JP6217827B2 - 虚像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、頭部に装着して使用するヘッドマウントディスプレイ等の虚像表示装置に関する。

近年、ヘッドマウントディスプレイのように虚像の形成及び観察を可能にする虚像表示装置として、例えば、画像光を走査させて眼の網膜に画像を投影するものが提案されており、虚像を形成する画像光と外界からの光である外界光とを重畳させるために、シースルーにしたものが提案されている（特許文献１参照）。

ところで、画像となるべき光を斜め方向から投射する場合、例えば投射画像に生じる歪みを台形補正等する歪補正処理が必要となる。これに対して、ヘッドマウントディスプレイではないが、光走査を行って画像投射を行う走査型画像表示装置に関する技術として、画像投射の際に偏向振幅を変化させることで台形歪みを補正するものが知られている（特許文献２参照）。ヘッドマウントディスプレイにおいても、例えば耳側から或いは鼻側から斜め方向に画像投射をするといった場合には、通常の画像表示装置の場合と同様に画像の歪みを是正するために何らかの補正処理が必要となる。ここで、台形補正のように画像を生成する装置内部での信号処理によって画像についての補正処理をすることも考えられる。

投射画像に対して台形補正等を行う場合、一般的に補正量が大きくなるほど映し出される画像が小さくなって解像度が下がり、また、使われないままとなる無駄な領域も増えることになる。従って、例えば高精細な画像を得るには、より高解像度の画像形成ができることが必要となるが、ヘッドマウントディスプレイの場合においては、特に装置の小型化・軽量化が要求されるため、画像を生成する側において確保できる解像度には限界がある。さらに、ヘッドマウントディスプレイの場合、装置の小型化・軽量化の要請から、できるだけ各部の装置を簡易な構造とすることが望ましく、例えば光走査を行って画像投射を行う場合であっても、特許文献２のような複雑な光走査の制御が可能なものではなく、装置の構造が簡易であることが好ましい。

特開２００７−１７８９４１号公報 特開２００７−１９９２５１号公報

本発明は、画像投射において台形補正を行う場合において、当該台形補正による補正量を低減し、使われないままとなる無駄な領域の発生を極力回避し、歪みのない画像として有効に使える映像領域を広くとることを可能とする虚像表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の虚像表示装置は、（ａ）入力信号に応じて使用者に虚像を視認させるための画像信号の処理を行う画像処理部と、（ｂ）画像処理部からの画像信号に応じて虚像を視認させるための光を生成する映像生成部と、（ｃ）映像生成部からの光を仮想的な映像領域に表示された虚像として視認させる虚像形成部と、を備え、（ｄ）映像生成部において光を生成し映像生成部からの光を虚像形成部によって虚像として認識させるまでの過程で、少なくとも縦横のうち一方向についての台形歪を発生する虚像表示装置であって、（ｅ）画像処理部は、使用者に認識させるべき虚像の台形補正の処理を行う台形補正処理部を有し、（ｆ）画像処理部は、虚像形成部によって視認させる映像領域を、複数に分割した分割映像領域で構成させるとともに、分割映像領域にそれぞれ対応して台形補正処理部による台形補正の処理を含む処理を行う。

上記虚像表示装置では、虚像形成部において複数に分割された分割映像領域の状態にある映像領域に対して台形補正処理部による台形補正を含む画像処理が各分割映像領域に応じて個別になされるものとすることができる。この場合、映像領域を複数に分割することで、例えば使われないままとなる無駄な領域が少なくなるようにして、使用する映像領域を広くとることができる。また、この場合、映像領域において分割された各分割映像領域のうち台形補正がなされる領域での補正量を、例えば映像領域を１つの矩形領域とする台形補正の場合における補正量と比較して少なくすることができる。結果的に、歪みの補正に伴う解像度の低下を抑制できる。さらに、複数の映像領域を有することで、多種多様な情報表示が可能となる。

本発明の具体的な側面では、台形補正処理部は、分割映像領域にそれぞれ対応して個別の台形補正の処理を行う。この場合、映像領域において分割された各分割映像領域で歪みの補正された画像を形成でき、この際、補正量を、映像領域を１つの矩形領域とする台形補正の場合における補正量と比較して少なくできる。

本発明の別の側面では、画像処理部は、分割映像領域として、内側に位置する第１映像領域と外側に位置する第２映像領域とを含むように処理を行う。ここで、内側に位置するとは、装着時において他方に比べ使用者（装着者）の鼻側に位置することを意味し、外側に位置するとは、装着時において他方に比べ使用者の耳側に位置することを意味する。この場合、投射される方向が内側からであるか外側からであるかによって、内側と外側とで画像の歪の発生度合に差が出ることがあるが、例えば歪の少ない側の映像領域において主たる映像を形成させ、他方の映像領域に主たる映像を補助する情報を表示する従たる映像を形成させるといったことができる。

本発明のさらに別の側面では、使用者からの指示を受け付ける入力受付部をさらに備え、画像処理部は、虚像形成部によって視認させる第２映像領域に、入力受付部で受け付ける動作に関するアイコン表示を行わせる。この場合、例えば第２映像領域に表示される情報に基づいて操作を行うことで、第１映像領域に映し出す映像等を使用者の意思を反映して選択することができる。

本発明のさらに別の側面では、虚像形成部は、左右の眼にそれぞれ対応する右眼側虚像形成部と左眼側虚像形成部との一対で構成され、画像処理部は、右眼側虚像形成部によって視認させる映像領域の第１映像領域として右眼側第１映像領域を含むとともに、映像領域の第２映像領域として右眼側第２映像領域を含むように処理を行い、画像処理部は、左眼側虚像形成部によって視認させる映像領域の第１映像領域として左眼側第１映像領域を含むとともに、映像領域の第２映像領域として左眼側第２映像領域を含むように処理を行い、画像処理部は、右眼側第１映像領域と左眼側第１映像領域とにおいて、左右に共通する映像を表示させる。この場合、右眼側第１映像領域の映像と左眼側第１映像領域の映像とを共通する一つの画像として使用者に認識させることができ、さらに、右眼側第２映像領域及び左眼側第２映像領域において別個の映像を映し出して認識させることができる。

本発明のさらに別の側面では、画像処理部は、右眼側第２映像領域に形成される独立な映像を表示させ、左眼側第２映像領域に形成される別の独立な映像を表示させる。この場合、映像のうち中央部の画像として、左右の眼で認識可能な共通する一つの画像を形成させるとともに、映像のうち周辺部として認識される画像に関して、右側には右眼でのみ認識可能な独立の画像を形成させ、左側には左眼でのみ認識可能な別個独立の画像をそれぞれ形成させることができる。

本発明のさらに別の側面では、台形補正処理部は、左右に共通する映像が表示される右眼側第１映像領域及び左眼側第１映像領域に対してのみ台形補正を行う。この場合、認識される映像のうち中央部の映像については、補正によって画素合わせを可能にすることで、左右で共通のものとして認識させることができる。一方、周辺部の映像については、実質的な補正を要しないことで、画像処理の負担を減らすことができる。

本発明のさらに別の側面では、画像処理部は、右眼側虚像形成部によって視認させる右眼側第２映像領域を、使用者が視線を左側に向けた場合に視界から外れる範囲に形成し、左眼側虚像形成部によって視認させる左眼側第２映像領域を、使用者が視線を右側に向けた場合に視界から外れる範囲に形成する。この場合、使用者は、必要な画像情報を必要な時に認識し、不要な情報を視界から排除できる。

上記目的を達成するため、本発明の第２の虚像表示装置は、（ａ）入力信号に応じて使用者に虚像を視認させるための画像信号の処理を行う画像処理部と、（ｂ）画像処理部からの画像信号に応じて虚像を視認させための光を生成する映像生成部と、（ｃ）映像生成部からの光を仮想的な映像領域に表示された虚像として視認させる虚像形成部と、を備え、（ｄ）映像生成部において光を生成し映像生成部からの光を虚像形成部によって虚像として視認させるまでの過程で、少なくとも縦横のうち一方向についての台形歪を発生させる虚像表示装置であって、（ｅ）画像処理部は、使用者に認識させるべき虚像の台形補正の処理を行う台形補正処理部を有し、（ｆ）虚像形成部は、左右の眼にそれぞれ対応する右眼側虚像形成部と左眼側虚像形成部との一対で構成され、（ｇ）台形補正処理部は、右眼側虚像形成部側に対する台形補正と左眼側虚像形成部側に対する台形補正とを左右方向に関する対称軸を基準としてミラー対称に行う。

上記虚像表示装置では、虚像形成部が右眼側虚像形成部と左眼側虚像形成部との一対で構成されており、かつ、台形補正処理部での台形補正が、両虚像形成部に関してミラー対称に行う左右バランスのとれたものとなっており、左右で個別に補正を行うのに比べて、補正処理の負担を軽減できる。また、この場合、左右が揃っていることで、補正量について、例えば右側と左側とで個別に補正をし、かつ、右左の映像領域を共通のものと認識できるように画素を合わせる、といった場合よりも低減できる。

本発明の具体的な側面では、画像処理部は、虚像形成部によって視認させる映像領域を、複数に分割した分割映像領域で構成させ、分割映像領域として、内側に位置する第１映像領域と外側に位置する第２映像領域とを含むように処理を行い、画像処理部は、右眼側虚像形成部によって視認させる映像領域の第１映像領域として右眼側第１映像領域を含むとともに、映像領域の第２映像領域として右眼側第２映像領域を含むように処理を行い、画像処理部は、左眼側虚像形成部によって視認させる映像領域の第１映像領域として左眼側第１映像領域を含むとともに、映像領域の第２映像領域として左眼側第２映像領域を含むように処理を行い、画像処理部は、右眼側第１映像領域と左眼側第１映像領域とにおいて、左右に共通する映像を表示させる。この場合、映像のうち中央部の画像として、左右の眼で認識可能な共通する一つの画像を形成させることができる一方、右眼側第２映像領域と左眼側第２映像領域とにおいて、上記共通する一つの画像とは異なる表示をそれぞれ行うことができる。

上記目的を達成するため、本発明の第３の虚像表示装置は、（ａ）入力信号に応じて使用者に虚像を視認させるための画像信号の処理を行う画像処理部と、（ｂ）画像処理部からの画像信号に応じて虚像を視認させるための光を生成する映像生成部と、（ｃ）映像生成部からの光を仮想的な映像領域に表示された虚像として視認させる虚像形成部と、を備え、（ｄ）映像生成部において光を生成し映像生成部からの光を虚像形成部によって虚像として視認させるまでの過程で、少なくとも縦横のうち一方向についての台形歪を発生させる虚像表示装置であって、（ｅ）画像処理部は、使用者に認識させるべき虚像の台形補正の処理を行う台形補正処理部を有し、（ｆ）虚像形成部において、映像領域の中心位置は、装着時における使用者の眼の中心位置からずれている。

上記虚像表示装置では、虚像形成部での映像領域の中心位置が、装着時における使用者の眼の中心位置からずれている。この場合、例えば、少ない補正量で歪みのない画像が形成できる領域の中心位置に眼の中心位置が一致するようにずらすことが可能となる。この結果として、使用者が注目しやすい領域において、使われないままとなる無駄な領域を少なくして、使用する映像領域を広くとることができる。また、使用者が注目しやすい領域以外の領域についても映像を提供する部分として利用できる。

本発明の具体的な側面では、画像処理部は、虚像形成部によって視認させる映像領域を、複数に分割した分割映像領域で構成させ、分割映像領域として、内側に位置する第１映像領域と外側に位置する第２映像領域とを含むように処理を行い、映像領域のうち第１映像領域の中心位置は、装着時における使用者の眼の中心位置に一致している。この場合、第１映像領域の映像を中心視すべき中心側にあるものとして認識させる一方、第２映像領域の映像を周辺側にあるものとして認識させることができる。

本発明のさらに別の側面では、映像生成部及び／又は虚像形成部は、少なくとも横台形歪を発生させる。この場合、例えば装着時において、使用者の鼻側或いは耳側から横方向に光を斜め投射して虚像を形成させる場合に横台形歪が発生するものとなるが、当該横台形歪みについて、歪みの補正された画像形成が可能となる。

本発明のさらに別の側面では、映像生成部は、画像に対応して変調された信号光を射出する信号光変調部と、信号光変調部から入射した信号光を走査させることにより、走査光として射出させる走査光学系と、を有する。この場合、例えば映像生成部の小型化を図ることができる。

第１実施形態に係る虚像表示装置を示す図である。 虚像表示装置を装着した状態を模式的に示す正面図である。 （Ａ）は、光射出装置の構造の一例について説明するための図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す光射出装置を別方向から見た図である。 虚像表示装置の制御部の構造を説明するブロック図である。 画像光の入射によって視認される映像領域について示す概念図である。 （Ａ）は、右眼側における映像領域について示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）の状態とする際の台形補正について説明するための図である。 （Ａ）は、左右一対の各映像領域について示す図であり、（Ｂ）は、使用者に認識される画像の様子を概念的に示す図である。 （Ａ）は、使用者が眼を右に向けた時に認識できる映像の範囲を示す図であり、（Ｂ）は、使用者が眼を左に向けた時に認識できる映像の範囲を示す図である。 第２実施形態に係る虚像表示装置での各映像領域について示す図である。 第３実施形態に係る虚像表示装置の平面図である。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る虚像表示装置について詳細に説明する。

図１に示す実施形態の虚像表示装置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、この虚像表示装置１００を装着した観察者となるべき装着者（使用者）に対して虚像に対応する画像光を認識させることができるとともに、虚像表示装置１００の使用者である装着者に外界像をシースルーで観察させることができる。図１では、装着者が虚像表示装置１００を装着した状態を一部拡大して示しており、虚像表示装置１００は一部省略したものとなっている。具体的には、第１表示装置１００Ａは、虚像表示装置１００のうち右眼側の虚像を形成する部分である。なお、例えば図２に模式的に示すように、虚像表示装置１００は、右眼側の第１表示装置１００Ａと左眼側の第２表示装置１００Ｂとを一対とするものであるが、第２表示装置１００Ｂは、第１表示装置１００Ａと同様の構造を有し左右を反転させただけであるので、詳しい説明を省略する。なお、第１表示装置１００Ａは、単独でも虚像表示装置として機能する。

ここで、図１等に示す状態において、装着者にとって真正面の方向が光軸ＯＡの方向であり、光軸ＯＡが虚像表示装置１００側から装着者側に向かう方向を＋Ｘ方向とし、装着者にとっての上下方向を±Ｙ方向とし、左右方向を±Ｚ方向とする。

以下、第１表示装置１００Ａの構造の一例について説明することで、虚像表示装置１００の構造の一例を説明する。図１に示すように、第１表示装置１００Ａは、信号光を形成するとともに当該信号光を走査光ＳＬとして射出するための光射出装置１０と、光射出装置１０からの走査光ＳＬを受けて画像光ＰＬを形成する被照射部材である虚像形成部２０とを備える。光射出装置１０は、装着者の鼻ＮＳ周辺に配置され、虚像形成部２０は、光射出装置１０の前方側（−Ｘ側）において装着者の眼ＥＹの前方を覆うように配置されている。

なお、図２において、虚像表示装置１００を装着した状態を正面から見た様子を模式的に示すように、光射出装置１０は、フレームＦＬから延びる支持体ＳＳによって支持されることで、上述したような鼻ＮＳ周辺であって虚像形成部２０よりも＋Ｘ側の位置に配置されている。なお、図示の例では、フレームＦＬの中央部から延びて虚像形成部２０を側方から支持する支柱部ＰＰを有し、支柱部ＰＰの先端側には、装着時に虚像表示装置１００を鼻ＮＳで支持可能にするための鼻パッド部ＮＰを有している。なお、図示のように、光射出装置１０について、右眼用のものを光射出装置１０Ｒとし、左眼用のものを光射出装置１０Ｌとする。

光射出装置１０は、図３（Ａ）及び３（Ｂ）に示すように、信号光形成部である信号光変調部１１と、走査光学系１２と、駆動制御回路１３とを有する映像生成部である。なお、図３（Ａ）に示すように、虚像表示装置１００は、画像形成の制御を行うための制御部５０を備える。制御部５０は、ケーブルＣＢを介して光射出装置１０に接続されている。制御部５０について詳しくは後述する。

光射出装置１０は、制御部５０からの各種信号のうち、画像信号に従って画像形成のための光射出を行うことで、虚像を形成するための光を生成する映像生成部として機能する。光射出装置１０のうち、駆動制御回路１３は、制御部５０から送信される画像信号や駆動信号に応じて、光射出装置１０の駆動制御を行う。すなわち、駆動制御回路１３は、各種信号に従って、信号光変調部１１と走査光学系１２とを同期して駆動させるための制御回路である。

以下、光射出装置１０の構成及び動作の詳細について説明する。信号光変調部１１は、合成光形成部１１ａと、コリメートレンズＭＬとを有する。合成光形成部１１ａは、画像光ＰＬ（図１参照）となるべき信号光ＧＬである合成光を形成する。このため、合成光形成部１１ａは、赤（Ｒ光）、緑（Ｇ光）、及び青（Ｂ光）の各色光を発生させる色光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂと、色光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂを経た各色光を合成するための第１及び第２ダイクロイックミラーＤＭ１，ＤＭ２とを有する。コリメートレンズＭＬは、合成光形成部１１ａから射出された合成光である信号光ＧＬの光束状態を調整することで変調して走査光学系１２に向けて射出するレンズであり、例えば信号光ＧＬを略平行化させる。また、走査光学系１２は、コリメートレンズＭＬを経た信号光ＧＬを虚像形成部２０において２次元走査させるスキャン部であるＭＥＭＳミラー部１２ｂを有する。

光射出装置１０のうち、信号光変調部１１において、各色光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは、ダイオードレーザ光源又はＬＥＤ光源であり、赤色光源１１ｒは、赤色光を発生させる特定波長帯域の光を射出し、緑色光源１１ｇは、緑色光を発生させる特定波長帯域の光を射出し、青色光源１１ｂは、青色光を発生させる特定波長帯域の光を射出する。なお、各色光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは、例えば各色のＬＥＤ発光素子で構成されている。各色光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは、第１ダイクロイックミラーＤＭ１又は第２ダイクロイックミラーＤＭ２の方向に向かうように光束の方向を調整して各色光を射出する。

第１ダイクロイックミラーＤＭ１は、赤色光を発生させる特定波長帯域にある光を透過させるとともに他の特定波長帯域にある光を反射し、第２ダイクロイックミラーＤＭ２は、赤色光及び緑色光を発生させる特定波長帯域にある光を透過させるとともに他の特定波長帯域にある光を反射する。これにより、赤色光、緑色光、及び青色光の３色の色光を合成した合成光がカラー画像を構成する信号光ＧＬとして形成される。なお、図示の場合、各色光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの位置をそれぞれ調整して、合成される３色の色光の光路長が等しくなるようにしている。すなわち各色光は、等価な位置となっている。また、光束の形状に応じて第１ダイクロイックミラーＤＭ１に対する第２ダイクロイックミラーＤＭ２の大きさも調整されている。

以上のような構成の合成光形成部１１ａで合成光形成を行う場合、赤（Ｒ光）、緑（Ｇ光）、及び青（Ｂ光）の色ごとに対応した色光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂを用いるので、光の利用効率を高いものとなる。

コリメートレンズＭＬは、合成光形成部１１ａで形成された合成光である信号光ＧＬの発散角を調整し、例えば光束を若干集光ぎみにさせた略平行の状態にして走査光学系１２のうちスキャン部であるＭＥＭＳミラー部１２ｂに向けて射出する。

図３（Ｂ）に示すように、走査光学系１２は、ＭＥＭＳミラー部１２ｂと、周辺部材１２ｃとを有する。ＭＥＭＳミラー部１２ｂは、コリメートレンズＭＬを経た信号光ＧＬを走査光ＳＬとして用いることで被照射部材である虚像形成部２０（図１参照）の被照射領域上に照射することで、虚像としての画像を視認させることを可能にする。つまり、ＭＥＭＳミラー部１２ｂは、走査光学系１２の中核部分である。周辺部材１２ｃは、ＭＥＭＳミラー部１２ｂを周辺から取り囲んでＭＥＭＳミラー部１２ｂを収納する孔ＨＬを形成する。言い換えると、ＭＥＭＳミラー部１２ｂは、走査光学系１２の中央部に設けた矩形の孔ＨＬに収められている。ＭＥＭＳミラー部１２ｂは、任意の方向に傾斜可能となっている。

以下、ＭＥＭＳミラー部１２ｂについて詳しく説明する。ＭＥＭＳミラー部１２ｂは、信号光変調部１１で形成された合成光である信号光ＧＬを虚像形成部２０（図１参照）において２次元走査させて虚像形成部２０（図１参照）を照射する走査光ＳＬとして射出するスキャン部である。ＭＥＭＳミラー部１２ｂは、２次元走査を可能とするために、一軸方向について回転可能なＭＥＭＳミラー本体部１２ｘと、ＭＥＭＳミラー本体部１２ｘを囲む枠であるとともに当該一軸方向に垂直な軸方向について回転可能なミラー枠体１２ｙとで構成されている。まず、ＭＥＭＳミラー本体部１２ｘは、ミラー枠体１２ｙに接続する一対の第１軸ＳＨ１を有し、第１軸ＳＨ１のまわりに回転可能となっている。また、ミラー枠体１２ｙは、ＭＥＭＳミラー部１２ｂの周辺部材１２ｃに接続する一対の第２軸ＳＨ２を有し、第２軸ＳＨ２のまわりに回転可能となっている。第１軸ＳＨ１の軸方向と第２軸ＳＨ２の軸方向とが互いに垂直であることにより、ＭＥＭＳミラー部１２ｂは、ＭＥＭＳミラー本体部１２ｘを互いに垂直な２軸方向について回転可能としている。以上により、ＭＥＭＳミラー部１２ｂは、任意の方向に傾斜可能であり、射出するビームである走査光ＳＬの２次元走査を可能にしている。つまり、ＭＥＭＳミラー部１２ｂは、走査光ＳＬを虚像形成部２０に向けて照射させるＭＥＭＳスキャナーである。

なお、ＭＥＭＳミラー部１２ｂの光射出側において、光束の発散角を調整するためのリレーレンズを配置することが可能である。

図１に戻って、虚像形成部２０は、樹脂製の透明基板上に半透過反射膜を有して構成される透明基材である。つまり、虚像形成部２０は、ハーフミラーである。虚像形成部２０は、フレームＦＬに組み付けられており、装着者の眼ＥＹの前方であって光射出装置１０よりも装着者に対して遠方側に位置するように配置されている。言い換えると、光軸ＯＡに沿った方向に関して装着者の眼ＥＹと虚像形成部２０との間に光射出装置１０が配置されている。虚像形成部２０は、装着者の眼ＥＹを前方から覆うのに十分な大きさを有しており、光射出装置１０の走査光学系１２から−Ｘ方向に傾いて照射された走査光ＳＬを受け、これを反射することで虚像を形成し、装着者に認識させるものとなっている。この際、虚像形成部２０は、虚像表示装置１００の外観に応じたものとなっており、図１の例では、フレームＦＬに合わせて曲がった形状を有している。

また、ハーフミラーである虚像形成部２０は、厚さの略均一な板状の部材であり、上記のようにして虚像を形成し視認させるだけでなく、外界光ＯＬを通過させるものとなっている。つまり、装着者の眼ＥＹには、虚像のみならず、外界からの光も入ることになり、虚像表示装置１００は、シースルーの構成となっている。

以上のような構成の場合、光射出装置１０から虚像形成部２０に対する光射出が斜め投射の状態となっている。このため、形成される画像については、仮に何ら補正がなされていないものとすると、横台形歪等によって画像の歪が発生することになる。より具体的に説明すると、虚像形成部２０に対して横方向（Ｚ方向）についての斜めの投射であり、縦方向（Ｙ方向）及び横方向（Ｚ方向）のうち少なくとも横方向について歪を発生させるものとなる。また、光射出装置１０の走査のさせ方や、虚像形成部２０が虚像表示装置１００の外観に応じて曲がった形状であること等も歪の発生要因となる。本実施形態では、発生する画像の歪に応じて制御部５０に備えられている画像処理の台形補正処理において、予め歪補正（台形補正）の処理を行うことで、画像を補正している。

また、一般に、台形補正等の歪補正を行う場合、補正量が大きくなるほど、映し出される画像は小さくなり、解像度が下がり、また、使われないままとなる無駄な領域も増えることになる。従って、特に装置の小型化・軽量化の要請から解像度の制限が厳しくなる傾向にある虚像表示装置１００のようなヘッドマウントディスプレイの場合においては、補正量が少ないことが望ましい。これに対して、本実施形態では、歪補正をするにあたって、画像を複数の領域に分割することにより、分割された個々の画像における補正量を低減し、使われないままとなる無駄な領域の発生を極力回避し、歪みのない画像として有効に使える映像領域を広くとることを可能としている。

以下、図４を参照して、台形補正処理部を含む制御部５０の構造を説明し、画像処理の動作について説明する。制御部５０は、動作を統括的に制御する主制御回路５１と、例えばビデオ信号等の外部から入力される画像信号に基づいて画像処理を行う画像処理部５２と、装着者（オペレーター）からの指令等の外部信号を受け付ける入力受付部６０と、アイコン等の固定的な内容の映像に関する各種データを保存する内部メモリー８０とを備える。なお、制御部５０は、例えば図２に示すフレームＦＬや支持体ＳＳ等の内部にケーブルＣＢを収納し、このケーブルＣＢを延長することによって、視界を妨げない位置に配置されている。

画像処理部５２は、例えば外部から入力された入力信号に基づいて画像や音声に関する各種信号を作成し、ケーブルＣＢを介して光射出装置１０（１０Ｒ，１０Ｌ）に送信する。つまり、画像や音声に関する各種信号は、画像処理部５２から光射出装置１０の駆動制御回路１３（図３参照）に伝達される。認識されるべき虚像としての画像の形成のため、画像処理部５２は、第１画像処理部５２Ｒと、第２画像処理部５２Ｌと、台形補正の処理を行うための台形補正処理部５３とを備える。特に、画像処理部５２は、台形補正の処理を行うための台形補正処理部５３を有することで、補正に関する各種処理を可能としている。

画像処理部５２のうち第１画像処理部５２Ｒは、右眼側の画像として視認されるべき画像の処理を行う。一方、第２画像処理部５２Ｌは、左眼側の画像として視認されるべき画像の処理を行う。本実施形態では、第１画像処理部５２Ｒ側と第２画像処理部５２Ｌ側とで別個に画像処理がなされるものとなっている。これにより、右眼側の画像と左眼側とで、異なる投影範囲や内容の画像を表示可能となっている（詳細については図７（Ａ）等により後述する。）。また、右眼側の画像と、左眼側の画像とは、内側（鼻側）と外側（耳側）とにそれぞれ分割された複数の画像を形成している。第１画像処理部５２Ｒ及び第２画像処理部５２Ｌは、これら分割された画像にそれぞれ対応した分割画像を形成するものとなっている。つまり、第１（右眼側）画像処理部５２Ｒは、内側画像処理部５２Ｒａと外側画像処理部５２Ｒｂとで構成され、第２（左眼側）画像処理部５２Ｌは、内側画像処理部５２Ｌａと外側画像処理部５２Ｌｂとで構成されている。

台形補正処理部５３は、右眼側の画像と左眼側の画像との双方に対して、一括して台形補正の処理を行っている。

入力受付部６０は、入力操作部７０を介して装着者（オペレーター）からの外部信号を受け付ける。

内部メモリー８０は、投影される画像の内容のうち、アイコンや日付、時計等の固定的な内容の映像に関する各種データを格納している。

主制御回路５１は、動作の統括的な制御の１つとして、例えば入力受付部６０で受け付けた信号に応じた各種処理を行うが、例えば各種信号のうち画像処理に関する信号を認識すると、画像処理部５２へ伝達する。また、主制御回路５１は、必要に応じて、各画像処理部５２Ｒ，５２Ｌから送信される画像信号となるべき情報のうち、内部メモリー８０に各種データに格納されているものを適宜読み出して画像処理部５２へ伝達する。

ここで、図５を参照して、第１表示装置１００Ａの虚像形成部２０から射出される画像光ＰＬが装着者の眼ＥＹに入射することによって視認される画像に関して説明する。図５は、眼ＥＹの網膜ＲＥへ入射する画像光ＰＬと画像光ＰＬによって装着者に視認される仮想面ＩＭ上の画像として視認される虚像の範囲を画定した仮想的な領域である映像領域ＲＲとの関係について説明するための概念的な図である。特に、図示において、画像光ＰＬは、分かりやすくするために概念的に示されている。

図示において、仮想面ＩＭ上は仮想的な面であり無限遠にあるものとし、装着者の眼ＥＹの網膜ＲＥのうち画像光ＰＬが入射する範囲を領域ＲＥａとする。ここで、領域ＲＥａは、結像面に相当し、仮想面ＩＭ上の映像領域ＲＲは、領域ＲＥａと共役な関係になっている。このような関係にあることで、網膜ＲＥのうち領域ＲＥａ上の結像面と映像領域ＲＲ上の面とは１対１に対応しており、装着者は、虚像形成部２０から射出された画像光ＰＬを網膜ＲＥの領域ＲＥａで受けると、この光路を逆行させた延長上である映像領域ＲＲにおいて虚像としての画像が存在していると認識（視認）する。言い換えると、第１表示装置１００Ａは、画像光ＰＬによって装着者に映像領域ＲＲ上に画像が形成されているかのように視認させることができる。すなわち、第１表示装置１００Ａは、虚像形成部２０から射出される画像光ＰＬを画像形成側での処理等によって制御することで、視認される映像領域ＲＲを所望の状態に調整し、虚像表示装置としての機能を果たしている。

以下、図６（Ａ）等を参照して、画像処理部５２による画像領域の分割や歪補正の処理の一例について説明する。以下において、映像領域ＲＲや映像領域ＲＲを分割した部分（例えば図６（Ａ）の第１映像領域ＲＲ１等）については、現実には、図５の網膜ＲＥの領域ＲＥａ上で結像される画像光ＰＬである。しかし、上記のように、画像光ＰＬによる画像は、映像領域ＲＲの画像として装着者に捉えられるものであり、領域ＲＥａと映像領域ＲＲとが共役な関係にある。従って、以下では、領域ＲＥａ上で結像され装着者に視認される画像を、映像領域ＲＲの画像であるものとして説明する。

まず、図６（Ａ）は、左右のうち、右眼側すなわち第１表示装置１００Ａ側において形成される映像領域ＲＲについて概念的に示す図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の状態とする際の台形補正処理部５３（図３（Ａ）参照）による画像の歪補正（台形補正）について説明するための図である。ここで、図示のように、映像領域ＲＲは、第１映像領域ＲＲ１と、第２映像領域ＲＲ２との分割された２つの矩形の領域で構成されているものとする。

図中において、領域Ｘ１は、画像処理部５２（第１画像処理部５２Ｒ）を含む制御部５０側において認識される元の画像データに基づく矩形領域の画像を模式的に示すものである。これに対して、領域Ｄ１は、仮に歪補正が無いとした場合に、虚像形成部２０上において表示可能な領域（眼ＥＹへの入射領域）の全体を示している。つまり、元の画像データとしては、画素がマトリクス状に並んだ状態で矩形形状を形成していた画像が、補正をしないまま投影すると、虚像形成部２０上において領域Ｄ１のような外側に広がる扇のような形状となる。本実施形態では、領域Ｄ１に示される範囲に対して、台形補正処理部５３により歪みを補正する処理をして一部の領域を使わなくすることで、複数の矩形の領域で構成され映像領域ＲＲを構成する複数の分割映像領域である映像領域ＲＲ１，ＲＲ２を矩形の領域となるように形成している。

また、図示のように、映像領域ＲＲのうち、第１映像領域ＲＲ１は、相対的に内側（鼻側）に配置され、第２映像領域ＲＲ２は、相対的に外側（耳側）に配置されるものとなっている。言い換えると、各映像領域ＲＲ１，ＲＲ２は、横方向（Ｚ方向）に並んでいる。ここで、本実施形態のように、鼻側から画像投射を行う投射の場合（図２参照）、領域Ｄ１は、特に横方向（Ｚ方向）に関して、相対的に内側（鼻側）については歪が小さく、相対的に外側（耳側）に歪が大きいものとなっている。このため、全体としての歪補正を減らすべく相対的に歪の大きくなる外側の第２映像領域ＲＲ２については、横に短く縦に長い矩形形状としている。一方、相対的に歪の少ない内側の第１映像領域ＲＲ１については、１６：９の比率の横長の矩形形状となっている。以上のように、第１映像領域ＲＲ１と第２映像領域ＲＲ２とで矩形形状が異なることに対応して、台形補正処理部５３は、それぞれ異なる補正処理を行っている。

以下、図６（Ｂ）を参照して、分割される各画像についての台形補正による映像の歪みの補正処理について説明するが、ここでは、矩形領域を規定する元の画像データのうち四隅の画素についての座標変換について説明することで、全体の歪補正を説明するものとする。具体的には、元の画像データに対応する領域Ｘ１の四隅の画素を画素Ｐ１〜Ｐ４とし、これらにそれぞれ対応する領域Ｄ１の画素を画素Ｑ１〜Ｑ４とする。また、映像領域ＲＲのうち、第１映像領域ＲＲ１の四隅の画素を画素Ａ１〜Ａ４とし、第２映像領域ＲＲ２の四隅の画素を画素Ｂ１〜Ｂ４とする。この場合、第１映像領域ＲＲ１で形成させる映像については、例えば、領域Ｘ１の画素のうち左上隅の画素Ｐ１は、領域Ｄ１の画素Ｑ１に対応し、さらに、領域Ｄ１の画素Ｑ１は、第１映像領域ＲＲ１の画素Ａ１に対応する。つまり、画素Ｐ１の位置座標にある画像データを画素Ａ１の位置座標に変換するように補正処理を行えば所望の変換ができる。同様に、座標変換によって左下隅の画素Ｐ２の情報を画素Ａ２の位置に対応させればよい。また、第１映像領域ＲＲ１のうち右下隅の画素Ａ３については、領域Ｘ１のうち画素Ｐ２と画素Ｐ３とを結んだ線分上にある画素ＰＰ３を対応させ、右上隅の画素Ａ４については、領域Ｘ１のうち画素Ｐ１と画素Ｐ４とを結んだ線分上にある画素ＰＰ４を対応させればよい。

同様に、第２映像領域ＲＲ２の四隅の画素を画素Ｂ１〜Ｂ４についても、上記と同様に座標変換することで歪補正が可能である。具体的には、左上隅の画素Ｂ１については、領域Ｘ１のうち画素Ｐ１と画素Ｐ４とを結んだ線分上にある画素ＰＰ１を対応させ、左下隅の画素Ｂ２については、領域Ｘ１のうち画素Ｐ２と画素Ｐ３とを結んだ線分上にある画素ＰＰ２を対応させればよい。また、右下隅の画素Ｂ３については、領域Ｘ１の画素のうち画素Ｐ３を対応させ、右上隅の画素Ｂ４については、領域Ｘ１の画素のうち画素Ｐ４を対応させればよい。

以上のように、台形補正処理部５３によって、第１映像領域ＲＲ１についての補正と第２映像領域ＲＲ２についての補正とが、それぞれ個別になされることにより、矩形の領域である第１映像領域ＲＲ１及び第２映像領域ＲＲ２において歪みのない画像を形成させることができる。

また、既述のように、領域Ｄ１は、元の矩形の領域Ｘ１と比較して、横長になって外側（耳側）に向かって広がる扇のような形状となっており、少なくとも横方向について外側に行くほど大きな歪みが発生している。見方を変えると、領域Ｄ１のうち内側（鼻側）の領域は、比較的矩形の状態に近い。すなわち、映像領域ＲＲのうち相対的に内側に位置する第１映像領域ＲＲ１は、横長にしても比較的少ない補正量で所望の歪補正を達成することができるものとなっており、比較的大きな領域をとっても補正量を抑えることができる。ここでは、第１映像領域ＲＲ１を横長の主たる映像を形成させる領域とし、第２映像領域ＲＲ２を縦長の従たる映像を形成させる領域とする。

仮に、図示の場合において、映像領域ＲＲを上記のような２つの映像領域ＲＲ１，ＲＲ２に分割せずに１つの領域を全画面として領域Ｄ１から第１映像領域ＲＲ１のような横長の矩形領域を形成させようとする場合、例えば縦方向（Ｙ方向）の解像度が７２０画素になる画像を形成するには、外側の解像度の圧縮に対応すべく補正前の状態である元の画像データの解像度が１３００画素程度必要となる。なお、必要となる解像度は、歪みが少なく最も細かくなる内側の領域においても外側と同じになる。これに対して、第１映像領域ＲＲ１のように、相対的に内側に位置する領域のみで、補正を行うものとすれば、補正量を少なくすることができるので、元の画像データの解像度が８２０画素程度で解像度を７２０画素の映像を形成させることができる。なお、歪補正の補正量については、全画面を１つの画像に対して行うと１．５倍から２倍程度の補正量が必要になるのに対して、上記のように分割した補正を行うことで、全体としての補正量を１．２倍程度に抑えることができる。

また、上記のように、第２映像領域ＲＲ２は、第１映像領域ＲＲ１として使用されない残りのエリアをできるだけ有効に使うことで補正量を抑え、また、第２映像領域ＲＲ２での歪補正は、この領域のみで行えばよいので、補正量を少なくすることができる。

また、第２映像領域ＲＲ２は、第１映像領域ＲＲ１によって画定される表示エリアの映像の内容と異なる表示ができる。表示内容については、種々のものが考えられるが、例えば、第１映像領域ＲＲ１では映画やビデオ撮影した録画といった動画を映し出す一方、第２映像領域ＲＲ２では、写した画像の字幕や音量、一時停止、早送り等の指示といった各種情報を表示させることができる。また、例えば第２映像領域ＲＲ２において、動作に関するアイコン表示を行わせ、表示される情報に基づいて装着者が入力操作部７０（図４参照）の操作を行うことで、画像処理部が入力受付部６０で受け付けた入力操作部７０からの入力信号に基づいて、第１映像領域ＲＲ１に映し出す映像等を装着者の意思を反映して選択できるようにしてもよい。つまり、本来表示させたい画像を第１映像領域ＲＲ１において形成し、付加的情報を第２映像領域ＲＲ２において形成することで、有効に画素を使って、表示させる情報量を増やすことができる。

ここで、映像領域ＲＲに関して、装着者の眼ＥＹの位置に対する分割された第１映像領域ＲＲ１の位置と、第２映像領域ＲＲ２の位置とについては、種々の態様が考えられるが、ここでは、図示のように、装着者の眼ＥＹの中心ＥＸ１は、映像領域ＲＲ全体としての中心ＡＸ１ではなく、第１映像領域ＲＲ１の中心ＣＸ１に一致するものとする。つまり、この場合、装着者は、第１映像領域ＲＲ１によって表示される映像を中心側に表示される主たる映像と認識し、第２映像領域ＲＲ２によって表示される映像を周辺側に表示される従たる映像と認識するものとなる。

見方を変えると、以上のように映像の中心を全映像領域の中心ＡＸからずらすようにして分割された２つの映像領域Ｒ１，Ｒ２を形成することで、歪みの補正における補正量を少なくすることができるものとなっている。

なお、以上のような眼ＥＹの中心ＥＸ１と第１映像領域ＲＲ１の中心ＣＸ１との位置合わせが可能となるように、虚像表示装置１００は、眼幅調整機構等の位置調整機構（不図示）を有するものとしてもよい。

図７（Ａ）は、左右一対の各映像領域ＲＲ，ＬＬについて示す図である。上記のように、虚像表示装置１００において、第１表示装置１００Ａと第２表示装置１００Ｂとは、左右を反転させた同じ構造を有するものであるので、扇形状の領域Ｄ１，Ｄ２は、左右方向（Ｚ方向）に関する対称軸ＸＸを基準としてミラー対称となっている。これに応じて、台形補正処理部５３は、右眼側虚像形成部２０Ｒによって視認されるべき映像領域の台形補正と左眼側虚像形成部２０Ｌによって視認されるべき映像領域の台形補正とを対称軸ＸＸを基準としてミラー対称に行うものとなっている。なお、ここでは、右眼側の映像領域ＲＲを構成する第１映像領域ＲＲ１は、右眼側第１映像領域であり、第２映像領域ＲＲ２は、右眼側第２映像領域であるものとする。同様に、左眼側の映像領域ＬＬを構成する第１映像領域ＬＬ１は、左眼側第１映像領域であり、第２映像領域ＬＬ２は、左眼側第２映像領域であるものとする。

以上において、台形補正処理部５３による台形補正の処理は、ミラー対称であることから、左右個別に行うことなく実質的に一括して行うことができる。具体的に説明すると、例えば右眼側の第１映像領域ＲＲ１での補正と左眼側の第１映像領域ＬＬ１での補正とでは、画像処理としては左右で異なるが、矩形形状の領域としての補正すなわち図４（Ｂ）で説明した座標変換の処理としては左右について反転対称であるため、実質的に一括して行うことができる。これは、第２映像領域ＲＲ２と第２映像領域ＬＬ２との関係においても同様である。複数の分割された第１映像領域と第２映像領域とでの映像の内容については、個別の画像処理が必要であるが、右眼側と左眼側という観点では、一括して台形補正の処理が可能である。このため、画像処理については左右で第１画像処理部５２Ｒと第２画像処理部５２Ｌとの２つに分けられているのに対して、台形補正処理については１つの台形補正処理部５３で処理可能となっている。台形補正処理部５３は、上述のようにして決定される各画素での座標変換に関する情報を第１及び第２画像処理部５２Ｒ，５２Ｌに送信し、第１及び第２画像処理部５２Ｒ，５２Ｌは、個々の画像処理に加え、台形補正処理部５３からの座標変換すなわち台形補正量を加味した上で画像信号を決定し、駆動制御回路１３（図３（Ａ）参照）へ送信している。

ここで、以上のようにして形成される虚像に対応する画像に関して、各映像領域ＲＲ，ＬＬでの眼ＥＹの中心ＥＸ１，ＥＸ２は、第１映像領域ＲＲ１，ＬＬ１の中心ＣＸ１，ＣＸ２にそれぞれ一致するように調整されている。この際、第１映像領域ＲＲ１と第１映像領域ＬＬ１とは、画素数が一致している。この場合、第１映像領域ＲＲ１の映像と第１映像領域ＬＬ１の映像を共通させると、装着者は、左右の画像を１つの共通した画像として認識することになる。一方、第２映像領域ＲＲ２と第２映像領域ＬＬ２とに映し出される映像については、第２映像領域ＲＲ２の映像は右眼のみで認識され、第２映像領域ＬＬ２の映像は左眼のみで認識されるものとなる。つまり、図７（Ｂ）に概念的に示すように、装着者は両眼で各画像を捉えた結果、中央側に主たる映像として第１映像領域ＲＲ１と第１映像領域ＬＬ１に共通する映像があるものと認識し、周辺側に従たる映像として第２映像領域ＲＲ２における右側の映像と第２映像領域ＬＬ２における左側の映像とがあるものとそれぞれ認識する。

この場合、例えば共通する映像には、主たる映像として動画等を映し出す一方、第２映像領域ＲＲ２，ＬＬ２では、各種情報を表示させることができる。特に、この場合、第２映像領域ＲＲ２と第２映像領域ＬＬ２とで別個独立な画像を形成させることができる。また、第１映像領域ＲＲ１と第１映像領域ＬＬ１において映し出される共通する映像については、画素単位で完全に一致させた２Ｄの画像を表示させるだけでなく、共通した画像でありながら左右の視差に応じて画像をずらすことで、３Ｄの画像を表示させることも可能である。

なお、以上の画像形成については、第１画像処理部５２Ｒ及び第２画像処理部５２Ｌ（図４参照）で画像処理がそれぞれ適宜なされることで実現される。具体的には、まず、中央側（内側）に主たる映像として映し出される第１映像領域ＲＲ１，ＬＬ１に関しては、各画像処理部５２Ｒ，５２Ｌのうち内側画像処理部５２Ｒａ，５２Ｌａによって画像処理がなされる。この場合、例えば動画等の画像データについて、画像処理部５２がビデオ信号等の外部から入力される画像信号を受け、この信号に基づいて内側画像処理部５２Ｒａ，５２Ｌａが画像処理を行う。次に、周辺側（外側）に従たる映像として映し出される第２映像領域ＲＲ２，ＬＬ２に関しては、各画像処理部５２Ｒ，５２Ｌのうち外側画像処理部５２Ｒｂ，５２Ｌｂによって画像処理がなされる。この場合、内部メモリー８０に格納された各種データに関する信号が適宜読み出されて画像処理部５２へ伝達され、当該信号に基づいて、外側画像処理部５２Ｒｂ，５２Ｌｂが画像処理を行う。

また、図８（Ａ）及び８（Ｂ）に示すように、装着者が眼ＥＹ（ＥＹ１，ＥＹ２）を右左に視線を向けた時に認識できる映像の範囲を制限することも可能である。具体的には、図８（Ａ）に示すように両眼ＥＹの視線を右側（−Ｚ側）に向けた場合には、両眼ＥＹのうち、右眼ＥＹ１については、第２映像領域ＲＲ２の全体と第１映像領域ＲＲ１の一部又は全部が視界に入るものとする一方、左眼ＥＹ２については、第１映像領域ＬＬ１の全部が視界に入るが第２映像領域ＬＬ２については視界から外れるように映像領域の範囲を調整するものとしてもよい。また、この場合、逆に、図８（Ｂ）に示すように両眼ＥＹの視線を左側（＋Ｚ側）に向けた場合には、左眼ＥＹ２については、第２映像領域ＬＬ２の全体と第１映像領域ＬＬ１の一部又は全部が視界に入り、右眼ＥＹ１については、第１映像領域ＲＲ１の全部が視界に入るが第２映像領域ＲＲ２については視界から外れるように映像領域の範囲を調整されるものとしてもよい。

また、台形補正処理部５３は、左右に共通する映像が表示される右眼側第１映像領域ＲＲ１及び左眼側第１映像領域ＬＬ１に対してのみ台形補正を行い、右眼側第２映像領域ＲＲ２及び左眼側第２映像領域ＬＬ２に対応する台形補正の補正量をゼロとするものであってもよい。例えば右眼側第２映像領域ＲＲ２及び左眼側第２映像領域ＬＬ２に表示させる情報がアイコン表示のようなものであれば、矩形形状とする必要がなく、多少歪んでいても認識させることが可能である。従って、画像補正は、主たる映像を映し出す右眼側第１映像領域ＲＲ１及び左眼側第１映像領域ＬＬ１に対してのみ行うものとしてもよい。これにより、画像処理の負担を軽減させることができる。

以上のように、本実施形態に係る虚像表示装置１００では、複数に分割された分割映像領域となっている映像領域ＲＲ，ＬＬに対して台形補正処理部５３による台形補正（歪補正）が各分割映像領域ＲＲ１，ＲＲ２，ＬＬ１，ＬＬ２に応じて個別になされる。この場合、映像領域ＲＲ，ＬＬをそれぞれ複数に分割することで、例えば使われないままとなる無駄な領域が少なくなるようにして、使用する映像領域ＲＲ，ＬＬを広くとることができる。また、この場合、映像領域ＲＲ，ＬＬにおいて分割された各分割映像領域ＲＲ１，ＲＲ２，ＬＬ１，ＬＬ２での補正量を、例えば映像領域を１つの矩形領域とする台形補正の場合における補正量と比較して少なくすることができる。結果的に、各分割映像において、歪みの補正に伴う解像度の低下を抑制できる。

また、虚像形成部２０が右眼側虚像形成部２０Ｒと左眼側虚像形成部２０Ｌとの一対で構成されており、かつ、台形補正処理部５３での台形補正が、両虚像形成部に関してミラー対称に行うことで、左右方向（Ｚ方向）についての補正のバランスがとれたものとなっている。これにより、左右で個別に補正を行うのに比べて、左右での画素合わせをより正確なものとすることができ、左右の眼でそれぞれ認識される画像を共通する一つの画像として認識させることをより確実にできる。

さらに、映像領域ＲＲ，ＬＬの中心位置（中心ＡＸ１，ＡＸ２）が、装着時における装着者の眼の中心位置（中心ＥＸ１，ＥＸ２）からずれている。この場合、例えば、少ない補正量で歪みのない画像が形成できる領域の中心位置に眼の中心位置が一致するように、ずらすことが可能となる。

なお、ＭＥＭＳにおいて、走査における振幅の範囲や速度を変化させることで、歪みの内容に調整することも考えられるが、その場合、ＭＥＭＳ側の駆動装置を複雑にする必要が生じる可能性があり、装置の小型化に困難を生じる可能性がある。本実施形態では、ＭＥＭＳ側においては、装置の軽量化小型化を図るために比較的単純な動作のみを行うものを適用する場合であっても、補正の少ない高品質な画像を提供できる。

なお、以上では、虚像表示装置１００のうち光射出装置１０は、光軸ＯＡに垂直な横方向に関して装着時に装着者の眼ＥＹよりも鼻ＮＳ側に位置するような配置となっている。この場合、光射出装置１０は、装着者の側方側すなわちＺ方向について出っ張ることのない構成となる。また、既述のように、光射出装置１０は、装着者の眼ＥＹと虚像形成部２０との間に配置されている。この場合、光射出装置１０は虚像形成部２０よりも前方側には配置されないことになる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態に係る虚像表示装置１００の変形例であり、特に説明しない場合、第１実施形態の虚像表示装置１００と同様であるものとする。また、右眼側と左眼側とでは左右を反転させただけであるので、右眼側についてのみ説明し、左側については、説明を省略している。また、本実施形態においても、第１表示装置のみの単独でも虚像表示装置として機能する。

図９に示すように、本実施形態に係る虚像表示装置は、映像領域ＲＲは、第１映像領域ＲＲ１と、第２映像領域ＲＲ２と、第３映像領域ＲＲ３との３つの領域に分割されている。この場合、第３映像領域ＲＲ３において、第１映像領域ＲＲ１や第２映像領域ＲＲ２によって画定される表示エリアの映像の内容とさらに異なる表示ができる。表示内容については、種々のものが考えられるが、例えば、図示のように、第２映像領域ＲＲ２では、アイコン表示による各種指令のための情報を表示させ、第３映像領域ＲＲ３では、各種指令によって得た情報を表示させることができる。この場合、第１実施形態と同様に第２映像領域ＲＲ２での複数のアイコン表示のうちから指の形状で示すポインターを移動させて一のアイコン表示を選択（タップ）して第１映像領域ＲＲ１に移すべき内容を選択することができるというだけでなく、例えば図示のように、外界像ＳＰにおける道路情報について、第２映像領域ＲＲ２でアイコン表示から適宜選択することで呼び出し、得られた道路の情報に関して、第３映像領域ＲＲ３において表示させることができる。

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態に係る虚像表示装置１００の変形例であり、特に説明しない場合、第１実施形態の虚像表示装置１００と同様であるものとする。

図１０は、本実施形態に係る虚像表示装置の平面図である。図示のように、本実施形態に係る虚像表示装置２００の第１表示装置２００Ａは、映像生成部を含む光射出装置１０と虚像形成部である導光部材２２０と、光透過部材２５０とを備える。導光部材２２０と光透過部材２５０とは、それぞれ光透過性のプリズム部材であり、接合によって一体化されている。なお、虚像表示装置２００は、画像処理部を含む制御部５０を備え、制御部５０は、ケーブルＣＢを介して光射出装置１０に接続されている。

導光部材２２０は、平面視において顔面に沿うように湾曲した円弧状の部材であり、光学的な機能を有する側面として、光射出側から順に第１〜第６面Ｓ１１〜Ｓ１６を有する。このうち、第１面Ｓ１１と第４面Ｓ１４とが隣接し、第３面Ｓ１３と第５面Ｓ１５とが隣接し、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との間に第６面Ｓ１６が配置されている。各面Ｓ１１〜Ｓ１６は自由曲面であり、ミラーによる全反射や空気層との屈折率差を利用した内面側での全反射により、光射出装置１０から射出された走査光ＳＬを導光部材２２０内に導くとともに、走査光ＳＬの光路を調整して所望の虚像を形成する画像光ＰＬとして射出する。つまり、導光部材２２０は、虚像形成部として機能するプリズム部材である。なお、この導光に際して、第３面Ｓ１３を通過する前後において、像面ＩＩとして示される位置に中間像を形成する。

光透過部材２５０は、導光部材２２０の透視機能を補助する部材（補助プリズム）であり、導光部材２２０と同一の材料で形成され、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。ここで、第１透過面Ｓ５１と第３透過面Ｓ５３との間に第２透過面Ｓ５２が配置されている。第１透過面Ｓ５１は、導光部材２２０の第１面Ｓ１１を延長した曲面上にあり、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２２０の第３面Ｓ１３を延長した曲面上にある。このうち第２透過面Ｓ５２と導光部材２２０の第２面Ｓ１２とは、接合によって一体化するため、略同じ曲率の形状を有する。

なお、導光部材２２０において、第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３とは、ともに眼ＥＹの正面に配され、かつ、観察者（使用者）に対し凹面形状を成しているものであり、これらを通過させて外界光を見たときに、視度が略０になっている。また、光透過部材２５０において、第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３とをそれぞれ延長した第１透過面Ｓ５１と第３透過面Ｓ５３とは、視度を略０にしている。つまり、導光部材２２０と光透過部材２５０とを一体化した全体としても、視度を略０にしている。

本実施形態においても、画像処理部を含む制御部５０での制御に基づいて、映像領域を複数に分割することで、使用する映像領域を広くとることができ、また、分割された各分割映像領域での補正量を少なくすることができ、各分割映像において、歪みの補正に伴う解像度の低下を抑制できる。

この発明は、上記の各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で実施することが可能である。

上記では、映像生成部として、ＭＥＭＳミラー等で構成される光射出装置１０で構成されるものとしているが、画像投射の方式はこれに限らず、例えば液晶パネルや有機ＥＬ等を用いて画像を形成するタイプのものにおいて、上記と同様に補正の処理を行うものとしてもよい。

また、例えば、矩形領域である第１映像領域ＲＲ１のアスペクト比については、動画に合せて１６：９であるものとしているが、第１映像領域ＲＲ１の形状はこれ以外に種々の物であってもよい。つまり、映し出す映像対象によって対応するアスペクト比に適宜変換するものとしてもよい。また、第１映像領域ＲＲ１と第２映像領域ＲＲ２との大きさを変化させてもよい。例えば第１映像領域ＲＲ１のアスペクト比の変換によって第１映像領域ＲＲ１で使用されない範囲が変わる。従って、この変換に伴って第２映像領域ＲＲ２の形状を異なるものとしてもよい。

また、上記では、画像処理部５２において、右眼用と左眼用との２つの画像処理部５２Ｒ，５２Ｌで構成するものとしているが、これらを１つの画像処理において行うことも可能である。また、光射出装置１０についても、光射出装置１０Ｒ及び光射出装置１０Ｌの２つで構成しているが、例えば１つのＭＥＭＳミラーを左右の双方に振り分けることで、２つの映像領域ＲＲ，ＬＬにおいて映像をそれぞれ形成させるものとしてもよい。逆に、上記では、台形補正処理部５３を１つで構成しているが、右眼用と左眼用との２つの台形補正処理部を有するものとしてもよい。

また、上述した図３（Ａ）等に示す信号光変調部１１の構造では、合成光形成部１１ａでの信号光ＧＬの形成において各色光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂからの光を合成するものとしているが、これは、本実施形態の信号光形成における一例であり、他の構成によって信号光ＧＬを形成することもできる。

上記では、光源として、ダイオードレーザ光源又はＬＥＤ光源を用いるものとしているが、光源は、例えば有機ＥＬ等の上記以外のものであってもよい。

また、上記各実施形態の虚像表示装置１００等では、右眼及び左眼の双方に対応して設ける構成としているが、右眼又は左眼のいずれか一方に対してのみ光射出装置１０等を設け画像を片眼視する構成にしてもよい。

また、上記第１実施形態の虚像形成部２０は、走査光学系１２から照射された走査光ＳＬを受け、これを反射して装着者に認識させるものとしているが、虚像形成部２０に膜状の部材であるホログラム素子を設けることにより画像を形成するものとしてもよい。つまり、ホログラム素子における回折を利用して特定の波長帯域にある画像光によって虚像を形成するとともに、広範囲な波長帯域にある外界光を通過可能とすることで、シースルーの構成にできる。

１０，１０Ｒ，１０Ｌ…光射出装置（映像生成部）、 １１…信号光変調部、 １１ｒ，１１ｇ，１１ｂ…色光源、 ＤＭ１，ＤＭ２…ダイクロイックミラー、 １２…走査光学系、 ＭＬ…コリメートレンズ、 １２ｂ…ＭＥＭＳミラー、 ２０，２０Ｒ，２０Ｌ…虚像形成部、 ５０…制御部、 ５１…主制御回路、 ５２…画像処理部、 ５２Ｒ…第１画像処理部、 ５２Ｌ…第２画像処理部、 ５３…台形補正処理部、 ６０…入力受付部、 ７０…入力操作部、 １００…虚像表示装置、 １００Ａ，１００Ｂ…表示装置、 ＯＡ…光軸、 ＮＰ…鼻パッド、 ＮＳ…鼻、 ＥＹ…眼、 ＥＡ…耳、 ＧＬ…信号光、 ＳＬ…走査光、 ＰＬ…画像光、 ＲＲ，ＬＬ…映像領域、 ＲＲ１，ＲＲ２，ＲＲ３，ＬＬ１，ＬＬ２…映像領域（分割映像領域）、 ＸＸ…対称軸

Claims (14)

1. 入力信号に応じて使用者に虚像を視認させるための画像信号の処理を行う画像処理部と、
   前記画像処理部からの画像信号に応じて前記虚像を視認させるための光を生成する映像生成部と、
   前記映像生成部からの光を映像領域に表示された前記虚像として視認させる虚像形成部と、を備え、
   前記映像生成部において光を生成し前記虚像形成部によって前記虚像として視認させるまでの過程で、歪を発生する虚像表示装置であって、
   前記画像処理部は、使用者に認識させるべき前記虚像の歪補正の処理を行う歪補正処理部を有し、
   前記画像処理部は、前記映像領域を、複数に分割した分割映像領域で構成させるとともに、前記分割映像領域にそれぞれ対応して前記歪補正処理部による歪補正の処理を含む処理を行い、
   前記分割映像領域は少なくとも第１映像領域と第２映像領域を含み、
   使用者の眼が並ぶ方向を横方向としたときに、前記第１映像領域は横長の形状であり、前記第２映像領域は縦長の形状である、虚像表示装置。
2. 前記歪補正処理部は、前記第１映像領域と前記第２映像領域に対して異なる歪補正の処理を行う、請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記第１映像領域は前記映像領域の内側に位置し、前記第２映像領域は前記映像領域の外側に位置する、請求項１及び２のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
4. 使用者からの指示を受け付ける入力受付部をさらに備え、
   前記画像処理部は、前記虚像形成部によって視認させる前記第２映像領域に、前記入力受付部で受け付ける動作に関するアイコン表示を行わせる、請求項１から３までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
5. 前記虚像形成部は、左右の眼にそれぞれ対応する右眼側虚像形成部と左眼側虚像形成部との一対で構成され、
   前記画像処理部は、前記右眼側虚像形成部によって視認させる前記映像領域の前記第１映像領域として右眼側第１映像領域を含むとともに、前記映像領域の前記第２映像領域として右眼側第２映像領域を含むように処理を行い、
   前記画像処理部は、前記左眼側虚像形成部によって視認させる前記映像領域の前記第１映像領域として左眼側第１映像領域を含むとともに、前記映像領域の前記第２映像領域として左眼側第２映像領域を含むように処理を行い、
   前記画像処理部は、前記右眼側第１映像領域と前記左眼側第１映像領域とにおいて、左右に共通する映像を表示させる、請求項１から４までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
6. 前記画像処理部は、前記右眼側第１映像領域と前記左眼側第１映像領域とにおいて、視差に応じて画像をずらすことで３Ｄ表示させる、請求項５に記載の虚像表示装置。
7. 前記画像処理部は、前記右眼側第２映像領域に形成される独立な映像を表示させ、前記左眼側第２映像領域に形成される別の独立な映像を表示させる、請求項５及び６のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
8. 前記歪補正処理部は、左右に共通する映像が表示される前記右眼側第１映像領域及び前記左眼側第１映像領域に対してのみ歪補正を行う、請求項５から７までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
9. 前記画像処理部は、前記右眼側虚像形成部によって視認させる前記右眼側第２映像領域を、使用者が視線を左側に向けた場合に視界から外れる範囲に形成し、前記左眼側虚像形成部によって視認させる前記左眼側第２映像領域を、使用者が視線を右側に向けた場合に視界から外れる範囲に形成する、請求項５から８までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
10. 前記歪補正処理部は、前記右眼側虚像形成部側に対する歪補正と前記左眼側虚像形成部側に対する歪補正とを左右方向に関する対称軸を基準としてミラー対称に行う、請求項５から９のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
11. 前記虚像形成部において、前記映像領域の中心位置は、装着時における使用者の眼の中心位置からずれている、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
12. 前記映像領域のうち前記第１映像領域の中心位置は、装着時における使用者の眼の中心位置に一致している、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
13. 前記映像生成部及び／又は前記虚像形成部は、少なくとも横台形歪を発生させる、請求項１から１２までのいずれか一項に記載の前記虚像表示装置。
14. 前記映像生成部は、画像に対応して変調された信号光を射出する信号光変調部と、前記信号光変調部から入射した信号光を走査させることにより、走査光として射出させる走査光学系と、を有する、請求項１から１３までのいずれか一項に記載の前記虚像表示装置。

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