JP4691655B2

JP4691655B2 - 撮像表示装置

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Publication number: JP4691655B2
Application number: JP2005142039A
Authority: JP
Inventors: 一郎笠井; 佳恵清水; 毅遠藤
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2005-05-16
Filing date: 2005-05-16
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2025-05-16
Also published as: JP2006317815A

Description

本発明は、撮像映像を観察者の視界の一部に表示するとともに、外界像がシースルーで観察される撮像表示装置に関するものである。

従来より、撮像装置と表示装置とからなる撮像表示装置がある。この撮像表示装置の一例として、表示装置を頭部に装着した装着者の視界の一部を撮像装置で撮像して装着者に表示する視覚補助用の撮像表示装置がある。

これには、例えば、撮像装置に赤外線カメラを用いた暗視ビューアや、撮像装置に高感度カメラを用いた弱視者用視覚補助装置や、広角カメラを用いて視界拡大を行う狭視者用視覚補助装置などがある（特許文献１、２参照）。

また、これらの視覚補助用の撮像表示装置に外界光を透過するシースルー型表示装置を組み合わせ、撮影した映像を装着者の通常の視界内に重畳して表示するものも知られている（特許文献１、３、４、５参照）。

上記のシースルー型表示装置を用いた場合、表示映像は通常の視界上に重ねて表示されるため、一般的には外界輝度が向上すると表示映像が見難くなるので、表示映像の輝度を上げることや、表示位置を変更することや、外界光の光量を減少させる外界遮光を行うなどして表示映像の視認性を向上させることが知られている（特許文献６、７参照）。
特開２００４−２４４７４５号公報特許第３０００６２１号公報特開２００２−２５８２０８号公報特開平１１−３３１７３１号公報特開２００２−２３０９８号公報特開２００２−２４４０７７号公報特開平９−１０１４７７号公報

これは、通常の表示映像では一般的であるが、上記のような視界の一部を撮像し、シースルー型表示装置を用いて通常視界上に重畳して表示し、装着者の視界を補助する撮像表示装置では、通常視界が確保できる状況下では通常視界を利用するほうが望ましい。また、赤外線カメラや高感度カメラなど低輝度領域に最適化された撮像素子においては、撮像域の輝度が高くなると輝度対応領域外となり、白飛び現象などにより撮像映像の良好な再現ができなくなる。

本発明は、通常視界が確保される状況や撮像映像を良好に再現できない場合は、通常視界を優先して良好な視界を確保する撮像表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、観察者の視界の少なくとも一部を撮像する撮像装置と、該撮像装置からの撮像映像を観察者の視界の一部に表示するとともに、外界像がシースルーで観察される映像表示装置とを備えた撮像表示装置であって、少なくとも一部の撮像域の輝度が、前記撮像装置の撮像可能な輝度以上又は／及び以下である場合、前記映像表示装置の表示輝度を低下させるか又は表示映像を消すことを特徴とするものである。

上記の構成によれば、通常視界が確保される状況や撮像映像を良好に再現できない場合に、映像表示装置の表示輝度を低下させるか又は表示映像を消すことになる。

なお、前記撮像域の輝度は、前記撮像域内の領域によって重み付けしてもよい。例えば、中央重点測光や多分割測光などを用いることにより、使用状況に合った最適な表示映像を提供することができる。

また、前記映像表示装置の表示輝度の制御は、前記撮像装置の出力信号又は前記映像表示装置の表示素子駆動信号を利用することができる。この構成によれば、後述する測光装置を設けなくても撮像域の輝度を算出することができるので、通常視界が確保される状況や撮像映像を良好に再現できない場合は、撮像装置からの表示映像よりも通常視界を優先することで良好な視界を確保することができる。

また、上記の輝度算出方法に換えて、前記撮像装置の撮像域の輝度を測定し、測光信号として出力する測光装置を備え、前記映像表示装置の表示輝度の制御は、前記測光信号に基づくようにしても、良好な視界を確保することができる。

また、前記映像表示装置の表示輝度の制御は、所定のヒステリシスを有することが望ましい。詳しくは、時間的なヒステリシスや、測光信号の反映にヒステリシスをもたせることや、輝度の面積比率によるヒステリシスや、表示輝度の変化率にヒステリシスや、測光信号の時間平均に基づいたヒステリシスをもたせて制御することにより、急激な測光信号の変化に対して表示輝度の変化が抑制され、観察者は快適に表示映像を観察できる。

なお、前記ヒステリシスは、前記映像表示装置の表示輝度を低下させるか又は表示映像を消す場合と、前記映像表示装置の表示輝度を低下させた後又は表示映像を消した後に再び表示輝度を上昇させる場合とで異なる値を有してもよい。これにより、急激な測光信号の変化に対して表示輝度の変化が抑制され、観察者は快適に表示映像を観察できる。

また、前記映像表示装置は、前記撮像映像と外界像とを同時に観察者の目に導くコンバイナとしてのホログラムを備える。これにより、高いシースルー性能が得られ、良好な視界が確保される。

本発明によれば、通常視界が確保される状況や撮像映像を良好に再現できない場合に、映像表示装置の表示輝度を低下させるか又は表示映像を消すことにより、通常視界を優先して良好な視界を確保することができる。

本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。図１は、視覚補助用の撮像表示装置の斜視図である。この撮像表示装置１は、頭部装着部２と、それにケーブル３で繋がるコントロールボックス４とからなる。

頭部装着部２は、映像表示装置５と、映像表示装置５に設けられた測光装置６と、映像表示装置を支持する支持手段７と、支持手段７に支持される撮像装置８とを有し、映像表示装置５及び撮像装置８にケーブル３が繋がっている。

映像表示装置５は、ＬＣＤなどの映像表示素子と接眼光学系とからなる。そして、観察者に外界像をシースルーで観察させるとともに、撮像装置８で撮像した映像を表示して観察者にそれを虚像として提供するものである。図１で示す映像表示装置５において、眼鏡の右目用レンズに相当する部分は、後述する２つの透明基材３１・３２（図２参照）の貼り合わせによって構成されている。なお、映像表示装置５の詳細な構成については後述する。

測光装置６は、撮像装置８の撮像域の輝度を測定し、測光信号としてコントロールボックス４へ出力するものである。図１では、測光装置６を映像表示装置５に設けているが、この設置場所には特に限定はなく、撮像装置８の撮像域の輝度を測定できれば、頭部装着部２のどの場所に設置してもよい。

支持手段７は、映像表示装置５を観察者の眼前（例えば右目の前）で支持するものであり、ブリッジ９と、フレーム１０と、テンプル１１とを有している。なお、フレーム１０及びテンプル１１は、左右一対設けられているが、これらを左右で区別する場合は、右フレーム１０Ｒ、左フレーム１０Ｌ、右テンプル１１Ｒ、左テンプル１１Ｌのように表現するものとする。また、映像表示装置５を左眼にも設けて、両眼で観察してもよい。左右で同じ像を観察することにより、映像の視認性が向上する。

映像表示装置５の一端は、ブリッジ９に支持されている。このブリッジ９は、映像表示装置５のほかにも左目用レンズを支持している。左目用レンズは、左フレーム１０Ｌにも支持されている。左フレーム１０Ｌは、左テンプル１１Ｌを回動可能に支持している。一方、映像表示装置５の他端は、右フレーム１０Ｒに支持されている。右フレーム１０Ｒにおいて映像表示装置５の支持側とは反対側の端部は、右テンプル１１Ｒを回動可能に支持している。ケーブル３は、外部信号（例えば映像信号、制御信号）や電力を映像表示装置５や測光装置６や撮像装置８に供給するための配線であり、右フレーム１０Ｒおよび右テンプル１１Ｒに沿って設けられている。

撮像装置８は、筐体内に配置されるＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子と撮像光学系とからなり、観察者の視界の少なくとも一部を撮像するものである。従って、観察者の視界の全部、又は観察者の視界の全部及び視界の周辺領域を撮像するものであってもよい。これは撮像表示装置の用途に合った範囲に設計すればよい。図１では、撮像装置８を右テンプル１１Ｒに設けているが、この設置場所には特に限定はなく、観察者の視界方向が撮像できれば、頭部装着部２のどの場所に設けてもよく、また頭部装着部２とは別体に設けてもよい。例えば、手持ちのペンタイプの撮像装置を用いると、装着者の視界内、例えば手元の資料を詳細に拡大して観察することができる。このように、用途によっては頭部装着状態よりも操作しやすい場合もある。

コントロールボックス４は、ケーブル３を介して映像表示装置５、測光装置６、及び撮像装置８を制御するものであり、制御部や電源のほか各種操作部や表示部を備えている。

観察者が撮像表示装置１を使用するときは、右テンプル１１Ｒおよび左テンプル１１Ｌを観察者の右側頭部および左側頭部に接触させるとともに、ブリッジ９を観察者の鼻に当て、一般の眼鏡をかけるように頭部装着部２を観察者の頭部に装着する。この状態で、撮像装置８で撮像した映像を映像表示装置５にて表示すると、観察者は、映像表示装置５の映像を虚像として観察することができるとともに、この映像表示装置５を介して外界像をシースルーで観察することができる。

次に、上述した映像表示装置５の詳細について説明する。図２は、映像表示装置５の概略の構成を示す断面図である。映像表示装置５は、映像表示素子２０と、接眼光学系３０とで構成されている。

映像表示素子２０は、光源２１と、一方向拡散板２２と、集光レンズ２３と、ＬＣＤ２４とを有している。なお、光源２１と、一方向拡散板２２と、集光レンズ２３とで、ＬＣＤ２４を照明する照明光学系が構成されている。

光源２１は、中心波長が例えば４６５ｎｍ、５２０ｎｍ、６３５ｎｍとなる３つの波長帯域の光を発するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されている。なお、光源２１は、白色光を発する白色光源であっても構わない。

一方向拡散板２２は、光源２１からの照明光を拡散させるものであるが、その拡散度は、方向によって異なっている。より詳細には、一方向拡散板２２は、頭部装着部２を観察者が装着したときの左右方向に対応する方向（図２の紙面に垂直な方向）には、入射光を約４０゜拡散させ、頭部装着部２を観察者が装着したときの上下方向（図２の紙面に平行な方向）には、入射光を約２゜拡散させる。

集光レンズ２３は、一方向拡散板２２にて拡散された光を集光するものである。集光レンズ２３は、上記拡散光が効率よく光学瞳Ｅを形成するように配置されている。ＬＣＤ２４は、映像信号に基づいて入射光を変調することにより、映像を表示する表示手段である。

一方、接眼光学系３０は、２つの透明基材３１・３２と、光学素子３３とを有している。この接眼光学系３０は、透明基材３１・３２の接合面を介して外界像がシースルーで観察される光学デバイスを構成しているとともに、映像表示素子２０に表示される映像を拡大して観察者の目に虚像として導く光学デバイスを構成している。これにより、接眼光学系３０を構成する光学デバイスの小型化、軽量化が可能となり、映像表示装置５の小型化、軽量化が可能となる。また、接眼光学系３０は、非軸対称な正の光学パワーを有しており、内部に入射した映像光が良好に収差補正される。

透明基材３１・３２は、プラスチック（例えばアクリル系樹脂やポリカーボネート）で構成されており、これらは接着剤（不図示）で接合されている。このときの透明基材３１は、平行平板の下端部を下端に近くなるほど薄くして楔状にし、その上端部を上端に近くなるほど厚くした形状で構成されている。透明基材３２は、平行平板の上端部を透明基材３１の下端部に沿った形状とすることによって、透明基材３１と一体となって略平行平板となるように構成されている。

例えば、透明基材３１に透明基材３２を接合させない場合、外界像の光が透明基材３１の楔状の下端部を透過するときに屈折するので、透明基材３１を介して観察される外界像に歪みが生じる。しかし、透明基材３１に透明基材３２を接合させて、透明基材３１・３２の観察者の目に対向する面が同一面を形成するように、一体的な略平行平板を形成することで、外界像の光が透明基材３１の楔状の下端部を透過するときの屈折を透明基材３２でキャンセルすることができる。その結果、シースルーで観察される外界像に歪みが生じるのを防止することができる。

なお透明基材３１・３２は、曲率を有する矯正眼鏡レンズとしてもよい。この場合も透明基材３１・３２の観察者の目に対向する面が同一面を形成するように一体的に形成する。また透明基材３１・３２は、板状のハーフミラーとレンズを用いた構成としたり、半透過処理された自由曲面をもったレンズとしてもよい。

光学素子３３は、特定の入射角で入射する例えば４６５±１０ｎｍ、５２０±１０ｎｍ、６３５±１０ｎｍの３つの波長帯域の光を回折させる体積位相型の反射型ホログラムで構成されている。反射型ホログラムは、外界光の透過率が高く、透明性も高い。光学素子３３は、透明基材３１の下端部の傾斜面に貼り付けられており、この結果、透明基材３１・３２で挟まれている。この光学素子３３の透過率は、１０％以上に設定されている。

このように光学素子３３は、透明基材３１・３２の観察者の目に対向する面に対して傾斜しているので、光学的な自由度が大きく、光学素子３３での反射を正反射に近い角度とすることができる。その結果、観察者は高効率で光学的によく収差補正された映像を観察することができる。

ここで、体積位相型の反射型ホログラムは、例えば、フォトポリマーのような感光材料を透明基材３１上に貼り付ける工程、これをレーザー光で露光する工程、紫外線照射による定着工程、ベイク処理工程、紫外線照射による接合工程などを経て形成される。なお、光学素子３３としては、反射透過特性を有する光学フィルムを透明基材３１に貼付したものであってもよいし、透明基材３１の接合面に蒸着などにより無機材料をコートしたハーフミラーコートなどであってもよい。

このような映像表示装置５の構成により、映像表示素子２０の光源２１から出射された光は、一方向拡散板２２にて拡散され、集光レンズ２３にて集光されてＬＣＤ２４に入射する。ＬＣＤ２４に入射した光は、映像信号に基づいて変調され、映像光として出射される。このとき、ＬＣＤ２４には、その映像自体が表示される。

ＬＣＤ２４からの映像光は、接眼光学系３０の透明基材３１の内部にその上端面から入射し、対向する２つの面で複数回全反射されて、光学素子３３に入射する。光学素子３３に入射した光は、反射されて光学瞳Ｅに達する。光学瞳Ｅの位置では、観察者は、ＬＣＤ２４に表示された映像の拡大虚像を観察することができる。光学瞳Ｅから虚像までの距離は数ｍ程度であり、また、虚像の大きさはＬＣＤ２４に表示された映像の１０倍以上である。

一方、透明基材３１・３２および光学素子３３は、外界からの光をほとんど全て透過させるので、観察者は外界像を観察することができる。したがって、ＬＣＤ２４に表示された映像の虚像は、外界像の一部に重なって観察されることになる。以上のことから、光学素子３３は、映像表示素子２０から提供される映像と外界像とを同時に観察者の目に導くコンバイナとして機能していると言える。

以上のように、映像表示装置５では、ＬＣＤ２４から出射される映像光を、透明基材３１内での全反射によって光学素子３３に導く構成としている。これにより、映像表示素子２０から提供される映像光を無駄なく利用して、観察者に明るい映像を提供することができる。また、映像表示素子２０を観察者の眼の直前から大きく離れた位置に配置することができ、観察者の外界に対する視野を広く確保することができる。また、通常の眼鏡レンズと同様に透明基材３１・３２の厚さを３ｍｍ程度にすることができ、映像表示装置５を小型化、軽量化することができる。

また、光学素子３３は、上述したように特定入射角の特定波長の光のみを回折させるので、透明基材３１・３２および光学素子３３を透過する外界像の光に影響を与えることがない。それゆえ、観察者は、透明基材３１・３２および光学素子３３を介して外界像を通常通り観察することができる。また、光学素子３３の透過率は、１０％以上に設定されているので、観察者は透明基材３１・３２および光学素子３３を介して外界像を十分に観察することができる。

図３は、撮像表示装置１の構成を示すブロック図である。矢印は信号の流れを示している。頭部装着部２は、上述したように、映像表示装置５と測光装置６と撮像装置８とを備える。またコントロールボックス４は、撮像表示装置１を駆動する電源１２と、観察者が操作する操作部１３と、撮像表示装置１の操作状態や駆動状態を表示する表示部１４と、撮像表示装置１を制御する制御部１５とを備える。

各信号の流れを説明すると、撮像装置８で撮像された映像は撮像映像信号として出力され、制御部１５に入力される。測光装置６で測定された撮像域の輝度情報は測光信号として出力され、制御部１５に入力される。制御部１５は、撮像映像信号を処理して表示素子駆動信号を映像表示装置５へ出力するとともに、測光信号に基づき映像表示装置５の表示輝度を制御する。

次に、映像表示装置５の表示輝度について説明する。図４は、撮像表示装置１の装着者の視界のイメージを示す図である。４０は装着者の視界であり、４１は撮像装置８の撮像域、４２は撮像装置８で撮像された映像を観察者が視認する表示映像である。図４では、撮像域４１は視界４０の中央周辺に設計され、表示映像４２は視界４０の中央に重畳して表示されている。

ここで、撮像装置８として高感度カメラを用いると、輝度の低い視界４０の撮像域４１を撮像して視界４０より明るい表示映像４２を表示させることができる。この撮像表示装置１は弱視者用視覚補助装置として利用することができる。また、撮像装置８として赤外線カメラを用いると、夜間など暗い撮像域４１を撮像して視界４０には見えない表示映像４２を表示させることができる。この撮像表示装置１は暗視ビューアとして利用することができる。このように、撮像表示装置１は、装着者に見えにくい視界の状況を補佐することができる。

ところで、上記のような視界の補佐は、撮像域４１が撮像装置８の撮像可能な輝度の範囲内にある状況下で達成される。撮像域４１が撮像装置８の撮像可能な輝度の範囲外となった場合は、良好な撮像映像を得ることができず、適切な表示映像４２を提供することができない。

図５は、撮像装置８の撮像可能な輝度範囲を示す図である。横軸は撮像装置８への輝度の入力強度、縦軸は撮像装置からの出力強度である。出力強度は輝度に対応する出力電圧や出力電流とすることができる。入力輝度が閾値Ｌ₁からＬ₂の間である場合は、入力輝度にほぼ比例した出力が得られるので、図４に示すような良好な表示映像４２を提供することができる。また、入力輝度が閾値Ｌ₁よりも低いと、撮像装置８の性能限界により輝度に比例した出力が得られず、通常の制御では暗い映像を表示することになる。一方、入力輝度が閾値Ｌ₂よりも高いと、撮像装置８の性能限界により輝度に比例した出力が得られず、通常の制御では明るすぎる映像を表示することになる。

図６は、良好な表示映像４２が得られない場合の撮像表示装置１の装着者の視界のイメージを示す図である。入力輝度が閾値Ｌ₁よりも低い場合は、表示映像４２が黒一色となり、表示映像４２の領域ではシースルーで外界像をみることができない。一方、入力輝度が閾値Ｌ₂よりも高い場合は、表示映像４２が白一色、所謂白飛び現象となり、表示映像４２の領域ではシースルーで外界像を観察することができない。従って、観察者は視界４０の中央付近を視認することができず、良好な視界を確保することができない。かえって撮像表示装置１を装着しないほうが良好な視界を得ることができる。

そこで、良好な表示映像４２が得られない場合には以下のように制御する。図７は、制御部１５の動作を示すフローチャートである。制御部１５が、ステップＳ１０において測光装置６から測光信号を受け取ると、ステップＳ１１へ進んで測光信号における測定輝度Ｌが、閾値Ｌ₁より低いか否かを判別する。ステップＳ１１においてＬ＜Ｌ₁である場合は、良好な視界が得られないと判断して、ステップＳ１２へ進んで映像表示装置５の表示輝度を低下させる。表示輝度は、表示映像４２の領域においてシースルーで外界像を観察できるレベルにまで低下させればよい。これにより、図８に示すような視界が得られ、表示映像４２が黒一色とならずに、表示映像４２の領域においてシースルーで外界像が観察される。なお図９に示すように、表示映像４２を完全に消してもよく、これによるとよりはっきりとした外界像が観察される。

一方、ステップＳ１１においてＬ≧Ｌ₁である場合は、ステップＳ１３へ進んで測定輝度Ｌが、閾値Ｌ₂より高いか否かを判別する。ステップＳ１３においてＬ＞Ｌ₂である場合は、良好な視界が得られないと判断して、ステップＳ１４へ進んでステップＳ１２と同様に映像表示装置５の表示輝度を低下させるか表示映像４２を完全に消す。このとき視界４０は十分に明るく通常視界が確保されると考えられる。一方、ステップＳ１３においてＬ≦Ｌ₂である場合は、良好な視界が得られると判断して、ステップＳ１５へ進んで通常の輝度の表示素子駆動信号を出力し表示映像４２を重畳表示させる。

このように、通常視界が確保される状況や撮像映像を良好に再現できない場合は、撮像装置８からの表示映像４２よりも通常視界を優先することで良好な視界を確保することができる。

また、測光装置８からの測光信号を用いずに表示輝度を制御することもできる。この場合は、測光装置８を設ける必要がないので装置の簡素化・小型化やコストダウンに繋がる。図１０は、測光装置８がない場合の制御部１５の動作を示すフローチャートである。制御部１５が、ステップＳ２０において撮像装置８から撮像映像信号を受け取ると、ステップＳ２１へ進んで制御部１５内で撮像映像信号を測光信号に変換する。これで、撮像映像信号から撮像域４１の輝度情報を得ることができる。そしてステップＳ２１からステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１以下は図７の動作と同様であるので説明を省略する。

このように、測光装置８を設けなくても撮像装置からの撮像映像信号に基づいて撮像域４１の輝度を算出することができるので、通常視界が確保される状況や撮像映像を良好に再現できない場合は、撮像装置８からの表示映像４２よりも通常視界を優先することで良好な視界を確保することができる。

また、他の手段でも、測光装置８からの測光信号を用いずに表示輝度を制御することができる。図１１は、測光装置８がない場合の制御部１５の他の動作を示すフローチャートである。制御部１５が、ステップＳ３０において撮像装置８から撮像映像信号を受け取ると、ステップＳ３１へ進んで制御部１５内で撮像映像信号を表示素子駆動信号に変換する。そして表示素子駆動信号から測光信号を算出する。これで、表示素子駆動信号から撮像域４１の輝度情報を得ることができる。そしてステップＳ３１からステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１以下は図７の動作と同様であるので説明を省略する。

このように、測光装置８を設けなくても表示素子駆動信号に基づいて撮像域４１の輝度を算出することができるので、通常視界が確保される状況や撮像映像を良好に再現できない場合は、撮像装置８からの表示映像４２よりも通常視界を優先することで良好な視界を確保することができる。

また、実際の撮像域４１の輝度は場所によって一様ではないので、撮像域４１の測光に領域による重み付けを加えてもよい。例えば、中央重点測光や多分割測光などを用いることができる。図１２は、中央重点測光を説明する図である。撮像域４１の中央付近の領域を重点測光域４３とし、この重点測光域４３を重点的に測光する。即ち、制御部１５は主に重点測光域４３で測光される輝度に基づいて表示輝度の制御を行う。通常、人は最も見たい部分を視界の中央にもってくるので、視界４０の中央付近に重点測光域４３を配置することで、最も見たい部分を良好に視認することができる。

図１３は、多分割測光を説明する図である。撮像域４１を複数のセル４４に分割して各セル４４の輝度情報を元に重み付けを変化させる。即ち、予め定められた複数箇所のセル４４を重点的に測光する。即ち、制御部１５は主に予め定められた複数箇所のセル４４で測光される輝度に基づいて表示輝度の制御を行う。これにより、撮像域４１の一部の輝度だけが高い場合は無視し、低輝度領域を重点的に再現するなど、使用状況に合った最適な表示映像４２を提供することができる。

また、実際の撮像域４１の輝度は時間によっても一様ではない。例えば、車のライトなど移動する高輝度物が撮像域４１を横切ったり、頭部装着部２の装着者が首を振って撮像域４１が変わったりすることで、撮像域４１の輝度は変化する。このように、高輝度物が撮像域４１を横切った場合など一瞬の輝度変化があった場合に、それに連動して表示輝度を変化させると、表示輝度が短時間で大きく変化することになる。人間の目の生理的反応を考慮すると急激な輝度変化が頻繁に起こることは好ましくない。

図１４は、時間に対する輝度変化の例を示す図である。横軸は時間変化、縦軸は測光信号つまり撮像装置８への輝度の入力強度であり、閾値Ｌ₁からＬ₂の間が撮像可能な範囲である。例Ａは短時間で輝度の急激な変化を繰り返すものであり、例Ｂは長時間で輝度が変化するものである。

例Ａの変化に連動して表示輝度を制御すると、急激に小刻みに輝度変化が起こるので観察者は非常に疲れる。一方、例Ｂの変化に連動して表示輝度を制御すると、緩やかに長時間で輝度変化が起こるので、観察者は快適に表示映像を観察できる。

そこで、例Ａの場合には、表示輝度の制御に時間的なヒステリシスをもたせることや測光信号の反映にヒステリシスをもたせることが有効である。例えば、測光信号の値が閾値Ｌ₂を超えたときから所定時間Ｔ₂の間、測光信号の値が閾値Ｌ₂を超え続けているか測定する。超え続けている場合は、表示輝度を低下させるか又は表示映像を消すように制御する。一方、超え続けていない場合は、表示輝度を低下さたり表示映像を消すことは行わず、通常の輝度制御を行う。このように、時間的なヒステリシスをもって表示輝度を制御することにより、例Ａのような短時間で急激に測光信号の値が変化する場合でも、観察者は快適に表示映像を観察できる。

なお上記の所定時間Ｔ₂は、予め撮像表示装置１に記憶しておいてもよいし、使用者が任意に設定できるようにしてもよい。

また、多分割測光や撮像映像信号や表示素子駆動信号などにより、撮像域４１の測光を複数に分割して行う場合、撮像域４１のうち撮像可能な輝度の範囲外の面積が所定の比率を超えた場合に表示輝度を低下させるか又は表示映像を消すように制御してもよい。

図１５は、時間に対する撮像可能な輝度の範囲外の面積比の例を示す図である。横軸は時間変化、縦軸は撮像域における撮像可能な輝度の範囲外の面積比であり、閾値Ｌ₃が上記所定の比率の上限である。例Ｃは、撮像可能な輝度の範囲外の面積の総和の比率が閾値Ｌ₃以下の範囲で微小に変化した後、閾値Ｌ₃を超え、その状態が続いている。

そこで、表示輝度の制御に輝度の面積比率によるヒステリシスをもたせる。分割された撮像域４１の各測光信号の値について閾値Ｌ₂を超えているか否かを判別し、同時刻に閾値Ｌ₂を超える測光信号に対応する撮像域４１の面積比が閾値Ｌ₃を超えているかを判別する。そして閾値Ｌ₃を超えている場合は、表示輝度を低下させるか又は表示映像を消すように制御する。一方、超え続けていない場合は、視界にあまり影響はないと判断して、表示輝度を低下さたり表示映像を消すことは行わず、通常の輝度制御を行う。このように、輝度の面積比率によるヒステリシスをもって表示輝度を制御することにより、観察者は快適に表示映像を観察できる。

また、測光信号の変化率をモニターし、表示輝度の変化率は、測光信号の変化率に１以下の所定の倍率をもたせ、且つ所定の範囲内の値を用いてもよい。図１６は、時間に対する測光信号の変化又は表示輝度の変化の例を示す図である。横軸は時間変化、縦軸は測光信号の変化又は表示輝度の変化である。例Ｄは測光信号の変化を示し、例Ｅは表示輝度の変化を示す。例Ｄでは、測光信号の値が閾値Ｌ₂を超えて緩やかに上昇し、次に急激に上昇し、その後緩やかに上昇して一定値に達している。例Ｅでは、表示輝度が緩やかに下降し、次にやや急に下降し、その後緩やかに下降して一定値に達している。

図１７は、図１６の測光信号の変化率及び表示輝度の変化率を示す図である。図からわかるように、例Ｅで表示輝度の変化率は測光信号より得られる輝度の変化率に対して１以下の倍率をもった変化率で下降し、所定値に達すると一定になり、その後１以下の倍率をもった変化率で上昇して一定値に達している。このように、表示輝度の変化率にヒステリシスをもたせて制御することにより、急激な測光信号の変化に対して表示輝度の変化が抑制され、観察者は快適に表示映像を観察できる。

また、表示輝度は測光信号の一定時間における平均値に基づいて制御してもよい。図１８は、時間に対する測光信号の変化又は表示輝度の変化の例を示す図である。横軸は時間変化、縦軸は測光信号の変化又は表示輝度の変化である。例Ｆは測光信号の変化を示し、例Ｆ’は例Ｆの一定時間Ｔ_ave.での平均値、例Ｇは表示輝度の変化を示す。

例Ｆでは、測光信号の値が閾値Ｌ₁以下から急激に上昇して閾値Ｌ₂を超えてピークに達し、その後急激に下降して閾値Ｌ₁以下で一定となっている。例Ｆ’では時間Ｔ_ave.での平均値をとっているので、例Ｆにやや遅れて小さなピークを形成している。例Ｇは、例Ｆ’に基づいたヒステリシスを有しており、例Ｆ’の上昇に伴って上昇し、一定値に達した後、下降している。このように、測光信号の時間平均に基づいたヒステリシスで表示輝度を制御することにより、急激な測光信号の変化に対して表示輝度の変化が抑制され、観察者は快適に表示映像を観察できる。

また、表示輝度を表示輝度を低下さたり表示映像を消す場合と、表示輝度を上昇させる場合とで各々のヒステリシスが異なっていてもよい。図１９は、時間に対する測光信号の変化又は表示輝度の変化の例を示す図である。横軸は時間変化、縦軸は測光信号の変化又は表示輝度の変化である。例Ｈは測光信号の変化を示し、例Ｉは表示輝度の変化を示す。例Ｈでは、測光信号の値が上昇して閾値Ｌ₂を超え、緩やかにピークに達した後下降して閾値Ｌ₂以下の値が続いている。例Ｉでは、例Ｈが閾値Ｌ₂を超えたことに連動して表示輝度が低下し、一定の輝度まで低下（表示映像を消すことも含む）して一定値が続き、例Ｈが閾値Ｌ₂以下になったことに連動して表示輝度が上昇している。ここで、表示輝度の低下速度よりも上昇速度が遅い。これにより、急激な表示輝度の上昇による生理的な眩しさを低減させることができる。

このように、表示輝度の低下時と上昇時のヒステリシスが異なることで、急激な測光信号の変化に対して表示輝度の変化が抑制され、観察者は快適に表示映像を観察できる。

なお、上記の各ヒステリシスを複数組み合わせて使用することもできる。この場合、観察者により良好な表示映像を提供することができる。

本発明の視覚補助用の撮像表示装置の斜視図である。本発明の映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。本発明の撮像表示装置の構成を示すブロック図である。本発明の撮像表示装置の装着者の視界のイメージを示す図である。本発明の撮像装置の撮像可能な輝度範囲を示す図である。良好な表示映像が得られない場合の撮像表示装置の装着者の視界のイメージを示す図である。本発明の制御部の動作を示すフローチャートである。本発明の撮像表示装置の装着者の視界の他のイメージを示す図である。本発明の撮像表示装置の装着者の視界の他のイメージを示す図である。本発明の測光装置がない場合の制御部の動作を示すフローチャートである。本発明の測光装置がない場合の制御部の他の動作を示すフローチャートである。本発明の中央重点測光を説明する図である。本発明の多分割測光を説明する図である。本発明の時間に対する輝度変化の例を示す図である。本発明の時間に対する撮像可能な輝度の範囲外の面積比の例を示す図である。本発明の時間に対する測光信号の変化又は表示輝度の変化の例を示す図である。図１６の測光信号の変化率及び表示輝度の変化率を示す図である。本発明の時間に対する測光信号の変化又は表示輝度の変化の例を示す図である。本発明の時間に対する測光信号の変化又は表示輝度の変化の例を示す図である。

符号の説明

１撮像表示装置
５映像表示装置
６測光装置
８撮像装置
４０視界
４１撮像域
４２表示映像

Claims

観察者の視界の少なくとも一部を撮像する撮像装置と、該撮像装置からの撮像映像を観察者の視界の一部に表示するとともに、外界像がシースルーで観察される映像表示装置とを備えた撮像表示装置であって、
少なくとも一部の撮像域の輝度が、前記撮像装置の撮像可能な輝度以上又は／及び以下である場合、前記映像表示装置の表示輝度を低下させるか又は表示映像を消すことを特徴とする撮像表示装置。
前記撮像域の輝度は、前記撮像域内の領域によって重み付けされていることを特徴とする請求項１記載の撮像表示装置。
前記映像表示装置の表示輝度の制御は、前記撮像装置の出力信号又は前記映像表示装置の表示素子駆動信号に基づくことを特徴とする請求項１又は２記載の撮像表示装置。
前記撮像装置の撮像域の輝度を測定し、測光信号として出力する測光装置を備え、前記映像表示装置の表示輝度の制御は、前記測光信号に基づくことを特徴とする請求項１又は２記載の撮像表示装置。
前記映像表示装置の表示輝度の制御は、所定のヒステリシスを有することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の撮像表示装置。
前記ヒステリシスは、前記映像表示装置の表示輝度を低下させるか又は表示映像を消す場合と、前記映像表示装置の表示輝度を低下させた後又は表示映像を消した後に再び表示輝度を上昇させる場合とで異なる値を有することを特徴とする請求項５記載の撮像表示装置。
前記映像表示装置は、前記撮像映像と外界像とを同時に観察者の目に導くコンバイナとしてのホログラムを備えることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の撮像表示装置。