JP2015038578A

JP2015038578A - 頭部装着型表示装置および頭部装着型表示装置の制御方法

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Publication number: JP2015038578A
Application number: JP2013169737A
Authority: JP
Inventors: 由貴藤巻; Yuki Fujimaki; 敏一内山; Toshiichi Uchiyama
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2013-08-19
Filing date: 2013-08-19
Publication date: 2015-02-26
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Abstract

【課題】使用者に視認される外景の照度および画像光の輝度を考慮に入れた制御を行なう頭部装着型表示装置を提供する。
【解決手段】頭部装着型表示装置は、画像データに基づいて画像光を生成し射出する画像光生成部を有し、使用者の頭部に装着された状態において、使用者に画像光を虚像として視認させると共に、外景を透過させる画像表示部と；元の画像データである原画像データに基づいて生成される原画像光の輝度と透過された外景の照度とに基づいて設定された指標値と予め設定された第１の閾値との比較結果に基づいて、原画像光のうちの少なくとも一部の輝度が変更された表示用画像光を画像光生成部に生成させる制御部と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、頭部装着型表示装置に関する。

頭部に装着した状態で使用される表示装置である頭部装着型表示装置（ヘッドマウントディスプレイ（Head Mounted Display）、ＨＭＤ）が知られている。頭部装着型表示装置は、例えば、液晶ディスプレイおよび光源を利用して画像を表わす画像光を生成し、生成された画像光を投写光学系や導光板を利用して使用者の眼に導くことにより、使用者に虚像を視認させる。また、高輝度物体による不快なまぶしさなどの心理的な不快感を表わす不快グレアが知られており、不快グレアを数値で表わす複数の不快グレアの評価法が知られている。

特許文献１には、黒色の背景に白色の矩形状の画像（白色矩形）が含まれるまぶしさ評価画像において、評価画像の全体に占める白色矩形の面積比と白色矩形の輝度とを変化させることで、評価画像を視認する使用者が不快に感じるまぶしさ感における白色矩形の面積比と輝度との関係に基づく閾値を特定し、実際に使用者が視認する表示画像と閾値との比較に基づいて、表示画像の輝度を調整する画像表示装置について開示されている。また、特許文献２には、外景画像を撮像して、外景画像に高輝度の物体がある場合には、使用者に視認される外景の透過度を調整して透過される外景の照度を平滑化して、不快グレアを低減させる頭部装着型表示装置について開示されている。

特開２００８−９２４８１号公報特開２０１０−５８６３１号公報

″屋内環境における不快グレア″、［online］、［平成２５年７月９日検索］、インターネット〈http://www.tlt.co.jp/tlt/lighting_design/design/basic/data/26_35.pdf〉岩崎電気、″不快グレアの評価″、［online］、［平成２５年７月９日検索］、インターネット〈http://www.iwasaki.co.jp/info_lib/tech-data/knowledge/glare/02.html〉金源雨、外２名、「全視野におけるグレア光源のポジション・インデックスに関する研究」、照明学会誌、一般社団法人照明学会、vol.88(2004)No.11、p.847-852

しかし、特許文献１に記載された画像表示装置では、画像表示装置の表示画像のみの輝度が考慮されているにとどまり、使用者に視認される外景の照度については考慮されておらず、使用者が視認するまぶしさの不快感に対して改善の余地があった。また、特許文献２に記載された頭部装着型表示装置では、透過されて使用者に視認される外景の照度のみを調整するが、頭部装着型表示装置が使用者に視認させる画像光の輝度も考慮に入れて、使用者が視認する外景の照度および画像光の輝度に基づく制御を行ないたいという課題があった。そのほか、使用者が視認する外景の照度および画像の輝度を制御すると共に、使用者が視認する画像光の視認性を高めたいという課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、頭部装着型表示装置が提供される。この頭部装着型表示装置は、画像データに基づいて画像光を生成し射出する画像光生成部を有し、使用者の頭部に装着された状態において、使用者に前記画像光を虚像として視認させると共に、外景を透過させる画像表示部と；元の画像データである原画像データに基づいて生成される原画像光の輝度と前記透過された外景の照度とに基づいて設定された指標値と予め設定された第１の閾値との比較結果に基づいて、前記原画像光のうちの少なくとも一部の輝度が変更された表示用画像光を前記画像光生成部に生成させる制御部と、を備える。この形態の頭部装着型表示装置によれば、画像表示部に生成される画像光の輝度と、画像表示部を透過して使用者に視認される外景の照度と、によって算出される指標値を用いて、画像光の輝度が変更されるので、使用者が不快に感じるまぶしさ感を抑制できる。また、指標値に応じて画像光の輝度が変更されるので、使用者の目の疲労を低減できる。

（２）上記形態の頭部装着型表示装置において、さらに；前記外景の照度を検出する照度検出部を備え；前記指標値は、前記原画像光の輝度と検出された前記外景の照度とに基づいて設定されてもよい。この形態の頭部装着型表示装置によれば、外景の照度の変化に応じて指標値が算出されて画像表示部に生成される画像光の輝度が制御されるため、使用者のまぶしさ感をより抑制でき、使用者の目の疲労をより低減できる。

（３）上記形態の頭部装着型表示装置において、前記指標値は、前記原画像光の輝度が増加するに伴なって大きくなり、前記透過された外景の照度が増加するに伴なって小さくなる指標値であり；前記制御部は、前記比較結果において前記指標値が前記第１の閾値以上の場合に、前記原画像光のうちの少なくとも一部の輝度を減少させた前記表示用画像光を前記画像光生成部に生成させてもよい。この形態の頭部装着型表示装置によれば、高輝度物体による不快なまぶしさなどの心理的な不快感を表わす不快グレアを数値で表わす指標値を用いることで、画像表示部に生成される画像光の輝度を下げる制御を行なうだけで、使用者のまぶしさ感を抑制でき、使用者の目の疲労を低減できる。

（４）上記形態の頭部装着型表示装置において、前記指標値は、前記画像光生成部が前記画像光を射出する領域の中心から遠い位置の輝度の変化に伴なう変化量よりも、前記領域の中心から近い位置の輝度の変化に伴なう変化量の方が大きい指標値であり；前記表示用画像光は、前記原画像光に対して、前記領域の中心から近い位置における輝度の減少量が前記領域の中心から遠い位置における輝度の減少量よりも大きい前記画像光であってもよい。この形態の頭部装着型表示装置によれば、指標値を下げるために大きく寄与する画素の輝度を優先的に下げるため、画像表示部に生成される画像光の全体の輝度の低下を抑制して、使用者の視認性の低下を抑制しつつ、使用者のまぶしさ感を抑制でき、使用者の目の疲労を低減できる。

（５）上記形態の頭部装着型表示装置において、さらに；使用者の視野を特定する視野特定部を備え；前記指標値は、特定された使用者の前記視野の中心から遠い位置の輝度の変化に伴なう変化量よりも、前記視野の中心から近い位置の輝度の変化に伴なう変化量の方が大きい指標値であり；前記表示用画像光は、前記原画像光に対して、前記視野の中心から近い位置における輝度の減少量が前記視野の中心から遠い位置における輝度の減少量よりも大きい前記画像光であってもよい。この形態の頭部装着型表示装置によれば、指標値を下げるために大きく寄与する画素の輝度を優先的に下げるため、画像表示部に生成される画像光の全体の輝度の低下を抑制して、使用者の視認性の低下を抑制しつつ、使用者のまぶしさ感を抑制でき、使用者の目の疲労を低減できる。

（６）上記形態の頭部装着型表示装置において、前記指標値は、前記原画像光の輝度が増加するに伴なって大きくなり、前記外景の輝度が増加するに伴なって小さくなる指標値であり；前記制御部は、前記比較結果において前記指標値が前記第１の閾値未満の場合に、前記指標値が前記第１の閾値以上にならない範囲において、前記画像光のうちの少なくとも一部の輝度を増加させた前記表示用画像光を前記画像光生成部に生成させてもよい。この形態の頭部装着型表示装置によれば、輝度が制御される前の画像光に対して使用者が不快に感じていない場合には、画素光の輝度を増加させた画像光を使用者に視認させるため、使用者のまぶしさ感を抑制した上で、輝度が制御される前の画像光の視認性を向上させることができる。

（７）上記形態の頭部装着型表示装置において、さらに；前記外景の照度に対して、前記透過された外景の照度を調整して前記画像光を透過させる外景照度調整部を備え；前記指標値は、前記原画像光の輝度が増加するに伴なって大きくなり、前記外景の照度が増加するに伴なって小さくなる指標値であり；前記制御部は、前記比較結果において前記指標値が前記第１の閾値未満の場合に、前記指標値が前記第１の閾値以上にならない範囲において、前記透過された外景の照度の少なくとも一部が減少するように前記外景照度調整部を調整してもよい。この形態の頭部装着型表示装置によれば、使用者の視認性を向上させるために画像光の輝度を増加させる必要がなく、不要な電力を使わずに、使用者の視認性を向上させることができる。

（８）上記形態の頭部装着型表示装置において、さらに；前記外景の照度に対して、前記透過された外景の照度を調整して前記画像光を透過させる外景照度調整部を備え；前記指標値は、前記原画像光の輝度が増加するに伴なって大きくなり、前記外景の輝度が増加するに伴なって小さくなる指標値であり；前記制御部は、前記比較結果において前記指標値が前記第１の閾値未満の場合に、使用者に視認させる前記画像光として、前記外景照度調整部による前記透過された外景の照度の調整に関する情報を含む前記画像光を設定してもよい。この形態の頭部装着型表示装置によれば、画像光の輝度の増減以外の高輝度物体による不快なまぶしさなどの心理的な不快感を表わす不快グレアを促す制御が行なわれるため、使用者の意思によって、画像光の輝度の増減以外の画像表示部を制御する操作が行なわれ、使用者の利便性が向上する。

（９）上記形態の頭部装着型表示装置において、前記指標値は、前記原画像光の輝度が増加するに伴なって大きくなり、前記外景の照度が増加するに伴なって小さくなる指標値であり；前記制御部は、前記比較結果において前記指標値が前記第１の閾値以上の場合に、使用者に視認させる前記画像光として、前記画像光の制御に関する情報を含む前記画像光を設定してもよい。この形態の頭部装着型表示装置によれば、画像光の輝度の増減以外の高輝度物体による不快なまぶしさなどの心理的な不快感を表わす不快グレアを促す制御が行なわれるため、使用者の意思によって、画像光の輝度の増減以外の画像表示部を制御する操作が行なわれ、使用者の利便性が向上する。

（１０）上記形態の頭部装着型表示装置において、前記制御部は、前記画像光が前記画像光生成部に生成された生成期間と前記生成期間における前記指標値とに基づいて、前記画像光生成部に前記表示用画像光を生成させてもよい。この形態の頭部装着型表示装置によれば、指標値の時間推移も踏まえた上で画像光が制御され、使用者が不快に感じるまぶしさ感を抑制でき、時間の経過に伴なう使用者の疲労度が蓄積されることを抑制できる。

（１１）上記形態の頭部装着型表示装置において、前記指標値は、前記原画像光の輝度が増加するに伴なって大きくなり、前記外景の照度が増加するに伴なって小さくなる指標値であり；前記制御部は、前記生成期間における前記指標値を累積した値が予め定められた第２の閾値以上の場合には、使用者に視認させる前記画像光として、前記画像光の制御に関する情報を含む前記画像光を設定してもよい。この形態の頭部装着型表示装置によれば、頭部装着型表示装置の継続使用に伴なう使用者の疲労度をリアルタイムで使用者に通知することができ、使用者の利便性を向上させることができる。

上述した本発明の各形態の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部または全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部または全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行なうことが可能である。また、上述の課題の一部または全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部または全部を達成するために、上述した本発明の一形態に含まれる技術的特徴の一部または全部を上述した本発明の他の形態に含まれる技術的特徴の一部または全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。

例えば、本発明の一形態は、画像表示部と、制御部と、の２つ要素の内の一つまたは両方の要素を備えた装置として実現可能である。すなわち、この装置は、画像表示部を有していてもよく、有していなくてもよい。また、装置は、制御部を有していてもよく、有していなくてもよい。画像表示部は、例えば、画像データに基づいて画像光を生成し射出する画像光生成部を有し、使用者の頭部に装着された状態において、使用者に前記画像光を虚像として視認させると共に、外景を透過させてもよい。制御部は、例えば、元の画像データである原画像データに基づいて生成される原画像光の輝度と前記透過された外景の照度とに基づいて設定された指標値と予め設定された第１の閾値との比較結果に基づいて、前記原画像光のうちの少なくとも一部の輝度が変更された表示用画像光を前記画像光生成部に生成させ、前記画像表示部が使用者に視認させる前記画像光として前記表示用画像光を設定してもよい。こうした装置は、例えば、頭部装着型表示装置として実現できるが、頭部装着型表示装置以外の他の装置としても実現可能である。このような形態によれば、装置の操作性の向上および簡易化、装置の一体化や、装置を使用する使用者の利便性の向上、等の種々の課題の少なくとも１つを解決することができる。前述した頭部装着型表示装置の各形態の技術的特徴の一部または全部は、いずれもこの装置に適用することが可能である。

本発明は、頭部装着型表示装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、頭部装着型表示装置の制御方法、頭部装着型表示システム、頭部装着型表示システムの機能を実現するためのコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータープログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号等の形態で実現できる。

使用者ＵＳの視線方向と発光部分との関係の一例を示す説明図である。使用者の全視野におけるポジションインデックスＰＩの一例を示す説明図である。ＵＧＲ値とグレア感との関係の一例を示す説明図である。頭部装着型表示装置１００の外観構成を示す説明図である。頭部装着型表示装置１００の構成を機能的に示すブロック図である。画像光生成部によって画像光が射出される様子を示す説明図である。輝度制御処理の流れを示す説明図である。使用者ＵＳが視認する視野ＶＲの概略を示す説明図である。変形例における頭部装着型表示装置の外観構成を示す説明図である。

次に、本発明の実施の形態を実施形態に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．実施形態：
Ａ−１．不快グレア：
Ａ−２．頭部装着型表示装置の構成：
Ａ−３．輝度制御処理：
Ｂ．変形例：

Ａ−１．不快グレア：
高輝度物体の存在等により、使用者が心理的に不快に感じる場合を不快グレアといい、不快グレアを数値で表わした種々の不快グレアの評価法が知られている。１つの不快グレアの評価法として、数式（１）に示すＵＧＲ（Unified Glare Rating）が存在する。算出されたＵＧＲ値が大きいほど、使用者が不快に感じることを表わす。

ωは、Ａｐとｒ（ｍ）と用いて、数式（２）に示す式で求められる。

数式（１）におけるＰ（以下、「ポジションインデックスＰＩ」とも呼ぶ）は、使用者の視線方向に対する水平方向の変位と垂直方向との変位とによって決定される数値である。

図１は、使用者ＵＳの視線方向と発光部分との関係の一例を示す説明図である。図１には、使用者ＵＳが注視点ＰＧを見ている場合に、使用者ＵＳから注視点ＰＧへの視線方向ＥＤと天井に設置された発光部分としての蛍光灯ＦＬとの位置関係が示されている。蛍光灯ＦＬの輝度はＬである。蛍光灯ＦＬの中心を視線方向ＥＤに垂直になるように投影した場合における使用者ＵＳからの距離を距離ＤＲとすると、視線方向ＥＤに対する蛍光灯ＦＬの中心の水平方向および垂直方向に沿った変位量のそれぞれは、水平変位量ＤＬおよび垂直変位量ＤＶで表わされる。また、使用者ＵＳに対する蛍光灯ＦＬの立体角はωで表わされる。

図２は、使用者の全視野におけるポジションインデックスＰＩの一例を示す説明図である。図２には、発光部分の中心を視線方向ＥＤに投影した場合に、横軸に水平変位量ＤＬを距離ＤＲで割った値をとり、縦軸に垂直変位量ＤＶを距離ＤＲで割った値をとった場合のポジションインデックスＰＩが示されている。なお、水平変位量ＤＬでは、水平方向に沿って右方向への変位量を正の数値とし、垂直変位量ＤＶでは、垂直方向に沿って上方向への変位量を正の数値として定義している。ポジションインデックスＰＩの一例として、ＤＬ／ＤＲが２または−２、かつ、ＤＶ／ＤＲが１の場合には、ポジションインデックスＰＩが１００となる。

図２に示すように、ＤＬ／ＤＲおよびＤＶ／ＤＲの値が０、すなわち、視線方向ＥＤに発光部分の中心が存在する場合に、ポジションインデックスＰＩが最小となる。上記数式（１）に示すように、ポジションインデックスＰＩが小さいほど、ＵＧＲの数値（以下、「ＵＧＲ値」とも呼ぶ）が大きくなり、使用者が不快に感じていることを表わす。図２に示すように、ポジションインデックスＰＩは、ＤＬ／ＤＲおよびＤＶ／ＤＲの値が０となる中心から離れるほど小さくなる。すなわち、発光部分の中心が視線方向ＥＤから遠くなるほど、ポジションインデックスＰＩが小さくなることが示されている。同じポジションインデックスＰＩの値を示す曲線は、中心から水平方向に広がった楕円となる。

図３は、ＵＧＲ値とグレア感との関係の一例を示す説明図である。グレア感とは、ＵＧＲ値に対応させて使用者が知覚する不快グレアを感覚的に示されたものである。グレア感は、使用者の感覚に起因するものであるため、人種、民族、気候風土、および、生活習慣等に応じて異なることが知られている。ＩＳＯ８９９５−２００２では、ＵＧＲ値が１３である場合に、使用者が不快グレアを知覚できる最小値であるとされ、ＵＧＲ値が３増えるごとに、グレア感がはっきりと増すことが知覚できるとされている。そのため、ＵＧＲ値が高い場合には、画像表示部２０に表示される表示画像の輝度である光学像表示部２６，２８の輝度Ｌを下げることで、ＵＧＲ値を下げ、使用者のグレア感を抑制できる。また、ＵＧＲ値が大きいほど、使用者が表示画像を視認しやすいことも知られており、ＵＧＲ値が小さい場合には、ＵＧＲ値を上げることで、使用者の視認性を向上させることができる。なお、ＵＧＲ値が同じ値であっても、使用者がグレア感を知覚している時間が長いほど、使用者の疲労度が蓄積されることが想定される。

Ａ−２．頭部装着型表示装置の構成：
図４は、頭部装着型表示装置１００の外観構成を示す説明図である。頭部装着型表示装置１００は、頭部に装着する表示装置であり、ヘッドマウントディスプレイ（Head Mounted Display、ＨＭＤ）とも呼ばれる。本実施形態の頭部装着型表示装置１００は、使用者が、虚像を視認すると同時に外景も直接視認可能な光学透過型の頭部装着型表示装置である。なお、本明細書では、頭部装着型表示装置１００によって使用者が視認する虚像を便宜的に「表示画像」とも呼ぶ。また、画像データに基づいて生成された画像光を射出することを「画像を表示する」ともいう。

頭部装着型表示装置１００は、使用者の頭部に装着された状態において使用者に虚像を視認させる画像表示部２０と、画像表示部２０を制御する制御部１０（コントローラー１０）と、を備えている。

画像表示部２０は、使用者の頭部に装着される装着体であり、本実施形態では眼鏡形状を有している。画像表示部２０は、右保持部２１と、右表示駆動部２２と、左保持部２３と、左表示駆動部２４と、右光学像表示部２６と、左光学像表示部２８と、照度センサー６３と、右眼撮像カメラ３７と、左眼撮像カメラ３８と、を含んでいる。右光学像表示部２６および左光学像表示部２８は、それぞれ、使用者が画像表示部２０を装着した際に使用者の右および左の眼前に位置するように配置されている。右光学像表示部２６の一端と左光学像表示部２８の一端とは、使用者が画像表示部２０を装着した際の使用者の眉間に対応する位置で、互いに接続されている。

右保持部２１は、右光学像表示部２６の他端である端部ＥＲから、使用者が画像表示部２０を装着した際の使用者の側頭部に対応する位置にかけて、延伸して設けられた部材である。同様に、左保持部２３は、左光学像表示部２８の他端である端部ＥＬから、使用者が画像表示部２０を装着した際の使用者の側頭部に対応する位置にかけて、延伸して設けられた部材である。右保持部２１および左保持部２３は、眼鏡のテンプル（つる）のようにして、使用者の頭部に画像表示部２０を保持する。

右表示駆動部２２と左表示駆動部２４とは、使用者が画像表示部２０を装着した際の使用者の頭部に対向する側に配置されている。なお、以降では、右保持部２１および左保持部２３を総称して単に「保持部」とも呼び、右表示駆動部２２および左表示駆動部２４を総称して単に「表示駆動部」とも呼び、右光学像表示部２６および左光学像表示部２８を総称して単に「光学像表示部」とも呼ぶ。

表示駆動部２２，２４は、液晶ディスプレイ２４１，２４２（Liquid Crystal Display、以下「ＬＣＤ２４１，２４２」とも呼ぶ）や投写光学系２５１，２５２等を含む（図５参照）。表示駆動部２２，２４の構成の詳細は後述する。光学部材としての光学像表示部２６，２８は、導光板２６１，２６２（図５参照）と調光板２６３，２６４（図５参照）とを含んでいる。導光板２６１，２６２は、光透過性の樹脂材料等によって形成され、表示駆動部２２，２４から出力された画像光を使用者の眼に導く。調光板２６３，２６４は、印加された電圧によって濃淡を調整できる薄板状の光学素子であり、使用者の眼の側とは反対の側である画像表示部２０の表側を覆うように配置されている。調光板２６３，２６４に含まれる配向粒子が制御部１０によって印加された電圧により配向することで、調光板２６３，２６４の濃淡が無段階に調整され、光透過率が調整される。また、調光板２６３，２６４の光透過率を調整することによって、使用者の眼に入る外光量を調整して虚像の視認のしやすさを調整できる。調光板２６３，２６４は、導光板２６１，２６２を保護し、導光板２６１，２６２の損傷や汚れの付着等を抑制する機能も有する。なお、調光板２６３，２６４は、請求項における外景照度調整部に相当する。

右眼撮像カメラ３７および左眼撮像カメラ３８（以降、「眼撮像カメラ３７，３８」とも呼ぶ）は、使用者の右眼および左眼のそれぞれを撮像する小型のＣＣＤカメラである。照度センサー６３は、所定の範囲の外景の照度を検出するセンサーである。なお、外景とは、所定の範囲に含まれる物体（例えば、建造物等）を反射して、使用者に視認され得る反射光のことをいう。

画像表示部２０は、さらに、画像表示部２０を制御部１０に接続するための接続部４０を有している。接続部４０は、制御部１０に接続される本体コード４８と、右コード４２と、左コード４４と、連結部材４６と、を含んでいる。右コード４２と左コード４４とは、本体コード４８が２本に分岐したコードである。右コード４２は、右保持部２１の延伸方向の先端部ＡＰから右保持部２１の筐体内に挿入され、右表示駆動部２２に接続されている。同様に、左コード４４は、左保持部２３の延伸方向の先端部ＡＰから左保持部２３の筐体内に挿入され、左表示駆動部２４に接続されている。連結部材４６は、本体コード４８と、右コード４２および左コード４４と、の分岐点に設けられ、イヤホンプラグ３０を接続するためのジャックを有している。イヤホンプラグ３０からは、右イヤホン３２および左イヤホン３４が延伸している。

画像表示部２０と制御部１０とは、接続部４０を介して各種信号の伝送を行なう。本体コード４８における連結部材４６とは反対側の端部と、制御部１０と、のそれぞれには、互いに嵌合するコネクター（図示しない）が設けられている。本体コード４８のコネクターと制御部１０のコネクターとの嵌合／嵌合解除により、制御部１０と画像表示部２０とが接続されたり切り離されたりする。右コード４２と、左コード４４と、本体コード４８とには、例えば、金属ケーブルや光ファイバーを採用できる。

制御部１０は、頭部装着型表示装置１００を制御するための装置である。制御部１０は、決定キー１１と、点灯部１２と、表示切替キー１３と、トラックパッド１４と、輝度切替キー１５と、方向キー１６と、メニューキー１７と、電源スイッチ１８と、を含んでいる。決定キー１１は、押下操作を検出して、制御部１０で操作された内容を決定する信号を出力する。点灯部１２は、頭部装着型表示装置１００の動作状態を、その発光状態によって通知する。頭部装着型表示装置１００の動作状態としては、例えば、電源のＯＮ／ＯＦＦ等がある。点灯部１２としては、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）が用いられる。表示切替キー１３は、押下操作を検出して、例えば、コンテンツ動画の表示モードを３Ｄと２Ｄとに切り替える信号を出力する。トラックパッド１４は、トラックパッド１４の操作面上での使用者の指の操作を検出して、検出内容に応じた信号を出力する。トラックパッド１４としては、静電式や圧力検出式、光学式といった種々のトラックパッドを採用できる。輝度切替キー１５は、押下操作を検出して、画像表示部２０の輝度を増減する信号を出力する。方向キー１６は、上下左右方向に対応するキーへの押下操作を検出して、検出内容に応じた信号を出力する。電源スイッチ１８は、スイッチのスライド操作を検出することで、頭部装着型表示装置１００の電源投入状態を切り替える。

図５は、頭部装着型表示装置１００の構成を機能的に示すブロック図である。図５に示すように、制御部１０は、入力情報取得部１１０と、記憶部１２０と、電源１３０と、操作部１３５と、ＣＰＵ１４０と、インターフェイス１８０と、送信部５１（Ｔｘ５１）および送信部５２（Ｔｘ５２）と、を有している。操作部１３５は、使用者による操作を受け付け、決定キー１１、表示切替キー１３、トラックパッド１４、輝度切替キー１５、方向キー１６、メニューキー１７、電源スイッチ１８、から構成されている。

入力情報取得部１１０は、使用者による操作入力に応じた信号を取得する。操作入力に応じた信号としては、例えば、操作部１３５に配置されたトラックパッド１４、方向キー１６、電源スイッチ１８、に対する操作入力がある。電源１３０は、頭部装着型表示装置１００の各部に電力を供給する。電源１３０としては、例えば二次電池を用いることができる。記憶部１２０は、種々のコンピュータープログラムを格納している。記憶部１２０は、ＲＯＭやＲＡＭ等によって構成されている。ＣＰＵ１４０は、記憶部１２０に格納されているコンピュータープログラムを読み出して実行することにより、オペレーティングシステム１５０（ＯＳ１５０）、表示制御部１９０、音声処理部１７０、輝度処理部１４５、画像判定部１４２、および、画像処理部１６０として機能する。

表示制御部１９０は、右表示駆動部２２および左表示駆動部２４を制御する制御信号を生成する。具体的には、表示制御部１９０は、制御信号により、右ＬＣＤ制御部２１１による右ＬＣＤ２４１の駆動ＯＮ／ＯＦＦ、右バックライト制御部２０１による右バックライト２２１の駆動ＯＮ／ＯＦＦ、左ＬＣＤ制御部２１２による左ＬＣＤ２４２の駆動ＯＮ／ＯＦＦ、左バックライト制御部２０２による左バックライト２２２の駆動ＯＮ／ＯＦＦなど、を個別に制御する。これにより、表示制御部１９０は、右表示駆動部２２および左表示駆動部２４のそれぞれによる画像光の生成および射出を制御する。例えば、表示制御部１９０は、右表示駆動部２２および左表示駆動部２４の両方に画像光を生成させたり、一方のみに画像光を生成させたり、両方共に画像光を生成させなかったりする。

表示制御部１９０は、右ＬＣＤ制御部２１１と左ＬＣＤ制御部２１２とに対する制御信号のそれぞれを、送信部５１および５２を介して送信する。また、表示制御部１９０は、右バックライト制御部２０１と左バックライト制御部２０２とに対する制御信号のそれぞれを送信する。

輝度処理部１４５は、照度センサー６３が検出した照度と、光学像表示部２６，２８に表示される画像の輝度と、によってＵＧＲ値を算出する。輝度処理部１４５は、検出された照度を、投影面積で除すことにより、外景の輝度を算出する。また、輝度処理部１４５は、画像データに基づいて、画像表示部２０に表示される画像の輝度を特定する。輝度処理部１４５は、算出された外景の輝度と画像の輝度とによって背景の輝度を算出する。輝度処理部１４５は、算出したＵＧＲ値と予め設定された基準値とを比較して判定する。画像判定部１４２は、眼撮像カメラ３７，３８のそれぞれが撮像した使用者の右眼および左眼の画像を解析することで、使用者の視線方向ＥＤを特定する。なお、照度センサー６３および輝度処理部１４５は、請求項における照度検出部に相当し、眼撮像カメラ３７，３８および画像判定部１４２は、請求項における視野特定部に相当する。また、画像判定部１４２は、請求項における制御部に相当する。

画像処理部１６０は、コンテンツに含まれる画像信号を取得する。画像処理部１６０は、取得した画像信号から、垂直同期信号ＶＳｙｎｃや水平同期信号ＨＳｙｎｃ等の同期信号を分離する。また、画像処理部１６０は、分離した垂直同期信号ＶＳｙｎｃや水平同期信号ＨＳｙｎｃの周期に応じて、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路等（図示しない）を利用してクロック信号ＰＣＬＫを生成する。画像処理部１６０は、同期信号が分離されたアナログ画像信号を、Ａ／Ｄ変換回路等（図示しない）を用いてディジタル画像信号に変換する。その後、画像処理部１６０は、変換後のディジタル画像信号を、対象画像の画像データ（ＲＧＢデータ）として、１フレームごとに記憶部１２０内のＤＲＡＭに格納する。なお、画像処理部１６０は、必要に応じて、画像データに対して、解像度変換処理、輝度、彩度の調整といった種々の色調補正処理、キーストーン補正処理等の画像処理を実行してもよい。

画像処理部１６０は、生成されたクロック信号ＰＣＬＫ、垂直同期信号ＶＳｙｎｃ、水平同期信号ＨＳｙｎｃ、記憶部１２０内のＤＲＡＭに格納された画像データＤａｔａ、のそれぞれを、送信部５１、５２を介して送信する。なお、送信部５１を介して送信される画像データＤａｔａを「右眼用画像データ」とも呼び、送信部５２を介して送信される画像データＤａｔａを「左眼用画像データ」とも呼ぶ。送信部５１、５２は、制御部１０と画像表示部２０との間におけるシリアル伝送のためのトランシーバーとして機能する。

音声処理部１７０は、コンテンツに含まれる音声信号を取得し、取得した音声信号を増幅して、連結部材４６に接続された右イヤホン３２内のスピーカー（図示しない）および左イヤホン３４内のスピーカー（図示しない）に対して供給する。なお、例えば、Ｄｏｌｂｙ（登録商標）システムを採用した場合、音声信号に対する処理がなされ、右イヤホン３２および左イヤホン３４のそれぞれからは、例えば周波数等が変えられた異なる音が出力される。

インターフェイス１８０は、制御部１０に対して、コンテンツの供給元となる種々の外部機器ＯＡを接続するためのインターフェイスである。外部機器ＯＡとしては、例えば、パーソナルコンピューター（ＰＣ）や携帯電話端末、ゲーム端末等、がある。インターフェイス１８０としては、例えば、ＵＳＢインターフェイス、マイクロＵＳＢインターフェイス、メモリーカード用インターフェイス等、を用いることができる。

画像表示部２０は、右表示駆動部２２と、左表示駆動部２４と、右光学像表示部２６としての右導光板２６１と、左光学像表示部２８としての左導光板２６２と、外景撮像カメラ６１と、照度センサー６３と、右眼撮像カメラ３７と、左眼撮像カメラ３８と、を備えている。

右表示駆動部２２は、受信部５３（Ｒｘ５３）と、光源として機能する右バックライト制御部２０１（右ＢＬ制御部２０１）および右バックライト２２１（右ＢＬ２２１）と、表示素子として機能する右ＬＣＤ制御部２１１および右ＬＣＤ２４１と、右投写光学系２５１と、を含んでいる。右バックライト制御部２０１と右バックライト２２１とは、光源として機能する。右ＬＣＤ制御部２１１と右ＬＣＤ２４１とは、表示素子として機能する。なお、右バックライト制御部２０１と、右ＬＣＤ制御部２１１と、右バックライト２２１と、右ＬＣＤ２４１と、を総称して「画像光生成部」とも呼ぶ。

受信部５３は、制御部１０と画像表示部２０との間におけるシリアル伝送のためのレシーバーとして機能する。右バックライト制御部２０１は、入力された制御信号に基づいて、右バックライト２２１を駆動する。右バックライト２２１は、例えば、ＬＥＤやエレクトロルミネセンス（ＥＬ）等の発光体である。右ＬＣＤ制御部２１１は、右バックライト２２１の駆動を制御することで、右バックライト２２１の輝度を制御する。右バックライト２２１の輝度が変化すると、画像処理部１６０から送信された画像データが同一であっても、異なる画像光を生成できる。右ＬＣＤ制御部２１１は、受信部５３を介して入力されたクロック信号ＰＣＬＫと、垂直同期信号ＶＳｙｎｃと、水平同期信号ＨＳｙｎｃと、右眼用画像データと、に基づいて、右ＬＣＤ２４１を駆動する。右ＬＣＤ２４１は、複数の画素をマトリクス状に配置した透過型液晶パネルである。

右投写光学系２５１は、右ＬＣＤ２４１から射出された画像光を並行状態の光束にするコリメートレンズによって構成される。右光学像表示部２６としての右導光板２６１は、右投写光学系２５１から出力された画像光を、所定の光路に沿って反射させつつ使用者の右眼ＲＥに導く。なお、右投写光学系２５１と右導光板２６１とを総称して「導光部」とも呼ぶ。

左表示駆動部２４は、右表示駆動部２２と同様の構成を有している。左表示駆動部２４は、受信部５４（Ｒｘ５４）と、光源として機能する左バックライト制御部２０２（左ＢＬ制御部２０２）および左バックライト２２２（左ＢＬ２２２）と、表示素子として機能する左ＬＣＤ制御部２１２および左ＬＣＤ２４２と、左投写光学系２５２と、を含んでいる。左バックライト制御部２０２と左バックライト２２２とは、光源として機能する。左ＬＣＤ制御部２１２と左ＬＣＤ２４２とは、表示素子として機能する。なお、左バックライト制御部２０２と、左ＬＣＤ制御部２１２と、左バックライト２２２と、左ＬＣＤ２４２と、を総称して「画像光生成部」とも呼ぶ。また、左投写光学系２５２は、左ＬＣＤ２４２から射出された画像光を並行状態の光束にするコリメートレンズによって構成される。左光学像表示部２８としての左導光板２６２は、左投写光学系２５２から出力された画像光を、所定の光路に沿って反射させつつ使用者の左眼ＬＥに導く。なお、左投写光学系２５２と左導光板２６２とを総称して「導光部」とも呼ぶ。

図６は、画像光生成部によって画像光が射出される様子を示す説明図である。右ＬＣＤ２４１は、マトリクス状に配置された各画素位置の液晶を駆動することによって、右ＬＣＤ２４１を透過する光の透過率を変化させることにより、右バックライト２２１から照射される照明光ＩＬを、画像を表わす有効な画像光ＰＬへと変調する。左側についても同様である。なお、図６のように、本実施形態ではバックライト方式を採用したが、フロントライト方式や、反射方式を用いて画像光を射出する構成としてもよい。

Ａ−３．輝度制御処理：
図７は、輝度制御処理の流れを示す説明図である。輝度制御処理では、画像表示部２０の表示画像の輝度と、外景の照度および表示画像の輝度から算出された背景の輝度と、によって算出されたＵＧＲ値が第１の基準値以上の場合には、ＵＧＲ値が下がるように表示画像の輝度を調整する処理が行なわれ、ＵＧＲ値が第２の基準値以下である場合には、ＵＧＲ値が上がるように表示画像の輝度を調整する処理が行なわれる。

図７には、画像表示部２０に画像が表示されている状態で、操作部１３５が所定の操作を受け付けた後の処理となる輝度制御処理の流れが示されている。輝度制御処理では、初めに、輝度処理部１４５は、画像表示部２０の表示画像の各画素の輝度を特定する（ステップＳ１２）。次に、輝度処理部１４５は、照度センサー６３を用いて、外景の照度を検出して、検出した照度を単位面積で除すことにより外景の輝度を算出し、算出された外景の輝度と各画素の輝度とによって背景の輝度を算出する（ステップＳ１１）。背景の輝度は、透過された外景の輝度、すなわち、外景の輝度に調光板２６３，２６４の光透過率を乗じた値と、表示画像の輝度とによって算出される。この場合に、表示画像が表示される領域は、透過された外景よりも小さい範囲であるため、背景の輝度は、透過された外景の輝度に、表示画像の全体の平均輝度を加えた値として算出される。輝度処理部１４５は、表示画像の全体の平均輝度として、各画素の輝度の平均値を用いる。

画像判定部１４２は、眼撮像カメラ３７，３８のそれぞれが撮像した使用者の右眼および左眼の画像を解析することで、使用者の視線方向ＥＤを特定する（ステップＳ１３）。次に、輝度処理部１４５は、外景の照度から算出された外景の輝度、表示画像の各画素の輝度、および、視線方向ＥＤのそれぞれを、上記数式（１）に代入することで、ＵＧＲ値を算出する（ステップＳ１４）。

図８は、使用者ＵＳが視認する視野ＶＲの概略を示す説明図である。図８には、画像表示部２０に表示される表示画像ＩＭ１と、左光学像表示部２８，２９を透過して使用者に視認される外景ＳＣと、が示されている。頭部装着型表示装置１００が透過型の頭部装着型表示装置であるため、使用者ＵＳは、表示画像ＩＭ１に重畳して、表示画像ＩＭ１を透過した外景ＳＣを視認できる。表示画像ＩＭ１は、複数の画素によって形成された画像である。複数の画素の内の１つの画素ＰＸ１は、輝度がＬ１であり、使用者から見た立体角がω１である。また、背景の輝度Ｌは、算出された外景ＳＣの輝度に、光学像表示部２８，２９の光透過率μを掛けた値に、各画素の輝度の平均値を加えた値である。

また、画素ＰＸ１において、視線方向ＥＤに垂直になるように投影した距離ＤＲがＤＲ１の場合に、水平変位量ＤＬがＤＬ１であり、垂直変位量ＤＶがＤＶ１である。輝度処理部１４５は、ＤＬ１／ＤＲ１およびＤＶ１／ＤＲ１を算出して、ポジションインデックスＰＩ（図２）のマップを用いて、画素ＰＸ１のポジションインデックスＰＩを決定する。同様に、輝度処理部１４５は、表示画像ＩＭ１を構成する複数の画素のそれぞれに対して、ポジションインデックスＰＩを決定する。輝度処理部１４５は、以上の計算で得られたポジションインデックスＰＩを上記数式（１）に代入することで、ＵＧＲ値を算出する。

ＵＧＲ値が算出されると（図７のステップＳ１４）、輝度処理部１４５は、ＵＧＲ値が予め設定された第１の基準値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。本実施形態では、第１の基準値としてＵＧＲ値が１９に設定されている（図３）。ＵＧＲ値が１９以上であると判定された場合には（図７のステップＳ１５：ＹＥＳ）、輝度処理部１４５は、ＵＧＲ値が１９未満となるように、表示画像ＩＭ１を表示する画素のそれぞれの輝度を同じ数値だけ下げる制御を行なう（ステップＳ１６）。輝度処理部１４５は、上記数式（１）より、ＵＧＲ値が１９未満とするために必要な輝度を下げる減少量を算出する。輝度処理部１４５は、右バックライト２２１および左バックライト２２２を制御することで、表示画像を生成する輝度を変更し、同一の元画像データであっても、異なる表示画像が生成される。輝度処理部１４５は、各画素の輝度から算出した減少量を下げた輝度によって画像表示部２０に表示画像ＩＭ２を表示させる。その後、制御部１０は、輝度制御処理を終了する。

ステップＳ１５の処理において、ＵＧＲ値が第１の基準値未満であると判定された場合には（ステップＳ１５：ＮＯ）、輝度処理部１４５は、ＵＧＲ値が第１の基準値よりも小さい第２の基準値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。本実施形態では、第２の基準値としてＵＧＲ値が１３に設定されている（図３）。ＵＧＲ値が１３よりも大きいと判定された場合には（図７のステップＳ１７：ＮＯ）、制御部１０は、表示画像ＩＭ１の輝度を変更せずに、表示画像ＩＭ１を画像表示部２０に表示させた状態で輝度制御処理を終了する。

ステップＳ１７の処理において、ＵＧＲ値が第２の基準値以下であると判定された場合には（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、輝度処理部１４５は、ＵＧＲ値が第２の基準値である１３と同じになるように、各画素の輝度を同じ分だけ上げる制御を行なう（ステップＳ１８）。輝度処理部１４５は、上記数式（１）より、輝度の増加量を算出し、各画素の輝度に同じ増加量を加えた輝度によって表示画像ＩＭ３を画像表示部２０に表示させる。その後、制御部１０は、輝度制御処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態の頭部装着型表示装置１００では、輝度処理部１４５は、検出された照度と、画像表示部２０の表示画像ＩＭ１の輝度と、によってＵＧＲ値を算出し、算出されたＵＧＲ値が予め設定された第１の基準値以上であるか否かを判定する。輝度処理部１４５は、ＵＧＲ値が第１の基準値以上であると判定された場合には、表示画像ＩＭ１の基となる元画像データを変更せずに、輝度のみを変更した表示画像ＩＭ２を画像表示部２０に表示させる。そのため、本実施形態の頭部装着型表示装置１００では、画像表示部２０の表示画像の輝度と、光学像表示部２８，２９を透過して使用者に視認される外景ＳＣの輝度と、によって算出されるＵＧＲ値を用いて、表示画像の輝度が変更されるので、使用者が不快に感じるまぶしさ感を抑制できる。また、ＵＧＲ値に応じて表示画像の輝度が変更されるので、使用者の目の疲労を低減できる。

また、本実施形態の頭部装着型表示装置１００では、照度センサー６３が外景ＳＣの照度を検出し、ＵＧＲ値は、照度センサー６３が検出した照度と、画像表示部２０の表示画像ＩＭ１の輝度と、によって算出される。そのため、本実施形態の頭部装着型表示装置１００では、外景ＳＣの照度の変化に応じてＵＧＲ値が算出されて画像表示部２０の表示画像の輝度が制御されるため、使用者のまぶしさ感をより抑制でき、使用者の目の疲労をより低減できる。

また、本実施形態の頭部装着型表示装置１００では、ＵＧＲ値は、上記数式（１）によれば、画像表示部２０の表示画像の輝度Ｌが増加するに伴なって大きくなる。また、外景ＳＣの照度が増加すると背景の輝度Ｌｂも増加するため、ＵＧＲ値は、外景ＳＣの照度が増加するに伴なって小さくなる指標値である。輝度処理部１４５は、ＵＧＲ値が第１の基準値以上であると判定した場合に、画像表示部２０の表示画像ＩＭ１の輝度を減少させた表示画像ＩＭ２を画像表示部２０に表示させる。そのため、本実施形態の頭部装着型表示装置１００では、不快グレアを数値で表わすＵＧＲ値を用いることで、画像表示部２０の表示画像の輝度を下げる制御を行なうだけで、使用者のまぶしさ感を抑制でき、使用者の目の疲労を低減できる。

また、本実施形態の頭部装着型表示装置１００では、ＵＧＲ値が第２の基準値以下であると判定された場合には、輝度処理部１４５は、ＵＧＲ値が第２の基準値と同じになるように、各画素の輝度を同じ分だけ上げる制御を行ない、輝度の増加量を算出し、各画素の輝度に増加量を加えた輝度によって表示画像ＩＭ３を表示させる。そのため、本実施形態の頭部装着型表示装置１００では、使用者が表示画像ＩＭ１に対して不快に感じていない場合には、画素の輝度を増加させた表示画像ＩＭ３を画像表示部２０に表示させるため、使用者のまぶしさ感を抑制した上で、表示画像ＩＭ１の視認性を向上させることができる。

Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

Ｂ１．変形例１：
上記実施形態では、１つの不快グレアの評価法として、上記数式（１）に示すＵＧＲを用いたが、不快グレアの評価法としては、これに限られず、種々変形可能である。例えば、ＶＣＰ（Visual Comfort Probability）、ＢＧＩ（British Daylight Glare Index）、輝度制限法等のいずれか１つが用いられてもよいし、複数が用いられてもよい。

また、上記実施形態では、ＵＧＲ値と第１の基準値または第２の基準値との比較によって、表示画像ＩＭ１の各画素の輝度を、画素の位置にかかわらず、一律で同じ分だけ増加または減少させたが、各画素における輝度の増減量は一律で同じに限られず、種々変形可能である。例えば、図２に示すように、ポジションインデックスＰＩは、ＤＬ／ＤＲおよびＤＶ／ＤＲの値が０となる中心から離れるほど小さくなる。すなわち、発光部分の中心が視線方向ＥＤから遠くなるほど、ポジションインデックスＰＩが小さくなり、ＵＧＲ値も小さくなる。そのため、ＵＧＲ値が第１の基準値以上であると判定された場合に、輝度処理部１４５は、視線方向ＥＤに対する水平変位量ＤＬおよび垂直変位量ＤＶが小さい、すなわち、注視点ＰＧに近い位置の画素の輝度を大きく下げることによって、ＵＧＲ値を下げてもよい。この変形例では、ＵＧＲ値を下げるために大きく寄与する画素の輝度を優先的に下げるため、画像表示部２０の表示画像ＩＭ１の全体の輝度の低下を抑制して、使用者の視認性の低下を抑制しつつ、使用者のまぶしさ感を抑制でき、使用者の目の疲労を低減できる。

また、表示画像ＩＭ１を形成する画素の内のいくつかの輝度を０にすることによって、ＵＧＲ値が下げられてもよい。例えば、表示画像ＩＭ１を形成する画素の半分の輝度を千鳥状に０にすることにより、表示画像の輝度を減少させて、ＵＧＲ値を下げてもよい。

Ｂ２．変形例２：
上記実施形態では、眼撮像カメラ３７，３８が使用者の視線方向ＥＤを特定したが、必ずしも、視線方向ＥＤが特定される必要はなく、また、その他の構成によって視線方向ＥＤが特定されてもよい。例えば、眼撮像カメラ３７，３８の代わりに、画像表示部２０に、加速度（３軸）、角速度（３軸）、地磁気（３軸）を検出するモーションセンサーである９軸センサーが形成されてもよい。９軸センサーは、画像表示部２０に形成されているため、画像表示部２０が使用者の頭部に装着されているときには、使用者の頭部の動きを検出する。検出された使用者の頭部の動きから画像表示部２０の向きが特定され、視線方向ＥＤが特定されてもよい。

また、使用者の視線方向ＥＤが特定されなくても、通常、使用者は前方を見ていることが多い。そのため、ＵＧＲ値と第１の基準値または第２の基準値とが比較された後、画像表示部２０において表示画像を形成できる領域の中心から近い画素の輝度を、遠い画素の輝度よりも大きく増減させることによってＵＧＲ値が増減されてもよい。この変形例では、ＵＧＲ値を下げるために大きく寄与する画素の輝度を優先的に下げるため、画像表示部２０の表示画像ＩＭ１の全体の輝度の低下を抑制して、使用者の視認性の低下を抑制しつつ、使用者のまぶしさ感を抑制でき、使用者の目の疲労を低減できる。

Ｂ３．変形例３：
上記実施形態では、ＵＧＲ値と第１の基準値または第２の基準値との比較によって、表示画像ＩＭ１の輝度の増減の制御が行なわれたが、ＵＧＲ値と基準値との比較によって行なわれる制御は、画素における輝度の増減の制御に限られず、種々変形可能である。例えば、ＵＧＲ値が第１の基準値以上であると判定された場合に、画像処理部１６０は、使用者に視認させる表示画像として、例えば、「長時間の使用は控えてください」といった表示画像ＩＭ１に関するメッセージを表示させてもよい。また、「１分後に明るさを低減します」といった表示画像ＩＭ１の制御予告に関するメッセージが表示された後、表示画像ＩＭ１の輝度が低減されてもよい。また、光学像表示部２８，２９に内蔵された調光板２６３，２６４とは別に、使用者の意思によって光学像表示部２８，２９の表面に取り外し可能で、外景ＳＣの照度の光透過率を変化させるシェードがある場合に、シェードの取り外しを促すメッセージの表示画像が表示されてもよい。この変形例では、表示画像ＩＭ１の輝度の増減以外の不快グレアを促す制御が行なわれるため、使用者の意思によって、表示画像ＩＭ１の輝度の増減以外の画像表示部２０を制御する操作が行なわれ、使用者の利便性が向上する。

また、取り外し可能なシェードがあり、光学像表示部２８，２９に調光板２６３，２６４が内蔵されていなくてもよいし、シェードもなく、かつ、光学像表示部２８，２９に調光板２６３，２６４が内蔵されていなくてもよい。外景ＳＣの照度から算出された外景ＳＣの輝度の光透過率μが調整されなくても、表示画像の輝度が調整されることで、ＵＧＲ値が増減されて、使用者のまぶしさ感を抑制でき、表示画像ＩＭ１の視認性を向上させることができる。

また、ＵＧＲ値を上げて使用者の視認性を向上させる方法は、表示画像ＩＭ１の輝度を増加させる制御に限られず、種々変形可能である。例えば、光学像表示部２８，２９に含まれる調光板２６３，２６４の光透過率μが調整されることによって、使用者に視認される外景ＳＣの照度および背景の輝度が減少して、ＵＧＲ値が増加する制御が行なわれてもよい。また、調光板２６３，２６４の光透過率μの調整と画素の輝度の増減との両方が制御されてもよい。この変形例では、使用者の視認性を向上させるために表示画像ＩＭ１の輝度を増加させる必要がなく、不要な電力を使わずに、使用者の視認性を向上させることができる。

Ｂ４．変形例４：
上記実施形態では、ＵＧＲ値に基づいて表示画像ＩＭ１の輝度の制御が行なわれたが、表示画像ＩＭ１が表示された表示時間と表示時間におけるＵＧＲ値とに基づいて表示画像の制御が行なわれてもよい。上記実施形態では、ＵＧＲ値が１６の場合には、表示画像ＩＭ１の輝度の制御が行なわれないが、例えば、ＵＧＲ値が１６から減少せずに所定の時間が経過した場合には、表示画像ＩＭ１に関するメッセージや表示画像ＩＭ１の制御予告に関するメッセージが表示されてもよい。また、表示画像ＩＭ１が表示されている単位時間当たりのＵＧＲ値の平均値を算出して、表示時間における算出されたＵＧＲ値の平均値の累積と予め設定された第３の基準値とが比較され、累積された値が第３の基準値以上の場合に、表示画像ＩＭ１の制御に関するメッセージが表示されてもよい。この変形例では、表示画像ＩＭ１の表示時間と表示時間におけるＵＧＲ値とに基づいて、表示画像ＩＭ１の制御が行なわれるため、ＵＧＲ値の時間推移も踏まえた上で表示画像ＩＭ１が制御され、使用者が不快に感じるまぶしさ感を抑制でき、時間の経過に伴なう使用者の疲労度が蓄積されることを抑制できる。また、この変形例では、表示時間におけるＵＧＲ値の平均値の累積が第３の基準値以上の場合に、表示画像ＩＭ１の制御に関するメッセージが表示されるため、頭部装着型表示装置１００の継続使用に伴なう使用者の疲労度をリアルタイムで使用者に通知することができ、使用者の利便性を向上させることができる。

Ｂ５．変形例５：
上記実施形態では、照度センサー６３によって外景ＳＣの照度が検出されて、ＵＧＲ値が算出されたが、必ずしも外景ＳＣの照度が検出される必要はなく、ＵＧＲ値の算出については種々変形可能である。操作部１３５が所定の操作を受け付けることにより、例えば、昼と夜または室内と室外に対応して予め設定された背景の輝度が用いられてＵＧＲ値が算出されてもよい。

また、複数の照度センサー６３が画像表示部２０に備え付けられていてもよいし、照度センサー６３が画像表示部２０とは別体の装置として構成されていてもよい。例えば、照度センサー６３は、右眼が視認する外景ＳＣの照度と、左眼が視認する外景ＳＣの照度と、を別々に検出してもよい。この変形例では、右眼と左眼とに対応して算出された輝度の制御や外景ＳＣの光透過率μの制御ができるため、使用者のまぶしさ感をより抑制でき、使用者の目の疲労をより低減できる。

また、発光源の輝度と使用者との位置関係や輝度と投影面積との関係によって、輝度と照度とが関連付けられるため、輝度に基づいて照度が算出されてもよいし、照度に基づいて輝度が算出されてもよい。

また、上記実施形態では、表示画像ＩＭ１の全体の平均輝度として、各画素の輝度の平均値が用いられたが、必ずしも各画素の輝度の平均値である必要はなく、表示画像ＩＭ１の全体の平均輝度については種々変形可能である。例えば、ＵＧＲ値のように、ポジションインデックスＰＩによって、視線方向ＥＤに近い画素の輝度により重み付けをした上で、表示画像ＩＭ１の全体の平均輝度が算出されてもよい。

また、上記実施形態では、ポジションインデックスＰＩとして、図２に示すようなマップが用いられたが、ポジションインデックスＰＩについてはこれに限られず、種々変形可能である。例えば、単純化して、視線方向ＥＤからの距離のみに基づいてポジションインデックスＰＩが決定されてもよい。また、表示画像ＩＭ１の中心の複数の画素について１つのポジションインデックスＰＩを用いて、その他の画素については、中心の画素とは異なる１つのポジションインデックスＰＩを用いて、ＵＧＲ値が算出されてもよい。

また、上記実施形態では、制御部１０に操作部１３５を形成したが、操作部１３５の態様については種々変形可能である。例えば、制御部１０とは別体で操作部１３５であるユーザーインターフェースがある態様でもよい。この場合に、操作部１３５は、電源１３０等が形成された制御部１０とは別体であるため、小型化でき、使用者の操作性が向上する。また、操作部１３５の動きを検出する９軸センサーを操作部１３５に形成して、検出した動きに基づいて各種操作が行なわれることで、使用者は、感覚的に頭部装着型表示装置１００の操作ができる。

例えば、画像光生成部は、有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッセンス、Organic Electro-Luminescence）のディスプレイと、有機ＥＬ制御部とを備える構成としてもよい。また、例えば、画像生成部は、ＬＣＤに代えて、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon, LCoS は登録商標）や、デジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。また、例えば、レーザー網膜投影型のヘッドマウントディスプレイに対して本発明を適用することも可能である。レーザー網膜投影型の場合、「画像光生成部における画像光の射出可能領域」とは、使用者の眼に認識される画像領域として定義できる。

また、例えば、ヘッドマウントディスプレイは、光学像表示部が使用者の眼の一部分のみを覆う態様、換言すれば、光学像表示部が使用者の眼を完全に覆わない態様のヘッドマウントディスプレイとしてもよい。また、ヘッドマウントディスプレイは、いわゆる単眼タイプのヘッドマウントディスプレイであるとしてもよい。また、ヘッドマウントディスプレイは、光学透過型に限られず、使用者が外景ＳＣを透過して視認できない非透過型やビデオ透過型であってもよい。

図９は、変形例における頭部装着型表示装置の外観構成を示す説明図である。図９（Ａ）の例の場合、図４に示した頭部装着型表示装置１００との違いは、画像表示部２０ａが、右光学像表示部２６に代えて右光学像表示部２６ａを備える点と、左光学像表示部２８に代えて左光学像表示部２８ａを備える点である。右光学像表示部２６ａは、上記実施形態の光学部材よりも小さく形成され、頭部装着型表示装置１００ａの装着時における使用者の右眼の斜め上に配置されている。同様に、左光学像表示部２８ａは、上記実施形態の光学部材よりも小さく形成され、頭部装着型表示装置１００ａの装着時における使用者の左眼の斜め上に配置されている。図９（Ｂ）の例の場合、図４に示した頭部装着型表示装置１００との違いは、画像表示部２０ｂが、右光学像表示部２６に代えて右光学像表示部２６ｂを備える点と、左光学像表示部２８に代えて左光学像表示部２８ｂを備える点である。右光学像表示部２６ｂは、上記実施形態の光学部材よりも小さく形成され、ヘッドマウントディスプレイの装着時における使用者の右眼の斜め下に配置されている。左光学像表示部２８ｂは、上記実施形態の光学部材よりも小さく形成され、ヘッドマウントディスプレイの装着時における使用者の左眼の斜め下に配置されている。このように、光学像表示部は使用者の眼の近傍に配置されていれば足りる。また、光学像表示部を形成する光学部材の大きさも任意であり、光学像表示部が使用者の眼の一部分のみを覆う態様、換言すれば、光学像表示部が使用者の眼を完全に覆わない態様の頭部装着型表示装置１００として実現できる。

また、イヤホンは耳掛け型やヘッドバンド型を採用してもよく、省略してもよい。また、例えば、自動車や飛行機等の車両に搭載されるヘッドマウントディスプレイとして構成されてもよい。また、例えば、ヘルメット等の身体防護具に内蔵されたヘッドマウントディスプレイとして構成されてもよい。

上記実施形態における頭部装着型表示装置１００の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、制御部１０に設けられた方向キー１６やトラックパッド１４の一方を省略したり、方向キー１６やトラックパッド１４に加えてまたは方向キー１６やトラックパッド１４に代えて操作用スティック等の他の操作用インターフェイスを設けたりしてもよい。また、制御部１０は、キーボードやマウス等の入力デバイスを接続可能な構成であり、キーボードやマウスから入力を受け付けるものとしてもよい。

また、画像表示部として、眼鏡のように装着する画像表示部２０に代えて、例えば帽子のように装着する画像表示部といった他の方式の画像表示部が採用されてもよい。また、イヤホン３２，３４は適宜省略可能である。

また、上記実施形態において、頭部装着型表示装置１００は、使用者の左右の眼に同じ画像を表わす画像光を導いて使用者に二次元画像を視認させるとしてもよいし、使用者の左右の眼に異なる画像を表わす画像光を導いて使用者に三次元画像を視認させるとしてもよい。

また、上記実施形態において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。例えば、上記実施形態では、画像処理部１６０や音声処理部１７０は、ＣＰＵ１４０がコンピュータープログラムを読み出して実行することにより実現されるとしているが、これらの機能部はハードウェア回路により実現されるとしてもよい。

また、本発明の機能の一部または全部がソフトウェアで実現される場合には、そのソフトウェア（コンピュータープログラム）は、コンピューター読み取り可能な記録媒体に格納された形で提供することができる。この発明において、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のＲＡＭやＲＯＭ等のコンピューター内の内部記憶装置や、ハードディスク等のコンピューターに固定されている外部記憶装置も含んでいる。

また、上記実施形態では、図４および図５に示すように、制御部１０と画像表示部２０とが別々の構成として形成されているが、制御部１０と画像表示部２０との構成については、これに限られず、種々変形可能である。例えば、画像表示部２０の内部に、制御部１０に形成された構成の全てが形成されてもよいし、一部が形成されてもよい。また、上記実施形態における電源１３０が単独で形成されて、交換可能な構成であってもよいし、制御部１０に形成された構成が重複して画像表示部２０に形成されていてもよい。例えば、図５に示すＣＰＵ１４０が制御部１０と画像表示部２０との両方に形成されていてもよいし、制御部１０に形成されたＣＰＵ１４０と画像表示部２０に形成されたＣＰＵとが行なう機能が別々に分けられている構成としてもよい。

また、制御部１０と画像表示部２０とが一体化して、使用者の衣服に取り付けられるウェアラブルコンピューターの態様であってもよい。

本発明は、上記実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行なうことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…制御部
１１…決定キー
１２…点灯部
１３…表示切替キー
１４…トラックパッド
１５…輝度切替キー
１６…方向キー
１７…メニューキー
１８…電源スイッチ
２０…画像表示部
２１…右保持部
２２…右表示駆動部
２３…左保持部
２４…左表示駆動部
２６…右光学像表示部
２８…左光学像表示部
３０…イヤホンプラグ
３２…右イヤホン
３４…左イヤホン
３７…右眼撮像カメラ（視野特定部）
３８…左眼撮像カメラ（視野特定部）
４０…接続部
４２…右コード
４４…左コード
４６…連結部材
４８…本体コード
５１，５２…送信部
５３，５４…受信部
６１…外景撮像カメラ
６３…照度センサー（照度検出部）
１００…頭部装着型表示装置
１１０…入力情報取得部
１２０…記憶部
１３０…電源
１３５…操作部
１４０…ＣＰＵ
１４２…画像判定部（視野特定部）
１４５…輝度処理部（照度検出部、制御部）
１５０…オペレーティングシステム
１６０…画像処理部
１７０…音声処理部
１８０…インターフェイス
１９０…表示制御部
２０１…右バックライト制御部（画像光生成部）
２０２…左バックライト制御部（画像光生成部）
２１１…右ＬＣＤ制御部
２１２…左ＬＣＤ制御部
２２１…右バックライト（画像光生成部）
２２２…左バックライト（画像光生成部）
２４１…右ＬＣＤ
２４２…左ＬＣＤ
２５１…右投写光学系
２５２…左投写光学系
２６１…右導光板
２６２…左導光板
２６３，２６４…調光板（外景照度調整部）
ＶＳｙｎｃ…垂直同期信号
ＨＳｙｎｃ…水平同期信号
ＰＣＬＫ…クロック信号
ＯＡ…外部機器
ＳＣ…外景
ＥＤ…視線方向
ＲＥ…右眼
ＬＥ…左眼
ＰＧ…注視点
ＰＩ…ポジションインデックス
ＰＬ…画像光
ＦＬ…蛍光灯
ＥＬ，ＥＲ…端部
Ｌｂ…輝度
ＤＲ…距離
ＤＬ…水平変位量
ＤＶ…垂直変位量
ＵＳ…使用者
ＩＬ…照明光
ＡＰ…先端部
ＶＲ…視野
ＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３…表示画像
ＰＸ１…画素

Claims

頭部装着型表示装置であって、
画像データに基づいて画像光を生成し射出する画像光生成部を有し、使用者の頭部に装着された状態において、使用者に前記画像光を虚像として視認させると共に、外景を透過させる画像表示部と、
元の画像データである原画像データに基づいて生成される原画像光の輝度と前記透過された外景の照度とに基づいて設定された指標値と予め設定された第１の閾値との比較結果に基づいて、前記原画像光のうちの少なくとも一部の輝度が変更された表示用画像光を前記画像光生成部に生成させる制御部と、を備える、頭部装着型表示装置。
請求項１に記載の頭部装着型表示装置であって、さらに、
前記外景の照度を検出する照度検出部を備え、
前記指標値は、前記原画像光の輝度と検出された前記外景の照度とに基づいて設定される、頭部装着型表示装置。
請求項１または請求項２に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記指標値は、前記原画像光の輝度が増加するに伴なって大きくなり、前記透過された外景の照度が増加するに伴なって小さくなる指標値であり、
前記制御部は、前記比較結果において前記指標値が前記第１の閾値以上の場合に、前記原画像光のうちの少なくとも一部の輝度を減少させた前記表示用画像光を前記画像光生成部に生成させる、頭部装着型表示装置。
請求項３に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記指標値は、前記画像光生成部が前記画像光を射出する領域の中心から遠い位置の輝度の変化に伴なう変化量よりも、前記領域の中心から近い位置の輝度の変化に伴なう変化量の方が大きい指標値であり、
前記表示用画像光は、前記原画像光に対して、前記領域の中心から近い位置における輝度の減少量が前記領域の中心から遠い位置における輝度の減少量よりも大きい前記画像光である、頭部装着型表示装置。
請求項３に記載の頭部装着型表示装置であって、さらに、
使用者の視野を特定する視野特定部を備え、
前記指標値は、特定された使用者の前記視野の中心から遠い位置の輝度の変化に伴なう変化量よりも、前記視野の中心から近い位置の輝度の変化に伴なう変化量の方が大きい指標値であり、
前記表示用画像光は、前記原画像光に対して、前記視野の中心から近い位置における輝度の減少量が前記視野の中心から遠い位置における輝度の減少量よりも大きい前記画像光である、頭部装着型表示装置。
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記指標値は、前記原画像光の輝度が増加するに伴なって大きくなり、前記外景の輝度が増加するに伴なって小さくなる指標値であり、
前記制御部は、前記比較結果において前記指標値が前記第１の閾値未満の場合に、前記指標値が前記第１の閾値以上にならない範囲において、前記画像光のうちの少なくとも一部の輝度を増加させた前記表示用画像光を前記画像光生成部に生成させる、頭部装着型表示装置。
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、さらに、
前記外景の照度に対して、前記透過された外景の照度を調整して前記画像光を透過させる外景照度調整部を備え、
前記指標値は、前記原画像光の輝度が増加するに伴なって大きくなり、前記外景の照度が増加するに伴なって小さくなる指標値であり、
前記制御部は、前記比較結果において前記指標値が前記第１の閾値未満の場合に、前記指標値が前記第１の閾値以上にならない範囲において、前記透過された外景の照度の少なくとも一部が減少するように前記外景照度調整部を調整する、頭部装着型表示装置。
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、さらに、
前記外景の照度に対して、前記透過された外景の照度を調整して前記画像光を透過させる外景照度調整部を備え、
前記指標値は、前記原画像光の輝度が増加するに伴なって大きくなり、前記外景の照度が増加するに伴なって小さくなる指標値であり、
前記制御部は、前記比較結果において前記指標値が前記第１の閾値未満の場合に、使用者に視認させる前記画像光として、前記外景照度調整部による前記透過された外景の照度の調整に関する情報を含む前記画像光を設定する、頭部装着型表示装置。
請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記指標値は、前記原画像光の輝度が増加するに伴なって大きくなり、前記外景の照度が増加するに伴なって小さくなる指標値であり、
前記制御部は、前記比較結果において前記指標値が前記第１の閾値以上の場合に、使用者に視認させる前記画像光として、前記画像光の制御に関する情報を含む前記画像光を設定する、頭部装着型表示装置。
請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記制御部は、前記画像光が前記画像光生成部に生成された生成期間と前記生成期間における前記指標値とに基づいて、前記画像光生成部に前記表示用画像光を生成させる、頭部装着型表示装置。
請求項１０に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記指標値は、前記原画像光の輝度が増加するに伴なって大きくなり、前記外景の照度が増加するに伴なって小さくなる指標値であり、
前記制御部は、前記生成期間における前記指標値を累積した値が予め定められた第２の閾値以上の場合には、使用者に視認させる前記画像光として、前記画像光の制御に関する情報を含む前記画像光を設定する、頭部装着型表示装置。
画像データに基づいて画像光を生成し射出する画像光生成部を有し、使用者の頭部に装着された状態において、使用者に前記画像光を虚像として視認させると共に、外景を透過させる画像表示部を備える透過型の頭部装着型表示装置の制御方法であって、
元の画像データである原画像データに基づいて生成される原画像光の輝度と前記外景の照度とに基づいて設定された指標値と予め設定された第１の閾値との比較結果に基づいて、前記原画像光のうちの少なくとも一部の輝度が変更された表示用画像光を前記画像光生成部に生成させる工程を備える、頭部装着型表示装置。