JP2011069977A - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザが好みの散乱光レベルを容易に、また、直感的に選択することができるヘッドマウントディスプレイを提供する。
【解決手段】本発明に係るヘッドマウントディスプレイでは、画像信号に応じた画像光を外光と共にユーザの眼に入射させ、画像信号に応じた画像を外景と重ねて表示する表示部と、表示部を制御する制御部とを備えたヘッドマウントディスプレイにおいて、制御部は、画像信号に応じた画像を表示部により表示させる第１モードと、明部と暗部が隣接して形成される選択指標を、其の明部と暗部の割合をそれぞれ変えることで散乱レベルを異ならせて複数配置した画像を表示部により表示させ、ユーザにいずれかの選択指標を選択させる第２モードとを有しており、第１モードのときに、画像信号に応じた画像の明るさを、第２モードにおいて選択された選択指標に応じた明るさに調整して、表示部により表示させることとした。
【選択図】図３

Description

本発明は、画像光をユーザの眼に入射させて画像を表示するヘッドマウントディスプレイに関する。

従来、画像信号に応じた画像光をユーザの眼に入射して、ユーザに画像を認識させる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、頭部に装着されるものであるため、ユーザがいずれの方向を向いていても画像を認識させることができ、ユーザの身体の動きを比較的制限することがない。それゆえ、携帯可能となるよう装置全体が小型化されたものであれば、場所を選ばずユーザに画像を提供できるという長所がある。

さらに、このようなヘッドマウントディスプレイの中でも、画像光と共に外光をユーザの眼に入射させるシースルー型のヘッドマウントディスプレイによれば、画像を外景とを重ねてユーザに認識させることができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−８９０９３号公報

ところが、画像光をレーザ光で生成するタイプのヘッドマウントディスプレイの場合、ミラーやレンズなどの光学部材の表面でレーザ光が散乱して散乱光が発生し、画像の品質を低下させていた。特に、表示する画像が文字などの場合にはそのエッジがわかりにくくなり、表示する文字が視認しにくくなっていた。

ヘッドマウントディスプレイは、その携帯性の良さ故に、使用場所の移動等による外光変化が著しく、明るい場所から暗い場所へ移動した場合には、外光強度が低くなり、散乱光が目立って画像が見づらくなるという問題がある。

このとき、多くの画像表示装置に輝度調整機構が備えられているように、現在表示している画像の輝度をユーザの操作により少しずつ変化させて調整し、散乱光を目立たなくすることも可能である。

しかしながら、画像の輝度を少しずつ変化させて行う調整は、その操作が難しく、容易に設定することができず、ユーザの好みの設定に調整するまでに時間がかかっていた。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、ユーザが好みの散乱光レベルを容易に、また、直感的に選択することができるヘッドマウントディスプレイを提供する。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明では、画像信号に応じた画像光を外光と共にユーザの眼に入射させ、前記画像信号に応じた画像を外景と重ねて表示する表示部と、前記表示部を制御する制御部とを備えたヘッドマウントディスプレイにおいて、前記制御部は、前記画像信号に応じた画像を前記表示部により表示させる第１モードと、明部と暗部が隣接して形成される選択指標を、其の明部と暗部の割合をそれぞれ変えることで散乱レベルを異ならせて複数配置した画像を前記表示部により表示させ、前記ユーザにいずれかの選択指標を選択させる第２モードとを有しており、前記第１モードのときに、前記画像信号に応じた画像の明るさを、前記第２モードにおいて選択された選択指標に応じた明るさに調整して、前記表示部により表示させることとした。

また、請求項２に係る発明では、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、外光の強度を検出する光検出部を備え、前記制御部は、前記光検出部で検出した外光の強度が変化したときに、前記第２モードに移行して、前記複数の選択指標を含む画像を前記表示部により表示させることに特徴を有する。

また、請求項３に係る発明では、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、外光の強度を検出する光検出部を備え、前記制御部は、前記光検出部で検出した外光の強度が変化したときに、前記第２モードへ移行させるための案内画像を前記表示部により表示させることに特徴を有する。

また、請求項４に係る発明では、請求項１〜３のいずれか1項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記制御部は、起動時に前記第２モードに移行して、前記複数の選択指標を含む画像を前記表示部により表示させることに特徴を有する。

また、請求項５に係る発明では、前記制御部は、請求項１〜３のいずれか1項に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、起動時に前記第２モードへ移行させるための案内画像を前記表示部により表示させることに特徴を有する。

本発明によれば、外光の強度に応じてユーザが好みの散乱光レベルを容易に、また、直感的に選択することができるヘッドマウントディスプレイを提供することができる。

ユーザが観察している画像を示した説明図である。 本実施形態に係るＨＭＤの外観を示した説明図である。 ＨＭＤの電気的構成及び光学的構成を示した説明図である。 ＨＭＤの制御部の電気的構成を示したブロック図である。 ＣＰＵにて参照される散乱光レベル定義情報の一例を示した説明図である。 ＨＭＤのメイン処理を示したフローチャートである。 ＨＭＤの第１モード処理を示したフローチャートである。 ＨＭＤの第２モード処理を示したフローチャートである。 表示部にて表示される画像を示した説明図である。 表示部にて表示される画像を示した説明図である。 表示部にて表示される画像を示した説明図である。

以下、本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ（以下、「ＨＭＤ」ともいう。）について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係るＨＭＤは、画像信号に応じた画像光を外光と共にユーザの眼に入射させ、画像信号に応じた画像を外景と重ねて表示する表示部と、この表示部を制御する制御部とを備えたＨＭＤである。

〔１．ＨＭＤの概要〕
まず、図１を参照して、本実施形態に係るＨＭＤ１の概要について説明する。図１は、ＨＭＤ１を装着して観察者となったユーザが視認する画像を示した説明図である。

まず、図１（ａ）に示す状態Ｐように、周囲が比較的明るい状態で、ＨＭＤ１のユーザが、ある画像（ここでは、「Ａ」という文字）を視認している状況を想定する。周囲が比較的明るい状態とは、強度が比較的高い外光がＨＭＤ１の表示部に入射する状態を意味する。

次いで、例えばユーザが暗い部屋に移動するなどして、周囲が比較的暗い状態となったとする。周囲が比較的暗い状態とは、強度が比較的低い外光がＨＭＤ１の表示部に入射する状態を意味する。このとき、状態Ｐで視認していた同じ「Ａ」という文字でありながら、図１（ａ）の状態Ｑに示すように、やや肉太のエッジがぼやけた切れが悪い画像として視認される場合がある。

これは、拡大図にも示すように、表示すべき本来の「Ａ」という文字本体300の周囲に、同文字本体300を表示するためのレーザ光（画像光）の一部が、ミラーやレンズなどの光学系の表面で散乱されて生じた散乱光301がユーザに視認されるために起こる現象である。

散乱光301の強度は、文字本体300を表示するレーザ光よりも低い強度である。従って、周囲が比較的明るい状態Ｐでは散乱光301が発生しながらも目立つことはないためシャープなエッジの文字「Ａ」として視認される。しかし、周囲が比較的暗い状態Ｑとなると、散乱光301が文字「Ａ」の周囲の外光の強度に比して目立つこととなり、文字「Ａ」の周囲がぼんやりとしてやや肉太のエッジがぼやけた切れが悪い画像となってしまうのである。

また、文字「Ａ」の略中央部の黒抜きの三角形の部分に着目するとわかるように、状態Ｑでは、状態Ｐに比して、散乱光301により潰れかかっているようにユーザに視認されることになる。

このような現象は、文字や精緻な図形などエッジの多い画像を表示した場合に発生することが多く、画像品質の低下を招くこととなっていた。

そこで、本実施形態に係るＨＭＤ１では、画像信号に応じた画像を表示部により表示させる第１モードに加え、明部と暗部が隣接して形成される選択指標を、其の明部と暗部の割合をそれぞれ変えることで散乱レベルを異ならせて複数配置した画像（以下、「指標選択画像」ともいう。）を表示部により表示させ、ユーザにいずれかの選択指標を選択させる第２モードを設けている。そして、ＨＭＤ１の制御部は、第１モードのときに、画像信号に応じた画像の明るさを、第２モードにおいて選択された選択指標に応じた明るさに調整して、表示部により表示させることとしている。

具体的には、ＨＭＤ１の制御部は、図１（ｂ）に示すように、第２モードにおいて、指標選択画像の中から、ユーザの好みの散乱レベルの選択指標を選択させ、この選択された選択指標の明るさで第１モードにおいて画像を表示する。ここでは、複数の選択指標として、散乱レベルの異なる文字「Ａ」の画像を用いた例を示している。レーザ光の強度によってその散乱光の強度が変わる。すなわち、文字「Ａ」の画像の輝度を変えることで、散乱レベルを変えることができる。そこで、本実施形態に係るＨＭＤ１では、文字「Ａ」を異なる輝度で表示することで、これらの文字「Ａ」の画像を、散乱レベルが異なる複数の選択指標として用いるようにしている。なお、散乱光レベルをそれぞれ異ならせて配置する選択指標は特に限定されるものではないが、明暗がはっきりしている部分があり、エッジがシャープで、明部で囲まれる暗部や、その逆に、暗部で囲まれる明部を有するものが好適である。特に、外光の明るさによって、明部で囲まれる暗部（又は、暗部で囲まれる明部）の面積の変化が視覚上明確であるものが望ましい。特に、前述の文字「Ａ」の中央部分の三角形状のように、囲まれる側の部位に尖鋭状の部位があると、散乱光レベルを異ならせて複数配置した選択指標の差異が際立ちやすく好ましい。

このような構成とすることにより、ユーザが好みの散乱光レベルを容易に、また、直感的に選択することができる。

また、ＨＭＤ１には、外光の輝度を検出する光検出部を備えている。ＨＭＤ１の制御部は、光検出部で検出した外光の強度が変化したときに、第２モードに移行して、複数の選択指標を含む画像を表示部により表示させることができる。なお、ＨＭＤ１の制御部は、外光の強度を複数の強度範囲（例えば、レベル１〜８の８段階）に分け、光検出部で検出した外光の強度範囲が変わったとき（例えば、レベル２からレベル３へ変わったとき）に、外光の強度が変化したと判断する。

これにより、周囲の明るさが変化した場合でも、ユーザは好みの散乱光レベルを適宜選択して、画像品質を良好に保つことができる。

また、この際、複数の選択指標を含む画像を提示するに先立って、第２モードに移行させるための案内画像を表示することもできる。

このような構成とすることにより、ユーザに対して散乱レベルの調整が実施可能であることを報知することができると共に、例えば、散乱レベルの調整を行うか否かを適宜選択させることができる。

また、これらの散乱レベルの調整は、起動時に実行するよう構成しても良い。すなわち、ＨＭＤ１の制御部は、起動時に第２モードに移行して複数の選択指標を含む画像を表示部に表示させる。これにより、ＨＭＤ１の使用開始直後からユーザが好みの散乱レベルの画像を表示させることができる。

〔２．ＨＭＤの具体的構成〕
以上のようにＨＭＤ１の構成及び動作について、図面を参照してさらに具体的に説明する。

（ＨＭＤ１の外観）
図２に示すように、本実施形態に係るＨＭＤ１は、コントロールユニット２と、ユーザが頭部に装着する頭部装着具５と、コントロールユニット２と頭部装着具５と接続するケーブル４とを備えている。

コントロールユニット２は、内蔵したコンテンツ記憶部２６（後述）に記憶されたコンテンツ情報に基づいて画像信号Ｓを形成し、この画像信号Ｓに応じて各色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）毎に強度変調されたレーザ光により形成される画像光をケーブル４へ出射する。また、コントロールユニット２には、外部入出力端子１３が形成されており、外部からの画像信号を入力したり、図示しないパーソナルコンピュータ等との間で画像信号を形成するためのコンテンツ情報などを送受信したりすることができる。なお、ここでコンテンツ情報とは、文字を表示させるためのデータ、画像を表示させるためのデータ及び動画を表示させるためのデータのうちの少なくとも１つのデータで構成されるものであり、例えば、パーソナルコンピュータ等で使用される文書ファイルや画像ファイル、動画ファイル等である。

また、このコントロールユニット２の表面には、ＨＭＤ１の電源の入切を行うための電源ボタン８と、ユーザからの各種入力を受け付けるための操作入力部９が配設されている。

操作入力部９には、ユーザが第２モードにおいて画面上に表示される後述のポインタ９６,９７を操作して、複数の選択指標の中からいずれかの選択指標を選択するための左操作ボタン９０及び右操作ボタン９１と、ユーザの決定の意志を入力するための決定ボタン９２が配設されている。

ケーブル４は、コントロールユニット２から出射された画像光を伝送する後述の光ファイバケーブル３を備えている。また、ケーブル４は、後述の投影部６に備えられた高速走査部２２及び低速走査部２４と後述の光源部１７との間で同期をとるための高速駆動信号２３、低速駆動信号２５を伝送する駆動信号伝送用ケーブルを有しており、さらに、後述の光センサ９３から出力される受光信号を伝送する受光信号伝送用ケーブルも有している。

頭部装着具５は、ユーザの頭部に装着した状態において、伝送された画像光を走査してユーザの眼に投射し、ユーザに対して画像を表示するものであり、投影部６と、この投影部６を支持する眼鏡型フレーム１４とで構成している。この頭部装着具５を頭部に装着して観察者となったユーザの眼に対し、投影部６はケーブル４の光ファイバケーブル３により伝送された画像光を走査して投射し、ユーザに対して画像を表示する。

投影部６は、２次元方向に走査した画像光をユーザの眼１１０に入射させ、観察者となったユーザの眼１１０の網膜上で画像光を２次元方向に走査する。これにより、ユーザに画像情報に応じた画像を視認させることができる。

この投影部６には、観察者となったユーザの眼１１０と対向する位置にハーフミラー１５が設けられている。そのため、外光Ｌａはハーフミラー１５を透過してユーザの眼１１０に入射され、投影部６から出射される画像光Ｌｂはハーフミラー１５で反射してユーザの眼１１０に入射する。これにより、ユーザは外光Ｌａによる外景に画像光による画像を重ねて視認することができる。

このようにＨＭＤ１は、外光を透過しつつ、画像光を観察者となったユーザの眼１１０に投射するシースルー型のヘッドマウントディスプレイとしている。

また、投影部６には、外光Ｌａの強度に応じた受光信号を出力する光センサ９３が配設されている。すなわち、この光センサ９３は、外光Ｌａの強度を検出する光検出部として機能する。この光センサ９３にて生成された受光信号は、ケーブル４内に収容されている受光信号伝送用ケーブル（図示せず）を介してコントロールユニット２へ伝送される。

（ＨＭＤの電気的及び光学的な具体的構成〕
次に、図３を参照しながら、ＨＭＤ１の電気的構成及び光学的構成について説明する。図３は、ＨＭＤ１の電気的構成及び光学的構成を示した説明図である。

図２及び図３に示すように、ＨＭＤ１は、コントロールユニット２と、光ファイバケーブル３を含むケーブル４と、投影部６とを備えている。コントロールユニット２内には、ＨＭＤ１全体の動作を統括制御する制御部１８と、この制御部１８から供給される画像信号Ｓに基づいて駆動信号を生成する駆動信号供給回路１９と、この駆動信号に基づいてＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の各色毎に強度変調されたレーザ光で形成される画像光を生成して出射する光源部１７が設けられている。

（制御部１８）
制御部１８は、比較的大容量の記憶領域を有するコンテンツ記憶部２６に予め記憶されたコンテンツ情報を読み出し、このコンテンツ情報に基づく画像データを画像信号Ｓに変換して、駆動信号供給回路１９に供給する。また、制御部１８は、外部入出力端子１３を介して外部接続した図示しない機器類から供給される画像データを画像信号Ｓに変換し、駆動信号供給回路１９に供給することもできる。なお、コンテンツ記憶部２６は、例えば、ハードディスクの如き磁気的記憶媒体や、ＣＤ−Ｒの如き光学的記録媒体や、フラッシュメモリ等とすることができる。

また、制御部１８は、光源部１７から出射されるレーザ光の強度を調整するＲ輝度調整信号９４ｒ,Ｇ輝度調整信号９４ｇ,Ｂ輝度調整信号９４ｂを、光源部１７に対して供給する。この各輝度調整信号９４ｒ,９４ｇ,９４ｂは、後述する各駆動信号２１ｒ，２１ｇ，２１ｂの増幅率を定義する信号であり、詳細は後に説明する。

また、制御部１８には、前述の電源ボタン８が電気的に接続されており、この電源ボタン８が押下されることにより、制御部１８は、図示しない電源部からの電力を供給したり停止したりする。さらに、制御部１８には、操作入力部９が電気的に接続されており、左右操作ボタン９０,９１及び決定ボタン９２の操作を、制御部１８にて検知可能に構成している。

駆動信号供給回路１９は、制御部１８から供給された画像信号Ｓに基づいて、表示画像を形成するための要素となる各信号を画素単位で生成する。すなわち、駆動信号供給回路１９は、画像信号Ｓに基づいて、Ｒ（赤色）駆動信号２１ｒ，Ｇ（緑色）駆動信号２１ｇ，Ｂ（青色）駆動信号２１ｂを画素単位で生成する。駆動信号供給回路１９は、画像信号Ｓをデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器８０と、Ａ／Ｄ変換器８０でデジタル変換された画像信号Ｓに基づき、画像信号Ｓに応じた画像の各画素のＲ（赤色）成分の輝度、Ｇ（緑色）成分の輝度、Ｂ（青色）成分の輝度に応じたデジタル信号を生成する信号処理部８１を備えている。さらに、駆動信号供給回路１９は、信号処理部８１で生成した各色の輝度に応じたデジタル信号を各駆動信号２１ｒ，２１ｇ，２１ｂへそれぞれ変換するＤ／Ａ変換器８２ｒ，８２ｇ，８２ｂを有している。すなわち、Ｄ／Ａ変換器８２ｒは、Ｒ成分の輝度に応じたデジタル信号をアナログ信号であるＲ駆動信号２１ｒへ変換する。また、Ｄ／Ａ変換器８２ｇは、Ｇ成分の輝度に応じたデジタル信号をアナログ信号であるＧ駆動信号２１ｇへ変換する。また、Ｄ／Ａ変換器８２ｂは、Ｂ成分の輝度に応じたデジタル信号をアナログ信号であるＢ駆動信号２１ｂへ変換する。各色の輝度に応じたデジタル信号は、８ビットのデジタル信号であり、各Ｄ／Ａ変換器８２ｒ，８２ｇ，８２ｂは８ビットのＤ／Ａ変換器である。

また、駆動信号供給回路１９は、後述の高速走査部２２で使用される高速駆動信号２３と、低速走査部２４で使用される低速駆動信号２５とをそれぞれ出力する。

（光源部１７）
光源部１７には、Ｒレーザ２７，Ｇレーザ２８，Ｂレーザ２９をそれぞれ駆動するためのＲレーザドライバ３１，Ｇレーザドライバ３２，Ｂレーザドライバ３３が設けられている。Ｒレーザドライバ３１は駆動信号供給回路１９から画素単位で出力されるＲ駆動信号２１ｒと、制御部１８から出力されるＲ輝度調整信号９４ｒとを入力し、Ｒ輝度調整信号９４ｒにて指定される増幅率で駆動信号２１ｒを増幅し、増幅されたＲ駆動信号２１ｒに応じた大きさの駆動電流をＲレーザ２７に出力する。同様に、Ｇレーザドライバ３２は駆動信号供給回路１９から画素単位で出力されるＧ駆動信号２１ｇと、制御部１８から出力されるＧ輝度調整信号９４ｇとを入力し、Ｇ輝度調整信号９４ｇにて指定される増幅率で駆動信号２１ｇを増幅し、増幅されたＧ駆動信号２１ｇに応じた大きさの駆動電流をＧレーザ２８に出力する。同様に、Ｂレーザドライバ３３は駆動信号供給回路１９から画素単位で出力されるＢ駆動信号２１ｂと、制御部１８から出力されるＢ輝度調整信号９４ｂとを入力し、Ｂ輝度調整信号９４ｂにて指定される増幅率で駆動信号２１ｂを増幅し、増幅されたＢ駆動信号２１ｂに応じた大きさの駆動電流をＢレーザ２９に出力する。これにより、各レーザ２７，２８，２９は、画像信号Ｓに基づいて生成された各駆動信号２１ｒ，２１ｇ，２１ｂ及び各輝度調整信号９４ｒ,９４ｇ,９４ｂに応じてそれぞれ強度変調されたレーザ光（「光束」とも呼ぶ。）を出射する。各レーザ２７，２８，２９から出射されるレーザ光の強度は、各Ｄ／Ａ変換器８２ｒ，８２ｇ，８２ｂから出力される各駆動信号２１ｒ，２１ｇ，２１ｂに基づいて２５６段階で変化し、従って、各色のレーザ光は２５６階調で表現される。

各レーザ２７,２８,２９は、例えば、半導体レーザや高調波発生機構付き固体レーザとして構成することが可能である。なお、半導体レーザを用いる場合は駆動電流を直接変調して、レーザ光の強度変調を行うことができるが、固体レーザを用いる場合は、各レーザ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必要がある。

さらに、光源部１７は、各レーザ２７,２８,２９より出射されたレーザ光を平行光にコリメートするように設けられたコリメート光学系３５,３６,３７と、このコリメートされたレーザ光を合波するためのダイクロイックミラー３８，３９，４０と、合波されたレーザ光を光ファイバケーブル３に導く結合光学系４１とが設けられている。

従って、各レーザ２７,２８,２９から出射したレーザ光は、コリメート光学系３５,３６,３７によってそれぞれ平行化された後に、ダイクロイックミラー３８，３９，４０に入射される。その後、これらのダイクロイックミラー３８，３９，４０により、各レーザ光が波長選択的に反射または透過して結合光学系４１に達し、集光されて光ファイバケーブル３へ出力される。

（投影部６）
コントロールユニット２と観察者であるユーザの眼１１０との間に位置する投影部６には、走査部５０と、第２リレー光学系５４と、ハーフミラー１５と、光センサ９３とが備えられている。走査部５０は、光源部１７で生成され、光ファイバケーブル３を介して出射されるレーザ光（画像光）を２次元方向に走査する。

具体的には、走査部５０には、光ファイバケーブル３を介して出射されるレーザ光を平行光化するコリメート光学系５２と、このコリメート光学系５２で平行光化されたレーザ光を画像表示のために第１の方向に往復走査する高速走査部２２とが設けられている。また、走査部５０には、高速走査部２２で第１の方向に走査されたレーザ光を、第１の方向と直交する第２の方向に走査する低速走査部２４と、高速走査部２２と低速走査部２４との間に設けられた第１リレー光学系５３とが設けられており、走査されたレーザ光を投射部７０へ出射する。なお、前述の第１の方向及び第２の方向は、例えば、表示する画像の水平方向を第１の方向をとし、表示する画像の垂直方向を第２の方向とすることが可能であるが、第１の方向が垂直方向、第２の方向が水平方向であっても良いのは言うまでもない。本実施形態に係るＨＭＤ１は、第１の方向を水平方向、第２の方向を垂直方向として説明する。

高速走査部２２及び低速走査部２４は、光ファイバケーブル３から入射されたレーザ光を画像として観察者の網膜１１０ｂに投影可能な状態にするために、水平方向と垂直方向に走査して走査光束とする光学系である。

高速走査部２２は、レーザ光を水平方向に走査するための偏向面２２ｂを有する共振型の偏向素子２２ａと、この偏向素子２２ａを共振させて偏向面２２ｂを揺動させる駆動信号を高速駆動信号２３に基づいて発生する高速走査駆動回路２２ｃを備えている。一方、低速走査部２４は、レーザ光を垂直方向に走査するための偏向面２４ｂを有する非共振型の偏向素子２４ａと、この偏向素子２４ａの偏向面２４ｂを非共振状態で強制的に揺動させる駆動信号を低速駆動信号２５に基づいて発生する低速走査駆動回路２４ｃとを備えている。そして、低速走査部２４は、表示すべき画像の１フレームごとに、水平方向に走査された画像を形成するためのレーザ光を垂直方向に走査して２次元走査された画像を形成している。

また、高速走査部２２と低速走査部２４との間でレーザ光を中継する第１リレー光学系５３は、偏向素子２２ａの偏向面２２ｂによって水平方向に走査されたレーザ光を偏向素子２４ａの偏向面２４ｂに収束させる。そして、このレーザ光が偏向素子２４ａの偏向面２４ｂによって垂直方向に走査され、画像光Ｌｂとして第２リレー光学系５４へ向け出射される。

第２リレー光学系５４には、正の屈折力を持つ第１レンズ５４ａと第２レンズ５４ｂとが直列配置されており、走査部５０によって走査されたレーザ光を収束させ、ハーフミラー１５を介して観察者の眼１１０にその瞳孔１１０ａから入射する。なお、本実施形態においては、第２レンズ５４ｂ及びハーフミラー１５によって投射部７０が構成される。

これによって観察者は、網膜１１０ｂ上に投影されたレーザ光よる画像を認識することができる。

また、投影部６には、外光Ｌａを受光し、外光Ｌａの強度に応じた受光信号を出力する光センサ９３が配設されており、制御部１８に電気的に接続されている。制御部１８は、この光センサ９３から出力される受光信号を受信することにより、外光Ｌａの輝度を検知することができる。

本実施形態に係るＨＭＤ１は上述の構成を有している。すなわち、駆動信号供給回路１９と、光源部１７と、投影部６とにより構成され、画像信号Ｓに応じた画像光を外光と共にユーザの眼に入射させ、画像信号Ｓに応じた画像を外景と重ねて表示する表示部１０と、前記表示部１０を制御する制御部１８とを備える構成としている。

〔制御部１８の電気的構成〕
次に、制御部１８の構成について、図４を参照しながら説明する。図４は、制御部の電気的構成を示したブロック図である。

制御部１８は、ＣＰＵ１００と、ＲＯＭ１０１と、ＲＡＭ１０２と、ＥＥＰＲＯＭ１０７と、駆動信号供給回路用インターフェース１０３と、駆動信号供給回路用ＶＲＡＭ１０４と、周辺機器用インターフェース１０５と、通信インターフェース１０６とを備えており、システムバス１０８を介して相互に接続されている。

ＲＯＭ１０１には、ＣＰＵ１００で実行されることにより、後述するフローチャートに従った処理を実現するためのプログラムが記憶されている。ＲＡＭ１０２は、ＲＯＭ１０１に記憶されているプログラムをＣＰＵ１００が実行する際に参照する各種変数などを記憶しておく一時記憶領域として機能する。このＲＡＭ１０２に記憶される値としては、例えば、制御部１８から各輝度調整信号９４ｒ,９４ｇ,９４ｂとして各レーザドライバ３１,３２,３３へ出力される増幅率値を挙げることができる。ＥＥＰＲＯＭ１０７は、ＨＭＤ１の電源を切った後でも保持すべき変数等を記憶しておく記憶領域として機能するものである。このＥＥＰＲＯＭ１０７には、例えば、ある強度の外光を検知した際に、この検知した外光の強度が過去に散乱光レベルの調整が行われたことのある強度範囲である場合には、自動的に散乱光レベルを調整するための散乱光レベル定義情報が記憶される。

ここで、散乱光レベル定義情報について説明する。散乱光レベル定義情報は、光センサ９３より入力される受光信号の電圧値と、各レーザドライバ３１,３２,３３にて増幅する各駆動信号２１ｒ，２１ｇ，２１ｂの増幅率とを対応付けした情報であり、例えば、受光信号の電圧値と増幅率との対応が離散的なテーブルであっても良く、また、受光信号の電圧値と増幅率との対応が連続的な演算情報（例えば、相関式）としても良い。本実施形態に係る散乱光レベル定義情報は、図５に示すように、テーブルとしている。

具体的には、受光信号の電圧値をＪ１〜Ｊ９の電圧値を境に１０の範囲に区分し、それぞれの受光信号電圧値に対応する増幅率の値をＧ１〜Ｇ５の５段階で定義している。Ｊ１が最も低い電圧値であり、Ｊ９が最も高い電圧値である。

光センサ９３より出力される受光信号の電圧値ＪがＪ１≦Ｊ＜Ｊ２の範囲内である場合には、各レーザドライバ３１,３２,３３にて各駆動信号２１ｒ，２１ｇ，２１ｂは、Ｇ１の増幅率で増幅され、また、電圧値ＪがＪ５≦Ｊ＜Ｊ６の範囲内である場合には、Ｇ３の増幅率で増幅されることとなる。

また、図５に示す散乱光レベル定義情報では、一部の増幅率の値がnull値となっている。これらの増幅率は、後述する第２モードにてユーザが選択した選択指標に応じて増幅率が定義される。付言すれば、本実施形態に係るＨＭＤ１では、散乱光レベル定義情報にて、既に増幅率が定義されている電圧値の受光信号を受信した場合には、その定義されている増幅率で各駆動信号２１ｒ，２１ｇ，２１ｂの増幅を行いながら第１モードを実行する一方、未だ増幅率が定義されていない（null値）の受光信号を受信した場合には、第２モードに移行してユーザが所望する散乱光レベル（選択指標）を選択させ、増幅率を定義するよう構成している。なお、これらの動作については、後のフローチャートを用いて詳細に説明する。なお、散乱光レベル定義情報は、工場出荷時には全ての増幅率の値がnull値となっている。また、散乱光レベル定義情報は、各種ボタン９０〜９２等による所定操作があったときにＣＰＵ１００により全ての増幅率の値をnull値として初期化することができる。なお、散乱光レベル定義情報は、ＨＭＤ１を起動する度に、ＣＰＵ１００により初期化するようにすることもできる。

図４の説明に戻ると、駆動信号供給回路用インターフェース１０３は、駆動信号供給回路１９との接続を担うものであり、駆動信号供給回路用ＶＲＡＭ１０４を参照して、画像信号Ｓを生成し駆動信号供給回路１９に供給する。なお、駆動信号供給回路用ＶＲＡＭ１０４のデータは、ＣＰＵ１００によって書き込まれる。すなわち、ＣＰＵ１００はコンテンツ記憶部２６から周辺機器用インターフェース１０５を介してコンテンツ情報を読み出し、駆動信号供給回路用ＶＲＡＭ１０４に書き込んで展開するようにしている。

周辺機器用インターフェース１０５は、制御部１８に接続された周辺機器類の動作制御や信号の送受信を担うものであり、この周辺機器用インターフェース１０５には、コンテンツ記憶部２６や、光センサ９３、電源ボタン８、操作入力部９、及び、各レーザドライバ３１,３２,３３が接続されている。

光センサ９３から送信される受光信号を受信した周辺機器用インターフェース１０５は、その受光信号の電圧レベルに応じた数値データに変換し、ＲＡＭ１０２上の所定アドレスに受光信号電圧値として書き込みを行う。なお、光センサ９３は、外光の強度に応じた電圧レベルの受光信号を出力する。

また、電源ボタン８や操作入力部９から送信される操作信号を受信した周辺機器用インターフェース１０５は、各ボタン８,９０,９１,９２に対応するＲＡＭ１０２上の所定アドレスに操作があった旨を示すフラグを立てる。なお、上述のＲＡＭ１０２上に記憶される受光信号電圧値やフラグは、後述のフローを実行する際に、ＣＰＵ１００から参照可能としており、これによりＣＰＵ１００はユーザによる各種操作や外光の強度の情報を取得する。

通信インターフェース１０６は、制御部１８に接続された機器類との信号の送受信を担うものであり、外部入出力端子１３が接続されている。

〔制御部１８の処理動作〕
次に、ＨＭＤ１における駆動制御部１６での処理について、図６〜図８を用いて説明する。図６は、本実施形態に係るＨＭＤ１のメイン処理を示したフローチャートであり、図７はメイン処理にて実行される第１モード処理を示したフローチャートであり、図８はイン処理にて実行される第２モード処理を示したフローチャートである。

まず、図６のメイン処理から順に説明すると、制御部１８のＣＰＵ１００は、ＲＡＭ１０２のアクセス許可、作業領域を初期化等の初期設定を実行する（ステップＳ１０）。

次にＣＰＵ１００は、指標選択画像を表示部１０により表示させ、ユーザにいずれかの選択指標を選択させる第２モードを実行する（ステップＳ１１）。

すなわち、ＣＰＵ１００は、画像を表示部１０により表示させる後述の第１モードに先立って、本ステップＳ１１を実行することとしている。そのため、起動時に前記第２モードに移行して、ユーザにいずれかの選択指標を選択させることができ、ＨＭＤ１の使用開始直後からユーザが好みの散乱レベルの画像を表示させることができる。なお、本ステップＳ１１にて実行される第２モード処理については、後に図８を参照しながら具体的に説明する。

次にＣＰＵ１００は、ＲＡＭ１０２に記憶されている受光信号電圧値を参照して外光Ｌａの強度状態を取得し（ステップＳ１２）、ＥＥＰＲＯＭ１０７に記憶している散乱光レベル定義情報を参照して、取得した受光信号電圧値に対応する増幅率の値を取得する（ステップＳ１３）。

次に、ＣＰＵ１００は、取得した増幅率の値がnull値であるか否かの判断を行う（ステップＳ１４）。ここで増幅率の値がnull値である判断した場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）には、ＣＰＵ１００は、処理をステップＳ１５へ移す。

ステップＳ１５においてＣＰＵ１００は、第２モード処理を実行する。このステップＳ１５は、前述のステップＳ１１と同様であるため、後に図８を参照しながら説明することとする。

一方、ステップＳ１４において、増幅率の値がnull値ではない判断した場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）には、ＣＰＵ１００は、処理をステップＳ１６へ移す。ステップＳ１６においてＣＰＵ１００は、画像信号Ｓと制御信号とを表示部１０の駆動信号供給回路１９へ供給して、画像信号Ｓに応じた画像を表示部１０により表示させるための第１モード処理を実行する。なお、この第１モード処理については、後に図７を参照しながら具体的に説明する。

次にＣＰＵ１００は、電源ボタン８や図示しない画像停止ボタンが押下されるなどして、画像表示が停止されたか否かについて判断を行う（ステップＳ１７）。ここで画像表示が停止されていないと判断した場合（ステップＳ１７：Ｎｏ）には、ＣＰＵ１００は、処理をステップＳ１２へ戻す。一方、画像表示が停止されたと判断した場合（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）には、ＣＰＵ１００は、処理を終了する。

次に、メインフローにおけるステップＳ１６にて実行される第１モード処理について図７を参照しながら説明する。

まず、第１モード処理においてＣＰＵ１００は、前述のステップＳ１３にて取得した増幅率の値を各輝度調整信号９４ｒ,９４ｇ,９４ｂとして、各レーザドライバ３１,３２,３３に出力する（ステップＳ２１）。

次にＣＰＵ１００は、外部入出力端子１３より入力される信号や、コンテンツ記憶部２６に記憶されているコンテンツ情報に基づいて画像信号Ｓを生成し（ステップＳ２２）、駆動信号供給回路１９へ出力する（ステップＳ２３）。このステップＳ２３を終えると、ＣＰＵ１００は、処理をメインフローに戻す。

次に、メインフローにおけるステップＳ１１及びステップＳ１５にて実行される第２モード処理について図８を参照しながら説明する。

まず、第２モード処理においてＣＰＵ１００は、表示部１０により第２モードへ移行させるための案内画像を表示させるための案内画像表示処理を実行する（ステップＳ３０）。

具体的には、図９に示すように、ＣＰＵ１００は、ユーザに対して「外光が変化しました。散乱レベルの設定をおこないますか？」というメッセージと、「調整する」及び「調整しない」の選択ボタンと、左右操作ボタン９０,９１の操作によって選択ボタンのいずれか一方を指し示す矢印形のポインタとを案内画像として表示する。なお、ユーザに対して表示する案内画像では、「散乱レベルの調整」として表示しているが、ユーザが容易に理解できない場合もあるために、その他の表現で表示するようにしてもよい。例えば、「散乱レベルの調整」に代えて、「明るさ調整」という語を用いてもよい。

次にＣＰＵ１００は、ユーザにより入力される左右操作ボタン９０,９１及び決定ボタン９２の入力を受け付ける入力受付処理を実行する（ステップＳ３１）。この入力受付処理では、ＣＰＵ１００は、左右操作ボタン９０,９１の入力に伴って前述の矢印形のポインタ９６を移動させ、決定ボタン９２の押下に伴って、いずれの選択ボタンが選択されたかの情報を取得する処理を行う。

次にＣＰＵ１００は、ユーザにより散乱光調整の実行命令があったか否かについて判断を行う（ステップＳ３２）。ＣＰＵ１００は、ポインタ９６が「調整する」の選択ボタンに位置するときに、決定ボタン９２が押下されたとき、ユーザにより散乱光調整の実行命令があったと判断する。一方、ＣＰＵ１００は、ポインタ９６が「調整しない」の選択ボタンに位置するときに、決定ボタン９２が押下されたとき、ユーザにより散乱光調整の実行命令がないと判断する。ここで散乱光調整の実行命令がないと判断した場合（ステップＳ３２：Ｎｏ）には、ＣＰＵ１００は、処理をメインフローへ戻す。一方、ユーザにより散乱光調整の実行命令があったと判断した場合（ステップＳ３２：Ｙｅｓ）には、ＣＰＵ１００は、処理をステップＳ３３へ移す。

ステップＳ３３においてＣＰＵ１００は、指標選択画像を表示部１０により表示させる選択画面表示処理を行う。具体的には、図１０に示すように、例えば散乱レベルが５段階で異なる、換言すれば、増幅率がＧ１〜Ｇ５の５段階で異なる選択指標文字３０２ａ〜３０２ｅと、左右操作ボタン９０,９１の操作によって図中白抜きの矢印で示す方向へ移動して選択指標文字３０２ａ〜３０２ｅのいずれか１つを指し示す矩形状のポインタ９７とを表示する。

付言すると、図１０中に示す各選択指標文字３０２ａ〜３０２ｅのうち、例えば、選択指標文字３０２ａは、各レーザドライバ３１,３２,３３に出力される各駆動信号２１ｒ，２１ｇ，２１ｂを増幅率Ｇ５で増幅して表示された指標であり、選択指標文字３０２ｂは同様に増幅率Ｇ４で、選択指標文字３０２ｃは増幅率Ｇ３で、選択指標文字３０２ｄは増幅率Ｇ２で、選択指標文字３０２ｅは増幅率Ｇ１で増幅して表示された指標としている。なお、制御部１８は、駆動信号２１ｒ，２１ｇ，２１ｂの増幅率を固定（例えば、増幅率Ｇ５とする）し、各選択指標文字３０２ａ〜３０２ｅの画像輝度をそれぞれ異ならせた画像を表示させる画像信号Ｓを生成して、駆動信号供給回路１９へ出力するようにしてもよい。このようにすることで、輝度調整信号９４ｒ，９４ｇ，９４ｂを制御する処理を省くことができる。

次にＣＰＵ１００は、ユーザにより入力される左右操作ボタン９０,９１及び決定ボタン９２の入力を受け付ける入力受付処理を実行する（ステップＳ３４）。この入力受付処理もステップＳ３１の入力受付処理と同様に、左右操作ボタン９０,９１の入力に伴って矩形状のポインタ９７を移動させ、決定ボタン９２の押下に伴って、いずれの選択指標文字３０２ａ〜３０２ｅが選択されたかの情報を取得する処理を行う。

そしてＣＰＵ１００は、選択された選択指標の増幅率を、受光信号電圧値とを対応付けて、散乱光レベル定義情報を更新する（ステップＳ３５）。

例えば、散乱光レベル定義情報が図５に示した状態である場合において、受光信号の電圧値ＪがＪ３≦Ｊ＜Ｊ４であるために、ステップＳ１５に示す第２モード処理が実行されたとする。このとき、ユーザにより図１０に示す選択指標文字３０２ｄ（増幅率Ｇ２）が選択された場合には、ＣＰＵ１００は、ステップＳ３５にて、散乱光レベル定義情報の受光信号電圧値Ｊ３≦Ｊ＜Ｊ４に対応する増幅率の値を、null値からＧ２に書き換えて更新を行う。

また、ステップＳ１１により第２モード処理が実行され、ユーザによりいずれかの選択指標文字３０２ａ〜３０２ｅが選択された場合には、増幅率の値がnull値であるか否かにかかわらず、光センサ９３から送信される現在の受光信号電圧値に対応する散乱光レベル定義情報の増幅率の値を、ユーザが選択した選択指標文字３０２ａ〜３０２ｅの増幅率Ｇ１〜Ｇ５のいずれかに書き換えて更新を行う。

これにより、散乱光レベル定義情報は、ユーザの好みに合った散乱光レベルを踏まえて構築されるため、外光輝度に応じてユーザが好みの散乱光レベルで画像を表示させることができる。

本ステップＳ３５を終えると、ＣＰＵ１００は処理をメインフローへ戻すこととなる。

このように、本実施形態に係るＨＭＤ１は、上述してきたフローに従って、動作することとなる。

上述してきたように、本実施形態に係るＨＭＤ１によれば、画像信号に応じた画像光Ｌｂを外光Ｌａと共にユーザの眼に入射させ、画像信号に応じた画像を外景と重ねて表示する表示部１０と、表示部１０を制御する制御部１８とを備え、制御部１８は、画像信号に応じた画像を表示部１０により表示させる第１モードと、明部と暗部が隣接して形成される選択指標を、其の明部と暗部の割合をそれぞれ変えることで散乱レベルを異ならせて複数配置した画像を表示部１０により表示させ、ユーザにいずれかの選択指標を選択させる第２モードとを有しており、第１モードのときに、画像信号に応じた画像の明るさを、第２モードにおいて選択された選択指標に応じた明るさに調整して、表示部１０により表示させることとしたため、外光輝度に応じてユーザが好みの散乱光レベルを容易に、また、直感的に選択することができるヘッドマウントディスプレイを提供することができる。

また、外光の強度を検出する光センサ９３（光検出部）を備え、制御部１８は、光センサ９３で検出した外光の強度が変化したときに、第２モードに移行して、複数の選択指標を含む画像を表示部１０により表示させることとしたため、外光の強度が変化した場合でも、ユーザは好みの散乱光レベルを適宜選択して、画像品質を良好に保つことができる。

また、外光の強度を検出する光センサ９３（光検出部）を備え、制御部１８は、光センサ９３で検出した外光の強度が変化したときに、第２モードへ移行させるための案内画像を表示部１０により表示させることとしたため、ユーザに対して散乱レベルの調整が実施可能であることを報知することができると共に、例えば、散乱レベルの調整を行うか否かを適宜選択させることができる。

また、制御部１８は、起動時に前記第２モードに移行して、複数の選択指標を含む画像を表示部１０により表示させることとしたため、ＨＭＤの使用開始直後からユーザが好みの散乱レベルの画像を表示させることができる。

また、制御部１８は、起動時に前記第２モードへ移行させるための案内画像を表示部１０により表示させることとしたため、ユーザに対して散乱レベルの調整が実施可能であることを報知することができると共に、ＨＭＤの使用開始直後からユーザが好みの散乱レベルの画像を表示させることができる。

最後に、上述した各実施の形態の説明は本発明の一例であり、本発明は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

例えば、図８を用いて説明した第２モード処理の選択画面表示処理（ステップＳ３３）において、本実施形態では、選択指標を、選択指標文字３０２ａ〜３０２ｅとしたが、これは必ずしも文字に限定されるものではない。

一例を挙げるならば、図１１に示すように、エッジの際立つ図形を選択指標として用いることができ、これらの選択指標図形３０３ａ〜３０３ｅの中からユーザに選択させるよう構成しても良い。特に、比較的小さめの明部と暗部が周期的に繰り返されるパタンであると、並設した散乱光レベルの異なる他の選択指標との差異が視覚的により明確となるため、ユーザは、より容易かつ直感的に所望の散乱光レベルを選択することが可能となる。また、明部と暗部のパタンでありながら、周期性を変化させたり、大きさを変化させるような選択指標としても良い。

また、選択指標の数は、そのＨＭＤ１の仕様等に応じて適宜増減可能であることは言うまでもない。

また、上述の実施形態に係るＨＭＤ１では、第２モードへ移行させるための案内画像を表示部１０に表示し、その後、指標選択画像を表示部１０に表示するようにしたがこれに限られない。例えば、案内画像を表示部１０に表示することなく、指標選択画像を表示部１０に表示するようにしてもよい。

１ ＨＭＤ
１０ 表示部
１５ ハーフミラー
１８ 制御部
９４ｒ Ｒ輝度調整信号
９４ｇ Ｇ輝度調整信号
９４ｂ Ｂ輝度調整信号
９６ ポインタ
９７ ポインタ
１００ ＣＰＵ
１０１ ＲＯＭ
１０２ ＲＡＭ
３０２ａ〜３０２ｅ 選択指標文字
３０３ａ〜３０３ｅ 選択指標図形
２１ｒ Ｒ駆動信号
２１ｇ Ｇ駆動信号
２１ｂ Ｂ駆動信号
Ｌａ 外光
Ｓ 画像信号

Claims (5)

1. 画像信号に応じた画像光を外光と共にユーザの眼に入射させ、前記画像信号に応じた画像を外景と重ねて表示する表示部と、前記表示部を制御する制御部とを備えたヘッドマウントディスプレイにおいて、
   前記制御部は、前記画像信号に応じた画像を前記表示部により表示させる第１ モードと、
   明部と暗部が隣接して形成される選択指標を、其の明部と暗部の割合をそれぞれ変えることで散乱レベルを異ならせて複数配置した画像を前記表示部により表示させ、前記ユーザにいずれかの選択指標を選択させる第２モードとを有しており、前記第１モードのときに、前記画像信号に応じた画像の明るさを、前記第２モードにおいて選択された選択指標に応じた明るさに調整して、前記表示部により表示させることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
2. 前記外光の強度を検出する光検出部を備え、
   前記制御部は、前記光検出部で検出した外光の強度が変化したときに、前記第２モードに移行して、前記複数の選択指標を含む画像を前記表示部により表示させ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. 前記外光の強度を検出する光検出部を備え、
   前記制御部は、前記光検出部で検出した外光の強度が変化したときに、前記第２モードへ移行させるための案内画像を前記表示部により表示させ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。
4. 前記制御部は、起動時に前記第２モードに移行して、前記複数の選択指標を含む画像を前記表示部により表示させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
5. 前記制御部は、起動時に前記第２モードへ移行させるための案内画像を前記表示部により表示させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載のヘッドマウントディスプレイ。

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