JP2021086005A - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】発光側における波長帯域ごとに異なる寿命特性と、光学部材側における黄変の特性とに対応させつつ画像についてのホワイトバランス調整が可能なヘッドマウントディスプレイを提供すること。【解決手段】画像光ＧＬについて、波長帯域に応じて異なる開口率で画像を表示するパネル部１１と、パネル部１１から射出される画像光ＧＬの光路上に配置され、経年に伴い黄変する黄変光学部材ＹＯと、予測により経年に伴う黄変光学部材ＹＯの黄変度合を推定する黄変度合推定部ＹＥと、黄変光学部材ＹＯの黄変に応じて、黄変度合推定部ＹＥのデータに基づくパネル部１１における画像の輝度を調整する輝度調整部ＡＭとを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、映像を使用者に提示するヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）に関する。

使用者（観察者）の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）において、例えば、特許文献１に示すように、表示素子と投射光学系との間に配置された検出部により発光素子から発せられた光を検出し、検出結果に応じて各光源からの光量を比較・調整することで射出される画像光のホワイトバランスを調整するものが知られている。

特開２００７−６５０１２号公報

しかしながら、特許文献１では、ホワイトバランスを調整するために、発光素子ごとに発光強度を調整しているが、発光強度を高めるために注入電流量の増加させることによって、当該発光素子の寿命が低下してしまうおそれがある。この場合、発光寿命に伴う発光素子で射出できる発光光量の限界に起因して、色調補正がしきれなくなって表示画面が色調変化してしまう、といった事態が生じうる。

本発明の一態様のヘッドマウントディスプレイは、赤色光、緑色光及び青色光を含む画像光について、波長帯域に応じて異なる開口率で画像を表示する表示素子と、表示素子から射出される画像光の光路上に配置され、経年に伴い黄変する黄変光学部材と、予測又は検知により経年に伴う黄変光学部材の黄変度合を推定する黄変度合推定部と、黄変光学部材の黄変に応じて、黄変度合推定部のデータに基づく表示素子における画像の輝度を調整する輝度調整部とを備える。

第１実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）について概念的に説明するための側方断面図である。 画像制御装置の一構成例を説明するためのブロック図である。 開口率の一例を示す画素開口部の概念図である。 各種数値データについての一例を示すグラフである。 一変形例における数値データについての一例を示すグラフである。 画素開口部の一変形例を示す概念図である。 別の一変形例に係るＨＭＤについて概念的に説明するための側方断面図である。 第２実施形態に係るＨＭＤについて概念的に説明するための側方断面図である。 画像制御装置の一構成例を説明するためのブロック図である。 ＨＭＤの動作の一例について説明するためのフローチャートである。 一変形例に係るＨＭＤについて概念的に説明するための側方断面図である。 センサーの配置について一例を示す概念図である。 一変形例のセンサーの配置について示す概念図である。 第３実施形態に係るＨＭＤの画像制御装置について一構成例を説明するためのブロック図である。 ＨＭＤの動作の一例について説明するためのフローチャートである。 第４実施形態に係るＨＭＤの一例について外観を示す概念的な斜視図である。 黄変光学部材におけるセンサーの配置について一例を示す概念的な概念図である。

〔第１実施形態〕
以下、図１を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）について詳細に説明する。

図１に概念的に示すように、本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）１００は、表示素子（画像表示部）等で構成される画像表示装置１０と、拡大光学系２０と、画像制御装置５０とを備え、ＨＭＤ１００を装着した使用者又は観察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。ここで、図１は、ＨＭＤ１００を使用者が装着した場合の側方から見た断面の様子を概念的に示している。図１等において、ＨＭＤ１００における光学系の光軸ＡＸがＺ方向となっているものとする。さらに、Ｚ方向に対して垂直な面の面内方向のうち、水平方向すなわち左右方向をＸ方向とし、面内方向のうち、Ｘ方向に垂直な方向をＹ方向とする。この場合、使用者の左右の眼の並ぶ方向として想定される水平方向がＸ方向となる。そして、水平方向に直交する方向である使用者にとっての上下方向が垂直方向であり、図１等では、Ｙ方向となる。また、図１において、ＨＭＤ１００の使用時（ＨＭＤ１００を使った観察時）における使用者の眼ＥＹの位置として想定されるのは、ＨＭＤ１００の構成上における瞳の位置ＰＥとなっている。また、ここでは、図示のように、瞳の位置ＰＥから画像表示装置１０へ向かう方向すなわち使用者の眼ＥＹにとっての視線方向が、＋Ｚ方向となっている。

なお、画像表示装置１０及び拡大光学系２０は、右眼用と左眼用とについてそれぞれ用意される左右一対構成であるが、左側の構造と右側の構造とが対称性を有することから、ここでは、省略して左右のうち一方（右眼用）のみを示している。例えば図１では、使用者の眼ＥＹよりも−Ｘ方向に耳（右耳）があり、＋Ｘ方向に鼻があることになる。なお、ＨＭＤ１００は、左右一対の一方のみ、すなわち単独でも虚像表示装置として機能する。また、左右一対構成とせず、単眼用に虚像表示装置を構成することも可能である。

画像制御装置５０は、各種制御回路等で構成され、画像表示装置１０における表示動作に関する動作制御を行う。特に、ここでは、画像制御装置５０は、例えば表示素子を含む画像表示装置１０における画像の輝度を調整する輝度調整部ＡＭ等として機能する。なお、上記各種制御回路等については、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の回路をいずれか１つ以上含むものによって構成することができる。

以下、ＨＭＤ１００による画像光の導光をするための各部の構造等についての一例を概念的に説明する。

まず、ＨＭＤ１００のうち、画像表示装置１０は、画像形成を行う主要な本体部分である画像光ＧＬを射出するパネル部１１と、パネル部１１の光射出面１１ａを覆うカバーガラスである保護ガラスＣＧとを備える。なお、画像表示装置１０は、上記のほか、偏光板１２や入射側偏光変換部材１３を有し、パネル部１１から射出される画像光（映像光）ＧＬの偏光状態を調整する。また、画像表示装置１０は、パネル部１１として、小型のものを採用しており、図示のように、画像表示装置１０は、光軸ＡＸについて垂直な方向に関して、少なくとも拡大光学系２０よりも小さい構成となっている。具体的には、例えば、図示の例において、画像表示装置１０の画像表示領域のサイズ（あるいはパネルサイズ）は、後述する拡大光学系２０を構成する各レンズよりも小さいものとなっている。

表示デバイスであるパネル部１１は、例えば有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッセンス、Organic Electro-Luminescence）等の自発光型の素子（ＯＬＥＤ）で構成される表示素子（映像表示素子）とすることができる。パネル部１１は、有機ＥＬのほか、例えば、無機ＥＬ、ＬＥＤアレイ、レーザーアレイ、量子ドット発光型素子等に代表される自発光型の表示素子（映像素子）であるものとしてもよい。パネル部１１は、２次元の光射出面１１ａにカラーの静止画又は動画を形成する。パネル部１１は、例えば画像制御装置５０を構成する駆動制御回路に駆動されて表示動作を行う。パネル部１１として有機ＥＬのディスプレイを用いる場合、有機ＥＬ制御部を備える構成とする。パネル部１１として量子ドットディスプレーを用いる場合、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）の光を量子ドットフィルムに通すことにより、緑や赤の色を出す構成とする。

ここで、高精細化等の観点から、画像表示装置１０のパネル部１１に用いる表示素子として、例えばマイクロディスプレイ等の小型のものを採用することが望ましい場合が考えられる。高精細化を実現するためには、例えばＨＴＰＳやＳｉバックプレーンを使った液晶パネル、あるいはＯＬＥＤパネルを適用する必要があり、これらは、パネルサイズとパネル単価とに比例関係があるからである。つまり、製品コストを下げる等の実用的観点から、より小さなパネルを適用する必要がある。しかしながら、広画角化を図りつつパネルをより小型化しようとする、すなわち、より小さいパネルサイズを適用しようとすると、光学系の焦点距離も小さくする必要がある。つまり、レンズの曲率半径を小さくする必要がある。この場合、広視野角側の光の成分において、レンズ面での全反射条件の制限から、強い曲率の形状にできず、思うようなパネルサイズの縮小化が図れない可能性がある。本実施形態のＨＭＤ１００では、このような点を考慮して、パネル部１１の小型化を実現している。なお、パネル部１１におけるパネルサイズの一辺の長さについては、小型化の要請の観点から、２．５インチ以下、さらには、１インチ以下（より望ましくは、１２〜１３ｍｍ程度）とすることが望ましいとされている。本実施形態では、画像表示装置１０としてマイクロディスプレイのような小型パネルを用い、これによる画像を拡大光学系２０で拡大して広画角な画像形成を可能としている。

画像表示装置１０には、上記のほか、偏光板１２や入射側偏光変換部材１３が設けられている。偏光板１２は、保護ガラスＣＧの光射出面上に貼り付けられている。偏光板１２は、透過型偏光板であり、パネル部１１からの画像光ＧＬの通過に際して、画像光ＧＬのうち直線偏光の成分を抽出する部材である。入射側偏光変換部材１３は、１／４波長板すなわちλ／４板であり、通過する光の偏光状態を変換する。つまり、入射側偏光変換部材１３は、偏光板１２の光路下流側に位置して、偏光板１２を経て直線偏光となった画像光ＧＬを円偏光にする。なお、上述した偏光板１２や入射側偏光変換部材１３等の取付け態様は、一例であり、目的の偏光状態を維持できる範囲において、適宜変更できる。

次に、ＨＭＤ１００のうち、拡大光学系２０は、投射レンズ２１と、接合レンズ２２と、透過反射選択部材２３とを備える。

投射レンズ２１は、画像表示装置１０の直近後段に設けられた凸レンズ又は凸メニスカスレンズ（図示の例では凸メニスカスレンズとしているが、凸レンズでもよい。）であり、画像表示装置１０からの画像光ＧＬを、光路下流側（−Ｚ側）に配置される後の光学部材に向けて射出する。言い換えると、投射レンズ２１は、拡大光学系２０のうち、画像表示装置１０に一番近い位置に配置されて画像光ＧＬの光路を調整する前段側レンズである。投射レンズ２１を入れることによって、より解像度性能を向上させることができ、また、画像表示装置１０におけるパネルサイズを小さくすることができる。このため、画像表示装置１０の作製コストを抑えることも可能となる。また、画像表示装置１０から射出される光線のテレセン角を抑えることもできるため、パネル視野角特性によって輝度や色度の変化が生じるのを抑えられる。ここで、図示の一例では、投射レンズ２１は、１つのレンズＰＬ（凸メニスカスレンズ）で構成されているが、レンズＰＬは、凸レンズでもよい。また、投射レンズ２１は、複数のレンズで構成されてもよい。

接合レンズ２２は、画像表示装置１０側すなわち＋Ｚ側から順に並ぶ２つのレンズである凹レンズ２２ａと凸レンズ２２ｂとを接合することで構成されており、凹レンズ２２ａと凸レンズ２２ｂとの間には、ハーフミラーＨＭを含んで形成される接合部ＣＮが設けられている。

接合レンズ２２のうち、まず、凹レンズ２２ａは、凸レンズ２２ｂよりも画像表示装置１０側（＋Ｚ側）に配置され、使用者の眼前側（−Ｚ側）に凹面ＣＥを有し、凹面ＣＥの反対側である画像表示装置１０側に画像表示装置１０からの画像光ＧＬを入射させる光入射面として、平面である光入射面ＳＩを有する平凹レンズである。凹レンズ２２ａの屈折率は、凸レンズ２２ｂの屈折率よりも小さくなっている。また、凹面ＣＥは、凸レンズ２２ｂの凸面ＣＶに対応する曲面形状の球面を有するものとなっている。すなわち、凹レンズ２２ａは、球面平凹レンズである。

次に、凸レンズ２２ｂは、凹レンズ２２ａよりも使用者の眼前側に配置され、画像光ＧＬを装置外部へ取り出す取出し位置に配置され、眼前側に光射出面として、平面である光射出面ＳＥを有し、光射出面ＳＥの反対側である画像表示装置１０側に凸面ＣＶを有する平凸レンズである。凸レンズ２２ｂは、画像を十分に広画角なものとすべく、例えば特定の硝材や、樹脂素材に添加剤を混ぜ込むこと等で、屈折率１．８以上の高屈折レンズとなっている。また、凸面ＣＶは球面となっている。すなわち、凸レンズ２２ｂは、球面平凸レンズである。なお、ここでは、凸レンズ２２ｂは、画像光ＧＬの光路上に配置される光学部材のうち他の光学部材よりも高い屈折率を有する高屈折率部材となっている。

凸レンズ２２ｂと凹レンズ２２ａとは、凸面ＣＶと凹面ＣＥとで接合され、接合部ＣＮを形成している。接合部ＣＮには、画像光ＧＬの一部を透過させるとともに他の一部を反射させる半反射半透過膜であるハーフミラーＨＭが設けられている。なお、ハーフミラーＨＭは、例えば、誘電体多層膜や金属膜等で構成されており、接合部ＣＮに設けられているため、使用者側から見て凹の曲面形状となっている。

また、光射出面ＳＥと光入射面ＳＩとは、ともに、画像表示装置１０の光射出面１１ａに対して平行である。図示の例では、ＸＹ面に対して平行となっている。なお、ここでの平行についての許容範囲としては、例えば±２°以内とすることが考えられる。

透過反射選択部材２３は、凸レンズ２２ｂの光射出側に設けられており、射出側偏光変換部材２３ａと、半透過反射型偏光板２３ｂとで構成されており、光の偏光状態に応じて透過または反射を選択的に行う。

透過反射選択部材２３のうち、射出側偏光変換部材２３ａは、１／４波長板すなわちλ／４板であり、通過する光の偏光状態を変換する。図示のように、射出側偏光変換部材２３ａは、凸レンズ２２ｂの光射出面ＳＥに貼り付けられ、凸レンズ２２ｂと半透過反射型偏光板２３ｂとの間に設けられている。射出側偏光変換部材２３ａは、半透過反射型偏光板２３ｂとハーフミラーＨＭとの間を往復する成分の偏光状態を変換する。ここでは、１／４波長板である射出側偏光変換部材２３ａは、円偏光の状態にある画像光ＧＬを直線偏光に変換したり、あるいは、逆に、直線偏光の状態にある画像光ＧＬを円偏光に変換したりする。

透過反射選択部材２３のうち、半透過反射型偏光板２３ｂは、射出側偏光変換部材２３ａを介して光射出面ＳＥに貼り付けられている。すなわち、半透過反射型偏光板２３ｂは、使用者の眼ＥＹの位置として想定される瞳の位置ＰＥに一番近い側に配置される部材であり、画像光ＧＬを使用者の眼前側へ射出させる。ここでは、半透過反射型偏光板２３ｂは、反射型のワイヤーグリッド偏光板で構成されるものとする。つまり、半透過反射型偏光板２３ｂは、入射する成分の偏光の状態が偏光透過軸の方向であるか否かによって、透過・反射の特性を変える。この場合、半透過反射型偏光板２３ｂの光路上流側に射出側偏光変換部材２３ａが配置されていることで、射出側偏光変換部材２３ａを経るたびに光の偏光状態が変化し、半透過反射型偏光板２３ｂは、その変化に応じて入射する成分を透過させたり反射したりする。ここでは、一例として、使用者の眼の並ぶ方向として想定される水平方向（Ｘ方向）を偏光透過軸の方向とする。なお、反射型のワイヤーグリッド偏光板で構成される半透過反射型偏光板２３ｂについては、入射する成分の偏光の状態に応じて透過・反射の特性を変えることから、反射型偏光板と呼ぶこともある。

透過反射選択部材２３は、上記のような射出側偏光変換部材２３ａ及び半透過反射型偏光板２３ｂで構成されることにより、光の偏光状態を変化させつつこれに応じて光の透過または反射を選択的に行うことを可能としている。

以下、図１を参照して、画像光ＧＬの光路について概略説明する。まず、画像表示装置１０において、パネル部１１で変調された画像光ＧＬは、透過型偏光板である偏光板１２において、直線偏光に変換される。ここでは、偏光板１２を通過した後の直線偏光の偏光方向を第１方向とする。画像光ＧＬは、偏光板１２で第１方向の直線偏光に変換された後、第１の１／４波長板である入射側偏光変換部材１３により円偏光に変換され、導光部ＬＧを経て、拡大光学系２０に向けて射出される。

射出された画像光ＧＬは、拡大光学系２０のうち最も画像表示装置１０側に位置する光入射面ＳＩから凹レンズ２２ａに入射する。その後、画像光ＧＬは、凹レンズ２２ａと凸レンズ２２ｂとの界面すなわちハーフミラーＨＭを設けた接合部ＣＮに達する。画像光ＧＬのうち一部の成分が、ハーフミラーＨＭを通過し、第２の１／４波長板である射出側偏光変換部材２３ａにて直線偏光に変換される。ここでの直線偏光の偏光方向は、偏光板１２の通過後、１／４波長板を２回通過しているため、第１方向に対して９０°異なる方向となっている。ここでは、この方向を第２方向とする。画像光ＧＬは、射出側偏光変換部材２３ａで第２方向の直線偏光に変換された後、半透過反射型偏光板２３ｂ（反射型偏光板）に到達する。

ここで、半透過反射型偏光板２３ｂは、第１方向の直線偏光については透過させ、第２方向の直線偏光については反射するように設定されているものとする。見方を変えると、偏光板１２の透過特性や半透過反射型偏光板２３ｂの透過反射選択特性が、そのように構成されている。この場合、第２方向の直線偏光である画像光ＧＬは、半透過反射型偏光板２３ｂにて反射され、再び１／４波長板である射出側偏光変換部材２３ａにて円偏光となり、ハーフミラーＨＭに達する。ハーフミラーＨＭにおいて、画像光ＧＬのうち一部の成分はそのまま透過するが、残りの成分は反射され、反射された画像光ＧＬの成分は、１／４波長板である射出側偏光変換部材２３ａで今度は第１方向の直線偏光に変換される。第１方向の直線偏光となっている画像光ＧＬの成分は、半透過反射型偏光板２３ｂを通過し、画像光ＧＬは、使用者の眼ＥＹのある場所として想定される瞳の位置ＰＥに達する。

以上のように、本実施形態のＨＭＤ１００は、拡大光学系２０において、ハーフミラーＨＭを設けた接合部ＣＮや透過反射選択部材２３により画像光ＧＬの光路を折り曲げる折り返し光学系を構成する。すなわち、当該折り返し光学系は、画像表示装置１０側に凸面ＣＶを有する凸レンズ２２ｂと、凸レンズ２２ｂよりも画像表示装置１０側に配置され、凸レンズ２２ｂの凸面ＣＶに接合する凹面ＣＥを有する凹レンズ２２ａと、凸面ＣＶと凹面ＣＥとの接合部ＣＮに設けられるハーフミラーＨＭとを有する。当該折り返し光学系の曲面に設けたハーフミラーＨＭにおける反射を利用すること等により、画像光ＧＬを広画角なものとすることができる。

ここで、上記のように、表示素子であるパネル部１１から射出される画像光ＧＬの光路上に配置される光学部材において、経年に伴い黄変する黄変光学部材ＹＯが使用される場合がある。図示の一例では、ハッチングで示す接合レンズ２２及び透過反射選択部材２３の一部又は全体が、黄変光学部材ＹＯで構成されているものとする。

ＨＭＤ１００において、光路上に配置される光学部材に黄変光学部材ＹＯが使用されると、年月の経過に従って、赤色光、緑色光及び青色光を含む画像光ＧＬのうち、特に青色光の透過度が落ちることになり、仮に、パネル部１１での発光バランスをそのまま維持しても、経年とともに視認される画像についてのホワイトバランスが崩れていくことになる。これに対して、ホワイトバランスを調整すべく、例えば、自発光型のパネル部１１において、発光素子ごとに発光強度を調整してもよいが、この場合、例えば発光強度を高めるために注入電流量の増加させることによって、当該発光素子の寿命が低下してしまうおそれがある。一方、経年に伴う黄変光学部材ＹＯの黄変度合は、使用する材料や黄変光学部材ＹＯの設置環境等によってある程度の予測（推定）ができる。以上を鑑み、本実施形態では、黄変度合推定部ＹＥとしての画像制御装置５０において、経年に伴う黄変光学部材ＹＯの黄変度合を予測し、さらに、輝度調整部ＡＭとしての画像制御装置５０において、黄変光学部材ＹＯの黄変予測に応じた画像の輝度調整を行う一方、パネル部１１において、波長帯域に応じて異なる開口率で画像を表示する態様としている。これにより、画像の輝度調整を行って経年に応じてホワイトバランスを取りつつ、表示素子における発光寿命の低下を抑制している。

まず、図２のブロック図を参照して、黄変度合推定部ＹＥや輝度調整部ＡＭとしての画像制御装置５０の一構成例について説明する。

図示のように、本実施形態における画像制御装置５０は、主制御部５１と、記憶部５２と、タイマー５３と、インターフェース６０とを備える。

主制御部５１は、ＣＰＵに代表される各種制御回路等で構成され、画像表示装置１０における画像の表示動作に関する種々の制御を行う。特に、本実施形態では、主制御部５１は、輝度調整部ＡＭとして機能すべく、画像光を色光ごとに応じて、すなわち波長帯域ごとに応じて輝度調整をする輝度制御部５１ａを備える。輝度制御部５１ａは、画像光ＧＬ全体における色光ごとの輝度を調整すべく、例えば自発光型のパネル部１１において、各色の発光素子ごとにおける注入電流量を制御して、発光強度を調整する。

記憶部５２は、各種ストレージデバイス等により構成されており、種々のコンピュータープログラムや各種データが格納されている。特に、本実施形態では、記憶部５２には、画像制御装置５０を黄変度合推定部ＹＥとして機能させるべく、予測テーブルデータ５２ａが格納されている。予測テーブルデータ５２ａには、黄変光学部材ＹＯの材料の性質や設置環境等に応じた経年に伴う黄変度の変化（黄変度合）に関するデータ（ルックアップテーブル）が格納されている。

タイマー５３は、種々の態様とすることが可能であるが、ここでは、例えば製品出荷時から半年ごとに輝度調整を行うための計時が可能となっている。また、必要な各種処理を行うために、半年より短い周期で計時をするものとしてもよい。また、計時の開始について、製品出荷時に代えて、製品の初起動時からとしてもよい。

インターフェース６０は、パネル部１１に接続され、主制御部５１において生成される輝度調整を含む各種画像表示動作のための各種指令信号を、パネル部１１に対して出力する。すなわち、パネル部１１から視認上において発光バランスの取れた画像を提供すべく制御された各種画像信号が送信される。

次に、図３を参照して、パネル部１１における波長帯域に応じた開口率について、一例を説明する。図３は、開口率の一例を示すべく、パネル部１１の光射出面１１ａにおいてマトリクス状に配置された複数の画素ＰＸを構成する画素開口部の概念図である。図示のように、ここでは、１つの画素ＰＸは、赤色光Ｒを射出するサブ画素ＰＸｒと、緑色光Ｇを射出するサブ画素ＰＸｇと、青色光Ｂを射出するサブ画素ＰＸｂとで構成されており、その開口率が各色間で異なっている。具体的には、図示の例では、サブ画素ＰＸｂの比率が、サブ画素ＰＸｒ及びサブ画素ＰＸｇよりも大きくなっている。この場合、製品出荷時点においては、サブ画素ＰＸｂの輝度すなわち青色光Ｂの輝度を、相対的に他の色光Ｒ，Ｇよりも下げておくことで、経年後において青色光Ｂの輝度を上げても青色の発光寿命を維持することが可能になる。言い換えると、本実施形態では、上記のような開口率の差に応じて、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂの間で輝度を調整している。これにより、各色光（特に青色光Ｂ）について、経年に伴う輝度調整において、各発光素子の寿命を維持させつつ全体としての色のバランスを維持可能にしている。なお、各色光Ｒ，Ｇ，Ｂの波長帯域については、例えば、赤色光Ｒの波長帯域は、５８０ｎｍから７００ｎｍ、緑色光Ｇの波長帯域は、４９５ｎｍから５８０ｎｍ、青色光Ｂの波長帯域は、４００ｎｍから５００ｎｍ、とすることが考えられる。

以下、図２に戻って、本実施形態における経年に伴う輝度調整の方法について一例を説明する。まず、主制御部５１は、タイマー５３の計測に基づき、経年に伴う輝度調整を行うべきタイミングにあるかを確認する。主制御部５１は、当該輝度調整を行う時期にあると判断すると、黄変度合推定部ＹＥとして、記憶部５２の予測テーブルデータ５２ａに格納された黄変光学部材ＹＯの材料の性質に基づき予測した黄変光学部材ＹＯの黄変度合に関するデータを読み出す。すなわち、主制御部５１は、黄変度合推定部ＹＥとして、予測により経年に伴う黄変光学部材ＹＯの黄変度合を推定する。次に、主制御部５１は、輝度制御部５１ａとして、黄変光学部材ＹＯの黄変に応じて、黄変度合推定部ＹＥのデータに基づくパネル部１１における画像の輝度を調整する。以上のように、画像制御装置５０を構成する各部が、黄変度合推定部ＹＥや輝度調整部ＡＭとして機能することで、黄変光学部材ＹＯの黄変度合に応じた輝度調整がなされる。

以下、図４に示す各種グラフ等を参照して、上記のような光学部材の黄変に伴う輝度調整に関して、より具体的なデータの一例に基づいて説明をする。

まず、図４のうち上欄に示すデータα１は、黄変光学部材ＹＯに用いるプラスチック材料における全光線透過率の典型的一例を示すグラフである。図示において、横軸が波長λ（単位：ｎｍ）、縦軸が全光線透過率を示している。５つの曲線Ｃ１〜Ｃ５のうち、曲線Ｃ１は、製品出荷時における全光線透過率を示しており、曲線Ｃ２は、製品出荷後半年経過時における全光線透過率を示しており、曲線Ｃ３は、製品出荷後１年経過時における全光線透過率を示しており、曲線Ｃ４は、製品出荷後１年半経過時における全光線透過率を示しており、曲線Ｃ５は、製品出荷後２年経過時における全光線透過率を示している。図示のように、経年とともに短波長側の帯域すなわち青色光波長帯域における透過率が低下していることが分かる。ここでは、ＨＭＤ１００について通常の使用を想定した場合、黄変光学部材ＹＯを採用した光学部品は、上記データα１に従って、黄変するものとして取り扱う。

次に、図４のうち中欄に示すデータα２は、眼の等色関数として一般的に知られているものの一例である。すなわち、データα２において、横軸が波長λ（単位：ｎｍ）、縦軸が等色関数の値を示しており、眼の等色関数は、３つの曲線ｘ（λ），ｙ（λ），ｚ（λ）で表現される。

最後に、図４のうち下欄に示すデータα３は、ここでの一例として用いる発光部における白表示のスペクトル分布を示している。なお、ここでの発光部は、各色について均等に発光するものとし、例えば同一の開口率（開口面積の全体を１としたとき赤、緑、青で１／３ずつ）であるものとする。また、図示において、横軸が波長λ（単位：ｎｍ）、縦軸が分光分布を示しており、曲線Ｑ１は、発光部で発光される白表示のスペクトル分布である。なお、ここでは、波長帯域について全体的に高い値で一様に分布するブロードな光を発光するものを例示している。

以上の前提において、データα１に示す黄変光学部材ＹＯの全光線透過率の特性をＲ（λ）とし、データα２に示す眼の等色関数を、既述のように、ｘ（λ），ｙ（λ），ｚ（λ）とし、データα３に示す白表示のスペクトル分布をＰ（λ）とすると、映像表示における黄変光学部材ＹＯの影響度合いを示す三刺激値ＸＹＺは、

から計算できる。

また、上記三刺激値からxy色度座標は、下記式に基づいて計算できる。

以上において、例えば、データα３に示す発光部での白表示が、１００ｃｄ／ｍ^２とすると、上記計算をすることで、製品出荷時から２年経過後の映像光の三刺激値ＸＹＺとｘｙ色度座標は、表１に示すようになる。

この場合における各色の輝度は、下記式に基づき計算される。

ここで、上記のうち、Ｌ_Ｒは、発光部における赤色光の輝度を示し、ｘ_Ｒ，ｙ_Ｒは、発光部における赤色光Ｒのｘｙ色度を示す。同様に、Ｌ_Ｇ及びｘ_Ｇ，ｙ_Ｇは、発光部における緑色光Ｇの輝度及びｘｙ色度をそれぞれ示し、Ｌ_Ｂ及びｘ_Ｂ，ｙ_Ｂは、発光部における青色光Ｂの輝度及びｘｙ色度をそれぞれ示す。ここで、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂのｘｙ色度の一例を、それぞれ表２のように設定すると、経年に伴う各色の輝度変化が、表３のようなものとなる。

すなわち、年月の経過に伴い、青色光Ｂの輝度が他の色光Ｒ，Ｇの輝度に比べて、低下していることが分かる。すなわち、この場合、黄変光学部材ＹＯの黄変に伴って、表示画面も黄変してしまうことになる。

これに対して、本実施形態では、既述のように、青色光Ｂの輝度を経年に伴って引き上げることで、映像のホワイトバランスを補正している。具体的には、上記のような特性を示す一例の場合、下記表４のように、青色光Ｂの輝度を新たに規定して、製品出荷時から２年経過までに輝度を段階的に約１．３倍まで引き上げていくとで、青色光Ｂの輝度が維持され、延いては画像全体のホワイトバランスの維持を図ることができることが分かる。

また、上記のように、２年後に青色光Ｂの輝度を約１．３倍にすることすなわち青色光Ｂを発光するサブ画素ＰＸｂ（図３参照）への注入電流量の増加を見越して、青色光Ｂの開口率Ｓ_Ｂを、例えば

としておく。すなわち、青色光Ｂの開口率Ｓ_Ｂを、他の赤色光Ｒ及び緑色光Ｇの開口率と均等に１／３（０．３３程度）ずつとしないで、バイアスをかけ、０．４３程度としておく。なお、この場合、赤色光及び緑色光の開口率は、例えばそれぞれ０．２９程度ずつとする。これにより、製品出荷時すなわち初期状態においては、青色光Ｂの輝度が相対的に低くても映像のホワイトバランスをとり、経年に伴って青色光Ｂの輝度を上げていくことで、黄変光学部材ＹＯの黄変を踏まえた映像のホワイトバランスの維持を図ることができる。なお、見方を変えると、相対的に開口率が小さい赤色光Ｒ及び緑色光Ｇについては、輝度を青色光Ｂの輝度に対して相対的に高くしておくことになる。つまり、上記の場合、表示素子であるパネル部１１において、青色光Ｂの開口率が、赤色光Ｒ及び緑色光Ｇの開口率よりも大きく、輝度調整部ＡＭが、初期状態において赤色光Ｒ及び緑色光Ｇの輝度を青色光Ｂの輝度よりも上げておき、経年に伴う黄変光学部材ＹＯの黄変に応じて、青色光Ｂの輝度を上げる態様となっている。これにより、開口率の差を利用して、必要な輝度調整の範囲が、例えば青色光Ｂの光源における最適な発光効率の範囲内で確保されるようにしている。

以上のように、本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）１００では、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂを含む画像光ＧＬについて、波長帯域に応じて異なる開口率で画像を表示する表示素子であるパネル部１１を有する画像表示装置１０と、パネル部１１から射出される画像光ＧＬの光路上に配置され、経年に伴い黄変する黄変光学部材ＹＯと、予測により経年に伴う黄変光学部材ＹＯの黄変度合を推定する黄変度合推定部ＹＥである主制御部５１及び予測テーブルデータ５２ａと、黄変光学部材ＹＯの黄変に応じて、黄変度合推定部ＹＥのデータに基づくパネル部１１における画像の輝度を調整する輝度調整部ＡＭである輝度制御部５１ａとを備える。

上記ＨＭＤ１００では、パネル部１１において、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂについて、波長帯域に応じて異なる開口率を有し、かつ、画像制御装置５０の輝度制御部５１ａにおいて、データに基づく黄変光学部材ＹＯの黄変に応じて、画像の輝度を調整している。これにより、発光側すなわちパネル部１１側での波長帯域ごとに異なる寿命特性と、黄変光学部材ＹＯにおける黄変の特性とに対応させつつ画像についてのホワイトバランス調整が可能になる。

以下、図５のグラフを参照して、一変形例について説明する。図５は、図４のうち、データα３に対応する。すなわち、図示において、横軸が波長（単位：ｎｍ）、縦軸が分光分布を示しており、曲線Ｑ２は、発光部で発光される白表示のスペクトル分布である。図４の一例では、波長帯域について全体的に高い値で一様に分布するブロードな光を発光するものであったのに対して、ここでの一例では、発光部における白表示のスペクトル分布が、ピーキーになっている点が異なっている。なお、図４において示したデータα１、α２については、同じであるものとする。

下記表５〜表７は、上記態様における三刺激値ＸＹＺやｘｙ色度座標等について示すものであり、上述した表１、表３及び表４にそれぞれ対応する。なお、各色のｘｙ色度の一例については、表２の場合と同じものとする。

この場合、表７の結果から、青色光Ｂの輝度を新たに規定して、製品出荷時から２年経過までに輝度を段階的に約１．５倍まで引き上げていくとで、青色光Ｂの輝度が維持され、延いては画像全体のホワイトバランスの維持を図ることができることが分かる。したがって、この場合、青色光Ｂの開口率Ｓ_Ｂを、例えば

とし、赤色光及び緑色光の開口率は、例えばそれぞれ０．２５程度ずつとしておく。

ここで、黄色度ＹＩについては、下記式が一般的に知られている。

例えば、製品出荷時すなわち初期状態における黄色度ＹＩ_０と、経年（例えば２年後）における黄色度ＹＩ_ｘとについては、表７における各値を上記式に代入して計算することで得られる。これに対して、黄色度ＹＩ_ｘと黄色度ＹＩ_０との差すなわち初期状態から経年（例えば２年後）に伴って黄変した黄変光学部材ＹＯの黄変度ΔＹＩは、

と表される。つまり、黄変度ΔＹＩは、黄色度ＹＩ_ｘ及び黄色度ＹＩ_０の値から計算できる。以上において、製品出荷時すなわち初期状態における青色光Ｂの輝度をＬＢ_０としたときに、経年に伴って黄変した現状の黄変度である上記黄変度ΔＹＩに対して、経年（例えば２年後）に伴って黄変した現状の青色光Ｂの輝度ＬＢ_ｘが、以下の式

を満たすことで、ホワイトバランスの維持が図れると考えられる。

また、上記した発光側での白表示のスペクトル分布の特性が異なる２つの例等を踏まえて、例えば、開口面積の全体に対する青色光Ｂの開口率Ｓ_Ｂが、以下の式

を満たすことで、製品出荷時からの経年（例えば２年後）に伴う黄変に応じた青色光Ｂの輝度調整において、青色光Ｂの輝度寿命を維持させつつ、他の色光Ｒ，Ｇの輝度維持等を加味して、輝度調整を行うことができる。

以下、図６を参照して、画素開口部の一変形例について説明する。図６は、図３に対応する図すなわち光射出面１１ａを構成する１つの画素ＰＸについての概念図であり、サブ画素ＰＸｒとサブ画素ＰＸｇとが１つずつあるのに対して、サブ画素ＰＸｂが２つのサブ画素ＰＸｂ１，ＰＸｂ２で構成されている点において、図３の一例と異なっている。言い換えると、最も面積が大きくなるサブ画素ＰＸｂを２分割している。これにより、スクリーンドアエフェクトを低減することができる。

以下、図７を参照して、さらに別の一変形例に係るＨＭＤ１００について説明する。図７は、ＨＭＤ１００の別の一変形例を概念的に説明するための側方断面図であり、図１に対応する。本変形例では、ハッチングで示すように、接合レンズ２２を構成する凸レンズ２２ｂのみが、黄変光学部材ＹＯで構成されている点において、図１の場合と異なっている。

既述のように、上記構成の場合、凸レンズ２２ｂは、例えば屈折率１．８以上の高屈折率部材とする可能性がある。この場合、凸レンズ２２ｂを、ある程度以上の光透過性等を満たすような無色透明の樹脂材料あるいは硝材を準備することは、不可能であるか、あるいはコスト等の関係から非常に困難となることが考えられ、黄変性の高い材料を用いる場合が考えられる。このような場合に、本願を適用することで、黄変に伴う問題を解決できる。

以下、ＨＭＤ１００における広画角化と視認性について考察する。一般に、ＨＭＤ等の虚像表示装置においては、人間の頭部に取り付けることを想定して小型化を維持しつつも、広画角化が進んでいる。このため、光学系は、非常に焦点距離の短いものとなる。例えば、本実施形態で図１や図７に例示した上記ＨＭＤ１００におけるＦＯＶ（field of view）すなわち視野（画角）についても、例えば半画角θを４０°〜５０°程度すなわち全画角を８０°〜１００°程度とすることが想定される。これを満たすべく、各寸法について、例えば、拡大光学系２０の全長の長さを１４ｍｍ程度、アイレリーフの長さを１０ｍｍ程度、アイリングの径を６ｍｍ程度とする構成にすることが考えられる。また、レンズ面の曲率半径すなわち凸レンズ２２ｂの凸面ＣＶ及び凹レンズ２２ａの凹面ＣＥの曲率半径は、４４ｍｍ程度となる。例えば、視認性については、人間の眼の色判別範囲が±２０°程度であり、眼球の回動範囲が±２０°程度であることから、特に、全画角ＦＯＶ±４０°の範囲すなわち図中に例示する半画角についてホワイトバランスを維持することで、良好な画像形成を図ることができる。

〔第２実施形態〕
以下、図８等を参照して、第２実施形態に係るＨＭＤについて一例を説明する。

本実施形態に係るＨＭＤは、第１実施形態で例示したＨＭＤの変形例であり、黄変度合推定部ＹＥにおける黄変度合の推定に際して、予め格納されているデータに基づく予測のみならず、現状の黄変度合の変化について検知を行い、検知結果を反映させている点において、第１実施形態の場合と異なっている。ただし、上記の点を除いた他の構成については、第１実施形態の場合と同様であるので、ＨＭＤの全体に関する説明は省略する。

図８は、本実施形態に係るＨＭＤ２００について概念的に説明するための側方断面図であり、図１等に対応する図である。図示のように、ＨＭＤ２００は、画像表示装置１０と、拡大光学系２０と、画像制御装置２５０とを備える。なお、ここでの一例では、図７の場合と同様に、拡大光学系２０を構成する凸レンズ２２ｂのみが、黄変光学部材ＹＯで構成されている場合を一例として説明する。すなわち、この例では、凸レンズ２２ｂが、黄変度合の変化についての予測の対象であるとともに、現状の黄変度合の変化を検知する対象（検査対象）ともなっている。

ＨＭＤ２００には、黄変光学部材ＹＯの現状における黄変度合を検査する検査装置ＤＥを構成するものとして、センサーＳＳが設けられている。また、図９は、ＨＭＤ２００のうち、検査装置ＤＥを構成するセンサーＳＳを含めた画像制御装置２５０の一構成例について示すブロック図であり、図２等に対応する図である。

センサーＳＳは、青色レーザー光を発生するレーザー光源ＬＳと、フォトダイオード等を有することでレーザー光源ＬＳから受けた光の量を計測する受光部ＲＥとで構成されている。つまり、センサーＳＳは、黄変光学部材ＹＯを通過させた青色レーザー光を検知する。なお、センサーＳＳは、画像制御装置２５０の制御に従って、必要に応じて所定のタイミングで黄変度合を検査するための測定を行う。

図８に示した一例のＨＭＤ２００では、センサーＳＳによる黄変度合の変化検知（検査）を行うための前提として、まず、拡大光学系２０のうち、ハーフミラーＨＭを含んで形成される接合部ＣＮにおいて、ハーフミラーＨＭが形成されないハーフミラー未塗布領域ＵＰが設けられている。なお、ハーフミラー未塗布領域ＵＰは、画像光ＧＬが通過しない領域つまり光軸ＡＸから離れた周辺側の領域であり、画像表示には影響しない。例えば、半画角θを４０°〜５０°程度となる範囲外において、ハーフミラー未塗布領域ＵＰを設けることができる。

この上で、黄変光学部材ＹＯである凸レンズ２２ｂを通過し、かつ、ハーフミラーＨＭの影響を受けない位置に、センサーＳＳを構成するレーザー光源ＬＳと受光部ＲＥとを配置している。より具体的には、図示の例では、接合レンズ２２を光路に沿って挟むような位置にレーザー光源ＬＳと受光部ＲＥとを配置し、レーザー光源ＬＳから射出される青色レーザー光が、凸レンズ２２ｂを通過し、さらに、ハーフミラー未塗布領域ＵＰ及び凹レンズ２２ａ（黄変しない光学部品）を経て受光部ＲＥにおいて検知され、検知結果が画像制御装置２５０に出力される。これにより、画像制御装置２５０は、センサーＳＳにおける検知に基づいて、黄変光学部材ＹＯの黄変度合を推定する。

以下、図９を参照して、画像制御装置２５０の一構成例についてより詳細に説明する。

まず、図示のように、画像制御装置２５０は、主制御部２５１と、記憶部５２と、タイマー５３と、インターフェース６０とに加え、センサーＳＳを備える。また、このうち、主制御部２５１は、輝度制御部５１ａに加え、輝度検査部５１ｂと、テーブルデータ修正部５１ｃとを備えている。この点において、図２に例示した場合と異なっている。なお、上記のうち、センサーＳＳと輝度検査部５１ｂとが協働することで、検査装置ＤＥとして機能する。

輝度検査部５１ｂは、検査装置ＤＥとして機能すべく、センサーＳＳの受光部ＲＥにおいて検知された光の受光結果を受け付け、これに基づく輝度検査を行う。例えば、輝度検査部５１ｂは、当該受光結果を都度記録しておき、直近の受光結果をそれ以前の受光結果と比較して、その差異から黄変度合の進み具合を計算し、計算結果に基づいて、黄変光学部材ＹＯの黄変度合すなわち黄変度の変化を推定する。すなわち、輝度検査部５１ｂやセンサーＳＳを含む検査装置ＤＥは、黄変度合推定部ＹＥの一部として機能する。

主制御部２５１において、輝度制御部５１ａは、予測テーブルデータ５２ａに格納された黄変光学部材ＹＯの黄変度合に関するデータに基づく推定と、輝度検査部５１ｂにおける検査結果に基づく推定とを比較し、比較結果に基づき黄変光学部材ＹＯの黄変度合を推定する。

テーブルデータ修正部５１ｃは、主制御部２５１における上記推定についての比較結果から、予測テーブルデータ５２ａについて修正が必要と判断された場合に、修正データを作成するとともに、記憶部５２に格納する予測テーブルデータ５２ａの書換えを行う。

以上のようなセンサーＳＳを利用した黄変光学部材ＹＯの黄変に伴う輝度調整は、既述のように、少なくとも半年ごとに行う態様となっており、例えば半年経過後最初のＨＭＤ２００の起動時に行う、といった態様とすることが考えられるが、例えば、１日ごと、１か月ごと、あるいは４半期ごと等のように、もっと短い間隔で検査を行って輝度調整をし、予測とのずれの有無をチェックするようにしてもよい。また、上記態様の場合、センサーＳＳを画像表示には影響しない箇所に配置しているので、ＨＭＤ２００による画像表示動作中（本動作中）であっても、本動作と並行して検査の動作を行うことも可能である。したがって、例えば本動作中に検査タイミングとなった場合に、並行して輝度調整を行う態様とすることも可能である。

以下、図１０のフローチャートを参照して、本実施形態に係るＨＭＤ２００の動作について一例を説明する。なお、ここでは、各種動作のうち、センサーＳＳを利用した黄変光学部材ＹＯの黄変に伴う輝度調整の一動作例として、ＨＭＤ２００の起動時に本動作に先立って青色光の輝度調整を行う場合について説明する。

ＨＭＤ２００の各部が起動すると、主制御部２５１は、本動作に先立って、センサーＳＳによる輝度量の測定を行う。すなわち、主制御部２５１の輝度検査部５１ｂは、レーザー光源ＬＳから青色レーザー光を射出させ、受光部ＲＥにおいて検知された受光量を計測し、これに基づく輝度検査を行う（ステップＳ２０１）。以上により、黄変光学部材ＹＯ（凸レンズ２２ｂ）の現時点での黄変度合が検査される。

次に、主制御部２５１は、ステップＳ２０１での検査結果（測定結果）と予測テーブルデータとの間でのデータ比較を行う（ステップＳ２０２）。すなわち、予測テーブルデータが実測した状態と整合しているか否かを確認する。

ステップＳ２０２での比較の結果、規定以上の差が無ければ（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、黄変光学部材ＹＯの黄変は、予測通りに進んでいるものと判断し、特にその後の処理を行うことなく終了する。

一方、ステップＳ２０２での比較の結果、規定以上の差があった場合（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、すなわち黄変光学部材ＹＯの黄変が製品出荷時からの予測とは異なる進度となっており予測テーブルデータ５２ａについて修正が必要であると判断された場合、テーブルデータ修正部５１ｃにおいて、予測テーブルデータ５２ａを書き換えるべく、まず、青色光Ｂの輝度についての補正量の計算（修正データの作成）がなされる（ステップＳ２０４）。その後、テーブルデータ修正部５１ｃは、計算結果に基づいて、記憶部５２に格納する予測テーブルデータ５２ａの書換えを行い（ステップＳ２０５）、一連の処理を終了する。以上により、青輝度についての輝度調整がなされる。

また、上記の一例では、センサーＳＳについて、レーザー光源ＬＳ及び受光部ＲＥを光軸ＡＸに対して平行に又はこれにほぼ沿って配置しているが、センサーＳＳの配置については、種々の態様が考えられ、図１１に示す一変形例のように、光軸と非平行な配置とすることも考えられる。この場合、検査用の光線として指向性の高いレーザー光線を使用していることで、検査用の光線が、本動作による画像表示に影響をほぼ与えないようにできる。なお、レーザー光源ＬＳや受光部ＲＥの組付けについては、図１２に例示するように、例えば、黄変光学部材ＹＯの一部にはめ込み用の窪みＣＡを設けて、所定の位置に取付固定することが考えられる。さらに、上記の例では、センサーＳＳについて、１つのレーザー光源ＬＳと１つの受光部ＲＥとで構成されるものとしているが、例えば図１３に概念的に示すように、複数のレーザー光源ＬＳと受光部ＲＥとの組（図示の例では３組）で黄変光学部材ＹＯを囲んでセンサーＳＳを構成してもよい。

本実施形態においても、発光側での波長帯域ごとに異なる寿命特性と、黄変光学部材ＹＯにおける黄変の特性とに対応させつつ画像についてのホワイトバランス調整が可能になる。特に、本実施形態では、ＨＭＤ２００において、検査装置ＤＥにより現状についての測定や検査を行うことで、予測とのずれの有無を確認して、必要に応じて黄変の予測を修正できる。

〔第３実施形態〕
以下、図１４等を参照して、第３実施形態に係るＨＭＤについて一例を説明する。

本実施形態に係るＨＭＤは、第２実施形態で例示したＨＭＤ等の変形例であり、黄変光学部材の黄変度合に関する推定態様を除いて、第２実施形態等の場合と同様であるので、ＨＭＤの全体に関する説明は省略し、必要に応じて対応する他の図等を援用する。

図１４は、本実施形態に係るＨＭＤ３００について概念的に説明するための側方断面図であり、図２や図９に対応するブロック図である。

図示のように、本実施形態のＨＭＤ３００は、画像表示装置１０と、図示を省略する拡大光学系（黄変光学部材ＹＯを含む）と、画像制御装置３５０とを備える。

画像制御装置３５０は、主制御部３５１と、記憶部３５２と、タイマー５３と、インターフェース６０と、センサーＳＳとを備える。このうち、主制御部３５１は、輝度制御部５１ａに加え、輝度検査部５１ｂと、テーブルデータ作成部５１ｄとを備えている。また、記憶部３５２は、輝度設定テーブルデータ５２ｂを備える。

これらのうち、テーブルデータ作成部５１ｄは、輝度検査部５１ｂでの検査結果に基づく黄変光学部材ＹＯの黄変度合すなわち黄変度の変化についての推定を行って輝度調整に関するテーブルデータを作成する。

また、記憶部３５２において、輝度設定テーブルデータ５２ｂは、主制御部３５１において作成されたデータ（ルックアップテーブル）である。つまり、本実施形態では、記憶部３５２において、予測テーブルデータを予め持つことなく、これに代えて、都度作成された輝度設定テーブルデータ５２ｂを利用している点において、図９等に例示した場合と異なっている。ただし、製品出荷時すなわち初期状態においては、最初の設定データ（黄変光学部材ＹＯの黄変度をゼロとして輝度調整したデータ）が輝度設定テーブルデータ５２ｂに格納されている場合もあるものとする。

本実施形態では、例えば毎回のＨＭＤ３００の起動ごとに、都度、センサーＳＳによる測定（検査装置ＤＥによる検査）が行われる。

以下、図１５のフローチャートを参照して、本実施形態に係るＨＭＤ３００の動作について一例を説明する。なお、ここでは、各種動作のうち、センサーＳＳを利用した黄変光学部材ＹＯの黄変に伴う輝度調整の一動作例として、ＨＭＤ２００の起動時に本動作に先立って青色光の輝度調整を行う場合について説明する。

ＨＭＤ３００の各部が起動すると、図１０に示した一例と同様に、まず、主制御部３５１の輝度検査部５１ｂは、センサーＳＳでの測定に基づく輝度検査を行う（ステップＳ３０１）。

次に、主制御部３５１は、ステップＳ３０１での検査結果（測定結果）と製品出荷時すなわち初期状態における輝度量との比較を行い（ステップＳ３０２）、黄変光学部材ＹＯの現時点での黄変度合が推定される。すなわち、ステップＳ３０２での比較の結果、製品出荷時から規定以上の差が無ければ（ステップＳ３０３：Ｎｏ）、黄変光学部材ＹＯの黄変は生じていないものと判断し、特にその後の処理を行うことなく終了する。

一方、ステップＳ３０２での比較の結果、製品出荷時から規定以上の差があった場合（ステップＳ３０３：Ｙｅｓ）、すなわち黄変光学部材ＹＯの黄変がある程度以上進んでいると判断された場合、輝度設定テーブルデータ５２ｂを書き換えるべく、テーブルデータ作成部５１ｄにおいて、まず、青色光Ｂの輝度についての補正量の計算（設定テーブルデータの作成）がなされる（ステップＳ３０４）。その後、テーブルデータ作成部５１ｄは、ステップＳ３０４で作成された設定テーブルデータを、輝度設定テーブルデータ５２ｂとして記憶部５２に格納する、つまり、輝度設定テーブルデータ５２ｂの書換えを行い（ステップＳ３０５）、一連の処理を終了する。以上により、青輝度についての輝度調整がなされる。

本実施形態においても、発光側での波長帯域ごとに異なる寿命特性と、黄変光学部材ＹＯにおける黄変の特性とに対応させつつ画像についてのホワイトバランス調整が可能になる。特に、本実施形態では、ＨＭＤ３００において、検査装置ＤＥにより都度現状についての測定や検査を行うことで、黄変に応じた輝度調整ができる。

〔第４実施形態〕
以下、図１６等を参照して、第４実施形態に係るＨＭＤについて一例を説明する。

上記例示した第１〜第３実施形態では、ＶＲ（仮想現実）の画像表示を視認させるいわゆるクローズタイプの構成について説明したが、これに限らず、例えば図１５に外観を概念的に示す一例のように、いわゆるシースルータイプすなわち使用者に外界像をシースルーで視認又は観察させることができる態様も考えられる。

第４実施形態に係るＨＭＤ５００として、図示の一例では、ＨＭＤ５００は、装着型表示装置４００と、ケーブル１０９を介して装着型表示装置４００に接続される情報処理装置ＥＤとを備える。

装着型表示装置４００は、眼鏡のような外観を有し、画像形成を行うための光学的な本体部分である。ＨＭＤ５００は、装着型表示装置４００を使用する使用者（観察者）ＵＳに対して、虚像を視認させることができるだけでなく、外界像をシースルーで観察させることができる光学装置である。

情報処理装置ＥＤは、装着型表示装置４００に映し出すべき画像についての各種処理を行って、装着型表示装置４００に対して映像信号等を出力する装置であり、例えばスマホ（スマートフォン）等に必要なアプリをダウンロードすること等によって構成可能である。

装着型表示装置４００は、第１表示装置１００Ａと、第２表示装置１００Ｂとを備える。第１表示装置１００Ａと第２表示装置１００Ｂとは、左眼用の虚像と右眼用の虚像とをそれぞれ形成する部分である。左眼用の第１表示装置１００Ａは、使用者（観察者）ＵＳの眼前を透視可能に覆う第１虚像形成光学部１０１ａと、画像光を形成する第１像形成本体部１０５ａとを備える。右眼用の第２表示装置１００Ｂは、使用者ＵＳの眼前を透視可能に覆う第２虚像形成光学部１０１ｂと、画像光を形成する第２像形成本体部１０５ｂとを備える。すなわち、第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂにより、左右の眼に対応した画像の表示がなされる。

第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂの後部には、頭部の側面から後方に延びるつる部分であるテンプル１０４が取り付けられており、使用者の耳やこめかみ等に当接することで装着型表示装置４００の装着状態を確保する。また、第１像形成本体部１０５ａは、カバー状の外装ケース１０５ｄ内に、表示素子８０、投射レンズ３０を構成する鏡筒３８等を有し、同様に、第２像形成本体部１０５ｂは、外装ケース１０５ｄ内に、表示素子８０、鏡筒３８等を有する。

以上のような構成により、使用者（観察者）ＵＳは、表示素子８０から第１虚像形成光学部１０１ａ等を伝搬した画像と、第１虚像形成光学部１０１ａ等を透過した外界像とを重畳的に視認する。

なお、以上において、ＨＭＤ５００のうち、装着型表示装置４００の部分のみをもってＨＭＤであるものと捉えることもできる。

以上のような態様において、表示素子８０から射出される画像光の光路上に配置される第１及び第２虚像形成光学部１０１ａ，１０１ｂ等が、経年に伴い黄変する黄変光学部材ＹＯで構成される場合がある。本実施形態では、例えば図１７に例示するように、第１虚像形成光学部１０１ａ等が黄変光学部材ＹＯであるものとする。この場合にも、図示のように、例えばセンサーＳＳを構成するレーザー光源ＬＳ及び受光部ＲＥを、画像光の通過領域外に設けることで、画像光の形成を妨げることなく、黄変光学部材ＹＯの黄変度合を検査できる。なお、検査の手法については、第２及び第３実施形態において例示した種々の方法を採用できる。例えば、シースルータイプの場合、外光による黄変の影響も大きくなる場合があると考えられ、予測通りに黄変が進むとは限らない可能性もある。これに対応すべく、例えば、第３実施形態に例示したように、ＨＭＤ５００の起動の都度、検査を行う態様とすることが考えられる。

本実施形態においても、発光側での波長帯域ごとに異なる寿命特性と、黄変光学部材ＹＯにおける黄変の特性とに対応させつつ画像についてのホワイトバランス調整が可能になる。特に、本実施形態では、シースルータイプのＨＭＤ５００において、黄変光学部材ＹＯの黄変に応じた輝度調整ができる。

〔変形例及びその他の事項〕
以上で説明した構造は例示であり、同様の機能を達成できる範囲で、種々変更することができる。例えば、上記において、さらに、発光素子自身の劣化を加味して、各色光の輝度調整を行う態様とすることもできる。つまり、発光素子自身も経年や使用頻度に応じて同じ電流値で駆動させても初期状態よりも輝度が落ちるといったことが考えられ、このような特性は、使用する発光素子の材質等に応じてある程度予測可能である。例えばこの点まで加味して、予測テーブルデータの作成や各種演算を行うことで、発光素子自身まで含めた輝度調整が可能になる。

また、本願発明の技術を、ディスプレイと撮像装置とで構成されるいわゆるビデオシースルーの製品に対応させてもよい。

また、上記では、画像表示装置１０としては、例えば有機ＥＬ等の自発光型の素子（ＯＬＥＤ）で構成されるものとしているが、この場合において、例えば円偏光の画像光を射出するものを採用し、偏光板や１／４波長板を省略するものとしてもよい。この場合、不要となる光学部材は設けなくてよい。

また、各レンズのレンズ面に適宜ＡＲコートを設けることで、ゴースト光の発生等をさらに抑制するものとしてもよい。

また、本願発明の技術を、双眼鏡型のハンドヘルドディスプレイ等に適用することもできる。

また、上記において、画像光の一部を透過させるとともに他の一部を反射させる半反射半透過膜で構成されるハーフミラーＨＭを設けた箇所については、これに代えて例えば体積ホログラム等の回折素子といった光学機能面を設けることで、ハーフミラーＨＭによる作用と同等の役割を果たすようにすることも考えられる。

以上のように、本発明の一態様のヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は、赤色光、緑色光及び青色光を含む画像光について、波長帯域に応じて異なる開口率で画像を表示する表示素子と、表示素子から射出される画像光の光路上に配置され、経年に伴い黄変する黄変光学部材と、予測又は検知により経年に伴う黄変光学部材の黄変度合を推定する黄変度合推定部と、黄変光学部材の黄変に応じて、黄変度合推定部のデータに基づく表示素子における画像の輝度を調整する輝度調整部とを備える。

上記ＨＭＤでは、表示素子において、赤色光、緑色光及び青色光について、波長帯域に応じて異なる開口率を有し、かつ、輝度調整部において、データに基づく黄変光学部材の黄変に応じて、画像の輝度を調整している。これにより、発光側での波長帯域ごとに異なる寿命特性と、黄変光学部材における黄変の特性とに対応させつつ画像についてのホワイトバランス調整が可能になる。

本発明の具体的な側面では、初期状態における青色光の輝度をＬＢ_０とし、経年に伴って黄変した現状の黄変光学部材の黄変度をΔＹＩとしたときに、現状の青色光の輝度ＬＢ_ｘが、以下の式

を満たす。この場合、黄変度ΔＹＩを抑えつつ、さらに、黄変度ΔＹＩに対して青色光の輝度の変化度合が抑制された範囲となり、良好なホワイトバランスが維持できる。

本発明の別の側面では、開口面積の全体に対する青色光の開口率Ｓ_Ｂが、以下の式

を満たす。この場合、製品出荷時からの経年に伴う黄変に応じた青色光の輝度調整において、青色光の輝度寿命を維持させつつ、他の色光の輝度維持等を加味して、輝度調整を行うことができる。

本発明のさらに別の側面では、輝度調整部は、開口率の差に応じて、赤色光、緑色光及び青色光の間で輝度を調整している。この場合、各色光について、経年に伴う輝度調整において、各発光素子の寿命を維持させつつ全体としての色のバランスを維持可能になる。

本発明のさらに別の側面では、表示素子において、青色光の開口率は、赤色光及び緑色光の開口率よりも大きく、輝度調整部は、初期状態において赤色光及び緑色光の輝度を青色光の輝度よりも上げておき、経年に伴う黄変光学部材の黄変に応じて、青色光の輝度を上げる。この場合、開口率の差を利用して、輝度調整の範囲を確保できる。

本発明のさらに別の側面では、黄変度合推定部は、経年に伴う黄変光学部材の黄変度合を黄変光学部材の材料の性質に基づき予測した予測テーブルデータを含む。この場合、予測テーブルデータに基づく黄変度合の推定が可能になる。

本発明のさらに別の側面では、黄変度合推定部は、黄変光学部材の現状における黄変度合を検査する検査装置を含む。この場合、検査装置による検査結果に基づく黄変度合の推定が可能になる。

本発明のさらに別の側面では、黄変度合推定部は、経年に伴う黄変光学部材の黄変度合を黄変光学部材の材料の性質に基づき予測した予測テーブルデータと、黄変光学部材の現状における黄変度合を検査する検査装置とを含み、検査装置での検査結果に応じて予測テーブルデータを修正する。この場合、予測テーブルデータに基づく黄変度合の推定が可能になるとともに、予測テーブルデータから外れた黄変が生じた場合に、推定内容を修正することが可能になる。

本発明のさらに別の側面では、検査装置は、黄変光学部材を通過させた青色レーザー光を検知するセンサーを有する。この場合、センサーにより青色レーザー光を利用した黄変検査が可能になる。

本発明のさらに別の側面では、表示素子は、画像光を射出する自発光型の素子を含む。この場合、自発光型の素子において、確実に輝度調整を行うことができ、また、装置の小型化や軽量化を図ることができる。

本発明のさらに別の側面では、黄変光学部材は、画像光の光路上に配置される光学部材のうち他の光学部材よりも高い屈折率を有する高屈折率部材である。この場合、黄変する部材であっても、光路上に配置する高屈折率部材として利用できる。

本発明のさらに別の側面では、黄変光学部材は、折り返し光学系を構成する。この場合、装置を小型にしつつ、必要な輝度調整ができる。

本発明のさらに別の側面では、折り返し光学系は、表示素子側に凸面を有する凸レンズと、凸レンズよりも表示素子側に配置され、凸レンズの凸面に接合する凹面を有する凹レンズと、凸面と凹面との接合部に設けられるハーフミラーとを有し、凸レンズは、黄変光学部材である。この場合、小型の構成で広画角なものとしつつ、ホワイトバランスが維持された画像を形成できる。

１０…画像表示装置、１１…パネル部、１１ａ…光射出面、１２…偏光板、１３…入射側偏光変換部材、２０…拡大光学系、２１…投射レンズ、２２…接合レンズ、２２ａ…凹レンズ、２２ｂ…凸レンズ、２３…透過反射選択部材、２３ａ…射出側偏光変換部材、２３ｂ…半透過反射型偏光板、３８…鏡筒、５０…画像制御装置、５１…主制御部、５１ａ…輝度制御部、５１ｂ…輝度検査部、５１ｃ…テーブルデータ修正部、５１ｄ…テーブルデータ作成部、５２…記憶部、５２ａ…予測テーブルデータ、５２ｂ…輝度設定テーブルデータ、５３…タイマー、６０…インターフェース、８０…表示素子、１００，２００，３００，５００…ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、１０４…テンプル、１０５ｄ…外装ケース、１０９…ケーブル、２５０…画像制御装置、２５１…主制御部、３５０…画像制御装置、３５１…主制御部、３５２…記憶部、４００…装着型表示装置、ＡＭ…輝度調整部、ＡＸ…光軸、Ｂ…青色光、Ｃ１〜Ｃ５…曲線、ＣＡ…窪み、ＣＥ…凹面、ＣＧ…保護ガラス、ＣＮ…接合部、ＣＶ…凸面、ＤＥ…検査装置、ＥＤ…情報処理装置、ＥＹ…眼、Ｇ…緑色光、ＧＬ…画像光（映像光）、ＨＭ…ハーフミラー、ＬＢ_ｘ…輝度、ＬＧ…導光部、ＬＳ…レーザー光源、ＰＥ…位置、ＰＬ…レンズ、ＰＸ…画素、ＰＸｒ，ＰＸｇ，ＰＸｂ，ＰＸｂ１，ＰＸｂ２…サブ画素、Ｑ１，Ｑ２…曲線、Ｒ…赤色光、ＲＥ…受光部、Ｓ_Ｂ…開口率、ＳＥ…光射出面、ＳＳ…センサー、ＳＩ…光入射面、ＵＰ…ハーフミラー未塗布領域、ＵＳ…使用者（観察者）、ＹＥ…黄変度合推定部、ＹＩ，ＹＩ_０，ＹＩ_ｘ…黄色度、ＹＯ…黄変光学部材、ｘ（λ），ｙ（λ），ｚ（λ）…曲線、ΔＹＩ…黄変度、α１〜α３…データ、θ…半画角、λ…波長

Claims (13)

1. 赤色光、緑色光及び青色光を含む画像光について、波長帯域に応じて異なる開口率で画像を表示する表示素子と、
   前記表示素子から射出される前記画像光の光路上に配置され、経年に伴い黄変する黄変光学部材と、
   予測又は検知により経年に伴う前記黄変光学部材の黄変度合を推定する黄変度合推定部と、
   前記黄変光学部材の黄変に応じて、前記黄変度合推定部のデータに基づく前記表示素子における画像の輝度を調整する輝度調整部と
   を備えるヘッドマウントディスプレイ。
2. 初期状態における前記青色光の輝度をＬＢ_０とし、経年に伴って黄変した現状の前記黄変光学部材の黄変度をΔＹＩとしたときに、現状の前記青色光の輝度ＬＢ_ｘが、以下の式
   

   

   を満たす、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
3. 開口面積の全体に対する前記青色光の開口率Ｓ_Ｂが、以下の式
   

   

   を満たす、請求項１及び２のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
4. 前記輝度調整部は、前記開口率の差に応じて、前記赤色光、前記緑色光及び前記青色光の間で輝度を調整している、請求項１〜３のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
5. 前記表示素子において、前記青色光の開口率は、前記赤色光及び前記緑色光の開口率よりも大きく、
   前記輝度調整部は、初期状態において前記赤色光及び前記緑色光の輝度を前記青色光の輝度よりも上げておき、経年に伴う前記黄変光学部材の黄変に応じて、前記青色光の輝度を上げる、請求項１〜４のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
6. 前記黄変度合推定部は、経年に伴う前記黄変光学部材の黄変度合を前記黄変光学部材の材料の性質に基づき予測した予測テーブルデータを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
7. 前記黄変度合推定部は、前記黄変光学部材の現状における黄変度合を検査する検査装置を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
8. 前記黄変度合推定部は、経年に伴う前記黄変光学部材の黄変度合を前記黄変光学部材の材料の性質に基づき予測した予測テーブルデータと、前記黄変光学部材の現状における黄変度合を検査する検査装置とを含み、前記検査装置での検査結果に応じて前記予測テーブルデータを修正する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
9. 前記検査装置は、前記黄変光学部材を通過させた青色レーザー光を検知するセンサーを有する、請求項７及び８のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
10. 前記表示素子は、前記画像光を射出する自発光型の素子を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
11. 前記黄変光学部材は、前記画像光の光路上に配置される光学部材のうち他の光学部材よりも高い屈折率を有する高屈折率部材である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
12. 前記黄変光学部材は、折り返し光学系を構成する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
13. 前記折り返し光学系は、前記表示素子側に凸面を有する凸レンズと、前記凸レンズよりも前記表示素子側に配置され、前記凸レンズの前記凸面に接合する凹面を有する凹レンズと、前記凸面と前記凹面との接合部に設けられるハーフミラーとを有し、
    前記凸レンズは、前記黄変光学部材である、請求項１２に記載のヘッドマウントディスプレイ。

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