｐ．）に導く。
装着具１２は、観察者の眼２の瞳の位置にアイポイントＥ．Ｐ．が位置するよう、その表示部１１を観察者の頭部に装着可能な構造をしている。
【００２１】
眼２の瞳の位置にアイポイントＥ．Ｐ．が配置された状態では、観察者にはＬＣＤ１１ａの表示画面Ｅが実際よりも遠方にあるように見える。
なお、本実施形態のＨＭＤ１０においては、眼２に対する表示部１１の位置関係を観察者が積極的に変更することができるよう、調整機構（図１符号１６，１７，１８，１９）が装着具１２に設けられる。
【００２２】
図１に符号１６，１７で示したのは蝶番機構であり、図１に符号１８，１９で示したのはスライド機構である。
例えば、装着具１２は、観察者の左右の耳にそれぞれ装着される耳かけ式のヘッドホン１２Ｒ、１２Ｌと、左右のヘッドホン１２Ｒ、１２Ｌを連結するリアアーム１２ｂと、リアアーム１２ｂに連結されたディスプレイアーム１２ｃからなる。表示部１１は、ディスプレイアーム１２ｃの先端部に固定される。
【００２３】
ディスプレイアーム１２ｃは蝶番機構１６，１７によって矢印Ｌ１、Ｌ２の方向に折り曲げ可能である。
ディスプレイアーム１２ｃはスライド機構１８，１９によって矢印Ｌ３，Ｌ４の方向に伸縮可能である。
蝶番機構１６，１７、及びスライド機構１８，１９を利用すれば、観察者は眼２に対する表示部１１の位置や姿勢を自在に変化させることができる。
【００２４】
また、蝶番機構１６，１７、及びスライド機構１８，１９を利用すれば、緊急時などにＨＭＤ１０を装着したままの状態で表示部１１のみを眼２の前から即座に外すこともできる。
なお、蝶番機構１６，１７、スライド機構１８，１９のうち一部しか設けられていなくても、表示部１１の位置や姿勢を或る程度の自由度で変化させることができる。
【００２５】
一方、蝶番機構やスライド機構の数を増やせば、さらに柔軟に位置関係を変化させることができる。
また、蝶番機構１６，１７の代わりにボールジョイント機構を利用することもできる。
ところで、本実施形態のＨＭＤ１０において、回路部１３内の画像処理回路１３ｇによる画像処理には、階調変換処理などの一般の処理の他、接眼光学系１１ｂの歪曲収差に応じた逆補正（以下、「逆歪曲補正」という。）、及び／又はＭＴＦ特性に応じた逆補正（以下、「逆ＭＴＦ補正」という。）を画像データに施す処理も含まれる。
【００２６】
以下、逆歪曲補正の処理が画像データに施される場合について説明する。
フレームメモリ１３ｅには、逆歪曲補正前の画像データが格納され、フレームメモリ１３ｆには、逆歪曲補正後の画像データが格納される。
ＬＵＴ１３ｂ−１には、逆歪曲補正の補正特性を示す情報が予め格納されている。
【００２７】
この逆歪曲補正の補正特性は、接眼光学系１１ｂから（接眼光学系１１ｂの設計データや測定データなどから）予め求まる。
ＬＵＴ１３ｂ−１のテーブルアドレス（ｘ，ｙ）は、逆歪曲補正後の画像データの画素アドレス（ｘ，ｙ）に対応づけられている。
テーブルアドレス（ｘ，ｙ）には、逆歪曲補正後の画像データの画素アドレス（ｘ，ｙ）に書き込まれるべき画素値を示す逆歪曲補正前の画像データの画素アドレス（ｘ’，ｙ’）の情報が格納されている。
【００２８】
制御回路１３ａは、ＬＵＴ１３ｂ−１のテーブルアドレス（ｘ，ｙ）にアクセスし、そのテーブルアドレス（ｘ，ｙ）に格納された画素アドレス（ｘ’，ｙ’）の情報を参照し、画像処理回路１３ｇに与える。
画像処理回路１３ｇは、フレームメモリ１３ｅの画像データの画素アドレス（ｘ’，ｙ’）の画素値を参照し、その画素値を、フレームメモリ１３ｆにおける画像データの画素アドレス（ｘ，ｙ）に書き込む。
【００２９】
以上の処理が、フレームメモリ１３ｆの画像データの全ての画素アドレス（ｘ，ｙ）について行われれば、１フレーム分の画像データの逆歪曲補正が終了する。
図２の右下には、以上の逆歪曲補正の結果、樽型に逆歪曲補正された画像Ｉを示した。
なお、接眼光学系１１ｂは、歪曲収差だけでなく倍率色収差も有するので、画像Ｉに生じる歪曲の程度は、色によって異なる。
【００３０】
したがって、画像ＩのＲ色の画像データ、Ｇ色の画像データ、Ｂ色の画像データの間では、逆歪曲補正に必要な補正特性が若干異なる。
このため、ＬＵＴ１３ｂ−１は、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の各画像データに対しそれぞれ用意され、かつ、制御回路１３ａ及び画像処理回路１３ｇはそれらＬＵＴ１３ｂ−１に基づき、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の各画像データに対しそれぞれ個別の逆歪曲補正を施すことが望ましい。
【００３１】
次に、観察者の眼２から見た画像Ｉの歪曲は、表示部１１に対する眼２の位置（以下、表示画面Ｅの上下及び左右方向の位置とする。）によって変化するので、逆歪曲補正の補正特性もその位置に応じて変化させる必要がある。
そこで、本実施形態のＨＭＤ１０には、以下のとおり自動制御の機能が付加される。
【００３２】
先ず、ＬＵＴ１３ｂ−１の他に、そのＬＵＴ１３ｂ−１と同様、逆歪曲補正の補正特性を格納したＬＵＴ１３ｂ−２，・・・がＨＭＤ１０に備えられる。但し、ＬＵＴ１３ｂ−１，１３ｂ−２，・・・の各々が格納している補正特性は、例えば図２右下に示すように互いに異なる（図２右下参照）。
また、ＨＭＤ１０には、カメラ（図１中符号１５）が設けられる。
【００３３】
カメラ１５が設けられるのは、表示部１１に対する眼２の輪郭の位置（表示画面Ｅの上下及び左右方向の位置）を測定するためである。
カメラ１５が固定されるのは、例えば、図１に示すように、表示部１１において眼２に対向する位置から若干外れた位置である。
このようなカメラ１５は、図３（ａ）に示すように例えば観察者の眼２の輪郭ｅｉを捉える。
【００３４】
このカメラ１５の出力から、図３（ｂ）に示すように眼２の輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）を示すデータが取得される。
カメラ１５の出力は、図２に示すように回路部１３に入力され、制御回路１３ａによって輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）が認識される（この認識にはパターン認識などの技術が用いられる。）。
【００３５】
制御回路１３ａは、眼２の輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）と、ＬＵＴ１３ｂ−１，１３ｂ−２，・・・のうちその輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）に対して最適なＬＵＴとの対応関係を予め記憶する（以下、輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）に対して最適なＬＵＴをＬＵＴ１３ｂ−ｉと記す。）。
制御回路１３ａは、カメラ１５の出力に基づいて認識した輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）と予め記憶したＬＵＴとの対応関係とに基づき、その認識した輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）に対して最適なＬＵＴ１３ｂ−ｉを選択使用して、逆歪曲補正を画像データに施す。
【００３６】
したがって、本実施形態のＨＭＤ１０では、表示部１１に対する眼２の全体の動きに追従して逆歪曲補正の補正特性が変化する。
仮に、観察者が表示画面Ｅを見渡すと、眼球運動が生じ眼２の視線（瞳の位置及び角度）が高速に移動する。
しかし、そのとき眼２の全体の位置が変化しなければ、本実施形態のＨＭＤ１０の画像Ｉは変化しない。
【００３７】
一方、眼２に対する表示部１１の位置や姿勢を観察者が変化させると、表示部１１に対する眼２の全体の位置が変化するので、本実施形態のＨＭＤ１０の画像Ｉは変化する。
したがって、本実施形態のＨＭＤ１０では、必要かつ十分な精度で逆歪曲補正の補正特性が変更される。
【００３８】
なお、本実施形態のＨＭＤ１０には、眼２を撮像するカメラ１５が用いられたが、観察者の顔面、頭部、顔面の一部（眉、鼻など）、頭部の一部（耳など）の何れかを撮像するカメラを用いてもよい。
［第１実施形態の変形例］
なお、第１実施形態では、逆歪曲補正の処理が画像データに施される場合についてのみ説明したが、以下のとおり逆ＭＴＦ補正の処理が画像データに施される場合にも、同様にしてその逆ＭＴＦ補正の補正特性を必要かつ十分な精度で変更することができる。
【００３９】
先ず、回路部１３には、逆ＭＴＦ補正の補正特性を示す情報が予め格納されたＬＵＴ１３ｈ−１が備えられる（図２点線部）。
この逆ＭＴＦ補正の補正特性は、接眼光学系１１ｂから（接眼光学系１１ｂの設計データや測定データなどから）予め求まる。
ＬＵＴ１３ｈ−１のテーブルアドレス（ｘ，ｙ）は、画像データの画素アドレス（ｘ，ｙ）に対応づけられている。
【００４０】
テーブルアドレス（ｘ，ｙ）には、画素アドレス（ｘ，ｙ）の画素に適用されるべき空間周波数フィルタＦ（ｘ，ｙ）の情報が格納されている。
制御回路１３ａは、ＬＵＴ１３ｈ−１のテーブルアドレス（ｘ，ｙ）にアクセスし、そのテーブルアドレス（ｘ，ｙ）に格納された空間周波数フィルタＦ（ｘ，ｙ）の情報を参照し、画像処理回路１３ｇに与える。
【００４１】
画像処理回路１３ｇは、フレームメモリ１３ｅにおける画像データの画素アドレス（ｘ，ｙ）及びその周辺アドレスの画素値を参照し、それら画素値に対し空間周波数フィルタＦ（ｘ，ｙ）による局所積和演算を施し、得られた値をフレームメモリ１３ｆにおける画像データの画素アドレス（ｘ，ｙ）に書き込む。
【００４２】
以上の処理が、画像データの全ての画素アドレス（ｘ，ｙ）について行われれば、１フレーム分の画像データの逆ＭＴＦ補正が終了する。
さらに、ＬＵＴ１３ｈ−１の他に、そのＬＵＴ１３ｈ−１と同様、逆ＭＴＦ補正の補正特性を格納したＬＵＴ１３ｈ−２，・・・がＨＭＤ１０に備えられる。但し、ＬＵＴ１３ｈ−１，１３ｈ−２，・・・の各々が格納している補正特性は、互いに異なる。
【００４３】
回路部１３内の制御回路１３ａは、眼２の輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）と、ＬＵＴ１３ｈ−１，１３ｈ−２，・・・のうちその輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）に対して最適なＬＵＴとの対応関係を予め記憶する（以下、輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）に対して最適なＬＵＴをＬＵＴ１３ｈ−ｉと記す。）。
制御回路１３ａは、カメラ１５の出力に基づいて認識した輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）と予め記憶したＬＵＴとの対応関係とに基づき、その認識した輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）に対して最適なＬＵＴ１３ｈ−ｉを選択使用して、逆ＭＴＦ補正を画像データに施す。
【００４４】
［第２実施形態］
以下、図４、図５、図６を参照して本発明の第２実施形態を説明する。
本実施形態は、ＨＭＤの実施形態である。ここでは、第１実施形態のＨＭＤ１０との相違点についてのみ説明し、その他の説明を省略する。
図４は、本実施形態のＨＭＤ２０の外観図である。
【００４５】
図５は、ＨＭＤ２０の構成図である。
本実施形態のＨＭＤ２０は、第１実施形態のＨＭＤ１０において、測定手段として、カメラ１５に代えて測距センサ２５（後述）が備えられ、回路部１３に代えて回路部２３が備えられたものである。
【００４６】
回路部２３は、回路部１３において制御回路１３ａに代えて制御回路２３ａが備えられたものである。
また、回路部２３には、第１実施形態の変形例と同様のＬＵＴ１３ｈ−１（逆ＭＴＦ補正の補正特性を示す情報が格納されたＬＵＴである。）が備えられる。
ここで、観察者の眼２から見た画像Ｉのコントラストは、表示部１１の所定箇所から眼２までの距離Ｌｉによって変化するので、逆ＭＴＦ補正の補正特性もその距離Ｌｉに応じて変化させる必要がある。
【００４７】
例えば、眼２がアイポイントＥ．Ｐ．にあるとき（図６（ａ））と比較して、距離Ｌｉが大きいとき（図６（ｂ））には、接眼光学系１１ｂの周辺部を透過した光が眼２に入射するので、画像Ｉのコントラストは悪化する。
そこで、本実施形態のＨＭＤ２０には、以下のとおり自動制御の機能が付加される。
【００４８】
先ず、ＬＵＴ１３ｈ−１の他に、そのＬＵＴ１３ｈ−１と同様、逆ＭＴＦ補正の補正特性を格納したＬＵＴ１３ｈ−２，・・・がＨＭＤ２０に備えられる。但し、ＬＵＴ１３ｈ−１，１３ｈ−２，・・・の各々が格納している補正特性は、互いに異なる。
制御回路２３ａは、距離Ｌｉと、ＬＵＴ１３ｈ−１，１３ｈ−２，・・・のうちその距離Ｌｉに対して最適なＬＵＴとの対応関係を予め記憶する（以下、距離Ｌｉに対して最適なＬＵＴをＬＵＴ１３ｈ−ｉと記す。）。
【００４９】
測距センサ２５は、例えば、図４に示すように、表示部１１において眼２に対して正面に対向する位置から若干外れた位置に固定される。
この測距センサ２５によれば、表示部１１の所定箇所から眼２の周辺部までの距離Ｌｉを示すデータが取得される。
取得されたデータは、図５に示すように回路部２３に入力され、制御回路２３ａによって距離Ｌｉが認識される。
【００５０】
制御回路２３ａは、測距センサ２５の出力に基づいて認識した距離Ｌｉと予め記憶した対応関係とに基づき、その認識した距離Ｌｉに対して最適なＬＵＴ１３ｈ−ｉを選択使用して、逆ＭＴＦ補正を画像データに施す。
したがって、本実施形態のＨＭＤ２０では、表示部１１と眼２との距離の変化に追従して逆ＭＴＦ補正の補正特性が変化する。
【００５１】
仮に、観察者が表示画面Ｅを見渡すと、眼球運動が生じ眼２の視線（瞳の位置及び角度）が高速に移動する。
しかし、そのとき眼２と表示部１１との距離が変化しなければ、本実施形態のＨＭＤ２０の画像Ｉは変化しない。
一方、眼２に対する表示部１１の位置や姿勢を観察者が変化させると、眼２と表示部１１との距離が変化するので、本実施形態のＨＭＤ１０の画像Ｉは変化する。
【００５２】
したがって、本実施形態のＨＭＤ２０では、必要かつ十分な精度で逆ＭＴＦ補正の補正特性が変更される。
なお、本実施形態のＨＭＤ２０には、眼２の周辺部を測距対象とする測距センサ２５が用いられたが、観察者の顔面、頭部、顔面の一部（眉、鼻など）、頭部の一部（耳など）の何れかを測距対象とする測距センサを用いてもよい。
【００５３】
［第２実施形態の変形例］
なお、第２実施形態では、逆ＭＴＦ補正の処理が画像データに施される場合についてのみ説明したが、以下のとおり逆歪曲補正の処理が画像データに施される場合にも、同様にしてその逆歪曲補正の補正特性を必要かつ十分な精度で変更することができる。
【００５４】
先ず、回路部２３には、逆歪曲補正の補正特性を示す情報が予め格納されたＬＵＴ１３ｂ−１が備えられる（図５点線部）。
制御回路２３ａ及び画像処理回路１３ｇは、ＬＵＴ１３ｂ−１に基づき第１実施形態の制御回路１３ａと同様に画像データに逆歪曲補正を施す。
【００５５】
さらに、ＬＵＴ１３ｂ−１の他に、そのＬＵＴ１３ｂ−１と同様、逆歪曲補正の補正特性を格納したＬＵＴ１３ｂ−２，・・・がＨＭＤ１０に備えられる。但し、ＬＵＴ１３ｂ−１，１３ｂ−２，・・・の各々が格納している補正特性は、互いに異なる。
制御回路２３ａは、距離Ｌｉと、ＬＵＴ１３ｂ−１，１３ｂ−２，・・・のうちその距離Ｌｉに対して最適なＬＵＴとの対応関係を予め記憶する（以下、距離Ｌｉに対して最適なＬＵＴをＬＵＴ１３ｂ−ｉと記す。）。
【００５６】
制御回路２３ａは、測距センサ２５の出力に基づいて認識した距離Ｌｉと予め記憶した対応関係とに基づき、その認識した距離Ｌｉに対して最適なＬＵＴ２３ｂ−ｉを選択使用して、逆歪曲補正を画像データに施す。
［第３実施形態］
以下、図７を参照して本発明の第３実施形態を説明する。
【００５７】
本実施形態は、ＨＭＤの実施形態である。ここでは、第２実施形態のＨＭＤ２０との相違点についてのみ説明し、その他の説明を省略する。
図７は、本実施形態のＨＭＤ３０の外観図である。
本実施形態のＨＭＤ３０は、第２実施形態（又はその変形例）のＨＭＤ２０において、測距センサ２５に代えて位置センサ３５が用いられたものである。
【００５８】
位置センサ３５は、例えば、スライド機構１８の近傍に設けられ、ディスプレイアーム１２ｃの伸縮位置を示すデータを生成する。
よって、この位置センサ３５によれば、表示部１１から眼２までの距離Ｌｉを示すデータが、間接的に取得される。
位置センサ３５によれば、第２実施形態の測距センサ２５ほど精度は高くはないものの、距離Ｌｉを測定することができる。
【００５９】
したがって、本実施形態のＨＭＤ３０においても、必要かつ十分な精度で逆歪曲補正（又は逆ＭＴＦ補正）の補正特性が変更される。
また、同様に、第１実施形態（又はその変形例）のＨＭＤ１０においても、カメラ１５に代えて位置センサ３５を用いることもできる。
なお、本実施形態では、スライド機構１８の近傍にのみセンサ（位置センサ）を設けたが、蝶番機構１６，蝶番機構１７，スライド機構１９のうち少なくとも１つの近傍にもセンサ（蝶番機構の回動角度を検出する角度センサや、スライド機構の伸縮位置を検出する位置センサ）を設け、測定精度を向上させてもよい。
【００６０】
［第４実施形態］
以下、図８、図９を参照して本発明の第４実施形態を説明する。
本実施形態は、第１実施形態のＨＭＤ１０の変形例である。ここでは、第１実施形態のＨＭＤ１０との相違点についてのみ説明し、その他の説明を省略する。
また、第２実施形態のＨＭＤ２０や第３実施形態のＨＭＤ３０を同様に変形することも可能である。
【００６１】
図８は、本実施形態のＨＭＤ４０の外観図である。
図９は、ＨＭＤ４０の構成図である。
本実施形態のＨＭＤ４０は、第１実施形態のＨＭＤ１０において、オフセット釦４５が備えられ、回路部１３に代えて回路部４３が備えられたものである。
回路部４３は、回路部１３において制御回路１３ａに代えて制御回路４３ａが備えられたものである。
【００６２】
オフセット釦４５は、例えば、一方のヘッドホン（図８では、ヘッドホン１２Ｌ）などに設けられる。
オフセット釦４５は、押しボタン式のスイッチであり、観察者により操作された時点で信号を生成する。
このオフセット釦４５において生成された信号は、図９に示すように回路部４３に入力され、制御回路４３ａによって認識される。
【００６３】
以上の構成のＨＭＤ４０では、不図示の電源がオンされると、制御回路４３ａは、複数のＬＵＴ１３ｂ−１，１３ｂ−２・・・のうち標準のＬＵＴ１３ｂ−ｊを選択使用して画像データを逆歪曲補正する。
ＨＭＤ４０を装着した観察者は、装着具１２の各部を調整して表示部１１の角度や位置を調整する。そして、快適に画像Ｉが視認できた（画像Ｉが歪み無く見えたと認識した）時点で、観察者はオフセット釦４５を操作する。
【００６４】
制御回路４３ａは、オフセット釦４５が操作された時点でカメラ１５の出力を参照し、その時点における眼２の輪郭ｅｉの位置を基準位置（Ｘ０，Ｙ０）とみなす。
その後、制御回路４３ａは、カメラ１５の出力に基づいて認識した輪郭ｅｉの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）が、基準位置（Ｘ０，Ｙ０）からどれだけずれているかに応じて、ＬＵＴ１３ｂ−１，１３ｂ−２・・・を選択使用して、逆歪曲補正を画像データに施す。
【００６５】
このようなＨＭＤ４０は、個々の観察者の眼２の位置の相違や、個々の観察者の好みの相違などに対応することができる。
なお、本実施形態のＨＭＤ４０においても、測定手段として、カメラ１５に代えて測距センサ２５（図４，図５参照）、又は位置センサ３５（図７参照）を用いることができる。
【００６６】
また、本実施形態のＨＭＤ４０の上記動作は、位置（Ｘｉ，Ｙｉ）のデータ，又は距離Ｌｉのデータを取得しなくとも、オフセット釦４５が操作された時点からの位置（Ｘｉ，Ｙｉ）の変化のデータ、又は距離Ｌｉの変化のデータさえ取得できれば実現可能である。
したがって、本実施形態のＨＭＤ４０においては、各測定手段を簡略化することができる。
【００６７】
すなわち、伸縮位置を検出する位置センサ３５（図７参照）については、伸縮量を測定するだけのエンコーダに簡略化することができる。また、回動角度を検出する角度センサについては、角度を測定するだけのエンコーダに簡略化することができる。
［その他］
また、上記各実施形態の何れかのＨＭＤにおいては、回路部に不揮発性のメモリを使用すれば、電源がオフされる直前の設定を記憶し、電源オンされた直後にその設定を再現するよう制御回路を動作させることも可能である。
【００６８】
また、上記各実施形態の何れかのＨＭＤにおいては、装着具１２の各調整機構を電動化すれば、表示部１１の位置や姿勢などの設定までも、記憶し再現するよう制御回路を動作させることが可能である。
また、本発明は、上記実施形態のＨＭＤのように逆補正の補正特性が可変なＨＭＤだけでなく、補正量のみが可変なＨＭＤにも適用可能である。
【００６９】
また、上記各実施形態のＨＭＤは、補正特性をＬＵＴとして記憶しているが、補正特性が数式として記憶されていてもよいことは言うまでもない。一般に、複雑な補正特性であればＬＵＴとして、単純な補正特性であれば数式として記憶されることが望ましい。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したとおり本発明によれば、逆補正の補正特性を必要かつ十分な精度で変更することの可能な画像表示装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のＨＭＤ１０の外観図である。
【図２】ＨＭＤ１０の構成図である。
【図３】カメラ１５を説明する図である。
【図４】第２実施形態のＨＭＤ２０の外観図である。
【図５】ＨＭＤ２０の構成図である。
【図６】距離Ｌｉと画像Ｉとの関係を説明する図である。
【図７】第３実施形態のＨＭＤ３０の外観図である。
【図８】第４実施形態のＨＭＤ４０の外観図である。
【図９】ＨＭＤ４０の構成図である。
【図１０】逆補正を説明する図である。
【符号の説明】
２ 眼
１０，２０，３０，４０ ＨＭＤ（画像表示装置に対応。）
１３，２３，３３，４３ 回路部（回路部に対応。）
１３ａ，２３ａ，４３ａ 制御回路
１３ｃ アナログ処理回路
１３ｄ Ａ／Ｄ変換回路
１３ｅ，１３ｆ フレームメモリ
１３ｇ 画像処理回路
１１ 表示部（表示部に対応。）
１１ａ ＬＣＤ（二次元表示素子に対応。）
１１ｂ 接眼光学系
１２ 装着具（装着手段に対応。）
１２Ｌ，１２Ｒ ヘッドホン
１２ｂ リアアーム
１２ｃ ディスプレイアーム
１５ カメラ（測定手段に対応。）
１６，１７ 蝶番機構（調整機構に対応。）
１８，１９ スライド機構（調整機構に対応。）
２５ 測距センサ（測定手段に対応。）
３５ 位置センサ（測定手段に対応。）
４５ オフセット釦
Claims (6)
- 二次元表示素子と、その二次元表示素子の表示画面の虚像を形成する接眼光学系とからなる表示部と、
前記接眼光学系の収差及び／又はＭＴＦ特性に応じた逆補正を画像に施すと共に、その逆補正された画像を前記二次元表示素子の表示画面に表示するように前記表示部を駆動する回路部と、
前記虚像の形成位置が観察者の眼の略前方となるよう前記表示部を観察者の頭部に装着可能な装着手段と
を備えた画像表示装置において、
前記観察者の眼を含む部分と前記表示部との位置関係又はその位置関係の変化のデータを取得する測定手段を更に備え、
前記回路部は、
前記測定手段が取得した前記データに応じて前記逆補正の補正特性を変更することを特徴とする画像表示装置。 - 請求項１に記載の画像表示装置において、
前記測定手段は、
前記観察者の眼を含む部分と前記表示部の表示画面と略平行な方向に対する位置関係又はその位置関係の変化のデータを取得する
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項１又は請求項２に記載の画像表示装置において、
前記測定手段は、
前記観察者の眼を含む部分と前記表示部との距離又は距離の変化のデータを取得する
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の画像表示装置において、
前記測定手段は、
前記観察者の眼を含む部分と前記表示部との位置関係の代わりに、前記観察者の顔面、頭部、顔面の一部、頭部の一部の何れかと前記表示部との位置関係、又はその位置関係の変化のデータを取得する
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の画像表示装置において、
前記装着手段は、
前記観察者の眼を含む部分と前記表示部との位置関係を変更するための調整機構を更に備えた
ことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項５に記載の画像表示装置において、
前記測定手段は、
前記調整機構の状態に基づいて、前記データを取得する
ことを特徴とする画像表示装置。
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