JP2006129288A - 映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】眼鏡に装備され撮像装置から取得された映像を表示する映像表示装置において、観者の視線方向によって異なる被写体の輝度差により生ずる映像の乱れに影響されない好適な映像表示を行う。
【解決手段】眼鏡に装備される映像表示装置に傾斜を検出する傾斜検出装置を備え、この装置から出力される検出信号に基づいて、撮像装置の感度を自動的に切り替える。また、異なる感度により取得された映像信号から、それぞれの感度で好適に撮像された部分を抽出して新たな映像信号を合成により生成する。
【選択図】図６

Description

本発明は、人間の身体に装着可能な映像表示装置に係り、特に、被写体間の輝度差に影響されない好適な映像を安定的に表示させる映像表示装置に関する。

従来から、電子映像を観者の眼前で表示させる表示部を備えた頭部等装着式表示装置であるいわゆるＨＭＤ（Head Mount Display）が知られている。このようなＨＭＤには、主に映画鑑賞用、パソコン及びゲーム等のモニタとして使用される外光遮断式の非シースルー型ＨＭＤ以外に、ハンズフリーとなる特性を生かして作業用や医療用の補助情報表示手段としてのシースルー型ＨＭＤも開発されている。
シースルー型ＨＭＤは、ＬＥＤ等の光源から照射され液晶表示器により階調や色相等が変換された変換光を、観者の視界に配置されたハーフミラーに照射することで電子映像を表示する構成をしたもの等がある。例えば、上記ハーフミラーの代わりに光学プリズムを採用し、観者の視界に配置したホログラム素子に変換光を導入することで、通常の視界を妨げることなく重ねあわせるようにホログラム映像を表示させるＨＭＤも開発されている。

これらのシースルー型のＨＭＤは、作業用等の補助情報用として用いられるばかりでなく、弱視等の視覚的な障害を有する者の視覚補助手段としても用いられている。例えば、ＨＭＤにＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等の小型撮像装置を備え、このカメラからの電子映像を上記ホログラム素子に表示させる撮像装置付きのＨＭＤも開発されている。

ところで、撮像装置付き補助視覚手段としてのＨＭＤは、ＣＣＤ撮像装置等の特性上、感度調節の問題がある。即ち、ＣＣＤ撮像装置から出力される映像信号は、特定のコンテンツデータのように、予め好適な表示を行うようにディスプレイの輝度領域が一定の領域に処理された映像信号と異なり、生活環境に存在するあらゆる輝度領域の映像信号を含むものである。例えば、夜間に歩行する場合には、太陽光の照射が少なくＣＣＤ撮像装置の感度を高く設定する必要があるが、対向してくる車のヘッドライト、街灯あるいは種々のネオンサインのように、それまでの外界照度と著しく差のある光源を検出すると、夜間用の感度では受光素子の反応が強すぎて、ディスプレイ上ではいわゆる白飛びが発生し、補助表示手段としての機能を発揮できない。又、上記ヘッドランプに対応させるようにＣＣＤ撮像装置の感度を低く設定すると、逆に暗所での光を検出せずにディスプレイ上に映像が表示されず、特に足元に段差等の障害物があるとき等は危険である。

このような観者の向いている方向を考慮するという視点からの発明として、特許文献１では、見る方向に応じてディスプレイ表示及び非表示を切替える頭部装着式表示装置が提供されている。この頭部装着式表示装置は、装置本体に傾斜センサを設けるものであり、観者が手元を見るために頭部を前傾させると、傾斜センサが装置の傾きを検出して光源である照明光をオフにし表示装置を非表示にし外界光を取り入れる構成を有するものである。
特許３１５９５３８号公報

しかしながら、特許文献１に提供される頭部装着式表示装置は、傾斜センサによりディスプレイのオン／オフを制御するにすぎず、しかも、一定の照度が確保された空間での作業に適するものであり、屋外での歩行時等には不向きである。即ち、弱視者等は、歩行中にディスプレイがオフにされると、下方向（足元付近）の補助情報を取得することができなくなり危険である。更に、正面を向いているときも、上述するような対向車のヘッドライト等によるディスプレイの白飛び等の問題を解消することはできない。

本発明の目的は、頭部装着式表示装置において、観者の使用環境に左右されずに好適な映像を表示することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、眼鏡に装備される映像表示装置であって、
眼鏡の前方の光学像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段より撮像された映像を投射する映像投射手段と、前記眼鏡の眼鏡レンズに形成され前記映像投射手段から入射される光学像を目に導く映像表示手段と、前記眼鏡の視線方向に対する傾斜を検出する傾斜検出手段と、前記傾斜検出手段からの傾斜検出信号に基づいて、前記撮像手段の感度を切替える制御手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の映像表示装置において、前記制御手段は、前記傾斜検出手段が下方向の傾斜を検出した場合、前記撮像手段を高い感度に切替えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２のいずれか一項に記載の映像表示装置において、前記制御手段は、前記傾斜検出手段が上方向の傾斜を検出した場合、前記撮像手段を低い感度に設定することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の映像表示装置において、前記制御手段により行われる前記撮像手段の感度の切替えは、前記撮像手段の電子シャッタ速度の変更であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の映像表示装置において、前記制御手段は、前記傾斜検出手段が傾斜を検出する場合に、前記映像表示手段の輝度を調節可能であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の映像表示装置において、前記制御手段は、前記傾斜検出手段が下方向の傾斜を検出する場合、前記映像表示手段の輝度を下げ、前記傾斜検出手段が上方向の傾斜を検出する場合は、前記映像表示手段の輝度を上げることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、眼鏡に装着される映像表示装置であって、眼鏡の前方の光学像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された映像を投射する少なくとも一つの映像投射手段と、前記眼鏡の眼鏡レンズに形成され前記映像投射手段から入射される光学像を目に導く映像表示手段と、前記撮像手段の感度を少なくとも二段階で切替え可能とし、該少なくとも二段階の感度で撮像された各々の映像を構成する複数のフレーム映像信号から一つのフレーム映像信号を新たに生成する処理を行う制御手段とを備えることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の映像表示装置において、前記制御手段は、前記少なくとも二段階の感度で撮像された複数のフレーム毎の映像信号を、それぞれ定められた輝度の閾値に基づいて抽出し、一つのフレームを構成する映像信号を新たに生成することを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の映像表示装置において、前記制御手段は、前記少なくとも二段階の感度で撮像された複数のフレーム毎の映像信号のうち、低い感度で取得されたフレーム毎の映像信号から前記閾値を超過する映像信号を抽出し、高い感度で撮像されたフレーム毎の映像信号から前記閾値を超過しない映像信号を抽出して一つのフレームを構成する映像信号を新たに生成することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項７〜９のいずれか一項に記載の映像表示装置において、前記映像表示装置は、前記眼鏡の視線方法に対する傾斜を検出する傾斜検出手段を更に備え、前記制御手段は、前記傾斜検出手段が前記撮像装置の傾斜を検出した場合に、前記少なくとも二段階の感度で撮像された各々の映像を構成する複数のフレーム毎の映像信号から、前記検出信号の傾斜値ごとに定められた抽出領域データに基づいて抽出し、一つのフレームを構成する映像信号を新たに生成することを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の映像表示装置において、前記抽出領域データに基づいて前記制御手段が抽出する映像信号は、低い感度で撮像された映像信号は映像の上部を構成する映像信号であり、高い感度で撮像された映像信号は映像の下部を構成する映像信号であることを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の映像表示装置において、
前記制御手段は、前記傾斜検出手段が傾斜を検出する場合、前記映像表示手段の輝度を調節可能であることを特徴とする。

請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の映像表示装置において、前記制御手段は、前記傾斜検出手段が下方向の傾斜を検出する場合、前記映像表示手段の輝度を下げ、前記傾斜検出手段が上方向の傾斜を検出する場合は、前記映像表示手段の輝度を上げることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、傾斜検出手段による傾斜検出信号により、制御手段は眼鏡の傾斜を判別することが可能となる。観者の視線と頭部の傾斜は基本的には一致することが多いため、この検出信号と撮像手段の感度切替えの制御とを連動させることで、観者の視線方向に影響されない好適な映像表示を行うことが可能となる。

請求項２及び３に記載の発明よれば、請求項１に記載の発明において、特に、夜間における観者の視界は、足元近傍が暗所となり、水平方向乃至上方向は、車のヘッドライトや街灯等の光源に晒される。その結果、視線方向の被写体の輝度差が大となり、撮像手段がとらえる被写体の反射光、即ち、被写体の輝度差に対して撮像手段の感度が対応できない場合がある。このように輝度差が大となる使用環境下では、単一の固定された感度で白飛びや黒つぶれを発生させること無く、全ての被写体を撮像することは困難である。そこで、下方向の傾斜を示す傾斜信号に対しては撮像手段の感度を高く設定する制御を行い、水平方向から上方向の検出信号に対しては撮像手段の感度を低く設定する制御を行うように傾斜検出信号と感度設定を連動させることで、視線の方向に応じて生じる被写体の輝度差に影響されない映像表示を行うことが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、撮像手段の感度設定の切替えは、制御手段による電子シャッタ速度の変更という電子的作用により実現されるものであることから、撮像手段自体の小型軽量化が可能となり、顔面に懸架するものとしての煩わしさが軽減される。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、制御手段と傾斜検出手段とが連動しており、傾斜検出手段の検出信号に基づいて、制御手段が映像表示手段の表示輝度を調整することが可能となる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発明において、制御手段と傾斜検出手段とが連動しており、傾斜検出手段の検出信号に基づいて、制御手段が映像表示手段の表示輝度を調整することが可能となる。即ち、低輝度領域となりやすい足元近傍（下方向）では、観者の眼に照射される外界光も少ないことから、より眼に近いところに存在する映像表示手段の表示輝度が外界光以上に網膜を刺激し、その結果、外界光を認識できなくなる場合がある。そこで、傾斜検出手段が下方向の傾斜を検出した場合は、制御手段が映像表示手段の表示輝度を下げることで網膜に必要以上の刺激を与えることを抑制し、外界光を確実にとらえることが可能となる。又、その逆に、高輝度領域が多くなる水平から上方向では、傾斜検出手段からの検出信号に基づいて、制御手段が映像表示手段の表示輝度を上げることで、外界光に妨げられることなく映像表示手段の表示を認識することが可能となる。

請求項７に記載の発明によれば、撮像手段がとらえる被写体の輝度差が大であっても、白飛びや黒つぶれを生ずることなく好適な映像を表示することが可能となる。即ち、電子映像における動画は、単位時間あたりに複数のフレーム映像を切替表示するものであり、例えば、１秒間に３０フレームを切替表示させることで動画を構成するようになっている。本発明では、撮像手段の感度設定が少なくとも二段階に切替可能であり、感度の異なる、例えば２つのフレームからそれぞれ一部分の映像信号を抽出し、この抽出した映像信号から１つのフレームの映像信号を合成する。その結果、それぞれの感度に適合して好適に取得することのできた映像信号で構成される１つのフレームを生成することが可能となる。
この好適な映像信号同士で構成されるフレームを単位時間あたりに複数切替表示することで、被写体の輝度差により生じる白飛びや黒つぶれのない安定した表示を行うことが可能となる。

請求項８に記載の発明によれば、請求項７に記載の発明において、制御手段が、少なくとも二段階の感度で取得されたそれぞれのフレーム毎の映像信号から、それぞれの感度に適合した映像信号を抽出して１つのフレームを構成する映像信号を生成する場合に、これら映像信号の示す輝度に閾値を設け、この閾値に基づいて抽出する映像信号を判別することで被写体の輝度差に影響されない表示を行うことが可能となる。

請求項９に記載の発明によれば、請求項８に記載の発明において、少なくとも二段階の感度で取得された映像信号から１つのフレームを構成する映像信号を新たに生成する場合に、低い感度で取得された映像信号から予め定められた輝度の閾値を超過する映像信号を抽出し、高い感度で取得された映像信号から予め定められた輝度の閾値を超過しない映像信号を抽出し、この抽出された映像信号同士で１つのフレームを構成する。このため被写体の輝度差に左右されない好適な表示を行うことが可能となる。

請求項１０に記載の発明によれば、請求項７〜９のいずれか一項に記載の発明において、撮像手段の傾斜を検出する傾斜検出手段が傾斜検出信号を出力することで制御手段が撮像手段の撮像領域が変化したことを判別することが可能となる。また、少なくとも二段階の感度で取得されたフレーム毎の映像信号から特定の映像信号を抽出して１つのフレームを構成する映像信号を生成する場合に、傾斜検出信号の示す傾斜値ごとの抽出領域データによって、各フレームから抽出するべき映像信号を特定することが可能となる。これにより、被写体の輝度差に影響されない表示が可能となる。

請求項１１に記載の発明によれば、請求項１０に記載の発明において、少なくとも二段階の感度で取得された映像信号を抽出する場合に、抽出の基準とする抽出領域データが、低い感度で取得されたフレームの映像信号では、表示映像の上部を構成する映像信号であり、高い感度で取得された映像信号では、表示映像の下部を構成する映像信号であることから、観者の視線方向の輝度状況に連動した表示を行うことが可能となる。即ち、観者の視界は一般的に足元近傍、即ち、下方向は暗所になりやすく、水平から上方向は、車のヘッドライトや街灯等による輝度の高い領域となる傾向にある。この傾向に対して、傾斜検出信号と領域抽出データを連動させ１つのフレームを構成する映像信号を生成することで、適宜変化する高輝度領域と低輝度領域のバランスに対応した好適な映像表示を行うことが可能となる。

請求項１２に記載の発明によれば、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の発明において、制御手段と傾斜検出手段が連動していることから、傾斜検出手段の検出信号に基づいて、制御手段が映像表示手段の表示輝度を調整することが可能となる。

請求項１３に記載の発明によれば、請求項１２に記載の発明において、制御手段と傾斜検出手段が連動していることから、傾斜検出手段の検出信号に基づいて、制御手段が映像表示手段の表示輝度を調整することが可能となる。即ち、低輝度領域となりやすい足元近傍（下方向）では、観者の眼に照射される外界光も少ないことから、より眼に近いところに存在する映像表示手段の表示輝度が外界光以上に網膜を刺激し、その結果、外界光を認識できなくなる場合がある。このため傾斜検出手段が下方向の傾斜を検出した場合には、制御手段が映像表示手段の表示輝度を下げて、網膜に必要以上の刺激を与えることを防ぎ外界光を確実にとらえることが可能となる。又、その逆に、水平から上方向の傾斜を検出した場合には、傾斜検出手段からの検出信号に基づいて、制御手段が映像表示手段の表示輝度をあげることで、外界光に妨げられることなく映像表示手段の表示を認識することが可能となる。

[第１実施形態]
次に、本発明の最良の形態について図を用いて説明する。
図１は、本発明を適用したＨＭＤ１の外観構成を示した概要図である。先ず、第１実施形態におけるＨＭＤ１の外観構成について説明する。なお、以下の説明において、接眼方向と反対の方向を正面とする。

ＨＭＤ１は、通常の眼鏡と同様に、鼻当て２及びテンプル３が備えられるフレーム４とレンズ１０を有する。このフレーム４には、映像表示装置５、接眼光学系６及び撮像装置７が一体となって固設され、映像表示装置５及び撮像装置７とケーブル８を介して接続されるコントロールボックスである制御ユニット９が備えられる。また、レンズ１０と接眼光学系６とは、面方向が段差なく一致するように嵌合されており、ホログラム素子１７上に光の干渉を利用して映像を表示させるホログラムの原理が適用されている。第１実施形態は、人間の実際の視界上にこの映像を重複表示させるいわゆるシースルー型ＨＭＤを採用するものである。

映像表示装置５は、制御ユニット９から送信される電子信号を変換して映像を接眼光学系６に照射するものである。図３は、映像表示装置５及び接眼光学系６の左側面からの断面を示した側断面図である。映像表示装置５の本体となる筐体１１の内部には、制御ユニット９から送信される電子信号から映像を生成する透過型の液晶表示器１２、光源である発光ダイオード（ＬＥＤ）１３、発光ダイオード１３からの照射光を液晶表示器１２の全面に導くための照明光学系１４及び撮像装置７の傾きを検出する傾斜検出装置１５（図１参照）が備えられる。

接眼光学系６は、更に、プリズム１６とホログラム素子１７とからなる。プリズム１６は、液晶表示器１２から照射される映像を採光し内部に反射させながら導光を行うものである。ホログラム素子１７は、この導光された映像が照射されてホログラム映像を表示させるようになっている。また、プリズム１６の上端部は、正面方向に厚く形成されており、液晶表示部１２からの映像を採光しやすいように採光部が広く形成された楔の形状を有する。
接眼光学系６の下端部には、上端部から採光された光が、全反射されながらプリズム１６の内部に導かれ、この導かれた光がホログラム素子１７に照射され光の干渉により眼球Ｅに像を結ばせるようになっている。

次に、撮像装置７について説明する。映像情報の入力手段の一つである撮像装置７は、フレーム４のブリッジ１８近傍に備えられ、観者の前方視界を撮影可能なように設置されている。撮像装置７は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary metal oxide semiconductor）イメージセンサ等を利用した撮像装置が適用できるが、特に、顔面部に懸架する装置である点から、小型化及び軽量化が比較的容易であるフォトダイオード等の受光素子を用いるものが好ましい。本実施の形態では、小型ＣＣＤカメラを採用している。
小型ＣＣＤカメラは、被写体からの反射光を受光素子の光電変換作用により電子信号に変換し、ケーブル８を介して接続される制御ユニット９に送信するものである。制御ユニット９からは、一定の映像処理が施された電気信号が上記映像表示装置５に送信され、観者の視界上に、視覚補助手段としての映像を表示させることが可能となっている。

第１実施形態におけるＨＭＤ１は、外界の輝度変化に対し撮像装置７の感度を調節することで好適な映像を表示するものである。ここで、撮像装置７に適用されるＣＣＤイメージセンサに使用される受光素子は、光を受ける以上は飽和信号電圧に達するまで光電変換をし続ける特性を有する。この特性上、受光素子自体に外的作用を施し光電変換される電子の量を適宜制御することはメカニカルシャッタを備えるものを除いては困難である。そこで、一般には、電子シャッタの速度を調節する方式が採用されている。具体的には、受光素子の信号電荷蓄積時間をＴ／Ｇ２２により長く又は短くすることで蓄積電荷を調節し感度を制御するようになっている。

傾斜検出装置１５は、映像表示装置５の筐体１１内部に備えられる。Ｙ軸方向（観者の前後方向）とＺ軸方向（観者の頭の上下方向）のベクトルを検出するように配置した２つの圧電型加速度ピックアップを用い、これら２つのピックアップの出力に基づいて傾斜判定回路２３により観者の頭部の傾斜を検出することを可能としている。
図４は、傾斜検出装置１５と観者の視線との関係を示した模式図である。図４（ａ）に示すように、頭部の下方向の傾斜角度θ₁を観者の視線方向の角度θ₁とみなす。このようにして得られたθ１という値は、ＹＺ座標平面上の座標を示す信号に変換されＣＰＵ２６に出力される。また、図４（ｂ）に示すように、上方向の視線をθ₂として座標を示す信号に変換されてＣＰＵ２６に出力するものである。

次に、このような構成を有するＨＭＤ１の制御ユニット９について説明する。
図５は、制御ユニット９の機能的構成を示したブロック図である。制御ユニット９は、演算処理部２０、Ａ／Ｄ変換器２１、Ｔ／Ｇ（タイミングジェネレータ）２２、傾斜判定回路２３、表示駆動装置２４及び電源ユニット２５からなり、演算処理部２０は、更に、ＣＰＵ２６、ＲＯＭ２７、ＤＳＰ２８及びグラフィックメモリ２９から構成される。

ＣＰＵ（Central Processing Unit）２６は、予め記録されたプログラムに基づいてＨＭＤ１の全体制御を行うものである。特に、本実施の形態では、観者の頭部の傾斜を検出する傾斜検出装置１５からの検出信号により撮像装置７の感度調節の指示信号を、Ｔ／Ｇ２２に送信するようになっている。また、ＲＯＭ（Read Only Memory）２７は、ＨＭＤ１の制御全般に関わるプログラム及び後述する撮像装置７の感度設定に関する各種の情報が格納されるものである。

Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換器２１は、撮像装置７の光電変換により得られたアナログ映像信号をデジタル映像信号に変換しＣＰＵ２６に送信するものである。

ＤＳＰ（Digital Signal Processor）２８は、ＣＰＵ２６の指示に従い、グラフィックメモリ２９に記録された未だ映像処理がされていないデジタル映像信号及び各種の処理装置の信号を入力し、映像表示装置５の輝度あるいは色調補正等の映像処理を高速で行う映像処理装置である。

グラフィックメモリ２９は、Ａ／Ｄ変換器２１から取得されたデジタル信号や、ＤＳＰ２８等で映像処理が施されたデジタル信号の一時記憶を行うものである。また、ＤＳＰ２８が実行するプログラムを展開するためのプログラムエリアが展開されるものである。

電源ユニット２５は、図示しない電源スイッチを介してＨＭＤ１を作動させる電源を供給するものであり、各種外部電源又は携帯電池若しくは充電池も適用可能であるが、本実施形態では、ＨＭＤ１のポータブル性に鑑み、携帯型の電池が適用されている。

次に、以上のような構成を有するＨＭＤ１が、観者の頭部の傾斜によって撮像装置７の感度を調節する処理手順について説明する。

図６に示すフロー図を用いて、より具体的に説明する。受光素子毎に異なる値となるアナログ信号が、Ａ／Ｄ変換器２１によりサンプリングされデジタル信号に変換されて出力される。
このとき傾斜検出装置１５が撮像装置７の傾斜を検出し傾斜検出信号が入力され（ステップＳ１：ＹＥＳ）、それが下方向の傾斜を示すときは（ステップＳ２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２６は、制御プログラムに基づき、ＲＯＭ２７から予め読み出したＴ／Ｇ２２の電荷蓄積時間データを長くする（即ち、撮像装置７の感度を高く設定する）指示信号を出力する（ステップＳ３）。

また、ステップＳ２において、傾斜検出装置１５からの検出信号が下方向の傾斜信号でない場合は（ステップＳ２：ＮＯ）、上方向の傾斜信号であると判断して、下方向の検出信号と判断した場合と同様に、予めＲＯＭ２７から読み出したＴ／Ｇ２２の電荷蓄積時間データを短くする（即ち、撮像装置７の感度を低く設定する）指示信号を出力する（ステップＳ４）。

なお、第１実施形態では、傾斜検出装置１５から出力される検出信号が下方向でも上方向でもない場合は、水平方向（即ち、傾斜がない）であるとして、撮像装置７の感度を変更しないこととしている。また、ステップＳ２で検出信号を下方向であるか否かを判断することとしているが、上方向を判断することとしてもよく、この場合は、ステップＳ３及びＳ４における電荷蓄積時間の処理も逆になる。

以上のように、第１実施形態におけるＨＭＤ１によれば、傾斜検出装置１５の傾斜検出信号と、撮像装置７の感度設定の制御が連動し、観者の視線方向の輝度に適応した感度で映像信号を取得することができる。
これにより、ホログラム素子１７に表示される補助映像情報が安定的に表示され、特に、弱視者が必要とする周辺状況の把握をより確実に実現することが可能となる。
更には、撮像装置７の取得するアナログ信号自体を接眼光学系６で好適に表示可能な輝度領域に収めることが可能となるため、映像の安定的表示を担保しつつ制御ユニット９の、特に、映像処理機構を簡便化したＨＭＤ１を実現することが可能となる。

なお、第１実施形態では、制御手段としてコントロールユニットである制御ユニット９を別に設ける構成としたが、図２に示すように、制御系を高密度に集積したＬＳＩ（Large Scale Integration）化により小型化し、フレーム４と一体的に固設する構成としてもよい。
また、本発明を片眼シースルー型のＨＭＤ１に適用した構成であるが、両眼シースルー型ＨＭＤ、撮像装置付きの密閉型ＨＭＤ等にも当然に適用することができるものである。

[第２実施形態]
次に、本発明を実施するための第２実施形態について説明する。
第２実施形態におけるＨＭＤは、第１実施形態におけるＨＭＤと、その外観構成等において共通するものである。よって、第１実施形態におけるＨＭＤ１と同様の機能を有するものは同一符号を用いて説明を省略し、異なる部分について説明をする。

第２実施形態におけるＨＭＤ１は、ＤＳＰ２８内部で行われる映像処理により、ホログラム素子１７上に被写体の輝度差に影響されない表示を行うものである。
撮像装置７は、ＣＰＵ２６の指示に従い、フレーム毎に感度設定の異なる、少なくとも２フレーム分の映像信号をセットとして取得する。この異なる感度設定は、Ｔ／Ｇ２２の電荷出力時間の変更によるものであり、例えば、１フレーム目の映像信号を低い感度設定で取得し、２フレーム目の映像信号を高い感度設定で取得する。この２フレーム分のアナログ映像信号は、Ａ／Ｄ変換器２１に出力され一定のサンプリング処理によりデジタル映像信号に変換されてＤＳＰ２８に出力される。

ＤＳＰ２８では、予めＲＯＭ２７に記憶された輝度判別用の閾値データを読み込み、２フレーム分のそれぞれの映像信号に映像処理を行う。図７は、ＤＳＰ２８の映像処理手順を示したフロー図である、Ａ／Ｄ変換器２１から映像信号が入力されると（ステップＳ１１）、その映像信号が低い感度設定で取得された映像信号であるかが判断される（ステップＳ１２）。このとき、低い感度設定で取得された映像信号である場合は（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、輝度判別用の閾値データに基づき、この閾値を超える輝度信号を有する映像信号を抽出し（ステップＳ１３）、グラフィックメモリ２９に、一時的に記録する（ステップＳ１４）。
一方、上記ステップＳ１２で、低い感度設定で取得された映像信号でない、即ち、高い感度設定で取得された映像信号であると判断された映像信号は（ステップＳ１２：ＮＯ）、輝度判別用の閾値データに基づき、この閾値を超えない輝度信号を有する映像信号を抽出し（ステップＳ１５）、グラフィックメモリ２９に、この抽出した映像信号を一時的に記録する（ステップＳ１４）。
その後、ステップＳ１６において、グラフィックメモリ２９に一時記憶されている上記両映像信号を合成し、新たに１フレーム分の映像信号を生成し、表示駆動装置２４に出力する（ステップＳ１７）。

以上のように、第２実施形態のＨＭＤによれば、接眼光学系６上に表示される１のフレームが、異なる感度設定により取得された２フレーム分の映像信号から、それぞれの感度設定に適合した輝度領域を有する映像信号を抽出して生成されることから、接眼光学系６に表示される映像を、被写体間の著しい輝度差に影響されることなく好適に表示することが可能となる。

なお、第２実施形態では、上記１フレーム分の映像を新たに生成する映像処置において、感度の切替えを２段階としているが、３段階又はそれ以上の異なる感度設定で取得された映像信号から１フレームを生成することとしてもよい。

[第３実施形態]
次に、本発明を適用した第３実施形態について説明する。
第３実施形態におけるＨＭＤは、第１実施形態及び第２実施形態におけるＨＭＤ１と、その外観構成等において共通するものである。よって、第１実施形態におけるＨＭＤ１と同様の機能を有するものは同一符号を用いて説明を省略し、異なる部分について説明をする。
第３実施形態におけるＨＭＤ１は、傾斜検出装置１５の傾斜検出信号に基づいて、ＤＳＰ２８で映像処理が行われる点を、特に、特徴とする。

撮像装置７は、ＣＰＵ２６がＴ／Ｇ２２の電荷蓄積時間を変更することにより、少なくとも二段階の感度設定で映像信号を取得する。このアナログ映像信号がＡ／Ｄ変換器２１によりデジタル映像信号に変換されＤＳＰ２８に送信される。
ここで、傾斜検出装置１５から撮像装置７の傾斜検出信号が出力されないときは、ＤＳＰ２８は、低い感度設定で取得された映像信号のうちフレームの上半分を表示する映像信号を抽出し、高い感度設定で取得された映像信号のうちフレームの下半分を表示する映像信号を抽出する。この２のフレームから抽出した映像信号から１のフレームを新たに生成するようになっている。即ち、新たに生成される１のフレームの上下に１：１の割合で感度設定の異なる映像信号が存在することとなる。
更に、傾斜検出装置１５から傾斜検出信号がＣＰＵ２６に出力された場合は、ＣＰＵ２６は、新たに生成する１のフレームにおける映像信号中の感度の異なる映像信号の抽出比を変更する指示信号をＤＳＰ２８に出力する。即ち、傾斜検出装置１５が下方向の傾斜を検出する場合は、新たに生成される１のフレームの映像信号中に高い感度設定で取得した映像信号の割合を増加させ、低い感度設定で取得した映像信号の割合を減少させる。
一般に、観者の視界においては、下方向には光源が少なく、水平から上方向には車のヘッドライトや街灯等の光源が多い傾向にある。そこで、傾斜検出装置１５に連動して、接眼光学系６に表示される映像を構成する映像信号を、それぞれの被写体の輝度に対応した感度設定により取得した映像信号で構成することで、被写体間の輝度差に影響されない映像表示が可能となる。

以下に、図８を用いて、第３実施形態における処理手順を説明する。
Ａ／Ｄ変換器２１からデジタル映像信号が入力されると（ステップＳ２１）、ＤＳＰ２８はグラフィックメモリ２９に映像信号を記録する（ステップＳ２２）。このときＣＰＵ２６からフレーム合成比率の変更指示信号がある場合は（ステップＳ２３：ＹＥＳ）ＤＳＰ２８は、高い感度設定と低い感度設定とで取得された映像信号から、予め定められた合成比率に基づいてそれぞれの映像信号から該当する映像信号を抽出し１つのフレームの映像信号を新たに生成する映像処理を行う（ステップＳ２４）。その後、表示駆動装置２４に新たに生成した映像信号を出力する（ステップＳ２５）。
一方、上記ステップＳ２３でフレーム合成比率の変更指示信号がない場合は（ステップＳ２３）、グラフィックメモリ２９に記録された感度設定の異なる映像信号から予め定められた比率、例えば、１：１の割合で１のフレームの映像信号を生成する映像処理を行う（ステップＳ２６）。その後、表示駆動装置２４に新たに生成した映像信号を出力する（ステップＳ２５）。

以上のように、第３実施形態におけるＨＭＤ１によれば、傾斜検出装置の検出信号と、ＤＳＰ２８で行われる映像処理が連動することから、被写体間の著しい輝度差に影響されない映像表示が可能となる。
この結果、例えば、ホログラム素子１７に表示される周辺状況の情報をより必要とする弱視者等に、恒常的に周辺情報を提供することが可能となる。

以上、本発明の最良の実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。

第１、第２及び第３の実施形態に係るＨＭＤの外観構成を示した概要図である。 第１、第２及び第３の実施形態に係るＨＭＤの外観構成の他の一例を示した概要図である。 本発明の最良の実施形態におけるＨＭＤの映像表示装置及び接眼光学系の構成を示した側断面図である。 本発明の最良の実施形態における傾斜検出装置と視線との関係を示した模式図である。 本発明の最良の実施形態に係るＨＭＤの機能的構成を示したブロック図である。 第１の実施形態に係るＨＭＤの制御ユニットの処理手順を示したフロー図である。 第２の実施形態に係るＨＭＤの制御ユニットの処理手順を示したフロー図である。 第３の実施形態に係るＨＭＤの制御ユニットの処理手順を示したフロー図である。

符号の説明

１ ＨＭＤ
２ 鼻当て
３ テンプル
４ フレーム
５ 映像表示装置
６ 接眼光学系
７ 撮像装置
８ ケーブル
９ 制御ユニット
１０ レンズ
１１ 筐体
１２ 液晶表示器
１３ 発光ダイオード
１４ 照明光学系
１５ 傾斜検出装置
１６ プリズム
１７ ホログラム素子
１８ ブリッジ
２０ 演算処理部
２１ Ａ／Ｄ変換器
２２ Ｔ／Ｇ（タイミングジェネレータ）
２３ 傾斜判定回路
２４ 表示駆動装置
２５ 電源ユニット
２６ ＣＰＵ
２７ ＲＯＭ
２８ ＤＳＰ
２９ グラフィックメモリ

Claims (13)

1. 眼鏡に装備される映像表示装置であって、
   眼鏡の前方の光学像を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段より撮像された映像を投射する映像投射手段と、
   前記眼鏡の眼鏡レンズに形成され前記映像投射手段から入射される光学像を目に導く映像表示手段と、
   前記眼鏡の視線方向に対する傾斜を検出する傾斜検出手段と、
   前記傾斜検出手段からの傾斜検出信号に基づいて、前記撮像手段の感度を切替える制御手段とを備えたことを特徴とする映像表示装置。
2. 請求項１に記載の映像表示装置において、
   前記制御手段は、前記傾斜検出手段が下方向の傾斜を検出した場合、前記撮像手段を高い感度に切替えることを特徴とする映像表示装置。
3. 請求項１又は２のいずれか一項に記載の映像表示装置において、
   前記制御手段は、前記傾斜検出手段が上方向の傾斜を検出した場合、前記撮像手段を低い感度に設定することを特徴とする映像表示装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の映像表示装置において、
   前記制御手段により行われる前記撮像手段の感度の切替えは、前記撮像手段の電子シャッタ速度の変更であることを特徴とする映像表示装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の映像表示装置において、
   前記制御手段は、前記傾斜検出手段が傾斜を検出する場合に、前記映像表示手段の輝度を調節可能であることを特徴とする映像表示装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の映像表示装置において、
   前記制御手段は、前記傾斜検出手段が下方向の傾斜を検出する場合に、前記映像表示手段の輝度を下げ、前記傾斜検出手段が上方向の傾斜を検出する場合に、前記映像表示手段の輝度を上げることを特徴とする映像表示装置。
7. 眼鏡に装着される映像表示装置であって、
   眼鏡の前方の光学像を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により撮像された映像を投射する少なくとも一つの映像投射手段と、
   前記眼鏡の眼鏡レンズに形成され前記映像投射手段から入射される光学像を目に導く映像表示手段と、
   前記撮像手段の感度を少なくとも二段階で切替え可能とし、該少なくとも二段階の感度で撮像された各々の映像を構成する複数のフレーム映像信号から一つのフレーム映像信号を新たに生成する処理を行う制御手段とを備えることを特徴とする映像表示装置。
8. 請求項７に記載の映像表示装置において、
   前記制御手段は、前記少なくとも二段階の感度で撮像された複数のフレーム毎の映像信号を、それぞれ定められた輝度の閾値に基づいて抽出し、一つのフレームを構成する映像信号を新たに生成することを特徴とする映像表示装置。
9. 請求項８に記載の映像表示装置において、
   前記制御手段は、前記少なくとも二段階の感度で撮像された複数のフレーム毎の映像信号のうち、低い感度で取得されたフレーム毎の映像信号から前記閾値を超過する映像信号を抽出し、高い感度で撮像されたフレーム毎の映像信号から前記閾値を超過しない映像信号を抽出して一つのフレームを構成する映像信号を新たに生成することを特徴とする映像表示装置。
10. 請求項７〜９のいずれか一項に記載の映像表示装置において、
    前記映像表示装置は、前記眼鏡の視線方法に対する傾斜を検出する傾斜検出手段を更に備え、
    前記制御手段は、前記傾斜検出手段が前記撮像装置の傾斜を検出した場合に、前記少なくとも二段階の感度で撮像された各々の映像を構成する複数のフレーム毎の映像信号から、前記検出信号の傾斜値ごとに定められた抽出領域データに基づいて抽出し、一つのフレームを構成する映像信号を新たに生成することを特徴とする映像表示装置。
11. 請求項１０に記載の映像表示装置において、
    前記抽出領域データに基づいて前記制御手段が抽出する映像信号は、低い感度で撮像された映像信号は映像の上部を構成する映像信号であり、高い感度で撮像された映像信号は映像の下部を構成する映像信号であることを特徴とする映像表示装置。
12. 請求項７〜１１のいずれか一項に記載の映像表示装置において、
    前記制御手段は、前記傾斜検出手段が傾斜を検出する場合、前記映像表示手段の輝度を調節可能であることを特徴とする映像表示装置。
13. 請求項１２に記載の映像表示装置において、
    前記制御手段は、前記傾斜検出手段が下方向の傾斜を検出する場合、前記映像表示手段の輝度を下げ、前記傾斜検出手段が上方向の傾斜を検出する場合は、前記映像表示手段の輝度を上げることを特徴とする映像表示装置。

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