JPWO2018003205A1 - 映像表示機能付き眼鏡 - Google Patents
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Abstract
映像表示機能と眼鏡機能とを有し、装着者の視力などに応じて屈折力を変更することができ、さらに映像表示機能によって再生される映像の見え方を矯正可能な映像表示機能付き眼鏡を提供する。被写体の像を透過し、かつ屈折力を変更可能な第１の透過型光学素子１２と、映像信号を用いた映像を表示または反射し、かつ被写体の像を透過する第２の透過型光学素子１３とを備え、第２の透過型光学素子１２によって映像を表示または反射させて眼鏡本体の装着者の眼に入射させる映像表示モードと、第１の透過型光学素子および第２の透過型光学素子を透過した被写体の像を装着者の眼に入射させる眼鏡モードとを切り替え可能にし、第１の透過型光学素子１２を第２の透過型光学素子１３よりも装着者側に配置する。
Description
本発明は、眼鏡レンズに表示または投影された映像を装着者に見せる映像表示機能付き眼鏡に関するものである。
従来、頭部に装着する透過型の眼鏡型表示装置が種々提案されている。たとえば特許文献１においては、装着者の前方の景色を撮像部によって撮像し、その映像を眼鏡型の表示部に表示させる眼鏡型表示装置が提案されている。
特許文献１の眼鏡型表示装置においては、表示部に表示される映像を拡大表示させたり、また、表示部をスルー状態にしたりすることが提案されている。
また、特許文献２においては、表示部に表示された映像を板状部材によって導光し、板状部材内に設けられたホログラム素子によって装着者の眼に向けて映像を反射させる眼鏡型表示装置が提案されている。特許文献２においては、板状部材に光学的パワーを持たせることが提案されている。
しかしながら、特許文献１に記載の眼鏡型表示装置のスルー状態は、単に表示部を透過状態に制御しているだけであるので、たとえば装着者が近視や遠視などの場合には、前方の景色を明瞭に視認することができない。
また、特許文献２においては、上述したように板状部材に光学的パワーを持たせることが提案されているが、この光学的パワーは固定であるため、装着者の視力に応じて変更することはできない。また、特許文献２の眼鏡型表示装置の場合、装着者は、前方の景色を鮮明に見ることができたとしても、ホログラム素子によって形成される虚像の見え方を矯正することはできない。
本発明は、上記の問題に鑑み、映像表示機能と眼鏡機能との双方を有し、かつ装着者の視力などに応じて屈折力を変更することができ、さらに映像表示機能によって再生される映像の見え方を矯正することができる映像表示機能付き眼鏡を提供することを目的とする。
本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡は、眼鏡本体と、被写体の像を透過し、かつ屈折力を変更可能な第１の透過型光学素子と、映像信号を用いた映像を表示または反射し、かつ被写体の像を透過する第２の透過型光学素子と、第２の透過型光学素子によって映像を表示または反射させて眼鏡本体の装着者の眼に入射させる映像表示モードと、第１の透過型光学素子および第２の透過型光学素子を透過した被写体の像を装着者の眼に入射させる眼鏡モードとを切り替え可能に制御する制御部とを備え、第１の透過型光学素子が、第２の透過型光学素子よりも装着者側に配置されている。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡においては、第１の透過型光学素子として、液晶レンズを用いることができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡において、液晶レンズは、複数の分割領域を有し、分割領域毎に屈折率を変更可能とすることができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡においては、第２の透過型光学素子よりも被写体側に、被写体の像を形成する光を透過させる透過モードと被写体の像を形成する光を遮蔽する遮蔽モードとを切り替え可能な第３の光学素子を有し、制御部は、映像表示モードの場合には、第３の光学素子を遮蔽モードに制御し、眼鏡モードの場合には、第３の光学素子を透過モードに制御することができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡においては、第２の透過型光学素子よりも被写体側に、被写体の像を形成する光を透過させる透過モードと被写体の像を形成する光の一部を遮蔽する半透過モードとを切り替え可能な第３の光学素子を有し、制御部は、映像表示モードの場合には、第３の光学素子を半透過モードに制御し、眼鏡モードの場合には、第３の光学素子を透過モードに制御することができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡において、制御部は、電源がオフされている場合には、第３の光学素子を透過モードに制御することができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡においては、第１の透過型光学素子の屈折力情報を取得する屈折力情報取得部を備え、制御部は、屈折力情報取得部によって取得された屈折力情報を用いて第１の透過型光学素子の屈折力を制御することができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡においては、第１の透過型光学素子の装着者側に、屈折力の異なる複数の固定焦点距離レンズを交換可能に構成することができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡においては、第２の透過型光学素子として、位相変調型計算機ホログラム表示素子を用いることができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡において、位相変調型計算機ホログラム表示素子は、複数の表示画素を有することができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡において、位相変調型計算機ホログラム表示素子は、映像信号を用いた計算機ホログラム干渉パターンを表示することができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡において、位相変調型計算機ホログラム表示素子は、位相変調型計算機ホログラム表示素子から離れた位置に映像を平面像として再生することができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡においては、位相変調型計算機ホログラム表示素子に対して参照光を照射する参照光照射部を設けることができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡においては、位相変調型計算機ホログラム表示素子として、薄型ホログラム素子を用いることができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡においては、薄型ホログラム素子の被写体側に波長選択性反射部材を設けることができ、波長選択性反射部材は、参照光を反射し、参照光以外の波長の光を透過することができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡において、参照光照射部は、位相変調型計算機ホログラム表示素子に対して、互いに波長が異なる３種類の参照光を時分割に照射し、位相変調型計算機ホログラム表示素子は、各波長の参照光に対応する計算機ホログラム干渉パターンを時分割に表示することができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡において、参照光照射部は、位相変調型計算機ホログラム表示素子に対して、互いに波長が異なる３種類の参照光を同時に照射し、位相変調型計算機ホログラム表示素子は、３種類の参照光の多重露光をシミュレートした計算機ホログラム干渉パターンを表示することができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡において、制御部は、眼鏡モードの場合には、参照光照射部を消灯し、映像表示モードの場合には、参照光照射部を点灯することができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡において、参照光照射部は、直線偏光された参照光を位相変調型計算機ホログラム表示素子に対して照射することができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡において、制御部は、眼鏡モードの場合には、第２の透過型光学素子の屈折率を均一に制御することができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡においては、装着者と被写体との間の距離情報を取得する距離情報取得部を備え、制御部は、距離情報取得部によって取得された距離情報を用いて、第１の透過型光学素子の屈折力を制御することができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡において、制御部は、電源がオフされている場合には、第１の透過型光学素子および第２の透過型光学素子の屈折率を均一に制御することができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡において、第１の透過型光学素子は、配向方向が直交する２層の液晶層を有することができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡において、第１の透過型光学素子は、配向方向が同一の２層の液晶層を有し、２層の液晶層の間に１／２波長板を備えたものとできる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡において、第１の透過型光学素子は、２層の液晶層の組を複数有するものとできる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡において、制御部は、第１の透過型光学素子を制御して、眼の波面収差の異常を補正する位相分布を生成することができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡において、制御部は、装着者の周辺環境の明るさの情報を取得し、明るさが予め設定された第１の閾値以下である場合に、眼鏡モードから映像表示モードに切り替えることができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡において、制御部が、明るさが第１の閾値よりも大きく眼鏡モードに設定された場合、明るさが、第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下である場合に、眼鏡モードから映像表示モードに切り替え、明るさが第１の閾値以下であり映像表示モードに設定された場合、明るさが、第１の閾値よりも大きい第３の閾値より大きくなった場合に、映像表示モードから眼鏡モードに切り替えることができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡において、制御部は、明るさが第１の閾値と第２の閾値との間である場合および明るさが第１の閾値と第３の閾値との間である場合には、被写体の像を形成する光に対する第３の光学素子の透過率を連続的または段階的に変更することができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡において、制御部は、明るさが第１の閾値と第２の閾値との間である場合および明るさが第１の閾値と第３の閾値との間である場合には、第２の透過型光学素子に映像を表示させ、かつ第１の透過型光学素子および第２の透過型光学素子を透過した被写体の像を装着者の眼に入射させる中間モードに制御することができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡においては、被写体を撮像して映像信号を出力する撮像部を備えることができる。
また、上記本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡において、撮像部は、変倍機能を有することができる。
本発明の第２の映像表示機能付き眼鏡は、眼鏡本体と、被写体の像を透過し、かつ屈折力を変更可能な透過型光学素子であって、映像信号を用いた映像を表示する透過型光学素子と、透過型光学素子によって映像を表示させて眼鏡本体の装着者の眼に入射させる映像表示モードと、透過型光学素子を透過した被写体の像を装着者の眼に入射させる眼鏡モードとを切り替え可能に制御する制御部とを備える。
本発明の第１の映像表示機能付き眼鏡によれば、被写体の像を透過し、かつ屈折力を変更可能な第１の透過型光学素子と、映像信号を用いた映像を表示または反射し、かつ被写体の像を透過する第２の透過型光学素子とを備える。そして、第２の透過型光学素子によって映像を表示または反射させて眼鏡本体の装着者の眼に入射させる映像表示モードと、第１の透過型光学素子および第２の透過型光学素子を透過した被写体の像を装着者の眼に入射させる眼鏡モードとを切り替え可能としたので、映像表示機能と眼鏡機能との双方を有し、かつ装着者の視力などに応じて屈折力を変更することができる。
さらに第１の透過型光学素子が、第２の透過型光学素子よりも装着者側に配置されているので、映像表示機能によって再生される映像の見え方も矯正することができる。
本発明の第２の映像表示機能付き眼鏡によれば、眼鏡本体と、被写体の像を透過し、かつ屈折力を変更可能な透過型光学素子であって、映像信号を用いた映像を表示する透過型光学素子とを備える。そして、透過型光学素子によって映像を表示させて眼鏡本体の装着者の眼に入射させる映像表示モードと、透過型光学素子を透過した被写体の像を装着者の眼に入射させる眼鏡モードとを切り替え可能にしたので、映像表示機能と眼鏡機能との双方を有し、かつ装着者の視力などに応じて屈折力を変更することができる。
以下、本発明の映像表示機能付き眼鏡１の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の映像表示機能付き眼鏡１の概略構成を示す斜視図である。なお、本明細書において、“前”、“後”、“左”、“右”、“上”、及び“下”とは、映像表示機能付き眼鏡を装着者の頭部に装着した状態で、その装着者から見た場合の“前”、“後”、“左”、“右”、“上”、及び“下の各方向を指すものとする。
本実施形態の映像表示機能付き眼鏡１（以下、単に眼鏡１という）は、映像表示機能を有するものであり、眼鏡１の装着者の視野内を撮像部によって撮影した映像を眼鏡１のレンズ部に表示または投影し、レンズ部によって表示または反射された光を装着者の眼に入射させることによって装着者に虚像を見せるものである。さらに、眼鏡１は、眼鏡機能を有するものであり、装着者の視力に合わせて視度調整可能に構成されたものである。
本実施形態の眼鏡１は、具体的には、図１に示すように、装着者の頭部に装着される眼鏡本体２と、撮像部３と、参照光照射部４と、制御基板部５と、電源部６と、視線検出部７とを備えている。
眼鏡本体２は、フレーム１１と、フレーム１１に取り付けられた２つのレンズ部１０とを備えている。フレーム１１は、装着者の耳に掛けられるテンプル１０１と、ヒンジを介してテンプル１０１に接続されるリム１０２と、左右のリム１０２の間を接続するブリッジ１０３と、鼻パッド１０４とから構成されている。
そして、眼鏡本体２に対して撮像部３が設けられている。撮像部３は例えば、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ、及び光学レンズ等により構成されている。撮像部３は、右側のテンプル１０１上に設けられた第１のカメラ３ａと、左側のテンプル１０１上に設けられた第２のカメラ３ｂとを備えている。第１のカメラ３ａおよび第２のカメラ３ｂは、眼鏡１の装着者の視野に含まれる被写体を撮影して映像信号を出力するものである。
なお、第１のカメラ３ａおよび第２のカメラ３ｂは、テンプル１０１上に限らず、左右のリム１０２上にそれぞれ設けるようにしてもよい。また、眼鏡本体２のリム１０２およびテンプル１０１に埋め込んで一体化するようにしてもよい。また、第１のカメラ３ａおよび第２のカメラ３ｂは、眼鏡本体２に対して着脱可能に構成するようにしてもよい。
また、眼鏡本体２の左右のリム１０２の上辺には参照光照射部４が設けられている。参照光照射部４は、右側のリム１０２の上辺に設けられた第１の光源部４ａと、左側のリム１０２の上辺に設けられた第２の光源部４ｂとを備えている。第１の光源部４ａおよび第２の光源部４ｂは、レンズ部１０内に設けられた、後述する第２の透過型光学素子１３に対して参照光を照射するものである。第１の光源部４ａおよび第２の光源部４ｂによって位相変調型計算機ホログラム表示素子からなる第２の透過型光学素子１３へ参照光を照射することよって、撮像部３によって撮像された映像を用いた再生映像が第２の透過型光学素子１３によって形成され、装着者の眼に入射される。
より具体的には、本実施形態の第１の光源部４ａおよび第２の光源部４ｂは、Ｇ（緑）、Ｂ（青）およびＲ（赤）の３色の参照光を、第２の透過型光学素子１３に対して時分割に順次照射するものである。第１の光源部４ａおよび第２の光源部４ｂは、たとえば赤色ＬＥＤ（light emitting diode）、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤなどの半導体発光素子を備えたものであるが、光源としてはこれに限らない。なお、参照光照射部４は、後述する眼鏡モードの場合には、参照光を消灯し、映像表示モードの場合に、点灯するものである。
眼鏡モードの場合に参照光を消灯することによって余分な散乱光の発生および電力の消費を防止することができる。
眼鏡モードの場合に参照光を消灯することによって余分な散乱光の発生および電力の消費を防止することができる。
また、参照光は直線偏光された光とすることが望ましい。これにより第２の透過型光学素子１３の層構成を簡略化することができ、たとえば１層により構成することができる。
図２は、左右のレンズ部１０の具体的な構成を示す図である。レンズ部１０は、図２に示すように、第１の透過型光学素子１２と、第２の透過型光学素子１３と、第３の光学素子１４とを備えている。第１の透過型光学素子１２、第２の透過型光学素子１３および第３の光学素子１４は、装着者の眼Ｉ側からこの順に配置されている。すなわち、第１の透過型光学素子１２は、第２の透過型光学素子１３よりも装着者側に配置されている。
第１の透過型光学素子１２は、装着者の視野内の被写体の像を透過し、かつ屈折力を変更可能なものである。第１の透過型光学素子１２の屈折力は、装着者の視力に応じて制御される。第１の透過型光学素子１２の屈折力を制御することによって、装着者の視力に応じて複数の商品を準備する必要がなく、単一の製品により幅広いユーザに対応できる。
第１の透過型光学素子１２としては、たとえばマトリクス液晶レンズを用いることができる。マトリクス液晶レンズは、複数の領域に分割されたものであり、分割領域毎に屈折率を変更可能に構成されたものである。
このように分割領域毎に屈折率を変更可能に構成することによって、装着者の眼の波面収差の異常を補正する位相分布を生成することができるので、近視や遠視だけでなく、乱視および不正乱視も矯正することができる。なお、装着者の眼の波面収差については、波面収差センサなどによって予め計測されており、その計測された波面収差を補正する位相分布が予め設定されているものとする。
マトリクス液晶レンズとしては、たとえば配向方向が直交する２層の液晶層を有する液晶レンズを用いることができる。また、マトリクス液晶レンズとしては、配向方向が同一の２層の液晶層を有し、その２層の液晶層の間に１／２波長板が設けられた液晶レンズを用いるようにしてもよい。また、上述した２層の液晶層の組を複数有する液晶レンズを用いるようにしてもよい。このように２層の液晶層の組を複数設けることによって屈折力の可変幅を増大させることができる。
なお、本実施形態においては、第１の透過型光学素子１２として液晶レンズを用いるようにしたが、これに限らず、屈折力を変更可能な液体レンズなどを用いることもできる。
第２の透過型光学素子１３は、撮像部３から出力された映像信号を用いた映像を表示させ、装着者の眼Ｉに入射させるものである。本実施形態においては、第２の透過型光学素子１３として、体積型ホログラムを形成する位相変調型計算機ホログラム表示素子を用いる。位相変調型計算機ホログラム表示素子は、空間位相変調器であり、複数の表示画素が２次元状に配列されたものである。撮像部３から出力された映像信号は、後述する制御基板部５の計算機ホログラム生成部５１に入力され、計算機ホログラム生成部５１は、入力された映像信号を用いて、計算機ホログラム干渉パターンを演算する。なお、計算機ホログラム干渉パターンの演算方法については、種々の公知な手法を用いることができる。
計算機ホログラム生成部５１によって演算された計算機ホログラム干渉パターンは、位相変調型計算機ホログラム表示素子である第２の透過型光学素子１３に入力されて表示される。そして、参照光照射部４によって第２の透過型光学素子１３に対して参照光が照射されることによって、仮想的な画像位置からの表示光の波面が再現される。この結果、装着者は、撮像部３によって撮像された映像を用いた再生映像を観察することができる。
なお、従来、位相変調型計算機ホログラム表示素子によって３次元像を再生することは知られているが、本実施形態においては、３次元像を再生する必要はなく、単に奥行きのある平面像を再生すればよい。したがって、上述した第１のカメラ３ａおよび第２のカメラ３ｂとしては、通常の単眼撮像系でよく、位相変調型計算機ホログラム表示素子は、第１のカメラ３ａおよび第２のカメラ３ｂによって撮像された映像を、位相変調型計算機ホログラム表示素子から離れた位置に平面像として再生する。これにより再生映像をリアルタイムに生成する計算量を大幅に少なくできる。
装着者は、右側の第１のカメラ３ａによって撮像された映像を用いた再生映像と、左側の第２のカメラ３ｂによって撮像された映像を用いた再生映像とをそれぞれ右眼と左眼で見ることに立体視することができ、奥行きのある再生映像を観察することができる。
また、本実施形態においては、上述したように第２の透過型光学素子１３に対して３色の参照光を時分割に照射するので、計算機ホログラム生成部５１は、Ｒ成分の映像信号を用いてＲ成分の計算機ホログラム干渉パターンを演算し、Ｇ成分の映像信号を用いてＧ成分の計算機ホログラム干渉パターンを演算し、Ｂ成分の映像信号を用いてＢ成分の計算機ホログラム干渉パターンを演算する。そして、第２の透過型光学素子１３は、照射された参照光の色と同じ色成分の計算機ホログラム干渉パターンを表示するように制御される。このように３色の参照光を第２の透過型光学素子１３に対して時分割に照射し、それに同期させて３色の色成分の計算機ホログラム干渉パターンを順次表示させることによって、より明るい再生映像を得ることができる。
本実施形態においては、上述したように計算機ホログラム干渉パターンを表示させて再生映像を生成することにより、ルーペ系が不要となる。そのため、電子ディスプレイに映像を表示させる場合と較べて薄型化を図ることができる。
次に、第３の光学素子１４は、図２に示すように、上述した第２の透過型光学素子１３よりも被写体側に配置されたものであり、被写体の像を形成する光を透過させる透過モードと、被写体の像を形成する光を遮蔽する遮蔽モードとを切り替え可能なものである。第３の光学素子１４は、電子式調光バリアであり、たとえば液晶ディスプレイを用いることができる。第３の光学素子１４は、図３Ｉに示すように、第２の透過型光学素子１３による再生映像Ｇを装着者の眼Ｉに入射させる場合には、遮蔽モードに制御され、図３IIに示すように、第２の透過型光学素子１３を透過した被写体の像Ｈを装着者の眼Ｉに入射させる場合には、透過モードに制御されるものである。また、第３の光学素子１４は、眼鏡１の電源がオフされている場合には、透過モードに制御することが望ましい。これにより装着者は電源オフ時も眼鏡１を装着したまま使用することができる。
図１に戻り、眼鏡１は、制御基板部５および電源部６を備えている。本実施形態においては、制御基板部５を左側のテンプル１０１に設けるようにしたが、これに限らず、右側のテンプル１０１に設けるようにしてもよい。また、制御基板部５を、眼鏡本体２に対して着脱可能に構成するようにしてもよい。
電源部６は、左側のテンプル１０１の先端（モダン）に着脱可能に取り付けられるものである。電源部６は、非充電式の電池が内蔵されたものでもよいし、充電式の電池が内蔵されたものでもよい。また、有線を介して外部電源から電力の供給を受けるものでもよいし、無線給電方式のものでもよい。
また、眼鏡１は、装着者が眼鏡１をかけたときに左右方向の重量のバランスがとれた状態であることが望ましい。左右方向の重量のバランスがとれた状態とは、眼鏡１の重心の左右方向の位置が、眼鏡１の左右方向の中心に位置する状態である。
したがって、たとえば本実施形態のように左側のテンプル１０１に制御基板部５および電源部６を設ける場合には、たとえば右側のテンプル１０１の内部に重りを設けるなどして、左右方向の重量のバランスをとるようにしてもよい。また、左右方向の重量のバランスをとるために、電源部６を左右のテンプルに分割して設けるようにしてもよい。
図４は、眼鏡１の電気的な構成を示すブロック図である。図４に示すように、制御基板部５は、制御部５０と、計算機ホログラム生成部５１と、屈折力情報取得部５２と、距離情報取得部５３とを備えている。
制御基板部５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリなどを備えたものであり、ＯＳ（Operating System）またはファームウェア上において動作する制御プログラムおよび計算機ホログラム生成プログラムなどが組み込まれたものである。そして、この制御プログラムおよび計算機ホログラム生成プログラムが動作することによって、制御部５０、計算機ホログラム生成部５１、屈折力情報取得部５２および距離情報取得部５３が機能する。
制御部５０は、撮像部３、参照光照射部４、レンズ部１０、電源部６および視線検出部７の動作を制御するものである。
計算機ホログラム生成部５１は、上述したように撮像部３から出力された映像信号を用いて、計算機ホログラム干渉パターンを生成するものである。制御部５０は、計算機ホログラム生成部５１によって生成された計算機ホログラム干渉パターンを第２の透過型光学素子１３に表示させる。
屈折力情報取得部５２は、第１の透過型光学素子１２の屈折力情報を取得するものである。具体的には、屈折力情報取得部５２は、装着者の視力に応じた屈折力の情報を取得するものであり、たとえば装着者の眼の度数並びに乱視、不正乱視および斜視の状態に応じた屈折力の情報を取得するものである。
屈折力情報取得部５２は、装着者の眼の度数および乱視などといった視力の情報を取得し、その視力の情報から第１の透過型光学素子１２の屈折力情報を求めるようにしてもよいし、装着者の視力に応じた第１の透過型光学素子１２の屈折力情報を直接取得するようにしてもよい。
装着者の視力の情報および第１の透過型光学素子１２の屈折力情報は、たとえば眼鏡１に設けられた入力部（図示省略）を用いて設定入力するようにしてもよいし、屈折力情報取得部５２が、無線通信または有線通信によって眼鏡１とは異なる外部装置と通信し、その外部装置において設定入力するようにしてもよい。屈折力情報取得部５２と通信する外部装置としては、コンピュータおよび携帯端末などがある。コンピュータおよび携帯端末に対して、装着者の視力の情報および第１の透過型光学素子１２の屈折力情報の設定入力受付画面を表示させる専用アプリケーションをインストールするようにしてもよい。また、無線通信に限らず、たとえばＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブルなどにより眼鏡１とコンピュータまたは携帯端末とを接続することによって、屈折力情報を取得するようにしてもよい。
屈折力情報取得部５２によって取得された第１の透過型光学素子１２の屈折力情報は制御部５０に出力され、制御部５０は、その屈折力情報と距離情報取得部５３によって取得された距離情報を用いて、第１の透過型光学素子１２に設定する屈折力を決定し、第１の透過型光学素子１２を制御する。
距離情報取得部５３は、装着者と装着者が見ている被写体との距離情報を取得するものである。本実施形態の眼鏡１においては、上述したように、装着者の視力に応じて第１の透過型光学素子１２の屈折力を制御するため、近視、遠視および乱視などを矯正することが可能であるが、たとえば装着者が老眼である場合、装着者の眼の度数に応じて第１の透過型光学素子１２の屈折力を調節しても不十分な場合がある。そこで、本実施形態においては、距離情報取得部５３によって装着者と被写体との距離情報を取得し、その距離情報を用いて、第１の透過型光学素子１２の屈折力をさらに調整することによってピント調整を行う。これにより、装着者が老眼である場合でも、近距離から遠距離までピントの合った被写体の像を見ることができる。
本実施形態の距離情報取得部５３は、具体的には、視線検出部７によって検出された装着者の視線方向の情報を取得し、その視線方向の情報を用いて、三角測量法の原理を用いて、装着者と被写体との距離を算出する。
視線検出部７は、具体的には、図１に示すように、第１の視線検出部７ａと第２の視線検出部７ｂとを備えている。第１の視線検出部７ａは、右側のリム１０２の上辺に設けられており、第２の視線検出部７ｂは、左側のリム１０２の上辺に設けられている。第１の視線検出部７ａおよび第２の視線検出部７ｂは、赤外線を装着者の眼に照射する赤外線光源と、赤外線の照射による眼の角膜および水晶体からの反射像を撮像する赤外線カメラとを備えている。装着者の視線方向が正面である場合には、角膜の反射像と水晶体の反射像との位置が一致するが、視線方向が正面以外の方向になった場合には、角膜の反射像と水晶体の反射像との位置がずれる。この性質を利用して、第１の視線検出部７ａは、右眼の角膜の反射像と水晶体の反射像とのずれ量を用いて右眼の視線方向を算出し、第２の視線検出部７ｂは、左眼の角膜の反射像と水晶体の反射像とのずれ量を用いて左眼の視線方向を算出する。
そして、視線検出部７によって算出された右眼および左眼の視線方向が距離情報取得部５３に出力され、距離情報取得部５３は、上述したように、右眼と左眼の視線方向の情報を用いて装着者と被写体との距離を算出する。
なお、本実施形態においては、装着者の視線方向を検出し、三角測量法の原理を用いて装着者と被写体との間の距離を算出するようにしたが、装着者と被写体との間の距離の算出方法については、これに限らない。
たとえば、被写体を撮影する第１のカメラ３ａおよび第２のカメラ３ｂのオートフォーカス制御の際に算出されたコントラスト情報または位相差情報を用いて、装着者と被写体との間の距離を算出するようにしてもよい。具体的には、たとえばコントラスト情報または位相差情報を用いて合焦位置を検出した際の第１のカメラ３ａまたは第２のカメラ３ｂのレンズ位置を検出することによって装着者と被写体との間の距離を算出するようにしてもよい。
また、第１のカメラ３ａと第２のカメラ３ｂとは、眼鏡本体２の左右方向に離れた位置に設置されているので、被写体が眼鏡本体に近い場合には、第１のカメラ３ａによって撮像される被写体像と第２のカメラ３ｂによって撮像される被写体像とは左右方向の間隔が大きくなり、被写体が眼鏡本体から遠い場合には、第１のカメラ３ａによって撮像される被写体像と第２のカメラ３ｂによって撮像される被写体像とは左右方向の間隔が狭くなる。したがって、第１のカメラ３ａによって撮像される被写体像と第２のカメラ３ｂによって撮像される被写体像との間隔を演算することによって、装着者と被写体との間の距離を算出するようにしてもよい。
また、装着者の右眼と左眼の視線方向を用いて輻輳角を算出し、その輻輳角を用いて装着者と被写体との間の距離を算出するようにしてもよい。なお、輻輳角と上記距離との関係については、関数またはテーブルなどによって予め設定するようにすればよい。
また、装着者の右眼と左眼の視線方向の上下方向についての移動量を算出し、その移動量を用いて装着者と被写体との間の距離を算出するようにしてもよい。なお、視線方向の上下方向の移動量と上記距離との関係についても、関数またはテーブルなどによって予め設定するようにすればよい。
また、右眼と左眼の筋電位を測定する筋電位センサを眼鏡本体２に対して設け、筋電位センサによって計測された筋電位を用いて輻輳角を算出し、その輻輳角を用いて装着者と被写体との間の距離を算出するようにしてもよい。なお、筋電位と輻輳角の関係については、予め設定されているものとする。また、右眼と左眼の筋電位を測定することによって、毛様体の緊張度を算出し、その緊張度を用いて装着者と被写体との間の距離を算出するようにしてもよい。なお、この場合も、筋電位と毛様体の緊張度との関係および緊張度と上記距離との関係については、予め設定されているものとする。
次に、本実施形態の眼鏡１の一連の動作について、図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。本実施形態の眼鏡１は、装着者の周辺環境の明るさに応じて、映像表示モードと眼鏡モードとを切り替えるものである。映像表示モードは、第２の透過型光学素子１３による再生映像Ｇを装着者の眼Ｉに入射させるモードであり、眼鏡モードは、第２の透過型光学素子１３を透過した被写体の像Ｈを装着者の眼Ｉに入射させるモードである。装着者の周辺環境が暗い場合には、映像表示モードに切り替えることによって、装着者は明るい再生映像Ｇを見ることができ、装着者の周辺環境が明るい場合には、装着者は、眼鏡機能によってより明瞭な被写体の像Ｈを視認することができる。
まず、眼鏡１の電源ボタン（図示省略）が押下されて眼鏡１の電源がオンされる。次に、眼鏡１に設けられた入力部またはコンピュータもしくは携帯端末などを用いて、装着者の視力の情報が設定入力される（Ｓ１０）。装着者の視力の情報は、屈折力情報取得部５２によって取得され、屈折力情報取得部５２は、装着者の視力の情報を用いて、第１の透過型光学素子１２に設定されるべき屈折力を求める。なお、視力の情報については、たとえば専用の機器により測定した情報を装着者が設定入力すればよい。または、コンピュータまたは携帯端末に予め設定されたアプリケーションを用いて計測するようにしてもよい。
次に、撮像部３による撮影が開始され、撮像部３によって取得された映像信号が制御部５０に出力される。そして、制御部５０は、入力された映像信号を用いて、装着者の周辺環境の明るさの情報を取得し、周辺環境の明るさ判定を行う（Ｓ１２）。具体的には、制御部５０は、周辺環境の明るさが予め設定された第１の閾値以下である場合には、すなわち周辺環境が暗い場合には、映像表示モードに設定する。一方、周辺環境の明るさが第１の閾値よりも大きい場合には、すなわち周辺環境が明るい場合には、眼鏡モードに設定する。なお、周辺環境の明るさ情報としては、撮像部３から出力された映像信号のたとえば平均値、最大値、最小値、および中間値などの統計値を求めるようにすればよい。
以下、眼鏡モードの場合の眼鏡１の動作について説明する。眼鏡モードに設定された場合には、まず、第３の光学素子１４が透過モードに制御される（Ｓ１４）。
次に、視線検出部７によって装着者の視線方向が検出され、その視線方向の情報が距離情報取得部５３によって取得され、距離情報取得部５３は、視線方向の情報を用いて、装着者と装着者の視線方向にある被写体との距離を取得する（Ｓ１６）。
そして、屈折力情報取得部５２によって取得された屈折力の情報と距離情報取得部５３によって取得された距離情報とが制御部５０によって取得される。制御部５０は、装着者の視力に応じた屈折力を、距離情報を用いて調整し、第１の透過型光学素子１２を制御して、調整後の屈折力に設定する（Ｓ１８）。これにより第１の透過型光学素子１２の屈折力を、装着者の視力および老眼の状態に応じた屈折力に設定することができる。そのため、装着者は、眼鏡１を遠近両用の眼鏡として用いることができ、また乱視および不正乱視の矯正も行うことができる。なお、眼鏡モードの場合には、第２の透過型光学素子１３の屈折率は均一に制御される。
上記のように眼鏡モードに設定された後、予め設定された間隔で周辺環境の明るさ判定が行われる（Ｓ２０）。そして、制御部５０は、周辺環境の明るさが予め設定された第２の閾値以下となった場合には、すなわち周辺環境が暗くなった場合には、映像表示モードに切り替える。なお、このときの明るさ判定に用いる第２の閾値は、図６に示すように、上述した第１の閾値よりも小さいことが望ましい。Ｓ２０における第２の閾値がＳ１２における第１の閾値と同じ場合、周辺環境の僅かな明るさの違いにより眼鏡モードと映像表示モードとが切り替わってしまい装着者にとって煩わしいからである。
次に、映像表示モードの場合の眼鏡１の動作について説明する。上述したように、眼鏡モードになった後、Ｓ２０において周辺環境が暗い判定された場合、およびＳ１２の初期状態において、周辺環境の明るさの情報が第１の閾値よりも小さいと判定された場合には、映像表示モードに設定される。
映像表示モードにおいては、まず、屈折力情報取得部５２において取得された屈折力の情報が制御部５０によって取得される。制御部５０は、屈折力情報を用いて第１の透過型光学素子１２を制御して、装着者の視力に応じた屈折力に設定する（Ｓ２２）。本実施形態の眼鏡１においては、第１の透過型光学素子１２を第２の透過型光学素子１３よりも装着者側に配置しているので、第１の透過型光学素子１２の屈折力を装着者の視力に応じて設定することにより再生映像の位置を調整することができ、装着者は、第２の透過型光学素子１３による再生映像を明瞭に見ることができる。なお、再生映像の位置は、装着者が近視である場合には、第２の透過型光学素子１３よりも被写体側であることが好ましく、装着者が遠視または老眼である場合には、第２の透過型光学素子１３よりも装着者側であることが好ましい。
次いで、制御部５０は、第３の光学素子１４を遮蔽モードに制御する（Ｓ２４）。これにより装着者の眼に対する外光の入射を遮蔽することができる。そして、撮像部３によって装着者の視野の範囲内が撮像され（Ｓ２６）、撮像部３から出力された映像信号が計算機ホログラム生成部５１に入力される。
そして、制御部５０の制御によって参照光照射部４から第２の透過型光学素子１３に対してＧ（緑）、Ｂ（青）およびＲ（赤）の３色の参照光がこの順で時分割に照射されるが、この３色の参照光の照射は、具体的には、以下のようにして制御される。まず、参照光の波長（色）を示す波長番号ｗがゼロに設定される（Ｓ２８）。なお、本実施形態では、Ｇの参照光の波長番号ｗが「１」に設定され、Ｂの参照光の波長番号ｗが「２」に設定され、Ｒの参照光の波長番号が「３」に設定されている。
そして、波長番号ｗが「１」インクリメントされ、波長番号ｗが「１」に設定される。波長番号ｗが「１」に設定された場合、計算機ホログラム生成部５１においては、入力された映像信号を用いてＧ成分の計算機ホログラム干渉パターンが生成され（Ｓ３２）、第２の透過型光学素子１３に表示される（Ｓ３４）。また、このとき波長番号に応じた波長（色）の参照光が第２の透過型光学素子１３に対して照射される。すなわち、波長番号ｗが「１」のＧの参照光が第２の透過型光学素子１３に対して照射される（Ｓ３６）。これにより、最初にＧ成分の再生映像が装着者の眼に入射される。
次いで、現在の波長番号ｗが「３」であるか否かが制御部５０によって確認され（Ｓ３８）、波長番号ｗが「３」でない場合には、Ｓ３０に戻り、波長番号ｗが「１」インクリメントされ、波長番号ｗが「２」に設定される。
波長番号ｗが「２」に設定された場合、計算機ホログラム生成部５１においては、入力された映像信号を用いてＢ成分の計算機ホログラム干渉パターンが生成され（Ｓ３２）、第２の透過型光学素子１３に表示される（Ｓ３４）。また、このとき波長番号ｗが「２」のＢの参照光が第２の透過型光学素子１３に対して照射される（Ｓ３６）。これにより、Ｂ成分の再生映像が装着者の眼に入射される。
そして、再び現在の波長番号ｗが「３」であるか否かが制御部５０によって確認され（Ｓ３８）、波長番号ｗが「３」でない場合には、Ｓ３０に戻り、波長番号ｗが「１」インクリメントされ、波長番号ｗが「３」に設定される。
波長番号ｗが「３」に設定された場合、計算機ホログラム生成部５１においては、入力された映像信号を用いてＲ成分の計算機ホログラム干渉パターンが生成され（Ｓ３２）、第２の透過型光学素子１３に表示される（Ｓ３４）。また、このとき波長番号ｗが「３」のＲの参照光が第２の透過型光学素子１３に対して照射される（Ｓ３６）。これにより、Ｒ成分の再生映像が装着者の眼に入射される。
上記のように波長番号ｗをインクリメントしながら、その波長番号ｗに応じた色の参照光の照射および計算機ホログラム干渉パターンの表示を繰り返すことによって、装着者の眼に対してＧ成分、Ｂ成分およびＲ成分の順番により再生映像を入射させることができる。このような順番により再生映像を入射させるのは、３つの色成分の中でＧ成分が最も視感度が高く、そのタイムラグを利用するため優先的に入射させることが好ましく、また、眼が暗順応しているときにはＢ成分の視感度が高いため、２番目に入射させることが好ましいからである。
映像表示モードにおいては、撮像部３から１フレームの映像信号が出力される毎に、Ｓ２８〜Ｓ３８までの処理が繰り返して行われる。そして、上記のように映像表示モードに設定された後においても、予め設定された間隔で周辺環境の明るさ判定が行われる（Ｓ４０）。そして、制御部５０は、周辺環境の明るさが予め設定された第３の閾値より大きくなった場合には、すなわち周辺環境が明るくなった場合には、眼鏡モードに切り替える。なお、このときの明るさ判定に用いる第３の閾値は、図６に示すように、上述した第１の閾値よりも大きいことが望ましい。Ｓ４０における第３の閾値がＳ１２における第１の閾値と同じ場合、周辺環境の僅かな明るさの違いにより眼鏡モードと映像表示モードとが切り替わってしまい装着者にとって煩わしいからである。
なお、上記実施形態の眼鏡１においては、周辺環境の明るさが第１の閾値と第２の閾値との間である場合および第１の閾値と第３の閾値との間である場合には、制御部５０が、中間モードに設定するようにしてもよい。そして、この中間モードにおいては、第２の透過型光学素子１３によって再生映像を表示させ、かつ第１の透過型光学素子１２および第２の透過型光学素子１３を透過した被写体の像を装着者の眼に入射させるようにしてもよい。また、中間モードの場合、被写体の像を形成する光に対する第３の光学素子１４の透過率を連続的または段階的に変更するようにしてもよい。
また、上述した中間モードを設定しない場合には、第２の閾値および第３の閾値を設定することなく、第１の閾値のみを用いて映像表示モードと眼鏡モードとを切り替えるようにしてもよい。
また、本実施形態の眼鏡１においては、上述したように明るさ判定の結果を用いて、眼鏡モードと映像表示モードを切り替えるようにしているが、明るさ判定に用いる第１の閾値は、装着者が室内にいる場合と装着者が外にいる場合とで変更するようにしてもよい。具体的には、たとえば装着者が室内にいる場合には、ＶＤＴ（Visual Display Terminals）作業に適した明るさであるか否かによって、眼鏡モードと映像表示モードとを切り替えるようにすればよい。一般的に、ＶＤＴ作業を行うには周辺環境が３００〜５００ルクス以上の明るさであることが望ましい。したがって、装着者が室内にいる場合には、明るさ判定に用いる第１の閾値としては、３００〜５００ルクスに応じた値に設定することが望ましい。第２および第３の閾値については、第１の閾値に応じて適宜設定するようにすればよい。
一方、装着者が外にいる場合には、安全に歩くことができる明るさか否かによって、眼鏡モードと映像表示モードとを切り替えるようにすればよい。一般的に、安全に外を歩くためには月明かり程度の明るさが必要であり、周辺環境が０．１〜１ルクス以上の明るさであることが望ましい。したがって、装着者は外にいる場合には、明るさ判定に用いる第１の閾値としては、０．１〜１ルクスに応じた値に設定することが望ましい。また、装着者が高齢者である場合には、安全に外を歩くには街灯の明るさ程度であることが望ましく、周辺環境が５０〜２００ルクス以上の明るさであることが望ましい。したがって、装着者が高齢者であり、かつ外にいる場合には、明るさ判定に用いる第１の閾値としては、５０〜２００に応じた値に設定することが望ましい。
なお、上述した第１〜第３の閾値の切り替えについては、たとえば眼鏡１に設けられた入力部（図示省略）を用いて切り替えるようにしてもよいし、眼鏡１と通信するコンピュータまたは携帯端末を用いて切り替えるようにしてもよい。または、撮像部３によって撮像された映像信号を用いて装着者が室内にいるのか外にいるのかを自動的に判定し、その判定結果によって第１〜第３の閾値を切り替えるようにしてもよい。
また、上記実施形態の眼鏡１においては、図７に示すように、レンズ部１０の装着者側に、固定焦点距離レンズ２０を設けるようにしてもよく、屈折力の異なる複数の固定焦点距離レンズ２０を眼鏡本体２に対して交換可能に構成することが望ましい。装着者の視力に合わせた固定焦点距離レンズ２０を設けることによって、第１の透過型光学素子１２の屈折力の可変幅および第２の透過型光学素子１３による再生映像の位置の可変幅を抑制することができ、これらの光学素子の負担を軽減することができる。なお、固定焦点距離レンズ２０を交換可能とする機械的な構成については、種々の公知な構成を用いることができる。
また、上記実施形態の眼鏡１においては、電源がオフされている場合には、第１の透過型光学素子１２および第２の透過型光学素子１３の屈折率を均一に制御することが望ましい。これにより電源オフした際に暗転したり、散乱が生じたりするのを防止することができる。
また、上記実施形態の眼鏡１においては、撮像部３は、変倍機能を有することが好ましい。必要に応じて通常の視覚よりも広角な像および拡大した像を得ることができる。このような変倍機能は、撮像部３がズームレンズを有していたり、デジタルズーム機能を有することにより実現される。撮像部３の倍率の変更については、眼鏡１に設けられた入力部を用いて設定入力するようにしてもよいし、眼鏡１と通信するコンピュータおよび携帯端末において設定入力するようにしてもよい。
また、上記実施形態の眼鏡１においては、映像表示モードの場合、第３の光学素子１４を遮蔽モードに制御するようにしたが、これに限らず、被写体の像を形成する光の一部を遮蔽する半透過モードに制御するようにしてもよい。
また、上記実施形態の眼鏡１においては、第２の透過型光学素子１３として位相変調型計算機ホログラム表示素子を用いるようにしたが、これに限らず、図８に示すように、第２の透過型光学素子１５として自由曲面半透過ミラーまたはホログラフィック光学素子を用いるようにしてもよい。そして、撮像部３によって撮像された映像を表示素子１６に表示させ、表示素子１６に表示された映像を第２の透過型光学素子１５により装着者の眼Ｉの方向に反射させることによって装着者に虚像を見せるようにしてもよい。
なお、自由曲面半透過ミラーおよびホログラフィック光学素子は、第３の光学素子１４を透過した被写体の像を透過可能であり、かつ表示素子１６に表示された映像を反射可能なものである自由曲面半透過ミラーを用いた場合には、大量生産が容易である。また、ホログラフィック光学素子を用いた場合には、波長選択性を持たせることにより、表示素子１６に表示された映像の表示波長の反射率および表示波長以外の光の透過率を共に５０％以上とすることができ効率が良い。
また、表示素子１６は、たとえば眼鏡本体２のリム１０２に設けるようにすればよいが、左右のリム１０２の下辺に設けることが望ましい。これにより装着者の視界に入らないようにすることができ、かつ装着者の顔とリム１０２との間に配置することができるので邪魔にならない。表示素子としては、たとえば液晶ディスプレイおよび有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイなどを用いることができる。
また、表示素子に表示された映像を第２の透過型光学素子によって反射させて装着者の眼Ｉに入射させる構成としては、図８に示す構成に限らない。たとえば図９に示すように、第２の透過型光学素子１７として、導光板１７ａの中心に自由曲面半透過ミラーまたはホログラフィック光学素子などからなる半透過反射部１７ｂを設けたものを用いるようにしてもよい。そして、表示素子１９に表示された映像をレンズ１８を介して導光板１７ａに入射させ、導光板１７ａによって導光された映像を半透過反射部１７ｂによって反射して装着者の眼Ｉに入射させるようにしてもよい。
次に、レンズ部１０が図８および図９に示す構成の場合における眼鏡１の動作について、図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、Ｓ１０およびＳ１２並びにＳ１４〜Ｓ２０の眼鏡モードの動作については、上記実施形態と同様であるので、ここでは、映像表示モードの動作のみについて説明する。
上記実施形態と同様に、Ｓ１２において周辺環境の明るさの情報が第１の閾値よりも大きいと判定された場合、および眼鏡モードになった後、Ｓ２０において周辺環境が暗い判定された場合には、映像表示モードに設定される。
映像表示モードにおいては、まず、屈折力情報取得部５２において取得された屈折力の情報が制御部５０によって取得される。制御部５０は、屈折力情報を用いて第１の透過型光学素子１２を制御して、装着者の視力に応じた屈折力に設定する（Ｓ６０）。
次いで、制御部５０は、第３の光学素子１４を遮蔽モードに制御する（Ｓ６２）。これにより装着者の眼に対する外光の入射を遮蔽することができる。そして、撮像部３によって装着者の視野の範囲内が撮像され（Ｓ６４）、撮像部３から出力された映像信号が表示素子１６，１９に入力されて映像が表示される（Ｓ６６）。表示素子１６，１９に表示された映像は、第２の透過型光学素子１５，１７によって反射されて装着者の眼に入射される。
そして、上記のように映像表示モードに設定された後においても、予め設定された間隔により周辺環境の明るさ判定が行われる（Ｓ６８）。そして、制御部５０は、周辺環境の明るさが予め設定された第３の閾値より大きくなった場合には、すなわち周辺環境が明るくなった場合には、眼鏡モードに切り替える。なお、このときの明るさ判定に用いる第３の閾値は、上記実施形態と同様である。
また、上記実施形態における第２の透過型光学素子１３を第１の透過型光学素子１２として機能させることによって、第１の透過型光学素子１２を省くようにしてもよい。なお、この場合、第２の透過型光学素子１３としての位相変調型計算機ホログラム表示素子の各画素の屈折率を制御することによってマトリクス液晶レンズとして機能させるようにすればよい。図１１は、上述したように第２の透過型光学素子１３を第１の透過型光学素子として機能させた場合における眼鏡１の動作の流れを示すフローチャートである。図１１に示すように、Ｓ１０およびＳ１２並びにＳ１４〜Ｓ２０の眼鏡モードの動作については、上記実施形態と同様であり、Ｓ４２〜Ｓ５６に示す映像表示モードの動作が上記実施形態とは異なる。具体的には、第１の透過型光学素子１２を省略しているので、図５に示すＳ２２の第１の透過型光学素子１２の屈折力の制御は行わない。その他の図１１に示すＳ４２〜Ｓ５８までの処理については、図５に示すＳ２４〜Ｓ４０までの処理と同様である。
また、上記実施形態の第２の透過型光学素子１３として、２次元屈折率分布を形成する薄型ホログラム素子を用いるようにしてもよい。薄型ホログラム素子は２次元マトリクスの液晶により構成されるものである。薄型ホログラム素子は体積型ホログラムと比較すると簡単な構成とすることができる。ただし、薄型ホログラム素子は、透過型ホログラムとして機能するので、上述した参照光を十分に反射させるため、薄型ホログラム素子の被写体側の面に波長選択性反射部材を設けることが望ましい。波長選択性反射部材は、参照光を反射し、かつ参照光以外の波長の光を透過するものである。なお、Ｇ、ＢおよびＲの参照光の帯域幅は狭いので、波長選択性反射部材は、参照光以外の波長の光を透過することによって被写体の像を透過することができる。
また、上記実施形態においては、第２の透過型光学素子１３に対してＧ、ＢおよびＲの参照光を時分割に照射するようにしたが、第２の透過型光学素子１３に対してＧ、ＢおよびＲの参照光を同時に照射するようにしてもよい。この場合、第２の透過型光学素子１３は、Ｇ、ＢおよびＲの３種類の参照光の多重露光をシミュレートした計算機ホログラム干渉パターンを表示する。なお、多重露光をシミュレートした計算機ホログラム干渉パターンの生成については、公知な手法を用いることができる（たとえば生産研究，１８巻９号,１９６６.０９.０１,pp.２３７-２４２，“市販フィルムによるホログラフ”参照）。Ｇ、ＢおよびＲの参照光を同時に照射することによってフレームレートを上げることができる。
また、上記実施形態の眼鏡１において、第１の透過型光学素子１２は、視線に応じた場所を中心としてレンズ化することが望ましい。具体的には、たとえば図１２Ｉに示すように、フレネル型の屈折率分布とし、回折型レンズとして機能させることが望ましい。また、図１２Ｉに示すように、レンズの中心から連続した屈折率分布とし、屈折型レンズとして機能させるようにしてもよい。また、図１２IIIに示すような屈折率分布とし、フレネルレンズとして機能させるようにしてもよい。なお、図１２Ｉ〜図１２IIIのような屈折率分布とする場合においても装着者の視力の情報および装着者と被写体との距離を用いて、第１の透過型光学素子１２の屈折力がさらに制御される。
また、上記実施形態においては、撮像部３から出力された映像信号を用いて、装着者の周辺環境の明るさの情報を取得するようにしたが、これに限らず、撮像部３とは別に明るさ検出部を設けるようにしてもよい。明るさ検出部としては、たとえばフォトダイオードなどのＰＤ（Photo Detector）を用いるようにすればよい。
また、上記実施形態においては、撮像部３から出力された映像信号を用いた映像を、第２の透過型光学素子によって表示または反射するようにしたが、必ずしも、撮像部３から出力された映像信号でなくてもよく、たとえば制御部５０が眼鏡１とは異なる外部の装置と通信し、その外部の装置から出力された映像信号を取得し、その映像信号を用いた映像を第２の透過型光学素子によって表示または反射するようにしてもよい。
また、本実施形態の眼鏡１においては、眼鏡１の装着者への装着状態を検出する装着状態検出部を設け、装着者が眼鏡１を装着した際に電源を自動的にオンし、装着者が眼鏡１を外した際に電源を自動的にオフするようにしてもよい。装着状態検出部としては、たとえばテンプル１０１の開閉状態を開閉センサによって検出することによって、眼鏡本体２の装着者への装着状態を検出することができる。開閉センサとしては、たとえばテンプル１０１が閉じられた状態においてオンとなり、テンプル１０１が開かれた状態においてオフとなるリミットスイッチなどを用いることができる。
また、眼鏡本体２の装着者への装着状態を検出する方法としては、上記の方法に限らず、たとえばテンプル１０１の耳かけの部分または眼鏡本体２の鼻パッド１０４に密着センサを設け、その密着センサによって肌への密着を検出することによって眼鏡本体２の装着者への装着状態を検出するようにしてもよい。密着センサとしては、たとえば圧力に応じた信号を出力する圧力センサを用いることができる。
１ 眼鏡
２ 眼鏡本体
３ 撮像部
３ａ 第１のカメラ
３ｂ 第２のカメラ
４ 参照光照射部
４ａ 第１の光源部
４ｂ 第２の光源部
５ 制御基板部
６ 電源部
７ 視線検出部
７ａ 第１の視線検出部
７ｂ 第２の視線検出部
１０ レンズ部
１１ フレーム
１２ 第１の透過型光学素子
１３ 第２の透過型光学素子
１４ 第３の光学素子
１５，１７ 透過型光学素子
１６，１９ 表示素子
１７ａ 導光板
１７ｂ 半透過反射部
１８ レンズ
２０ 固定焦点距離レンズ
５０ 制御部
５１ 計算機ホログラム生成部
５２ 屈折力情報取得部
５２ 距離情報取得部
５３ 距離情報取得部
１０１ テンプル
１０２ リム
１０３ ブリッジ
１０４ 鼻パッド
Ｇ 再生映像
Ｈ 像
Ｉ 眼
２ 眼鏡本体
３ 撮像部
３ａ 第１のカメラ
３ｂ 第２のカメラ
４ 参照光照射部
４ａ 第１の光源部
４ｂ 第２の光源部
５ 制御基板部
６ 電源部
７ 視線検出部
７ａ 第１の視線検出部
７ｂ 第２の視線検出部
１０ レンズ部
１１ フレーム
１２ 第１の透過型光学素子
１３ 第２の透過型光学素子
１４ 第３の光学素子
１５，１７ 透過型光学素子
１６，１９ 表示素子
１７ａ 導光板
１７ｂ 半透過反射部
１８ レンズ
２０ 固定焦点距離レンズ
５０ 制御部
５１ 計算機ホログラム生成部
５２ 屈折力情報取得部
５２ 距離情報取得部
５３ 距離情報取得部
１０１ テンプル
１０２ リム
１０３ ブリッジ
１０４ 鼻パッド
Ｇ 再生映像
Ｈ 像
Ｉ 眼
Claims (33)
- 眼鏡本体と、
被写体の像を透過し、かつ屈折力を変更可能な第１の透過型光学素子と、
映像信号を用いた映像を表示または反射し、かつ前記被写体の像を透過する第２の透過型光学素子と、
前記第２の透過型光学素子によって前記映像を表示または反射させて前記眼鏡本体の装着者の眼に入射させる映像表示モードと、前記第１の透過型光学素子および前記第２の透過型光学素子を透過した前記被写体の像を前記装着者の眼に入射させる眼鏡モードとを切り替え可能に制御する制御部とを備え、
前記第１の透過型光学素子が、前記第２の透過型光学素子よりも前記装着者側に配置されている映像表示機能付き眼鏡。 - 前記第１の透過型光学素子が、液晶レンズである請求項１記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 前記液晶レンズが、複数の分割領域を有し、前記分割領域毎に屈折率を変更可能である請求項２記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 前記第２の透過型光学素子よりも前記被写体側に、前記被写体の像を形成する光を透過させる透過モードと前記被写体の像を形成する光を遮蔽する遮蔽モードとを切り替え可能な第３の光学素子を有し、
前記制御部が、前記映像表示モードの場合には、前記第３の光学素子を前記遮蔽モードに制御し、前記眼鏡モードの場合には、前記第３の光学素子を前記透過モードに制御する請求項１から３いずれか１項記載の映像表示機能付き眼鏡。 - 前記第２の透過型光学素子よりも前記被写体側に、前記被写体の像を形成する光を透過させる透過モードと前記被写体の像を形成する光の一部を遮蔽する半透過モードとを切り替え可能な第３の光学素子を有し、
前記制御部が、前記映像表示モードの場合には、前記第３の光学素子を前記半透過モードに制御し、前記眼鏡モードの場合には、前記第３の光学素子を前記透過モードに制御する請求項１から３いずれか１項記載の映像表示機能付き眼鏡。 - 前記制御部が、電源がオフされている場合には、前記第３の光学素子を前記透過モードに制御する請求項４または５記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 前記第１の透過型光学素子の屈折力情報を取得する屈折力情報取得部を備え、
前記制御部が、前記屈折力情報取得部によって取得された屈折力情報を用いて前記第１の透過型光学素子の屈折力を制御する請求項１から６いずれか１項記載の映像表示機能付き眼鏡。 - 前記第１の透過型光学素子の前記装着者側に、屈折力の異なる複数の固定焦点距離レンズが交換可能に構成されている請求項１から７いずれか１項記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 前記第２の透過型光学素子が、位相変調型計算機ホログラム表示素子である請求項１から８いずれか１項記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 前記位相変調型計算機ホログラム表示素子が、複数の表示画素を有する請求項９記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 前記位相変調型計算機ホログラム表示素子が、前記映像信号を用いた計算機ホログラム干渉パターンを表示する請求項９または１０記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 前記位相変調型計算機ホログラム表示素子が、前記位相変調型計算機ホログラム表示素子から離れた位置に前記映像を平面像として再生する請求項９から１１いずれか１項記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 前記位相変調型計算機ホログラム表示素子に対して参照光を照射する参照光照射部を備えた請求項９から１２いずれか１項記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 前記位相変調型計算機ホログラム表示素子が、薄型ホログラム素子である請求項１３記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 前記薄型ホログラム素子の前記被写体側に波長選択性反射部材が設けられ、
前記波長選択性反射部材が、前記参照光を反射し、前記参照光以外の波長の光を透過する請求項１４記載の映像表示機能付き眼鏡。 - 前記参照光照射部が、前記位相変調型計算機ホログラム表示素子に対して、互いに波長が異なる３種類の参照光を時分割に照射し、
前記位相変調型計算機ホログラム表示素子が、各波長の前記参照光に対応する計算機ホログラム干渉パターンを時分割に表示する請求項１３から１５いずれか１項記載の映像表示機能付き眼鏡。 - 前記参照光照射部が、前記位相変調型計算機ホログラム表示素子に対して、互いに波長が異なる３種類の参照光を同時に照射し、
前記位相変調型計算機ホログラム表示素子が、前記３種類の参照光の多重露光をシミュレートした計算機ホログラム干渉パターンを表示する請求項１３から１５いずれか１項記載の映像表示機能付き眼鏡。 - 前記制御部が、前記眼鏡モードの場合には、前記参照光照射部を消灯し、前記映像表示モードの場合には、前記参照光照射部を点灯する請求項１３から１７いずれか１項記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 前記参照光照射部が、直線偏光された前記参照光を前記位相変調型計算機ホログラム表示素子に対して照射する請求項１３記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 前記制御部が、前記眼鏡モードの場合には、前記第２の透過型光学素子の屈折率を均一に制御する請求項１から１９いずれか１項記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 前記装着者と前記被写体との間の距離情報を取得する距離情報取得部を備え、
前記制御部が、前記距離情報取得部によって取得された距離情報を用いて、前記第１の透過型光学素子の屈折力を制御する請求項１から２０いずれか１項記載の映像表示機能付き眼鏡。 - 前記制御部が、電源がオフされている場合には、前記第１の透過型光学素子および前記第２の透過型光学素子の屈折率を均一に制御する請求項１から２１いずれか１項記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 前記第１の透過型光学素子が、配向方向が直交する２層の液晶層を有する請求項１から
２２いずれか１項記載の映像表示機能付き眼鏡。 - 前記第１の透過型光学素子が、配向方向が同一の２層の液晶層を有し、前記２層の液晶層の間に１／２波長板が設けられている請求項１から２２いずれか１項記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 前記第１の透過型光学素子が、前記２層の液晶層の組を複数有する請求項２３または２４記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 前記制御部が、前記第１の透過型光学素子を制御して、眼の波面収差の異常を補正する位相分布を生成する請求項１から２５いずれか１項記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 前記制御部が、前記装着者の周辺環境の明るさの情報を取得し、前記明るさが予め設定された第１の閾値以下である場合に、前記眼鏡モードから前記映像表示モードに切り替える請求項１から２６いずれか１項記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 前記制御部が、前記明るさが前記第１の閾値よりも大きく前記眼鏡モードに設定された場合、前記明るさが、前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下である場合に、前記眼鏡モードから前記映像表示モードに切り替え、前記明るさが前記第１の閾値以下であり前記映像表示モードに設定された場合、前記明るさが、前記第１の閾値よりも大きい第３の閾値より大きくなった場合に、前記映像表示モードから前記眼鏡モードに切り替える請求項２７記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 前記制御部が、前記明るさが前記第１の閾値と前記第２の閾値との間である場合および前記明るさが前記第１の閾値と前記第３の閾値との間である場合には、前記被写体の像を形成する光に対する前記第３の光学素子の透過率を連続的または段階的に変更する請求項２８記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 前記制御部が、前記明るさが前記第１の閾値と前記第２の閾値との間である場合および前記明るさが前記第１の閾値と前記第３の閾値との間である場合には、前記第２の透過型光学素子に前記映像を表示させ、かつ前記第１の透過型光学素子および前記第２の透過型光学素子を透過した前記被写体の像を前記装着者の眼に入射させる中間モードに制御する請求項２９記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 前記被写体を撮像して前記映像信号を出力する撮像部を備えた請求項１から３０いずれか１項記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 前記撮像部が、変倍機能を有する請求項３１記載の映像表示機能付き眼鏡。
- 眼鏡本体と、
被写体の像を透過し、かつ屈折力を変更可能な透過型光学素子であって、映像信号を用いた映像を表示する透過型光学素子と、
前記透過型光学素子によって前記映像を表示させて前記眼鏡本体の装着者の眼に入射させる映像表示モードと、前記透過型光学素子を透過した前記被写体の像を前記装着者の眼に入射させる眼鏡モードとを切り替え可能に制御する制御部とを備える映像表示機能付き眼鏡。
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