JPH11109882A

JPH11109882A - 映像表示装置

Info

Publication number: JPH11109882A
Application number: JP27231397A
Authority: JP
Inventors: Akira Sato; 彰佐藤; Yasushi Tanijiri; 靖谷尻; Hideki Osada; 英喜長田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1997-10-06
Filing date: 1997-10-06
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】暗いシーンを表示する場合においても、明る
いシーンを表示する場合と同じ階調数で表示できる映像
表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】映像表示装置において、元画像に基づい
て所定の階調数で映像光を生成する映像光生成手段
（１、２、３、９、１８）と、元画像の輝度情報に基づ
いて表示画像全体の輝度を調節する輝度調節手段（１
１）とを備えた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バーチャルリアリ
ティなどの臨場感溢れる映像を表示する映像表示装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】臨場感溢れる映像を表示する映像表示装
置としては、例えばヘッドマウントディスプレイがあ
る。このような装置において、ＬＣＤ、ＣＲＴ等の表示
手段を用いた場合は、表示できる輝度範囲に限界があ
り、屋外の映像を表示する場合に、表示映像の輝度が実
際の輝度よりも低くなってしまうことがある。よって、
臨場感が欠けてしまう。

【０００３】一方、レーザ光源より発光された光を走査
して観察者に映像を与える装置においては、上記装置よ
りも広範囲の輝度の光を発光することができるので、よ
り臨場感の高い映像表示が可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記レ
ーザ光源を用いた映像表示装置においても、臨場感の高
い表示を行えない場合がある。例えば各色２５６階調の
表示能力がある映像表示装置において、晴れた日の昼間
の屋外のように非常に明るいシーンを表示する場合は、
輝度範囲が広いことを生かして２５６階調を用いた臨場
感溢れる明るい映像が表示される。一方、同じ装置で夕
暮れ時のを表示する場合、全体の輝度を落として表示し
ようとすると階調数が少なくなり自然な色再現ができな
くなってしまう。

【０００５】また、使用する階調数が大きく変化しない
ように自動的に全体輝度がほぼ一定となるように表示す
ると、夕暮れ時の映像でありながら明るい表示になって
しまい臨場感がそこなわれてしまう。

【０００６】本発明は、表示階調数を一定に保ちなが
ら、明るいシーンから暗いシーンまで臨場感溢れる映像
として表示することが可能な映像表示装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】また、表示装置において暗いシーンから急
に輝度の高い明るいシーンを表示すると、観察者に多大
な疲労感を与えたり視力の低下を引き起こす原因となる
可能性がある。特に、レーザ光源を用いた表示装置にお
いては、大きな輝度差の映像表示が可能であるために、
前述の現象による疲労や視力の低下を引き起こす可能性
が高い。

【０００８】本発明は、急激な輝度変化を伴った表示に
よる目への悪影響を排除した映像表示装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の映像表示装置は、元画像に基づい
て所定の階調数で映像光を生成する映像光生成手段と、
元画像の輝度情報に基づいて表示画像全体の輝度を調節
する輝度調節手段とを備える構成とする。

【００１０】このような構成においては、映像光生成手
段において元画像に基づいて所定の階調数で映像光が生
成される。つまり、元画像の輝度に係わりなく所定の階
調数の映像光が生成される。そして、輝度調節手段で元
画像の輝度情報に基づいて表示画像全体の輝度が調節さ
れる。

【００１１】元画像の輝度情報とは、例えば元画像がコ
ンピュータグラフィックスで合成された映像である場合
には、画面全体の平均輝度であったり画面中の最高輝度
であったりする。その他、元画像がＣＣＤカメラで撮影
された映像である場合には、ＦナンバーやＣＣＤ感度等
の撮影条件であったりする。これらの情報から表示する
映像の望ましい輝度がわかるので、輝度調節手段は望ま
しい輝度となるように表示画像全体の輝度を調節する。

【００１２】このようにして、生成、調節された映像光
は観察者の眼に投影されることになる。つまり、階調数
が変化することなく暗いシーンは暗く表示され、明るい
シーンは明るく表示される。

【００１３】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の映像表示装置において、更に前記映像光生成手段によ
り生成された映像光を観察者の瞳に投影する接眼光学系
を備える構成とする。

【００１４】請求項３に記載の映像表示装置は、請求項
１又は２に記載の映像表示装置において、前記映像光生
成手段がレーザ光源と、前記レーザ光源からの光を元画
像に基づいて変調する変調手段と、前記変調手段からの
光を走査する走査手段とからなり、前記輝度調節手段は
前記レーザ光源の発光量を調節することにより表示画像
全体の輝度を調節する構成とする。

【００１５】上記構成においては、まずレーザ光源から
光が発光される。変調手段は映像信号に基づいてこの光
を変調する。つまり、ここで所定の階調数の映像光が生
成される。そして、この映像光を走査手段で走査し観察
者の眼に与える映像光とする。尚、輝度調節手段がレー
ザ光源の発光量を調節することにより、表示映像の全体
輝度が望ましい輝度となる。

【００１６】請求項４に記載の映像表示装置は、請求項
１又は２に記載の映像表示装置において、前記映像光生
成手段が元画像に基づいて変調した光を発光するレーザ
光源と、光の透過光量を調節する透過光量調節手段と、
光を走査する走査手段とからなり、前記輝度調節手段は
前記透過光量調節手段を制御することにより表示画像全
体の輝度を調節する構成とする。

【００１７】上記構成においては、映像信号に基づいて
変調された所定の階調数を有する映像光がレーザ光源か
ら出射される。この映像光は走査手段により走査され例
えば２次元の映像光となる。また、輝度調節手段が、レ
ーザ光源から発光された光の透過光量を調節する透過光
量調節手段を制御することにより表示映像全体の輝度が
望ましい輝度となる。

【００１８】請求項５に記載の発明は、元画像の輝度情
報に基づいて表示画像全体の輝度を調節する輝度調節手
段を有する映像表示装置において、前記輝度調節手段は
元画像の輝度情報に基づいて算出された輝度の時間変化
量が所定値を超える場合は実際に表示される表示画像全
体の輝度の時間変化量を前記所定値以下の値となるよう
に調節する構成とする。

【００１９】上記構成においては、映像表示装置におい
て、表示映像の全体輝度を調節する輝度調節手段が、表
示映像の輝度の時間変化量が所定値を超えないように制
御する。つまり、急激な輝度変化を伴う映像が表示され
ることがない。よって、観察者の眼に与える疲労感が低
減される。

【００２０】

【発明の実施の形態】

〈第１の実施形態〉図１に、本発明の第１の実施形態の
映像表示装置の概略構成を示す。１は、赤色の光を発光
する赤色レーザ光源である。２は、緑色の光を発光する
緑色レーザ光源である。３は、青色の光を発光する青色
レーザ光源である。４は映像信号に基づいてレーザ光源
１、２、３を変調するレーザ駆動回路である。尚、映像
信号は元画像（例えばコンピュータグラフィックスの画
像やカメラで撮影された映像）に基づいて生成される信
号である。

【００２１】５、６、７はそれぞれのレーザ光源１、
２、３からの光を後述のビームスプリッタに導くコンデ
ンサーレンズである。８は、３つのレーザ光源１、２、
３からの光を透過又は反射して後述の可変ＮＤフィルタ
に導くように構成されているビームスプリッタである。
９は、透過光量を調節する可変ＮＤフィルタ（透過光量
調節手段）である。

【００２２】１０は、可変ＮＤフィルタを回転させるス
テップモータである。可変ＮＤフィルタ９の回転位置が
変わると透過する光量が変わる。１１は、元画像の輝度
情報に基づいて生成された輝度コントロール信号が示す
輝度レベルに応じてステップモータ１０を駆動するモー
タ駆動回路（本実施形態では輝度調節手段となる）であ
る。尚、ＣＣＤカメラにより撮影された映像が元画像で
ある場合は、上記元画像の輝度情報は撮影時の撮影条件
（絞り値、シャッター速度、ゲイン等）となる。１２
は、可変ＮＤフィルタ９を透過した光をファイバーの入
射口１３ａに集光するコンデンサーレンズである。

【００２３】以上が光源変調部１４の構成要素である。
光源変調部１４で生成された光はファイバー１３を介し
てヘッドマウント部１５に送られる。尚、本実施形態の
映像表示装置はこのヘッドマウント部１５を観察者の頭
部に搭載する構成となっている。以下ヘッドマウント部
１５の構成要素について説明する。１６は、ファイバー
１３の出射口１３ｂから出射された光を第１のハーフミ
ラーに与えるコンデンサーレンズである。

【００２４】１７は、コンデンサーレンズ１６からの光
を反射して走査手段に与えるとともに、走査手段からの
光を透過して第２のハーフミラーに与える第１のハーフ
ミラーである。１８は、第１のハーフミラー１７からの
光を２次元方向に走査して観察者の眼に与える映像光と
する走査手段である。

【００２５】走査手段１８は、例えば図２に示すような
構成となっている。１８ａは水平振動ミラー、１８ｂは
垂直振動ミラーである。第１のハーフミラー１７からの
光はまず水平振動ミラー１８ａにより水平方向に走査さ
れ、その後垂直振動ミラー１８ｂで垂直方向に走査され
る。垂直振動ミラー１８ｂで反射された光は再び水平振
動ミラー１８ａで水平方向に走査され第１のハーフミラ
ー１７に与えられる。尚、走査手段１８はレーザ駆動回
路４と同期して駆動されるように構成されている。

【００２６】図１に戻って、１９は第１のハーフミラー
１７を透過した光を反射するとともに、後述の凹面ミラ
ーからの光を透過する。２０は、入射した映像光を虚像
として観察者の眼に投影する凹面ミラー（接眼光学系）
である。尚、本実施形態ではレーザ光源１、２、３、可
変ＮＤフィルタ９、走査手段１８を合わせて映像光生成
手段ということにする。

【００２７】次に、本実施形態の映像表示装置の詳細な
制御方法（輝度コントロール信号と映像信号の生成方
法）について、コンピュータグラフィックスなどの合成
映像を表示する場合と、ＣＣＤカメラからの入力画像を
表示する場合とにわけて説明する。

【００２８】i）コンピュータグラフィックスなどの合
成映像を表示する場合。図３に、輝度コントロール信号
と映像信号が生成されるまでのブロック流れ図を示す。
コンピュータ２１で生成された元画像２２が各色１６ビ
ットの階調を持つとする。そして、映像表示装置が各色
８ビットの階調表示が可能であるとする。

【００２９】まず、２３で元画像２２の画面全体の輝度
平均値を算出する。ここでいう輝度とは３色をたし合わ
せたときの輝度である。２４では、平均値からある決め
られたルールに基づいて画素毎の輝度の最大値Ｐを算出
する。例えば、輝度平均値の４倍を画素毎の輝度の最大
値Ｐとする。輝度の最大値Ｐを輝度コントロール信号と
して映像表示装置のモータ駆動回路１１へ入力する。
尚、２３では元画像２２の画素の内最大輝度を有する画
素の輝度値Ｐ’を求め、２４ではこの輝度値Ｐ’からあ
る決められたルールに基づいて画素毎の輝度の最大値Ｐ
を算出するようにしてもよい。

【００３０】２５では、元画像の各画素の輝度を、前記
Ｐの時に映像信号の輝度が最大値となるように計算し各
色８ビットの映像信号を生成する。この映像信号は映像
表示装置のレーザ駆動回路４に与えられる。

【００３１】ii）ＣＣＤカメラからの入力画像を表示す
る場合。図４に、輝度コントロール信号と映像信号が生
成されるまでのブロック流れ図を示す。ＣＣＤカメラ２
６からの映像信号（各色８ビットの信号であるとする）
をそのまま映像信号として用いる。この映像信号は映像
表示装置のレーザ駆動回路４に与えられる。尚、映像表
示装置は各色８ビットの階調表示が可能であるとする。

【００３２】２７では、ＣＣＤカメラ２６のＦナンバ
ー、ＣＣＤの感度等の撮影条件の情報からある決められ
たルールに従って輝度コントロール信号を生成する。例
えば以下のように算出する。輝度コントロール信号＝α（Ｆナンバー）²／ＣＣＤの
感度ここで、αは装置の仕様できまるある定数とする。つま
り、Ｆナンバーが大きくなるほど輝度コントロール信号
の値を大きく、ＣＣＤの感度が高いほど輝度コントロー
ル信号の値を小さくする。このようにして生成された輝
度コントロール信号は映像表示装置のモータ駆動回路１
１に与えられる。

【００３３】上記i）の場合も、ii）の場合もレーザ駆
動回路４とモータ駆動回路１１における制御方法は同じ
である。各レーザ光源１、２、３では８ビットの映像信
号に基づいて２５６階調の光（強度の異なる２５６種類
の光）を発光する。モータ駆動回路１１は、可変ＮＤフ
ィルタ９の透過光量が輝度コントロール信号の値に比例
するようにステップモータ１０を制御する。

【００３４】このような制御方法により、どのような輝
度を有する元画像においても、この元画像に基づいて２
５６階調の映像光が生成される。そして、元画像の輝度
情報（全体輝度や撮影条件から算出される撮影対象の輝
度）に対応する輝度を有する映像となるように前記映像
光の強度が可変ＮＤフィルタ９で調整される。つまり、
暗いシーンも明るいシーンも同じ階調数の映像として、
しかも暗いシーンの場合は暗く、明るいシーンの場合は
明るく表示することが可能となる。

【００３５】〈第２の実施形態〉図５に、本実施形態の
映像表示装置の概略構成を示す。本実施形態の映像表示
装置は、第１の実施形態のものとは光源変調部１４の構
成要素の一部が異なるだけなのでこの部分のみ説明す
る。尚、第１の実施形態と同様の構成要素には同様の符
号を付した。

【００３６】レーザ駆動回路（本実施形態では輝度調節
手段となる）４は、輝度コントロール信号に基づいて各
レーザ光源１、２、３の発光を制御する。２９、３０、
３１は各光源１、２、３から発光された光のビームスプ
リッタ９への入射光量を制御するＡＯ変調器（変調手
段）である。２８はＡＯ変調ドライバで、映像信号に基
づいて各ＡＯ変調器２９、３０、３１を制御する。尚、
本実施形態の映像表示装置においては、レーザ光源１、
２、３、ＡＯ変調器２９、３０、３１、走査手段１８を
合わせて映像光生成手段ということにする。

【００３７】本実施形態の表示装置においても、上記第
１の実施形態の制御方法i）、ii）が適用される。た
だ、生成された輝度コントロール信号と映像信号の送信
先は異なる。本実施形態では、映像信号はＡＯ変調器ド
ライバ２８に与えられる。輝度コントロール信号はレー
ザ駆動回路４に与えられる。

【００３８】以下、本実施形態におけるレーザ駆動回路
４とＡＯ変調器ドライバ２８の制御方法を説明する。レ
ーザ駆動回路４では輝度コントロール信号の値の大きさ
に光の強度が比例するようにレーザ光源１、２、３の発
光強度を調節する。つまり、元画像の全体輝度や撮影対
象の輝度が明るい場合には強い強度の光が発光され、逆
に暗い場合には弱い強度の光が発光されることになる。

【００３９】ＡＯ変調器ドライバ２８では、映像信号に
基づいてＡＯ変調器２９、３０、３１を制御し、ＡＯ変
調器２９、３０、３１は各レーザ光源１、２、３からの
光をそれぞれ２５６階調の映像光にする。

【００４０】このような制御方法により、元画像や撮影
対象の輝度に応じた光がレーザ光源１、２、３から発光
され、その光がＡＯ変調器２９、３０、３１を透過する
ことにより２５６階調の光となる。つまり、暗いシーン
も明るいシーンも同じ階調数の映像として、しかも暗い
シーンの場合は暗く、明るいシーンの場合は明るく表示
することが可能となる。

【００４１】〈第３の実施形態〉本実施形態の映像表示
装置は、輝度変化制御機能を有する映像表示装置であ
る。映像表示装置の概略構成としては、第１又は第２の
実施形態のものと同様なので説明を省略する。以下、本
装置における輝度変化制御機能について説明する。

【００４２】ここでいう輝度変化制御とは、表示映像の
輝度が急激に変化することを防ぐ制御である。この制御
により、輝度が急激に変化することによる観察者の眼に
与える疲労感と視力の低下を防ぐことが可能となる。

【００４３】本実施形態での輝度変化制御方法について
図６を用いて説明する。図６の横軸を時間、縦軸を輝度
コントロール信号の値が示す輝度レベルとする。ここ
で、輝度コントロール信号の輝度レベルの単位時間あた
りの変化量が所定値ｑｍａｘを超えた場合は、その変化
量を所定値ｑｍａｘとなるようにする。

【００４４】例えば輝度コントロール信号が図中の細線
３２に示すようになったとする。この細線３２におい
て、時間ｔ(n)から時間ｔ(n+1)（ｔ(n+1)−ｔ(n)は単位
時間とする）までの輝度レベルの増加量が所定値ｑｍａ
ｘを超えている。このとき、本装置の輝度変化制御機能
部により、実際に表示される映像の輝度レベルはその輝
度レベルの時間ｔ(n)から時間ｔ(n+1)までの増加量がｑ
ｍａｘとなるように制御される。このような制御によ
り、表示される映像の輝度レベルは太線３３で示すよう
になる。

【００４５】尚、本実施形態の映像表示装置が第１の実
施形態のものと同様の構成である場合には、モータ駆動
回路１１が上記輝度変化制御機能部を含む。モータ駆動
回路１１は内蔵の輝度変化制御機能部の指示に基づいた
輝度レベルの変化量となるようにステップモータ１０を
駆動する。つまり、可変ＮＤフィルタ９の透過量を調節
することにより表示映像の輝度レベルの変化量が所定値
以上にならないように制御される。

【００４６】一方、本実施形態の映像表示装置が第２の
実施形態のものと同様の構成である場合には、レーザ駆
動回路４が上記輝度変化制御機能部を含む。レーザ駆動
回路４は内蔵の輝度変化制御機能部の指示に基づいた輝
度レベルの変化量の光が発光されるようにレーザ光源
１、２、３を制御する。つまり、レーザ光源１、２、３
の発光量を調節することにより表示映像の輝度レベルの
変化量が所定値以上にならないように制御される。

【００４７】尚、本実施形態においては、単位時間あた
りの輝度レベルの変化量が所定値以上となる場合は変化
量を所定値とするように制御したが、所定値以下となる
ように制御してより緩やかな輝度レベルの変化を伴う映
像表示を実現するようにしてもよい。

【００４８】尚、第１又は第２の実施形態の映像表示装
置においては、レーザ光源と、走査手段により２次元映
像の表示を実現する装置について示したが、本発明を達
成する装置としてはこれらの表示手段を用いた装置に限
られない。詳細な説明は省略するが、例えば図７に示す
ような構成の装置が可能である。

【００４９】３４は広い輝度範囲の光を発光可能な高輝
度光源で、３５は高輝度の照明に耐えることができる２
次元表示素子（例えばＬＣＤ）である。３６は透過光量
を調節する可変ＮＤフィルタである。３７は、接眼光学
系である。

【００５０】上記のような表示装置においては、広範囲
の輝度の映像表示が可能となる。また、可変ＮＤフィル
タ３６を制御することにより、暗いシーンは暗く、明る
いシーンは明るく表示することができる。尚、図７に示
す装置の可変ＮＤフィルタ３６と２次元表示素子３５の
位置が逆になっている図８に示すような装置においても
同様の効果が得られることは勿論のことである。

【００５１】

【発明の効果】本発明によると、暗いシーンから明るい
シーンまで階調数の多い表示を行うことができる。つま
り、観察者は臨場感の高い高精細な映像を観察すること
ができる。

【００５２】また、輝度変化制御機能により表示映像が
急激に明るくなることがなく、観察者の眼に与える疲労
感を低減できるとともに、視力の低下を防ぐことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の映像表示装置の概略構成図。

【図２】走査手段の詳細な構成図。

【図３】コンピュータグラフィックスなどの合成映像を
表示する場合の信号生成の方法を示したブロック流れ
図。

【図４】ＣＣＤカメラからの入力画像を表示する場合の
信号生成の方法を示したブロック流れ図。

【図５】第２の実施形態の映像表示装置の概略構成図。

【図６】第３の実施形態の映像表示装置の輝度変化制御
機能を説明するための図。

【図７】本発明を実施する第１、第２の実施形態とは異
なる映像表示装置の表示部の一例を示した概略構成図。

【図８】本発明を実施する第１、第２の実施形態とは異
なる映像表示装置の表示部の他の例を示した概略構成
図。

【符号の説明】

１赤色レーザ光源２緑色レーザ光源３青色レーザ光源４レーザ駆動回路５、６、７、１２、１６コンデンサーレンズ８ビームスプリッタ９可変ＮＤフィルタ１０ステップモータ１１モータ駆動回路１３ファイバー１４光源変調部１５ヘッドマウント部１７第１のハーフミラー１８走査手段１９第２のハーフミラー２０凹面ミラー２８ＡＯ変調器ドライバ２９、３０、３１ＡＯ変調器３４光源３５２次元表示素子３６可変ＮＤフィルタ３７接眼光学系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】元画像に基づいて所定の階調数で映像光
を生成する映像光生成手段と、元画像の輝度情報に基づいて表示画像全体の輝度を調節
する輝度調節手段とを備えることを特徴とする映像表示
装置。
【請求項２】更に前記映像光生成手段により生成され
た映像光を観察者の瞳に投影する接眼光学系を備えるこ
とを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
【請求項３】前記映像光生成手段がレーザ光源と、前
記レーザ光源からの光を元画像に基づいて変調する変調
手段と、前記変調手段からの光を走査する走査手段とか
らなり、前記輝度調節手段は前記レーザ光源の発光量を
調節することにより表示画像全体の輝度を調節すること
を特徴とする請求項１又は２に記載の映像表示装置。
【請求項４】前記映像光生成手段が元画像に基づいて
変調した光を発光するレーザ光源と、光の透過光量を調
節する透過光量調節手段と、光を走査する走査手段とか
らなり、前記輝度調節手段は前記透過光量調節手段を制
御することにより表示画像全体の輝度を調節することを
特徴とする請求項１又は２に記載の映像表示装置。
【請求項５】元画像の輝度情報に基づいて表示画像全
体の輝度を調節する輝度調節手段を有する映像表示装置
において、前記輝度調節手段は元画像の輝度情報に基づいて算出さ
れた輝度の時間変化量が所定値を超える場合は実際に表
示される表示画像全体の輝度の時間変化量を前記所定値
以下の値となるように調節することを特徴とする映像表
示装置。