JP6008086B2

JP6008086B2 - 頭部装着型表示装置

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Publication number: JP6008086B2
Application number: JP2012068767A
Authority: JP
Inventors: 小林　伸一; 伸一小林
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2032-03-26
Also published as: US20160140767A1; JP2013200444A; US9269192B2; US20130249945A1

Description

本発明は、使用者の頭部に装着された状態において使用者に虚像を視認させる頭部装着型表示装置に関する。

従来、ヘッドマウントディスプレイのように、使用者の頭部に装着された状態において使用者に虚像を視認させる頭部装着型表示装置が知られている。このような頭部装着型表示装置において、虚像と外界像とを重畳させるシースルー型の頭部装着型表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−３８７９号公報

従来のシースルー型の頭部装着型表示装置では、使用者の視野のうち虚像を表示可能な領域全体に虚像を表示させるため、常に当該領域全体において外界像の視認性が低下する。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明のいくつかの態様によれば、使用者の利便性を向上することが可能な頭部装着型表示装置を提供することができる。

（１）本発明は、使用者の頭部に装着された状態において使用者に虚像を視認させる頭部装着型表示装置であって、画像を生成する処理を行う画像処理部と、前記画像を表す画像光を生成する画像光生成部を有し、使用者が前記虚像と外界とを視認可能に構成された画像表示部とを備え、使用者の視野内の前記虚像を表示可能な領域の一部の領域において、外界を優先して視認させることが可能に構成される。

本発明によれば、使用者の視野において虚像を表示可能な領域の一部の領域を使用して外界の視野を確保させることができ、使用者の利便性を向上することができる。

（２）この頭部装着型表示装置は、前記虚像を表示可能な領域の周縁部において前記虚像を視認させ、前記周縁部以外の領域において外界を優先して視認させるように構成してもよい。

本発明によれば、虚像を表示可能な領域の周縁部以外の領域を使用して外界の視野を確保させることができ、使用者の利便性を向上することができる。

（３）この頭部装着型表示装置は、前記画像光生成部は、自発光素子で構成され、前記画像処理部は、前記一部の領域において外界を優先して視認させる場合に、前記一部の領域に対応する領域の画素が黒画素である画像を生成してもよい。

本発明によれば、前記一部の領域に対応する領域の画素が黒画素である画像を生成することで、使用者の視野において虚像を表示可能な領域のうち、当該黒画素の領域に対応する当該一部の領域を使用して外界の視野を確保させることができ、使用者の利便性を向上することができる。また、自発光素子を用いて画像光生成部を構成することで、自発光素子のうち当該黒画素の領域に対応する部分における電力消費を抑えることができ、消費電力を低減することができる。

（４）この頭部装着型表示装置は、前記画像光生成部は、光源から照射された光を、前記画像を表す画像光に変調し、前記光源を制御する光源制御部を更に備え、前記画像処理部は、前記一部の領域において外界を優先して視認させる場合に、前記一部の領域に対応する領域の画素が黒画素である画像を生成し、前記光源制御部は、前記一部の領域に対応する領域の画素が黒画素である画像が生成された場合に、前記光源の輝度及び照射範囲の少なくとも一方を調整する制御を行ってもよい。

本発明によれば、前記一部の領域に対応する領域の画素が黒画素である画像を生成することで、使用者の視野において虚像を表示可能な領域のうち、当該黒画素の領域に対応する当該一部の領域を使用して外界の視野を確保させることができ、使用者の利便性を向上することができる。また、一部の領域に対応する領域の画素が黒画素である画像が生成された場合に、例えば、画像光生成部に照射する光の輝度を低下させる（或いは、画像光生成部のうち当該黒画素の領域に対応する部分を照射しない）調整を行うことで、効率良く消費電力を低減することができる。

（５）この頭部装着型表示装置は、前記画像表示部は、前記画像光を使用者の眼に導く導光部材を更に有し、前記導光部材は、導光部と、前記導光部に前記画像光を入射させる光入射部と、前記導光部によって導かれた画像光を外部に射出させる光射出部とを有し、前記導光部は、互いに平行に配置され全反射による導光を可能にする第１反射面と第２反射面とを有し、前記光入射部は、前記第１反射面に対して所定の角度をなす第３反射面を有し、前記光射出部は、前記第１反射面に対して所定の角度をなす第４反射面を有し、前記画像光生成部からの画像光を、異なる反射回数で導光部材内に導光させ、反射回数に対応して形成される複数の画像光を、前記光射出部を介して合成して外部に射出する。

本発明では、光入射部の第３反射面で反射された画像光が導光部の第１及び第２反射面で全反射させつつ伝搬され、光射出部の第４反射面で反射されて虚像として使用者の眼に入射する。この際、画像光生成部からの画像光を、異なる反射回数で導光部材内に導光させるため、光射出部から射出される画像光の射出角度の角度幅を広くとることができる。つまり、画像光生成部から射出され導光部材での反射回数の異なる画像光を合成して部分的に重畳する１つの虚像を形成する画像光として取り出すので、光射出部越しに観察される虚像の表示サイズを大きく確保することができる。このように、反射回数が異なる画像光を取り出す構造とすることにより、導光部をあまり厚くすることなく瞳を覆うように光射出部を大きくすることができるので、アイリング径を大きく確保することができ、良好なシースルー観察も可能になる。

（６）この頭部装着型表示装置は、前記画像光生成部は、前記画像に対応して変調された信号光を走査させることにより、走査光として射出させる走査光学系と、前記走査光学系からの前記走査光の照射を受けて虚像を形成する虚像形成部とを有してもよい。

第１の実施形態に係る頭部装着型表示装置の構成の一例を示す外観図。第１の実施形態に係る頭部装着型表示装置の構成を機能的に示す機能ブロック図。使用者に視認される虚像の一例を示す説明図。図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、画像表示部の光学系の構成を示す図。図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、第１方向及び第２方向の光路を展開した概念図。画像表示部における具体的な光路を説明する断面図。図７（Ａ）、図７（Ｂ）ｈａ、表示パネルの表示面と、使用者に見える表示パネルの虚像を概念的に説明する図。画像処理部が一部の領域の画素が黒画素である画像を生成した場合の、表示パネルの表示面の一例と、使用者に視認される虚像及び外界像の一例を示す図。バックライト（光源）の構成の一例を示す図。バックライト（光源）の構成の一例と、表示パネルの表示面の一例を示す図。バックライト（光源）の構成の一例と、表示パネルの表示面の一例を示す図。第２の実施形態に係る頭部装着型表示装置の構成を機能的に示す機能ブロック図。変形例について説明するための図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。

（第１の実施の形態）
１．構成
図１は、本実施形態に係る頭部装着型表示装置の構成の一例を示す外観図である。

頭部装着型表示装置１００は、頭部に装着する表示装置であり、ヘッドマウントディスプレイ（Head Mounted Display、ＨＭＤ）とも呼ばれる。本実施形態の頭部装着型表示装置１００は、虚像を視認すると同時に外景（外界像）も直接視認可能な光学透過型（いわゆる、シースルー型）の頭部装着型表示装置である。

頭部装着型表示装置１００は、使用者の頭部に装着された状態において使用者に虚像を視認させる画像表示部２０と、画像表示部２０を制御する制御部１０とを備えている。

画像表示部２０は、使用者の頭部に装着される装着体であり、本実施形態では眼鏡形状を有している。画像表示部２０は、耳掛部２１と、右表示駆動部２２と、左表示駆動部２４と、右光学像表示部２６と、左光学像表示部２８とを含んでいる。耳掛部２１は、右表示駆動部２２及び左表示駆動部２４の端部から使用者の耳の上を横断するように設けられた部材であり、テンプル（つる）として機能する。右光学像表示部２６及び左光学像表示部２８は、使用者が画像表示部２０を装着した状態において、それぞれ使用者の右及び左の眼の前に位置するように配置されている。右表示駆動部２２は、右耳用の耳掛部２１と右光学像表示部２６との接続箇所に配置されている。また、左表示駆動部２４は、左耳用の耳掛部２１と左光学像表示部２８との接続箇所に配置されている。なお、以降では、右表示駆動部２２及び左表示駆動部２４を総称して単に「表示駆動部」と呼び、右光学像表示部２６及び左光学像表示部２８を総称して単に「光学像表示部」と呼ぶ。

表示駆動部は、図示しない駆動回路や、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）や、投写光学系等を含む。光学像表示部は、図示しない導光板と調光板とを含む。導光板は、光透過性の樹脂材料等によって形成され、表示駆動部から取り込んだ画像光を使用者の眼に向けて射出させる。調光板は、薄板状の光学素子であり、画像表示部２０の表側（使用者の眼の側とは反対の側）を覆うように配置されている。調光板は、導光板を保護し、導光板の損傷や汚れの付着等を抑制するとともに、調光板の光透過率を調整することにより、使用者の眼に入る外光量を調節し、虚像の視認のし易さを調整することができる。なお、調光板は省略可能である。

画像表示部２０は、更に、右耳用の右イヤホン３２及び左耳用の左イヤホン３４及びを有する。右イヤホン３２及び左イヤホン３４は、使用者が画像表示部２０を装着した再に、それぞれ右及び左の耳に装着される。

画像表示部２０は、更に、画像表示部２０を制御部１０に接続するための接続部４０を備える。接続部４０は、制御部１０に接続される本体コード４８と、本体コード４８が２本に分岐した右コード４２及び左コード４４と、分岐部に設けられた連結部材４６とを含んでいる。右コード４２は右表示駆動部２２に接続されており、左コード４４は左表示駆動部２４に接続されている。画像表示部２０と制御部１０とは、接続部４０を介して各種信号の伝送を行う。本体コード４８における連結部材４６とは反対側の端部と、制御部１０とのそれぞれには、互いに嵌合するコネクター（図示省略）が設けられており、本体コード４８のコネクターと制御部１０のコネクターとの嵌合／嵌合解除により、制御部１０と画像表示部２０とを接続／切り離しを行うことができる。本体コード４８、右コード４２及び左コード４４には、金属ケーブルや光ファイバーを採用することができる。

制御部１０は、頭部装着型表示装置１００に電源を供給し、画像表示部２０を制御するための装置である。制御部１０は、点灯部１２と、タッチパッド１４と、十字キー１６と、電源スイッチ１８とを含む。点灯部１２は、画像表示部２０の動作状態（例えば、電源のＯＮ／ＯＦＦ状態）を、その発光状態によって通知する。点灯部１２としては、ＬＥＤ等の光源を用いることができる。タッチパッド１４は、タッチパッド１４の操作面上での使用者の指の操作を検出して、検出内容に応じた信号を出力する。十字キー１６は、上下左右方向に対応するキーへの押下操作を検出して、検出内容に応じた信号を出力する。電源スイッチ１８は、スイッチのスライド操作を検出することで、頭部装着型表示装置１００の電源投入状態を切り替える。

図２は、頭部装着型表示装置１００の構成を機能的に示す機能ブロック図である。制御部１０は、操作部１１０（本実施形態では、タッチパッド１４、十字キー１６、電源スイッチ１８）と、記憶部１２０と、電源１３０と、ＣＰＵ１４０と、インターフェイス１８０と、送信部（Ｔｘ）５１、５２とを備え、各部は図示しないバスにより相互に接続されている。

記憶部１２０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ハードディスク等を含む記憶部である。電源１３０は、頭部装着型表示装置１００の各部に電源を供給する。電源１３０としては、例えば二次電池を用いることができる。

ＣＰＵ１４０は、予めインストールされたプログラムを実行することで、オペレーティングシステム（ＯＳ）１５０として機能を提供する。また、ＣＰＵ１４０は、ＲＯＭやハードディスクに格納されているファームウェアやコンピュータープログラムをＲＡＭに展開して実行することにより、画像処理部１６０、音声処理部１７０、表示制御部１９０、としても機能する。

インターフェイス１８０は、制御部１０に対して、コンテンツの供給元となる種々の外部機器ＯＡ（例えば、パーソナルコンピューター（ＰＣ）や携帯電話端末、ゲーム端末）を接続するためのインターフェイスである。インターフェイス１８０としては、例えば、ＵＳＢインターフェイスや、メモリーカード用インターフェイス、無線ＬＡＮインターフェイス等を備える。コンテンツとは、画像（静止画像、動画像）や音声等からなる情報内容を意味する。

画像処理部１６０は、インターフェイス１８０を介して入力されるコンテンツに基づき、クロック信号、垂直同期信号、水平同期信号、画像データーを生成し、接続部４０を介してこれらの信号を画像表示部２０に供給する。具体的には、画像処理部１６０は、コンテンツに含まれる画像信号を取得する。取得した画像信号は、例えば動画像の場合、一般的に１秒あたり３０枚のフレーム画像から構成されているアナログ信号である。画像処理部１６０は、取得した画像信号から、垂直同期信号や水平同期信号等の同期信号を分離する。また、画像処理部１６０は、分離した垂直同期信号や水平同期信号の周期に応じて、ＰＬＬ回路（図示省略）等を利用してクロック信号を生成する。

画像処理部１６０は、同期信号が分離されたアナログ信号を、Ａ／Ｄ変換器（図示省略
）を用いてディジタル画像信号に変換する。その後、画像処理部１６０は、変換後のディジタル画像信号を、対象画像の画像データー（ＲＧＢデーター）として、１フレーム毎に記憶部１２０内のＤＲＡＭに格納する。なお、画像処理部１６０は、必要に応じて、画像データーに対して、解像度変換処理、輝度や彩度の調整といった種々の色調補正処理、キーストーン補正処理等の画像処理を実行してもよい。

画像処理部１６０は、生成したクロック信号、垂直同期信号、水平同期信号、記憶部１２０内のＤＲＡＭに格納された画像データーとを、送信部５１、５２を介してそれぞれ送信する。なお、送信部５１を介して送信される画像データーを「右眼用画像データー」と呼び、送信部５２を介して送信される画像データーを「左眼用画像データー」と呼ぶ。送信部５１、５２は、制御部１０と画像表示部２０との間におけるシリアル伝送のためのトランシーバーとして機能する。画像処理部１６０は、ＯＳ１５０にインストールされた各種アプリケーションの処理結果に応じて画像を生成し、生成した画像を記憶部１２０内のＤＲＡＭに格納してもよい。

特に、本実施形態の画像処理部１６０は、一部の領域の画素が黒画素である画像（連続した黒画素からなる領域を含む画像）を生成する。例えば、画像処理部１６０は、操作部からの検出データーに基づいて、一部の領域を黒画素とするための操作が行われたと判断した場合に、入力または生成した画像（インターフェイス１８０を介して入力されるコンテンツの画像や、アプリケーションの処理結果に応じて生成した画像）の一部の領域の画素を黒画素とする処理を行ってもよいし、特定のアプリケーションが起動された場合に、当該アプリケーションの処理結果に応じて一部の領域の画素が黒画素である画像を生成してもよい。一部の領域の画素を黒画素とする処理は、入力または生成した画像の一部の領域を塗りつぶす処理により行ってもよいし、入力または生成した画像を縮小する処理により行ってもよい。

表示制御部１９０は、右表示駆動部２２及び左表示駆動部２４を制御する制御信号を生成する。具体的には、表示制御部１９０は、制御信号により、右ＬＣＤ制御部２１１による右ＬＣＤ２４１の駆動ＯＮ／ＯＦＦや、右バックライト制御部２０１による右バックライト２２１の駆動ＯＮ／ＯＦＦ、左ＬＣＤ制御部２１２による左ＬＣＤ２４２の駆動ＯＮ／ＯＦＦや、左バックライト制御部２０２による左バックライト２２２の駆動ＯＮ／ＯＦＦなどを、個別に制御することにより、右表示駆動部２２及び左表示駆動部２４のそれぞれによる画像光の生成及び射出を制御する。

表示制御部１９０は、右ＬＣＤ制御部２１１及び左ＬＣＤ制御部２１２に対する制御信号を送信部５１、５２を介してそれぞれ送信する。また、表示制御部１９０は、右バックライト制御部２０１及び左バックライト制御部２０２に対する制御信号を送信部５１、５２を介してそれぞれ送信する。

特に本実施形態の表示制御部１９０（光源制御部）は、画像処理部１６０によって一部の領域の画素が黒画素である画像が生成された場合に、右バックライト制御部２０１及び左バックライト制御部２０２を制御して、右バックライト２２１及び左バックライト２２２（光源）の輝度及び照射範囲の少なくとも一方を調整する制御を行う。

音声処理部１７０は、コンテンツに含まれる音声信号を取得し（或いは、ＯＳ１５０にインストールされた各種アプリケーションの処理結果に応じて音声信号を生成し）、取得／生成した音声信号を増幅して、画像表示部２０の右イヤホン３２及び左イヤホン３４に接続部４０を介して供給する。

画像表示部２０は、右表示駆動部２２と、左表示駆動部２４と、右光学像表示部２６を構成する右導光板２６１と、左光学像表示部２８を構成する左導光板２６２と、右イヤホン３２と、左イヤホン３４とを備えている。

右表示駆動部２２は、受信部（Ｒｘ）５３と、光源として機能する右バックライト（ＢＬ）制御部２０１及び右バックライト２２１と、表示素子として機能する右ＬＣＤ制御部２１１及び右ＬＣＤ２４１と、右投写光学系２５１とを含んでいる。なお、右バックライト制御部２０１と、右ＬＣＤ制御部２１１と、右バックライト２２１と、右ＬＣＤ２４１とを総称して「画像光生成部」と呼ぶ。

受信部５３は、制御部１０と画像表示部２０との間におけるシリアル伝送のためのレシーバーとして機能する。右バックライト制御部２０１は、入力された制御信号に基づいて、右バックライト２２１を駆動する機能を有する。右バックライト２２１（光源の一例）は、例えば、ＬＥＤやエレクトロルミネセンス（ＥＬ）等の発光体である。右ＬＣＤ制御部２１１は、受信部５３を介して入力されたクロック信号と、垂直同期信号と、水平同期信号と、右眼用画像データーとに基づいて、右ＬＣＤ２４１を駆動する機能を有する。右ＬＣＤ２４１は、複数の画素をマトリクス状に配置した透過型液晶パネルである。画像光生成部は、右ＬＣＤ２４１のマトリクス状に配置された各画素位置に対応する液晶を駆動することによって、右ＬＣＤ２４１を透過する光の透過率を変化させることにより、右バックライト２２１から照射される照明光を画像を表す有効な画像光へと変調する機能を有する。なお、本実施形態の画像光生成部ではバックライト方式を採用しているが、フロントライト方式や反射方式を用いて画像光を生成する構成としてもよい。右投写光学系２５１は、右ＬＣＤから射出された画像光を平行状態の光束にするコリメートレンズにより構成される。右導光板２６１は、右投写光学系２５１から射出された画像光を、所定の光路に沿って反射させつつ使用者の右眼ＲＥに導く。なお、右投写光学系２５１と、右導光板２６１とを総称して「導光部」と呼ぶ。

左表示駆動部２４は、受信部（Ｒｘ）５４と、光源として機能する左バックライト（ＢＬ）制御部２０２及び左バックライト２２２と、表示素子として機能する左ＬＣＤ制御部２１２及び左ＬＣＤ２４２と、左投写光学系２５２とを含んでいる。なお、左バックライト制御部２０２と、左ＬＣＤ制御部２１２と、左バックライト２２２と、左ＬＣＤ２４２とを総称して「画像光生成部」と呼ぶ。また、左投写光学系２５２と、左導光板２６２とを総称して「導光部」と呼ぶ。右表示駆動部２２と左表示駆動部２４とは対になっており、左表示駆動部２４の各部は、右表示駆動部２２で説明した各部と同様の構成及び機能を有するため、詳細な説明は省略する。左導光板２６２は、左投写光学系２５２から射出された画像光を、所定の光路に沿って反射させつつ使用者の左眼ＬＥに導く。

図３は、使用者に視認される虚像の一例を示す説明図である。上述のようにして、頭部装着型表示装置１００を装着した使用者の両眼に導かれた画像光が使用者の両眼の網膜に結像することにより、使用者は虚像を視認することができる。図４に示すように、頭部装着型表示装置１００の使用者の視野ＶＲ内には、虚像ＶＩが表示される。また、使用者の視野ＶＲのうち、虚像ＶＩが表示された部分以外については、使用者は、右光学像表示部２６及び左光学像表示部２８を透過して、外景ＳＣ（外界像）を見ることができる。なお、本実施形態の頭部装着型表示装置１００では、使用者の視野ＶＲの内の虚像ＶＩが表示された部分についても、虚像ＶＩの背後に外景ＳＣが透けて見えるように構成されている。すなわち、本実施形態の頭部装着型表示装置１００では、使用者が虚像ＶＩと外景ＳＣ（外界像）とを視認可能に構成され、且つ、視野ＶＲの内の虚像ＶＩが表示された部分については、使用者が虚像ＶＩと外景ＳＣ（外界像）とを重畳した状態で視認可能に構成されている。

２．光学系
図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、画像表示部２０の光学系の構成を示す図である。なお、以下では、画像表示部２０の左側の光学系について説明し、左側の光学系と左右対称な構成を有する右側の光学系の詳細な説明は省略する。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、画像表示部２０の左側の光学系は、左表示駆動部２４と、左導光板２６２とを備える。左表示駆動部２４に備わる左バックライト２２２（光源の一例）は、光源２２２ａと、光源２２２ａからの光を拡散させて矩形断面の光束にするバックライト導光部２２２ｂとを有する。左ＬＣＤ２４２（表示パネルの一例）は、左バックライト２２２からの照明光ＳＬを空間的に変調して画像光を形成する。

左ＬＣＤ２４２において、第１方向Ｄ１は、左投写光学系２５２を通る第１光軸ＡＸ１と、後述する導光部材３２１の第３反射面３２１ｃに平行な特定線とを含む縦断面の延びる方向に対応し、第２方向Ｄ２は、上記第１光軸ＡＸ１と、上記第３反射面３２１ｃの法線とを含む横断面の延びる方向に対応する。言い換えれば、第１方向Ｄ１は、後述する導光部材３２１の第１反射面３２１ａと第３反射面３２１ｃとの交点ＣＬに平行な方向であり、第２方向Ｄ２は、上記第１反射面３２１ａの平面と平行であり、上記第１反射面３２１ａと第３反射面３２１ｃとの交点ＣＬに垂直な方向となっている。つまり、左ＬＣＤ２４２の位置において、第１方向Ｄ１は、縦のＹ方向に相当し、第２方向Ｄ２は、横のＸ方向に相当する。なお、左ＬＣＤ２４２の有効サイズは、第１方向Ｄ１よりも第２方向Ｄ２に長い横長となっている。一方、左投写光学系２５２の射出開口幅は、第２方向Ｄ２よりも第１方向Ｄ１に長い縦長となっている。

左導光板２６２は、導光部材３２１と光透過部材３２３とを接合したものであり、全体としてＸＹ面に平行に延びる平板状の光学部材を構成している。

導光部材３２１は、平面視において台形のプリズム状部材であり、側面として、第１反射面３２１ａと第２反射面３２１ｂと、第３反射面３２１ｃと、第４反射面３２１ｄとを有する。また、導光部材３２１は、第１、第２、第３、第４反射面３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃ、３２１ｄに隣接するとともに互いに対向する上面３２１ｅと下面３２１ｆとを有する。ここで、第１及び第２反射面３２１ａ、３２１ｂは、ＸＹ面に沿って延び、導光部材３２１の厚みｔだけ離間する。また、第３反射面３２１ｃは、ＸＹ面に対して４５°以下の鋭角αで傾斜しており、第４反射面３２１ｄは、ＸＹ面に対して例えば４５°以下の鋭角βで傾斜している。第３反射面３２１ｃを通る第１光軸ＡＸ１と第４反射面３２１ｄを通る第２光軸ＡＸ２とは平行に配置され距離Ｄだけ離間している。なお、以下に詳述するが、第１反射面３２１ａと第３反射面３２１ｃとの間には、稜を除去するように端面３２１ｈが設けられている。導光部材３２１は、この端面３２１ｈも含めると、７面の多面体状の外形を有するものとなっている。

導光部材３２１は、第１及び第２反射面３２１ａ、３２１ｂによる全反射を利用して導光を行うものであり、同行に際して反射によって折り返される方向と、導光に際して反射によって折り返されない方向とがある。導光部材３２１で導光される画像について考えた場合、導光に際して複数回の反射によって取り返される横方向すなわち閉じ込め公報は、第１及び第２反射面３２１ａ、３２１ｂに垂直（Ｚ軸に平行）で、後述するように光源側まで光路を展開した場合に、左ＬＣＤ２４２の第２方向Ｄ２に相当するものとなり、導光に際して反射によって折り返されない縦方向すなわち自由伝搬方向は、第１及び第２反射面３２１ａ、３２１ｂ及び第３反射面３２１ｃに平行（Ｙ軸に平行）で、後述するように光源側まで光路を展開した場合に、左ＬＣＤ２４２の第１方向Ｄ１に相当するものとなる。

導光部材３２１は、可視光で高い光透過性を示す樹脂材料で形成されている。導光部材３２１は、射出成型によって一体的に成型されたブロック上部材であり、例えば熱重合の樹脂材料を成型金型に射出させ熱硬化させることで形成されている。このように導光部材３２１は、一体形成品であるが、機能的に、光入射部Ｂ１と導光部Ｂ２と光射出部Ｂ３とに分けて考えることができる。

光入射部Ｂ１は、三角プリズム状の部分であり、第１反射面３２１ａの一部である光入射面ＩＳと、光入射面ＩＳに対向する第３反射面３２１ｃとを有する。光入射面ＩＳは、左表示駆動部２４からの画像光ＧＬを取り込むための裏側又は使用者側の平面であり、左投写光学系２５２に対向してその第１光軸ＡＸ１に垂直に延びている。第３反射面３２１ｃは、光入射面ＩＳを通過した画像光ＧＬを反射して導光部Ｂ２内に導くための矩形の全反射ミラーであり、ミラー層３２５を有し保護層で被覆されている。このミラー層３２５は、全反射のコーティングであり、導光部材３２１の斜面ＲＳ上にアルミ等の蒸着によって成膜を施すことにより形成される。第３反射面３２１ｃは、左投写光学系２５２の第１光軸ＡＸ１又はＸＹ面に対して例えば鋭角α＝２５°〜２７°で傾斜しており、光入射面ＩＳから入射し全体として＋Ｚ方向に向かう画像光ＧＬを、全体として−Ｚ方向に寄りの−Ｘ方向に向かわせるように折り曲げることで、画像光ＧＬを導光部Ｂ２内に確実に結合させる。

導光部Ｂ２は、互いに対向しＸＹ面に平行に延びる２平面として、光入射部Ｂ１で折り曲げられた画像光をそれぞれ全反射させる第１反射面３２１ａと第２反射面３２１ｂとを有している。第１及び第２反射面３２１ａ、３２１ｂの間隔すなわち導光部材３２１の厚みｔは、例えば９ｍｍ程度とされている。ここでは、第１反射面３２１ａが左表示駆動部２４に近い裏側又は使用者側にあるものとし、第２反射面３２１ｂが左表示駆動部２４から遠い表側又は外界側にあるものとする。この場合、第１反射面３２１ａは、光入射面ＩＳや後述する光射出面ＯＳと共通の面部分となっている。第１及び第２反射面３２１ａ、３２１ｂは、屈折率差を利用する全反射面であり、ミラー層等の反射コートが施されていない。ただし、第１及び第２反射面３２１ａ、３２１ｂは、表面の損傷を防止し映像の解像度低下を防止するため、ハードコート層で被覆されている。このハードコート層は、導光部材３２１の平坦面上にＵＶ硬化性樹脂や熱硬化性樹脂等をディップ処理やスプレーコート処理によって成膜することによって形成される。光入射部Ｂ１の第３反射面３２１ｃで反射された画像光ＧＬは、まず、第１反射面３２１ａに入射し、全反射される。次に、当該画像光ＧＬは、第２反射面３２１ｂに入射し、全反射される。以下この動作が繰り返されることで、画像光ＧＬは、左導光板２６２の奥側すなわち光射出部Ｂ３を設けた−Ｘ側に導かれる。なお、第１及び第２反射面３２１ａ、３２１ｂには反射コートが施されていないため、外界側から第２反射面３２１ｂに入射する外界光又は外光は、高い透過率で導光部Ｂ２を通過する。つまり、導光部Ｂ２は、外界像の透視が可能なシースルータイプになっている。以上の第１及び第２反射面３２１ａ、３２１ｂでの全反射は、ハードコート層の屈折率の設定によっており、ハードコート層の表面の内側で生じさせることができるが、平坦面の内側で生じさせることもできる。

光射出部Ｂ３は、三角プリズム状の部分であり、第１反射面３２１ａの一部である光射出面ＯＳと、光射出面ＯＳに対向する第４反射面３２１ｄとを有する。光射出面ＯＳは、画像光ＧＬを使用者の左眼ＬＥに向けて射出するための表側の平面であり、光入射面ＩＳと同様に第１反射面３２１ａの一部となっており、第２光軸ＡＸ２に垂直に延びている。光射出部Ｂ３を通る第２光軸ＡＸ２と光入射部Ｂ１を通る第１光軸ＡＸ１との距離Ｄは、使用者の頭部の幅等を考慮して例えば５０ｍｍに設定されている。第４反射面３２１ｄは、第１及び第２反射面３２１ａ、３２１ｂを経て入射してきた画像光ＧＬを反射して光射出部Ｂ３外に射出させるための矩形の平坦面であり、ハーフミラー層３２８を有している。このハーフミラー層３２８は、導光部材３２１の斜面ＲＳ上にＡｇ等の蒸着によって成膜を施すことにより形成される。ハーフミラー層３２８の反射率は、例えば２０％に設定され、透過率は、例えば８０％に設定される。第４反射面３２１ｄは、第１反射面３２１ａに垂直な第２光軸ＡＸ２又はＸＹ面に対して例えば鋭角β＝２５°〜２７°で傾斜しており、導光部Ｂ２の第１及び第２反射面３２１ａ、３２１ｂを経て入射してきた画像光ＧＬを部分的に反射して全体として−Ｚ方向に向かわせるように折り曲げることで、光射出面ＯＳを通過させる。なお、第４反射面３２１ｄを透過した画像光ＧＬは、光透過部材３２３に入射し、映像の形成には利用されない。

光透過部材３２３は、導光部材３２１の本体と同一の屈折率を有し、第１面３２３ａと、第２面３２３ｂと、第３面３２３ｃとを有する。第１及び第２面３２３ａ、３２３ｂは、ＸＹ面に沿って延びる。また、第３面３２３ｃは、ＸＹ面に対して傾斜しており、導光部材３２１の第４反射面３２１ｄに対向して平行に配置されている。光透過部材３２３は、射出成型によって一体的に成型されたブロック状部材であり、例えば熱重合型の樹脂材料を成型金型内に射出させ熱硬化させることで形成されている。光透過部材３２３において、第１面３２３ａは、導光部材３２１に設けた第１反射面３２１ａの延長平面上に配置され、使用者の左眼ＬＥに近い裏側にあり、第２面３２３ｂは、導光部材３２１に設けた第２反射面３２１ｂの延長平面上もう配置され、使用者の左眼ＬＥから遠い表側にある。第３面３２３ｃは、接着剤によって導光部材３２１の第４反射面３２１ｄに接合される矩形の透過面である。

光透過部材３２３と導光部材３２１とは、両者の接合部分及びその近傍において、透視部Ｂ４を構成している。すなわち、第１及び第２面３２３ａ、３２３ｂには、ミラー層等の反射コートが施されていないため、導光部材３２１の導光部Ｂ２と同様に外界光ＧＬ’を高い透過率で透過させる。第３面３２３ｃも、外界光ＧＬ’を高い透過率で透過可能であるが、導光部材３２１の第４反射面３２１ｄがハーフミラー層３２８を有していることから、第３面３２３ｃを通過する外界光ＧＬ’は、例えば２０％減光される。つまり、使用者は、２０％に減光された画像光ＧＬと８０％に減光された外界光ＧＬ’とを重畳させたものを観察することになる。

図５（Ａ）は、左ＬＣＤ２４２の縦断面ＣＳ１に対応する第１方向Ｄ１の光路を展開した概念図である。第１方向Ｄ１に沿った縦断面ＣＳ１すなわちＹＺ（展開後のＹ’Ｚ’面）において、左ＬＣＤ２４２から射出された画像光のうち、表示領域２４２ｂの上端側（＋Ｙ側）から射出される成分を画像光ＧＬａとし、表示領域２４２ｂの下端側（−Ｙ側）から射出される成分を画像光ＧＬｂとする。

上側の画像光ＧＬａは、左投写光学系２５２によって平行光束化され、展開された光軸ＡＸ’に沿って、導光部材３２１の光入射部Ｂ１、導光部Ｂ２及び光射出部Ｂ３を通り、使用者の左眼ＬＥに対して平行光束状態で、角度φ_１の上方向から傾いて入射する。一方、下側の画像光ＧＬｂは、左投写光学系２５２によって平行光束化され、展開された光軸ＡＸ’に沿って、導光部材３２１の光入射部Ｂ１、導光部Ｂ２及び光射出部Ｂ３を通り、使用者の左眼ＬＥに対して平行光束状態で、角度φ_２（｜φ_１｜＝｜φ_２｜）の下方向から傾いて入射する。以上の角度φ_１、φ_２は、上下の半画角に相当し、例えば、６．５°に設定される。なお、上側の画像光ＧＬａと下側の画像光ＧＬｂとは、使用者の左眼ＬＥに時間差をおいて入射するのではなく、使用者の左眼ＬＥに同時に入射する。

図５（Ｂ）は、左ＬＣＤ２４２の横断面ＣＳ２に対応する第２方向（閉じ込め方向又は合成方向）Ｄ２の光路を展開した概念図である。第２方向Ｄ２に沿った横断面ＣＳ２すなわちＸＺ（展開後のＸ’Ｚ’面）において、左ＬＣＤ２４２から射出された画像光のうち、表示領域２４２ｂに向かって右端側（＋Ｘ側）の第１表示点Ｐ１から射出される成分を画像光ＧＬｃとし、表示領域２４２ｂに向かって左端側（−Ｘ側）の第２表示点Ｐ２から射出される成分を画像光ＧＬｄとする。図５（Ｂ）中には、参考のため、右寄り内側から射出される画像光ＧＬｅと、左寄り内側から射出される画像光ＧＬｆとを追加している。

右側の第１表示点Ｐ１からの画像光ＧＬｃは、左投写光学系２５２によって平行光束化され、展開された光軸ＡＸ’に沿って、導光部材３２１の光入射部Ｂ１、導光部Ｂ２及び光射出部Ｂ３を通り、使用者の左眼ＬＥに対して平行光束状態で、角度θ_１の右方向から傾いて入射する。一方、左側の第２表示点Ｐ２からの画像光ＧＬｄは、左投写光学系２５２によって平行光束化され、展開された光軸ＡＸ’に沿って、導光部材３２１の光入射部Ｂ１、導光部Ｂ２及び光射出部Ｂ３を通り、使用者の左眼ＬＥに対して平行光束状態で、角度θ_２（｜θ_１｜＝｜θ_２｜）の左方向から傾いて入射する。以上の角度θ_１、θ_２は、左右の半画角に相当し、例えば、１０°に設定される。なお、上側の画像光ＧＬｃと下側の画像光ＧＬｄとは、使用者の左眼ＬＥに時間差をおいて入射するのではなく、使用者の左眼ＬＥに同時に入射する。

なお、第２方向Ｄ２の横方向に関しては、導光部材３２１中で画像光ＧＬｃ、ＧＬｄが反射によって折り返され、反射の回数も異なることから、各画像光ＧＬｃ、ＧＬｄが導光部材３２１中で不連続に表現されている。結果的に、横方向に関しては、全体として画面が左右反転するが、後に詳述するように導光部材３２１を高精度に加工することで、左ＬＣＤ２４２の右半分の画像と左ＬＣＤ２４２の左半分の画像とが切れ目なく連続してズレなくつなぎ合わされたものとなる。なお、両画像光ＧＬｃ、ＧＬｄの導光部材３２１内での反射回数が互いに異なることを考慮して、右側の画像光ＧＬｃの射出角度θ_１’と左側の画像光ＧＬｄの射出角度θ_２’とは異なるものに設定されている。

以上により、使用者の左眼ＬＥに入射する画像光ＧＬａ、ＧＬｂ、ＧＬｃ、ＧＬｄは、無限遠からの虚像となっており、縦の第１方向Ｄ１に関しては左ＬＣＤ２４２に形成された映像が正立し、横の第２方向Ｄ２に関しては左ＬＣＤ２４２に形成された映像が反転する。

図６は、画像表示部２０における具体的な光路を説明する断面図である。左投写光学系２５２は、３つのレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３を有している。

左ＬＣＤ２４２の右側の第１表示点Ｐ１からの画像光ＧＬ１１、ＧＬ１２は、左投写光学系２５２のレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３を通過することで平行光束化され、導光部材３２１の光入射面ＩＳに入射する。導光部材３２１内に導かれた画像光ＧＬ１１、ＧＬ１２は、第１及び第２反射面３２１ａ、３２１ｂにおいて等しい角度で全反射を繰り返して、最終的に光射出面ＯＳから平行光束として射出される。具体的には、画像光ＧＬ１１、ＧＬ１２は、平行光束として導光部材３２１の第３反射面３２１ｃで反射された後、第１反射角γ１で導光部材３２１の第１反射面３２１ａに入射し、全反射される(第２回目の全反射)。その後、画像光ＧＬ１１、ＧＬ１２は、第１反射角γ１を保った状態で、第２反射面３２１ｂに入射して全反射され(第２回目の全反射)、次いで再度第１反射面３２１ａに入射して全反射される(第３回目の全反射)。結果的に、画像光ＧＬ１１、ＧＬ１２は、第１及び第２反射面３２１ａ、３２１ｂにおいて計３回全反射され、第４反射面３２１ｄに入射する。画像光ＧＬ１１、ＧＬ１２は、この第４反射面３２１ｄで第３反射面３２１ｃと同一の角度で反射され、光射出面ＯＳからこの光射出面ＯＳに垂直な第２光軸ＡＸ２方向に対して角度θ_１の傾きで平行光束として射出される。

左ＬＣＤ２４２の左側の第２表示点Ｐ２からの画像光ＧＬ２１、ＧＬ２２は、左投写光学系２５２のレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３を通過することで平行光束化され、導光部材３２１の光入射面ＩＳに入射する。導光部材３２１内に導かれた画像光ＧＬ２１、ＧＬ２２は、第１及び第２反射面３２１ａ、３２１ｂにおいて等しい角度で全反射を繰り返して、最終的に光射出面ＯＳから平行光束として射出される。具体的には、画像光ＧＬ２１、ＧＬ２２は、平行光束として導光部材３２１の第３反射面３２１ｃで反射された後、第２反射角γ２（γ２＜γ１）で導光部材３２１の第１反射面３２１ａに入射し、全反射される(第１回目の全反射)。その後、画像光ＧＬ２１、ＧＬ２２は、第２反射角γ２を保った状態で、第２反射面３２１ｂに入射して全反射され(第２回目の全反射)、再度第１反射面３２１ａに入射して全反射され(第３回目の全反射)、再度第２反射面３２１ｂに入射して全反射され(第４回目の全反射)、再々度第１反射面３２１ａに入射して全反射される(第５回目の全反射)。結果的に、画像光ＧＬ２１、ＧＬ２２は、第１及び第２反射面３２１ａ、３２１ｂにおいて計５回全反射され、第４反射面３２１ｄに入射する。画像光ＧＬ２１、ＧＬ２２は、この第４反射面３２１ｄで第３反射面３２１ｃと同一の角度で反射され、光射出面ＯＳからこの光射出面ＯＳに垂直な第２光軸ＡＸ２方向に対して角度θ_２の傾きで平行光束として射出される。

図６において、導光部材３２１を展開した場合に第１反射面３２１ａに対応する仮想的な第１面４２１ａと、導光部材３２１を展開した場合に第２反射面３２１ｂに対応する仮想的な第２面４２１ｂとを描いている。このように展開することにより、第１表示点Ｐ１からの画像光ＧＬ１１、ＧＬ１２は、光入射面ＩＳに対応する入射等価面ＩＳ’を通過した後、第１面４２１ａを２回通過し第２面４２１ｂを１回通過して光射出面ＯＳから射出されて使用者の左眼ＬＥに入射することが分かり、第２表示点Ｐ２からの画像光ＧＬ２１、ＧＬ２２は、光入射面ＩＳに対応する入射等価面ＩＳ”を通過した後、第１面４２１ａを３回通過し第２面４２１ｂを２回通過して光射出面ＯＳから射出されて使用者の左眼ＬＥに入射することが分かる。見方を変えると、使用者は、２つの位置の異なる入射等価面ＩＳ’、ＩＳ”の近傍に存在する左投写光学系２５２のレンズＬ３を重ねて観察していることになる。

図７（Ａ）は、左ＬＣＤ２４２の表示面を概念的に説明する図であり、図７（Ｂ）は、使用者に見える左ＬＣＤ２４２の虚像を概念的に説明する図であり、図７（Ｃ）及び７（Ｄ）は、虚像を構成する部分画像を説明する図である。図７（Ａ）に示す左ＬＣＤ２４２に設けた矩形の画像形成領域ＡＤは、図７（Ｂ）に示す虚像表示領域ＡＩとして観察される。虚像表示領域ＡＩの左側には、左ＬＣＤ２４２の画像形成領域ＡＤのうち中央から右側にかけての部分に相当する第１投射像ＩＭ１が形成され、この第１投射像ＩＭ１は、図７（Ｃ）に示すように右側が欠けた部分画像となっている。また、虚像表示領域ＡＩの右側には、左ＬＣＤ２４２の画像形成領域ＡＤのうち中央から左側にかけての部分に相当する第２投射像ＩＭ２が虚像として形成され、この第２投射像ＩＭ２は、図７（Ｄ）に示すように左半分が欠けた部分画像となっている。図７（Ｃ）に示す第１投射像ＩＭ１と、図７（Ｄ）に示す第２投射像ＩＭ２とは、この場合、使用者の左眼ＬＥ内に同時に入射し同時に結像される。

図７（Ａ）に示す左ＬＣＤ２４２のうち第１投射像（虚像）ＩＭ１のみを形成する第１部分領域Ａ１０は、例えば左ＬＣＤ２４２の右端の第１表示点Ｐ１を含んでおり、導光部材３２１の導光部Ｂ２において合計３回全反射される画像光ＧＬ１１、ＧＬ１２を射出する。左ＬＣＤ２４２のうち第２投射像(虚像)ＩＭ２のみを形成する第２部分領域Ａ２０は、例えば左ＬＣＤ２４２の左端の第２表示点Ｐ２を含んでおり、導光部材３２１の導光部Ｂ２において合計５回全反射される画像光ＧＬ２１、ＧＬ２２を射出する。左ＬＣＤ２４２の画像形成領域ＡＤの中央寄りにおいて第１及び第２部分領域Ａ１０、Ａ２０に挟まれて縦長に延びる帯域ＳＡからの画像光は、図７（Ｂ）に示す重複画像ＳＩを形成している。つまり、左ＬＣＤ２４２の帯域ＳＡからの画像光は、導光部Ｂ２において計３回全反射される画像光ＧＬ１１、ＧＬ１２によって形成される第１投射像ＩＭ１と、導光部Ｂ２において計５回全反射される画像光ＧＬ２１、ＧＬ２２によって形成される第２投射像ＩＭ２となって、虚像表示領域ＡＩ上で重畳していることになる。導光部材３２１の加工が精密で、左投写光学系２５２によって正確にコリメートされた光束が形成されているならば、重複画像ＳＩについて、２つの投射像ＩＭ１、ＩＭ２の重畳によるズレや惨みを防止することができる。なお、重畳の生じている帯域ＳＡの横幅又は重畳幅は、左ＬＣＤ２４２を照明する照明光ＳＬの角度範囲を制御することで調整可能である。本実施形態では、照明光ＳＬの角度範囲を特に調節していないので、バックライト導光部２２２ｂ等の発散特性に応じた横幅又は重畳幅の帯域ＳＡが存在することになる。

以上では、左ＬＣＤ２４２の右側の第１表示点Ｐ１を含む第１部分領域Ａ１０から射出された画像光ＧＬ１１、ＧＬ１２の第１及び第２反射面３２１ａ、３２１ｂによる全反射回数が計３回で、左ＬＣＤ２４２の左側の第２表示点Ｐ２を含む第２部分領域Ａ２０から射出された画像光ＧＬ２１、ＧＬ２２の第１及び第２反射面３２１ａ、３２１ｂによる全反射回数が計５回であるとしたが、全反射回数については適宜変更することができる。つまり、導光部材３２１の外形(すなわち厚みｔ、距離Ｄ、鋭角α、β)の調整によって、画像光ＧＬ１１、ＧＬ１２の全反射回数を計５回とし、画像光ＧＬ２１、ＧＬ２２の全反射回数を計７回とすることもできる。また、以上では、画像光ＧＬ１１、ＧＬ１２、ＧＬ２１、ＧＬ２２の全反射回数が奇数となっているが、光入射面ＩＳと光射出面ＯＳとを反対側に配置するならば、すなわち導光部材３２１を平面視で平行四辺形型にすれば、画像光ＧＬ１１、ＧＬ１２、ＧＬ２１、ＧＬ２２の全反射回数が偶数となる。

３．本実施形態の手法
本実施形態の頭部装着型表示装置１００は、使用者の視野ＶＲ内の虚像を表示可能な領域（虚像表示領域ＡＩ）の一部の領域において、外界を優先して視認させることが可能に構成される。当該一部の領域において外界を優先して視認させる場合には、画像処理部１６０が、当該一部の領域に対応する領域の画素が黒画素である画像を生成する。図８（Ａ）は、画像処理部１６０が当該一部の領域に対応する領域の画素が黒画素である画像を生成した場合の、左ＬＣＤ２４２（右ＬＣＤ２４１）の表示面を示す図であり、図８（Ｂ）は、そのときに使用者に視認される虚像と外界像を示す図である。

図８（Ａ）は、例えば、テキストデーター（字幕データー）を外部機器ＯＡから取得して表示する字幕表示用アプリケーションの処理結果に応じて、画像処理部１６０が、テキスト（字幕）を表示する領域以外の領域を黒画素とする画像を生成した場合の例である。図８（Ａ）に示す左ＬＣＤ２４２の画像形成領域ＡＤのうち、下部の領域Ａ３０には、当該テキストを表す画像が形成され、上部の領域Ａ３２には、黒画素（黒表示）が形成される。なお、テキスト等を表示する領域（黒画素を形成する領域以外の領域）は、画像形成領域ＡＤの周縁部（周辺部）に配置することが望ましい。

このとき、図８（Ｂ）に示すように、使用者の視野ＶＲ内の虚像表示領域ＡＩのうち、左ＬＣＤ２４２上でテキストを表す画像が形成される領域Ａ３０に対応する領域Ａ３１には、テキストを表す虚像ＶＩ（虚像ＶＩと外景ＳＣとが重畳された像）が表示される。また、虚像表示領域ＡＩのうち、左ＬＣＤ２４２上で黒画素が形成される領域Ａ３２に対応する領域Ａ３３には虚像が表示されず、この領域Ａ３３において使用者は外景ＳＣ（外界像）を見ることができる。なお、図８（Ａ）の領域Ａ３０と図８（Ｂ）の領域Ａ３１には、白色背景に黒文字が表示されているため、実際には、領域Ａ３１の黒文字の部分で外景ＳＣが透けてしまうが、人間の目には黒っぽく見える。また、この場合に、白表示と黒表示の面積比率を最適化することで黒文字でも視認可能にすることができる。また、背景色と文字色は視認性を高めるように選択することができる。例えば、視認性を高めるために、文字の色を背景色の補色とすることができる。

このように、使用者に視認させる画像を表示する領域以外の領域を黒画素とする画像を生成することで、使用者の視野において虚像を表示可能な虚像表示領域ＡＩのうち当該黒画素の領域に対応する領域を使用して外界の視野を確保させることができる。図８（Ｂ）は、頭部装着型表示装置１００を用いて、授業の内容を補足するテキストを表示する場合の例を示している。図８（Ｂ）の例では、使用者に、虚像表示領域ＡＩの一部の領域を用いて虚像ＶＩである当該テキストを視認させつつ、外景ＳＣである教師や板書を視認させ易くすることができ、使用者の利便性を向上することができる。また、像表示領域ＡＩの周縁部（図８（Ｂ）の例では、領域Ａ３１）に虚像ＶＩを表示することで、外景ＳＣの主体（図８（Ｂ）の例では、教師や板書）をより視認し易くすることができる。

更に、本実施形態の頭部装着型表示装置１００では、画像処理部１６０によって一部の領域の画素が黒画素である画像が生成された場合に、右バックライト２２１及び左バックライト２２２の輝度及び照射範囲の少なくとも一方を調整する制御を行う。

図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、左バックライト２２２（右バックライト２２１）の構成の一例を示す図である。図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示す例では、左バックライト２２２（右バックライト２２１）は、単一の光源２２２ａと、光源２２２ａからの光ＬＬを拡散させて、照明光ＳＬとして左ＬＣＤ２４２（右ＬＣＤ２４１）に照射するバックライト導光部２２２ｂから構成されている。バックライト導光部２２２ｂは、左ＬＣＤ２４２の裏側（−Ｚ方向側）に配置され、光源２２２ａは、バックライト導光部２２２ｂの下方側（−Ｙ方向側）に配置されている。

図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示す構成において、例えば図８（Ａ）に示すような画像が生成された場合には、バックライト導光部２２２ｂからの照明光ＳＬは、左ＬＣＤ２４２においてテキストの画像が形成される領域Ａ３０のみを透過し、左ＬＣＤ２４２において黒画素が形成される領域Ａ３２を透過しない。そこで、このような場合には、表示制御部１９０（光源制御部）は、光源２２２ａの輝度を、左ＬＣＤ２４２上の領域Ａ３０を照射するのに十分な輝度に低下させる制御を行う。このようにすると、光源２２２ａの消費電力を効率良く低減することができる。

また、光源２２２ａとして複数の光源を用いてもよい。例えば、図１０（Ａ）に示すように、バックライト導光部２２２ｂの上方（＋Ｙ方向）、下方（−Ｙ方向）、右方（＋Ｘ方向）及び左方（−Ｘ方向）に、４個の光源２２２ａＵ、２２２ａＤ、２２２ａＲ及び２２２ａＬを配置して、左バックライト２２２（右バックライト２２１）を構成してもよい。４個の光源２２２ａＵ、２２２ａＤ、２２２ａＲ、２２２ａＬは、それぞれ、主として左ＬＣＤ２４２上の上側領域、下側領域、右側領域、左側領域に照明光を照射するための光源である。

図１０（Ａ）に示す構成において、例えば図８（Ａ）に示すような画像が生成された場合には、表示制御部１９０（光源制御部）は、光源２２２ａＤのみを発光させ、光源２２２ａＵ、光源２２２ａＲ及び光源２２２ａＬを発光させない制御を行って、主として左ＬＣＤ２４２上の領域Ａ３０に照明光ＳＬを照射させる制御を行う。また、例えば図１０（Ｂ）に示すように、左ＬＣＤ２４２の画像形成領域ＡＤの下端と右端とを含む所定幅の領域Ａ３０にテキストを表す画像が形成され、その他の領域Ａ３２に黒画素が形成されたような場合には、光源２２２ａＤ及び光源２２２ａＲのみを発光させ、光源２２２ａＵ及び光源２２２ａＬを発光させない制御を行って、主として左ＬＣＤ２４２上の領域Ａ３０に照明光ＳＬを照射させる制御行う。このように、複数の光源２２２ａのうち一部の光源２２２ａのみを発光させて照射範囲を調整する制御を行って、左ＬＣＤ２４２上の黒画素が形成された領域Ａ３２を照射範囲としないようにすることで、光源２２２ａの消費電力を効率良く低減することができる。

また、図１１（Ａ）に示すように、光源２２２ａとして有機ＥＬパネルを用いて、当該有機ＥＬパネルを左ＬＣＤ２４２の裏側（−Ｚ方向側）に配置することで、光源２２２ａからの光（照明光ＳＬ）を左ＬＣＤ２４２（右ＬＣＤ２４１）に直接照射するように構成してもよい。図１１（Ａ）に示す構成において、例えば図１０（Ｂ）に示すような画像が生成された場合には、図１１（Ｂ）に示すように、表示制御部１９０（光源制御部）は、左ＬＣＤ２４２上の領域Ａ３０に対応する光源２２２ａ上の領域Ａ３４（領域Ａ３０に入射する光を生成する領域）のみを発光させ、左ＬＣＤ２４２上の領域Ａ３２に対応する光源２２２ａ上の領域Ａ３６（領域Ａ３２に入射する光を生成する領域）を発光させない制御を行う。このように、光源２２２ａ上の発光領域を調整する制御を行って、左ＬＣＤ２４２上の黒画素が形成された領域Ａ３２を照射範囲としないようにすることで、光源２２２ａの消費電力を効率良く低減することができる。

（第２の実施の形態）
図１２に、第２の実施の形態に係る頭部装着型表示装置の構成を機能的に示す機能ブロック図である。なお、図１２において、図２に示した構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。

第２の実施の形態では、図１２に示すように、表示パネルとして、液晶パネルに代えて有機ＥＬパネル（自発光素子の一例）を用いる。右有機ＥＬパネル２７１及び左有機ＥＬパネル２７２は、有機物を用いた発光素子で形成された複数の画素をマトリクス上に配置した有機ＥＬパネルである。有機ＥＬパネルは発光素子を有するため、第２の実施の形態では、右バックライト制御部２０１、左バックライト制御部２０２、右バックライト２２１及び左バックライト２２２は不要である。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。

右有機ＥＬ制御部２３１及び左有機ＥＬ制御部２３２は、受信部５３を介して入力されたクロック信号、同期信号及び画像データーに基づいて、右有機ＥＬパネル２７１及び左有機ＥＬパネル２７２の各画素位置に対応する発光素子を駆動し、これにより右有機ＥＬパネル２７１及び左有機ＥＬパネル２７２において画像光が生成される。

第２の実施の形態においても同様に、画像処理部１６０が一部の領域の画素が黒画素である画像を生成した場合には、例えば図８（Ｂ）に示すように、虚像表示領域ＡＩの一部の領域に虚像ＶＩが表示される。ここで、右有機ＥＬパネル２７１及び左有機ＥＬパネル２７２上において、黒画素となる領域の発光素子には発光のための電圧が印加されないため、第１の実施の形態のようにバックライトの輝度や照射範囲を調整する制御を行うことなく、効果的に消費電力を低減することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

例えば、上記実施形態では、制御部１０と画像表示部２０とを別体で構成する場合について説明したが、制御部１０と画像表示部２０とを一体化して頭部装着型表示装置１００を構成してもよい。

また、上記実施形態では、画像光生成部を、液晶パネルとバックライトで構成し、生成した画像光を導光部によって使用者の眼に導くように構成する場合について説明したが、本発明は、これに限られない。例えば、図１３に示すように、画像光生成部（画像表示部２０）を、信号光を形成するとともに当該信号光を走査光ＳＬとして射出する光射出部３１０と、走査光ＳＬを受けて画像光ＰＬを形成する被照射部材である虚像形成部３２０とで構成してもよい。図８に示すように、光射出部３１０は、使用者の鼻ＮＳ周辺に配置され、虚像形成部３２０は、使用者の眼ＲＥの前方を覆うように配置されている。光射出部３１０は、画像に対応して変調された信号光を形成する信号光変調部３１１と、信号光を走査光ＳＬとして虚像形成部３２０において２次元走査させる走査光学系３１２と、図示しない駆動制御回路を有する。信号光変調部３１１は、例えば、赤、青、黄色の各色光を発生する３つの光源と、各色光を合成して信号光を形成するダイクロイックミラーとで構成され、走査光学系３１２は、例えば、ＭＥＭＳミラーで構成される。虚像形成部３２０は、透明基板上に半透過反射膜を有して構成されるハーフミラーであり、走査光学系３１２から照射された走査光ＳＬを受け、これを反射することで虚像を形成し、使用者に視認させる。虚像形成部３２０は、虚像を形成するだけでなく、外界光ＯＬを透過させ、使用者が虚像と外界像とを同時に視認可能に構成されている。

また、画像光生成部（画像表示部２０）を、３面以上の非軸対称な曲面を含むプリズム（導光プリズム）と、画像光を前記プリズムに入射させる投射レンズとで構成し、前記投射レンズを含む光学系を、前記プリズムの内部に中間像を形成するリレー光学系として構成してもよい。そして、画像光が前記プリズムの第３面、第１面、第２面の順に反射された後、第１面を透過して使用者に到達し、外界光が前記プリズムの第１面と第３面とを通過して使用者に到達するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、光入射部Ｂ１の第３反射面３２１ｃを反射ミラーで構成し、光射出部Ｂ３の第４反射面３２１ｄをハーフミラーで構成する場合について説明したが、光入射部Ｂ１と光射出部Ｂ３のそれぞれに反射型体積ホログラムを設けて画像光を回折反射させるように構成してもよい。

１０制御部、１２点灯部、１４タッチパッド、１６十字キー、１８電源スイッチ、２０画像表示部、２１耳掛部、２２右表示駆動部、２４左表示駆動部、２６右光学像表示部、２８左光学像表示部、３２右イヤホン、３４左イヤホン、４０接続部、４２右コード、４４左コード、４６連結部材、４８本体コード、５１，５２送信部、５３，５４受信部、１００頭部装着型表示装置、１１０操作部、１２０記憶部、１３０電源、１６０画像処理部、１７０音声処理部、１８０インターフェイス、１９０表示制御部（光源制御部）、２０１右バックライト制御部、２０２左バックライト制御部、２１１右ＬＣＤ制御部、２１２左ＬＣＤ制御部、２２１右バックライト、２２２左バックライト、２３１右有機ＥＬ制御部、２３２左有機ＥＬ制御部、２４１右ＬＣＤ、２４２左ＬＣＤ、２５１右投写光学系、２５２左投写光学系、２６１右導光板、２６２左導光板、２７１右有機ＥＬパネル（自発光素子）、２７２左有機ＥＬパネル（自発光素子）、３１０光射出部、３１１信号光変調部、３１２走査光学系、３２０虚像形成部、３２１導光部材、３２１ａ第１反射面、３２１ｂ第２反射面、３２１ｃ第３反射面、３２１ｄ第４反射面、３２３光透過部材、３２５ミラー層、３２８ハーフミラー層、Ｂ１光入射部、Ｂ２導光部、Ｂ３光射出部、ＳＣ外景（外界）、ＶＩ虚像

Claims

使用者の頭部に装着された状態において使用者に虚像を視認させる頭部装着型表示装置であって、
画像を生成する処理を行う画像処理部と、
光源から照射された光を、前記画像を表す画像光に変調する画像光生成部を有し、使用者が前記虚像と外界とを視認可能に構成された画像表示部と、
前記光源を制御する光源制御部とを備え、
使用者の視野内の前記虚像を表示可能な領域の一部の領域において、外界を優先して視認させることが可能に構成され、
前記画像処理部は、
前記一部の領域において外界を優先して視認させる場合に、前記一部の領域に対応する領域の画素が黒画素である画像を生成し、
前記一部の領域に対応する領域の画素が黒画素である画像が生成される場合に、前記虚像を表示可能な領域の周縁部であって前記一部の領域以外の領域において前記虚像をテキスト表示領域として配置し、
前記光源制御部は、
前記一部の領域に対応する領域の画素が黒画素である画像が生成された場合に、前記光源の輝度を低下させる制御及び前記光源の照射範囲を限定する制御の少なくとも一方を行う、頭部装着型表示装置。
請求項１に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記テキスト表示領域には、前記虚像として、白色背景に黒画素で形成される黒文字を表示する、頭部装着型表示装置。
請求項１又は２に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記テキスト表示領域において、白色背景上の黒文字の部分で外界を透かす文字表示とする、頭部装着型表示装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記テキスト表示領域において、文字色を背景色の補色とする、頭部装着型表示装置。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記画像表示部は、前記画像光を使用者の眼に導く導光部材を更に有し、
前記導光部材は、
導光部と、前記導光部に前記画像光を入射させる光入射部と、前記導光部によって導かれた画像光を外部に射出させる光射出部とを有し、
前記導光部は、互いに平行に配置され全反射による導光を可能にする第１反射面と第２反射面とを有し、
前記光入射部は、前記第１反射面に対して所定の角度をなす第３反射面を有し、
前記光射出部は、前記第１反射面に対して所定の角度をなす第４反射面を有し、
前記画像光生成部からの画像光を、異なる反射回数で導光部材内に導光させ、反射回数に対応して形成される複数の画像光を、前記光射出部を介して合成して外部に射出する、頭部装着型表示装置。