JP2010145669A - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】画像が見えにくくならずに、消費電力を低減させることが可能なヘッドマウントディスプレイを提供すること目的とする。
【解決手段】画像データから、強度が画像に応じて変調されたレーザ光を２次元に走査した走査画像光を生成し、当該走査画像光を、ユーザの眼球に直接照射する走査画像光照射部２０と、ユーザに視認させる画像データが、線画像及び非線画像のいずれかであるかを判断する画像判断手段４３ａと、画像データが非線画像である場合に、画像データを線画像データに変換し、当該線画像データを前記走査画像光照射部２０に出力する画像変換手段４３ｂを有するので、画像を線画として、当該線の部分のみを、走査画像光としてユーザの眼球に照射することにより、大幅に消費電力を低減することが可能となる。
【選択図】図６

Description

本発明は、ユーザの頭部に装着して、画像を見ることができるヘッドマウントディスプレイに関し、特に消費電力を低減させる技術に関するものである。

従来から、特許文献１や特許文献２に示されるようなヘッドマウントディスプレイが知られている。このようなヘッドマウントディスプレイは、ユーザの頭部に装着される頭部装着部と、この頭部装着部の前部に取り付けられ、ユーザに画像を視認させる画像生成部とから構成されている。画像生成部としては、一般的にＬＣＤを用いたものが多く使用されている。

ＬＣＤを用いたヘッドマウントディスプレイでは、ＬＣＤは画素毎の透過率や反射率を変えるだけで、画素自体は発光できないため、常時ＬＣＤ全面を照明するバックライトを点灯させる必要があることから、消費電力が大きいという問題があった。外部から電源が供給されないヘッドマウントディスプレイでは、電池をヘッドマウントディスプレイ自体もしくはユーザの身体に取り付けていることから、大容量化することが困難であり、電池の持続時間を確保することが困難であるという問題があった。バックライトの輝度を低下させて、消費電力を低減させて、電池の持続時間を確保することも考えられるが、画像生成部に表示された画像が見えにくくなるという問題があった。

特開２０００−２４９９６７号公報 特開２０００−２４９９７１号公報

本発明は上記問題を解決し、画像が見えにくくならずに、消費電力を低減させることが可能なヘッドマウントディスプレイを提供すること目的とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、ユーザの頭部に装着され、ユーザに画像を視認させるヘッドマウントディスプレイにおいて、
画像信号又は画像データから、画素毎に発光して、強度が画像に応じて変調された画像光を生成する画像光生成部と、
ユーザに視認させる画像信号若しくは画像データが、線画像及び非線画像のいずれかであるかを判断する画像判断手段と、
画像信号若しくは画像データが非線画像である場合に、画像信号若しくは画像データを線画像データに変換し、当該線画像データを前記走査画像光照射部に出力する画像変換手段と、
前記画像判断手段及び画像変換手段を起動させる省電力モード設定手段とを有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、画像光生成部が、画像信号又は画像データから、強度が画像に応じて変調されたレーザ光を２次元に走査した走査画像光を生成し、当該走査画像光を、ユーザの眼球に直接照射する走査画像光照射部であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、走査画像光照射部、画像判断手段、画像変換手段、省電力モード設定手段に電源を供給する電池と、
電池の残量を検出する電池残量判断手段を有し、
前記省電力モード設定手段は、省電力モードが設定されているもしくは前記電池残量判断手段が検出した電池残量が所定量以下であると判断した場合に、前記画像判断手段及び線画変換手段を起動させることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、走査画像光生成手段は、画像データから、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のレーザ光を生成し、混合させて走査画像光を生成し、
省電力モード設定手段は、省電力モードが設定されているもしくは電池残量判断手段が検出した電池残量が所定量以下であると判断した場合に、前記走査画像光生成手段が生成するＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光のいずれか１又はいずれか２のレーザ光の生成を停止することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、省電力モード設定手段は、消費電力の大きなレーザ光から停止することを特徴とする。

請求項１に記載の発明は、画像信号又は画像データから、画素毎に発光して、強度が画像に応じて変調された画像光を生成する画像光生成部と、ユーザに視認させる画像信号若しくは画像データが、線画像及び非線画像のいずれかであるかを判断する画像判断手段と、画像信号若しくは画像データが非線画像である場合に、画像信号若しくは画像データを線画像データに変換し、当該線画像データを前記走査画像光照射部に出力する画像変換手段と、前記画像判断手段及び画像変換手段を起動させる省電力モード設定手段とを有することを特徴とする。
このため、画像を線画として、当該線の部分のみを発光し、画像光としてユーザの眼球に照射するので、非線画像を表示する場合と比べて、面ではなく輪郭線のみ表示すれば良く、画像光生成部において発光する画素が大幅に少なくなり、画像全体において画素が発光されない領域となるので、大幅に消費電力を低減することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、画像光生成部が、画像信号又は画像データから、強度が画像に応じて変調されたレーザ光を２次元に走査した走査画像光を生成し、当該走査画像光を、ユーザの眼球に直接照射する走査画像光照射部であることを特徴とする。
このため、画像生成部が、LED、EL等の場合、数多くの画素を並べて画像光形成部を形成する必要があるのに対し、レーザ光の走査による画像光形成部は発光素子数が圧倒的に少なく、それによって発光素子そのものやその制御系で使用する電力量が低くなるため、さらに消費電力を低減することが可能となる。特に、輪郭線のみ表示すれば良いので、走査画像光照射部がレーザを発光する時間が大幅に短くなり、画像全体において大半がレーザが発光されない領域となるので、大幅に消費電力を低減することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、走査画像光照射部、画像判断手段、画像変換手段、省電力モード設定手段に電源を供給する電池と、電池の残量を検出する電池残量判断手段を有し、前記省電力モード設定手段は、省電力モードが設定されているもしくは前記電池残量判断手段が検出した電池残量が所定量以下であると判断した場合に、前記画像判断手段及び線画変換手段を起動させることを特徴とする。
このため、電池残量が所定値以下の場合に、自動的に省電力モードに設定されるので、ユーザが省電力モードを設定する煩わしさがなく、電池の持続時間を伸ばすことが可能となる。

請求項４に記載の発明は、走査画像光生成手段は、画像データから、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のレーザ光を生成し、混合させて走査画像光を生成し、省電力モード設定手段は、省電力モードが設定されているもしくは電池残量判断手段が検出した電池残量が所定量以下であると判断した場合に、前記走査画像光生成手段が生成するＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光のいずれか１又はいずれか２のレーザ光の生成を停止することを特徴とする。
このため、消費電力を更に低減させることが可能となる。

請求項５に記載の発明は、省電力モード設定手段は、消費電力の大きなレーザ光から停止することを特徴とする。
例えば、画像を緑のレーザ光で表示するためには、固体レーザで発振させた赤外レーザ光を非線形結晶により第２高調波である緑レーザ光を発生させ、さらに音響光学変調素子等を用いて変調を行っている。第２高調波の発生効率は低く、固体レーザとしては出力を大きくすることから消費電力が大きくなる。また、音響光学変調素子の消費電力も大きい。このようにレーザの波長によって消費電力が大きく異なるので、消費電力の大きなレーザから停止させることで大幅に消費電力を低減させることができる。また、線画像であるので、輪郭の色が元の画像の非線画像の色と異なっても、輪郭の視認の支障とはならない。

（本発明の概要）
図１は本発明のヘッドマウントディスプレイ１００の全体図である。ヘッドマウントディスプレイ１００は、ユーザの頭部に装着される頭部装着部１と、ユーザに視認させる画像を生成する画像生成部２とから構成されている。図１に示される頭部装着部１は、眼鏡のフレーム形状をしている。頭部装着部１は、この形状に限定されず、ヘルメット形状等であってもよく、ユーザの頭部に装着される構造のものであれはすべて含まれる。頭部装着部１の側前部には、画像生成部２が取り付けられている。なお、図１に示されるヘッドマウントディスプレイ１００は、１つの画像生成部２が、頭部装着部１の側前部に取り付けられているが、２つの画像生成部２が頭部装着部１の両側前部に取り付けられ、ユーザが両眼で画像を視認することができるヘッドマウントディスプレイであっても差し支えない。画像生成部２からは伝送線８が、延出している。

本発明のヘッドマウントディスプレイ１００の画像生成部２には、強度が画像に応じて変調されたレーザ光を２次元に走査した走査画像光を、ユーザの眼球に直接照射して、ユーザに画像を視認させる（以下「表示」とする）走査画像光照射部２０（図６、図７に示す）を有している。本実施形態のヘッドマウントディスプレイ１００は、ユーザが、走査画像光照射部２０が表示する画像を視認しつつ、外界を見ることができる、所謂シースルー型のヘッドマウントディスプレイである。

本発明では、図２に示されるような文字や線画のみからなる線画像を、図３に示されるように白黒反転させて、白で現されている部分のみを、走査画像光として、ユーザの眼球に直接照射することにより、消費電力を大幅に少なくしている。

また、図４に示されるような静止画等の非線画像の場合には、画像の輪郭を抽出し、図５に示されるように、当該輪郭を白で表し、それ以外の部分を黒で表すことにより線画変換を行い、当該白で現されている部分のみを、走査画像光として、ユーザの眼球に直接照射することにより、消費電力を大幅に少なくしている。以下に、図面を参照しつつ、本発明のヘッドマウントディスプレイ１００の詳細について説明をする。

（ヘッドマウントディスプレイのブロック図）
図６は本発明のヘッドマウントディスプレイ１００のブロック図である。画像生成部２は、制御部４０を有している。制御部４０は、ＣＰＵ４１、ＲＡＭ４２、ＲＯＭ４３、不揮発性メモリ４４、コントローラ４９、ＶＲＡＭ５０、画像入力インターフェース５１、インターフェース５４とから構成され、これらは相互にバス５５で接続されている。

ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔの略）４１は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙの略）４２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙの略）４３と協動して、各種演算、処理を行うものである。

ＲＡＭ４２は、ＣＰＵ４１によって処理されるプログラムや、ＣＰＵ４１で処理するデータを、そのアドレス空間に一時的に保存するものである。

ＲＯＭ４３には、ヘッドマウントディスプレイ１００を制御する各種プログラムやパラメータが保存されている。当該各種プログラムが、ＣＰＵ４１で処理されることにより、各種機能を実現している。ＲＯＭ４３には、後述する画像判断手段４３ａ、画像変換手段４３ｂ、省電力モード設定手段４３ｄ、電池残量判断手段４３ｅ等のプログラムが保存されている。なお、不揮発性メモリ４４に、これらプログラムを保存することにしても差し支えない。

画像判断手段４３ａは、走査画像光照射部２０で表示する「画像信号」又は「画像データ」が、文字や線画のみからなる線画像であるか、それ以外の非線画像であるかを判断する手段である。

画像変換手段４３ｂは、非線画の「画像信号」又は「画像データ」の画像の輪郭を抽出し、線画のみからなる「線画像データ」に変換する手段である。

省電力モード設定手段４３ｄは、画像判断手段４３ａ、画像変換手段４３ｂを起動させて、ヘッドマウントディスプレイ１００を省電力モードに設定する手段である。

電池残量判断手段４３ｅは、後述する電池７１の残量を検出する手段である。電池７１を検出する方法としては、電源部７２を介して、電池７１の開放電圧を測定する方法が含まれる。

なお、画像判断手段４３ａ、画像変換手段４３ｂ、省電力モード設定手段４３ｄ、電池残量判断手段４３ｅを、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）として構成することとしても差し支えない。

不揮発性メモリ４４は、ヘッドマウントディスプレイ１００の各種設定や「画像データ」を保存するものである。

コントローラ４９は、走査画像光照射部２０及び、ＶＲＡＭ５０、バス５５と接続している。コントローラ４９は、所謂ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を有し、「画像データ」や画像変換手段４３ｂが生成した「線画像データ」に基づく、ピクセルデータである「照射画像データ」を生成し、ＶＲＡＭ５０に保存するとともに、前記「照射画像データ」を「画像信号」として走査画像光照射部２０に出力する。また、コントローラ４９は、走査画像光照射部２０に、「制御信号」を出力する。制御信号には、走査画像光照射部２０の電源の投入・遮断、画像位置の調整等の制御信号が含まれる。

ＶＲＡＭ５０は、コントローラ４９及び、画像入力インターフェース５１、バス５５と接続している。ＶＲＡＭ５０は、コントローラ４９が生成した「照射画像データ」を保存するとともに、当該保存された「照射画像データ」をコントローラ４９に出力する。

画像入力インターフェース５１は、ＶＲＡＭ５０及びバス５５と接続している。画像入力インターフェース５１は、伝送線８と接続する画像入力部５１ａを有している。画像入力部５１ａには、当該伝送線８を介して伝送される「画像信号」や「画像データ」が、入力されるようになっている。画像入力部５１ａに「画像信号」が入力された場合には、画像入力インターフェース５１は、当該「画像信号」の物理的や論理的な形式を変換して「画像データ」としてＶＲＡＭ５０に保存する。なお、「画像信号」がアナログ信号である場合には、画像入力インターフェース５１でデジタルデータである「画像データ」に変換される。一方で、画像入力部５１ａに「画像データ」が入力された場合には、「画像データ」の物理的や論理的な形式を変換して、ＲＡＭ４２や不揮発性メモリ４４に保存する。

伝送線８は、パーソナルコンピュータ９１や、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）等の「画像信号」や「画像データ」を出力する機器又はネットワークに接続している。画像入力インターフェース５１には、アナログの「画像信号」が入力されるＶＧＡ（Ｖｉｄｅｏ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ａｒｒａｙの略）や、デジタルの「画像信号」が入力されるＤＶＩ−Ｄ、ＤＶＩ−Ｉ等のインターフェースが含まれる。また、画像入力インターフェース５１には、ＬＡＮや、ＵＳＢ（Ｕｎｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓの略、ＵＳＢ１．０、ＵＳＢ１．１、ＵＳＢ２．０を含む）、ＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ２３２、ＲＳ４２２その他通信インターフェースを含めることができる。画像入力インターフェース５１は、無線を用いたものであってもよく、この場合のインターフェースとしては、ＩＥＥＥ８０２に規定されているいわゆる無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、その他の無線インターフェースを含めることができる。更に、画像入力インターフェース５１は、ＳＤカード等のフラッシュメモリを読み取るインターフェースであっても差し支えない。

画像入力インターフェース５１に入力される「画像信号」には、文字、線画のみからなる「線画像信号」と、静止画や動画等の「非線画像信号」が含まれる。画像入力インターフェース５１に入力される「画像データ」には、線画のみから構成される「線画像データ」と、静止画データや動画等の「非線画データ」が含まれる。「線画像データ」には、ワードプロセッサや表計算ソフト、ＣＡＤ等のファイル形式が含まれる。「非線画データ」には、ＴＩＦＦやＪＰＥＧ、ＭＰＥＧ等のファイル形式が含まれる。

インターフェース５４は、操作部６０、電源ランプ６１及びバス５５と接続し、信号の物理的、論理的な形式を変換する。操作部６０は、ヘッドマウントディスプレイ１００の操作を行うためのものである。前記操作には、ヘッドマウントディスプレイ１００の電源をＯＮ・ＯＦＦ状態にする操作や、「省電力モード」にする操作、「省電力モード」をＯＦＦにする操作が含まれる。電源ランプ６１は、ヘッドマウントディスプレイ１００がＯＮ状態の時に点灯するようになっている。

電源部７２は、電池７１と接続し、電池７１から供給される直流電流を、バス５５及び走査画像光照射部２０に供給する。電池７１には、マンガン電池、アルカリ電池、リチウム電池等の一次電池と、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池の両方が含まれる。

走査画像光照射部２０は、強度が画像に応じて変調されたレーザ光を２次元に走査した走査画像光を生成し、当該走査画像光をユーザの眼球に直接照射し、ユーザに画像を視認させる装置であり、図７に示されるような構成をしている。走査画像光照射部２０は、走査光生成部２１、コリメート光学系２２、水平走査部２３、垂直走査部２４、リレー光学系２５、リレー光学系２６を有している。

走査光生成部２１は、コントローラ４９が出力する画像信号を、ドットクロック毎に読み出し、読み出した画像信号に応じて強度変調して走査光を生成する装置である。走査画像光生成部２１は、信号処理回路２１１、光源部２１２、光合成部２１３を有している。

信号処理回路２１１は、コントローラ４９と接続している。信号処理回路２１１は、コントローラ４９から入力された「画像信号」に基づいて、走査画像光を生成するための要素となるＢ（青）、Ｇ（緑）、Ｒ（赤）の各画像信号２１４ａ〜２１４ｃを生成し、光源部２１２に出力する。また、信号処理回路２１１は、後述する水平走査部２３の水平走査制御回路２３ｂと接続している。信号処理回路２１１は、コントローラ４９から入力された「画像信号」に基づいて水平駆動信号２１５を生成し、この水平駆動信号２１５を水平走査制御回路２３ｂに出力する。更に、信号処理回路２１１は、後述する垂直走査制御回路２４ｂと接続している。信号処理回路２１１は、コントローラ４９から入力された「画像信号」に基づいて垂直駆動信号２１６を生成し、この垂直駆動信号２１６を垂直走査制御回路２４ｂに出力する。

光源部２１２は、Ｂレーザドライバ２１２ａ、Ｇレーザドライバ２１２ｂ、Ｒレーザドライバ２１２ｃ、Ｂレーザ２１２ｄ、Ｇレーザ２１２ｅ、Ｒレーザ２１２ｆから構成されている。Ｂレーザドライバ２１２ａは、信号処理回路２１１からドットクロック毎に出力されたＢ（青）の画像信号２１４ａに基づき、Ｂレーザ２１２ｄを駆動させる。Ｂレーザ２１２ｄは、Ｂ（青）の画像信号２１４ａに基づき、強度変調された青色のレーザ光を出射する。Ｇレーザ２１２ｅ及びＲレーザ２１２ｆも、同様に、それぞれ強度変調された、緑色のレーザ光、赤色のレーザ光を出射する。

各レーザ２１２ｄ〜２１２ｆには、半導体レーザや、高調波発生機能付固定レーザが含まれる。なお、半導体レーザを用いる場合には、駆動電流を直接変調して、レーザ光の強度変調を行う。また、高調波発生機能付固定レーザを用いる場合には、各レーザ２１２ｄ〜２１２ｆそれぞれに、外部変調器を備えてレーザ光の強度変調を行う。なお、高調波発生の効率は高くなく、さらに外部変調器での損失も加わるため、高調波発生機能付固体レーザの消費電力は大きくなるため、各レーザ２１２ｄ〜２１２ｆに半導体レーザを用いることが好ましい。

光合成部２１３は、コリメート光学系２１３ａ〜２１３ｃ、ダイクロイックミラー２１３ｄ〜２１３ｆ、結合光学系２１３ｇとから構成されている。コリメート光学系２１３ａ〜２１３ｃは、それぞれ、レーザ２１２ｄ〜２１２ｆの前方に配設されていて、各レーザ２１２ｄ〜２１２ｆが出射したレーザ光を、平行光化する。ダイクロイックミラー２１３ｄ〜２１３ｆは、それぞれ、コリメート光学系２１３ａ〜２１３ｃの前方に配設されていて、各コリメート光学系２１３ａ〜２１３ｃが平行化した各レーザ光を、所定の範囲の波長のレーザ光のみを選択的に、反射又は透過する。

結合光学系２１３ｇは、ダイクロイックミラー２１３ｄの前方に配設されている。ダイクロイックミラー２１３ｄを透過した青色のレーザ光及び、ダイクロイックミラー２１３ｅ、２１３ｆをそれぞれ反射した、緑色のレーザ光、赤色のレーザ光が、結合光学系２１３ｇに入射する。結合光学系２１３ｇは、各３原色のレーザ光を集光（混合）させて、光ファイバ２７に入射させる。なお、青色のレーザ光、緑色のレーザ光、赤色の各レーザ光の強度を均等にすると、白色を表現することができる。

水平走査部２３及び垂直走査部２４は、光ファイバ２７に入射されたレーザ光を、画像として照射するために、当該レーザ光を水平方向と垂直方向に走査して走査画像光を生成する。

水平走査部２３は、共振型偏向素子２３ａ、水平走査制御回路２３ｂ、水平走査角検出回路２３ｃとから構成されている。光ファイバ２７に入射されたレーザ光は、コリメート光学系２２で平行光化され、共振型偏向素子２３ａに入射される。共振型偏向素子２３ａは、水平走査制御回路２３ｂで揺動される反射面２３ｄを有し、入射されたレーザ光を、揺動する反射面２３ｄで反射させて水平方向に走査する。水平走査制御回路２３ｂは、信号処理回路２１１から出力される水平駆動信号２１５に基づいて、共振型偏向素子２３ａの反射面２３ｄを揺動させる駆動信号を発生する。水平走査角検出回路２３ｃは、共振型偏向素子２３ａから出力される変位信号に基づいて、共振型偏向素子２３ａの反射面２３ｄの揺動範囲及び揺動周波数等の揺動状態を検出し、当該揺動状態を示す信号を、コントローラ４９に出力する。

垂直走査部２４は、偏向素子２４ａ、垂直走査制御回路２４ｂ、垂直走査角検出回路２４ｃとから構成されている。偏向素子２４ａは、垂直走査制御回路２４ｂで揺動される反射面２４ｄを有し、入射されたレーザ光を、揺動する反射面２４ｄで反射させて垂直方向に走査し、２次元的に走査された画像光として、リレー光学系２６に出射する。垂直走査制御回路２４ｂは、信号処理回路２１１から出力される垂直駆動信号２１６に基づいて、偏向素子２４ａの反射面２４ｄを揺動させる駆動信号を発生する。垂直走査角検出回路２４ｃは、偏向素子２４ａから出力される変位信号に基づいて、偏向素子２４ａの反射面２４ｄの揺動範囲及び揺動周波数等の揺動状態を検出し、当該揺動状態を示す信号を、コントローラ４９に出力する。

リレー光学系２５は、共振型偏向素子２３ａと偏向素子２４ａの間に配設されている。リレー光学系２５は、共振型偏向素子２３ａの反射面２３ｄで、水平方向に走査されたレーザ光を収束させて、偏向素子２４ａの反射面２４ｄに入射させる。

信号処理回路２１１は、コントローラ４９から入力された「画像信号」に基づいて、水平駆動信号２１５と垂直駆動信号２１６を、それぞれ水平走査制御回路２３ｂと垂直走査制御回路２４ｂに出力し、反射面２３ｄ、２４ｄの走査角を変更することにより、生成する画像光の輝度を調整している。

こうして変更された反射面２３ｄ、２４ｄの走査角度は、水平走査角検出回路２３ｃ及び垂直走査角検出回路２４ｃによって検出信号として検出され、当該検出信号がコントローラ４９に入力され、水平駆動信号２１５及び垂直駆動信号２１６にフィードバックされる。

リレー光学系２６は、正の屈折力を持つレンズ系２６ａ、２６ｂを有している。偏向素子２４ａから出射された画像光は、レンズ系２６ａによって、それぞれの画像光が、その走査画像光の中心線を相互に略平行にされ、かつそれぞれ収束画像光に変換される。前記収束画像光は、レンズ系２６ｂによってそれぞれほぼ平行な走査画像光となるとともに、これらの走査画像光の中心線がユーザの瞳孔Ｅａに収束するように集光される。

なお、本実施形態では、光ファイバ２７から入射されたレーザ光を、水平走査部２３で水平方向に走査した後、垂直走査部２４によって垂直方向に走査することとしたが、水平走査部２３と垂直走査部２４の配置を入れ替え、垂直走査部２４に垂直方向に走査した後、水平走査部２３で水平方向に走査するように構成しても差し支えない。

なお、画像生成部２を、ユーザの眼球Ｅに、強度が画像に応じて変調されたレーザ光を２次元に走査した画像光を直接照射し、ユーザに画像を視認させる実施形態について説明したが、画像生成部２はこの実施形態に限定されず、ユーザの眼球の前面に、２次元に配設されたＬED（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や、有機ＥＬ等、２次元に配設された各画素が自発光してユーザに画像を視認させる装置であっても差し支えない。

（メイン処理）
図８にメイン処理のフロー図を示し、メイン処理の説明をする。ユーザが操作部６０を操作することにより、「画像信号」又は「画像データ」を、走査画像光照射部２０で表示させる操作を行った場合には、メイン処理が開始し、Ｓ１１「電池残量検出」の処理に進む。Ｓ１１の処理において、電池残量判断手段４３ｅは、電池７１の残量を検出する。Ｓ１１の処理が終了すると、Ｓ１２「電池残量が規定値以下？」の判断処理に進む。

Ｓ１２「電池残量が規定値以下？」の判断処理において、電池残量判断手段４３ｅは、Ｓ１１の処理で検出した電池残量に基づき、電池７１の残量が規定値以下であるか否を判断する。電池残量判断手段４３ｅが、電池７１の残量が規定値以下であると判断した場合には、省電力モード設定手段４３ｄは、画像判断手段４３ａ、画像変換手段４３ｂを起動させて、ヘッドマウントディスプレイ１００を省電力モードにし、Ｓ１４「線画変換」の処理に進む。一方で、電池残量判断手段４３ｅが、電池７１の残量が規定値よりも多いと判断した場合には、Ｓ１７「走査画像データ生成」の処理に進む。なお、ユーザが操作部６０を操作することにより、強制的に省電力モードに設定し、Ｓ１４の処理に進むことにしても差し支えない。或いは、ユーザが操作部６０を操作することにより、省電力モードに設定されないようにして、Ｓ１７の処理に進むことにしても差し支えない。

Ｓ１７「走査画像データ生成」の処理において、コントローラ４９は、「画像データ」から、ピクセルデータである「照射画像データ」を生成し、ＶＲＡＭ５０に保存する。Ｓ１７の処理が終了すると、Ｓ１６「走査画像光照射」の処理に進む。

Ｓ１４「線画変換」の処理において、詳しくは、図９を用いて後で詳細に説明するが、画像判断手段４３ａが、走査画像光照射部２０で表示する「画像信号」や「画像データ」が、例えば図２に示される画像のように文字や線画のみから構成されていると判断した場合には、画像変換手段４３ｂは、図３に示されるように、白地に黒色で表示されている文字や線画の部分を、白色に反転し、白地の部分を黒色に反転するする処理を行い、「反転線画像データ」を生成する。文字も基本的には線から構成されるので、広い意味で線画とみなすことができる。一方で、画像判断手段４３ａが、走査画像光照射部２０で表示する「画像信号」や「画像データ」が、例えば図４に示されるような静止画像であり、面領域で異なる色や階調を有し、線画のみから構成されていないと判断した場合には、画像判断手段４３ａは、画像の輪郭を抽出して、当該輪郭の部分を白色とし他の部分を黒色として、「反転線画像データ」を生成する。コントローラ４９は、「反転線画像データ」から、ピクセルデータである「照射画像データ」を生成し、ＶＲＡＭ５０に保存する。Ｓ１４の処理が終了すると、Ｓ１６の処理に進む。

Ｓ１６「走査画像光照射」の処理において、画像照射部コントローラ４９は、Ｓ１４の処理でＶＲＡＭ５０に保存された「照射画像データ」又は、Ｓ１７の処理でＶＲＡＭ５０に保存された「照射画像データ」（線画、非線画の両方を含む）を「画像信号」として、走査画像光照射部２０の信号処理回路２１１に出力する。信号処理回路２１１は、入力された「画像信号」に基づいて、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各画像信号２１４ａ〜２１４ｃを生成し、光源部２１２に出力するとともに、水平駆動信号２１５と垂直駆動信号２１６を、それぞれ水平走査制御回路２３ｂと垂直走査制御回路２４ｂに出力し、走査画像光を生成させる。生成された走査画像光は、リレー光学系２６からユーザの眼球Ｅ（瞳孔Ｅａ）に直接照射される。なお、図３や図４で示される「照射画像データ」の黒色の部分は、走査画像光が発光されず、白色の部分のみ走査画像光が発光されるようになっている。

このように、本発明では、白色の部分のみ走査画像光が発光されるため、表示画像領域全体に対して走査画像光を発光する部分が大幅に少なくなるので、大変省電力である。通常の非線画像を表示した場合は、走査画像光が面領域で異なる色や階調（レーザ強度）で発光するので、黒以外の領域では階調に合わせて強度変調されたレーザが常に発光しているので、消費電力が増大する。

なお、ユーザが操作部６０を操作することにより、もしくは、Ｓ１２の処理で電池残量判断手段４３ｅが、電池７１の残量が規定値以下であると判断した場合には、省電力モード設定手段４３ｄは、コントローラ４９に命令を出力することにより、信号処理回路２１１が生成するＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のうちいずれか１又はいずれか２の画像信号２１４ａ〜２１４ｃの生成を停止させて、ヘッドマウントディスプレイ１００の消費電力を抑えることができるようになっている。省電力モード設定手段４３ｄは、レーザ光の発光・変調を含めて消費電力の大きなレーザ光から停止することが好ましい。例えば、G（緑）のレーザ光で画像を表示するためには、固体レーザで発振させた赤外レーザ光を非線形結晶により第２高調波であるG（緑）レーザ光を発生させ、さらに音響光学変調素子等を用いて変調を行っている。第２高調波の発生効率は低く、固体レーザとしては出力を大きくすることから消費電力が大きくなる。また、音響光学変調素子の消費電力も大きい。現状では、Ｇ（緑）のレーザは、他の原色のレーザに比べて消費電力が大きいので、Ｇ（緑）の画像信号２１４ｂの生成から停止させることが好ましい。線画像であるので、輪郭の色が元の画像の非線画像の色と異なっても、輪郭の視認の支障とはならない。

（線画変換処理）
図９に線画変換処理のフロー図を示して、以下、線画変換処理について説明をする。メイン処理のＳ１４にて線画変換処理が開始されると、Ｓ２１「線画像？」の判断処理に進む。Ｓ２１の判断処理において、画像判断手段４３ａは、走査画像光照射部２０で表示する「画像データ」が、文字や線画のみで構成されているか否かを判断する。画像判断手段４３ａが、走査画像光照射部２０で表示する「画像データ」が、文字や線画のみで構成されていると判断した場合（例えば図２に示されるような画像である場合）には、Ｓ２９「白黒反転処理」に進む。一方で、画像判断手段４３ａが、走査画像光照射部２０で表示する「画像データ」が、文字や線画のみで構成されていないと判断した場合には、Ｓ２２「モノクロ？」の判断処理に進む。画像データの構成の判断は、画像データの元になる、例えばテキストファイルなどのファイルの種別で文字や線画を判断しても良い。画像データからＲＧＢの値の組が種々の値の組に広く分布していれば、中間調があるので非線画像と判断できる。画像データからＲＧＢの値の組が値の大きく異なる２グループに分かれ、かつ、一方の組が長く連続しない場合は文字や線画と判断できる。また、複数のグループに分かれても、一組を除いて、他の組が長く連続しなければ異なった色の線画あるいは文字と判断できる。２組以上が長く連続する場合は、その色で塗られた領域がある非線画像と判断できる。連続する長さは通常の線幅（数ピクセル）より長いか短いかで判断すれば良い。

Ｓ２２「モノクロ？」の判断処理において、画像変換手段４３ｂは、「画像データ」がモノクロであるか否かを判断する。画像変換手段４３ｂが、「画像データ」がモノクロであると判断した場合には、Ｓ２６「階調補正処理」に進む。一方で、画像変換手段４３ｂが、「画像データ」がカラーであり、モノクロでないと判断した場合には、Ｓ２４「モノクロ化処理」に進む。

Ｓ２４「モノクロ化処理」において、画像変換手段４３ｂは、「画像データ」をモノクロに変換する。Ｓ２４の処理が終了すると、Ｓ２６の処理に進む。モノクロ処理（以降の処理も同様）は通常の画像処理で行われているものと同様の方法で行われる。

Ｓ２６「階調補正処理」において、画像変換手段４３ｂは、「画像データ」のコントラストを検出し、コントラストが低いと判断した場合には、「画像データ」のコントラストを高める。Ｓ２６の処理が終了すると、Ｓ２７「先鋭化処理」に進む。

Ｓ２７「先鋭化処理」において、画像変換手段４３ｂは、「画像データ」の画像のエッジを強調する等の先鋭化処理を行うことにより、画像の輪郭を浮き上がらせる。Ｓ２７の処理が終了すると、Ｓ２８「輪郭抽出処理」に進む。

Ｓ２８「輪郭抽出処理」において、画像変換手段４３ｂは、Ｓ２８の処理で輪郭が浮き上がった「画像データ」の輪郭を抽出し、「線画像データ」に変換しＲＡＭ４２に保存する。Ｓ２８の処理が終了すると、Ｓ２９「白黒反転処理」に進む。

Ｓ２９「白黒反転処理」において、画像変換手段４３ｂは、ＲＡＭ４２の保存された「線画像データ」の線や文字の部分を白色に変換するとともに、それ以外の部分を黒色に変換し、「反転線画データ」を生成し、ＲＡＭ４２に保存する。Ｓ２９の処理が終了すると、Ｓ３０「走査画像データ生成」の処理に進む。

Ｓ３０「走査画像データ生成」の処理において、コントローラ４９は、ＲＡＭ４２に保存された「反転線画像データ」から、ピクセルデータである「照射画像データ」を生成し、ＶＲＡＭ５０に保存する。Ｓ３０の処理が終了すると、線画変換処理が終了し、図８のＳ１６「走査画像光照射」の処理に進む。

以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うヘッドマウントディスプレイもまた技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。

本発明のヘッドマウントディスプレイの全体図である。 線画変換前の線画画像データである。 線画変換後の線画画像データである。 線画変換前の非線画画像データである。 線画変換後の非線画画像データである。 ヘッドマウントディスプレイのブロック図である。 走査画像光照射部のブロック図である。 メイン処理のフロー図である。 線画変換処理のフロー図である。

符号の説明

１ 頭部装着部
２ 画像生成部
８ 伝送線
２０ 走査画像光照射部
２１ 走査光生成部
２２ コリメート光学系
２３ 水平走査部
２３ａ 共振型偏向素子
２３ｂ 水平走査制御回路
２３ｃ 水平走査角検出回路
２４ 垂直走査部
２４ａ 偏向素子
２４ｂ 垂直走査制御回路
２４ｃ 垂直走査角検出回路
２５ リレー光学系
２６ リレー光学系
２６ａ レンズ系
２６ｂ レンズ系
２７ 光ファイバ
４０ 制御部
４１ ＣＰＵ
４２ ＲＡＭ
４３ ＲＯＭ
４３ａ 画像判断手段
４３ｂ 画像変換手段
４３ｄ 省電力モード設定手段
４３ｅ 電池残量判断手段
４９ コントローラ
５０ ＶＲＡＭ
５１ 画像入力インターフェース
５１ａ 画像入力部
５４ インターフェース
５５ バス
６０ 操作部
６１ 電源ランプ
７１ 電池
７２ 電源部
９１ パーソナルコンピュータ
１００ ヘッドマウントディスプレイ
２１１ 信号処理回路
２１２ 光源部
２１２ａ Ｂレーザドライバ
２１２ｂ Ｇレーザドライバ
２１２ｃ Ｒレーザドライバ
２１２ｄ Ｂレーザ
２１２ｅ Ｇレーザ
２１２ｆ Ｒレーザ
２１３ 光合成部
２１３ａ〜２１３ｃ コリメート光学系
２１３ｄ〜２１３ｆ ダイクロイックミラー
２１３ｇ 結合光学系
２１４ 画像信号
２１５ 水平駆動信号
２１６ 垂直駆動信号
Ｅ 眼球
Ｅａ 瞳孔

Claims (5)

1. ユーザの頭部に装着され、ユーザに画像を視認させるヘッドマウントディスプレイにおいて、
   画像信号又は画像データから、画素毎に発光して、強度が画像に応じて変調された画像光を生成する画像光生成部と、
   ユーザに視認させる画像信号若しくは画像データが、線画像及び非線画像のいずれかであるかを判断する画像判断手段と、
   画像信号若しくは画像データが非線画像である場合に、画像信号若しくは画像データを線画像データに変換し、当該線画像データを前記走査画像光照射部に出力する画像変換手段と、
   前記画像判断手段及び画像変換手段を起動させる省電力モード設定手段とを有することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
2. 画像光生成部が、画像信号又は画像データから、強度が画像に応じて変調されたレーザ光を２次元に走査した走査画像光を生成し、当該走査画像光を、ユーザの眼球に直接照射する走査画像光照射部であることを特徴とする、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
3. 走査画像光照射部、画像判断手段、画像変換手段、省電力モード設定手段に電源を供給する電池と、
   電池の残量を検出する電池残量判断手段を有し、
   前記省電力モード設定手段は、省電力モードが設定されているもしくは前記電池残量判断手段が検出した電池残量が所定量以下であると判断した場合に、前記画像判断手段及び線画変換手段を起動させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
4. 走査画像光生成手段は、画像データから、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のレーザ光を生成し、混合させて走査画像光を生成し、
   省電力モード設定手段は、省電力モードが設定されているもしくは電池残量判断手段が検出した電池残量が所定量以下であると判断した場合に、前記走査画像光生成手段が生成するＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光のいずれか１又はいずれか２のレーザ光の生成を停止することを特徴とする請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ。
5. 省電力モード設定手段は、消費電力の大きなレーザ光から停止することを特徴とする請求項４記載のヘッドマウントディスプレイ。