JPH0767055A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、非常に明るい光源を含む外界像観
察時の電子像の視認性を低下させないため、並びに黒色
の電子像を表示するために、電子像映像信号のフィール
ドまたはフレーム信号に同期して、外界像遮光手段の開
閉を制御する。 【構成】ＨＭＤは、電子像提示系と、外界像提示系と、
光学的画像合成手段で構成される。上記電子像提示系
は、映像信号切り換え回路１１ａからの電子像を表示す
るＬＣＤ１２と、このＬＣＤ１２上に表示された電子像
を眼球１３上に結像する結像光学系１４で構成される。
上記外界像提示系は、透過型白黒液晶パネルを用いた外
界像遮光用シャッタ１５と、この外界像遮光用シャッタ
１５を制御する信号を出力する外界像遮光手段制御回路
１６で構成される。上記光学的画像合成手段は、電子像
の光路を９０°偏向し、外界像遮光用シャッタ１５を通
過する外界像と光学的に重ね合わせて提示するハーフミ
ラー１７で構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子像と外界像とを
光学的に重ね合わせて提示する機能を有するヘッドマウ
ントディスプレイ等に好適な光学装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子像と外界像とを光学的に重ね
合わせて提示する機能を有するヘッドマウントディスプ
レイ（以下、ＨＭＤと略記する）については、例えば計
測自動制御学会第６回ヒューマン・インターフェース・
シンポジウム論文集、１９９０年、１〜８頁に廣瀬通孝
氏らが「シースルー型ＨＭＤを用いた仮想空間による実
空間の修飾の研究」と題して発表した論文に記載されて
いるように、高輝度陰極線管（以下、ＣＲＴと略記す
る）とハーフミラーとを組合わせた装置が、一般に広く
知られている。また、近年の液晶表示素子（以下、ＬＣ
Ｄと略記する）技術の著しい進歩に伴い、高輝度バック
ライトユニットを装着した透過型ＬＣＤがＣＲＴの代わ
りに用いられるようになっている。

【０００３】図１１は、ＬＣＤとハーフミラーとを組合
わせたＨＭＤの構成を示す図である。同図に於いて、Ｌ
ＣＤ１上に表示された電子像は、結像光学系２を通過し
た後、ハーフミラー３で反射され、観察者の眼球４上に
結像する。一方、外界像は、シャッタ５が開状態の場
合、ハーフミラー３を透過して直接観察者の眼球４に到
達する。したがって、電子像の表示、非表示及びシャッ
タの開、閉状態により、電子像のみを提示するモード、
外界像に電子像を重ね合わせて提示するスーパーインポ
ーズモード、外界像のみを提示するシースルーモードの
３つの動作モードを選択することが可能となる。

【０００４】しかし、このような構成のＨＭＤをスーパ
ーインポーズモードで使用した場合、外界像の明るさに
比べて電子像の表示輝度が十分でないと、電子像が視認
しづらくなる。通常、こうした状況では、電子像の表示
輝度を増加させて視認性の改善を図るが、表示輝度の増
加にも限界があるため、外界像に照明灯等の非常に明る
い光源が含まれている場合には電子像の視認性が著しく
低下してしまう。

【０００５】更に、観察者はハーフミラー３により反射
されたＬＣＤ像を電子像として観察することになるた
め、ＬＣＤ１上に黒色の画像を表示させた場合、ハーフ
ミラー３からの反射像では透明色となり、そこから外界
像が透過してしまう。したがって、このような構成のＨ
ＭＤでは、シャッタ５が閉状態でない限り、本質的に黒
色の電子像を表示することができない。

【０００６】このことを、図１２を用いて説明する。図
１２（ａ）に示される外界像と、同図（ｂ）に示される
ＬＣＤ像とを光学的に重ね合わせたような、同図（ｃ）
に示されるスーパーインポーズ像を観察したい場合に、
外界像はハーフミラー３を透過しても明るさが半分に低
下するだけである。また、ＬＣＤ１上の白色領域は同図
（ｄ）に示されるようにハーフミラー３の反射像でも白
色のままである（この場合、同図（ｄ）では図を分かり
易くするために白色領域に影をつけている）。一方、Ｌ
ＣＤ１上の黒色領域は、ハーフミラー３の反射像では透
明色となってしまう。その結果、黒色の電子像が表示さ
れるべき領域には、外界像が透過して、観察者は実際に
は同図（ｅ）で示されるようなスーパーインポーズ像を
観察することになる。

【０００７】以上説明したように、図１１に示された構
成のＨＭＤをスーパーインポーズモードで使用する場合
には、第１に照明灯等の非常に明るい光源が含まれてい
る外界像観察時の電子像の視認性の低下の問題、そして
第２に黒色の電子像を表示することができないという２
つの大きな課題が生じる。

【０００８】第１の課題については、例えば特開平４−
２６２８９号公報に開示されているように、観察者の目
に到達する外界像の明るさを調節するための調光手段を
設けて電子像の視認性の低下を防ぐ装置が提案されてい
る。

【０００９】図１３は、図１１のＨＭＤに透過型液晶パ
ネル６から成る調光手段を設けたＨＭＤの構成図であ
る。調光手段制御回路７は、光センサ８から出力される
外部光量情報に基いて調光用液晶パネル６の透過率を制
御して、常に電子像が最も見やすくなるように外界像の
明るさを自動的に調節する。勿論、外部光量情報に基く
自動調光を行わずに、マニュアルボリューム等で設定し
た適当な値に、調光用液晶パネル６の透過率を固定して
使用することも可能である。

【００１０】第２の課題については、例えば特開平４−
１７１７号公報に開示されているように、ドットマトリ
クス型の透過白黒ＬＣＤパネルを外界像遮光用シャッタ
として用いることにより、外界像の一部のみを遮光可能
として黒色の電子像を表示させる装置が提案されてい
る。このことを図１４を参照して説明する。

【００１１】図１４（ａ）に示される外界像と、同図
（ｂ）に示されるＬＣＤ像とを光学的に重ね合わせたよ
うな同図（ｃ）に示されるスーパーインポーズ像を観察
したい場合に、上述したように、ＬＣＤ１上の黒色領域
はハーフミラー３の反射像では同図（ｄ）に示されるよ
うに透明色となって、そのままでは外界像が透過してし
まう。しかしながら、同図（ｅ）に示されるように、ド
ットマトリクス型の透過ＬＣＤパネルから成る外界像遮
光用シャッタ５上に外界像遮光用のマスク像を表示させ
ると、マスクされた領域の外界像はハーフミラー３を透
過できず、観察者には同図（ｆ）に示されるような黒色
の領域となって観察される。したがって、黒色の電子像
を表示させたい領域に対応したマスク像を外界像遮光用
シャッタ５上に表示させてやることにより、観察者は同
図（ｇ）に示された、所望のスーパーインポーズ像を観
察することができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た第１の課題に対する対策として透過型液晶パネル等か
ら成る調光手段を設けたＨＭＤでは、調光手段を働かせ
ることにより外界像全面が一様に調光されてしまう。こ
のため、各部分で明るさが著しく異なっているような外
界像を観察する場合に、新たな問題が発生する。例え
ば、外界像に非常に明るい領域と暗い領域とが近接して
混在しており、光センサが各々の領域の明るさを単独に
は測定できないような状況を考えてみると、調光手段は
２つの領域の平均光量に従って制御されるため、何れの
領域も適正な明るさには調光されない。

【００１３】したがって、視線検出手段等を用いて観察
者が外界像のどの領域を注視しているのかを検出し、常
に注視領域が適正な明るさとなるように調光手段を制御
しなければ、全ての観察領域に対して適正に調光された
外界像を得ることはできない。しかし、この方法では、
注視点を移動する度に調光手段が作動して外界像全体の
明るさが目まぐるしく変化するため、観察者に不快感を
与え、実用には適さないものである。

【００１４】一方、上述した第２の課題に対する対策と
してドットマトリクス型の透過白黒ＬＣＤパネルから成
る外界像遮光用シャッタを設ける場合、シャッタとして
用いられるＬＣＤパネルにはコントラスト比７０以上の
高い遮光性能が必要とされる。ＬＣＤパネルの画素数が
非常に少なく、スタティック駆動が可能な場合には、必
要とされるコントラスト性能を達成することは容易であ
る。しかしなから、シャッタ用ＬＣＤパネルに電子像並
の画素数を要求する場合は、必然的にＬＣＤパネルをダ
イナミック駆動しなければならない。

【００１５】現在、一般に広く利用されているドットマ
トリクス型透過白黒ＬＣＤパネルのうち、比較的高いコ
ントラスト比が得られるものに、補償用ＬＣＤパネルを
用いてＳＴＮパネルの複屈折効果で生じた光の位相差を
補償して白黒表示を実現する２層ＳＴＮ（以下、ＤＳＴ
Ｎと略記する）パネル、及びＤＳＴＮパネルの補償用Ｌ
ＣＤパネルの代わりとなる２枚の位相差板でＳＴＮパネ
ルを上下に挟む構造をとる３層ＳＴＮ（以下、ＴＳＴＮ
と略記する）パネルとがある。ところが、ＤＳＴＮパネ
ルではコントラスト比１４程度、ＴＳＴＮパネルでもコ
ントラスト比２０程度しか得られない。したがって、コ
ントラスト不足のため、外界像遮光用シャッタとしては
使用することができない。

【００１６】薄膜トランジスタ等をスイッチング素子と
して用いるアクティブ駆動方式を採用すると、数百×数
百画素から成るＬＣＤパネルをコントラスト比１００以
上で駆動することが可能となる。しかしながら、スイッ
チング素子や配線領域に広い面積をとられるため、その
開口率は３０％程度しかなく、例え全開にしても非常に
暗い外界像しか得られず、実用的なものにはならない。

【００１７】この発明は上記課題に鑑みてなされたもの
で、照明灯等の非常に明るい光源が含まれている外界像
観察時の電子像の視認性が低下せず、黒色の電子像を表
示することの可能な光学装置を提供することを目的とす
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、任
意に作成可能な電子像映像を表示する発光型表示素子
と、外界像を遮光可能な外界像遮光手段と、電子像映像
信号のフィールド信号若しくはフレーム信号に同期し
て、上記外界像遮光手段の遮光状態を制御する外界像遮
光制御手段と、上記電子像映像と上記外界像とを光学的
に重ね合わせて提示する画像合成手段とを具備すること
を特徴とする。

【００１９】

【作用】この発明の光学装置にあっては、黒色の電子像
を表示させる場合、外界像遮光手段制御回路が先ず電子
像映像信号の１フィールド期間、例えば奇数フィールド
期間だけ、外界像遮光手段を閉状態とする。この期間は
外界像が完全に遮光されているため、発光型表示素子が
黒色の電子像を表示したとしてもスーパーインポーズ像
に外界像が透過することはない。したがって、観察者は
純粋に黒色の電子像を観察することができる。次に、映
像信号が偶数フィールドに切り換わると、外界像遮光手
段制御回路は直ちに外界像遮光手段を開状態に切り換え
る。この状態で発光型表示素子が黒色の電子像を表示し
たとするならば、スーパーインポーズ像上の黒色の電子
像を表示すべき領域には外界像が透過してしまう。そこ
で、黒色の電子像を表示すべき領域のみを十分な表示輝
度を有する白色で、それ以外の領域は本来の表示色で表
示する。これにより、黒色の電子像を表示すべき領域の
外界像は白色電子像に覆い隠されて観察者にはほとんど
認識されなくなる。黒色の電子像を表示すべき領域を覆
い隠す電子像の表示色は白色に限られるわけではない
が、発光型表示素子とし高輝度バックライトユニットを
装着した透過型ＬＣＤを用いた場合、バックライトの発
光色、すなわち白色が一番表示輝度が高い。これらの動
作を奇数・偶数各フィールド毎に繰り返せば、目の残像
現象により黒色の電子像を表示すべき領域は、実用上十
分な程度に黒色表示され、外界像はほとんど気にならな
くなる。

【００２０】また、この発明では、上述したように外界
像の一部のみを白色電子像で覆い隠すことができるた
め、外界像に明るい領域と暗い領域とが近接して混在し
ている場合でも、明るい領域のみを白色電子像で覆い隠
し、暗い領域はそのまま透過させることができる。

【００２１】更に、観察者の頭運動に伴って外界像を遮
光したい領域の位置が変化する場合でも、観察者の頭部
運動を計測することにより、外界像を遮光したい領域の
位置変化に追従して常に外界像を覆い隠すための白色電
子像の表示位置も変えることが可能となる。

【００２２】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を説
明する。図１は、この発明の光学装置が適用されたＨＭ
Ｄの第１の実施例の構成図である。同実施例のＨＭＤ
は、電子像提示系と、外界像提示系と、光学的画像合成
手段の３つの部分から構成されている。

【００２３】そして、上記電子像提示系は、映像信号切
り換え回路１１ａから出力される電子像映像を表示する
ＬＣＤ１２と、このＬＣＤ１２上に表示された電子像を
観察者の眼球１３上に結像するための結像光学系１４で
構成される。また、外界像提示系は、透過型白黒液晶パ
ネルを用いた外界像遮光用シャッタ１５と、この外界像
遮光用シャッタ１５を制御するための外界像遮光用シャ
ッタ開閉信号を出力する外界像遮光手段制御回路１６で
構成される。更に、光学的画像合成手段は、電子像の光
路を９０°偏向し、上記外界像遮光用シャッタ１５を通
過して来る外界像と光学的に重ね合わせて提示するため
のハーフミラー１７から構成される。

【００２４】次に、このように構成されたＨＭＤの動作
を説明する。同実施例のＨＭＤは、上述したように、電
子像提示系、外界像提示系及び光学的画像合成手段から
構成されている。そして、電子像の表示、非表示及び外
界像遮光用ＬＣＤシャッタの開、閉状態により、電子像
のみを提示するモードと、外界像に電子像を重ね合わせ
て提示するスーパーインポーズモードと、外界像のみを
提示するシースルーモードの３つの動作モードを選択す
ることが可能となっている。３つの動作モードのうち、
電子像のみを提示するモードと、シースルーモード時の
動作は、従来例のＨＭＤの構成と同じであるために説明
は省略し、ここではスーパーインポーズモード時に黒色
の電子像を表示するための動作について、図２乃至図４
を参照して説明する。

【００２５】上記映像信号切り換え回路１１ａは、図２
に示されるように、高速ビデオマルチプレクサＩＣで構
成されている。そして、電子像映像信号と白レベル直流
電圧とを制御キー信号に応じて高速で切り換え、上記電
子像表示用ＬＣＤパネル１２の駆動回路（図示せず）へ
出力する。上記高速ビデオマルチプレクサＩＣとして
は、例えばマキシム社のＭＡＸ４４０（商品名）等、種
々のものが市販されており、適当なものを使用すること
ができる。

【００２６】また、上記外界像遮光手段制御回路１６
は、図３のタイミングチャートに示されるように、電子
像映像信号のフィールド信号に従って、外界像遮光用Ｌ
ＣＤシャッタ１５が例えば奇数フィールド期間は閉状
態、偶数フィールド期間は開状態となるようなＬＣＤシ
ャッタ開閉信号を出力する。

【００２７】ここで、電子像映像信号が奇数フィールド
の期間に上記電子像表示用ＬＣＤパネル１２に図４
（ａ）に示されるような黒色の電子像を表示した場合、
ハーフミラー１７による反射像では同図（ｂ）に示され
るように黒色の電子像を表示すべき領域は透明色となっ
てしまう。しかしながら、奇数フィールド期間は外界像
遮光用ＬＣＤシャッタ１５が閉状態であるため、同図
（ｃ）に示される外界像は、同図（ｄ）に示されるよう
に完全に遮光される。したがって、スーパーインポーズ
像に外界像が透過することはなく、観察者は同図（ｅ）
に示されるように純粋に黒色の電子像を観察することが
できる。

【００２８】次に、電子像映像信号が偶数フィールドに
切り換わると、外界像遮光手段制御回路１６は、直ちに
外界像遮光用ＬＣＤシャッタ１５を開状態に切り換え
る。この状態で、電子像表示用ＬＣＤパネル１２に黒色
の電子像を表示したとすると、スーパーインポーズ像上
の黒色の電子像を表示すべき領域には、外界像が透過し
てしまう。そこで、上記映像信号切り換え回路１１ａ
は、黒色の電子像を表示させたい領域の映像信号が入力
されている期間、図３中にＳ１、Ｓ２で示されるよう
に、制御キー信号を白レベル直流電圧を選択するように
切り換え、上記電子像表示用ＬＣＤパネル１２の駆動回
路へ出力する。これにより、本来黒色の電子像を表示す
べき領域は、図４（ｆ）に示されるように、最高輝度の
白色電子像で塗りつぶされることになる。

【００２９】白色電子像は、同図（ｇ）に示されるよう
に、上記ハーフミラー１７によって反射されても白色の
ままである。したがって、白色電子像と外界像遮光用Ｌ
ＣＤシャッタ１５を通過して来た同図（ｉ）に示される
外界像とを光学的に重ね合わせると、同図（ｊ）に示さ
れるように、本来黒色の電子像を表示すべき領域の外界
像は、最高輝度の白色電子像に覆い隠されて観察者には
ほとんど認識されなくなる。

【００３０】これらの動作を奇数、偶数各フィールド毎
に繰り返せば、目の残像現象により黒色の電子像を表示
すべき領域は、同図（ｋ）に示されるように、実用上十
分な程度黒色表示され、外界像はほとんど気にならなく
なる。

【００３１】また、上述したように外界像の一部のみを
白色電子像で覆い隠すことができるため、外界像に明る
い領域と暗い領域とが近接して混在している場合でも、
明るい領域のみを白色電子像で覆い隠し、暗い領域はそ
のまま透過させることができる。

【００３２】尚、同実施例の各構成は、当然、各種の変
形、変更が可能である。例えば、第１の実施例に於いて
は、電子像映像信号としてＮＴＳＣ類似のインターレス
方式を仮定して、奇数、偶数各フィールド毎に外界像遮
光用シャッタを開閉することとしたが、ノンインターレ
ス方式の電子像映像信号を用いて１フレーム毎に外界像
遮光用シャッタを開閉するように構成することもでき
る。

【００３３】また、高速駆動可能な高分子分散液晶や強
誘電性液晶等を利用した電子像表示用ＬＣＤを、１２０
Ｈｚのフィールド（若しくはフレーム）周波数で駆動す
れば、時分割表示に起因するフリッカを防止することが
できる。尚、同実施例に示した光学装置をＨＭＤ等に利
用するために左右眼用に一対設ける場合には、外界像遮
光用シャッタの開閉期間を左右互い違いにするだけでも
フリッカ防止に一定の効果を発揮する。

【００３４】更に、同実施例では、発光型表示素子とし
て高輝度バックライトユニットを装着した透過型ＬＣＤ
を用いる例を示したが、これに限られるものではない。
例えば、ＣＲＴやＥＬ、或いはプラズマディスプレイ等
の他のタイプの発光型表示素子を用いることもできる。
更に、外界像遮光用シャッタとして機械式シャッタも利
用可能であることは勿論である。

【００３５】次に、この発明の第２の実施例を説明す
る。図５は、この発明の光学装置が適用されたＨＭＤの
第２の実施例の構成図である。但し、図１に示された第
１の実施例と同一の構成及び動作を行なう部材について
は、同一の参照番号を付して説明を省略する。また、電
子像のみを提示するモード、及びシースルーモード時の
動作は従来例のＨＭＤの構成と同じであるために省略す
る。

【００３６】第２の実施例に於けるＨＭＤをスーパーイ
ンポーズモードで使用する場合、映像信号切り換え回路
１１ｂは、光センサ１８から出力される外部光量情報に
従って自動的に制御される直流電圧と電子像映像信号と
を、制御キー信号に応じて高速で切り換え、電子像表示
用ＬＣＤパネル１２の駆動回路へ出力する。上記映像信
号切り換え回路１１ｂは、図６に示されるように、高速
ビデオマルチプレクサＩＣで構成されている。このた
め、外界像を覆い隠すために表示される白色電子像の輝
度を、観察者にとって常に最適な状態となるように制御
することができる。

【００３７】すなわち、上記光センサ１８から得られる
外界像の明るさに応じて、白色電子像の輝度を外界像を
覆い隠すために必要最小限となるように自動的に調整す
る。これにより、黒色の電子像を表示する場合には、純
粋な黒色に近い電子像を表示することが可能となる。ま
た、外界像を覆い隠す場合にも、ぎらつきが抑えられて
観察者の目の疲労を低減する効果がある。

【００３８】尚、同実施例の各構成も、上述した第１の
実施例の場合と同様な、各種の変形、変更が可能である
ことは勿論である。図７は、この発明の光学装置が適用
されたＨＭＤの第３の実施例の構成図である。尚、図１
及び図５に示された第１及び第２の実施例と同一の構成
及び動作を行なう部材については、同一の参照番号を付
して説明を省略する。また、電子像のみを提示するモー
ド及びシースルーモード時の動作は、従来例のＨＭＤの
構成と同じであるため省略する。

【００３９】電子像映像信号としてＮＴＳＣ類似の映像
信号を仮定すると、上述した第１及び第２の実施例のＨ
ＭＤをスーパーインポーズモードで使用した場合、外界
像遮光用ＬＣＤシャッタ１５は、電子像映像信号の１フ
ィールド毎、すなわち１／６０秒毎に開閉されることに
なるため、外界像にフリッカが生じてしまう。フリッカ
が生じなくなる限界周波数ＣＦＦ（Critical frequency
of flicker ）は、Ferry-Porterの法則により外界像の
明るさＩの関数として ＣＦＦ（Ｈｚ）＝ｋＬｏｇＩ（ｃｄ／ｍ² ）＋ｋ′ で与えられる。ここでｋ、ｋ′は定数であり、人間の目
の網膜の中心でそれぞれ１０及び３０とされている。

【００４０】上式からわかるように、フリッカを抑える
ためには、外界像が明るいほど外界像遮光手段を高速に
開閉することが必要となってくる。逆に言うならば、外
界像遮光手段の開閉速度が一定の場合、フリッカを抑え
るためには外界像の明るさを減少させることが有効とな
る。第３の実施例のＨＭＤでは、光センサ１８から出力
される外部光量情報に基づいて、外界像遮光用ＬＣＤシ
ャッタ１５の直後に設けられた透過型液晶パネルから成
る調光部１９の透過率を変化させるための調光手段制御
信号を出力するように調光手段制御回路２０が構成され
ている。

【００４１】調光手段制御回路２０がこのように構成さ
れているため、光学的画像合成手段であるハーフミラー
１７に導かれる外界像の明るさを、調光手段としての調
光部１９を用いて、常に一定値となるように自動的に制
御することができる。

【００４２】したがって上記調光部１９の透過率を制御
して、観察される外界像の明るさを観察に不自由を感じ
ない程度に抑えて設定することにより、フリッカの抑え
られた最適なスーパーインポーズ像を得ることが可能と
なる。

【００４３】尚、同実施例の各構成も、上述した第１及
び第２の実施例の場合と同様な、各種の変形、変更が可
能である。また、第３の実施例に於いては、外部光量測
定用の光センサを調光用ＬＣＤパネルの外側に設ける例
を示したが、光センサを調光用ＬＣＤパネルの内側に設
けて直接調光された外界像の明るさを測定することも可
能である。更に、外界像遮光用ＬＣＤシャッタと調光用
ＬＣＤパネルの位置を入れ換えてやることが可能なこと
は勿論である。

【００４４】次に、この発明の第４の実施例について説
明する。図８は、この発明の光学装置が適用されたＨＭ
Ｄシステムの一実施例の構成及び動作を説明する図であ
る。同実施例に於けるＨＭＤシステムは、観察者の頭部
２１に装着された磁気、若しくは超音波等を利用した頭
部運動計測部２２より出力される観察者の頭部運動情報
を用いて、キー信号発生回路２３がＨＭＤ２４に対して
電子像映像信号と白レベル直流電圧とを切り換えるため
のキー信号を出力するように構成されている。

【００４５】図９は、キー信号発生回路２３の詳細を示
すブロック図である。入力電子像映像信号は、同期分離
回路３１により水平同期信号と垂直同期信号とに分離さ
れ、各々垂直位置カウンタ３２及び水平位置カウンタ３
３に入力される。上記垂直位置カウンタ３２は、垂直同
期信号によってリセットがかけられた後、水平同期信号
を計数することにより映像信号の走査線番号を決定し、
垂直位置比較回路３４に出力する。一方、上記水平位置
カウンタ３３は、垂直同期信号によってリセットがかけ
られた後、水平同期信号にＰＬＬロックされた水平クロ
ック発生回路３５から出力される水平クロック信号を計
数することにより、映像信号の水平位置を決定し、水平
位置比較回路３６に出力する。

【００４６】垂直位置比較回路３４には、上記頭部運動
計測部２２から内容を書き換え可能なレジスタ３７及び
３８が接続されている。そして、垂直位置比較回路３４
は、垂直位置カウンタ３２より入力された走査線番号
が、レジスタ３７の内容（以下、Ｖ ＳＴＡＲＴと略記
する）と比べて等しいかまたは大きく、且つＶ ＳＴＡ
ＲＴとレジスタ３８の内容（以下、Ｖ ＷＩＤＴＨと略
記する）の和と比べて小さいかまたは等しい場合にの
み、ハイの状態となる。

【００４７】同様に、水平位置比較回路３６には、頭部
運動計測部２２から内容を書き換え可能なレジスタ３９
及び４０が接続されている。そして、水平位置比較回路
３６は、水平位置カウンタ３３より入力された水平位置
がレジスタ３９の内容（以下、Ｈ ＳＴＡＲＴと略記す
る）と比べて等しいかまたは大きく、且つＨ ＳＴＡＲ
Ｔとレジスタ４０の内容（以下、Ｈ ＷＩＤＴＨと略記
する）の和と比べて小さいかまたは等しい場合にのみ、
ハイ状態となる。

【００４８】したがって、垂直位置比較回路３４の出力
信号と、水平位置比較回路３６の出力信号との論理積を
キー信号とすることにより、図１０に示される矩形領域
を選択することが可能となる。また、上記矩形領域は、
Ｖ ＳＴＡＲＴ、Ｖ ＷＩＤＴＨ、Ｈ ＳＴＡＲＴ、Ｈ
ＷＩＤＴＨの４つのパラメータを頭部運動計測部２２
から書き換えることにより、電子像表示画面内で自由に
移動させることができる。

【００４９】本ＨＭＤシステムをスーパーインポーズモ
ードで使用する場合（図８（ａ）〜（ｃ））は、最初に
キー信号発生回路２３のレジスタ３７、３８、３９、４
０に、Ｖ ＳＴＡＲＴ、Ｖ ＷＩＤＴＨ、Ｈ ＳＴＡＲ
Ｔ、Ｈ ＷＩＤＴＨの各パラメータ値を設定して、図８
（ｃ）に示されるように、外界像を覆い隠すための白色
電子像領域を決定する。このようにして、一度白色電子
像領域が決定されれば、観察者が頭部を任意に回転、若
しくは多少上下左右に移動させて外界像の見え方が変化
したとしても（図８（ｄ）、（ｅ））、頭部運動計測部
２２より出力される観察者の頭部運動情報から、上記白
色電子像領域の移動すべき方向を算出してキー信号発生
回路２３のレジスタ３７、３８、３９、４０の各パラメ
ータ値を変更する。これにより、図８（ｆ）に示される
ように、白色電子像領域を観察者の頭部運動に自動的に
追従させてやることが可能となる。

【００５０】尚、同実施例の各構成も、上述した第１乃
至第３の実施例の場合と同様な各種の変形、変更が可能
である。また、同実施例に於いては観察者の頭部運動計
測手段として、磁気若しくは超音波を利用した非接触型
センサを用いる例を示したが、ゴニオメータ等を利用し
た接触型センサを用いることが可能なことは勿論であ
る。

【００５１】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、外界像
遮光手段が閉状態の時には本来の電子像を表示し、開状
態の時には本来黒色の電子像を表示すべき領域に最高輝
度の白色電子像を表示して外界像を覆い隠すように構成
されているため、実用上十分な程度の黒色電子像を表示
することができる。また、外界像の一部のみを白色電子
像で覆い隠すことができるので、外界像に明るい領域と
暗い領域とが近接して混在している場合でも、明るい領
域のみを白色電子像で覆い隠し、暗い領域はそのまま透
過させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の光学装置が適用されたＨＭＤの第１
の実施例の構成を示す図である。

【図２】図１の映像信号切り換え回路の構成を示す図で
ある。

【図３】第１の実施例のＨＭＤをスーパーインポーズモ
ードで使用する場合の動作を説明するタイミングチャー
トである。

【図４】第１の実施例のＨＭＤをスーパーインポーズモ
ードで使用する場合の各部の提示像を示す図である。

【図５】この発明の光学装置が適用されたＨＭＤの第２
の実施例の構成を示す図である。

【図６】図５の映像信号切り換え回路の構成を示す図で
ある。

【図７】この発明の光学装置が適用されたＨＭＤの第３
の実施例の構成を示す図である。

【図８】この発明の光学装置が適用されたＨＭＤシステ
ムの一実施例の構成及び動作を説明する図である。

【図９】図８のＨＭＤシステムに用いるキー信号発生回
路のブロック図である。

【図１０】電子像表示画面内のキー信号設定領域を説明
する図である。

【図１１】電子像と外界像とを光学的に重ね合わせて提
示する機能を有するＨＭＤの従来の構成例を示す図であ
る。

【図１２】図１１の構成のＨＭＤをスーパーインポーズ
モードで使用する場合の各部の提示像を示す図である。

【図１３】図１１のＨＭＤに調光手段を設けたＨＭＤの
構成図である。

【図１４】ドットマトリクス型のＬＣＤパネルを用いた
外界像遮光用シャッタの動作を説明する図である。

【符号の説明】

１１ａ、１１ｂ…映像信号切り換え回路、１２…ＬＣ
Ｄ、１３…眼球、１４…結像光学系、１５…外界像遮光
用シャッタ、１６…外界像遮光手段制御回路、１７…ハ
ーフミラー、１８…光センサ、１９…調光部、２０…調
光手段制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 任意に作成可能な電子像映像を表示する
   発光型表示素子と、 外界像を遮光可能な外界像遮光手段と、 電子像映像信号のフィールド信号若しくはフレーム信号
   に同期して、上記外界像遮光手段の遮光状態を制御する
   外界像遮光制御手段と、 上記電子像映像と上記外界像とを光学的に重ね合わせて
   提示する画像合成手段とを具備することを特徴とする光
   学装置。