JP6593028B2 - 透過型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置によって形成された映像を観察者に提示する透過型表示装置に関する。

観察者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤとも言う）等の虚像表示装置に組み込まれる光学系として様々なものが提案されており、特に、映像光と外界光とを重畳して視認させるいわゆるシースルータイプのもの（透過型表示装置）が知られている（例えば、特許文献１等参照）。

このようなシースルータイプの虚像表示装置として、外界光の調光をするためにシェードや調光装置を設けるものが知られており（例えば、特許文献１〜４参照）、このうち、特に、シェードの透過率を可変にして外界光の調光を行うものが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。例えば上記特許文献１では、シェードの透過率と画像光の強度とを可変にする構成について記載がある。

特開２０１３−１２２５１９号公報 特開２０１２−８８４７２号公報 特開２０１３−５２０１号公報 特開２０１４−２２５８２３号公報 特開２０１５−３８５７８号公報

本発明は、映像光と外界光とを重畳して視認させる透過型表示装置（虚像表示装置）において、着脱可能に設けられたシェードの影響を加味しつつ、簡易な構造で、外界光の変化に応じた映像光の調整を可能にする透過型表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る透過型表示装置は、映像光と外界光とを重畳して視認させる透過型表示装置であって、映像光を表示する表示部と、表示部に対向して着脱可能に設けられて外界光を調光する調光シェードと、外界光に関して調光シェードの影響を含んだ変化に応じて映像光を調整する映像光制御部とを備える。

上記透過型表示装置では、映像光制御部によって映像光の調整に際して、外界光の変化について、例えば調光シェードの着脱による影響を含んだ変化をセンサー等により検知した結果に基づいて制御を行う。このような構成とすることで、調光シェードの透過率を可変とするか否かに関わらず調光シェードの影響を含んだ外界光の変化に応じた適切な映像光の調整ができ、構造も比較的簡易なものとすることができる。

本発明の具体的な側面では、外界光のうち観察者の眼に到達する成分に相当する成分の変化を検知するセンサー部をさらに備え、映像光制御部は、センサー部での検知結果に基づいて映像光を調整する。この場合、映像光制御部は、センサー部での検知結果に基づき映像光の調整ができる。

本発明の別の側面では、センサー部は、調光シェードの装着中において調光シェードに覆われて、外界光に関して調光シェードの影響を含んだ変化を検知する外光センサーを有する。この場合、外光センサーが調光シェードに覆われることで、調光シェードを通過した外界光を検知できる。

本発明のさらに別の側面では、調光シェードは、外光センサーに対応して設けられる張出部を有する。この場合、張出部を設けることで、調光シェードによって外光センサーを確実に覆うことができる。

本発明のさらに別の側面では、センサー部は、少なくとも調光シェードの着脱を検知するシェード検知部と、外界光の成分を検知する外光センサーとを有し、調光シェードの有無と外界光の成分とを個別に検知する。この場合、シェード検知部で少なくとも調光シェードの着脱を検知し、外光センサーで外界光の成分を検知することで、個別に得た情報を利用して、外界光に関して調光シェードの影響を含んだ変化を捉えることができる。

本発明のさらに別の側面では、シェード検知部は、近接センサーである。この場合、調光シェードの装着時に近接センサーを調光シェードに近接させることで確実に調光シェードの有無を検知できる。

本発明のさらに別の側面では、シェード検知部は、調光シェードの種別を検出する。この場合、調光シェードの有無に加え調光シェードの種別を検出することで、より適切に映像光の制御を行うことができる。

本発明のさらに別の側面では、映像光制御部は、シェード検知部により検出された調光シェードの種別に応じて外光センサーにより検知された外界光の成分を補正した値に基づいて映像光を調整する。この場合、調光シェードの種別と外界の状況との双方を考慮した映像光の制御を行うことができる。

本発明のさらに別の側面では、シェード検知部は、調光シェードに向けて光を照射する発光素子と、発光素子から照射された光の反射光を受光する受光素子とを備え、調光シェードは、発光素子からの光を反射する反射面において表面加工が施されている。この場合、発光素子からの反射光を受光素子で受光することにより調光シェードを検知でき、表面加工の施し方により調光シェードの種別を検出させることが可能になる。

本発明のさらに別の側面では、シェード検知部は、金属端子の接触により調光シェードを検出する。この場合、金属端子の接触により簡易かつ確実に調光シェードを検知できる。

本発明のさらに別の側面では、外光センサーは、装着中における観察者の視線方向として想定される方向と平行な方向について外界光の成分を検知する。この場合、外界を見ている観察者の眼の状態に対応して映像光の調整をすることが可能になる。

本発明のさらに別の側面では、外光センサーは、外界光の照度を計測する照度センサーである。この場合、外界光の照度に基づいて映像光の調整を行うことができる。

本発明のさらに別の側面では、センサー部は、映像光を導光する導光部材の入射部側に設けられる。この場合、センサー部の配線を簡素化できる。

本発明のさらに別の側面では、調光シェードは、一定の透過率を有する。この場合、調光シェードを簡易に作製できる。

本発明のさらに別の側面では、調光シェードは、透過率を調整可能である。この場合、必要に応じて外界光の状態も調整できる。

本発明のさらに別の側面では、調光シェードは、エレクトロクロミック材料、液晶材料、またはＳＰＤ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ）材料により製造される。この場合、調光シェードの透過率を可変にできる。

本発明のさらに別の側面では、調光シェードは、外界光の成分のうち、特定波長帯域の成分を調光し、映像光制御部は、映像光の成分のうち、調光シェードに応じて調光される特定波長帯域の成分に対応する成分について調整する。この場合、例えば外界光のうち特定波長帯域をカットして色味が変化した場合に、これに応じて映像光の色味を調和させることができる。

第１実施形態に係る透過型表示装置の外観を簡単に説明する斜視図である。 調光シェードを取り付けた透過型表示装置の外観を示す斜視図である。 （Ａ）は、調光シェードを取り外した状態の透過型表示装置の正面図であり、（Ｂ）は、調光シェードを取り付けた状態の透過型表示装置の正面図である。 透過型表示装置における映像光の光路について示す図である。 透過型表示装置の制御の一例について説明するためのブロック図である。 透過型表示装置の制御の一変形例について説明するためのブロック図である。 （Ａ）は、第２実施形態に係る透過型表示装置について説明するための正面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の一部拡大図である。 透過型表示装置の制御の一例について説明するためのブロック図である。 近接センサーの一例について説明するための概念図である。 調光シェードに応じた映像光の制御を説明するためのフローチャートである。 （Ａ）及び（Ｂ）は、金属端子の接触によるシェードの検知の一例について説明するための概念的な図である。

〔第１実施形態〕
以下、図１等を参照しつつ、本発明に係る導光装置及び導光装置を含む透過型表示装置の一実施形態について詳細に説明する。

図１及び図３（Ａ）等に示すように、本実施形態の導光装置を含む透過型表示装置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、この透過型表示装置１００を装着した観察者又は使用者に対して虚像による画像光（映像光）を視認させることができるとともに、観察者に外界像をシースルーで視認又は観察させる（外界光を透過させる）ことができる。

また、図２及び図３（Ｂ）に示すように、透過型表示装置１００は、遮光性又は吸光性を有する樹脂材料等で形成される可撓性部材である調光シェード９０の取り付けを可能としている。調光シェード９０は、透過型表示装置１００の眼前想定部分（観察者の眼が位置すべきところとして想定される位置の前方側に相当する部分）を覆うように取り付けられて、外界光の透過率を低下させて映像視認性を向上させるといった外界光の調光をする外光透過率調整装置である。すなわち、透過型表示装置１００は、調光シェード９０を着脱可能とすることで、外界光の透過率を変え、シースルーに関して外界側の視界を調整できる。なお、調光シェード９０については、種々の態様のものが適用可能であるが、一例としては、均一材料で作製された一定の透過率を有するものとすることが考えられる。

さらに、上記のほか、透過型表示装置１００は、図１等に示すように、観察者から各種動作の指示を受け付けるためのコントローラー（制御装置）ＣＲを有する。コントローラーＣＲは、図示のように、透過型表示装置１００のうち上記した光学的な機能を有する本体部分１００ｐと例えば有線で接続され、ボタン部やタッチパネル部等を有して本体部分１００ｐの表示動作等のための観察者による操作指示を受け付ける入力装置として機能する。

透過型表示装置１００は、本体部分１００ｐにおいて、観察者の視認方向（例えばＺ方向）の１つである眼前（眼前として想定される箇所、眼前想定部分）を透視可能に覆う第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂと、両光学部材１０１ａ，１０１ｂを支持する枠部１０２と、枠部１０２の左右両端から後方のつる部分（テンプル）１０４にかけての部分に付加された第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂとを備える。ここで、図面上で左側の第１光学部材１０１ａと第１像形成本体部１０５ａとを組み合わせた第１表示装置１００Ａは、右眼用の虚像を形成する表示部ＤＳａであり、単独でも透過型表示装置（虚像表示装置）として機能する。また、図面上で右側の第２光学部材１０１ｂと第２像形成本体部１０５ｂとを組み合わせた第２表示装置１００Ｂは、左眼用の虚像を形成する表示部ＤＳｂであり、単独でも透過型表示装置として機能する。

上記に加え、本実施形態に係る透過型表示装置１００は、センサー部ＳＰとして、外界光の状況について計測する外光センサーＳＳを有している。外光センサーＳＳは、例えば外界光の照度を計測する照度センサー（透過光照度センサー）で構成される。図１や図３（Ａ）に例示するように、外光センサーＳＳは、本体部分１００ｐの側方側に配置され、前方側すなわち観察者の視認方向の１つである眼前として想定される側に向けられ、観察者の視野全体の範囲に対応する範囲を検知範囲としている。言い換えると、外光センサーＳＳは、検知範囲を観察者の視野に対応させることで、外界光のうち観察者の眼に到達する成分に相当する成分に関して検知することができる。さらには、外光センサーＳＳは、装着中における観察者の視線方向として想定される方向と平行な方向（視線方向に応じた方向）について外界光の成分を検知することが可能なものとなっている。

ここで、特に、本実施形態では図２や図３（Ｂ）に例示するように、調光シェード９０は、外光センサーＳＳの設置位置に対応して設けられる張出部ＯＰを有している。すなわち、外光センサーＳＳは、調光シェード９０の装着中において調光シェード９０の張出部ＯＰに覆われた状態で、外界光の照度を計測する。言い換えると、張出部ＯＰは、外光センサーＳＳの検知範囲全体を覆っている。この結果、外界光のうち観察者の眼に到達する成分に相当する成分の検知に関して、調光シェード９０の有無による影響を含んだ照度の変化を検知するものとなる。すなわち、図１や図３（Ａ）に例示する調光シェード９０が無い状態では、通常の外界光の照度をそのまま計測するものとなる一方、調光シェード９０が有る状態では、調光シェード９０を透過した後の外界光の照度を計測するものとなる。また、以上を言い換えると、外光センサーＳＳと張出部ＯＰとが協働することで、センサー部ＳＰは、調光シェード９０の有無を外界光の照度と渾然一体となった状態の情報で取得するものとなっている。

以下、図４を参照して、透過型表示装置１００のうち、本体部分１００ｐにおける光学的機能に関して説明する。なお、光学的機能に関しては、左右一対の表示部ＤＳａ，ＤＳｂ（表示装置１００Ａ，１００Ｂ）において同様の動作をするので、第１表示装置１００Ａについてのみ図示及び説明をし、第２表示装置１００Ｂについては図示等を省略する。

図４に示すように、第１表示装置１００Ａは、投影用の光学系である投射透視装置７０と、映像光を形成する画像表示装置８０とを備えるものと見ることができる。投射透視装置７０は、画像表示装置８０によって形成された画像を虚像として観察者の眼に投射する役割を有する。投射透視装置７０は、第１光学部材１０１ａ又は導光装置２０と、結像用の投射レンズ３０とを備える。第１光学部材１０１ａ又は導光装置２０は、導光及び透視用の導光部材１０と、透視用の光透過部材５０とで構成されている。なお、第１像形成本体部１０５ａは、画像表示装置８０と投射レンズ３０とで構成される。

画像表示装置８０は、液晶パネル等を本体として構成される透過型の空間光変調装置である映像表示素子（映像素子）８２のほか、映像表示素子８２へ照明光を射出するバックライトである照明装置８３を有する。なお、映像表示素子８２等の動作を制御する駆動制御部として各種ドライバが併せて設けられている。

投射レンズ３０は、構成要素として、例えば入射側光軸（光軸ＡＸ）に沿って３つの光学素子（レンズ）３１〜３３を備える投射光学系であり、これらの光学素子３１〜３３を収納する鏡筒部３９によって支持されている。なお、レンズ３１〜３３には、非軸対称な曲面（自由曲面）が含まれている。

導光装置２０は、導光及び透視用の導光部材１０と、透視用の光透過部材５０とで構成されている。導光部材１０及び光透過部材５０の本体部分は、例えばシクロオレフィンポリマー等の可視域で高い光透過性を示す樹脂材料で形成されている。なお、導光部材１０は、上記のように、プリズム型の導光装置２０の一部であり、一体の部材であるが、光射出側の第１導光部分１１と光入射側の第２導光部分１２とに分けて捉えることができる。光透過部材５０は、導光部材１０の透視機能を補助する部材（補助光学ブロック）であり、導光部材１０と一体的に固定され１つの導光装置２０となっている。なお、上記のような構成を有する導光装置２０のうち、光源側（根元側）に位置する先端部が鏡筒部３９の端部に嵌合することで、投射レンズ３０に精度よく位置決め固定されている。

以下、導光装置２０の構造等について光学的機能の観点から詳細に説明する。上述のように、導光装置２０は、導光部材１０と光透過部材５０とで構成されている。このうち、導光部材１０は、平面視において、鼻に近い中央側の部分が直線状に延びている。導光部材１０のうち、鼻に近い中央側つまり光射出側に配置されている第１導光部分１１は、光学的な機能を有する側面として、第１面Ｓ１１と、第２面Ｓ１２と、第３面Ｓ１３とを有し、鼻から離れた周辺側つまり光入射側に配置されている第２導光部分１２は、光学的な機能を有する側面として、第４面Ｓ１４と、第５面Ｓ１５とを有する。このうち、第１面Ｓ１１と第４面Ｓ１４とが連続的に隣接し、第３面Ｓ１３と第５面Ｓ１５とが連続的に隣接する。また、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とは大きな角度を成して隣接している。さらに、ここでは、対向した配置となっている第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３とが互いに略平行な平面形状となっている。一方、光学的な機能を有する他の面、すなわち第２面Ｓ１２、第４面Ｓ１４及び第５面Ｓ１５は、非軸対称な曲面（自由曲面）となっている。

ここで、導光装置２０を構成する上記各面のうち、第２面Ｓ１２には、ハーフミラー層１５が付随している。このハーフミラー層１５の反射率は、シースルーによる外界光の観察を容易にする観点で調整されている。また、第５面Ｓ１５は、無機材料等で形成される光反射膜ＲＭを成膜することで形成され、ミラー反射面として機能する。

さらに、導光装置２０において、導光部材１０は、光透過部材５０と接着層ＣＣを介して貼り合されることで接合されており、導光部材１０及び光透過部材５０の接合面と、接着層ＣＣとで構成される部分を、接合部ＣＮとする。すなわち、第２面Ｓ１２に付随するハーフミラー層１５は、この接合部ＣＮにおいて形成される。

光透過部材５０は、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。第１透過面Ｓ５１は、導光部材１０の第１面Ｓ１１を延長した面上にあり、第２透過面Ｓ５２は、当該第２面Ｓ１２に対して接着層ＣＣ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１０の第３面Ｓ１３を延長した面上にある。このうち第２透過面Ｓ５２と導光部材１０の第２面Ｓ１２とは、薄い接着層ＣＣを介しての接合によって一体化されるため、略同じ曲率の形状を有する。

以下、映像光等の光路の一例について説明する。画像表示装置８０から射出された映像光ＧＬは、投射レンズ３０を通過して収束されつつ、導光装置２０の導光部材１０に設けた第４面Ｓ１４に入射する。第４面Ｓ１４を通過した映像光ＧＬは、収束しつつ進み、第５面Ｓ１５で反射され、第４面Ｓ１４に内側から再度入射して反射される。第４面Ｓ１４で反射された映像光ＧＬは、第３面Ｓ１３に入射して全反射され、第１面Ｓ１１に入射して全反射される。ここで、映像光ＧＬは、第３面Ｓ１３を経由する前後において、導光部材１０中に中間像を形成する。この中間像の像面ＩＩは、映像表示素子８２の像面に対応するものである。第１面Ｓ１１で全反射された映像光ＧＬは、第２面Ｓ１２に入射するが、特に第２面Ｓ１２に設けたハーフミラー層１５に入射した映像光ＧＬは、このハーフミラー層１５を部分的に透過しつつも部分的に反射されて第１面Ｓ１１に再度入射して通過する。第１面Ｓ１１を通過した映像光ＧＬは、観察者の眼の瞳又はその等価位置に略平行光束として入射する。

一方、外界光については、第３面Ｓ１３と第１面Ｓ１１とが互いに略平行な平面となっており、かつ、第３面Ｓ１３を延長した第３透過面Ｓ５３と第１面Ｓ１１を延長した第１透過面Ｓ５１とが存在することで、収差等をほとんど生じることなく、歪みのない外界像を観察者に観察させる。以上のようにして、導光装置２０は、映像光と外界光とを重畳させるシースルータイプの光学系を構成するものとなっている。

以上のように、本実施形態では、導光部材１０の内部において、映像表示素子８２からの映像光を、少なくとも２回の全反射を含む第１面Ｓ１１から第５面Ｓ１５までにおける５回の反射によって導光している。これにより、映像光ＧＬの表示と外界光ＨＬの視認させるシースルーとを両立させ、かつ、映像光ＧＬの収差の補正を行うことが可能になる。

なお、画像表示装置８０については、種々の態様を適用でき、例えば通常のＬＥＤや各種ランプを光源とし、液晶パネル等によって画像表示装置８０を構成することが可能である。

以上説明した画像表示装置８０等の各種動作制御は、コントローラーＣＲの内部に設けられた制御部である映像光制御部２９０によりなされる。また、映像光制御部２９０は、外光センサーＳＳ等と接続されており、映像光の制御に必要となる各種情報を取得するものとなっている。特に、本実施形態では、映像光制御部２９０は、外光センサーＳＳにより取得した外界光のうち観察者の眼に到達する成分に相当する成分の変化に関する情報に基づいて映像光を調整している。これにより、本実施形態に係る透過型表示装置１００は、簡易な構造でありながら調光シェード９０の有無による影響に応じた適切な映像光の調整を可能としている。

以下、図５を参照して、透過型表示装置１００のうち、映像光の調整のための制御について詳細に説明する。

図５は、透過型表示装置１００のうち映像光の制御に関係する各部について概念的に説明するためのブロック図である。図示のように、透過型表示装置１００は、光学的な機能を有する本体部分１００ｐにおいて、映像光の制御のために、画像表示装置８０と、外光センサーＳＳとを有する。また、透過型表示装置１００は、制御動作を司る映像光制御部２９０を含むコントローラーＣＲにおいて、映像光制御部２９０のほか、操作部ＢＴとメモリー部ＭＰと、電源部ＰＰとを有する。

本体部分１００ｐのうち、画像表示装置８０は、既述のように、映像表示素子８２と照明装置８３とで構成される。ここでは、左右一対のものとして、まず、右眼用の映像表示素子８２Ｒが、右眼用液晶ドライバー８４Ｒ（液晶ドライバーＲ）と、右眼用液晶パネル８５Ｒ（液晶パネルＲ）とを有する。また、右眼用の照明装置８３Ｒが、右眼用光源ドライバー８６Ｒ（光源ドライバーＲ）と、右眼用光源８７Ｒ（光源Ｒ）とを有する。同様に、左眼用の映像表示素子８２Ｌが、左眼用液晶ドライバー８４Ｌ（液晶ドライバーＬ）と、左眼用液晶パネル８５Ｌ（液晶パネルＬ）とを有する。また、左眼用の照明装置８３Ｌが、左眼用光源ドライバー８６Ｌ（光源ドライバーＬ）と、左眼用光源８７Ｌ（光源Ｌ）とを有する。画像表示装置８０は、映像制光御部２９０からの信号に従って、映像光の表示動作をする。映像光制御部２９０は、各ドライバーに対して指令信号を送信することで動作制御を行う。

外光センサーＳＳは、既述のように、例えば外界光の照度を計測する照度センサーで構成され、外界光のうち観察者の眼に到達する成分に相当する成分に関して検知し、検知結果をコントローラーＣＲの映像光制御部２９０に送信する。

コントローラーＣＲのうち、操作部ＢＴは、例えば観察者が各種操作を行うためのボタン部やタッチパネル部やこれらによる入力信号を送信する装置等で構成され、コントローラーＣＲにおいて表示動作等のための観察者による操作指示を受け付ける入力装置として機能する。

メモリー部ＭＰは、映像光制御部２９０の制御による映像制御のために必要な各種プログラムや、画像データ等の各種データ（例えば後述する外光光量調整についての係数Ａに関するテーブルデータ）を格納している。

電源部ＰＰは、映像光制御部２９０の制御下において、コントローラーＣＲを構成する各部に電力供給し、さらに、有線で接続された本体部分１００ｐの各部に対しても電力供給する。

映像光制御部２９０は、既述のように、コントローラーＣＲの制御動作を司る主制御部であり、コントローラーＣＲを構成する各部の動作を制御するとともに本体部分１００ｐの画像表示装置８０等と接続されることでこれらとの信号の送受信を行うことで各種制御をし、映像光制御の全体を統括する。

以下、透過型表示装置１００による外界光の変化に応じた映像光の制御動作の一例について説明する。まず、映像光制御部２９０は、外光センサーＳＳにおいて検知された外界光の成分の光量を取得する。この外界光の成分の光量は、上述のように、調光シェード９０の有無による影響を加味したものとなっている。すなわち、もしも調光シェード９０が装着されていれば、外光センサーＳＳは調光シェード９０の張出部ＯＰに覆われるため、その分光量が低く検出される。一方、調光シェード９０が装着されていなければ（調光シェード９０未装着であれば）、外光センサーＳＳは外光の光量をそのまま検出される。また、調光シェード９０の有無にかかわらず、外界光の変化そのものの変化についてもこれに応じて検出値が変化することになる。映像光制御部２９０は、外光センサーＳＳの光量に基づき映像光の画像輝度値を算出し、算出された画像輝度値に基づき映像光による表示動作を各部に行わせる。また、映像光制御部２９０は、外光センサーＳＳによる外界光の成分の光量の情報取得を繰り返し、光量Ｌが変わる、すなわち外界が明るくなったり暗くなったりするのに応じて、随時画像輝度値を変更していく。

以上のように、本実施形態に係る透過型表示装置１００では、映像光と外界光とを重畳して視認させるシースルーが可能であって、かつ、着脱可能な調光シェード９０による外界光の調光とを可能としている。この際に、外界光の観察者の眼に到達する成分に相当する成分の変化について、調光シェードの着脱による影響を含んだ変化に基づいて、映像光制御部２９０による映像光の調整制御を行っている。これにより、映像光制御部２９０は複雑な計算機能を備えない比較的簡易な構造でありながら、外界の変化（観察者が見る外界光の輝度）に応じた適切な映像光の調整を達成している。

また、上記実施形態では、調光シェード９０について、一定の透過率を有するものとしているが、これに限らず、例えばエレクトロクロミック材料、液晶材料、またはＳＰＤ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ）材料により製造することで、透過率を調整可能なものとしてもよい。より具体的には、例えば液晶などを用いて外光を遮断することにより、透過率を調整する電子的なシャッター機能を有するもので構成してもよい。

図６は、電子的なシャッター機能によるもの等電気駆動により透過率が調整可能な調光シェード９０を適用した場合での動作制御について一例を説明するためのブロック図である。なお、図６は、図５に対応する図であり、調光シェード９０を動作させるために本体部分１００ｐ側において、画像表示装置８０や外光センサーＳＳに加え、シェードドライバーＳＤをさらに備えるものとなっている点以外は、図５の場合と同様であるので詳しい説明を省略する。この場合、映像光制御部２９０は、外光センサーＳＳからの検知に基づき映像光の制御を行うとともに調光シェード９０の透過率についても調整可能なものとなる。この場合、例えば外界光に関する照度変化をフィードバックさせて、調光シェード９０の透過率を更に変化させ、調光シェード９０を通過した後の眼に届く外界光の光量が一定となるように制御することが考えられる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る透過型表示装置について説明する。なお、本実施形態は、第１実施形態の透過型表示装置の変形例であり、センサー部ＳＰや調光シェード９０の構造やこれらの構造の違いに伴う制御動作を除けば、第１実施形態の場合と同様であるので、全体の詳細な説明を省略する。

図７（Ａ）は、本実施形態に係る透過型表示装置２００について説明するための正面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の一部拡大図である。また、図８は、透過型表示装置２００の制御の一例について説明するためのブロック図であり、図５等に対応する図である。図示のように、本実施形態では、センサー部ＳＰが、外光センサーＳＳに加え、シェード検知部ＤＴを有し、調光シェード９０の有無と外界光の成分とを個別に検知している点において、第１実施形態と異なっている。ここでは、一例として、シェード検知部ＤＴは、表示部ＤＳａ，ＤＳｂ（第１及び第２表示装置２００Ａ，２００Ｂ）のうち、表示部ＤＳｂ（第２表示装置２００Ｂ）に付随するように側方側に設けられる近接センサーであるものとする。さらに、本実施形態では、図７（Ａ）に示すように、調光シェード９０が装着時においても外光センサーＳＳを覆わないものとなっている。本実施形態の場合、まず、調光シェード９０を装着すると、近接センサーであるシェード検知部ＤＴが調光シェード９０の直近裏側に位置することになり、シェード検知部ＤＴによる調光シェード９０の検知を確実に行うことができる。一方で、外光センサーＳＳは調光シェード９０に覆われることなく、常に調光シェード９０の影響を受けない外界光の成分を検知することになる。すなわち、センサー部ＳＰは、シェード検知部ＤＴにおいて調光シェード９０の着脱を検知し、外光センサーＳＳにより外界光のうち観察者の眼に到達する成分（調光シェード９０の影響を加味しない外界光の成分）に相当する成分を検知し、検知結果を映像光制御部２９０に送信する。映像光制御部２９０は、センサー部ＳＰのシェード検知部ＤＴと外光センサーＳＳとからそれぞれ送信されるシェードの有無等のシェードに関する情報と、外界光の成分に関する情報とを利用することで、外界光のうち観察者の眼に到達する成分に相当する成分に関して調光シェードの影響を含んだ変化に応じた映像光の調整が可能となる。

図９は、シェード検知部ＤＴを構成する近接センサーの一例について概念的に示す図である。ここでは、シェード検知部ＤＴは、調光シェード９０に向けて光を照射する発光素子ＥＥと、発光素子ＥＥから照射された光の反射光を受光する受光素子ＲＥとを有することによって近接センサーとして構成されているものとする。すなわち、発光素子ＥＥから照射された光（例えば赤外光線）は、測定対象物である調光シェード９０の裏面の特定領域である反射面ＩＡで反射された光を受光素子ＲＥにおいて受光することで調光シェード９０を検知する。ここで、調光シェード９０の種類ごとに裏面の特定領域である反射面ＩＡに、異なる表面加工を施して、反射率を変更し、受光素子ＲＥでの受光率を変化させることで、シェード検知部ＤＴによって調光シェード９０の種別を検出可能な態様にできる。なお、反射面ＩＡの表面加工については種々の態様が可能であり、例えば特定の割合でシボ加工を施したり、表面の曲率や凹凸を変えたりすることで目的を達成できる。

なお、図７（Ｂ）に示す場合、センサー部ＳＰのうちシェード検知部ＤＴは、第２表示装置１００Ｂのうち映像光を導光する導光部材１０の入射部側の近くに設けられている。この場合、シェード検知部ＤＴを、コントローラーＣＲ（図１等参照）の近くに位置させるものとなり、配線を簡易にできる。なお、このことは、外光センサーＳＳについても同様に適用できる。すなわち、外光センサーＳＳについてもコントローラーＣＲの近くに位置するように、映像光を導光する導光部材１０の入射部側の近くに設けてもよい。

以下、図１０のフローチャート等を参照して、本実施形態に係る透過型表示装置２００における調光シェード９０に応じた映像光の制御の一例について説明する。なお、ここでは、調光シェード９０の反射面ＩＡは特に表面加工等はなされず、調光シェード９０の透過率（反射率）がそのまま反映されるものとする。

ここでは、一例として、シェード検知部ＤＴにより２種類の調光シェード（シェードα，β）について識別が可能であるものとする。なお、シェードαは透過率ｔ１（反射率ｒ１）、シェードβは透過率ｔ２（反射率ｒ１）であり、ｔ１＞ｔ２（ｒ１＜ｒ２）であるものとする。

ここで、反射光の受光値について予め定めた２つの閾値Ｃ１，Ｃ２（Ｃ１＜Ｃ２）を設けておく。すなわち、シェード検知部ＤＴで検知される数値Ｓについて、２つの閾値Ｃ１，Ｃ２に対する大小関係によって調光シェード識別の有無及び種類を識別するものとする。なお、閾値Ｃ１は（１−透過率ｔ１、または反射率ｒ１）、閾値Ｃ２は（１−透過率ｔ２、または反射率ｒ２）に応じて定まる値とする。また、映像光制御部２９０は、使用される調光シェードの種類に応じて外光センサーＳＳにより検知された外界光の成分を補正した値に基づいて映像光を調整するものとする。具体的には、映像光制御部２９０は、外光センサーＳＳにおいて検知された外界光の成分の光量Ｌ（ｔ）に調光シェードの種類（透過率ｔ）に応じた外光光量調整係数Ａを乗算した値Ａ×Ｌ（ｔ）を光量補正値Ｌｃ（ｔ）とし、光量補正値Ｌｃ（ｔ）に基づいて映像光の画像輝度値を算出し、当該画像輝度値で映像光を表示部ＤＳａ、ＤＳｂにおいて表示させる。

透過型表示装置２００の動作が開始されると、映像光制御部２９０は、まず、シェード検知部ＤＴにより検知される値Ｓを読み取る（ステップＳ１）。次に、映像光制御部２９０は、ステップＳ１で読み取った値Ｓを閾値Ｃ１，Ｃ２と比較する（ステップＳ２）。ステップＳ２において、値Ｓが閾値Ｃ１未満である、すなわち相対的に低い反射率がシェード検知部ＤＴにおいて検知されたと判断する、あるいは反射が検知されなかったと判断すると、映像光制御部２９０は、調光シェード未装着（調光シェード無し）と判断し、メモリー部ＭＰからシェード未装着に対応する外光光量調整係数Ａを読み出す（ステップＳ３）。なお、調光シェード未装着の場合、係数Ａ＝１となる。

一方、ステップＳ２において、値Ｓが閾値Ｃ１以上閾値Ｃ２未満であると判断する、すなわち相対的に中間値の反射率がシェード検知部ＤＴにおいて検知されたと判断すると、映像光制御部２９０は、２種類の調光シェードのうちシェードαが装着されていると判断し、メモリー部ＭＰからシェードαに対応する外光光量調整係数Ａ＝ａ１を読み出す（ステップＳ４）。

一方、ステップＳ２において、値Ｓが閾値Ｃ２以上であると判断する、すなわち相対的に高い反射率がシェード検知部ＤＴにおいて検知されたと判断すると、映像光制御部２９０は、２種類の調光シェードのうちシェードβが装着されていると判断し、メモリー部ＭＰからシェードβに対応する外光光量調整係数Ａ＝ａ２を読み出す（ステップＳ５）。

次に、映像光制御部２９０は、外光センサーＳＳにおいて検知された外界光の成分の光量Ｌ（ｔ）の情報を取得し（ステップＳ６）、取得した光量Ｌ（ｔ）とステップＳ３〜Ｓ５のいずれかによって読み出された外光光量調整係数Ａとに基づき求めた光量補正値Ｌｃ（ｔ）を用いて映像光の画像輝度値を算出する（ステップＳ７）。すなわち、映像光制御部２９０は、ステップＳ７で算出された画像輝度値に基づき映像光による表示動作を行わせる。また、映像光制御部２９０は、ステップＳ７の後、ステップＳ６に示す外光センサーＳＳによる外界光の成分の光量Ｌ（ｔ）の情報取得を繰り返し、光量Ｌ（ｔ）が変わる、すなわち外界が明るくなったり暗くなったりするのに応じて、ステップＳ７において随時光量補正値Ｌｃ（ｔ）を変更していく。すなわち、ステップＳ６及びステップＳ７の動作を繰り返す。なお、以上において、調光シェードについては、一旦着脱を行えば、その状態が維持されると考えられるため、ステップＳ１〜Ｓ５の動作については、１回のみなされるものとしているが、こちらについても随時々検知の動作を行うものとしてもよい。

以上のように、本実施形態においても、センサー部ＳＰを構成するシェード検知部ＤＴと外光センサーＳＳとを利用して、外界光の観察者の眼に到達する成分に相当する成分の変化について、調光シェードの着脱による影響を含んだ変化に基づいて、映像光制御部２９０による映像光の調整制御を行っている。これにより、比較的簡易な構造でありながら、外界の変化に応じた適切な映像光の調整を達成している。

図１１（Ａ）及び１１（Ｂ）は、シェード検知部ＤＴの一変形例として、金属端子の接触による調光シェード９０の検知について説明するための概念的な図である。上記では、シェード検知部ＤＴを近接センサーにより構成したが、図１１（Ａ）に示すように、本体部分１００ｐ側に設けた調光シェード９０との取付孔部（調光シェード９０の接触箇所）ＣＶと調光シェード９０側に取付部ＣＶに対応して設けた突起部ＴＰとにおいて、金属端子１００ｍ，９０ｍをそれぞれ設け、図１１（Ｂ）に示すように、調光シェード９０の装着とともに金属端子１００ｍと金属端子９０ｍとが接触して通電されることにより、調光シェード９０を検出するものとしてもよい。なお、この時の通電状態を調光シェード９０の種類によって変えることで、調光シェード９０の種別を検出可能な態様にしてもよい。

〔その他〕
以上各実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の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において実施することが可能である。

例えば、調光シェード９０については、上記のほか、さらに、外界光の成分のうち、可視光全体について一定の透過率とするものに限らず、特定波長帯域の成分を調光するものとしてもよい。この際、併せてコントローラーＣＲの映像光制御部２９０について、映像光の成分のうち調光シェード９０に応じて調光される特定波長帯域の成分に対応する成分について調整するものとしてもよい。より具体的な一例としては、例えば、調光シェード９０において青色波長帯域の成分をより多くカットするようなものを適用することが考えられる。この場合、外界が全体的に黄色っぽく見える可能性があると考えられる。これに対応するように、映像光制御部２９０において映像光の成分のうち青色波長帯域の成分を抑えることで外界と調和の取れた映像光を映し出す、という態様とすることが考えられる。なお、上記とは逆に、映像光の成分のうち青色波長帯域の成分を大きくして、外界と映像との差をよりはっきりさせる、という態様とすることも可能である。

また、調光シェード９０は、外界光に含まれるＵＶ光により着色するフォトクロミック材料でできているものとしてもよい。

また、例えば調光シェード９０を装着せず、かつ、外界が明るいという状況においては、見る方向や場所によって、外界光から照度センサーに入る光量は大きな変化を伴う場合がある。特に、明るい蛍光灯や日光の入りが良い窓の方向を見ると瞬時に視界方向の明るさは変化し、それに伴って素早く映像輝度が調整されることになる。しかしながら、照度センサーの値をあまりにもリアルタイムに映像輝度に反映させてしまうと、例えば歩行時に外界光の明るさの明暗が繰り返すといったような状況では、映像輝度が瞬時に明るくなったり暗くなったりしてしまい、かえって映像光の自然な視聴の妨げとなってしまう。そこで、映像輝度制御時に、直前の照度センサーの値の変化を緩衝するために、移動平均等のフィルタを通し、瞬時の照度センサーの数値変化に対してある程度緩やかな変化を生じるように映像光を制御することが考えられる。さらに、透過率の低いシェードを装着した状態であれば、外界光の照度変化があまり気にならない状況となるため、シェードのない場合や透過率の高いシェードを使用している場合と比較して、外界光を感知する照度センサーに対する感応スピードや変化の大きさを、より緩やかにした方がよい場合がある。以上のことから、例えばシェードの種類等によって、照度センサーの数値変化に対して使用するフィルタを適宜変更する、すなわち制御の際の処理方法を変更することで、より使用状況に適切な映像光の輝度調整を行うことが可能となる。

また、上記では、一例として画像表示装置８０を液晶パネル等によって構成する画像表示について説明したが、上記のほか、例えば自発光型素子であるＯＬＥＤ（有機ＥＬ）を発光源として画像表示装置８０を構成するものとしてもよい。さらに、例えば、反射型の液晶表示デバイスを用いた構成も可能であり、液晶表示デバイス等からなる映像表示素子８２に代えてデジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。また、自発光型素子として、ＬＥＤアレイ等を用いることもできる。

上記実施形態では、ＯＬＥＤ（有機ＥＬ）を含むパネル型の画像表示装置８０を用いているが、これに代えて走査型の画像表示装置を用いることもできる。具体的には、例えば画像面ＯＩに光拡散素子を配置し、走査型の照明光学系によって画像面ＯＩの位置において光を走査させ画像を形成させるとともに当該光拡散素子の拡散作用によって、映像光を射出させることで、上記と同様の構成を適用させることができる。

また、眼前にスクリーンやマイクロミラーアレイ等を用いて実像を見せる態様において本願発明を適用するものとしてもよい。また、表示する画像中の対象物が外界に存在した場合に対象物から観察者に向けて反射される光をシミュレーションし、その結果に基づいて、あたかもその場に対象物があるように映像を視認させるホログラフィ表示を行うものとしてもよい。

また、上記では、導光部材１０の内部に映像表示素子８２の表示像に対応する中間像を形成するものとしているが、中間像を形成せずに導光を行う透過型表示装置においても適用可能である。

上記の説明では、ハーフミラー層１５が単なる半透過性の膜（誘電体多層膜）であるとしたが、ハーフミラー層１５は、平面又は曲面のホログラム素子に置き換えることができる。

上記の説明では、一対の表示装置１００Ａ，１００Ｂを備える透過型表示装置１００について説明しているが、単一の表示装置とできる。つまり、右眼及び左眼の双方に対応して、一組ずつ投射透視装置７０及び画像表示装置８０を設けるのではなく、右眼又は左眼のいずれか一方に対してのみ投射透視装置７０及び画像表示装置８０を設け、画像を片眼視する構成にしてもよい。

上記の説明では、導光部材１０等が眼ＥＹの並ぶ横方向に延びているが、導光部材１０を縦方向に延びるように配置することもできる。この場合、導光部材１０は、直列的ではなく並列的に平行配置された構造を有することになる。

上記の説明では、図２等に示すように、調光シェード９０が前方側において観察者の視野の全体を覆うものとなっているが、これに限らず、例えば、ハーフミラー部分（ハーフミラー層１５、図４参照）等、その一部を覆うだけの構成としてもよい。また、上記では、調光シェード９０は、調光領域全体を一纏めにして均一に透過率の調整を行っているが、これ以外に、例えば、調光領域を複数に分割し、領域ごとに透過率が異なるものとしてもよい。より具体的には、例えば、ハーフミラー部分（ハーフミラー層１５）とそれ以外の外光透過部分とで異なる透過率となるようにしてもよい。

上記の説明では、映像光制御部２９０は、センサー部ＳＰでの検知結果に基づいて映像光を調整する構成の一例として、外光センサーＳＳが、外界光のうち観察者の眼に到達する成分に相当する成分に関して検知し、検知結果をコントローラーＣＲの映像光制御部２９０に送信するものとしているが、検知結果をデジタルデータで送信するような場合に限らず、種々の態様が可能である。また、例えばセンサー部ＳＰにあたった光量に応じて、アナログな電圧が変化し、その変化を映像光制御部２９０側でＡ/Ｄ変換して検出する場合や、センサー部ＳＰ側のメモリーにデータが保持され、それを映像光制御部２９０側で読みに行くといった態様としてもよい。

また、上記の説明では、外光センサーＳＳが、観察者の視野全体の範囲に対応する範囲を検知範囲としているが、このような場合に限らず、例えば外光センサーＳＳの検知範囲を観察者の視野全体よりも広くしたり、逆に狭くしたりする構成とすることも考えられる。

１０…導光部材、 １１…導光部分、 １２…導光部分、 １５…ハーフミラー層、 ２０…導光装置、 ３０…投射レンズ、 ３９…鏡筒部、 ５０…光透過部材、 ７０…投射透視装置、 ８０…画像表示装置、 ８２，８２Ｌ，８２Ｒ…映像表示素子、 ８３，８３Ｌ，８３Ｒ…照明装置、 ８４Ｌ，８４Ｒ…液晶ドライバー、 ８５Ｌ，８５Ｒ…液晶パネル、 ８６Ｌ，８６Ｒ…光源ドライバー、 ８７Ｌ，８７Ｒ…左眼用光源、 ９０…調光シェード、 １００，２００…透過型表示装置、 １００Ａ，１００Ｂ…表示装置、 １００ｍ，９０ｍ…金属端子、 １００ｐ…本体部分、 １０１ａ，１０１ｂ…光学部材、 １０２…枠部、 １０５ａ，１０５ｂ…像形成本体部、 ２９０…映像光制御部、 Ａ…外光光量調整係数、 ＡＸ…光軸、 ＢＴ…操作部、 Ｃ１，Ｃ２…閾値、 ＣＣ…接着層、 ＣＮ…接合部、 ＣＲ…コントローラー、 ＣＶ…取付部、 ＤＳａ，ＤＳｂ…表示部、 ＤＴ…シェード検知部、 ＥＥ…発光素子、 ＥＹ…眼、 ＧＬ…映像光、 ＨＬ…外界光、 ＩＡ…反射面、 ＩＩ…像面、 ＭＰ…メモリー部、 ＯＩ…画像面、 ＯＰ…張出部、 ＰＰ…電源部、 ＲＥ…受光素子、 ＲＭ…光反射膜、 Ｓ１１-Ｓ１５…面、 Ｓ５１-…Ｓ５３透過面、 ＳＤ…シェードドライバー、 ＳＰ…センサー部、 ＳＳ…外光センサー、 ＴＰ…突起部

Claims (15)

1. 映像光と外界光とを重畳して視認させる透過型表示装置であって、
   映像光を表示する表示部と、
   前記表示部に対向して着脱可能に設けられて外界光を調光する調光シェードと、
   外界光に関して前記調光シェードの影響を含んだ変化に応じて映像光を調整する映像光制御部とを備え、
   外界光のうち観察者の眼に到達する成分に相当する成分の変化を検知するセンサー部をさらに備え、
   前記映像光制御部は、前記センサー部での検知結果に基づいて映像光を調整し、
   前記センサー部は、少なくとも前記調光シェードの着脱を検知するシェード検知部と、外界光の成分を検知する外光センサーとを有し、前記調光シェードの有無と外界光の成分とを個別に検知する、
   透過型表示装置。
2. 前記外光センサーは、前記調光シェードの装着中において前記調光シェードに覆われて、外界光に関して前記調光シェードの影響を含んだ変化を検知する、請求項１に記載の透過型表示装置。
3. 前記調光シェードは、前記外光センサーに対応して設けられる張出部を有し、前記外光センサーを前記張出部が覆う、請求項２に記載の透過型表示装置。
4. 前記シェード検知部は、近接センサーである、請求項１に記載の透過型表示装置。
5. 前記シェード検知部は、前記調光シェードの種別を検出する、請求項１から４のいずれか一項に記載の透過型表示装置。
6. 前記映像光制御部は、前記シェード検知部により検出された前記調光シェードの種別に応じて前記外光センサーにより検知された外界光の成分を補正した値に基づいて映像光を調整する、請求項５に記載の透過型表示装置。
7. 前記シェード検知部は、前記調光シェードに向けて光を照射する発光素子と、前記発光素子から照射された光の反射光を受光する受光素子とを備え、
   前記調光シェードは、前記発光素子からの光を反射する反射面において表面加工が施されている、請求項１から６までのいずれか一項に記載の透過型表示装置。
8. 前記シェード検知部は、金属端子の接触により前記調光シェードを検出する、請求項１から６までのいずれか一項に記載の透過型表示装置。
9. 前記外光センサーは、装着中における観察者の視線方向として想定される方向と平行な方向について外界光の成分を検知する、請求項２から８までのいずれか一項に記載の透過型表示装置。
10. 前記外光センサーは、外界光の照度を計測する照度センサーである、請求項２から９までのいずれか一項に記載の透過型表示装置。
11. 前記センサー部は、映像光を導光する導光部材の入射部側に設けられる、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の透過型表示装置。
12. 前記調光シェードは、一定の透過率を有する、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の透過型表示装置。
13. 前記調光シェードは、透過率を調整可能である、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の透過型表示装置。
14. 前記調光シェードは、エレクトロクロミック材料、液晶材料、またはＳＰＤ材料により製造される、請求項１３に記載の透過型表示装置。
15. 前記調光シェードは、外界光の成分のうち、特定波長帯域の成分を調光し、
    前記映像光制御部は、映像光の成分のうち、前記調光シェードに応じて調光される前記特定波長帯域の成分に対応する成分について調整する、請求項１から１４までのいずれか一項に記載の透過型表示装置。

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