JP6836050B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置に関する。

使用者の頭部に装着し、使用者に所定の映像を視認させる表示装置が知られている。例えば、外光に対して減光フィルタを置くことにより、周囲が明るい環境でもレーザ光による映像を相対的に明瞭に投影することができる表示装置が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２６４３２４号公報

しかしながら、上記の表示装置では、レーザ光以外の周囲の情報を遮ってしまうことになり、例えば、歩行中や運転中、作業支援のように、周囲環境にレーザ光による情報をオーバーラップするようなアプリケーションには適用が困難となる場合がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、使用者が周囲の環境から得られる情報を失うことなく、投影映像による情報も得ることが可能な表示装置を提供することを目的とする。

本表示装置（１）は、使用者の頭部に装着し、前記使用者に所定の映像を視認させる表示装置（１）であって、外光の光量を検出する光量検出手段（１７）と、電流値に応じた光量のレーザ光を出射するレーザ（２１１Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂ）と、減光比を切り替え可能なフィルタ（２２１〜２２７）を備え、前記レーザ光を減光する減光手段（２２）と、前記フィルタ（２２１〜２２７）を透過した前記レーザ光を走査する光走査部（１５）と、走査された前記レーザ光を投影して映像を形成する投影光学系（１６）と、前記光量検出手段（１７）で検出した前記外光の光量に基づいて、前記電流値を増減すると共に前記フィルタ（２２１〜２２７）の減光比を切り替えて前記映像の輝度を制御する制御手段（２７）と、を有し、減光比が隣接する前記フィルタ（２２１〜２２７）において、前記電流値を異なる値に設定したときに前記輝度が同一となるオーバーラップ領域が存在し、前記オーバーラップ領域は、オーバーラップ量が各々の前記フィルタ（２２１〜２２７）のディミングステップの２０％以上３０％以下となるように設けられていることを要件とする。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

開示の技術によれば、使用者が周囲の環境から得られる情報を失うことなく、投影映像による情報も得ることが可能な表示装置を提供できる。

本実施の形態に係る表示装置の外観を例示する斜視図である。 本実施の形態に係る表示装置の投影光学系を例示する模式図である。 本実施の形態に係る制御装置について説明するブロック図の一例である。 本実施の形態に係る減光フィルタの構成を例示する模式図である。 レーザの入力電流と光出力（光量）との関係の一例を示す図である。 輝度の調整について説明する図である。 図６のフィルタ２２１近傍の拡大図である。 レーザ電流と減光フィルタ切り替えの制御のフローチャートの一例である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

（表示装置の概要）
図１は、本実施の形態に係る表示装置の外観を例示する斜視図である。図２は、本実施の形態に係る表示装置の投影光学系を例示する模式図である。

図１及び図２に示す表示装置１は、使用者の眼の網膜に映像を直接投影する網膜走査型のヘッドマウントディスプレイである。

表示装置１は、例えば、データベース等に予め記録された作業支援のための情報を使用者に視認させる装置として利用することができる。或いは、表示装置１にカメラモジュールを設け、カメラモジュールで得た情報を使用者に視認させる装置として利用することができる。或いは、両者の機能を併せ持つ装置であっても構わない。

表示装置１は、主要な構成要素として、使用者（装着者）の頭部に装着可能な装着部１０と、装着部１０を制御する制御装置２０（後述）を内蔵する制御ボックス２０Ｂとを有している。制御ボックス２０Ｂは、例えば直方体の筐体であり、必要に応じ各種スイッチや表示部等を設けることができる。装着部１０と制御ボックス２０Ｂ内の制御装置２０とは、光ファイバや電線を含む伝送ケーブル３０により接続されている。

本実施の形態では、一例として装着部１０は眼鏡型をしており、左右に１組ずつ略対称に設けられたフロント１０ｆ及びテンプル１０ｔにより構成されている。フロント１０ｆには、レンズ（度数がゼロである場合も含む）が保持されている。

フロント１０ｆまたはテンプル１０ｔには、光量検出センサ１７が配置されている。光量検出センサ１７は、装着部１０の使用者の周囲の光量（外光の光量）を検出する光量検出手段である。光量検出センサ１７としては、例えば、フォトダイオード等を用いることができる。装着部１０にカメラモジュールが搭載されている場合には、別個に光量検出センサ１７を設けることなく、カメラモジュールを光量検出センサとして使用してもよい。

左右の何れか一方のテンプル１０ｔ（図１では左眼側）には、図２に示す光走査部１５、レンズ１６１及びハーフミラー１６２を備えた投影光学系１６が実装されている。すなわち、表示装置１では、光走査部１５及び投影光学系１６が片眼側にのみ実装されている。光走査部１５及び投影光学系１６は、右眼側にも左眼側にも配置可能であり、配置された側の眼の網膜に映像を投影する機能を有している。

光走査部１５は、入射するレーザ光を２次元に走査し、走査されたレーザ光はレンズ１６１及びハーフミラー１６２を介して表示装置１の装着者の眼球５００の網膜に直接投影され２次元の映像を形成する。

光走査部１５は、例えば、直交する２軸に対して揺動する１つのミラーを備えている。光走査部１５は、例えば、半導体プロセス等で作製されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）とすることができる。光走査部１５のミラーは、例えば、圧電素子の変形力を駆動力とするアクチュエータにより駆動することができる。なお、投影光学系１６は、レンズ１６１、及びハーフミラー１６２以外の光学部品等を備えていてもよい。

図３は、本実施の形態に係る制御装置について説明するブロック図の一例である。図３に示すように制御装置２０において、レーザモジュール２１は、電流値に応じた光量のレーザ光を出射するレーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂや、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの夫々の直近の光量をモニタする光量検出センサ２１５等を備えている。

レーザ２１１Ｒは、例えば、赤色半導体レーザであり、波長λＲ（例えば、６４０ｎｍ）の光を出射することができる。レーザ２１１Ｇは、例えば、緑色半導体レーザであり、波長λＧ（例えば、５３０ｎｍ）の光を出射することができる。レーザ２１１Ｂは、例えば、青色半導体レーザであり、波長λＢ（例えば、４４５ｎｍ）の光を出射することができる。

光量検出センサ２１５としては、例えば、フォトダイオード等を用いることができる。光量検出センサ２１５は、減光手段である減光フィルタ２２を透過前のレーザ光量を検出できる任意の位置に配置することができる。

レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂから出射された各波長のレーザ光は、ダイクロイックミラー等により合成され、減光フィルタ２２に入射する。

減光フィルタ２２は、減光比の異なる複数のフィルタを切り替え可能に構成されている。減光フィルタ２２を構成する複数のフィルタの内の１つを選択することで、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂから出射された光（合成後の光）を所定の減光比で減光することができる。但し、減光フィルタ２２を構成する複数のフィルタには、入射光を略１００％透過する仕様のものが含まれていてもよい。このように、減光フィルタ２２は、表示装置１の使用者が視認する映像の輝度を調整する機能を有する。減光フィルタ２２は、例えば、ＮＤ（Neutral Density）フィルタである。

減光フィルタ２２は、例えば、図４に示す構成とすることができる。図４の例では、減光フィルタ２２は、フィルタ２２１〜２２７の７つのフィルタを備えており、フィルタ２２１〜２２６にいくに従って減光比が低くなる（透過率が高くなる）ように設定されている。また、フィルタ２２７は透過率が略１００％に設定されている。減光フィルタ２２は、例えば、ステッピングモータにより矢印Ａ方向に可動できるように構成されている。但し、フィルタの個数は７つに限定されず、要求仕様に応じて任意の個数とすることができる。

このように、減光フィルタ２２は、減光比が最も高いフィルタ２２１と減光比が最も低いフィルタ２２７との間に、減光比が段階的に変化するように複数のフィルタ２２２〜２２６を一列に配列した構造とすることができる。例えばステッピングモータ等を用いた機械的手段により、フィルタ２２１〜２２７の内の１つのフィルタがレーザ光の光路上に選択的に配置されることで、レーザ光を所定の減光比で減光することができる。なお、減光比とは、各フィルタへ入射する光の光量と各フィルタから出射する光の光量との比率である。

図３に戻り、システムコントローラ２３は、例えば、光走査部１５のミラー（図示せず）の振れ角制御を行うことができる。システムコントローラ２３は、例えば、光走査部１５に設けられている水平変位センサ（図示せず）、垂直変位センサ（図示せず）で得られるミラーの水平方向及び垂直方向の傾きをバッファ回路２４を介してモニタし、ミラー駆動回路２５に角度制御信号を供給することができる。そして、ミラー駆動回路２５は、システムコントローラ２３からの角度制御信号に基づいて、光走査部１５のミラーを所定角度に駆動（走査）することができる。

また、システムコントローラ２３は、例えば、制御装置の外部から入力されるデジタルの映像信号に応じた駆動信号をレーザ駆動回路２６に供給することができる。なお、制御装置の外部とは、例えば、パーソナルコンピュータやカメラモジュール等である。

レーザ駆動回路２６は、システムコントローラ２３からの駆動信号に基づいて、レーザモジュール２１のレーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂに所定の電流を供給する。これにより、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂが映像信号に応じて変調された赤色、緑色、及び青色の光を発し、これらを合成することで、制御装置の外部から入力されるデジタルの映像信号に対応したカラーの映像を形成することができる。

制御手段であるＣＰＵ２７には、装着部１０の光量検出センサ１７の出力（外光の光量）が、伝送ケーブル３０を介して入力される。ＣＰＵ２７は、光量検出センサ１７で検出した外光の光量に基づいて、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの夫々の電流値を増減すると共に減光フィルタ２２を構成する複数のフィルタを切り替えて、使用者が視認する映像の輝度を制御する。

具体的には、ＣＰＵ２７は、装着部１０の使用者の周囲の光量（外光の光量）を光量検出センサ１７の出力によりモニタし、外光の光量に基づいて、レーザモジュール２１に光量制御信号を供給し、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの夫々の電流値を増減する。

また、ＣＰＵ２７は、装着部１０の使用者の周囲の光量（外光の光量）を光量検出センサ１７の出力によりモニタし、外光の光量に基づいて、フィルタ駆動回路２８に減光フィルタ２２を切り替えるための切替信号を供給する。例えば、減光フィルタ２２がステッピングモータにより可動できるように構成されている場合、フィルタ駆動回路２８はステッピングモータに切替信号を供給して減光フィルタ２２の所定のフィルタを選択することができる。

また、ＣＰＵ２７は、例えば、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの根元の出射光量を光量検出センサ２１５の出力によりモニタし、レーザモジュール２１に光量制御信号を供給することができる。レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂは、ＣＰＵ２７からの光量制御信号に基づいて、所定の出力（光量）になるように電流制御される。ここで、所定の出力は、光量検出センサ１７が検出した外光の光量に基づいて決定された目標光量であり、決定された目標光量からずれた分が光量検出センサ２１５の出力に基づいてフィードバック制御される。

なお、光量検出センサ２１５は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの出射光量を独立に検出する３つのセンサを含む構成とすることができる。或いは、光量検出センサ２１５は、１つのセンサのみから構成してもよい。この場合には、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂを順次発光させて、１つのセンサで順次検出することで、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの出射光量の制御が可能となる。

減光フィルタ２２を構成する複数のフィルタの内の１つを透過したレーザ光は、伝送ケーブル３０内の光ファイバ（図示せず）を介して、装着部１０の光走査部１５のミラーに照射され走査される。光走査部１５のミラーに走査されたレーザ光は、投影光学系１６により装着部１０の使用者の網膜に直接投影されて映像が形成され、使用者は所定の輝度の映像を視認できる。

なお、図３において矢印の図示は省略されているが、ＣＰＵ２７は、システムコントローラ２３、バッファ回路２４、ミラー駆動回路２５、及びレーザ駆動回路２６とも接続され、これらの初期設定（出力する電圧値の範囲の設定等）を行う仕様となっている。

（レーザ光量と減光フィルタの制御）
図５は、レーザの入力電流と光出力（光量）との関係（所謂Ｉ−Ｌ特性）の一例を示す図である。レーザは、一定の電流（閾値電流）を印加したところからレーザ発光が始まる。そして、ある程度の電流を印加するまでは、電流に対する光出力の関係は非線形である。例えば、図５において、電流Ｉ_１〜電流Ｉ_２までは、レーザの電流と光出力（光量）との関係が非線形の非線形領域である。

非線形領域では、任意の輝度を出したつもりでも、実際には所望の輝度より弱かったり強かったりする。表示装置１は、Ｒ／Ｇ／Ｂの三色のレーザ光を合成することであらゆる色を表現するが、非線形領域を使用するとＲ／Ｇ／Ｂの出力のバランスが崩れ、期待の色が得られなくなる。従って、Ｒ／Ｇ／Ｂの各レーザにおいて、可能な限り非線形領域の使用を避ける必要がある。

なお、レーザに電流を流し過ぎると、光出力が飽和し、やはり非線形になる。電流を流し過ぎて非線形になった領域も使用には適さない。そのため、Ｒ／Ｇ／Ｂの各レーザに流す電流値にリミットを設けておき、常にレーザの電流と光出力（光量）との関係が線形の線形領域において、レーザの電流値を増減することが好ましい。

図６は、輝度の調整について説明する図であり、所望の輝度を得るためのディミングステップに対するレーザ光量と減光フィルタを構成する各フィルタとの関係の一例を示している。ここでは、減光フィルタは、図４に示した減光比の異なる７つのフィルタ２２１〜２２７を備えているものとする。図６において、右上がりに傾斜する直線（連続する丸ドット）は、要求される映像の輝度を示し、各四角ドットは各フィルタを透過後のレーザ光量を示している。

図６の例では、フィルタ２２１〜２２７が、ディミングステップ０（ＤＳ_０）〜ディミングステップ２５５（ＤＳ_２５５）の２５６のディミングステップで輝度を切り替える仕様となっている。但し、これには限定されず、要求仕様に応じて、１２８、６４、３２等の任意のディミングステップで輝度を切り替える設計とすることができる。

図７は、図６のフィルタ２２１近傍の拡大図である。図７に示すように、最も減光比の高いフィルタ２２１を選択し、ＤＳ_０でレーザ光量を３６％とすることで、１２ｃｄの輝度を実現できる。ＤＳ_１、ＤＳ_２、・・・とディミングステップを上げるにしたがってレーザ光量が上がり、輝度が少しずつ高くなる。

フィルタ２２１で輝度が最大となるディミングステップまできたら、レーザ光量を下げた後、減光比の低いフィルタ２２２に切り替えることで、更に高い輝度を得ることができる。なお、図６及び図７の右側の軸のレーザ光量１００％は、例えば、図５の電流Ｉ_３に対応する光出力とすることができる。

図６を見ると、１２ｃｄの輝度を実現するために、フィルタ２２１より減光比が低いフィルタ２２２を選択し、レーザ光量を１０％程度に絞ってもよいように思える。しかし、レーザ光量を低域するために入力電流を低くしていくとＩ−Ｌ特性の非線形領域（例えば、図５の電流Ｉ_１〜電流Ｉ_２の領域）に至り、実際には所望の光量を得ることが難しくなる。従って、実際には、レーザ光量を２５％程度までしか絞らない設計としている。

仮に、フィルタ２２２を選択してＩ−Ｌ特性の非線形領域を用いて輝度１２ｃｄでホワイトバランスを合わせたとしても、中間階調のホワイトバランス（灰色のバランス）が合っているとは限らず、例えば、映像が赤みがかって見えるなどしてしまう。一方、フィルタ２２１を選択して輝度１２ｃｄを実現する場合には、Ｉ−Ｌ特性の線形領域（例えば、図５の電流Ｉ_２〜電流Ｉ_３の領域）を使用できるため、中間階調のホワイトバランスも仕様の範囲内に合わせることができる。

また、図６のフィルタ２２３とフィルタ２２４との間に梨地模様で示した部分があるが、これは、所望のディミングステップとするときに選択可能な減光フィルタが２通りあることを示している。

選択可能な減光フィルタが２通りあることは、フィルタ２２３とフィルタ２２４に限らず、減光比が隣接する他のフィルタについても同様である。つまり、複数のフィルタの内の一つのフィルタを選択しレーザに第１の電流値を設定した場合の映像の輝度と、一つのフィルタと減光比が隣接する他のフィルタを選択しレーザに第２の電流値を設定した場合の映像の輝度とが同一となる組み合わせが必ず存在する。

これは、周囲温度の変化やレーザの経年変化により、期待のレーザ光量と実際に得られたレーザ光量との間に差異がみられた場合に調整（ＬＤＡＰＣ：LASER Diode Auto Power Control）を行う目的のために設けたオーバーラップである。

オーバーラップを認めない場合、レーザ光量の差異が存在した場合には減光フィルタの切替えが頻繁に行われる可能性がある。しかし、オーバーラップしていることで、減光フィルタはそのままとし、レーザ電流の切替えのみでレーザ光量の調整を行うことができる。オーバーラップ量は、例えば、各フィルタのディミングステップの２０〜３０％程度とすることができる。

図８は、レーザ電流と減光フィルタ切り替えの制御のフローチャートの一例である。まず、ステップＳ１０１では、ＣＰＵ２７は、光量検出センサ１７から外光光量を取得する。次に、ステップＳ１０２では、ＣＰＵ２７は、ステップＳ１０１で取得した外光光量に基づいて各レーザの目標光量を計算する。

次に、ステップＳ１０３では、ＣＰＵ２７は、光量検出センサ２１５から各レーザ（レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂ）の光量を取得する。次に、ステップＳ１０４では、ＣＰＵ２７は、ステップＳ１０３で取得した各レーザの光量と、ステップＳ１０２で計算した目標光量との差分を計算する。次に、ステップＳ１０５では、ＣＰＵ２７は、ステップＳ１０４で計算した差分から制御量（各レーザの電流値）を計算する。

次に、ステップＳ１０６では、ＣＰＵ２７は、ステップＳ１０３で取得した各レーザの光量よりも、ステップＳ１０２で計算した目標光量の方が大きいか否か判定する。ステップＳ１０６で目標光量の方が大きいと判定した場合（Ｙｅｓの場合）にはステップＳ１０７に移行し、ステップＳ１０６で目標光量以下と判定した場合（Ｎｏの場合）にはステップＳ１１１に移行する。

次に、ステップＳ１０７では、ＣＰＵ２７は、減光フィルタの切替えを伴うか否かを判定する。ステップＳ１０７で減光フィルタの切替えを伴わないと判定した場合（Ｎｏの場合）にはステップＳ１０８に移行し、ＣＰＵ２７は、レーザモジュール２１に光量制御信号を供給して各レーザの電流を増加する。

ステップＳ１０７で減光フィルタの切替えを伴うと判定した場合（Ｙｅｓの場合）にはステップＳ１０９に移行し、ＣＰＵ２７は、レーザモジュール２１に光量制御信号を供給して各レーザ電流を変更する。次に、ステップＳ１１０では、ＣＰＵ２７は、フィルタ駆動回路２８に切替信号を供給して減光フィルタを透過率の低いものに切り替える。

なお、ステップＳ１０９において、『レーザ電流を変更する』としたのは、輝度を上げるために減光フィルタを透過率の低いものに切り替えた場合には、レーザ電流を増加する場合と減少する場合の両方があるためである。後述のステップＳ１１４についても同様である。

ステップＳ１１１では、ＣＰＵ２７は、減光フィルタの切替えを伴うか否かを判定する。ステップＳ１１１で減光フィルタの切替えを伴わないと判定した場合（Ｎｏの場合）にはステップＳ１１２に移行し、ＣＰＵ２７は、レーザモジュール２１に光量制御信号を供給して各レーザの電流を減少する。

ステップＳ１１１で減光フィルタの切替えを伴うと判定した場合（Ｙｅｓの場合）にはステップＳ１１３に移行し、ＣＰＵ２７は、フィルタ駆動回路２８に切替信号を供給して減光フィルタを透過率の高いものに切り替える。次に、ステップＳ１１４では、ＣＰＵ２７は、レーザモジュール２１に光量制御信号を供給して各レーザ電流を変更する。

なお、図８において、減光フィルタの切替えを伴うレーザ光量の切替えでは、次の点に注意が必要である。レーザ光量を上げる場合、例として、次の２パターンが考えられる。第１のパターンは、レーザ電流を増加させ、フィルタの透過率を上げる場合である。第２のパターンは、レーザ電流を減少させ、フィルタの透過率を上げる場合である（透過率を上げると明るくなりすぎるので、その分電流で微調整を行う場合を意味している）。

このうち、第２のパターンについては、フィルタの透過率を先に上げてしまうと、投影映像の光量は目標より高い状態になってしまう。これでは一時的に使用者に強い光量を照射することになり眩惑の危険性が発生するため、レーザ電流を先に変更するべきである。そのため、ステップＳ１０７〜Ｓ１１０のような流れとしている。

レーザ光量を下げる場合、上記と同様に考えると、以下の２パターンが考えられる。第１のパターンは、レーザ電流を減少させ、減光フィルタの透過率を下げる場合である。第２のパターンは、レーザ電流を増加させ、減光フィルタの透過率を下げる場合である。

このうち、第２のパターンについては、先にレーザ電流を増加すると、一時的に目標光量より高い投影映像を使用者に照射することになるため、減光フィルタを先に切り替えるべきである。そのため、ステップＳ１１１〜Ｓ１１４のような流れとしている。

ところで、人間は明るい環境から暗い環境へ（またはその逆）移動したときに、すぐには目が慣れない。一般的に、明順応は１分程度、暗順応は３０分程度の時間を要する。これは、瞳孔の収縮・拡散にかかる時間ではなく、網膜の暗所視で必要な物質（ロドプシン）の分解及び合成によるものである。

そこで、表示装置１において、ＣＰＵ２７は、外光の光量の変化に対して、所定の遅延を持たせて映像の輝度を目標値に制御することが好ましい。具体的には、実際の目の慣れに合わせて（明順応（１分程度）及び暗順応（３０分程度）に合わせて決定された）所定の遅延を持たせた光量の調整を行うと好適である。これにより、例えば、暗い環境下に移動した時に（屋外から屋内に移動した時等）、人間の目の慣れよりも早く映像が暗くなってしまう問題を避けることができる。

具体的には、図８のステップＳ１０２において、制御に使用する目標光量を、真の目標光量とは異なる値に設定し、徐々に真の目標光量に近づけるようにすればよい。すなわち、通常よりも時間をかけて真の目標光量に達するように制御すればよい。或いは、図８のステップＳ１０５において、制御量に１未満の任意の値を掛け合わせることにより、制御に遅延を持たせることも可能である。これらにより、使用者の眼の慣れに適応した輝度の制御が可能となる。

このように、本実施の形態に係る表示装置では、使用者の周囲の外光の光量を検出し、検出結果に基づいてレーザ電流及び減光フィルタの減光比を制御するので、使用者が明るい環境下で投影映像を暗く感じたり、逆に暗い環境下で投影映像を明るく感じたりするおそれを低減できる。すなわち、外光の明るさによらず、使用者にとって最適な明るさの映像を投影することが可能となる。

また、レーザ電流及び減光フィルタの減光比の制御は光量検出センサで得られた光量に基づいて自動で行うので、使用者が明るい環境から暗い環境（またはその逆）に移動したときに使用者に対し違和感を感じさせず投影映像の光量を制御することが可能となる。また、使用者に対しレーザ光で眩惑したり、逆に情報が見え難くなったりする問題を解消することが可能となる。

また、外光と同じ光量の投影映像とすることができるので、外部環境または投影映像の片方が見づらくなったり、投影映像により幻惑されたりすることがなくなる。従って、外部環境に投影映像をオーバーラップさせるようなアプリケーションでも使用者は違和感なく使用することができる。

また、輝度の制御は、レーザ電流の増減と、減光フィルタの減光比の切り替えとの両方により行うので、減光フィルタの段数（フィルタ数）を抑えることができる。また、レーザの電流制御のみで行うことにより生ずる低階調領域のホワイトバランスのずれを低減することが可能となる。

また、レーザは閾値電流付近の低階調領域では、一般に電流に対する光出力は非線形である。よって、低階調ではＲ／Ｇ／Ｂ各色が期待の光量とならないことで、期待の色が出ないおそれがある。表示装置１では、外光に対するレーザ電流の制御に減光フィルタの切り替え制御を組み合わせているため、レーザの線形領域を容易に使用することが可能となり、期待の色を出力することができる。

また、人間の目の暗順応及び明順応に合わせて、輝度の制御に遅延を持たせることにより、人間の目の「慣れ」に応じた自然な輝度の変化を実現できる。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上記の実施の形態では、映像を左眼のみに投影する表示装置の例を示したが、映像を左眼及び右眼に投影する表示装置とすることも可能である。この場合には、左右のテンプル１０ｔそれぞれに光走査部１５並びにレンズ１６１及びハーフミラー１６２を実装すると共に左右に１つずつ光量検出センサ１７を配置し、それぞれの眼に投影する映像の輝度を制御する制御装置２０を設ければよい。これにより、左右独立にレーザ電流及び減光フィルタを制御可能となり、両眼に対し適切な光量の映像を投影することができる。
例えば、片目で拡大鏡を覗くような、左右の眼で見ているものが異なる場合に対して有効である。

また、上記の実施の形態では、レーザ電流及び減光フィルタの減光比の制御を光量検出センサで得られた光量に基づいて自動で行う例を示したが、レーザ電流及び減光フィルタの減光比の制御を使用者がマニュアルで行う構成とすることもできる。例えば、制御ボックスに設けたスイッチを使用者が押すたびに使用者の眼に投影される映像の輝度が変わるように構成することができる。これにより、使用者の意志により最適な光量を投影することが可能となる。

また、上記の実施の形態では、装着部を眼鏡型としたが、装着部は必ずしも眼鏡型としなくてもよい。例えば、投影光学系を内蔵した装着部を、装着者が頭部に装着する一般的な眼鏡に着脱可能な形状としてもよい。この場合、眼鏡の右眼側と左眼側の何れの側にも着脱可能に構成することで、様々なユーザが利き眼に合わせて利用できる。

また、上記の実施の形態では、減光フィルタは減光比の異なる複数のフィルタを一列に配列してフィルタを切り替える構造とする例を示したが、複数のフィルタが重なるように配列して、フィルタを重ねる枚数を変化させて減光比を切り替える構造としてもよい。この場合、フィルタはすべて同じの減光比を持つものを使用するようにしてもよい。

また、上記の実施の形態に係る表示装置は、網膜走査型のヘッドマウントディスプレイのみならず、各種ウェアラブル端末に適用できる。

１ 表示装置
１０ 装着部
１０ｆ フロント
１０ｔ テンプル
１５ 光走査部
１６ 投影光学系
１７、２１５ 光量検出センサ
２０ 制御装置
２０Ｂ 制御ボックス
２１ レーザモジュール
２２ 減光フィルタ
２３ システムコントローラ
２４ バッファ回路
２５ ミラー駆動回路
２６ レーザ駆動回路
２７ ＣＰＵ
２８ フィルタ駆動回路
３０ 伝送ケーブル
１６１ レンズ
１６２ ハーフミラー
２１１Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂ レーザ
２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６、２２７ フィルタ
５００ 眼球

Claims (11)

1. 使用者の頭部に装着し、前記使用者に所定の映像を視認させる表示装置であって、
   外光の光量を検出する光量検出手段と、
   電流値に応じた光量のレーザ光を出射するレーザと、
   減光比を切り替え可能なフィルタを備え、前記レーザ光を減光する減光手段と、
   前記フィルタを透過した前記レーザ光を走査する光走査部と、
   走査された前記レーザ光を投影して映像を形成する投影光学系と、
   前記光量検出手段で検出した前記外光の光量に基づいて、前記電流値を増減すると共に前記フィルタの減光比を切り替えて前記映像の輝度を制御する制御手段と、を有し、
   減光比が隣接する前記フィルタにおいて、前記電流値を異なる値に設定したときに前記輝度が同一となるオーバーラップ領域が存在し、
   前記オーバーラップ領域は、オーバーラップ量が各々の前記フィルタのディミングステップの２０％以上３０％以下となるように設けられていることを特徴とする表示装置。
2. 前記制御手段は、前記外光の光量の変化に対して、所定の遅延を持たせて前記映像の輝度を目標値に制御することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記所定の遅延は、人間の目の暗順応及び明順応に合わせて決定されることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
4. 前記制御手段は、前記レーザの光量と前記外光の光量に基づいた目標光量との差分から求めた前記電流値の制御量に１未満の任意の値を掛け合わせることにより、前記所定の遅延を持たせる請求項２又は３に記載の表示装置。
5. 前記制御手段は、前記映像の輝度を上げる場合であって、前記電流値を減少させ、前記フィルタの減光比を高いものから低いものに切り替える場合には、前記電流値を変更し、その後前記フィルタを切り替えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の表示装置。
6. 前記制御手段は、前記映像の輝度を下げる場合であって、前記電流値を増加させ、前記フィルタの減光比を低いものから高いものに切り替える場合には、前記フィルタを切り替え、その後前記電流値を変更することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の表示装置。
7. 前記フィルタの内の一つの減光比となるフィルタを選択し前記レーザに第１の電流値を設定した場合の前記映像の輝度と、前記一つの減光比となるフィルタと減光比が隣接する他の減光比となるフィルタを選択し前記レーザに第２の電流値を設定した場合の前記映像の輝度と、が同一となる組み合わせが存在することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の表示装置。
8. 前記制御手段は、前記レーザの電流と光量との関係が線形の領域において、前記電流値を増減することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の表示装置。
9. 前記減光手段は、減光比の異なる複数のフィルタを備え、
   減光比が最も高いフィルタと減光比が最も低いフィルタとの間に、減光比が段階的に変化するように複数のフィルタを一列に配列した構造であり、機械的手段により１つのフィルタが前記レーザ光の光路上に選択的に配置されることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の表示装置。
10. 前記投影光学系は、前記使用者の眼の網膜に前記映像を投影することを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の表示装置。
11. 前記使用者の頭部に装着可能な眼鏡型の装着部と、前記装着部を制御する制御装置と、前記装着部と前記制御装置とを接続する伝送ケーブルと、を備え、
    前記光量検出手段、前記光走査部、及び前記投影光学系は、前記装着部に配置され、
    前記レーザ、前記減光手段、及び前記制御手段は、前記制御装置に配置され、
    前記レーザ光は、前記伝送ケーブルを介して伝送されることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の表示装置。