JP2017068000A - 透過型表示装置及び透過型表示装置用の調光シェード - Google Patents

Abstract

【課題】映像光と外界光とを重畳して視認させる透過型表示装置であって、より安全に外界を視認することを可能にする透過型表示装置及び透過型表示装置用の調光シェードを提供すること。
【解決手段】映像光と外界光とを重畳して視認させるシースルーが可能であって、かつ、調光シェード９０による外界光の調光を可能とし、この際に、外界光の光量変化に応じて、調光シェード９０での外界光の透過率を変化させている。この場合において、特に、外界光検出部である外光センサーＳＳにおいて外界光の光量低下が検出された場合に、主制御部２９０の光量制御部２９１において迅速に調光シェード９０の透過率調整（外界光に関する光量制御）を行う即応制御がなされている。
【選択図】図５

Description

本発明は、画像表示装置によって形成された映像を観察者に提示する透過型表示装置及び透過型表示装置用の調光シェードに関する。

観察者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤとも言う）等の表示装置（虚像表示装置）に組み込まれる光学系として様々なものが提案されており、特に、映像光と外界光とを重畳して視認させるいわゆるシースルータイプのもの（透過型表示装置）が知られている（例えば、特許文献１等参照）。

このようなシースルータイプの透過型表示装置として、外界光の調光をするための調光装置を設けたものであって、外界光の入射光量が変化した場合でも観察者に不快感を与えることが少なくなるように、外界光を受光する受光素子の受光量測定結果に基づいて調光装置での光透過率制御を行うものが知られている（特許文献１参照）。また、ＨＭＤにおける表示制御として、表示素子の長寿命化を図るために観察者の視野感度特性に応じた表示素子の輝度制御を行うものが知られている（特許文献２参照）。

ここで、調光装置や調光シェード等において、あまりに頻繁に透過率が変化すると、かえって煩わしく感じる可能性がある。これは映像光の輝度変化についても同様である。このため、通常の調整方法として、例えば、外光の光量変化量の移動平均に基づき透過率や輝度を変化させるような調整を行うことが、一般的手法の１つとして考えられる。しかしながら、例えば晴天で明るい屋外から暗い屋内に入った時のように外光が急激に暗くなる場合に対して、上記の方法では、移動平均量を算出してから徐々に透過率を調整するため最適な光量となるまでの調整に時間を要し、その間例えば映像光が支配的となって外界が見えない、といった危険な状況を生じてしまうおそれがある。

特開２０１４−１６０１６９号公報 国際公開第２０１３／０５４７２８号

本発明は、映像光と外界光とを重畳して視認させる透過型表示装置であって、より安全に外界を視認することを可能にする透過型表示装置及び透過型表示装置用の調光シェードを提供することを目的とする。

本発明に係る第１の透過型表示装置は、映像光と外界光とを重畳して視認させる透過型表示装置であって、映像光を表示する表示部と、表示部に対向して設けられて外界光を調光する調光シェードと、外界光を検出する外界光検出部と、外界光検出部における検出結果に基づいて調光シェードの透過率を制御する光量制御部とを備える透過型表示装置であって、光量制御部は、外界光検出部において外界光の光量低下を検出した場合、外界光の光量上昇を検出した場合よりも光量制御の応答速度を速める即応制御を行う。ここで、外界光の光量変化に対する光量制御を行うに際しての即応制御とは、２つの異なる外界光の光量変化に対するそれぞれの光量制御において、一の光量制御の応答速度を他の光量制御の応答速度よりも速くして制御を行うことを言うものとする。逆に、２つの異なる外界光の光量変化に対するそれぞれの光量制御において、一の光量制御の応答速度を他の光量制御の応答速度よりも遅くして制御を行うことを遅延制御と言うものとする。

上記透過型表示装置では、外界光検出部において外界光の光量低下が検出された場合に、光量制御部において迅速に調光シェードの透過率調整（外界光に関する光量制御）がなされ、外界光の光量を確保することができ、より安全に外界を視認できる。

本発明の具体的な側面では、調光シェードは、電気的駆動によって外界光の透過率を変化させる。この場合、電気的駆動によってアクティブ（能動的）で迅速な外界光の透過率の調整制御（光量制御）を行うことができる。

本発明の別の側面では、調光シェードは、ＳＰＤ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ）、エレクトロクロミック、ゲストホスト液晶または高分子分散型液晶によって構成される。この場合、所期の応答速度での即応制御を確実に行うことができる。

本発明のさらに別の側面では、光量制御部は、外界光検出部において外界光の光量低下を検出した場合、即応制御として、調光シェードの透過率の上昇開始時から上昇完了時までの立ち上げ時間を、外界光の光量上昇を検出した場合における調光シェードの透過率の低下開始時から低下完了時までの立ち下げ時間よりも短くする。この場合、外界光の光量低下が検出されると、光量制御部において迅速に調光シェードの透過率を迅速に上昇させることで、外界光の光量を確保し、より安全に外界を視認できる。

本発明に係る第２の透過型表示装置は、映像光と外界光とを重畳して視認させる透過型表示装置であって、映像光を表示する表示部と、外界光を検出する外界光検出部と、外界光検出部における検出結果に基づいて表示部の輝度を制御する光量制御部とを備える透過型表示装置であって、光量制御部は、外界光検出部において外界光の光量低下を検出した場合、外界光の光量上昇を検出した場合よりも光量制御の応答速度を速める即応制御を行う。

上記透過型表示装置では、外界光検出部において外界光の光量低下が検出された場合に、光量制御部において迅速に表示部の輝度調整（映像光に関する光量制御）がなされ、映像光が支配的となることを抑制し、より安全に外界を視認できる。

本発明の具体的な側面では、光量制御部は、外界光検出部において外界光の光量低下を検出した場合、即応制御として、表示部の輝度を低下させる時間を、外界光の光量上昇を検出して表示部の輝度を上昇させる時間よりも短くする。この場合、外界光の光量低下が検出されると、光量制御部において迅速に表示部の輝度を低下させることで、外界光の光量低下に伴って映像光が支配的となることを抑制し、より安全に外界を視認できる。

本発明のさらに別の側面では、光量制御部は、所定時間の間隔内において閾値を超える外界光の光量低下を検出した場合、即応制御として、外界光の光量変化に関する移動平均に基づく通常光量制御での応答速度よりも応答速度を速くする制御を実行する。この場合、短期間に一定以上の外界光の光量低下が生じる、すなわち背景が急激に暗くなったと考えられるときに即応制御を行うものとなる。したがって、閾値に基づいて即応制御を的確な状況下において行う態様にでき、また、この際、外界光の光量変化に関する移動平均に基づいて徐々に変化させる通常光量制御よりも迅速な制御を行うようにできる。

本発明のさらに別の側面では、光量制御部は、所定時間の間隔内において閾値を超える外界光の光量変化を検出しない場合、通常光量制御を実行する。この場合、閾値に基づいて的確でない状況下においては即応制御を行わず、通常光量制御を行う態様にできる。

本発明のさらに別の側面では、光量制御部は、所定時間の間隔内において閾値を超える外界光の光量上昇を検出した場合、通常光量制御での応答速度以下に応答速度を遅くする遅延制御を実行する。この場合、短期間に一定以上の外界光の光量上昇が生じる、すなわち背景が急激に明るくなったと考えられるときに遅延制御を行うものとなる。したがって、閾値に基づいて遅延制御を的確な状況下において行う態様にできる。

本発明のさらに別の側面では、外光検出部は、観察者の視線方向について外界光の明暗を検知するアンビエントセンサー（アンビエントライトセンサー）を有する。この場合、アンビエントセンサーでの検知に基づき外界（周囲）の明暗の度合いを判定できる。

本発明のさらに別の側面では、外光検出部は、アンビエントセンサーを複数有し、観察者の視線方向に加え、観察者の上向き方向について明暗を検知する。この場合、アンビエントセンサーでの検知に基づき外界（周囲）の明暗の度合いをより的確に判定できる。

本発明のさらに別の側面では、外光検出部は、アンビエントセンサーの検出範囲及び／または当該検出範囲の近傍を撮像して画像情報を取得するカメラを有し、光量制御部は、カメラでの撮像により取得した画像情報に基づいて光量の制御量を決定する。この場合、画像情報に基づいて、光量の制御量、すなわち調光シェードの透過率調整量または表示部の輝度調整量をより的確に決定できる。

本発明のさらに別の側面では、光量制御部は、観察者の弁別視野の範囲よりも広い領域について光量制御を行う。この場合、観察者の視野を考慮してより的確な範囲について光量制御を行うことができる。

本発明のさらに別の側面では、光量制御部は、外界光の視認を優先させる外界光優先モードと、映像光の視認を優先させる映像光優先モードとに応じて光量制御を切替え可能であり、外界光優先モードで動作する場合に即応制御を行う。この場合、外界光の視認を優先させる表示動作化において、外界光の光量低下に伴って外界が見えない、といった危険な状況を生じてしまうことを抑制できる。

本発明に係る透過型表示装置用の調光シェードは、映像光を表示する表示部を有して映像光と外界光とを重畳して視認させる透過型表示装置に対して表示部に対向して着脱可能に設けられ、透過型表示装置に入射する外界光を調光する透過型表示装置用の調光シェードであって、外界光の調光に際して、外界光の透過率上昇が透過率低下よりも速い。

上記透過型表示装置用の調光シェードでは、例えば外界光検出部において外界光の光量低下が検出された場合に、調光シェードにおいて迅速に透過率調整（外界光に関する光量制御）が迅速になされ、外界光の光量を確保することができ、より安全に外界を視認できる。

第１実施形態に係る透過型表示装置の外観を簡単に説明する斜視図である。 調光シェードを取り外した透過型表示装置の外観を示す斜視図である。 （Ａ）は、調光シェードを取り付けた状態の透過型表示装置の正面図であり、（Ｂ）は、調光シェードを取り外した状態の透過型表示装置の正面図である。 透過型表示装置における映像光の光路について示す図である。 透過型表示装置の制御の一例について説明するためのブロック図である。 外界光の光量低下時における外光センサーの測定値に対する調光シェードの透過率調整について説明するためのグラフである。 外界光の光量上昇時における外光センサーの測定値に対する調光シェードの透過率調整について説明するためのグラフである。 外光センサーの測定値の変化に対する調光シェードの透過率の変化について示すグラフである。 調光シェードの透過率制御の一例を説明するためのフローチャートである。 （Ａ）は、外界光の光量低下時における外光センサーの測定値に対する映像光の輝度調整について説明するためのグラフであり、（Ｂ）は、外界光の光量上昇時における外光センサーの測定値に対する映像光の輝度調整について説明するためのグラフである。 第２実施形態に係る透過型表示装置の制御の一例について説明するためのブロック図である。 映像光の輝度制御の一例を説明するためのフローチャートである。 （Ａ）〜（Ｃ）は、観察者の視野について説明するための概念的な図である。 （Ａ）は、調光シェードによる調光領域と表示部における映像表示領域とにおける光量制御を行う光量制御領域の一例を概念的に示す図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の各領域に対する観察者の視野範囲の一例を概念的に示す図である。 透過型表示装置の他の一例を示す正面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、調光シェードの着脱検知の一例について説明するための概念的な図である。

〔第１実施形態〕
以下、図１等を参照しつつ、本発明に係る導光装置及び導光装置を含む透過型表示装置の一実施形態について詳細に説明する。

図１〜図３等に示すように、本実施形態の導光装置を含む透過型表示装置１００は、眼鏡のような外観を有するヘッドマウントディスプレイであり、この透過型表示装置１００を装着した観察者又は使用者に対して虚像による画像光（映像光）を視認させることができる虚像表示装置であるとともに、観察者に外界像をシースルーで視認又は観察させる（外界光を透過させる）ことができる。特に、本実施形態の透過型表示装置１００には、遮光性又は吸光性を有する調光シェード９０が取り付けられている。調光シェード９０は、透過型表示装置１００の眼前想定部分（観察者の眼が位置すべきところとして想定される位置の前方側に相当する部分）を覆うように取り付けられて、外界光の透過率を調整（外界光を光量調整）して外界光視認性と映像視認性とのバランスを取るための外光透過率調整装置である。すなわち、透過型表示装置１００は、外界光の透過率を変え、シースルーに関して外界側の視界を調整できる。また、本実施形態では、一例として、外界光の視認を優先させる外界光優先モードと、映像光の視認を優先させる映像光優先モード（画像光優先モード）とが選択可能となっているものとする。ここで、外界光優先モードについてのより具体的な態様としては、例えば、表示部全体の映像光の輝度を低下させたり、映像を表示しない領域を表示領域の中央等に設けたりするといった動作制御を行って、外界光の視認を優先させることが考えられる。また、映像光優先モードについては、例えば調光シェード９０等で表示部全体の外界光の透過率を下げたり、表示部全体の映像光の輝度を上昇させたりするといった動作制御を行って、映像光の視認を優先させることが考えられる。

ここで、調光シェード９０については、種々の態様のものが適用可能であり、例えば、ＳＰＤ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ）、エレクトロクロミック、ゲストホスト液晶または高分子分散型液晶によって構成され、電流又は電圧による電気的駆動によって外界光の透過率をアクティブ（能動的）に、かつ、迅速に変化させるように調整制御される電子シェードである。なお、上記の調光シェード９０は、例えば樹脂材料等で形成される可撓性部材を取り付け部分に含み、図１〜図３に示すように着脱可能となっているが、調光シェード９０は、上記の場合と異なり、外れることなく常に固定的に取り付けられている、すなわち図１及び図３（Ａ）に示す態様のみとなるものとしてもよい。

上記のほか、透過型表示装置１００は、図１等に示すように、観察者から各種動作の指示を受け付けるためのコントローラー（制御装置）ＣＲを有する。コントローラーＣＲは、図示のように、透過型表示装置１００のうち映像表示のための光学的な機能を有する本体部分１００ｐと例えば有線で接続され、ボタン部やタッチパネル部等を有して本体部分１００ｐの表示動作等のための観察者による操作指示を受け付ける入力装置として機能する。観察者は、各種操作の内の１つとして、例えば上記外界光優先モードと映像光優先モードとの選択が可能となっている。例えば自転車や自動車等により移動中であり外部環境を常に見ておく必要がある場合には外界光優先モードとし、そうでないときは、映像に集中できるように映像光優先モードとすることができる。透過型表示装置１００は、選択されたモードによって、例えば調光シェード９０の透過率や映像光の輝度について異なる初期設定値がなされているものとする。

透過型表示装置１００は、本体部分１００ｐにおいて、観察者の視認方向（例えばＺ方向）の１つである眼前（眼前として想定される箇所、眼前想定部分）を透視可能に覆う第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂと、両光学部材１０１ａ，１０１ｂを支持する枠部１０２と、枠部１０２の左右両端から後方のつる部分（テンプル）１０４にかけての部分に付加された第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂとを備える。ここで、図面上で左側の第１光学部材１０１ａと第１像形成本体部１０５ａとを組み合わせた第１表示装置１００Ａは、右眼用の虚像を形成する表示部ＤＳａであり、単独でも透過型表示装置として機能する。また、図面上で右側の第２光学部材１０１ｂと第２像形成本体部１０５ｂとを組み合わせた第２表示装置１００Ｂは、左眼用の虚像を形成する表示部ＤＳｂであり、単独でも透過型表示装置として機能する。

上記に加え、本実施形態に係る透過型表示装置１００は、外界光の状況について計測する外界光検出部である外光センサーＳＳを有している。外光センサーＳＳは、外界の明暗を測定するための種々のものが適用可能であり、例えば外界光の照度を計測する照度センサー（透過光照度センサー）としてのアンビエントセンサー（すなわちアンビエントライトセンサー）等で構成される。図１等に例示するように、外光センサーＳＳは、本体部分１００ｐの側方側に配置され、前方側すなわち観察者の視認方向の１つである眼前として想定される側に向けられ、例えば観察者の視野全体の範囲に対応する範囲を検知範囲としている。言い換えると、外光センサーＳＳは、検知範囲を観察者の視野に対応させることで、少なくとも外界光のうち観察者の眼に到達する成分に相当する成分を含む観察者の周囲の明暗状況に関して検知することができる。さらには、外光センサーＳＳは、装着中における観察者の視線方向として想定される方向と平行な方向（視線方向に応じた方向）について外界光の成分を検知することが可能なものとなっていてもよい。外光センサーＳＳは、例えば０．１ｍ秒ごとに外界の状況について測定し、制御装置である測定結果をコントローラーＣＲに対して送信する。

以下、図４を参照して、透過型表示装置１００のうち、本体部分１００ｐにおける光学的機能に関して説明する。なお、光学的機能に関しては、左右一対の表示部ＤＳａ，ＤＳｂ（表示装置１００Ａ，１００Ｂ）において同様の動作をするので、第１表示装置１００Ａについてのみ図示及び説明をし、第２表示装置１００Ｂについては図示等を省略する。

図４に示すように、第１表示装置１００Ａは、投影用の光学系である投射透視装置７０と、映像光を形成する画像表示装置８０とを備えるものと見ることができる。投射透視装置７０は、画像表示装置８０によって形成された画像を虚像として観察者の眼に投射する役割を有する。投射透視装置７０は、第１光学部材１０１ａ又は導光装置２０と、結像用の投射レンズ３０とを備える。第１光学部材１０１ａ又は導光装置２０は、導光及び透視用の導光部材１０と、透視用の光透過部材５０とで構成されている。なお、第１像形成本体部１０５ａは、画像表示装置８０と投射レンズ３０とで構成される。

画像表示装置８０は、液晶パネル等を本体として構成される透過型の空間光変調装置である映像表示素子（映像素子）８２のほか、映像表示素子８２へ照明光を射出するバックライトである照明装置８３を有する。なお、映像表示素子８２等の動作を制御する駆動制御部として各種ドライバーが併せて設けられている。

投射レンズ３０は、構成要素として、例えば入射側光軸（光軸ＡＸ）に沿って３つの光学素子（レンズ）３１〜３３を備える投射光学系であり、これらの光学素子３１〜３３を収納する鏡筒部３９によって支持されている。なお、レンズ３１〜３３には、非軸対称な曲面（自由曲面）が含まれている。

導光装置２０は、導光及び透視用の導光部材１０と、透視用の光透過部材５０とで構成されている。導光部材１０及び光透過部材５０の本体部分は、例えばシクロオレフィンポリマー等の可視域で高い光透過性を示す樹脂材料で形成されている。なお、導光部材１０は、上記のように、プリズム型の導光装置２０の一部であり、一体の部材であるが、光射出側の第１導光部分１１と光入射側の第２導光部分１２とに分けて捉えることができる。光透過部材５０は、導光部材１０の透視機能を補助する部材（補助光学ブロック）であり、導光部材１０と一体的に固定され１つの導光装置２０となっている。なお、上記のような構成を有する導光装置２０のうち、光源側（根元側）に位置する先端部が鏡筒部３９の端部に嵌合することで、投射レンズ３０に精度よく位置決め固定されている。

以下、導光装置２０の構造等について光学的機能の観点から詳細に説明する。上述のように、導光装置２０は、導光部材１０と光透過部材５０とで構成されている。このうち、導光部材１０は、平面視において、鼻に近い中央側の部分が直線状に延びている。導光部材１０のうち、鼻に近い中央側つまり光射出側に配置されている第１導光部分１１は、光学的な機能を有する側面として、第１面Ｓ１１と、第２面Ｓ１２と、第３面Ｓ１３とを有し、鼻から離れた周辺側つまり光入射側に配置されている第２導光部分１２は、光学的な機能を有する側面として、第４面Ｓ１４と、第５面Ｓ１５とを有する。このうち、第１面Ｓ１１と第４面Ｓ１４とが連続的に隣接し、第３面Ｓ１３と第５面Ｓ１５とが連続的に隣接する。また、第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３との間に第２面Ｓ１２が配置され、第４面Ｓ１４と第５面Ｓ１５とは大きな角度を成して隣接している。さらに、ここでは、対向した配置となっている第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３とが互いに略平行な平面形状となっている。一方、光学的な機能を有する他の面、すなわち第２面Ｓ１２、第４面Ｓ１４及び第５面Ｓ１５は、非軸対称な曲面（自由曲面）となっている。

ここで、導光装置２０を構成する上記各面のうち、第２面Ｓ１２には、ハーフミラー層１５が付随している。このハーフミラー層１５の反射率は、シースルーによる外界光の観察を容易にする観点で調整されている。また、第５面Ｓ１５は、無機材料等で形成される光反射膜ＲＭを成膜することで形成され、ミラー反射面として機能する。

さらに、導光装置２０において、導光部材１０は、光透過部材５０と接着層ＣＣを介して貼り合されることで接合されており、導光部材１０及び光透過部材５０の接合面と、接着層ＣＣとで構成される部分を、接合部ＣＮとする。すなわち、第２面Ｓ１２に付随するハーフミラー層１５は、この接合部ＣＮにおいて形成される。

光透過部材５０は、光学的な機能を有する側面として、第１透過面Ｓ５１と、第２透過面Ｓ５２と、第３透過面Ｓ５３とを有する。第１透過面Ｓ５１は、導光部材１０の第１面Ｓ１１を延長した面上にあり、第２透過面Ｓ５２は、当該第２面Ｓ１２に対して接着層ＣＣによって接合され一体化されている曲面であり、第３透過面Ｓ５３は、導光部材１０の第３面Ｓ１３を延長した面上にある。このうち第２透過面Ｓ５２と導光部材１０の第２面Ｓ１２とは、薄い接着層ＣＣを介しての接合によって一体化されるため、略同じ曲率の形状を有する。

以下、映像光等の光路の一例について説明する。画像表示装置８０から射出された映像光ＧＬは、投射レンズ３０を通過して収束されつつ、導光装置２０の導光部材１０に設けた第４面Ｓ１４に入射する。第４面Ｓ１４を通過した映像光ＧＬは、収束しつつ進み、第５面Ｓ１５で反射され、第４面Ｓ１４に内側から再度入射して反射される。第４面Ｓ１４で反射された映像光ＧＬは、第３面Ｓ１３に入射して全反射され、第１面Ｓ１１に入射して全反射される。ここで、映像光ＧＬは、第３面Ｓ１３を経由する前後において、導光部材１０中に中間像を形成する。この中間像の像面ＩＩは、映像表示素子８２の像面に対応するものである。第１面Ｓ１１で全反射された映像光ＧＬは、第２面Ｓ１２に入射するが、特に第２面Ｓ１２に設けたハーフミラー層１５に入射した映像光ＧＬは、このハーフミラー層１５を部分的に透過しつつも部分的に反射されて第１面Ｓ１１に再度入射して通過する。第１面Ｓ１１を通過した映像光ＧＬは、観察者の眼の瞳又はその等価位置に略平行光束として入射する。

一方、外界光については、第３面Ｓ１３と第１面Ｓ１１とが互いに略平行な平面となっており、かつ、第３面Ｓ１３を延長した第３透過面Ｓ５３と第１面Ｓ１１を延長した第１透過面Ｓ５１とが存在することで、収差等をほとんど生じることなく、歪みのない外界像を観察者に観察させる。以上のようにして、導光装置２０は、映像光と外界光とを重畳させるシースルータイプの光学系を構成するものとなっている。

以上のように、本実施形態では、導光部材１０の内部において、映像表示素子８２からの映像光を、少なくとも２回の全反射を含む第１面Ｓ１１から第５面Ｓ１５までにおける５回の反射によって導光している。これにより、映像光ＧＬの表示と外界光ＨＬの視認させるシースルーとを両立させ、かつ、映像光ＧＬの収差の補正を行うことが可能になる。

なお、画像表示装置８０については、種々の態様を適用でき、例えば通常のＬＥＤや各種ランプを光源とし、液晶パネル等によって画像表示装置８０を構成することが可能である。

以上説明した画像表示装置８０等の各種動作制御は、コントローラーＣＲの内部に設けられた主制御部２９０によりなされる。また、主制御部２９０は、外光センサーＳＳ等と接続されており、映像光の制御に必要となる各種情報を取得するものとなっている。特に、本実施形態では、主制御部２９０は、外光センサーＳＳにより取得した外界光の変化に関する情報に基づいて調光シェード９０の透過率制御を行う。これにより、本実施形態に係る透過型表示装置１００は、外界の変化に応じた適切な外界光（のうち観察者の眼に到達する成分）の光量制御を可能としている。

以下、図５を参照して、透過型表示装置１００のうち、外界光の光量制御等を含む各種制御について詳細に説明する。

図５は、透過型表示装置１００のうち映像光の制御に関係する各部について概念的に説明するためのブロック図である。図示のように、透過型表示装置１００は、各種制御動作を司る主制御部２９０を含むコントローラーＣＲにおいて、主制御部２９０のほか、例えばメモリー部ＭＰや、観察者が各種操作を行うためのボタン部やタッチパネル部で構成され観察者による操作指示を受け付ける入力装置（図示略）等を有する。

画像表示装置８０は、既述のように、映像表示素子８２と照明装置８３とで構成される。なお、ここでは、左右一対の画像表示装置８０をまとめて表現する。映像表示素子８２は、左右用の液晶ドライバー８４と、液晶パネル８５とをそれぞれ有する。また、照明装置８３は、左右用の光源ドライバー８６と、バックライト光源８７とをそれぞれ有する。画像表示装置８０は、主制御部２９０からの信号に従って、映像光の表示動作をする。主制御部２９０は、各ドライバーに対して指令信号を送信することで動作制御を行う。

外光センサーＳＳは、既述のように、例えば外界光の照度を計測するアンビエントセンサーで構成され、外界光のうち観察者の眼に到達する成分に相当する成分に関して検知し、検知結果をコントローラーＣＲの主制御部２９０に（例えば０．１ｍ秒ごとに）送信する。

メモリー部ＭＰは、主制御部２９０の制御による映像制御のために必要な各種プログラムや、画像データ等の各種データ（例えば後述する閾値Ｌｃ等の各種データやフィルターＡ等に相当する制御のための各種プログラム）を格納している。

主制御部２９０は、既述のように、コントローラーＣＲの制御動作を司る主制御部であり、コントローラーＣＲを構成する各部の動作を制御するとともに本体部分１００ｐに取り付けられた調光シェード９０や画像表示装置８０等と接続されることでこれらとの信号の送受信を行うことで各種制御をし、映像光制御の全体を統括する。特に、本実施形態では、主制御部２９０は、外界光の変化に応じた光量制御動作を行うための光量制御部２９１と、外光光量演算部２９２とを有している。光量制御部２９１は、調光シェード９０における透過率調整の制御動作を行うための外光透過率制御部ＴＣと、映像光の輝度調整の制御動作を行うための映像光輝度制御部ＩＣとを有する。光量制御部２９１は、外光光量演算部２９２による取得した情報に基づいて外光光量に関する演算処理を行わせ、演算結果に基づいて必要な光量制御を行う。ここでは、まず、光量制御部２９１を構成する外光透過率制御部ＴＣにより調光シェード９０における透過率調整を行うことで、光量制御部２９１延いては主制御部２９０が外界光の光量変化に対応したより迅速的確な制御処理を可能にする一例について説明する。なお、映像光輝度制御部ＩＣによる制御処理の一例については、別途後述する（図１０等参照）。

以下、図６等を参照して、透過型表示装置１００での外界光の変化に応じた調光シェード９０における透過率調整の制御動作の一例について説明する。図６及び図７は、外界光の光量変化における外光センサーの測定値に対する調光シェード９０の透過率調整について説明するためのグラフであり、図６は、外界光の光量低下時について一例を示しており、図７は、外界光の光量上昇時について一例を示している。より具体的に説明すると、まず、図６において、上段は、外光センサーＳＳにより測定された測定値を示している。グラフの横軸（ｔ）は、時間を示す（例えば単位：秒）。また、グラフの縦軸（Ｌ＝Ｌ（ｔ））は、外光センサーＳＳにより計測される外界の照度の大きさといった明るさを示す（例えば単位：ルクス）。ここでは、図示のように時間ｔ_１からｔ_２までのΔｔ秒間に外界光の測定値が値Ｌ１から値Ｌ２（＜Ｌ１）まで低下している。なお、ここで、外界光の測定値に関して、ΔＬ＝Ｌ２−Ｌ１とする。すなわち、値ΔＬは、Δｔ秒間における外界光の変化量（外界光の光量の変化の大きさ）を示している。一方、図６において、下段は、外界光の光量低下に伴う調光シェード９０の透過率の変化の様子を示している。グラフの横軸（ｔ）は、上段と同じく時間を示す（例えば単位：秒）。グラフの縦軸（Ｒ＝Ｒ（ｔ））は、透過率の高さ（％）を示す。ここでは、図中実線で示す線ＬＬ１は、透過率の変化の様子を示す曲線である。すなわち、この場合、図示のように時間ｔ_１からｔ_３までの間に調光シェード９０の透過率がＲ１からＲ２まで上昇している。この時間ｔ_１からｔ_３までの時間を調光シェード９０の透過率を上昇させる立ち上げ時間と呼ぶものとする。すなわち、ここでの立ち上げ時間とは、調光シェード９０の透過率の上昇開始時から上昇完了時までの時間を意味する。また、ここで、図中破線で示す線ＬＬ２は、比較のためのものであり、外界光の光量変化に関する移動平均に基づく制御を行った場合の透過率の変化の様子を示している。線ＬＬ２に示す場合、図示のように調光シェード９０の透過率がＲ１からＲ２（＞Ｒ１）まで上昇するのに時間ｔ_１からｔ_４（＞ｔ_３）までの間の時間を要している。すなわち、透過率を上昇させる立ち上げ時間が本実施形態の場合よりも長い（応答速度が遅い）ものとなっている。

通常、調光シェードの透過率値を定めるにあたっては、光量センサーの数値に対して一意に決まる関数またはテーブルによるものとすることが一般的だが、例えば、使用者の視界上に多数の蛍光灯が存在したり、屋外で空や山、地面など、明るさが大きく異なるものが多数存在したりしている状況の場合、視界方向に応じて調光センサーが忙しく透過率を変化させることになり、使用者にとって煩わしい動作となってしまう。そのため、光量センサーの過去サブ秒〜数秒分をメモリーに蓄積し、その光量変化値に対して移動平均を導出し、その値を使用して調光シェードの透過率を決定する方法が考えられる。線ＬＬ２は、このような方法に基づいてなされた透過率の制御について一例として示している。ここでは、このような移動平均に基づく制御を通常光量制御と呼ぶものとする。線ＬＬ１と線ＬＬ２とを比較して分かるように、本実施形態での調光シェード９０の透過率調整の制御において、通常光量制御での応答速度よりも応答速度を速くする制御を実行するものとなっている。ここでは、このように相対的により応答速度を速くした光量制御を即応制御と呼ぶものとする。

次に、図７を参照して、外界光の光量上昇時の制御動作について説明する。まず、図６の場合と同様に、図７において、上段は、外光センサーＳＳにより測定された測定値を示しており、下段は、外界光の光量上昇に伴う調光シェード９０の透過率の変化の様子を示している。また、縦横軸についても、図６の場合と同様である。説明の簡略化のため、ここでは、上段において、図示のように時間ｔ_１からｔ_２までのΔｔ秒間に外界光の測定値が値Ｌ１から値Ｌ２（＜Ｌ１；ΔＬ＝Ｌ２−Ｌ１）まで上昇しているものとする。また、下段において、図中実線で示す線ＬＬ１は、透過率の変化の様子を示す曲線であり、透過率がＲ２（＞Ｒ１）からＲ１まで低下しているものとする。また、図中において、線ＬＬ２は、比較のために外界光の光量変化に関する移動平均に基づく制御を通常光量制御を示すものとする。すなわち、線ＬＬ２は、透過率がＲ２からＲ１まで低下するのに時間ｔ_１からｔ_４までの間の時間を要しているものとする。これに対して、線ＬＬ１に示すように、外界光の光量上昇時においては、透過率がＲ２からＲ１まで低下するのに、時間ｔ_１からｔ_５（＞ｔ_４）まで要している。すなわち、通常光量制御での応答速度よりも応答速度を遅くする制御を実行するものとなっている。この時間ｔ_１からｔ_５までの時間を調光シェード９０の透過率を低下させる立ち下げ時間と呼ぶものとする。すなわち、ここでの立ち下げ時間とは、調光シェード９０の透過率の低下開始時から低下完了時までの時間を意味する。また、ここでは、このように相対的により応答速度を速くした光量制御を遅延制御と呼ぶものとする。

なお、図６及び図７に例示する制御の場合、主制御部２９０の光量制御部２９１（もしくは外光透過率制御部ＴＣ）は、外界光の光量低下を検出した場合の調光シェード９０の透過率を上昇させる立ち上げ時間を、外界光の光量上昇を検出して調光シェードの透過率を低下させる立ち下げ時間よりも短くするようにすることで即応制御を行っているとも言える。

また、以上のような制御では、結果的に、外界光の光量低下を検出した場合（図６）と、外界光の光量上昇を検出した場合（図７）とで透過率の変化に要する時間ｔについて比較すると、外界光の光量低下を検出した場合のほうが、外界光の光量上昇を検出した場合よりも光量制御の応答速度を相対的に速める即応制御を行っていることになる。このように即応制御と遅延制御とを組み合わせた制御をすることで、例えば図８に示すように、視界の光量が頻繁に変化するような場合であっても、調光シェード９０の透過率変化が、破線で示す移動平均に基づく通常光量制御を適用した場合と比較して、比較的穏やかに抑えられ（変化の幅が小さくなっている）、観察者が調光シェードの透過率変動を煩わしく感じることを抑制できる。

以上の光量制御についてまとめると、まず、外光センサーＳＳの光量測定値が急激に減少した時と、急激に増加した時とで、通常とは異なる制御モードで機能している。
また、この際、特に、外光センサーＳＳの光量測定値が急激に減少した場合、すなわち、視界が急激に暗くなった場合には、映像光の方が強くなってしまい、視界が映像光に遮られ視界の状況がわからなくなるおそれが高いため、通常の移動平均フィルター（フィルターＢ）と比較して、重みづけしたフィルターＡを適用することで、より応答性を向上させ、瞬時に調光シェードの透過率を上げるように変化させている（図６）。
一方、外光センサーＳＳの光量測定値が急激に増加した場合、すなわち、視界が急激に明るくなった場合には、映像光よりも視界の方がしっかりと見える状態であるため、仕様安全上問題は生じにくいと考えられる。そのため、通常の移動平均フィルター（フィルターＢ）と同等、またはより応答性を落とすことで、より重みづけを弱めたフィルターＣを適用することとし、徐々に外光の明るさに適した調光シェードの透過率になるように変化させている（図７）。

また、以上の制御の観点から、調光シェード９０を捉えると、調光シェード９０は、調光シェード９０がない状態の透過型表示装置１００（本体部分１００ｐ）に対して、表示部ＤＳａ，ＤＳｂに対向して着脱可能に設けられ、透過型表示装置１００に入射する外界光を調光する透過型表示装置用のものであって、外界光の調光に際して、外界光の透過率上昇が透過率低下よりも速いものとなっている。

ここで、図５に戻って、上記のような制御を行うために必要となる各種制御プログラムが、メモリー部ＭＰに格納されている。すなわち、主制御部２９０を構成する光量制御部２９１（外光透過率制御部ＴＣ）は、必要に応じてメモリー部ＭＰから上記動作のための各種制御プログラムを読み出して、上述した内容に対応する動作制御を行っている。より具体的には、上記のような動作を行うため、ここでは、少なくとも図６に示す即応制御を行うための制御プログラムと、図７に示す遅延制御を行うための制御プログラムとのほか、急激な変化がない場合のための動作として、通常光量制御を行うための制御プログラムが準備されているものとする。また、ここでは、即応制御を行うための各種プログラムをモジュール化したものをフィルターＡと呼ぶものとし、通常光量制御を行うための各種プログラムをモジュール化したものをフィルターＢと呼ぶものとし、遅延制御を行うための各種プログラムをモジュール化したものをフィルターＣと呼ぶものとする。つまり、フィルターＡ〜Ｃが、メモリー部ＭＰにそれぞれ格納されていることになる。

以下、図９のフローチャートを参照して、透過型表示装置１００における各種制御のうち、調光シェード９０の透過率制御（外界光の調光）に関するものの一例を説明する。

透過型表示装置１００の動作が開始されると、まず、主制御部２９０は、調光シェード９０の着脱の状態を確認する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１において、調光シェード９０が取り付けられていることを確認すると（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、主制御部２９０は、現在の動作環境が外界光優先モードとなっているか否か（映像光優先モードとなっているか）を確認する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２において、外界光優先モードとなっていることを確認すると（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、主制御部２９０は、外光センサーＳＳにより測定される値Ｌ（ｔ）を読み取り（ステップＳ１０３）、Δｔ秒間での値Ｌ（ｔ）の変化量である値ΔＬ（ｔ）＝Ｌ（ｔ）−Ｌ（ｔ−Δｔ）を算出する（ステップＳ１０４）。さらに、ステップＳ１０４において、主制御部２９０は、予め定められた値である閾値Ｌｃ（＞０）を読出すとともに算出された値ΔＬ（ｔ）と閾値Ｌｃとを比較し、値ΔＬ（ｔ）が閾値Ｌｃを−１倍したものよりも小さい場合は、フィルターＡに基づく調光シェード９０の透過率設定値を算出し、調整を行う（ステップＳ１０５ａ）。すなわち、主制御部２９０は、外光センサーＳＳでの測定値から外界光の光量が急激に下がったと判断して、即応制御を行う。値ΔＬ（ｔ）が閾値Ｌｃを−１倍したものより大きくかつ閾値Ｌｃより小さい（値ΔＬ（ｔ）の絶対値が閾値Ｌｃよりも小さい）場合は、フィルターＢに基づく調光シェード９０の透過率設定値を算出し、調整を行う（ステップＳ１０５ｂ）。すなわち、主制御部２９０は、外光センサーＳＳでの測定値から外界光の光量について急激な変化がないものと判断して通常光量制御を行う。値ΔＬ（ｔ）が閾値Ｌｃよりも大きい場合は、フィルターＣに基づく調光シェード９０の透過率設定値を算出し、調整を行う（ステップＳ１０５ｃ）。すなわち、主制御部２９０は、外光センサーＳＳでの測定値から外界光の光量が急激に上がったと判断して、遅延制御を行う。

ステップＳ１０５ａ〜ステップＳ１０５ｃのいずれかの算出・制御を行うと、透過型表示装置１００は、その動作に基づく調光シェード９０の透過率調整（外界光の光量制御）を行うとともに、ステップＳ１０１からの動作を繰り返す。

また、上記のうち、ステップＳ１０２において、主制御部２９０は、外界光優先モードとなっていない（映像光優先モードとなっている）ことを確認すると（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、外光センサーＳＳから情報を取得することなく調光シェード９０の透過率を一定にする処理をし（ステップＳ１０５）、調光シェード９０の有無の確認（ステップＳ１０７）と優先モードの変更の有無の確認（ステップＳ１０８）とを行い、調光シェード９０があり（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、かつ、映像光優先モードのままである（ステップＳ１０８：Ｎｏ）と判断される限り、ステップＳ１０５における調光シェード９０の透過率を一定にする処理を維持させる。一方、ステップＳ１０８において、優先モードの変更があった（外界光優先モードとなった）と判断されると（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０１に戻って上記した動作を再開する。以上の動作をステップＳ１０１あるいはステップＳ１０７において調光シェード９０が取り外されたことを確認する（ステップＳ１０１：Ｎｏまたは、ステップＳ１０７：Ｎｏ）まで継続する。

上記のような動作制御をまとめると、主制御部２９０は、所定時間（Δｔ秒）における外界光の光量低下が所定量を超えた（閾値Ｌｃの幅以上に下がる）という条件が満たされた場合に即応制御が実行され、所定時間（Δｔ秒）における外界光の光量増大が所定量（閾値Ｌｃ）を超えたという条件が満たされた場合に遅延制御が実行され、上記いずれの条件も満たさない場合は、通常の移動平均に基づいて調光シェード９０の透過率制御（通常光量制御）を行うものとなっている。

また、上記の場合、外界光優先モードと映像光優先モードとに応じて光量制御を切替え可能となっており、特に、外界光優先モードで動作する場合に即応制御を行う態様となっている。なお、外界光優先モードと映像光優先モードとの切替えについては種々の態様が可能であり、例えば既述のように、図示を省略したコントローラーＣＲの操作部に選択ボタンを設けて切替に関する指令を受け付けるものとするほか、例えば外界光の光量（外界光量）と映像光の光量（映像光量）とにおいて、外界光量＞映像光量となっている場合には外界光優先モードとなり、外界光量＜映像光量となっている場合には映像光優先モードなるようにしてもよい。

主制御部２９０は、以上のような調光シェード９０の透過率の調整のほか、装置全体の制御動作を司る主制御部であり、主たる動作制御である映像光制御の全体についても統括している。したがって、上記のような調光シェード９０の透過率調整による外界光の光量制御は、画像表示装置８０からの映像光の輝度調整すなわち映像光の光量制御にも適用可能である。ここでは、主制御部２９０の光量制御部２９１は、かかる映像光の輝度調整の制御動作を行うものとして、映像光輝度制御部ＩＣを有している。

以下、図１０等を参照して、主制御部２９０による映像光制御における外界光の光量変化（外光センサーＳＳの測定値の変化）に伴う輝度調整（映像光の光量制御）について説明する。

図１０（Ａ）及び１０（Ｂ）は、図６及び図７にそれぞれ対応するものであり、上段については同一のものであるので説明を省略する。下段は、図６等における調光シェード９０の透過率の変化に代えて、画像表示装置８０で発生させる映像光の輝度の変化の様子を示している。ここでは一例として、下段のグラフでの縦軸は、通常設定での映像光の輝度を１００％とした場合に対する割合（％）を示しているものとする。図１０に示すように、映像光に関する光量制御の場合、主制御部２９０は、外光センサーＳＳにおいて外界光の光量低下を検出した場合、外界光の光量上昇を検出した場合よりも光量制御の応答速度を速める即応制御を行うものとなっている。より具体的には、主制御部２９０は、外界光の光量低下を検出した場合、即応制御として、画像表示装置８０で発生させる映像光の輝度を低下させる、すなわち表示部ＤＳａ，ＤＳｂ（図１参照）での輝度を低下させる時間を、外界光の光量上昇を検出して表示部ＤＳａ，ＤＳｂの輝度を上昇させる時間よりも短くするように制御する。すなわち、外界光の光量低下が検出されると、迅速に視認されるべき映像光の輝度を低下させて視認される映像を暗くすることで、外界光の光量低下に伴って映像光が支配的となることを抑制し、より安全に外界を視認できるようにしている。

以上のように、本実施形態に係る透過型表示装置１００では、映像光と外界光とを重畳して視認させるシースルーが可能であって、かつ、調光シェード９０による外界光の調光を可能とし、この際に、外界光の光量変化に応じて、調光シェード９０での外界光の透過率を変化させている。この場合において、特に、外界光検出部である外光センサーＳＳにおいて外界光の光量低下が検出された場合に、主制御部２９０の光量制御部２９１において迅速に調光シェード９０の透過率調整（外界光に関する光量制御）を行う即応制御がなされている。これにより、外界光の光量を確保することができ、より安全に外界を視認できる。

なお、以上では、光量制御部２９１において、透過率調整を行う外光透過率制御部ＴＣと、映像光輝度調整を行う映像光輝度制御部ＩＣとを有するものとしているが、外光透過率制御部ＴＣのみを有し、映像光については上記のような光量制御を行わない態様とすることも可能である。

また、上記の例では、外界光優先モードの場合に主制御部２９０（光量制御部２９１）において光量制御を行うものとしているが、優先モードに関わらず、光量制御を行うものとしてもよい。すなわち、上記の説明では、外界光優先モードと映像光優先モードとに応じて光量制御を切替え可能としているが、これは一例であり、外界光優先モード、映像光優先モードを用意せず、単に外界光の状態に応じて、シェードの透過率調整をする態様としてもよい。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る透過型表示装置について説明する。なお、本実施形態は、第１実施形態の透過型表示装置の変形例であり、調光シェードに関する事項を除けば、第１実施形態の場合と同様であるので、全体の詳細な説明を省略する。

図１１は、本実施形態に係る透過型表示装置２００について説明するためのブロック図であり、図５に対応するものである。

図１１を図５の場合と比較することで明らかなように、本実施形態の透過型表示装置２００では、主制御部２９０の光量制御部２９１において、調光シェードの透過率調整を行う外光透過率制御部を設けていない。本実施形態では、光量制御部２９１を構成する映像光輝度制御部ＩＣにより、映像光についての光量制御を行うものとなっている。すなわち、図１０に例示した制御がなされる。

なお、本実施形態において、調光シェードに関しては、例えば非搭載であるものとしてもよいし、樹脂材料等で構成される常に一定の透過率であるものとしてもよい。

以下、図１２のフローチャートを参照して、透過型表示装置２００における各種制御のうち、画像表示装置８０からの映像光の輝度に関する光量制御（映像光の調光）に関するものの一例を説明する。

透過型表示装置２００の動作が開始されると、まず、主制御部２９０は、映像光に関する信号（以下単に映像信号とする）の送信がなされているか否かを確認する（ステップＳ２０１）。ステップＳ２０１において、映像信号があることを確認すると（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、主制御部２９０は、外光センサーＳＳにより測定される値Ｌ（ｔ）を読み取り（ステップＳ２０３）、Δｔ秒間での値Ｌ（ｔ）の変化量である値ΔＬ（ｔ）＝Ｌ（ｔ）−Ｌ（ｔ−Δｔ）を算出する（ステップＳ２０４）。さらに、ステップＳ２０４において、主制御部２９０は、予め定められた値である閾値Ｌｃ（＞０）を読出すとともに算出された値ΔＬ（ｔ）と閾値Ｌｃとを比較し、値ΔＬ（ｔ）が閾値Ｌｃを−１倍したものよりも小さい場合は、フィルターＡに基づく映像光の輝度設定値を算出し、調整を行う（ステップＳ２０５ａ）。すなわち、主制御部２９０は、即応制御を行う。値ΔＬ（ｔ）が閾値Ｌｃを−１倍したものより大きくかつ閾値Ｌｃより小さい（値ΔＬ（ｔ）の絶対値が閾値Ｌｃよりも小さい）場合は、フィルターＢに基づく映像光の輝度設定値を算出し、調整を行う（ステップＳ２０５ｂ）。すなわち、主制御部２９０は、通常光量制御を行う。値ΔＬ（ｔ）が閾値Ｌｃよりも大きい場合は、フィルターＣに基づく映像光の輝度設定値を算出し、調整を行う（ステップＳ２０５ｃ）。すなわち、主制御部２９０は、遅延制御を行う。

ステップＳ２０５ａ〜ステップＳ２０５ｃのいずれかの算出・制御を行うと、透過型表示装置２００は、その動作に基づく映像光の輝度調整（映像光の光量制御）を行うとともに、ステップＳ２０１からの動作を、ステップＳ２０１において映像信号の送信が停止したことを確認する（ステップＳ２０１：Ｎｏ）まで繰り返す。

以上のように、本実施形態に係る透過型表示装置２００では、映像光と外界光とを重畳して視認させるシースルーが可能であって、かつ、映像光の輝度調整（映像光の調光）を可能とし、この際に、外界光の光量変化に応じて、映像光の輝度を変化させている。この場合において、特に、外界光検出部である外光センサーＳＳでの測定により外界光の光量低下が検出された場合に、主制御部２９０の光量制御部２９１において迅速に表示部ＤＳａ，ＤＳｂの輝度を低下させる輝度調整（映像光に関する光量制御）を行う即応制御がなされている。これにより、外界光の光量低下に伴って映像光が支配的となることを抑制し、より安全に外界を視認できる。

〔その他〕
以上各実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の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る。

上記において、例えば即応制御を行うか否かを決定するに際して利用する閾値Ｌｃ等の値については、１つの固定的な値をあらかじめ決めておくものとしてもよいが、他の条件とともに決定されるようにしてもよい。すなわち、例えば外界光の程度によって閾値Ｌｃが段階的に決まっており、閾値Ｌｃを決定するための関数やテーブルデータがメモリー部ＭＰに格納されており、これを参照することで閾値Ｌｃに達しているか否かを確定するものとしてもよい。また、閾値Ｌｃすなわち明暗に関する上昇や下降の幅を判断基準としているが、これだけでなく、例えば最低値や最高値（上記の例では値Ｌ１や値Ｌ２）も閾値の１つとして利用するものとしてもよい。例えば閾値Ｌｃの値を超えなくてもΔｔの間に外光センサーＳＳでの測定値が設定された最低値以下になった場合には強制的に透過率を上昇させるといった態様としてもよい。また、外界光の光量低下を検出した場合と外界光の光量上昇を検出した場合とで閾値Ｌｃの設定基準を変えてもよい。

また、外光透過率制御部ＴＣによる透過率の制御と映像光輝度制御部ＩＣによる映像光輝度の制御との双方を行う場合において、これらの動作を常に同期させて行うことでより安全性を確保することができるようにしてもよい。

上記のうち、第１実施形態では、調光シェード９０については、種々の態様が可能であり、例えば透過型の液晶パネルとして用いられるＴＦＴ液晶等を利用することも考えられる。ＴＦＴ液晶の特性を利用すれば、例えば外界光の光量低下時における即応制御を確実に行うことが可能となる。ただし、この場合、偏光素子を用いる構成となるため、種々の偏光状態の光を含む外界光については、通過時に光量が落ちることになる。これに対して、上述したようなＳＰＤ、エレクトロクロミック、ゲストホスト液晶または高分子分散型液晶によって構成されるものとすることで、例えば外界光の光量低下時における即応制御を可能としつつ外界光の最大透過率の向上や、駆動時の電力消費量の抑制が期待される。また、例えば電気的駆動を行うに際して非駆動時に（例えば電圧を加えない時）に透過率が最大となるいわゆるノーマリーホワイトとなるタイプの素子を適用することで、例えば外界光の光量低下時において電源故障が発生し駆動しなくなった場合であっても外界光の光量確保を図るようにできる。また、調光シェード９０の構成については、例えば細かなルーバーを多数有してルーバーを駆動させることで透過率を調整するものとしてもよく、またＤＬＰ素子を用いてオンオフ開閉を高速に行い、そのデューティー比を調整することで透過率を調整するものとしてもよい。また、透過率に関して、上記のような白（透過率最大）から黒（透過率最小）までを制御するもののほか、例えばすりガラス状になるようにする、すなわち光を散乱具合を調整するものとしてもよい。

また、調光シェード９０の動作制御について、上記の例では、コントローラーＣＲの主制御部２９０において行うものとしているが、例えば主制御部２９０の光量制御部２９１を構成する外光透過率制御部ＴＣや外光光量演算部２９２に相当する機能を調光シェード９０側が備え、外光センサーＳＳからの信号を調光シェード９０が受けとって透過率調整を行うものとしてもよい。さらに、外光センサーＳＳについても調光シェード９０が備えるものとしてもよい。すなわち、調光シェード９０がいわば１つの装置（調光シェード装置）として存在し、既存の透過型表示装置（虚像表示装置）に対して適用可能な調光シェードになっていてもよい。

また、外光センサーＳＳの態様や、光量制御の範囲についても、種々のものが可能であり、観察者の視線方向について外界光の明暗を検知するアンビエントセンサーを有する構成とするものにおいて、さらに、例えば図１３及び図１４に示すように、観察者の視野範囲を考慮して光量制御を行うものとしてもよい。具体的に説明すると、まず、図１３（Ａ）〜（Ｃ）は、観察者の視野について説明するための概念的な図であり、図１３（Ａ）は、水平視野の様子を示し、図１３（Ｂ）は、鉛直（垂直）視野の様子を示し、図１３（Ｃ）は、面に投影された視野（視線方向についての視野の広がり）の様子を示している。ここで、各図中において、最も狭い弁別視野Ｖ１とは、視力などの視機能が優れている中心領域（約５°以内）であり、次に狭い有効視野Ｖ２とは、眼球運動だけで瞬時に情報需要できる領域（水平約３０°、垂直２０°以内）であり、最も広い安定注視野Ｖ３とは、眼球・頭部運動で無理なく注視でき、効果的な情報需要ができる領域（水平６０〜９０°、垂直４５〜７０°以内）である。観察者の視線方向に向けた外光センサーＳＳに指向性をもたせて各視野Ｖ１〜Ｖ３を含む範囲について検知を行うものとし、これらの各視野Ｖ１〜Ｖ３のうち、少なくとも弁別視野Ｖ１よりも広い領域について光量制御を行うようにすることで、安全に外界を視認できるために、最低限必要な範囲をカバーできると考えらえる。図１４は、上記した観察者の視野と光量制御を行うべき範囲との関係の一例を示すための概念的な図であり、図１４（Ａ）は、表示部ＤＳａ，ＤＳｂのうち眼前部分において、調光シェード９０による調光領域Ｄ１（調光シェード９０が眼前部分を覆う領域）と映像光による映像表示領域Ｄ２（虚像があたかも存在するものとして観察者に認識される仮想的な領域、あるいはこれに対応する液晶パネル８５における表示画像の領域に相当する領域）とに関して光量制御を行うべき光量制御領域ＤＤの一例を概念的に示している。すなわち、上述した即応制御や遅延制御を少なくとも光量制御領域ＤＤの範囲について行っているものとする。この光量制御領域ＤＤの範囲が図１４（Ｂ）に示すように、この例では、観察者の視野範囲のうち弁別視野Ｖ１と有効視野Ｖ２とが光量制御領域ＤＤに包含されている。なお、図１４（Ａ）に示すように、光量制御領域ＤＤは、調光領域Ｄ１より狭く映像表示領域Ｄ２よりも広い。これは、調光シェード９０による透過率制御については、調光シェード９０のうち中央側の一部の領域で行っていることを意味し、映像光の輝度制御については、画像表示装置８０の液晶パネル８５の全面領域で行っていることを意味する。なお、視野Ｖ１〜Ｖ３の領域決定については、種々の態様が可能であり、例えば観察者の視線を併せて計測している態様とした場合には、当該視線の中心から各視野Ｖ１〜Ｖ３に相当する各領域を決定し、視線を計測していない場合は、映像表示領域Ｄ２の中心位置（液晶パネル８５における表示画像の領域の中心位置）を基準に領域を決定することが考えられる。

また、上記光量制御領域ＤＤについては、観察者の視野を考慮する場合の他にも種々の観点から定めることができる。例えば、映像光の輝度制御については、ヘッドマウントディスプレイに限らずヘッドアップディスプレイ（例えば自動車のフロントガラスを利用して設けられるヘッドアップディスプレイ）に適用することも可能であり、この場合、例えば複数箇所ある映像表示領域のうち、外界の視認よりも映像表示を常に優先させたい箇所については、表示が見えなくなることがないように光量制御領域ＤＤに含めないようにすることも考えられる。また、調光シェードの制御において、外界全体としての視野がある程度確保されていることを前提とした上で、調光領域Ｄ１の一部の箇所についてわざと透過率を変えて見えなくしたり、調光シェードに別途表示機能をもたせて当該一部の箇所に調光シェードによる別画像の表示を行うようにしたりすることも考えられる。例えば、調光シェードを構成する液晶等の分子構造に着色を行うものとし、当該着色を利用して別画像の表示を行うことが考えられる。

また、外光センサーＳＳの態様については、図１５に例示するように、２つの異なる方向に向けた第１センサーＳＳ１と第２センサーＳＳ２とのほか、さらに第１センサーＳＳ１に近接して設置されるカメラＣＡを有するものとしてもよい。まず、第１センサーＳＳ１は、上記の場合のように観察者の視線方向に合わせるように設けたものである。これに対して、もう一方のセンサーである第２センサーＳＳ２については、観察者の上部側の方向（頭のてっぺんに向かう側の方向、図示の状態において＋Ｙ方向）を、明るさの判定において加味すべき観察者の上向き方向として検知する。これら２つの検知結果をもとに外界の明るさを判定するものとしてもよい。さらに、カメラＣＡは、第１センサーＳＳ１と略同じ向きについて撮像可能となっており、第１センサーＳＳ１の検出範囲または当該検出範囲の近傍またはその双方を撮像して画像情報を取得する。明るさの検知において、この画像情報をセンサーＳＳ１による検知範囲決定するための情報として利用するものとしてもよい。すなわち、外光光量演算部２９２での演算において、カメラＣＡでの撮像により取得した画像情報に基づいて外界光の状況を判定し、判定された結果に基づき調整すべき光量の制御量を決定するものとしてもよい。例えば検知範囲において明るい領域と暗い領域とが混在する場合、画像情報に基づいて平均化を行う等が可能である。また、上記では、第２センサーＳＳ２によって明るさの判定において加味すべき観察者の上向き方向として観察者の上部側の方向を検知するものとしているが、例えばさらにジャイロセンサーを搭載することで、重力上向きの方向を観察者の上向き方向としてこの方向に関して検知を行うものとしてもよい。また、カメラＣＡの種類についても種々の者が適用可能であり、例えば可視光領域を撮像可能なもののほか、ＩＲカメラ等を利用することも考えられる。また、例えばカメラＣＡで撮像される範囲（領域）は、第１センサーＳＳ１の検出範囲及び／またはその近傍を含むより広い領域であってもよく、この場合、撮像された画像領域の一部を、検出範囲及びその近傍部分の画像として抽出して利用することが考えられる。

また、上述したジャイロセンサーのほか、加速度センサーによる観察者の移動や頭の振り等のうごきや、ＧＰＳ等の位置検出等から推定して光量制御を行うべきか否かを判断する（モードを切り替える）ものとしてもよい。また、映像を映し出す表示領域の大きさに応じてモードを切り替えるものとしてもよい。このほか、明順応・暗順応に合わせて調光シェードの透過率と画像光の輝度等の変化の度合いを調整してもよい。

調光シェード９０の着脱状態の確認方法についても種々のものが適用可能であるが、最も単純には、図１６（Ａ）及び１６（Ｂ）において一例として示すように、主制御部２９０において設定された透過率に関する信号送信のための配線としての金属端子の接触を利用することが考えられる。すなわち、図１６（Ａ）に示すように、本体部分１００ｐ側に設けた調光シェード９０との取付孔部（調光シェード９０の接触箇所）ＣＶと調光シェード９０側に取付部ＣＶに対応して設けた突起部ＴＰとにおいて、金属端子１００ｍ，９０ｍをそれぞれ設け、図１６（Ｂ）に示すように、調光シェード９０の装着とともに金属端子１００ｍと金属端子９０ｍとが接触して通信可能となる（通電される）ことにより、調光シェード９０を検出することができる。なお、この時の通電状態を調光シェード９０の種類によって変えることで、調光シェード９０の種別を検出可能な態様にしてもよい。

また、上記では、一例として画像表示装置８０を液晶パネル等によって構成する画像表示について説明したが、上記のほか、例えば自発光型素子であるＯＬＥＤ（有機ＥＬ）を発光源として画像表示装置８０を構成するものとしてもよい。さらに、例えば、反射型の液晶表示デバイスを用いた構成も可能であり、液晶表示デバイス等からなる映像表示素子８２に代えてデジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。また、自発光型素子として、ＬＥＤアレイ等を用いることもできる。

上記実施形態では、ＯＬＥＤ（有機ＥＬ）を含むパネル型の画像表示装置８０を用いているが、これに代えて走査型の画像表示装置を用いることもできる。具体的には、例えば画像面ＯＩに光拡散素子を配置し、走査型の照明光学系によって画像面ＯＩの位置において光を走査させ画像を形成させるとともに当該光拡散素子の拡散作用によって、映像光を射出させることで、上記と同様の構成を適用させることができる。

また、眼前にスクリーンやマイクロミラーアレイ等を用いて実像を見せる態様において本願発明を適用するものとしてもよい。また、表示する画像中の対象物が外界に存在した場合に対象物から観察者に向けて反射される光をシミュレーションし、その結果に基づいて、あたかもその場に対象物があるように映像を視認させるホログラフィ表示を行うものとしてもよい。

また、上記では、導光部材１０の内部に映像表示素子８２の表示像に対応する中間像を形成するものとしているが、中間像を形成せずに導光を行う透過型表示装置においても適用可能である。

上記の説明では、ハーフミラー層１５が単なる半透過性の膜（誘電体多層膜）であるとしたが、ハーフミラー層１５は、平面又は曲面のホログラム素子に置き換えることができる。

上記の説明では、一対の表示装置１００Ａ，１００Ｂを備える透過型表示装置１００について説明しているが、単一の表示装置とできる。つまり、右眼及び左眼の双方に対応して、一組ずつ投射透視装置７０及び画像表示装置８０を設けるのではなく、右眼又は左眼のいずれか一方に対してのみ投射透視装置７０及び画像表示装置８０を設け、画像を片眼視する構成にしてもよい。

上記の説明では、導光部材１０等が眼ＥＹの並ぶ横方向に延びているが、導光部材１０を縦方向に延びるように配置することもできる。この場合、導光部材１０は、直列的ではなく並列的に平行配置された構造を有することになる。

上記の説明では、図２等に示すように、調光シェード９０が前方側において観察者の視野の全体を覆うものとなっているが、これに限らず、例えば、ハーフミラー部分（ハーフミラー層１５、図４参照）等、その一部を覆うだけの構成としてもよい。また、上記では、調光シェード９０は、調光領域全体を一纏めにして均一に透過率の調整を行っているが、これ以外に、例えば、調光領域を複数に分割し、領域ごとに透過率が異なるものとしてもよい。より具体的には、例えば、ハーフミラー部分（ハーフミラー層１５）とそれ以外の外光透過部分とで異なる透過率となるようにしてもよい。

上記の説明では、主制御部２９０は、センサー部ＳＰでの検知結果に基づいて映像光を調整する構成の一例として、外光センサーＳＳが、外界光のうち観察者の眼に到達する成分に相当する成分に関して検知し、検知結果をコントローラーＣＲの主制御部２９０に送信するものとしているが、検知結果をデジタルデータで送信するような場合に限らず、種々の態様が可能である。また、例えばセンサー部ＳＰにあたった光量に応じて、アナログな電圧が変化し、その変化を主制御部２９０側でＡ／Ｄ変換して検出する場合や、センサー部ＳＰ側のメモリーにデータが保持され、それを主制御部２９０側で読みに行くといった態様としてもよい。

上記の説明では、本体部分１００ｐと別途に設けられて有線で接続されたコントローラーＣＲが、制御部やメモリー部を内蔵するものとしているが、これは一例であり、主制御部やメモリー部等の構成については種々の態様が考えられる。例えば、頭部に装着する本体部分１００ｐの内部に主制御部やメモリー部を設けるものとしてもよい。また、コントローラーＣＲの機能を腕時計型等のウェアラブル機器、あるいはスマートフォン等の情報処理装置に担わせる態様とすることも可能である。また、外光を検出する機能をウェアラブル機器等の本体部分１００ｐ以外の機器等であって観察者の視線方向の外界光を検出可能なものに担わせる態様とすることも可能である。

また、本発明は、表示部が光学シースルーな構成（ハーフミラー等の外界光に対する光学的作用を利用して外界光を視認させるタイプのシースルーの構成）である種々の表示装置に適用可能であり、上述した導光部材を利用する態様以外の光学シースルーの表示装置で構成されるものであってもよい。

１０…導光部材、 １１…導光部分、 １２…導光部分、 １５…ハーフミラー層、 ２０…導光装置、 ３０…投射レンズ、 ３１−３３…レンズ（光学素子）、 ３９…鏡筒部、 ５０…光透過部材、 ７０…投射透視装置、 ８０…画像表示装置、 ８２…映像表示素子、 ８３…照明装置、 ８４…液晶ドライバー、 ８５…液晶パネル、 ８６…光源ドライバー、 ８７…バックライト光源、 ９０…調光シェード、 １００…透過型表示装置、 １００Ａ…表示装置、 １００Ａ，１００Ｂ…表示装置、 １００ｍ，９０ｍ…金属端子、 １００ｐ…本体部分、 １０１ａ，１０１ｂ…光学部材、 １０２…枠部、 １０５ａ…像形成本体部、 １０５ａ，１０５ｂ…像形成本体部、 １０５ｂ…像形成本体部、 ２００…透過型表示装置、 ２９０…主制御部、 ２９１…光量制御部、 ２９２…外光光量演算部、 ＡＸ…光軸、 Ａ…フィルター、 Ｂ…フィルター、 Ｃ…フィルター、 ＣＡ…カメラ、 ＣＣ…接着層、 ＣＮ…接合部、 ＣＲ…コントローラー、 ＣＶ…取付部、 Ｄ１…調光領域、 Ｄ２…映像表示領域、 ＤＤ…光量制御領域、 ＤＳａ…表示部、 ＤＳａ，ＤＳｂ…表示部、 ＤＳｂ…表示部、 ＥＬ…有機、 ＥＹ…眼、 ＧＬ…映像光、 ＨＬ…外界光、 ＩＣ…映像光輝度制御部、 ＩＩ…像面、 Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，ΔＬ…値、 Ｌｃ…閾値、 ＬＬ１，ＬＬ２…線、 ＭＰ…メモリー部、 ＯＩ…画像面、 ＲＭ…光反射膜、 Ｓ１１‐Ｓ１５…面、 Ｓ５１‐Ｓ５３…透過面、 ＳＰ…センサー部、 ＳＳ…外光センサー、 ＳＳ１…第１センサー、 ＳＳ２…第２センサー、 ＴＣ…外光透過率制御部、 ＴＰ…突起部、 Ｖ１…弁別視野、 Ｖ２…有効視野、 Ｖ３…安定注視野

Claims (15)

1. 映像光と外界光とを重畳して視認させる透過型表示装置であって、
   映像光を表示する表示部と、
   前記表示部に対向して設けられて外界光を調光する調光シェードと、
   外界光を検出する外界光検出部と、
   前記外界光検出部における検出結果に基づいて前記調光シェードの透過率を制御する光量制御部と
   を備える透過型表示装置であって、
   前記光量制御部は、前記外界光検出部において外界光の光量低下を検出した場合、外界光の光量上昇を検出した場合よりも光量制御の応答速度を速める即応制御を行う、透過型表示装置。
2. 前記調光シェードは、電気的駆動によって外界光の透過率を変化させる、請求項１に記載の透過型表示装置。
3. 前記調光シェードは、ＳＰＤ、エレクトロクロミック、ゲストホスト液晶または高分子分散型液晶によって構成される、請求項２に記載の透過型表示装置。
4. 前記光量制御部は、前記外界光検出部において外界光の光量低下を検出した場合、前記即応制御として、前記調光シェードの透過率の上昇開始時から上昇完了時までの立ち上げ時間を、外界光の光量上昇を検出した場合における前記調光シェードの透過率の低下開始時から低下完了時までの立ち下げ時間よりも短くする、請求項１から３までのいずれか一項に記載の透過型表示装置。
5. 映像光と外界光とを重畳して視認させる透過型表示装置であって、
   映像光を表示する表示部と、
   外界光を検出する外界光検出部と、
   前記外界光検出部における検出結果に基づいて前記表示部の輝度を制御する光量制御部と
   を備える透過型表示装置であって、
   前記光量制御部は、前記外界光検出部において外界光の光量低下を検出した場合、外界光の光量上昇を検出した場合よりも光量制御の応答速度を速める即応制御を行う、透過型表示装置。
6. 前記光量制御部は、前記外界光検出部において外界光の光量低下を検出した場合、前記即応制御として、前記表示部の輝度を低下させる時間を、外界光の光量上昇を検出して前記表示部の輝度を上昇させる時間よりも短くする、請求項５に記載の透過型表示装置。
7. 前記光量制御部は、所定時間の間隔内において閾値を超える外界光の光量低下を検出した場合、前記即応制御として、外界光の光量変化に関する移動平均に基づく通常光量制御での応答速度よりも応答速度を速くする制御を実行する、請求項１から６までのいずれか一項に記載の透過型表示装置。
8. 前記光量制御部は、所定時間の間隔内において閾値を超える外界光の光量変化を検出しない場合、前記通常光量制御を実行する、請求項７に記載の透過型表示装置。
9. 前記光量制御部は、所定時間の間隔内において閾値を超える外界光の光量上昇を検出した場合、前記通常光量制御での応答速度以下に応答速度を遅くする遅延制御を実行する、請求項７及び８のいずれか一項に記載の透過型表示装置。
10. 前記外光検出部は、観察者の視線方向について外界光の明暗を検知するアンビエントセンサーを有する、請求項１から９までのいずれか一項に記載の透過型表示装置。
11. 前記外光検出部は、前記アンビエントセンサーを複数有し、観察者の視線方向に加え、観察者の上向き方向について明暗を検知する、請求項１０に記載の透過型表示装置。
12. 前記外光検出部は、前記アンビエントセンサーの検出範囲及び／または当該検出範囲の近傍を撮像して画像情報を取得するカメラを有し、
    前記光量制御部は、前記カメラでの撮像により取得した画像情報に基づいて光量の制御量を決定する、請求項１０及び１１のいずれか一項に記載の透過型表示装置。
13. 前記光量制御部は、観察者の弁別視野の範囲よりも広い領域について光量制御を行う、請求項１から１２までのいずれか一項に記載の透過型表示装置。
14. 前記光量制御部は、外界光の視認を優先させる外界光優先モードと、映像光の視認を優先させる映像光優先モードとに応じて光量制御を切替え可能であり、前記外界光優先モードで動作する場合に前記即応制御を行う、請求項１から１３までのいずれか一項に記載の透過型表示装置。
15. 映像光を表示する表示部を有して映像光と外界光とを重畳して視認させる透過型表示装置に対して前記表示部に対向して着脱可能に設けられ、前記透過型表示装置に入射する外界光を調光する透過型表示装置用の調光シェードであって、
    前記外界光の調光に際して、外界光の透過率上昇が透過率低下よりも速い、透過型表示装置用の調光シェード。

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