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JP5233941B2 - Image display device - Google Patents

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JP5233941B2
JP5233941B2 JP2009229099A JP2009229099A JP5233941B2 JP 5233941 B2 JP5233941 B2 JP 5233941B2 JP 2009229099 A JP2009229099 A JP 2009229099A JP 2009229099 A JP2009229099 A JP 2009229099A JP 5233941 B2 JP5233941 B2 JP 5233941B2
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Description

本発明は、画像情報に応じた画像光を観察者の眼に投射して、観察者に画像情報に応じた画像を視認させる画像表示装置に関する。   The present invention relates to an image display device that projects image light according to image information onto the eyes of an observer so that the observer can visually recognize an image according to the image information.

従来より、画像情報に応じた画像光を観察者の眼に投射する投射部を備え、観察者に画像情報に応じた画像を視認させる画像表示装置が知られている。この種の画像表示装置では、観察者が画像を視認するために、投射部によって形成される射出瞳を観察者の瞳孔に合わせることが必要である。しかし、観察者の眼球は多少なりとも回動し、そのため、観察者の瞳孔位置も移動してしまうのが通常である。また、観察者にも個人差があるので、瞳孔位置もそれぞれ違っているのが普通である。従って前記射出瞳と瞳孔を合わせるために行う調節の度合いも個人毎に異なっている。   2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an image display device that includes a projection unit that projects image light according to image information onto the eyes of an observer, and allows the observer to visually recognize an image according to image information. In this type of image display device, in order for the observer to visually recognize the image, it is necessary to match the exit pupil formed by the projection unit with the pupil of the observer. However, the observer's eyeball rotates somewhat, and therefore the observer's pupil position is usually moved. In addition, since there are individual differences among observers, the pupil positions are usually different. Therefore, the degree of adjustment performed to match the exit pupil and the pupil is different for each individual.

特に投射部による射出瞳が観察者の瞳孔より小さい場合には、眼球の回動に起因して投射部による射出瞳が観察者の瞳孔から外れてしまう可能性がある。すなわち、画像表示装置の射出瞳が観察者の瞳孔より小さい場合には、画像表示装置から出射される画像光のうち、観察者の瞳孔に十分に入射しないために、網膜上において結像が正常に行われない可能性がある。   In particular, when the exit pupil by the projection unit is smaller than the pupil of the observer, the exit pupil by the projection unit may come off the observer's pupil due to the rotation of the eyeball. In other words, when the exit pupil of the image display device is smaller than the pupil of the observer, the image light emitted from the image display device does not sufficiently enter the observer's pupil, so that the image formation on the retina is normal. May not be done.

これに対し、特許文献1には、射出瞳の実効径を拡大するために、光源部と投射部との間における光路上に、それらの間に存在する中間像面の位置に瞳拡大素子と呼ばれる射出瞳を拡大する手段(例えば、回折格子)を設ける技術が開示されている。   On the other hand, in Patent Document 1, in order to enlarge the effective diameter of the exit pupil, a pupil enlarging element is placed on the optical path between the light source unit and the projection unit at the position of the intermediate image plane existing between them. A technique of providing a means (for example, a diffraction grating) for enlarging an exit pupil, which is called, is disclosed.

米国特許第5701132号明細書US Pat. No. 5,701,132

上述のように瞳拡大素子を設けた画像表示装置では、観察者の瞳孔位置に投射部の射出瞳が位置する可能性が高くなることから、観察者は画像表示装置の画像を視認しやすくなる。   In the image display device provided with the pupil magnifying element as described above, the possibility that the exit pupil of the projection unit is positioned at the pupil position of the observer is high, so that the observer can easily view the image on the image display device. .

しかし、その反面、観察者の瞳孔に入射する画像光の径が大きくなる。そのため、焦点深度が浅くなり、射出瞳径が小さい場合の特徴である、観察者が画像表示装置の画像にピントを合わせやすいという装置のメリットを最大限享受出来なくなるという問題があった。   However, on the other hand, the diameter of the image light incident on the pupil of the observer increases. For this reason, there has been a problem that the observer cannot enjoy the merits of the apparatus, which is characteristic when the focal depth becomes shallow and the exit pupil diameter is small, that the observer can easily focus on the image of the image display apparatus.

一方で、眼球の回転が少なく射出瞳に瞳孔位置を合わせやすい人や、慣れにより射出瞳に瞳孔位置を簡単にあわせやすい人にとっては、必要のない瞳拡大機能のためにピント合わせが困難になり、ユーザビリティを著しく損なってしまっていた。   On the other hand, for those who have little eyeball rotation and can easily adjust the pupil position to the exit pupil, and those who can easily adjust the pupil position to the exit pupil as a result of familiarity, focusing is difficult due to the unnecessary pupil enlargement function. , Usability was severely impaired.

本発明は、上述したような課題に鑑みてなされたものであり、瞳拡大機能を備えつつも、射出瞳に瞳孔位置を合わせやすい観察者に対してピント調整を容易とした画像表示装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides an image display device that has a pupil enlargement function and facilitates focus adjustment for an observer who can easily align the pupil position with the exit pupil. The purpose is to do.

上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、画像情報に応じた画像光を観察者の眼に投射する投射部と、前記投射部による射出瞳の実効径又は形状を変更する射出瞳変更部と、前記観察者の瞳孔位置に対する前記射出瞳の相対位置および姿勢を前記観察者の調整操作に応じて変位させる位置変更部と、前記観察者による前記位置変更部の調整操作の習熟度を判定する習熟度判定部と、前記習熟度判定部によって判定した習熟度に応じて、前記射出瞳変更部によって変更する射出瞳の実効径又は形状を決定する射出瞳決定部と、を備えることとした。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is directed to a projection unit that projects image light according to image information onto the eyes of an observer, and an ejection that changes an effective diameter or shape of an exit pupil by the projection unit. A pupil changing unit, a position changing unit that displaces the relative position and posture of the exit pupil with respect to the pupil position of the observer according to the adjusting operation of the observer, and mastering of the adjusting operation of the position changing unit by the observer A proficiency level determination unit that determines the degree, and an exit pupil determination unit that determines an effective diameter or shape of the exit pupil to be changed by the exit pupil change unit according to the proficiency level determined by the proficiency level determination unit It was decided.

また、請求項2に係る発明は、請求項1に記載の画像表示装置において、前記習熟度判定部は、前記調整操作に要した時間に基づき、前記習熟度を判定することに特徴を有する。   The invention according to claim 2 is the image display device according to claim 1, wherein the proficiency level determination unit determines the proficiency level based on a time required for the adjustment operation.

また、請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載の画像表示装置において、前記習熟度判定部は、前記調整操作による変位の遷移又は総変位量に基づき、前記習熟度を判定することに特徴を有する。   According to a third aspect of the present invention, in the image display device according to the first or second aspect, the proficiency level determination unit determines the proficiency level based on a displacement transition or a total displacement amount by the adjustment operation. It has a special feature.

また、請求項4に係る発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像表示装置において、前記習熟度判定部は、前記観察者による前記位置変更部の調整操作後における、前記観察者の瞳孔位置に対する前記射出瞳の位置の偏差に基づき、前記習熟度を判定することに特徴を有する。   The invention according to claim 4 is the image display device according to any one of claims 1 to 3, wherein the proficiency level determination unit is configured to adjust the position changing unit by the observer after the adjustment operation. The proficiency level is determined based on a deviation of the position of the exit pupil from the pupil position of the observer.

また、請求項5に係る発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の画像表示装置において、前記射出瞳変更部は、前記投射部による射出瞳の実効径又は形状を変更する光学素子を前記観察者の操作により交換自在に配置し、前記射出瞳決定部は、前記決定した射出瞳の実効径又は形状に対応する前記射出瞳変更部の光学素子を前記観察者に報知することに特徴を有する。   The invention according to claim 5 is the image display device according to any one of claims 1 to 4, wherein the exit pupil changing unit is an optical that changes an effective diameter or shape of the exit pupil by the projection unit. An element is arranged to be exchangeable by the observer's operation, and the exit pupil determining unit notifies the observer of the optical element of the exit pupil changing unit corresponding to the determined effective diameter or shape of the exit pupil. It has the characteristics.

また、請求項6に係る発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の画像表示装置において、前記射出瞳変更部は、複数の異なる光学特性を有する光学素子を切り替えて、前記投射部による射出瞳の実効径又は形状を変更する変更機構を備えたことに特徴を有する。   The invention according to claim 6 is the image display device according to any one of claims 1 to 4, wherein the exit pupil changing unit switches the optical elements having a plurality of different optical characteristics to perform the projection. It is characterized in that a changing mechanism for changing the effective diameter or shape of the exit pupil by the unit is provided.

また、請求項7に係る発明は、請求項5又は6に記載の画像表示装置において、前記光学素子は、回折格子であることに特徴を有する。   The invention according to claim 7 is the image display device according to claim 5 or 6, characterized in that the optical element is a diffraction grating.

また、請求項8に係る発明は、請求項5又は6に記載の画像表示装置において、前記光学素子は、入射する光を散乱させる散乱面を備えた光学素子であることに特徴を有する。   The invention according to claim 8 is the image display device according to claim 5 or 6, characterized in that the optical element is an optical element having a scattering surface for scattering incident light.

また、請求項9に係る発明は、請求項1〜8のいずれか1項に記載の画像表示装置において、前記射出瞳の実効径又は形状に応じて、前記投射部から投射される画像光の強度を変更することに特徴を有する。   Moreover, the invention which concerns on Claim 9 is an image display apparatus of any one of Claims 1-8. According to the effective diameter or shape of the said exit pupil, the image light projected from the said projection part is provided. It is characterized by changing strength.

また、請求項10に係る発明は、請求項9に記載の画像表示装置において、前記画像光の光路上に減光フィルタを配置することにより、前記投射部から投射する画像光の強度を変更することに特徴を有する。   According to a tenth aspect of the present invention, in the image display device according to the ninth aspect, the intensity of the image light projected from the projection unit is changed by disposing a neutral density filter on the optical path of the image light. It has a special feature.

本発明では、投射部による射出瞳の実効径又は形状を変更する射出瞳変更部と、観察者の瞳孔位置に対する射出瞳の相対位置および姿勢を観察者の調整操作に応じて変位させる位置変更部とを備える。そして、観察者による位置変更部の調整操作の習熟度を判定し、習熟度に応じて、射出瞳変更部によって変更する射出瞳の実効径又は形状を決定するので、射出瞳に瞳孔位置を合わせにくい観察者と射出瞳に瞳孔位置を合わせやすい観察者とで射出瞳の実効径又は形状を異なるものとすることができる。従って、射出瞳に瞳孔位置を合わせやすい観察者に対してピント調整の手間を低減させることができる。   In the present invention, the exit pupil changing unit that changes the effective diameter or shape of the exit pupil by the projection unit, and the position changing unit that displaces the relative position and posture of the exit pupil with respect to the pupil position of the observer according to the adjustment operation of the observer With. Then, the proficiency level of the position changing unit by the observer is determined, and the effective diameter or shape of the exit pupil to be changed is determined by the exit pupil changing unit according to the proficiency level. The effective diameter or shape of the exit pupil can be different between a difficult observer and an observer who can easily align the pupil position with the exit pupil. Accordingly, it is possible to reduce the trouble of adjusting the focus for an observer who can easily adjust the pupil position to the exit pupil.

本実施形態に係る画像表示装置を装着した観察者を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the observer equipped with the image display apparatus which concerns on this embodiment. 瞳拡大素子による射出瞳の実効径の拡大を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically expansion of the effective diameter of the exit pupil by a pupil expansion element. 瞳拡大素子により分割された画像光を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the image light divided | segmented by the pupil expansion element. 瞳孔と画像光との位置関係を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the positional relationship of a pupil and image light. 瞳孔に入射する画像光の実効径と焦点深度との関係を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the relationship between the effective diameter of the image light which injects into a pupil, and a focal depth. 本実施形態に係る画像表示装置の全体を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the whole image display apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る画像表示装置の電気的構成及び光学的構成を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the electrical structure and optical structure of the image display apparatus which concern on this embodiment. 瞳拡大素子の構成を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the structure of the pupil expansion element. 表示制御部の電気的構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the electrical structure of the display control part. ROMに記憶される各種テーブルを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the various tables memorize | stored in ROM. 本実施形態に係る画像表示装置のメイン処理を示したフローチャートである。5 is a flowchart illustrating main processing of the image display apparatus according to the present embodiment. 調整慣れ判定処理を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the adjustment familiarity determination process. 第1モード処理を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the 1st mode process. 第2モード処理を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the 2nd mode process. 第3モード処理を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the 3rd mode process. 第2モード処理にて計数されるカウント値の概念を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the concept of the count value counted by a 2nd mode process. 第3モード処理にて使用される撮像データを画像化して示した説明図である。It is explanatory drawing which imaged and showed the imaging data used by a 3rd mode process. 総変位量に基づき習熟度を判定するステップの説明図である。It is explanatory drawing of the step which determines a proficiency level based on total displacement. 変形例に係る画像表示装置の構成を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the structure of the image display apparatus which concerns on a modification.

以下、本実施形態に係る画像表示装置の一例について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、画像表示装置を、画像情報に基づいて生成した画像光を2次元的に走査し、その走査された画像光を当該画像表示装置の使用者である観察者の眼に投射して網膜上に結像させる網膜走査型として説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、画像情報に応じた画像光を観察者の眼に入射させ、当該画像情報に応じた画像を表示する画像表示装置であれば液晶や有機ELなどを用いた同様の装置全てに適用することができる。   Hereinafter, an example of the image display apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the image display device scans the image light generated based on the image information two-dimensionally, and the scanned image light is applied to the eyes of an observer who is the user of the image display device. Although described as a retinal scanning type that projects and forms an image on the retina, the present invention is not limited to this. In other words, any image display device that makes image light according to image information incident on the observer's eyes and displays an image according to the image information can be applied to all similar devices using liquid crystal or organic EL. Can do.

〔画像表示装置の概要〕
まず、本実施形態に係る画像表示装置の概要について、図面を参照して説明する。なお、以下においては、画像表示装置として、シースルー型のヘッドマウントディスプレイを例に挙げて説明する。
[Outline of image display device]
First, an outline of the image display apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. In the following description, a see-through type head mounted display will be described as an example of the image display device.

図1に示すように、本実施形態に係る画像表示装置1は、画像情報に応じた画像を表示する画像表示ユニット2を備えており、この画像表示ユニット2は、連結部3を介して支持フレーム4により支持される。   As shown in FIG. 1, the image display device 1 according to the present embodiment includes an image display unit 2 that displays an image according to image information, and the image display unit 2 is supported via a connecting unit 3. Supported by the frame 4.

支持フレーム4は、フロント部4aとこのフロント部4aの両端に連結され左右のテンプル部4b,4bからなる眼鏡型の支持フレームである。観察者Pは、眼鏡をかける要領で、この支持フレームを頭部に装着する。   The support frame 4 is a spectacles-type support frame that is connected to both ends of the front portion 4a and left and right temple portions 4b and 4b. The observer P wears this support frame on the head as if wearing glasses.

画像表示ユニット2は、画像情報に応じた画像光を観察者Pの眼に投射する投射部8(図2参照)を備えている。この画像表示ユニット2の画像を観察者Pが視認できるようにするためには、投射部8による射出瞳の位置を観察者Pの眼の瞳孔位置に合わせる必要がある。しかし、頭部における眼の位置は人によって異なり、また、瞳孔の大きさも周囲の明るさなどによって異なる。したがって、投射部8による射出瞳の位置を観察者Pの眼の瞳孔位置に合わせることが難しい場合がある。   The image display unit 2 includes a projection unit 8 (see FIG. 2) that projects image light according to image information onto the eyes of the observer P. In order to allow the observer P to visually recognize the image of the image display unit 2, it is necessary to match the position of the exit pupil by the projection unit 8 with the pupil position of the eye of the observer P. However, the position of the eye on the head varies from person to person, and the size of the pupil also varies depending on the brightness of the surroundings. Therefore, it may be difficult to match the position of the exit pupil by the projection unit 8 with the pupil position of the eye of the observer P.

そこで、画像表示装置1は、投射部8による射出瞳の実効径を拡大する瞳拡大素子を備えている。これにより、投射部8による射出瞳の実効径が拡大されて、観察者Pの眼の瞳孔に画像光が入射しやすくなる。   Therefore, the image display device 1 includes a pupil enlarging element that enlarges the effective diameter of the exit pupil by the projection unit 8. Thereby, the effective diameter of the exit pupil by the projection part 8 is expanded, and it becomes easy for image light to inject into the pupil of the eyes of the observer P.

さらに、画像表示装置1の連結部3は、観察者Pの調整操作に応じて、画像表示ユニット2の位置や姿勢を変更する位置変更部として機能する。これにより、観察者Pの眼に対する画像表示ユニット2の位置を動かして、射出瞳の位置を観察者Pの眼の瞳孔位置に合わせることができる。   Further, the connecting unit 3 of the image display device 1 functions as a position changing unit that changes the position and orientation of the image display unit 2 in accordance with the adjustment operation of the observer P. Thereby, the position of the image display unit 2 with respect to the eyes of the observer P can be moved to match the position of the exit pupil with the pupil position of the eyes of the observer P.

ここで、瞳拡大素子70による射出瞳の実効径の拡大機能について図2〜図4を参照して具体的に説明する。なお、投射部8と観察者Pの眼との間にハーフミラー43があるが、図2では省略している。   Here, the function of enlarging the effective diameter of the exit pupil by the pupil enlarging element 70 will be specifically described with reference to FIGS. In addition, although the half mirror 43 exists between the projection part 8 and the observer's P eyes, it is abbreviate | omitting in FIG.

瞳拡大素子70は、図2に示すように、第1回折部71と第2回折部72とを重ねて形成され、中間像面位置73に配置される。この中間像面位置は、画像表示装置1内に形成され、観察者Pの網膜110bと共役関係にある像面である。第1回折部71は、透明樹脂板にY軸方向に沿った複数の溝を互いに平行に形成することで透過型回折格子を形成して構成される。また、第2回折部72は、透明樹脂板にX軸方向に沿った複数の溝を互いに平行に形成することで透過型回折格子を形成して構成される。   As shown in FIG. 2, the pupil enlarging element 70 is formed by overlapping a first diffractive part 71 and a second diffractive part 72, and is arranged at an intermediate image plane position 73. This intermediate image plane position is an image plane that is formed in the image display device 1 and has a conjugate relationship with the retina 110b of the observer P. The first diffractive portion 71 is configured by forming a transmission type diffraction grating by forming a plurality of grooves along the Y-axis direction in parallel on the transparent resin plate. The second diffractive portion 72 is configured by forming a transmission diffraction grating by forming a plurality of grooves along the X-axis direction in parallel on the transparent resin plate.

瞳拡大素子70の第1回折部71は、入射した画像光Lbを、0次光Lbx(0)と、−1次光Lbx(-1)と、1次光Lbx(+1)とに分岐させる回折特性を有するように溝が形成される。0次光Lbx(0)は、入射した画像光Lbをそのまま透過した光であり、−1次光Lbx(-1)は、画像光Lbに対して−X方向に所定角度を持った光であり、+1次光Lbx(+1)は、画像光Lbに対して+X方向に所定角度を持った光である。また、瞳拡大素子70の第2回折部72は、入射する光を第1回折部71の0次光Lbx(0)とすると、0次光Lbx(0)y(0)と、−1次光Lbx(0)y(-1)と、+1次光Lbx(0)y(+1)とに分岐させる回折特性を有するように溝が形成される。0次光Lbx(0)y(0)は、入射した光Lbx(0)をそのまま透過した光であり、−1次光Lbx(0)y(-1)は、入射光Lbx(0)に対して−Y方向に所定角度を持った光であり、+1次光Lbx(0)y(+1)は、入射光Lbx(0)に対して+Y方向に所定角度を持った光である。   The first diffracting unit 71 of the pupil enlarging element 70 branches the incident image light Lb into 0th-order light Lbx (0), −1st-order light Lbx (−1), and 1st-order light Lbx (+1). Grooves are formed so as to have diffraction characteristics. The zero-order light Lbx (0) is light that is transmitted through the incident image light Lb as it is, and the −1st-order light Lbx (−1) is light having a predetermined angle in the −X direction with respect to the image light Lb. The + first-order light Lbx (+1) is light having a predetermined angle in the + X direction with respect to the image light Lb. Further, the second diffractive portion 72 of the pupil enlarging element 70 assumes that the incident light is the 0th order light Lbx (0) of the first diffractive portion 71, and the 0th order light Lbx (0) y (0) Grooves are formed so as to have diffraction characteristics for branching into the light Lbx (0) y (-1) and the + 1st order light Lbx (0) y (+1). The 0th-order light Lbx (0) y (0) is light that is transmitted through the incident light Lbx (0) as it is, and the −1st-order light Lbx (0) y (−1) is the incident light Lbx (0). On the other hand, the light has a predetermined angle in the −Y direction, and the + first-order light Lbx (0) y (+1) is light having a predetermined angle in the + Y direction with respect to the incident light Lbx (0). .

瞳拡大素子70はこのような特性を持つ第1回折部71及び第2回折部72を有しており、入射する光Lbは、第1回折部71及び第2回折部72により、9個の光に分岐される。すなわち、入射する画像光Lbは、図3に示すように、光Lbx(0)y(0)、光Lbx(0)y(-1)、光Lbx(0)y(+1)、光Lbx(-1)y(0)、光Lbx(-1)y(-1)、光Lbx(-1)y(+1)、光Lbx(+1)y(0)、光Lbx(+1)y(-1)、光Lbx(+1)y(+1)に分岐される。なお、x(α)は第1回折部71のα次光であり、y(β)は第2回折部72のβ次光であることを意味する。例えば、光Lbx(-1)y(+1)は、第1回折部71の−1次光かつ第2回折部72の+1次光である。   The pupil enlarging element 70 has a first diffractive part 71 and a second diffractive part 72 having such characteristics, and incident light Lb is divided into nine pieces by the first diffractive part 71 and the second diffractive part 72. Branched into light. That is, as shown in FIG. 3, the incident image light Lb is light Lbx (0) y (0), light Lbx (0) y (-1), light Lbx (0) y (+1), light Lbx. (-1) y (0), light Lbx (-1) y (-1), light Lbx (-1) y (+1), light Lbx (+1) y (0), light Lbx (+1) The light is branched into y (-1) and light Lbx (+1) y (+1). Note that x (α) is the α-order light of the first diffracting unit 71, and y (β) is the β-order light of the second diffracting unit 72. For example, the light Lbx (−1) y (+1) is the −1st order light of the first diffracting unit 71 and the + 1st order light of the second diffracting unit 72.

このように瞳拡大素子70により9個に分岐した画像光Lbは観察者Pの眼110に向い、射出瞳位置で図2及び図3に示すように射出瞳が分割拡大されている。すなわち、瞳拡大素子70を配置していないときの射出瞳は、図3に示すLbx(0)y(0)の範囲であり、図4(a)に示すように、眼110を動かしてこの範囲内に瞳孔110aが位置しなくなったときには、観察者Pは画像を視認できない。一方、瞳拡大素子70を配置したときの射出瞳の様子は、図4(b)に示す通りとなる。眼110を動かしてもこの範囲内に瞳孔110aが位置している限り、観察者Pは画像を視認できる。このように画像表示装置1では、瞳拡大素子70を配置して射出瞳の拡大を図っている。   The image light Lb branched into nine by the pupil enlarging element 70 is directed to the eye 110 of the observer P, and the exit pupil is divided and enlarged at the exit pupil position as shown in FIGS. That is, the exit pupil when the pupil enlarging element 70 is not disposed is in the range of Lbx (0) y (0) shown in FIG. 3, and the eye 110 is moved as shown in FIG. When the pupil 110a is no longer positioned within the range, the observer P cannot visually recognize the image. On the other hand, the appearance of the exit pupil when the pupil enlarging element 70 is arranged is as shown in FIG. Even if the eye 110 is moved, as long as the pupil 110a is located within this range, the observer P can visually recognize the image. As described above, in the image display device 1, the pupil enlarging element 70 is arranged to enlarge the exit pupil.

ところで、画像表示装置1の操作に慣れていない観察者Pは、画像表示ユニット2の位置を観察者Pの眼の位置に合わせることが難しい。このように操作に慣れていない観察者Pでも、瞳孔110aに画像光を入射しやすくするためには、瞳拡大素子70によって拡大する射出瞳の実効径は、大きければ大きいほどよい。たとえば、画像表示ユニット2の位置が、画像光Lbを9個に分岐しても、図4(c)に示すように、瞳孔110aに画像光Lbを入射しないような位置にあったとする。このような場合でも、図4(d)に示すように、画像光Lbを16個に分岐して射出瞳の実効径をより拡大することにより、瞳孔110aに画像光Lbを入射することができる。   By the way, it is difficult for the observer P who is not used to the operation of the image display device 1 to align the position of the image display unit 2 with the position of the eyes of the observer P. Thus, in order to make it easier for the observer P who is not familiar with the operation to enter the image light into the pupil 110a, the larger the effective diameter of the exit pupil that is magnified by the pupil enlarging element 70 is better. For example, assume that the position of the image display unit 2 is such that the image light Lb does not enter the pupil 110a as shown in FIG. Even in such a case, as shown in FIG. 4D, the image light Lb can be incident on the pupil 110a by branching the image light Lb into 16 pieces and further increasing the effective diameter of the exit pupil. .

ところが、射出瞳の実効径を大きく設定するにつれて、画像表示ユニット2の位置が観察者Pの眼の位置に合った場合に、瞳孔110aに入射する画像光の実効径が大きくなる可能性が高くなる。瞳孔に入射する画像光の実効径が大きくなると、図5(a)に示すように、焦点深度が浅くなる。焦点深度が浅いと、ピント調整に手間がかかり、ユーザビリティを著しく損なってしまう。特に、慣れにより射出瞳に瞳孔位置を簡単にあわせることができる人であれば、画像表示ユニット2の位置が眼の位置に合うことになるから、焦点深度が浅くなり、問題となる。   However, as the effective diameter of the exit pupil is set larger, the effective diameter of the image light incident on the pupil 110a is likely to increase when the position of the image display unit 2 matches the eye position of the observer P. Become. When the effective diameter of the image light incident on the pupil increases, the depth of focus becomes shallow as shown in FIG. If the depth of focus is shallow, it takes time to adjust the focus and the usability is significantly impaired. In particular, if the person can easily adjust the pupil position to the exit pupil due to familiarity, the position of the image display unit 2 matches the position of the eye, so the depth of focus becomes shallow, which is a problem.

そこで、本実施形態に係る画像表示装置1では、瞳拡大素子70を変更可能とし、投射部8による射出瞳の実効径を変更可能としている。そして、連結部3に設けた画像表示ユニット2の位置調整操作の習熟度に応じて、変更する射出瞳の実効径を決定するようにしている。   Therefore, in the image display device 1 according to the present embodiment, the pupil enlarging element 70 can be changed, and the effective diameter of the exit pupil by the projection unit 8 can be changed. Then, the effective diameter of the exit pupil to be changed is determined in accordance with the proficiency level of the position adjustment operation of the image display unit 2 provided in the connecting portion 3.

すなわち、慣れや個人差などにより画像表示ユニット2の位置を眼の位置に精度よく合わせることができる観察者Pに対しては、投射部8による射出瞳の実効径を小さく設定する。これにより、瞳孔110aに入射する画像光の実効径が小さくなり、図5(b)に示すように、焦点深度が深くなって、慣れた観察者Pは、ピント調整が容易になる。   That is, the effective diameter of the exit pupil by the projection unit 8 is set to be small for the observer P who can accurately adjust the position of the image display unit 2 to the position of the eye due to familiarity or individual differences. As a result, the effective diameter of the image light incident on the pupil 110a is reduced, and as shown in FIG. 5B, the depth of focus is increased, and the familiar observer P can easily adjust the focus.

なお、上述した瞳拡大素子70では、投射部8による射出瞳の実効径を変えることとしたが、射出瞳の形状を変えるようにしてもよく、また、射出瞳の実効径と形状の両方、あるいは分布のしかたなど含めて変えるようにしてもよい。たとえば、射出瞳の分布形状として、上述のような略方形状のものに加え、長方形状、十字状、星状或いは三角形状などを用いることができるし、ホログラムなどを用いて、射出瞳の形状を六角形などに整形するようにしても良い。さらに六角形の瞳を蜂の巣状に配列する特性を付与して、最密充填構造となる分布形状にしてもよい。   In the pupil enlargement element 70 described above, the effective diameter of the exit pupil by the projection unit 8 is changed. However, the shape of the exit pupil may be changed, and both the effective diameter and the shape of the exit pupil, Or you may make it change including the way of distribution. For example, the distribution shape of the exit pupil can be a rectangular shape, a cross shape, a star shape, a triangular shape, or the like in addition to the substantially square shape as described above. May be shaped into a hexagon or the like. Further, a distribution shape having a close-packed structure may be provided by giving a characteristic of arranging hexagonal pupils in a honeycomb shape.

また、射出瞳の実効径や形状の変更は、光学特性の異なる複数の瞳拡大素子を観察者Pの操作により交換自在に配置することによって行うことができる。また、複数の異なる光学特性を有する瞳拡大素子70a,70b,70c,…を備え、これらの瞳拡大素子70a,70b,70c,…を切り替えて、投射部8による射出瞳の実効径又は形状を変更する変更機構を設けるようにしてもよい。   Further, the effective diameter and shape of the exit pupil can be changed by arranging a plurality of pupil enlarging elements having different optical characteristics so as to be exchangeable by the operation of the observer P. Moreover, it comprises pupil expanding elements 70a, 70b, 70c,... Having a plurality of different optical characteristics, and switching these pupil expanding elements 70a, 70b, 70c,. You may make it provide the change mechanism to change.

画像表示装置1では、画像表示ユニット2の位置調整操作の習熟度を判定する習熟度判定部を有しており、これにより、観察者Pに応じた適切な射出瞳の実効径や形状とすることができる。習熟度判定部は、観察者Pによる画像表示ユニット2の位置調整操作に応じて習熟度を判定する。例えば、以下のいずれかに基づき、習熟度を判定する。この判定については後で詳述する。
(1)画像表示ユニット2の位置調整操作に要した時間
(2)画像表示ユニット2の位置調整操作による変位の遷移又は総変位量
(3)画像表示ユニット2の位置調整操作後における、観察者Pの瞳孔110a位置に対する射出瞳の位置の偏差(位置ずれ)
The image display device 1 has a proficiency level determination unit that determines the proficiency level of the position adjustment operation of the image display unit 2, and thereby makes the effective diameter and shape of the exit pupil appropriate for the observer P. be able to. The proficiency level determination unit determines the proficiency level according to the position adjustment operation of the image display unit 2 by the observer P. For example, the proficiency level is determined based on one of the following. This determination will be described in detail later.
(1) Time required for the position adjustment operation of the image display unit 2 (2) Transition of displacement or total displacement amount by the position adjustment operation of the image display unit 2 (3) Viewer after the position adjustment operation of the image display unit 2 Deviation (positional deviation) of exit pupil position with respect to P pupil 110a position

また、瞳拡大素子70は、回折格子ではなく、入射する光を散乱させる散乱面を備えた光学素子であってもよい。回折格子もガラスや樹脂で成形された受動素子だけでなく、反射型あるいは透過型の液晶を用いた能動的な物であっても良い。散乱させる素子についても同様である。   The pupil enlarging element 70 may be an optical element having a scattering surface that scatters incident light instead of a diffraction grating. The diffraction grating is not limited to a passive element formed of glass or resin, but may be an active element using a reflective or transmissive liquid crystal. The same applies to the elements to be scattered.

本実施形態に係る画像表示装置1は、以上のように構成されているため、射出瞳に瞳孔位置を合わせにくい観察者Pと合わせやすい観察者Pとで射出瞳の実効径又は形状を異なるものにできる。従って、射出瞳に瞳孔位置を合わせやすい観察者Pに対してピント調整の手間を低減させることができる。   Since the image display apparatus 1 according to the present embodiment is configured as described above, the effective diameter or shape of the exit pupil differs between the observer P who is difficult to align the pupil position with the exit pupil and the observer P who is easy to align the pupil position. Can be. Therefore, it is possible to reduce the trouble of focus adjustment for the observer P who can easily align the pupil position with the exit pupil.

〔画像表示装置1の具体的構成及び動作〕
以下、画像表示装置1の具体的な構成及び動作の一例について、図面を参照して説明する。図6は画像表示装置1を装着した状態の観察者Pを示した説明図であり、図7は画像表示装置1の電気的構成及び光学的構成を示した説明図である。
[Specific Configuration and Operation of Image Display Device 1]
Hereinafter, an example of a specific configuration and operation of the image display apparatus 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is an explanatory diagram showing the observer P in a state where the image display device 1 is mounted, and FIG. 7 is an explanatory diagram showing an electrical configuration and an optical configuration of the image display device 1.

図6に示すように、本実施形態に係る画像表示装置1は、観察者Pの腰部に装着する腰部ユニット7と、観察者Pが頭部に装着する頭部装着具9と、腰部ユニット7と頭部装着具9と接続する伝送ケーブル5とを備えている。   As shown in FIG. 6, the image display device 1 according to the present embodiment includes a waist unit 7 to be worn on the waist of the observer P, a head wearing tool 9 to be worn on the head of the observer P, and a waist unit 7. And a transmission cable 5 connected to the head mounting tool 9.

腰部ユニット7は、内蔵した後述のコンテンツ記憶部12に記憶されたコンテンツ情報に基づいて画像信号Sを形成し、この画像信号Sに応じて各色(R,G,B)毎に強度変調されたレーザ光により形成される画像光を伝送ケーブル5へ出射する。また、腰部ユニット7には、外部入出力端子13が形成されており、外部からの画像信号を入力したり、図示しないパーソナルコンピュータ等との間で画像信号を形成するためのコンテンツ情報などの送受信を可能としている。なお、ここでコンテンツ情報とは、文字を表示させるためのデータ、画像を表示させるためのデータ及び動画を表示させるためのデータのうちの少なくとも1つのデータで構成される画像情報であり、例えば、パーソナルコンピュータ等で使用される文書ファイルや画像ファイル、動画ファイル等である。   The waist unit 7 forms an image signal S based on content information stored in a built-in content storage unit 12 to be described later, and the intensity is modulated for each color (R, G, B) according to the image signal S. The image light formed by the laser light is emitted to the transmission cable 5. Further, the waist unit 7 is formed with an external input / output terminal 13 for inputting / receiving content information for inputting an image signal from the outside or forming an image signal with a personal computer (not shown). Is possible. Here, the content information is image information composed of at least one of data for displaying characters, data for displaying images, and data for displaying moving images. Document files, image files, moving image files, and the like used in personal computers and the like.

また、この腰部ユニット7の表面には、画像表示装置1の電源の入切を行うための電源ボタン77が配設されている。   A power button 77 for turning on / off the power of the image display device 1 is disposed on the surface of the waist unit 7.

伝送ケーブル5は、腰部ユニット7から出射された画像光を伝送する光ファイバケーブルを備えている。また、伝送ケーブル5は、画像表示ユニット2内に備えられた後述の高速走査部22及び低速走査部24と、腰部ユニット7内に備えられる後述の画像光生成部11との間で同期をとるための高速駆動信号23、低速駆動信号25を伝送する駆動信号伝送用ケーブルを有している。また、伝送ケーブル5は、後述のCCDカメラ16、加速度センサ19及び調整時押下ボタン20から出力される信号を伝送したり、後述の光学素子円盤駆動回路18へ信号を送信するための信号伝送用ケーブルも有している。   The transmission cable 5 includes an optical fiber cable that transmits the image light emitted from the waist unit 7. The transmission cable 5 is synchronized between a later-described high-speed scanning unit 22 and a low-speed scanning unit 24 provided in the image display unit 2 and an after-mentioned image light generation unit 11 provided in the waist unit 7. Drive signal transmission cable for transmitting a high-speed drive signal 23 and a low-speed drive signal 25. The transmission cable 5 transmits signals output from a CCD camera 16, an acceleration sensor 19, and an adjustment pressing button 20 described later, and transmits signals to an optical element disk drive circuit 18 described later. It also has a cable.

頭部装着具9は、観察者Pの頭部に装着した状態において、伝送された画像光を走査して観察者Pの眼に投射し、観察者Pに対して画像を表示するものである。この頭部装着具9は、画像表示ユニット2と、支持フレーム4と、画像表示ユニット2を支持フレーム4に対して移動自在に連結する連結部3とで構成している。   The head wearing tool 9 scans the transmitted image light and projects it on the eyes of the observer P in a state worn on the head of the observer P, and displays an image for the observer P. . The head mounting tool 9 includes an image display unit 2, a support frame 4, and a connecting portion 3 that connects the image display unit 2 to the support frame 4 so as to be movable.

連結部3は、支持フレーム4のテンプル部4bに固定した状態に取り付ける連結基部74と、連結基部74と連結された第1アーム75と、第1アーム75と連結された第2アーム76とで構成されている。連結基部74と第1アーム75、第1アーム75と第2アーム76、第2アーム76と画像表示ユニット2とをそれぞれボールジョイント構造で連結し、支持フレーム4に対して画像表示ユニット2を上下、左右、前後方向へ移動自在としている。なお、これらのボールジョイント構造は、画像表示ユニット2の重量に抗する程度の摩擦力を有しており、観察者Pが力を加えない限り画像表示ユニット2は支持フレーム4に対して固定される。連結部3は、このように構成されており、画像表示ユニット2の位置や姿勢を変更する位置変更部として機能する。   The connecting portion 3 includes a connecting base portion 74 attached to the temple portion 4 b of the support frame 4, a first arm 75 connected to the connecting base portion 74, and a second arm 76 connected to the first arm 75. It is configured. The connection base 74 and the first arm 75, the first arm 75 and the second arm 76, and the second arm 76 and the image display unit 2 are connected by a ball joint structure, and the image display unit 2 is moved up and down with respect to the support frame 4. It can be moved left and right and back and forth. Note that these ball joint structures have a frictional force against the weight of the image display unit 2, and the image display unit 2 is fixed to the support frame 4 unless the observer P applies a force. The The connecting unit 3 is configured as described above, and functions as a position changing unit that changes the position and orientation of the image display unit 2.

また、連結部3は、画像表示ユニット2を、一般的な人の瞳孔位置に向けて画像光Lbを出射できるように設定された位置(以下、「基準位置」という。)とするための構成を備えている。   The connecting unit 3 is configured to set the image display unit 2 to a position (hereinafter, referred to as “reference position”) set so that the image light Lb can be emitted toward a general human pupil position. It has.

具体的には、各ボールジョイント構造を構成する受部と玉部には、その接触面に位置決め用の凹部と凸部がそれぞれ形成されており、観察者Pが連結部3の角度を調整しながら各ボールジョイント部の凹部と凸部とを嵌合すると、画像表示ユニット2が基準位置となるよう構成している。   Specifically, the receiving portion and the ball portion constituting each ball joint structure are respectively formed with positioning concave portions and convex portions on the contact surfaces, and the observer P adjusts the angle of the connecting portion 3. However, the image display unit 2 is configured to be the reference position when the concave and convex portions of each ball joint portion are fitted.

なお、本実施形態に係る画像表示装置1は、ボールジョイント構造で連結された連結部3を位置変更部としているが、例えば、画像表示ユニット2を支持フレーム4に対して電動で上下、左右、前後方向へ移動させるような機構を採用しても良い。但し、この場合でも予め基準位置を設定しておく必要がある。   Note that the image display device 1 according to the present embodiment uses the connecting portion 3 connected by a ball joint structure as a position changing portion. For example, the image display unit 2 is electrically operated with respect to the support frame 4 in the vertical and horizontal directions. You may employ | adopt the mechanism which moves to the front-back direction. However, even in this case, it is necessary to set the reference position in advance.

画像表示ユニット2は、2次元方向に走査した画像光Lbを観察者Pの眼110に入射させ、観察者Pの眼110の網膜上で画像光Lbを2次元方向に走査する。これにより、観察者Pに画像情報に応じた画像を視認させることができる。   The image display unit 2 causes the image light Lb scanned in the two-dimensional direction to enter the eye 110 of the observer P, and scans the image light Lb in the two-dimensional direction on the retina of the eye 110 of the observer P. Thereby, the observer P can be made to visually recognize the image according to image information.

この画像表示ユニット2には、観察者Pの眼110と対向する位置に第2ハーフミラー43が設けられている。そのため、外光Laは第2ハーフミラー43を透過して観察者Pの眼110に入射され、画像表示ユニット2から出射される画像光Lbは第2ハーフミラー43で反射して観察者Pの眼110に入射する。これにより、観察者Pは外光Laによる外景に画像光Lbによる画像を重ねて視認することができる。   The image display unit 2 is provided with a second half mirror 43 at a position facing the eye 110 of the observer P. Therefore, the external light La passes through the second half mirror 43 and is incident on the eyes 110 of the observer P, and the image light Lb emitted from the image display unit 2 is reflected by the second half mirror 43 and is reflected by the observer P. It enters the eye 110. Thereby, the observer P can visually recognize the image of the image light Lb superimposed on the outside scene of the outside light La.

このように画像表示装置1は、外光を透過しつつ、画像光を観察者Pの眼110に投射するシースルー型のヘッドマウントディスプレイとしている。   As described above, the image display device 1 is a see-through type head mounted display that projects image light onto the eye 110 of the observer P while transmitting external light.

また、画像表示ユニット2には、図1に示すように観察者Pが画像表示ユニット2の位置調整を行う際に観察者Pに押下される位置(図6参照)に調整時押下ボタン20が配設されている(図1参照)。調整時押下ボタン20は押下されたときON状態となり、押下されないときOFF状態となる。調整時押下ボタン20のON/OFF状態は、伝送ケーブル5内に収容されている信号伝送用ケーブルにより腰部ユニット7へ伝送される。   Further, the image display unit 2 has an adjustment time push button 20 at a position (see FIG. 6) pressed by the observer P when the observer P adjusts the position of the image display unit 2 as shown in FIG. It is arranged (see FIG. 1). The pressing button 20 at the time of adjustment is in an ON state when pressed and is in an OFF state when not pressed. The ON / OFF state of the pressing button 20 at the time of adjustment is transmitted to the waist unit 7 by a signal transmission cable accommodated in the transmission cable 5.

次に、画像表示装置1の電気的構成及び光学的構成について図7を参照しながら説明する。図7に示すように、腰部ユニット7内には、表示制御部10と、画像光生成部11とが備えられている。   Next, the electrical configuration and optical configuration of the image display apparatus 1 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7, the waist unit 7 includes a display control unit 10 and an image light generation unit 11.

(表示制御部10)
表示制御部10は、比較的大容量の記憶領域を有するコンテンツ記憶部12に予め記憶されたコンテンツ情報を読み出し、このコンテンツ情報を画像信号Sに変換して、画像光生成部11に供給する。また、表示制御部10は、外部入出力端子13を介して外部接続した図示しない機器類から供給されるコンテンツ情報を画像信号Sに変換し、画像光生成部11に供給することもできる。なお、コンテンツ記憶部12は、例えば、ハードディスクの如き磁気的記憶媒体や、CD−Rの如き光学的記録媒体や、フラッシュメモリ等とすることができる。
(Display control unit 10)
The display control unit 10 reads content information stored in advance in the content storage unit 12 having a relatively large storage area, converts the content information into an image signal S, and supplies the image signal S to the image light generation unit 11. In addition, the display control unit 10 can convert content information supplied from non-illustrated equipment externally connected via the external input / output terminal 13 into an image signal S and supply the image signal S to the image light generation unit 11. The content storage unit 12 can be, for example, a magnetic storage medium such as a hard disk, an optical recording medium such as a CD-R, or a flash memory.

また、表示制御部10には、観察者Pの調整操作の習熟度を判定するモードを切り替えるスライドスイッチ型のモード切替スイッチ14が電気的に接続されている。具体的には、観察者Pがこのモード切替スイッチ14を操作することにより、画像表示ユニット2の調整操作に要した時間に基づき習熟度を判定する第1モードと、画像表示ユニット2の調整操作による変位の遷移又は総変位量に基づき習熟度を判定する第2モードと、調整操作後における観察者Pの瞳孔位置に対する射出瞳の位置の偏差に基づき習熟度を判定する第3モードと、習熟度の判定を行わない第4モードとを切り替えることができるようにしている。   The display control unit 10 is electrically connected to a slide switch type mode switch 14 for switching a mode for determining the proficiency level of the adjustment operation of the observer P. Specifically, when the observer P operates the mode change switch 14, the first mode for determining the proficiency level based on the time required for the adjustment operation of the image display unit 2 and the adjustment operation of the image display unit 2 A second mode for determining the proficiency level based on the displacement transition or the total displacement amount, a third mode for determining the proficiency level based on the deviation of the exit pupil position from the pupil position of the observer P after the adjustment operation, and the proficiency level The fourth mode in which the degree determination is not performed can be switched.

また、表示制御部10には、CCDカメラ16と、後述の射出瞳変更部17の光学素子円盤駆動回路18と、加速度センサ19と、調整時押下ボタン20とが電気的に接続されている。   The display control unit 10 is electrically connected to a CCD camera 16, an optical element disk drive circuit 18 of an exit pupil changing unit 17, which will be described later, an acceleration sensor 19, and an adjustment pressing button 20.

CCDカメラ16は、画像表示ユニット2に配設されており、眼110の瞳孔110a及びその周辺を撮像可能としている。これは、瞳孔110aと眼110へ向けて出射された画像光の照射部位、即ち射出瞳の様子とを撮像するためであり、具体的な動作については後述する。CCDカメラ16により撮像された瞳孔110a及びその周辺の撮像画像は表示制御部10へ送信される。   The CCD camera 16 is disposed in the image display unit 2 and can image the pupil 110a of the eye 110 and its periphery. This is for imaging the irradiation part of the image light emitted toward the pupil 110a and the eye 110, that is, the appearance of the exit pupil, and a specific operation will be described later. The pupil 110a picked up by the CCD camera 16 and the surrounding picked-up images are transmitted to the display control unit 10.

光学素子円盤駆動回路18は、画像表示ユニット2に配設され、後述の光学素子円盤26を回動する。この光学素子円盤駆動回路18は、表示制御部10から送信される光学素子選択信号により、後述する光学素子円盤26の回動動作を行う。   The optical element disk drive circuit 18 is disposed in the image display unit 2 and rotates an optical element disk 26 described later. The optical element disk drive circuit 18 rotates the optical element disk 26, which will be described later, in response to an optical element selection signal transmitted from the display control unit 10.

加速度センサ19は、画像表示ユニット2に配設され、観察者Pにより画像表示ユニット2の移動を検出する。この加速度センサ19は、上下左右前後方向への移動を検出することのできる3軸の加速度センサであり、上下方向への加速度、左右方向への加速度、前後方向への加速度に応じた加速度信号を表示制御部10へ出力する。   The acceleration sensor 19 is disposed in the image display unit 2 and detects the movement of the image display unit 2 by the observer P. The acceleration sensor 19 is a three-axis acceleration sensor that can detect movement in the up / down / left / right / front / rear direction. The acceleration sensor 19 generates acceleration signals corresponding to the acceleration in the up / down direction, the acceleration in the left / right direction, and the acceleration in the front / rear direction. Output to the display control unit 10.

調整時押下ボタン20は、画像表示ユニット2に配設され、観察者Pによって押下された際にONとなり、手を離すとOFFとなるプッシュスイッチである。表示制御部10により調整時押下ボタン20のON/OFF状態を検出する。観察者Pは、この調整時押下ボタン20を押下しながら画像表示ユニット2の位置調整を行う。これにより、表示制御部10は、観察者Pが画像表示ユニット2の調整中であることを検出する。   The adjustment push button 20 is a push switch that is provided in the image display unit 2 and is turned on when pressed by the observer P and turned off when the hand is released. The display control unit 10 detects the ON / OFF state of the pressing button 20 during adjustment. The observer P adjusts the position of the image display unit 2 while pressing the pressing button 20 during adjustment. Thereby, the display control unit 10 detects that the observer P is adjusting the image display unit 2.

画像光生成部11は、観察者Pの眼に表示するための画像を形成する画像光を生成する部位であり、表示制御部10に電気的に接続される駆動信号供給回路15が備えられている。駆動信号供給回路15は、表示制御部10から供給された画像信号Sに基づいて、表示画像を形成するための要素となる後述の各駆動信号21r,21g,21bを画素単位で生成する。また、駆動信号供給回路15は、後述の高速走査部22で使用される高速駆動信号23と、低速走査部24で使用される低速駆動信号25とをそれぞれ出力する。   The image light generation unit 11 is a part that generates image light that forms an image to be displayed on the eyes of the observer P, and includes a drive signal supply circuit 15 that is electrically connected to the display control unit 10. Yes. Based on the image signal S supplied from the display control unit 10, the drive signal supply circuit 15 generates drive signals 21r, 21g, and 21b, which will be described later, which are elements for forming a display image, in units of pixels. The drive signal supply circuit 15 outputs a high-speed drive signal 23 used in a high-speed scanning unit 22 described later and a low-speed drive signal 25 used in the low-speed scanning unit 24, respectively.

また、画像光生成部11には、R(赤色)レーザ27、G(緑色)レーザ28、B(青色)レーザ29をそれぞれ駆動するためのRレーザドライバ31、Gレーザドライバ32、Bレーザドライバ33が設けられている。R,G,Bレーザドライバ31,32,33は駆動信号供給回路15から画素単位で出力されるR,G,B駆動信号21r,21g,21bをそれぞれ入力し、R,G,B駆動信号21rに応じた大きさの駆動電流をR,G,Bレーザ27,28,29に出力する。これにより、各レーザ27,28,29は、画像信号Sに基づいて生成された各駆動信号21r,21g,21bに応じてそれぞれ強度変調されたレーザ光(「光束」とも呼ぶ。)を出射する。   The image light generator 11 includes an R laser driver 31, a G laser driver 32, and a B laser driver 33 for driving an R (red) laser 27, a G (green) laser 28, and a B (blue) laser 29, respectively. Is provided. The R, G, B laser drivers 31, 32, 33 receive R, G, B drive signals 21r, 21g, 21b output from the drive signal supply circuit 15 in units of pixels, respectively, and R, G, B drive signals 21r. A drive current having a magnitude corresponding to the above is output to the R, G, B lasers 27, 28, 29. As a result, each of the lasers 27, 28, and 29 emits laser light (also referred to as “light beam”) that is intensity-modulated in accordance with the drive signals 21 r, 21 g, and 21 b generated based on the image signal S. .

各レーザ27,28,29は、例えば、半導体レーザや高調波発生機構付き固体レーザとして構成することが可能である。なお、半導体レーザを用いる場合は駆動電流を直接変調して、レーザ光の強度変調を行うことができるが、固体レーザを用いる場合は、各レーザそれぞれに外部変調器を備えてレーザ光の強度変調を行う必要がある。   Each of the lasers 27, 28, and 29 can be configured as, for example, a semiconductor laser or a solid-state laser with a harmonic generation mechanism. If a semiconductor laser is used, the drive current can be directly modulated to modulate the intensity of the laser beam. However, if a solid-state laser is used, each laser is equipped with an external modulator, and the intensity of the laser beam is modulated. Need to do.

さらに、画像光生成部11には、各レーザ27,28,29より出射されたレーザ光を平行光にコリメートするように設けられたコリメート光学系35,36,37と、このコリメートされたレーザ光を合波するためのダイクロイックミラー38,39,40と、合波されたレーザ光を伝送ケーブル5に導く結合光学系41とが設けられている。従って、各レーザ27,28,29から出射したレーザ光は、コリメート光学系35,36,37によってそれぞれ平行化された後に、ダイクロイックミラー38,39,40に入射される。その後、これらのダイクロイックミラー38,39,40により、各レーザ光が波長選択的に反射または透過して結合光学系41に達し、集光されて伝送ケーブル5へ出力される。   Further, the image light generator 11 includes collimating optical systems 35, 36, and 37 provided to collimate the laser light emitted from the lasers 27, 28, and 29 into parallel light, and the collimated laser light. Are provided, and dichroic mirrors 38, 39, and 40 for combining the signals, and a coupling optical system 41 that guides the combined laser light to the transmission cable 5. Therefore, the laser beams emitted from the lasers 27, 28, and 29 are collimated by the collimating optical systems 35, 36, and 37, respectively, and then enter the dichroic mirrors 38, 39, and 40. Thereafter, these dichroic mirrors 38, 39 and 40 reflect or transmit each laser beam in a wavelength selective manner, reach the coupling optical system 41, and are condensed and output to the transmission cable 5.

(画像表示ユニット2)
画像表示ユニット2は、伝送ケーブル5を介して入射する画像光を走査して観察者Pの眼110に投射する。この画像表示ユニット2には、走査部50と、レンズ51aと、接眼レンズ51bと、第1ハーフミラー42と、第2ハーフミラー43とが備えられている。走査部50は、画像光生成部11で生成され、伝送ケーブル5を介して出射されるレーザ光(画像光)を2次元方向に走査する。
(Image display unit 2)
The image display unit 2 scans the image light incident through the transmission cable 5 and projects it onto the eye 110 of the observer P. The image display unit 2 includes a scanning unit 50, a lens 51a, an eyepiece lens 51b, a first half mirror 42, and a second half mirror 43. The scanning unit 50 scans laser light (image light) generated by the image light generation unit 11 and emitted through the transmission cable 5 in a two-dimensional direction.

具体的には、走査部50には、伝送ケーブル5を介して出射されるレーザ光を平行光化するコリメート光学系52と、このコリメート光学系52で平行光化されたレーザ光を画像表示のために第1の方向に往復走査する高速走査部22とが設けられている。また、走査部50には、高速走査部22で第1の方向に走査されたレーザ光を、第1の方向と直交する第2の方向に走査する低速走査部24と、高速走査部22と低速走査部24との間に設けられたリレー光学系53とが設けられており、走査されたレーザ光をレンズ51aへ向けて出射する。なお、前述の第1の方向及び第2の方向は、例えば、表示する画像の水平方向を第1の方向をとし、表示する画像の垂直方向を第2の方向とすることが可能であるが、第1の方向が垂直方向、第2の方向が水平方向であっても良いのは言うまでもない。本実施形態に係る画像表示装置1は、第1の方向を水平方向、第2の方向を垂直方向として説明する。   Specifically, the scanning unit 50 collimates an optical system 52 that collimates laser light emitted via the transmission cable 5, and displays the laser light collimated by the collimating optical system 52 for image display. Therefore, a high-speed scanning unit 22 that reciprocates in the first direction is provided. The scanning unit 50 includes a low-speed scanning unit 24 that scans the laser beam scanned in the first direction by the high-speed scanning unit 22 in a second direction orthogonal to the first direction, and a high-speed scanning unit 22. A relay optical system 53 is provided between the low-speed scanning unit 24 and emits the scanned laser light toward the lens 51a. In the first direction and the second direction described above, for example, the horizontal direction of the image to be displayed can be the first direction, and the vertical direction of the image to be displayed can be the second direction. Needless to say, the first direction may be the vertical direction and the second direction may be the horizontal direction. The image display apparatus 1 according to the present embodiment will be described with the first direction as the horizontal direction and the second direction as the vertical direction.

高速走査部22及び低速走査部24は、伝送ケーブル5から入射されたレーザ光を、画像として観察者Pの網膜110bに投影可能な状態にするために、水平方向と垂直方向に走査して走査光束とする光学系である。   The high-speed scanning unit 22 and the low-speed scanning unit 24 scan and scan in the horizontal direction and the vertical direction so that the laser light incident from the transmission cable 5 can be projected as an image onto the retina 110b of the observer P. It is an optical system that uses a light beam.

高速走査部22は、レーザ光を水平方向に走査するための偏向面(反射面)22bを有する共振型の偏向素子22aと、この偏向素子22aを共振させて偏向面22bを揺動させる駆動信号を高速駆動信号23に基づいて発生する高速走査駆動回路22cを備えている。一方、低速走査部24は、レーザ光を垂直方向に走査するための偏向面(反射面)24bを有する非共振型の偏向素子24aと、この偏向素子24aの偏向面24bを非共振状態で強制的に揺動させる駆動信号を低速駆動信号25に基づいて発生する低速走査制御回路24cとを備えている。そして、低速走査部24は、表示すべき画像の1フレームごとに、水平方向に走査された画像を形成するためのレーザ光を垂直方向に走査して2次元走査された画像を形成している。なお、偏向素子22a,24bとしてガルバノミラーなどを用いることができる。   The high-speed scanning unit 22 includes a resonance-type deflection element 22a having a deflection surface (reflection surface) 22b for scanning laser light in the horizontal direction, and a drive signal for causing the deflection element 22a to resonate and swing the deflection surface 22b. Is provided on the basis of a high-speed drive signal 23. On the other hand, the low-speed scanning unit 24 forces the non-resonant deflection element 24a having a deflection surface (reflection surface) 24b for scanning the laser beam in the vertical direction and the deflection surface 24b of the deflection element 24a in a non-resonant state. And a low-speed scanning control circuit 24c that generates a drive signal for swinging based on the low-speed drive signal 25. The low-speed scanning unit 24 forms a two-dimensionally scanned image by scanning a laser beam for forming a horizontally scanned image in the vertical direction for each frame of an image to be displayed. . A galvanometer mirror or the like can be used as the deflection elements 22a and 24b.

また、高速走査部22と低速走査部24との間でレーザ光を中継するリレー光学系53は、偏向素子22aの偏向面22bによって水平方向に走査されたレーザ光を偏向素子24aの偏向面24bに収束させる。そして、このレーザ光が偏向素子24aの偏向面24bによって垂直方向に走査され、レンズ51aへ向け出射される。   The relay optical system 53 that relays the laser light between the high-speed scanning unit 22 and the low-speed scanning unit 24 converts the laser light scanned in the horizontal direction by the deflection surface 22b of the deflection element 22a into the deflection surface 24b of the deflection element 24a. To converge. Then, this laser beam is scanned in the vertical direction by the deflection surface 24b of the deflection element 24a and emitted toward the lens 51a.

レンズ51aは正の屈折力を持つレンズであり、入射した光を接眼レンズ51bへ向けて出射する。接眼レンズ51bもまた正の屈折力を持つレンズであり、レンズ51aと直列配置されている。   The lens 51a is a lens having a positive refractive power, and emits incident light toward the eyepiece lens 51b. The eyepiece 51b is also a lens having a positive refractive power, and is arranged in series with the lens 51a.

そして、レンズ51aと接眼レンズ51bとは、走査部50によって走査されたレーザ光を収束させ、第1ハーフミラー42及び第2ハーフミラー43を透過して観察者Pの眼110にその瞳孔110aから入射する。これによって観察者Pは、網膜110b上で走査されたレーザ光よる画像を認識することができる。   The lens 51a and the eyepiece lens 51b converge the laser light scanned by the scanning unit 50, pass through the first half mirror 42 and the second half mirror 43, and pass through the pupil 110a to the eye 110 of the observer P. Incident. Thereby, the observer P can recognize the image by the laser beam scanned on the retina 110b.

ここで、第1ハーフミラー42は、眼110の瞳孔110a及びその周辺で反射した光を第2ハーフミラー43を介してCCDカメラ16へ導く役割を果たす。これにより、CCDカメラ16により瞳孔110a及びその周辺を撮像可能としている。   Here, the first half mirror 42 plays a role of guiding the light reflected by the pupil 110 a of the eye 110 and its periphery to the CCD camera 16 via the second half mirror 43. As a result, the CCD camera 16 can image the pupil 110a and its periphery.

また、本実施形態に係る画像表示装置1では、レンズ51aと接眼レンズ51bとの間の中間像面位置73に射出瞳変更部17を配設している。   Further, in the image display device 1 according to the present embodiment, the exit pupil changing unit 17 is arranged at the intermediate image plane position 73 between the lens 51a and the eyepiece lens 51b.

射出瞳変更部17は、光学素子円盤駆動回路18と、同光学素子円盤駆動回路18内に配設されたモータ(図示せず)に連結される駆動軸78と、この駆動軸78の回動力により回転される光学素子円盤26とで構成している。   The exit pupil changing unit 17 includes an optical element disk drive circuit 18, a drive shaft 78 connected to a motor (not shown) disposed in the optical element disk drive circuit 18, and the rotational force of the drive shaft 78. And the optical element disk 26 rotated by the rotation.

光学素子円盤駆動回路18は、表示制御部10から送信される光学素子選択信号を受信することにより、所定角度分だけ駆動軸78を回転させる。   The optical element disk drive circuit 18 rotates the drive shaft 78 by a predetermined angle by receiving the optical element selection signal transmitted from the display control unit 10.

また、光学素子円盤26には、投射部による射出瞳の実効径又は形状を変更する光学素子として、回折格子を有する瞳拡大素子70a,70b,70cが嵌め込まれている。これら瞳拡大素子70a,70b,70cには、回折格子に加え、さらに減光フィルタが設けられている。   The optical element disk 26 is fitted with pupil enlarging elements 70a, 70b, 70c having diffraction gratings as optical elements for changing the effective diameter or shape of the exit pupil by the projection unit. These pupil enlarging elements 70a, 70b, and 70c are further provided with a neutral density filter in addition to the diffraction grating.

具体的には、図8に示すように、第1回折部71と第2回折部72と減光フィルタ79とを重ね合わせて光学素子を構成している。かかる構成により、各回折部71,72により射出瞳の実効径を拡大するとともに、画像光Lbの光路上に減光フィルタを配置することにより画像光Lbを減光し、投射部8から投射する画像光Lbの強度を変更する。なお、瞳拡大素子70a,70b,70cが拡大する射出瞳の実効径はそれぞれ異なっており、例えば本実施形態では、瞳拡大素子70aは各回折部71,72での0次光の出射を抑制した2×2の4分割、瞳拡大素子70bは図4(b)に示したような3×3の9分割、70cは図4dに示したような5×5の25分割としている。また、瞳拡大素子70a,70b,70cに用いられる減光フィルタ79の減光量も異ならせている。すなわち、瞳拡大素子70aの減光フィルタは瞳拡大素子70bの減光フィルタよりも減光量が多い。また、瞳拡大素子70bの減光フィルタは瞳拡大素子70cの減光フィルタよりも減光量が多い。   Specifically, as shown in FIG. 8, the first diffractive portion 71, the second diffractive portion 72, and the neutral density filter 79 are overlapped to constitute an optical element. With this configuration, the effective diameter of the exit pupil is expanded by the diffraction units 71 and 72, and the image light Lb is dimmed by arranging a neutral density filter on the optical path of the image light Lb and projected from the projection unit 8. The intensity of the image light Lb is changed. Note that the effective diameters of the exit pupils that are magnified by the pupil enlarging elements 70a, 70b, and 70c are different from each other. The 2 × 2 divided into four, the pupil enlarging element 70b is divided into 9 × 3 × 3 as shown in FIG. 4B, and 70c is divided into 25 × 5 × 5 as shown in FIG. 4D. Further, the light reduction amount of the neutral density filter 79 used in the pupil enlarging elements 70a, 70b, 70c is also made different. That is, the neutral density filter of the pupil magnifying element 70a has more light reduction than the neutral density filter of the pupil magnifying element 70b. Further, the dark filter of the pupil magnifying element 70b has a larger amount of light reduction than the dark filter of the pupil magnifying element 70c.

また、光学素子円盤26には、回折格子が嵌め込まれず、減光フィルタのみからなる透光部80が形成されており、画像光Lbがこの透光部80を通った場合には、画像光Lbは分割されないこととなる。なお、透光部80の減光フィルタは瞳拡大素子70aの減光フィルタよりも減光量が多い。   Further, the optical element disk 26 is not fitted with a diffraction grating, and is formed with a translucent part 80 made of only a neutral density filter. When the image light Lb passes through the translucent part 80, the image light Lb Will not be divided. It should be noted that the light reducing filter of the translucent portion 80 has more light reduction than the light reducing filter of the pupil enlarging element 70a.

そして、このような構成を有する射出瞳変更部17において、表示制御部10から送信された光学素子選択信号を光学素子円盤駆動回路18が受信すると、光学素子円盤駆動回路18は所定角度分だけ駆動軸78を回動させ、各瞳拡大素子70a,70b,70cや透光部80を中間像面位置73に位置させる。すなわち、射出瞳変更部17は、複数の異なる光学特性を有する光学素子を切り替えて、投射部8による射出瞳の実効径又は形状を変更する変更機構を備えている。なお、本実施形態では、複数の瞳拡大素子70を円盤状に配置して交換自在に構成したがこれに限定されるものではなく、観察者Pの操作により瞳拡大素子70を差し替えるなどして交換自在に構成しても良い。また、射出瞳の実効径を拡大する手段として回折格子を用いることとしているが、これに限定されるものではなく、例えば、入射する光を散乱させる散乱面を備えた光学素子を用いるようにしても良い。   In the exit pupil changing unit 17 having such a configuration, when the optical element disk drive circuit 18 receives the optical element selection signal transmitted from the display control unit 10, the optical element disk drive circuit 18 is driven by a predetermined angle. The shaft 78 is rotated so that the pupil enlarging elements 70a, 70b, 70c and the light transmitting portion 80 are positioned at the intermediate image plane position 73. That is, the exit pupil changing unit 17 includes a changing mechanism that changes the effective diameter or shape of the exit pupil by the projection unit 8 by switching a plurality of optical elements having different optical characteristics. In the present embodiment, the plurality of pupil enlarging elements 70 are arranged in a disk shape so as to be exchangeable. However, the present invention is not limited to this, and the pupil enlarging element 70 is replaced by the operation of the observer P. It may be configured to be exchangeable. In addition, the diffraction grating is used as a means for expanding the effective diameter of the exit pupil, but the invention is not limited to this. For example, an optical element having a scattering surface for scattering incident light is used. Also good.

また、画像光Lbの光路上に減光フィルタを配置して、画像光の強度を変更することとしたが、これに限定されるものではなく、射出瞳の実効径又は形状に応じて、画像光生成部11から出射させる光の強度を調整し、投射部8から投射される画像光Lbの強度を変更するよう構成しても良い。例えば、駆動信号21r,21g,21bを増幅する増幅部を設け、この増幅部により80駆動信号21r,21g,21bを増幅してそれぞれレーザドライバ31,32,33へ入力する。そして、増幅部の増幅率を配置する瞳拡大素子70又は透光部80に応じて増幅率を変える。具体的には、射出瞳の実効径が大きくなるほど、増幅部の増幅率を上げるようにする。   Further, although the neutral density filter is disposed on the optical path of the image light Lb and the intensity of the image light is changed, the present invention is not limited to this, and the image is changed according to the effective diameter or shape of the exit pupil. You may comprise so that the intensity | strength of the light radiate | emitted from the light generation part 11 may be adjusted and the intensity | strength of the image light Lb projected from the projection part 8 may be changed. For example, an amplifying unit for amplifying the drive signals 21r, 21g, and 21b is provided. The amplifying unit amplifies the 80 drive signals 21r, 21g, and 21b and inputs the amplified signals to the laser drivers 31, 32, and 33, respectively. Then, the amplification factor is changed according to the pupil enlarging element 70 or the translucent unit 80 in which the amplification factor of the amplification unit is arranged. Specifically, the amplification factor of the amplification unit is increased as the effective diameter of the exit pupil increases.

また、画像表示ユニット2には、前述の加速度センサ19と、調整時押下ボタン20も配設されている。   The image display unit 2 is also provided with the aforementioned acceleration sensor 19 and an adjustment pressing button 20.

〔表示制御部10の電気的構成〕
次に、表示制御部10の構成について、図9を参照しながら説明する。図9は、表示制御部10の電気的構成を示したブロック図である。
[Electrical Configuration of Display Control Unit 10]
Next, the configuration of the display control unit 10 will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a block diagram showing an electrical configuration of the display control unit 10.

表示制御部10は、CPU100と、ROM101と、RAM102と、計時回路107と、EEPROM109と、駆動信号供給回路用インターフェース103と、駆動信号供給回路用VRAM104と、周辺機器用インターフェース105と、通信インターフェース106とを備えており、システムバス108を介して相互に接続されている。   The display control unit 10 includes a CPU 100, a ROM 101, a RAM 102, a clock circuit 107, an EEPROM 109, a drive signal supply circuit interface 103, a drive signal supply circuit VRAM 104, a peripheral device interface 105, and a communication interface 106. And are connected to each other via a system bus 108.

ROM101には、CPU100で実行されることにより、後述するフローチャートに従った処理を実現するためのプログラムや、後述のカウント値を算出するための規定加速度値が記憶されている。また、このROM101には、後述の第1モード処理にてレベル値を決定するための調整時間テーブルや、後述の第2モード処理にてレベル値を決定するための調整加速度テーブルや、後述の第3モード処理にてレベル値を決定するためのオーバーラップ面積比率テーブルや、各第1〜第3モード処理にて瞳拡大素子を決定するための瞳拡大素子決定テーブルが記憶されている。   The ROM 101 stores a program for realizing processing according to a flowchart to be described later and a specified acceleration value for calculating a count value to be described later when executed by the CPU 100. The ROM 101 also includes an adjustment time table for determining a level value in a first mode process described later, an adjustment acceleration table for determining a level value in a second mode process described later, An overlap area ratio table for determining a level value in the three-mode process and a pupil magnifying element determination table for determining a pupil magnifying element in each of the first to third mode processes are stored.

ここで、ROM101内に記憶されている各テーブルについて説明する。調整時間テーブルは、第1モード処理にて観察者Pが画像表示ユニット2の位置調整に要した時間と、レベル値とを対応付けしたテーブルである。   Here, each table stored in the ROM 101 will be described. The adjustment time table is a table in which the time required for the observer P to adjust the position of the image display unit 2 in the first mode process is associated with the level value.

この調整時間テーブルでは、調整に要する時間が短く、調整慣れしている観察者Pに対しては大きい値のレベル値とする一方、調整に要する時間が長く、調整慣れしていない観察者Pに対しては小さい値のレベル値とする。例えば、図10(a)に示すように、調整時間を「5秒未満」、「5秒以上10秒未満」、「10秒以上15秒未満」、「15秒以上」の4つに区分し、レベル値を1〜4の4段階で定義している。   In this adjustment time table, the time required for adjustment is short and the level value is set to a large value for the observer P who is accustomed to adjustment, while the time required for adjustment is long and the observer P who is not accustomed to adjustment is used. On the other hand, the level value is a small value. For example, as shown in FIG. 10A, the adjustment time is divided into four types: “less than 5 seconds”, “5 seconds to less than 10 seconds”, “10 seconds to less than 15 seconds”, and “15 seconds or more”. The level value is defined in four stages of 1-4.

同様に、調整加速度テーブルは、第2モード処理にて観察者Pが画像表示ユニット2の位置調整を行った際に、画像表示ユニット2に対して前述の規定加速度値を越える加速度が加えられた回数(以下、「カウント値」ともいう。)と、レベル値とを対応付けしたテーブルである。   Similarly, in the adjusted acceleration table, when the observer P adjusts the position of the image display unit 2 in the second mode process, an acceleration exceeding the specified acceleration value is applied to the image display unit 2. It is a table in which the number of times (hereinafter also referred to as “count value”) is associated with a level value.

この調整加速度テーブルでは、調整の際に計数されたカウント値が少なく、調整慣れしている観察者Pに対しては大きい値のレベル値とする一方、調整の際に計数されたカウント値が多く、調整慣れしていない観察者Pに対しては小さい値のレベル値とする。例えば、図10(b)に示すように、カウント値を「5回未満」、「5回以上10回未満」、「10回以上15回未満」、「15回以上」の4つに区分し、レベル値を1〜4の4段階で定義している。   In this adjustment acceleration table, the count value counted at the time of adjustment is small, and for the observer P who is used to adjustment, the level value is set to a large value, while the count value counted at the time of adjustment is large. The level value is set to a small value for the observer P who is not used to adjustment. For example, as shown in FIG. 10 (b), the count value is divided into four categories: “less than 5 times”, “5 times or more and less than 10 times”, “10 times or more and less than 15 times”, and “15 times or more”. The level value is defined in four stages of 1-4.

また、オーバーラップ面積比率テーブルは、第3モード処理にて観察者Pが画像表示ユニット2の位置調整を行った後に、瞳孔位置とオーバーラップした表示画像の面積割合と、レベル値とを対応付けしたテーブルである。   The overlap area ratio table associates the area ratio of the overlapped display image with the pupil position and the level value after the observer P adjusts the position of the image display unit 2 in the third mode process. It is a table.

このオーバーラップ面積比率テーブルでは、調整後にオーバーラップしている面積が広く、調整慣れしている観察者Pに対しては大きい値のレベル値とする一方、調整後にオーバーラップしている面積が少なく、調整慣れしていない観察者Pに対しては小さい値のレベル値とする。例えば、図10(c)に示すように、表示画像面積に対するオーバーラップ面積の比率を「25%未満」、「25%以上50%未満」、「50%以上75%未満」、「75%以上」の4つに区分し、レベル値を1〜4の4段階で定義している。   In this overlap area ratio table, the overlapping area is large after adjustment, and a large value is set for the observer P who is accustomed to adjustment, while the overlapping area is small after adjustment. The level value is set to a small value for the observer P who is not used to adjustment. For example, as shown in FIG. 10C, the ratio of the overlap area to the display image area is “less than 25%”, “25% or more and less than 50%”, “50% or more and less than 75%”, “75% or more”. The level value is defined in four stages of 1-4.

また、瞳拡大素子決定テーブルは、各第1〜第3モード処理にて決定されたレベル値と、使用する瞳拡大素子70又は透光部80とを対応付けしたテーブルである。   The pupil magnifying element determination table is a table in which the level value determined in each of the first to third mode processes is associated with the pupil magnifying element 70 or the light transmitting unit 80 to be used.

この瞳拡大素子決定テーブルでは、図10(d)に示すように、各レベル1〜4に対して、光学素子円盤26に配設された瞳拡大素子70や透光部80が割り振られており、レベル値の高い調整慣れしている観察者Pに対しては、瞳拡大をせず、焦点深度の深い画像を提供できる透光部80を選択する一方、レベル値の低い調整慣れしていない観察者Pに対しては、射出瞳の実効径が大きい瞳拡大素子70を選択すべく、4段階で定義している。   In this pupil enlarging element determination table, as shown in FIG. 10 (d), the pupil enlarging element 70 and the translucent portion 80 arranged in the optical element disk 26 are assigned to each level 1 to 4. For the observer P who is accustomed to adjustment with a high level value, the translucent unit 80 which can provide an image with a deep focal depth without performing pupil enlargement is selected, but is not accustomed to adjustment with a low level value. For the observer P, the definition is made in four stages in order to select the pupil enlarging element 70 having a large effective diameter of the exit pupil.

図9の説明に戻ると、RAM102は、ROM101に記憶されているプログラムをCPU100が実行する際に参照する各種変数などを記憶しておく一時記憶領域として機能する。このRAM102に記憶される値としては例えば、調整時間や、カウント値、オーバーラップ面積やレベル値、次に述べる計時回路107の計時時間の値が挙げられる。   Returning to the description of FIG. 9, the RAM 102 functions as a temporary storage area for storing various variables to be referred to when the CPU 100 executes the program stored in the ROM 101. Examples of the values stored in the RAM 102 include adjustment time, count value, overlap area and level value, and the value of the time measured by the time measuring circuit 107 described below.

計時回路107は、時間を測定するための回路であり、CPU100からの命令により計時回路107内のタイマを稼働又は停止させて、その間の時間の値をRAM102の所定アドレスに書き込む。   The time measuring circuit 107 is a circuit for measuring time. The timer in the time measuring circuit 107 is activated or stopped by an instruction from the CPU 100, and the value of the time in the meantime is written to a predetermined address in the RAM 102.

EEPROM109は、画像表示装置1の電源を切った後でも保持すべき値等を記憶しておく記憶領域として機能するものであり、例えば、後述の習熟度判定部にて決定される習熟度のレベル値等が記憶される。   The EEPROM 109 functions as a storage area for storing values and the like that should be retained even after the image display apparatus 1 is turned off. For example, the proficiency level determined by a proficiency level determination unit described later is used. Values etc. are stored.

駆動信号供給回路用インターフェース103は、駆動信号供給回路15との接続を担うものであり、駆動信号供給回路用VRAM104を参照して、画像信号Sを生成し駆動信号供給回路15に供給する。なお、駆動信号供給回路用VRAM104のデータは、CPU100によって書き込まれる。すなわち、CPU100はコンテンツ記憶部12から周辺機器用インターフェース105を介してコンテンツ情報を読み出し、駆動信号供給回路用VRAM104に書き込んで展開するようにしている。   The drive signal supply circuit interface 103 is responsible for connection with the drive signal supply circuit 15, refers to the drive signal supply circuit VRAM 104, generates an image signal S, and supplies the image signal S to the drive signal supply circuit 15. The data of the drive signal supply circuit VRAM 104 is written by the CPU 100. That is, the CPU 100 reads content information from the content storage unit 12 via the peripheral device interface 105, writes the content information in the drive signal supply circuit VRAM 104, and expands it.

周辺機器用インターフェース105は、表示制御部10に接続された周辺機器類の動作制御や信号の送受信を担うものである。この周辺機器用インターフェース105には、コンテンツ記憶部12や、モード切替スイッチ14や、CCDカメラ16や、光学素子円盤駆動回路18や、加速度センサ19や、調整時押下ボタン20や、電源ボタン77が接続されている。   The peripheral device interface 105 is responsible for operation control and signal transmission / reception of peripheral devices connected to the display control unit 10. The peripheral device interface 105 includes a content storage unit 12, a mode switch 14, a CCD camera 16, an optical element disk drive circuit 18, an acceleration sensor 19, an adjustment pressing button 20, and a power button 77. It is connected.

調整時押下ボタン20や電源ボタン77から送信される操作信号を受信した周辺機器用インターフェース105は、それぞれに対応するRAM102上の所定アドレスに、これらのボタンの操作があった旨を示すフラグを立てる。また、周辺機器用インターフェース105はモード切替スイッチ14のスライド位置を監視しており、そのスライド位置をRAM102上の所定アドレスに書き込みを行う。   The peripheral device interface 105 that has received the operation signal transmitted from the adjustment pressing button 20 or the power button 77 sets a flag indicating that these buttons have been operated at predetermined addresses on the RAM 102 corresponding thereto. . The peripheral device interface 105 monitors the slide position of the mode switch 14 and writes the slide position to a predetermined address on the RAM 102.

また、CCDカメラ16から送信される撮像信号を受信した周辺機器用インターフェース105は、撮像信号に対応したデータ(以下、「撮像データ」ともいう。)に変換し、RAM102の所定アドレスに書き込みを行う。   In addition, the peripheral device interface 105 that has received the imaging signal transmitted from the CCD camera 16 converts the data into data corresponding to the imaging signal (hereinafter also referred to as “imaging data”) and writes the data to a predetermined address in the RAM 102. .

また、加速度センサ19から送信される加速度情報を受信した周辺機器用インターフェース105は、上下方向、左右方向、前後方向への加速度に対応した数値データ(以下、「加速度データ」ともいう。)に変換し、RAM102の所定アドレスに書き込みを行う。   In addition, the peripheral device interface 105 that has received the acceleration information transmitted from the acceleration sensor 19 converts it into numerical data (hereinafter also referred to as “acceleration data”) corresponding to acceleration in the vertical direction, the horizontal direction, and the front-back direction. Then, writing is performed at a predetermined address in the RAM 102.

また、CPU100から光学素子円盤26を回動させる旨の命令を受けた周辺機器用インターフェース105は、光学素子円盤駆動回路18に対して、所定の瞳拡大素子70又は透光部80を中間像面位置73に配置させる光学素子選択信号を送信する。   Further, the peripheral device interface 105 that has received a command to rotate the optical element disk 26 from the CPU 100 causes the optical element disk drive circuit 18 to place a predetermined pupil enlarging element 70 or translucent part 80 on the intermediate image plane. An optical element selection signal to be arranged at the position 73 is transmitted.

なお、上述のRAM102上に記憶されるフラグやモード切替スイッチ91のスライド位置は、後述のフローチャートに示す処理を実行する際に、CPU100から参照可能としており、これによりCPU100は各種ボタンやスイッチなどの観察者Pによる操作を検出する。特に、調整時押下ボタン20の押下により、観察者Pが画像表示ユニット2の位置を調整中であることを検出する。また、RAM102に記憶される撮像データや加速度データについても、CPU100から参照可能としている。   The flag stored in the RAM 102 and the slide position of the mode changeover switch 91 can be referred to by the CPU 100 when executing the processing shown in the flowchart described later. An operation by the observer P is detected. In particular, when the adjustment push button 20 is pressed, it is detected that the observer P is adjusting the position of the image display unit 2. Further, the imaging data and acceleration data stored in the RAM 102 can be referred to from the CPU 100.

通信インターフェース106は、表示制御部10に接続された機器類との信号の送受信を担うものであり、外部入出力端子13が接続されている。   The communication interface 106 is responsible for transmission / reception of signals to / from devices connected to the display control unit 10, and is connected to the external input / output terminal 13.

〔表示制御部10の処理動作〕
次に、画像表示装置1における表示制御部10での処理について、図11〜図17を用いて説明する。図11は、本実施形態に係る画像表示装置1のメイン処理を示したフローチャートであり、図12はメイン処理にて実行される調整慣れ判定処理を示したフローチャートであり、図13は調整慣れ判定処理にて実行される第1モード処理を示したフローチャートであり、図14は調整慣れ判定処理にて実行される第2モード処理を示したフローチャートであり、図15は調整慣れ判定処理にて実行される第3モード処理を示したフローチャートであり、図16は第2モード処理にて計数されるカウント値の概念を示した説明図であり、図17は第3モード処理にて使用される撮像データを画像化して示した説明図である。
[Processing Operation of Display Control Unit 10]
Next, processing in the display control unit 10 in the image display apparatus 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is a flowchart showing the main process of the image display device 1 according to the present embodiment, FIG. 12 is a flowchart showing the adjustment familiarity determination process executed in the main process, and FIG. 13 is the adjustment familiarity determination. 14 is a flowchart showing a first mode process executed in the process, FIG. 14 is a flowchart showing a second mode process executed in the adjustment familiarity determination process, and FIG. 15 is executed in the adjustment familiarity determination process. FIG. 16 is an explanatory diagram showing the concept of the count value counted in the second mode process, and FIG. 17 is an imaging used in the third mode process. It is explanatory drawing which imaged and showed data.

フローチャートの説明に先立ち、まず、観察者Pの動作を説明する。観察者Pは、本実施形態に係る画像表示装置1を使用するにあたり、支持フレーム4を把持し、眼鏡を掛ける要領で頭部に頭部装着具9を装着する。次いで、観察者Pは連結部3のボールジョイント部に形成された位置決め用の凹部と凸部とを嵌合させて、画像表示ユニット2を基準位置とする。そして、電源ボタン77を押下することにより、以下のフローチャートが実行されることとなる。   Prior to the description of the flowchart, first, the operation of the observer P will be described. In using the image display apparatus 1 according to the present embodiment, the observer P holds the support frame 4 and wears the head mounting tool 9 on the head in the manner of wearing glasses. Next, the observer P fits the positioning concave portion and the convex portion formed in the ball joint portion of the connecting portion 3 to set the image display unit 2 as the reference position. When the power button 77 is pressed, the following flowchart is executed.

次に、図11のメイン処理から順に説明する。表示制御部10のCPU100は、RAM102のアクセス許可、作業領域を初期化等の初期設定を実行する(ステップS11)。このとき、CPU100は、EEPROM109を参照し、習熟度のレベル値の読み込みを行う。CPU100は、読み込んだ習熟度レベル値に応じた透光部80又は瞳拡大素子70a,70b,70cが光路上に配置されるように光学素子円盤駆動回路18の制御を行う。なお、習熟度レベル値が未だ定義されていない場合には、CPU100は、透光部80が画像光Lbの光路上に配置されるように、光学素子円盤駆動回路18を制御する。このように透光部80を配置すると、調整操作が難しくなるため、調整慣れ判定の精度を向上させることができる。また、本実施形態に係る画像表示装置1は、ボールジョイント構造で連結された連結部3を位置変更部としているが、位置変更部を電動構造とした場合にあっては、本ステップS11にて、画像表示ユニット2の位置を基準位置とする処理も併せて実行される。   Next, the main process in FIG. 11 will be described in order. The CPU 100 of the display control unit 10 executes initial settings such as permitting access to the RAM 102 and initializing the work area (step S11). At this time, the CPU 100 refers to the EEPROM 109 to read the proficiency level value. The CPU 100 controls the optical element disk drive circuit 18 so that the translucent part 80 or the pupil enlarging elements 70a, 70b, 70c corresponding to the read proficiency level value are arranged on the optical path. If the proficiency level value is not yet defined, the CPU 100 controls the optical element disk drive circuit 18 so that the light transmitting unit 80 is disposed on the optical path of the image light Lb. When the translucent part 80 is arranged in this way, the adjustment operation becomes difficult, so the accuracy of adjustment familiarity determination can be improved. Further, the image display device 1 according to the present embodiment uses the connecting portion 3 connected by the ball joint structure as a position changing portion. However, in the case where the position changing portion has an electric structure, in this step S11. The process of setting the position of the image display unit 2 as the reference position is also executed.

次にCPU100は、RAM102の所定アドレスを参照し、調整時押下ボタン20が押下されたか否かについて判断を行う(ステップS12)。ここで調整時押下ボタンが押下されたと判断した場合(ステップS12:Yes)には、処理をステップS13へ移す。   Next, the CPU 100 refers to a predetermined address in the RAM 102 and determines whether or not the adjustment pressing button 20 has been pressed (step S12). If it is determined that the adjustment push button has been pressed (step S12: Yes), the process proceeds to step S13.

ステップS13においてCPU100は、調整慣れ判定処理を実行する。この調整慣れ判定処理については、後に図12を参照しながら説明する。このステップS13を終えると、CPU100は、処理をステップS14へ移す。   In step S13, the CPU 100 executes an adjustment familiarity determination process. This adjustment familiarization determination process will be described later with reference to FIG. When step S13 is completed, the CPU 100 moves the process to step S14.

一方、ステップS12にて調整時押下ボタン20が押下されていないと判断した場合(ステップS12:No)には、CPU100は、処理をステップS14へ移す。   On the other hand, if it is determined in step S12 that the adjustment pressing button 20 has not been pressed (step S12: No), the CPU 100 moves the process to step S14.

ステップS14においてCPU100は、表示制御部10より画像光Lbを出射して、観察者Pに対して画像を表示する画像表示処理を実行する。   In step S <b> 14, the CPU 100 executes image display processing for emitting image light Lb from the display control unit 10 and displaying an image to the observer P.

次に、CPU100は、電源ボタン77や図示しない画像停止ボタンが押下されるなどして、画像表示が停止されたか否かについて判断を行う(ステップS15)。ここで画像表示が停止されていないと判断した場合(ステップS15:No)には、CPU100は、処理をステップS12へ戻す。一方、画像表示が停止されたと判断した場合(ステップS15:Yes)には、CPU100は、処理を終了する。   Next, the CPU 100 determines whether or not the image display is stopped by pressing a power button 77 or an image stop button (not shown) (step S15). If it is determined that the image display is not stopped (step S15: No), the CPU 100 returns the process to step S12. On the other hand, when it is determined that the image display is stopped (step S15: Yes), the CPU 100 ends the process.

次に、メインフローにおけるステップS13にて実行される調整慣れ判定処理について図12を参照しながら説明する。   Next, the adjustment familiarity determination process executed in step S13 in the main flow will be described with reference to FIG.

まず、調整慣れ判定処理においてCPU100は、RAM102の所定アドレスを参照して、モード切替スイッチ14にてどのモードが選択されているか、状態を取得する(ステップS20)。その後、CPU100は、テスト画像を表示する(ステップS21)。この処理において、CPU100は、コンテンツ記憶部12からテスト画像のコンテンツ情報を取得し、このコンテンツ情報を画像信号Sに変換して駆動信号供給回路15に出力する。これにより、画像表示装置1からテスト画像に応じた画像光Lbが出射される。このテスト画像は、どのような画像であってもよいが、調整慣れ判定モード中である旨が分かるような画像であることが望ましい。例えば何らかの画とともに、「調整慣れ判定モード中」と比較的大きな文字で直接的に示す画像が考えられる。   First, in the adjustment familiarity determination process, the CPU 100 refers to a predetermined address in the RAM 102 and obtains a state indicating which mode is selected by the mode switch 14 (step S20). Thereafter, the CPU 100 displays a test image (step S21). In this process, the CPU 100 acquires content information of the test image from the content storage unit 12, converts the content information into an image signal S, and outputs the image signal S to the drive signal supply circuit 15. As a result, the image light Lb corresponding to the test image is emitted from the image display device 1. The test image may be any image, but it is desirable that the test image is an image that shows that it is in the adjustment familiarity determination mode. For example, an image directly indicated by a relatively large character such as “in the adjustment familiarity determination mode” can be considered together with some image.

次いでCPU100は、モード切替スイッチ14が第1モードを選択中であるか否かについて判断を行う(ステップS22)。ここで第1モードが選択中であると判断した場合(ステップS22:Yes)には、CPU100は処理をステップS23へ移す。   Next, the CPU 100 determines whether or not the mode switch 14 is selecting the first mode (step S22). If it is determined that the first mode is being selected (step S22: Yes), the CPU 100 moves the process to step S23.

ステップS23においてCPU100は、第1モード処理を実行する。この第1モード処理は、画像表示ユニット2の調整操作に要した時間に基づき習熟度を判定し、射出瞳変更部によって変更する射出瞳の実効径又は形状を決定する処理であり、後に図13を参照しながら説明する。CPU100はこのステップS23を終えると、処理をステップS14へ移す。   In step S23, the CPU 100 executes a first mode process. This first mode process is a process of determining the proficiency level based on the time required for the adjustment operation of the image display unit 2, and determining the effective diameter or shape of the exit pupil to be changed by the exit pupil changing unit. Will be described with reference to FIG. After completing this step S23, the CPU 100 moves the process to step S14.

一方、ステップS22において、モード切替スイッチ14は第1モードを選択中ではないと判断した場合(ステップS22:No)には、CPU100は処理をステップS24へ移す。ステップS24においてCPU100は、モード切替スイッチ14が第2モードを選択中であるか否かについて判断を行う。ここで第2モードが選択中であると判断した場合(ステップS24:Yes)には、CPU100は処理をステップS25へ移す。   On the other hand, when the mode changeover switch 14 determines in step S22 that the first mode is not selected (step S22: No), the CPU 100 shifts the processing to step S24. In step S24, the CPU 100 determines whether or not the mode switch 14 is selecting the second mode. If it is determined that the second mode is being selected (step S24: Yes), the CPU 100 moves the process to step S25.

ステップS25においてCPU100は、第2モード処理を実行する。この第2モード処理は、画像表示ユニット2の調整操作による変位の遷移又は総変位量に基づき習熟度を判定し、射出瞳変更部によって変更する射出瞳の実効径又は形状を決定する処理であり、後に図14を参照しながら説明する。CPU100はこのステップS25を終えると、処理をステップS14へ移す。   In step S25, the CPU 100 executes a second mode process. This second mode process is a process of determining the proficiency level based on the transition of displacement by the adjustment operation of the image display unit 2 or the total displacement amount, and determining the effective diameter or shape of the exit pupil to be changed by the exit pupil changing unit. This will be described later with reference to FIG. After completing this step S25, the CPU 100 moves the process to step S14.

一方、ステップS24において、モード切替スイッチ14は第2モードを選択中ではないと判断した場合(ステップS24:No)には、CPU100は処理をステップS26へ移す。ステップS26においてCPU100は、モード切替スイッチ14が第3モードを選択中であるか否かについて判断を行う。ここで第3モードが選択中であると判断した場合(ステップS26:Yes)には、CPU100は処理をステップS27へ移す。   On the other hand, when the mode changeover switch 14 determines in step S24 that the second mode is not being selected (step S24: No), the CPU 100 moves the process to step S26. In step S26, the CPU 100 determines whether or not the mode switch 14 is selecting the third mode. If it is determined that the third mode is being selected (step S26: Yes), the CPU 100 moves the process to step S27.

ステップS27においてCPU100は、第3モード処理を実行する。この第3モード処理は、調整操作後における観察者Pの瞳孔位置に対する射出瞳の位置の偏差に基づき習熟度を判定し、射出瞳変更部によって変更する射出瞳の実効径又は形状を決定する処理であり、後に図15を参照しながら説明する。CPU100はこのステップS27を終えると、処理をステップS14へ移す。   In step S27, the CPU 100 executes a third mode process. The third mode process is a process of determining the proficiency level based on the deviation of the exit pupil position from the pupil position of the observer P after the adjustment operation, and determining the effective diameter or shape of the exit pupil to be changed by the exit pupil changing unit. This will be described later with reference to FIG. After completing this step S27, the CPU 100 moves the process to step S14.

一方、ステップS26において、モード切替スイッチ14は第3モードを選択中ではないと判断した場合(ステップS26:No)には、モード切替スイッチ14は第4モードが選択されているものとして、CPU100は処理をステップS26へ移す。   On the other hand, when it is determined in step S26 that the mode change switch 14 is not selecting the third mode (step S26: No), the CPU 100 determines that the mode change switch 14 has selected the fourth mode. The process moves to step S26.

次に、調整慣れ判定処理におけるステップS23にて実行される第1モード処理について図13を参照しながら説明する。   Next, the first mode process executed in step S23 in the adjustment familiarity determination process will be described with reference to FIG.

まず、第1モード処理においてCPU100は、計時回路107に対して計時を開始するよう命令する(ステップS31)。   First, in the first mode process, the CPU 100 instructs the timing circuit 107 to start timing (step S31).

次にCPU100は、RAM102の所定アドレスを参照し、調整時押下ボタン20はOFF状態であるか否かについて判断を行う(ステップS32)。ここで調整時押下ボタン20がOFF状態ではないと判断した場合(ステップS32:No)には、CPU100は再び同ステップS32を実行する。一方、調整時押下ボタン20はOFF状態であると判断した場合(ステップS32:Yes)には、処理をステップS33へ移す。   Next, the CPU 100 refers to a predetermined address in the RAM 102 and determines whether or not the adjustment pressing button 20 is in an OFF state (step S32). If it is determined that the adjustment pressing button 20 is not OFF (step S32: No), the CPU 100 executes step S32 again. On the other hand, if it is determined that the adjustment pressing button 20 is in the OFF state (step S32: Yes), the process proceeds to step S33.

ステップS33においてCPU100は、計時回路107に対して計時終了を命令し、計時回路107によってRAM102に書き込まれた計時時間を取得する。すなわち、CPU100は、観察者Pが画像表示ユニット2の位置調整に要した時間を取得する。   In step S <b> 33, the CPU 100 instructs the timing circuit 107 to end timing, and acquires the timing time written in the RAM 102 by the timing circuit 107. That is, the CPU 100 acquires the time required for the observer P to adjust the position of the image display unit 2.

次にCPU100は、調整時間テーブルを参照し、観察者Pが画像表示ユニット2の位置調整に要した時間に相当するレベル値を取得する(ステップS34)。すなわち、CPU100が本ステップS34を実行することにより、観察者Pによる連結部3の調整操作の習熟度を判定する習熟度判定部として機能することとなる。   Next, the CPU 100 refers to the adjustment time table and acquires a level value corresponding to the time required for the observer P to adjust the position of the image display unit 2 (step S34). That is, when the CPU 100 executes step S34, the CPU 100 functions as a proficiency level determination unit that determines the proficiency level of the adjustment operation of the connecting unit 3 by the observer P.

次にCPU100は、瞳拡大素子決定テーブルを参照し、ステップS34にて取得したレベル値に対応する瞳拡大素子70又は透光部80を選択する(ステップS35)。CPU100が本ステップS35を実行することにより、上記熟度判定部として判定した習熟度に応じて、射出瞳変更部17によって変更する射出瞳の実効径又は形状を決定する射出瞳決定部として機能する。   Next, the CPU 100 refers to the pupil enlarging element determination table and selects the pupil enlarging element 70 or the translucent unit 80 corresponding to the level value acquired in step S34 (step S35). When the CPU 100 executes step S35, the CPU 100 functions as an exit pupil determining unit that determines the effective diameter or shape of the exit pupil to be changed by the exit pupil changing unit 17 according to the proficiency level determined as the maturity determining unit. .

次にCPU100は、周辺機器用インターフェース105に対して、光学素子円盤26を駆動させるよう命令を行う(ステップS36)。この命令を受けた周辺機器用インターフェース105は、光学素子円盤駆動回路18に対して、ステップS35にて選択された瞳拡大素子70又は透光部80に応じた光学素子選択信号を送信する。   Next, the CPU 100 instructs the peripheral device interface 105 to drive the optical element disk 26 (step S36). Upon receiving this command, the peripheral device interface 105 transmits an optical element selection signal corresponding to the pupil enlarging element 70 or the translucent unit 80 selected in step S35 to the optical element disk drive circuit 18.

次にCPU100は、取得したレベル値をEEPROM109の所定アドレスに書き込みを行う(ステップS37)。このEEPROM109に書き込まれたレベル値は、前述のステップS11にて参照され、画像表示装置1の起動時の透光部80又は瞳拡大素子70a,70b,70cを予め設定するのに利用される。本ステップS37を終えるとCPU100は処理をステップS14へ移す。   Next, the CPU 100 writes the acquired level value at a predetermined address in the EEPROM 109 (step S37). The level value written in the EEPROM 109 is referred to in the above-described step S11, and is used to preset the translucent unit 80 or the pupil enlarging elements 70a, 70b, and 70c when the image display device 1 is activated. When step S37 is completed, the CPU 100 moves the process to step S14.

次に、調整慣れ判定処理におけるステップS25にて実行される第2モード処理について図14を参照しながら説明する。   Next, the second mode process executed in step S25 in the adjustment familiarity determination process will be described with reference to FIG.

まず、第2モード処理においてCPU100は、周辺機器用インターフェース105によりRAM102上に書き込まれる加速度データの蓄積を開始する(ステップS41)。この加速度データの蓄積もまた、RAM102上にて行われる。   First, in the second mode process, the CPU 100 starts accumulating acceleration data written on the RAM 102 by the peripheral device interface 105 (step S41). This accumulation of acceleration data is also performed on the RAM 102.

次にCPU100は、RAM102の所定アドレスを参照し、調整時押下ボタン20はOFF状態であるか否かについて判断を行う(ステップS42)。ここで調整時押下ボタン20がOFF状態ではないと判断した場合(ステップS42:No)には、CPU100は再び同ステップS42を実行する。一方、調整時押下ボタン20はOFF状態であると判断した場合(ステップS42:Yes)には、処理をステップS43へ移す。   Next, the CPU 100 refers to a predetermined address in the RAM 102 and determines whether or not the adjustment pressing button 20 is in an OFF state (step S42). If it is determined that the adjustment pressing button 20 is not in the OFF state (step S42: No), the CPU 100 executes step S42 again. On the other hand, if it is determined that the adjustment push button 20 is in the OFF state (step S42: Yes), the process proceeds to step S43.

ステップS43においてCPU100は、加速度データのRAM102上への蓄積を終了する。   In step S43, the CPU 100 ends the accumulation of acceleration data on the RAM 102.

そしてCPU100は、RAM102上に蓄積した加速度データから、画像表示ユニット2の遷移を算出し、ROM101に予め記憶されている規定加速度値と比較して、規定加速度値を越える加速度が何度あったかについてカウントを行い、カウント値を取得する(ステップS44)。   Then, the CPU 100 calculates the transition of the image display unit 2 from the acceleration data accumulated on the RAM 102, compares with the specified acceleration value stored in advance in the ROM 101, and counts how many times the acceleration exceeds the specified acceleration value. To obtain a count value (step S44).

ここで、カウント値を求める概念について、図16を参照しながら説明する。図16は、CPU100が加速度データから算出した画像表示ユニット2の遷移を経時的に示した説明図である。図16において折れ線で示すように、画像表示ユニット2の遷移の過程において、破線で示す規定加速度値を超えるピークが何回あったか算出する。図16に示す例では、黒丸にて示すように、5回のピークが検出されており、この場合のカウント値は5回となる。   Here, the concept of obtaining the count value will be described with reference to FIG. FIG. 16 is an explanatory diagram showing the transition of the image display unit 2 calculated from the acceleration data by the CPU 100 over time. As indicated by the broken line in FIG. 16, the number of peaks exceeding the specified acceleration value indicated by the broken line during the transition process of the image display unit 2 is calculated. In the example shown in FIG. 16, five peaks are detected as indicated by black circles, and the count value in this case is five.

次にCPU100は、調整加速度テーブルを参照し、観察者Pが画像表示ユニット2の位置調整を行った際のカウント値に相当するレベル値を取得する(ステップS45)。すなわち、前述のステップS34と同様に、CPU100が本ステップS45を実行することにより、観察者Pによる連結部3の調整操作の習熟度を判定する習熟度判定部として機能することとなる。特に、本ステップS45を実行するCPU100は、調整操作による変位の遷移に基づき習熟度を判定する習熟度判定部として機能する。   Next, the CPU 100 refers to the adjustment acceleration table, and obtains a level value corresponding to the count value when the observer P adjusts the position of the image display unit 2 (step S45). That is, as in step S34 described above, the CPU 100 executes this step S45, thereby functioning as a proficiency level determination unit that determines the proficiency level of the adjustment operation of the connecting unit 3 by the observer P. In particular, the CPU 100 that executes this step S45 functions as a proficiency level determination unit that determines the proficiency level based on the transition of displacement due to the adjustment operation.

次にCPU100は、瞳拡大素子決定テーブルを参照し、ステップS45にて取得したレベル値に対応する瞳拡大素子70又は透光部80を選択する(ステップS46)。これもまた、前述のステップS35と同様に、CPU100が本ステップS46を実行することにより、上記熟度判定部として判定した習熟度に応じて、射出瞳変更部によって変更する射出瞳の実効径又は形状を決定する射出瞳決定部として機能する。   Next, the CPU 100 refers to the pupil enlarging element determination table and selects the pupil enlarging element 70 or the translucent unit 80 corresponding to the level value acquired in step S45 (step S46). Similarly to step S35 described above, the effective diameter of the exit pupil that is changed by the exit pupil changing unit according to the proficiency level determined as the maturity level determining unit by the CPU 100 executing this step S46, or It functions as an exit pupil determining unit that determines the shape.

次にCPU100は、周辺機器用インターフェース105に対して、光学素子円盤26を駆動させるよう命令を行う(ステップS47)。この命令を受けた周辺機器用インターフェース105は、光学素子円盤駆動回路18に対して、ステップS46にて選択された瞳拡大素子70又は透光部80に応じた光学素子選択信号を送信する。   Next, the CPU 100 instructs the peripheral device interface 105 to drive the optical element disk 26 (step S47). Upon receiving this command, the peripheral device interface 105 transmits an optical element selection signal corresponding to the pupil enlarging element 70 or the translucent unit 80 selected in step S46 to the optical element disk drive circuit 18.

次にCPU100は、取得したレベル値をEEPROM109の所定アドレスに書き込みを行う(ステップS48)。このEEPROM109に書き込まれたレベル値は、前述のステップS11にて参照され、画像表示装置1の起動時の透光部80又は瞳拡大素子70a,70b,70cを予め設定するのに利用される。本ステップS48を終えるとCPU100は処理をステップS14へ移す。   Next, the CPU 100 writes the acquired level value to a predetermined address of the EEPROM 109 (step S48). The level value written in the EEPROM 109 is referred to in the above-described step S11, and is used to preset the translucent unit 80 or the pupil enlarging elements 70a, 70b, and 70c when the image display device 1 is activated. When step S48 is completed, the CPU 100 moves the process to step S14.

なお、この第2モードでは、ステップS44及びステップS45において、調整操作による変位の遷移に基づき習熟度を判定することにより習熟度判定部として機能することとしたが、例えば、観察者Pが調整を行っている間に画像表示ユニット2が移動させられた距離(総変位量)を加速度データから算出し、その距離に応じて習熟度を判定するように構成しても良い。   In the second mode, in step S44 and step S45, the proficiency level is determined based on the transition of displacement due to the adjustment operation, thereby functioning as a proficiency level determination unit. The distance (total displacement) by which the image display unit 2 is moved during the calculation may be calculated from the acceleration data, and the proficiency level may be determined according to the distance.

具体的には、ステップS44においてCPU100は、RAM102上に蓄積した加速度データから、図18(a)に示すように画像表示ユニット2の総変位量を算出する。なお、図18(a)は総変位量算出の概念の理解を容易とするために変位量の計時変化を示しているが、CPU100が実際に算出する総変位量はグラフで言う最終値、すなわち調整時押下ボタン20がOFF状態となるt0時までに起こった変位を積算して算出された量である。   Specifically, in step S44, the CPU 100 calculates the total displacement amount of the image display unit 2 from the acceleration data accumulated on the RAM 102 as shown in FIG. FIG. 18A shows a change in time of displacement for easy understanding of the concept of calculating the total displacement, but the total displacement actually calculated by the CPU 100 is the final value in the graph, that is, This is an amount calculated by integrating the displacements that occurred up to t0 when the adjustment push button 20 is turned off.

次にステップS45においてCPU100は、図18(b)に示す総変位量テーブルを参照し、観察者Pが画像表示ユニット2の位置調整を行った際の総変位量に相当するレベル値を取得する。CPU100がこのような処理を実行すれば、調整操作による変位の総変位量に基づき習熟度を判定する習熟度判定部として機能させることができる。   Next, in step S45, the CPU 100 refers to the total displacement table shown in FIG. 18B and acquires a level value corresponding to the total displacement when the observer P adjusts the position of the image display unit 2. . If the CPU 100 executes such processing, the CPU 100 can function as a proficiency level determination unit that determines the proficiency level based on the total displacement amount of displacement caused by the adjustment operation.

次に、調整慣れ判定処理におけるステップS27にて実行される第3モード処理について図15を参照しながら説明する。   Next, the third mode process executed in step S27 in the adjustment familiarity determination process will be described with reference to FIG.

まず、第3モード処理においてCPU100は、光学素子円盤駆動回路18を駆動して瞳拡大素子70bを画像光Lbの光路上に配置する(ステップS51)。瞳拡大素子70bは、図4(b)に示すように、瞳孔110aと同程度の大きさであり、画像表示ユニット2の調整操作が慣れた人ほど、画像光Lbを瞳孔110aにより多く入射させることができる。一方、瞳拡大素子70cでは、画像表示ユニット2の調整操作に慣れてなくても、瞳孔110aに入射する画像光Lbの面積が変わらない恐れがあり、また、瞳拡大素子70aや透光部80では射出瞳が小さいため、調整慣れ判定の精度が悪くなる。従って、第3モードでは、瞳拡大素子70bを画像光Lbの光路上に配置するようにしている。   First, in the third mode process, the CPU 100 drives the optical element disk drive circuit 18 to place the pupil enlarging element 70b on the optical path of the image light Lb (step S51). As shown in FIG. 4B, the pupil enlarging element 70b is about the same size as the pupil 110a, and the more familiar the adjustment operation of the image display unit 2 is, the more the image light Lb enters the pupil 110a. be able to. On the other hand, in the pupil enlarging element 70c, there is a possibility that the area of the image light Lb incident on the pupil 110a does not change even if the user does not get used to the adjustment operation of the image display unit 2, and the pupil enlarging element 70a and the translucent part 80 However, since the exit pupil is small, the accuracy of the adjustment familiarization determination is deteriorated. Therefore, in the third mode, the pupil enlarging element 70b is arranged on the optical path of the image light Lb.

次にCPU100は、RAM102の所定アドレスを参照し、調整時押下ボタン20はOFF状態であるか否かについて判断を行う(ステップS52)。ここで調整時押下ボタン20がOFF状態ではないと判断した場合(ステップS52:No)には、CPU100は再び同ステップS52を実行する。一方、調整時押下ボタン20はOFF状態であると判断した場合(ステップS52:Yes)には、処理をステップS53へ移す。   Next, the CPU 100 refers to a predetermined address in the RAM 102 and determines whether or not the adjustment pressing button 20 is in an OFF state (step S52). If it is determined that the adjustment pressing button 20 is not OFF (step S52: No), the CPU 100 executes step S52 again. On the other hand, if it is determined that the adjustment push button 20 is in the OFF state (step S52: Yes), the process proceeds to step S53.

ステップS53においてCPU100は、RAM102を参照し、CCDカメラ16にて撮像し、周辺機器用インターフェース105により書き込まれた撮像データを取得する。   In step S <b> 53, the CPU 100 refers to the RAM 102, captures an image with the CCD camera 16, and acquires image data written by the peripheral device interface 105.

そしてCPU100は、取得した撮像データに数値処理を施して、瞳孔外縁と画像光Lbの照射範囲とを抽出し(ステップS54)、オーバーラップ面積の比率を求める(ステップS55)。オーバーラップ面積とは、画像光Lbの照射範囲が瞳孔110aにオーバーラップしている面積を意味する。オーバーラップ面積の比率は、画像光Lbの全照射範囲の面積に対するオーバーラップ面積の割合である。   Then, the CPU 100 performs numerical processing on the acquired imaging data, extracts the outer edge of the pupil and the irradiation range of the image light Lb (step S54), and obtains the ratio of the overlap area (step S55). The overlap area means an area where the irradiation range of the image light Lb overlaps the pupil 110a. The ratio of the overlap area is the ratio of the overlap area to the area of the entire irradiation range of the image light Lb.

この処理について、図17を参照しながら説明する。なお、図17は、説明の便宜上、抽出処理が施された撮像データを画像化して示している。図17に示すように、抽出後の撮像データ81には、瞳孔110aと画像光Lbの照射範囲の位置情報が少なくとも格納されている。   This process will be described with reference to FIG. Note that FIG. 17 shows captured image data that has undergone extraction processing as an image for convenience of explanation. As shown in FIG. 17, the extracted image data 81 stores at least position information of the irradiation range of the pupil 110a and the image light Lb.

そしてCPU100は、ステップS55にて、このような撮像データ81のうち、画像光Lb全体の面積(図17中において集合した9個の丸の面積)と、瞳孔110aの領域にオーバーラップする画像光Lbの面積(網掛けで示す面積)を求め、画像光Lb全体の面積に対するオーバーラップ面積の割合を算出する。   Then, in step S55, the CPU 100 overlaps the area of the entire image light Lb (the area of the nine circles gathered in FIG. 17) and the area of the pupil 110a in the imaging data 81 as described above. The area of Lb (area shown by shading) is obtained, and the ratio of the overlap area to the entire area of the image light Lb is calculated.

図15の説明に戻ると、次にCPU100は、オーバーラップ面積比率テーブルを参照し、観察者Pが画像表示ユニット2の位置調整を行った後のオーバーラップ面積比率に相当するレベル値を取得する(ステップS56)。ここでは、オーバーラップ面積比率が大きいほど、観察者Pの瞳孔位置に対する前記射出瞳の位置の偏差が小さいものとして、観察者Pの習熟度レベルを高くする一方、オーバーラップ面積比率が小さいほど、観察者Pの瞳孔位置に対する前記射出瞳の位置の偏差が大きいものとして、観察者Pの習熟度レベルを低くする。すなわち、前述のステップS34やステップS45と同様に、CPU100が本ステップS56を実行することにより、観察者Pによる連結部3の調整操作の習熟度を判定する習熟度判定部として機能することとなる。   Returning to the description of FIG. 15, the CPU 100 next refers to the overlap area ratio table and acquires a level value corresponding to the overlap area ratio after the observer P has adjusted the position of the image display unit 2. (Step S56). Here, the larger the overlap area ratio, the smaller the deviation of the position of the exit pupil from the pupil position of the observer P, and while increasing the proficiency level of the observer P, the smaller the overlap area ratio, The proficiency level of the observer P is lowered on the assumption that the deviation of the position of the exit pupil from the pupil position of the observer P is large. That is, similarly to the above-described step S34 and step S45, the CPU 100 executes this step S56, thereby functioning as a proficiency level determination unit that determines the proficiency level of the adjustment operation of the connecting unit 3 by the observer P. .

次にCPU100は、瞳拡大素子決定テーブルを参照し、ステップS56にて取得したレベル値に対応する瞳拡大素子70又は透光部80を選択する(ステップS57)。これもまた、前述のステップS35やステップS46と同様に、CPU100が本ステップS57を実行することにより、上記習熟度判定部として判定した習熟度に応じて、射出瞳変更部17によって変更する射出瞳の実効径又は形状を決定する射出瞳決定部として機能する。   Next, the CPU 100 refers to the pupil magnifying element determination table and selects the pupil magnifying element 70 or the translucent unit 80 corresponding to the level value acquired in step S56 (step S57). Similarly to step S35 and step S46 described above, the exit pupil changed by the exit pupil changing unit 17 according to the proficiency level determined as the proficiency level determination unit by the CPU 100 executing this step S57. It functions as an exit pupil determining unit that determines the effective diameter or shape of the lens.

次にCPU100は、周辺機器用インターフェース105に対して、光学素子円盤26を駆動させるよう命令を行う(ステップS58)。この命令を受けた周辺機器用インターフェース105は、光学素子円盤駆動回路18に対して、ステップS57にて選択された瞳拡大素子70又は透光部80に応じた光学素子選択信号を送信する。   Next, the CPU 100 instructs the peripheral device interface 105 to drive the optical element disk 26 (step S58). Upon receiving this command, the peripheral device interface 105 transmits an optical element selection signal corresponding to the pupil enlarging element 70 or the translucent unit 80 selected in step S57 to the optical element disk drive circuit 18.

次にCPU100は、取得したレベル値をEEPROM109の所定アドレスに書き込みを行う(ステップS59)。このEEPROM109に書き込まれたレベル値は、前述のステップS11にて参照され、画像表示装置1の起動時の透光部80又は瞳拡大素子70a,70b,70cを予め設定するのに利用される。本ステップS59を終えるとCPU100は処理をステップS14へ移す。   Next, the CPU 100 writes the acquired level value at a predetermined address in the EEPROM 109 (step S59). The level value written in the EEPROM 109 is referred to in the above-described step S11, and is used to preset the translucent unit 80 or the pupil enlarging elements 70a, 70b, and 70c when the image display device 1 is activated. When step S59 is completed, the CPU 100 moves the process to step S14.

このように、本実施形態に係る画像表示装置1は、上述してきたフローチャートの処理に従って、動作することとなる。   Thus, the image display apparatus 1 according to the present embodiment operates according to the processing of the flowchart described above.

次に、本実施形態に係る画像表示装置1の変形例について説明する。本変形例に係る画像表示装置120は、前述の画像表示装置1とほぼ同様の構成を有しているが、光学素子円盤駆動回路18や駆動軸78を備えずに、観察者Pにより光学素子円盤26を手動で動かせるようにしている点で構成を異にしている。なお、以下の説明において、前述の画像表示装置1と同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。また、図19(a)において画像表示装置120は、腰部ユニット7の記載を省略し、頭部装着具9と伝送ケーブル5のみを示している。   Next, a modification of the image display device 1 according to the present embodiment will be described. The image display device 120 according to the present modification has substantially the same configuration as that of the image display device 1 described above. The configuration is different in that the disk 26 can be moved manually. In the following description, the same components as those of the image display device 1 described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In FIG. 19A, the image display device 120 omits the description of the waist unit 7 and shows only the head-mounted device 9 and the transmission cable 5.

具体的には、前述した画像表示装置1では、射出瞳決定部にていずれの瞳拡大素子70a,70b,70cや透光部80を光路上に配置するかを決定すると、光学素子円盤駆動回路18により光学素子円盤26を自動的に動かすこととしていたが、本変形例に係る画像表示装置120では、観察者Pに決定した射出瞳の実効径又は形状に対応する光学素子を報知して、手動で所定の瞳拡大素子70a,70b,70cや透光部80を光路上に配置させるようにしている。   Specifically, in the image display device 1 described above, when the exit pupil determining unit determines which pupil enlarging elements 70a, 70b, 70c and the light transmitting unit 80 are arranged on the optical path, the optical element disk drive circuit 18, the optical element disk 26 is automatically moved. However, in the image display device 120 according to this modification, the observer P is notified of the optical element corresponding to the effective diameter or shape of the exit pupil, The predetermined pupil enlarging elements 70a, 70b, and 70c and the translucent part 80 are manually arranged on the optical path.

まず、図19(a)及び図19(b)に示すように、画像表示ユニット2の上面部分には、射出瞳決定部にていずれの瞳拡大素子70a,70b,70cや透光部80が決定されたかを観察者Pに対して報知するための発光報知部121が備えられている。   First, as shown in FIGS. 19A and 19B, any of the pupil enlarging elements 70 a, 70 b, 70 c and the translucent unit 80 are provided on the upper surface portion of the image display unit 2 by the exit pupil determining unit. A light emission notification unit 121 for notifying the observer P of whether the determination has been made is provided.

この発光報知部121は、前述の表示制御部10に電気的に接続されている。そして、表示制御部10は、図19(c)に示すテーブルに示すように、射出瞳決定部にて決定された瞳拡大素子に対応する発光報知部121のランプを点灯させる。   The light emission notification unit 121 is electrically connected to the display control unit 10 described above. Then, as shown in the table shown in FIG. 19C, the display control unit 10 turns on the lamp of the light emission notification unit 121 corresponding to the pupil enlarging element determined by the exit pupil determination unit.

また、画像表示ユニット2の上面部分には、滑り止めが刻設された光学素子円盤26の側面部122の一部を露出させている。そして、観察者Pがこの側面部122を指で回すことにより、光学素子円盤26を回動可能に構成している。   In addition, a part of the side surface portion 122 of the optical element disk 26 in which a slip stopper is engraved is exposed on the upper surface portion of the image display unit 2. And the optical element disk 26 is comprised so that rotation is possible, when the observer P turns this side surface part 122 with a finger | toe.

光学素子円盤26の側面部122には、光路上に配置されている瞳拡大素子70a,70b,70cや透光部80がいずれであるかを示すための突起報知部123が備えられている。この突起報知部123には、光路上に配置される瞳拡大素子70a,70b,70cや透光部80毎にそれぞれ異なった突起文字124が形成されており、指先でこの突起文字124に触れることで、いずれの瞳拡大素子70a,70b,70cや透光部80が光路上に配置されているか分かるようにしている。   The side surface portion 122 of the optical element disk 26 is provided with a protrusion notifying portion 123 for indicating which of the pupil enlarging elements 70a, 70b, 70c and the light transmitting portion 80 arranged on the optical path. In the projection notification unit 123, different projection characters 124 are formed for each of the pupil enlarging elements 70a, 70b, 70c and the light transmitting unit 80 arranged on the optical path, and the projection character 124 is touched with a fingertip. Thus, it can be seen which pupil enlarging elements 70a, 70b, 70c and the translucent part 80 are arranged on the optical path.

すなわち、観察者Pが指先で光学素子円盤26を回動し、図19(b)に示すように、「C」の突起文字123が形成された突起報知部122を頂部位置とすれば、射出瞳決定部にて決定された第1瞳拡大素子が光路上に配置されるよう構成している。   That is, when the observer P rotates the optical element disk 26 with the fingertip, and the protrusion notifying part 122 in which the protrusion character 123 of “C” is formed is set to the top position as shown in FIG. The first pupil enlarging element determined by the pupil determining unit is arranged on the optical path.

また、前述のフローチャートの説明において、ステップS36、ステップS47、ステップS58では、周辺機器用インターフェース105に対し、光学素子円盤26を回動させるよう命令することとしたが、これに替えて、決定された瞳拡大素子に対応する発光報知部121のランプを点灯させる処理を実行する。このとき、同時に、画像光Lbを用いて観察者Pに「光学素子円盤を『C』に合わせてください。」等のメッセージを表示するようにしても良い。   In the description of the flowchart described above, in steps S36, S47, and S58, the peripheral device interface 105 is instructed to rotate the optical element disk 26, but instead, it is determined. The process of lighting the lamp of the light emission notification unit 121 corresponding to the pupil enlarging element is executed. At the same time, a message such as “Move the optical disk to“ C ”” may be displayed to the observer P using the image light Lb.

このような構成を備える画像表示装置120によれば、観察者Pは、いずれの瞳拡大素子70を選択すれば良いかを知った上で、手動で射出瞳の実効径又は形状を変更することができる。   According to the image display device 120 having such a configuration, the observer P manually changes the effective diameter or shape of the exit pupil after knowing which pupil enlargement element 70 should be selected. Can do.

上述してきたように、本実施形態に係る画像表示装置1や変形例に係る画像表示装置120によれば、画像情報に応じた画像光Lbを観察者Pの眼110に投射する投射部8と、投射部8による射出瞳の実効径又は形状を変更する射出瞳変更部17と、観察者Pの瞳孔位置に対する射出瞳の相対位置および姿勢を観察者Pの調整操作に応じて変位させる連結部3(位置変更部)と、観察者Pによる連結部3の調整操作の習熟度を判定する習熟度判定部(表示制御部10)と、習熟度判定部によって判定した習熟度に応じて、射出瞳変更部によって変更する射出瞳の実効径又は形状を決定する射出瞳決定部とを備えたため、瞳拡大機能を備えつつも、射出瞳に瞳孔位置を合わせやすい観察者Pに対してピント調整の手間を低減させることができる   As described above, according to the image display device 1 according to the present embodiment and the image display device 120 according to the modification, the projection unit 8 that projects the image light Lb according to the image information onto the eye 110 of the observer P, and , An exit pupil changing unit 17 that changes the effective diameter or shape of the exit pupil by the projection unit 8, and a connecting unit that displaces the relative position and posture of the exit pupil with respect to the pupil position of the observer P according to the adjustment operation of the observer P 3 (position changing unit), a proficiency level determining unit (display control unit 10) that determines the proficiency level of the adjusting operation of the connecting unit 3 by the observer P, and injection according to the proficiency level determined by the proficiency level determining unit And an exit pupil determination unit that determines the effective diameter or shape of the exit pupil to be changed by the pupil change unit, so that it is possible to adjust the focus with respect to the observer P who easily adjusts the pupil position to the exit pupil while having a pupil enlargement function. Can save time and effort

また、表示制御部10(習熟度判定部)は、調整操作に要した時間に基づき、習熟度を判定することとしたため、比較的安価な構成で観察者Pの習熟度を決定することができる。   Further, since the display control unit 10 (skill level determination unit) determines the level of skill based on the time required for the adjustment operation, the skill level of the observer P can be determined with a relatively inexpensive configuration. .

また、表示制御部10(習熟度判定部)は、調整操作による変位の遷移又は総変位量に基づき、習熟度を判定することとしたため、比較的正確に観察者Pの習熟度を決定することができる。例えば、本実施形態に係る画像表示装置1のように、画像表示ユニット2の調整操作による変位の遷移過程において、規定値を超える加速度が検出された回数に基づいて習熟度を判定したり、図18を用いて説明したごとく、画像表示ユニット2の総変位量に基づいて習熟度を判定することで、観察者Pの習熟度を比較的正確に決定できる。   Further, since the display control unit 10 (skill level determination unit) determines the level of skill based on the displacement transition or the total displacement amount due to the adjustment operation, the skill level of the observer P is determined relatively accurately. Can do. For example, as in the image display device 1 according to the present embodiment, the proficiency level is determined based on the number of times acceleration exceeding a specified value is detected in the transition process of the displacement by the adjustment operation of the image display unit 2, As described with reference to FIG. 18, the proficiency level of the observer P can be determined relatively accurately by determining the proficiency level based on the total displacement amount of the image display unit 2.

また、表示制御部10(習熟度判定部)は、観察者Pによる位置変更部の調整操作後における、観察者Pの瞳孔位置に対する射出瞳の位置の偏差に基づき、習熟度を判定することとしたため、比較的正確に観察者Pの習熟度を決定することができる。例えば、本実施形態に係る画像表示装置1のように、瞳孔110aと画像光Lb(射出瞳)とのオーバーラップ面積比率が大きいほど、観察者Pの瞳孔位置に対する前記射出瞳の位置の偏差が小さいものとし、逆に、オーバーラップ面積比率が小さいほど、偏差が大きいものとして、観察者Pの習熟度を判定することで、観察者Pの習熟度を比較的正確に決定できる。   Further, the display control unit 10 (skill level determination unit) determines the level of skill based on the deviation of the position of the exit pupil from the pupil position of the viewer P after the adjustment operation of the position changing unit by the viewer P. Therefore, the proficiency level of the observer P can be determined relatively accurately. For example, as in the image display device 1 according to the present embodiment, the larger the overlap area ratio between the pupil 110a and the image light Lb (exit pupil), the more the deviation of the position of the exit pupil from the pupil position of the observer P is. On the contrary, the proficiency level of the observer P can be determined relatively accurately by determining the proficiency level of the observer P assuming that the smaller the overlap area ratio is, the larger the deviation is.

また、射出瞳変更部17は、投射部8による射出瞳の実効径又は形状を変更する光学素子を観察者Pの操作により交換自在に配置し、射出瞳決定部は、決定した射出瞳の実効径又は形状に対応する射出瞳変更部17の瞳拡大素子70(光学素子)を観察者Pに報知することとしても良い。このような構成によれば、観察者Pは、いずれの瞳拡大素子70を選択すれば良いかを知った上で、射出瞳の実効径又は形状を変更することができる。   Further, the exit pupil changing unit 17 arranges optical elements that change the effective diameter or shape of the exit pupil by the projection unit 8 in an interchangeable manner by the operation of the observer P, and the exit pupil determining unit performs the effective of the determined exit pupil. The pupil enlargement element 70 (optical element) of the exit pupil changing unit 17 corresponding to the diameter or shape may be notified to the observer P. According to such a configuration, the observer P can change the effective diameter or shape of the exit pupil after knowing which pupil enlargement element 70 should be selected.

また、射出瞳変更部17は、複数の異なる光学特性を有する瞳拡大素子70(光学素子)を切り替えて、投射部8による射出瞳の実効径又は形状を変更する変更機構を備えることとしても良い。このような構成によれば、観察者Pにより射出瞳の実効径又は形状を、さらに容易に変更することができる。   Further, the exit pupil changing unit 17 may include a changing mechanism that changes the effective diameter or shape of the exit pupil by the projection unit 8 by switching a plurality of pupil enlarging elements 70 (optical elements) having different optical characteristics. . According to such a configuration, the effective diameter or shape of the exit pupil can be more easily changed by the observer P.

また、瞳拡大素子70は、回折格子であることとしたため、所望の次数の光を容易に生成することができる。   In addition, since the pupil enlarging element 70 is a diffraction grating, it can easily generate light of a desired order.

また、瞳拡大素子70は、入射する光を散乱させる散乱面を備えた光学素子であることとしたため、拡大したい射出瞳全域に亘って光を連続的に散乱させることができる。   Further, since the pupil enlarging element 70 is an optical element having a scattering surface that scatters incident light, it can scatter light continuously over the entire exit pupil to be enlarged.

また、射出瞳の実効径又は形状に応じて、投射部8から投射される画像光Lbの強度を変更することとしたため、観察者Pが視認する画像の明るさが射出瞳の実効径又は形状に応じて大きく変動することを抑制できる。例えば、射出瞳の実効径を変更した場合、単位面積当たりの画像光Lbの強度が低くなり、同じ面積の画像光Lbが瞳孔110aに入射した場合に、射出瞳の実効径が大きいものほど観察者Pが視認する画像の明るさが低くなる。そこで、射出瞳の実効径が大きくなるほど、画像光Lbの強度を高くする。同様に、射出瞳の形状を例えば正方形状から長方形状に変更した場合、瞳孔110aに入射する面積が小さくなり、観察者Pが視認する画像の明るさが低くなる。そこで、射出瞳の形状が瞳孔110aに画像光Lbが入射する割合が低くなる形状であるほど、画像光Lbの強度を高くする。   Further, since the intensity of the image light Lb projected from the projection unit 8 is changed according to the effective diameter or shape of the exit pupil, the brightness of the image visually recognized by the observer P is the effective diameter or shape of the exit pupil. It can suppress that it fluctuates greatly according to. For example, when the effective diameter of the exit pupil is changed, the intensity of the image light Lb per unit area decreases, and when the image light Lb of the same area enters the pupil 110a, the larger the effective diameter of the exit pupil is observed The brightness of the image visually recognized by the person P is lowered. Therefore, the intensity of the image light Lb is increased as the effective diameter of the exit pupil is increased. Similarly, when the shape of the exit pupil is changed from a square shape to a rectangular shape, for example, the area incident on the pupil 110a is reduced, and the brightness of the image visually recognized by the observer P is reduced. Therefore, the intensity of the image light Lb is increased as the shape of the exit pupil is such that the rate at which the image light Lb is incident on the pupil 110a decreases.

また、画像光Lbの光路上に減光フィルタを配置することにより、投射部8から投射する画像光Lbの強度を変更することとしたため、投射部8から投射される画像光Lbの強度を変更した場合と同様に、観察者Pが視認する画像の明るさが射出瞳の実効径又は形状に応じて大きく変動することを抑制できる。なお、射出瞳の実効径又は形状に応じて投射部8から投射される画像光Lbの強度を変更する必要がないため、制御処理が複雑にならずに済むという利点がある。   Further, since the intensity of the image light Lb projected from the projection unit 8 is changed by arranging a neutral density filter on the optical path of the image light Lb, the intensity of the image light Lb projected from the projection unit 8 is changed. Similarly to the case, the brightness of the image visually recognized by the observer P can be suppressed from greatly changing according to the effective diameter or shape of the exit pupil. In addition, since it is not necessary to change the intensity | strength of the image light Lb projected from the projection part 8 according to the effective diameter or shape of an exit pupil, there exists an advantage that a control process does not need to become complicated.

最後に、上述した各実施の形態の説明は本発明の一例であり、本発明は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。   Finally, the description of each embodiment described above is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment. For this reason, it is a matter of course that various modifications can be made in accordance with the design and the like as long as they do not depart from the technical idea according to the present invention other than the embodiments described above.

本実施形態に係る画像表示装置1は、投射部8を備えた画像表示ユニット2と画像光生成部11を備える腰部ユニット7とを別体に設け、それぞれを伝送ケーブル5にて接続する構成としたが、これに限定されるものではなく、画像表示ユニット2と腰部ユニット7とを一体として構成しても良いのは言うまでもない。   The image display apparatus 1 according to the present embodiment includes a configuration in which the image display unit 2 including the projection unit 8 and the waist unit 7 including the image light generation unit 11 are provided separately, and each is connected by the transmission cable 5. However, the present invention is not limited to this, and it goes without saying that the image display unit 2 and the waist unit 7 may be configured integrally.

また、本実施形態に係る画像表示装置1において第1〜第4のモードとして記載したそれぞれ異なる習熟度判定部を必ずしも全て備える必要はなく、いずれか1つ以上の習熟度判定部を備えるようにしても良い。   Further, the image display device 1 according to the present embodiment does not necessarily include all the different skill level determination units described as the first to fourth modes, and includes any one or more skill level determination units. May be.

また、本実施形態に係る画像表示装置1の第3モードでは、オーバーラップ面積比率の大小で偏差を求めることとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、撮像データから瞳孔110aの中心位置と、図3を用いて説明したLbx(0)y(0)の中心とを比較して偏差を求め、習熟度を判定するよう構成しても良い。このような構成とすることにより、射出瞳の実効径の大小にかかわらず、観察者Pが熟練するにつれ、Lbx(0)y(0)をうまく瞳孔110aに位置させることができるようになり、最終的には、瞳拡大なしでも画像を視認させることができるよう導くことができる。   Further, in the third mode of the image display device 1 according to the present embodiment, the deviation is determined based on the size of the overlap area ratio, but the present invention is not limited to this. For example, the center of the pupil 110a is determined from the imaging data. The position may be compared with the center of Lbx (0) y (0) described with reference to FIG. 3 to obtain a deviation, and the proficiency level may be determined. With such a configuration, Lbx (0) y (0) can be positioned in the pupil 110a well as the observer P becomes skilled regardless of the effective diameter of the exit pupil. Eventually, it is possible to guide the image so that the image can be viewed without pupil enlargement.

1 画像表示装置
2 画像表示ユニット
3 連結部
8 投射部
10 表示制御部
16 CCDカメラ
17 射出瞳変更部
19 加速度センサ
26 光学素子円盤
50 走査部
51a レンズ
51b 接眼レンズ
70 瞳拡大素子
71 第1回折部
72 第2回折部
79 減光フィルタ
107 計時回路
110 眼
110a 瞳孔
Lb 画像光
P 観察者
S 画像信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image display apparatus 2 Image display unit 3 Connection part 8 Projection part 10 Display control part 16 CCD camera 17 Exit pupil change part 19 Acceleration sensor 26 Optical element disk 50 Scan part 51a Lens 51b Eyepiece 70 Pupil expansion element 71 1st diffraction part 72 Second diffractive section 79 Neutralizing filter 107 Timing circuit 110 Eye 110a Pupil Lb Image light P Observer S Image signal

Claims (10)

画像情報に応じた画像光を観察者の眼に投射する投射部と、
前記投射部による射出瞳の実効径又は形状を変更する射出瞳変更部と、
前記観察者の瞳孔位置に対する前記射出瞳の相対位置および姿勢を前記観察者の調整操作に応じて変位させる位置変更部と、
前記観察者による前記位置変更部の調整操作の習熟度を判定する習熟度判定部と、
前記習熟度判定部によって判定した習熟度に応じて、前記射出瞳変更部によって変更する射出瞳の実効径又は形状を決定する射出瞳決定部と、を備えたことを特徴とする画像表示装置。
A projection unit that projects image light according to image information onto the eyes of the observer;
An exit pupil changing unit that changes the effective diameter or shape of the exit pupil by the projection unit;
A position changing unit for displacing the relative position and posture of the exit pupil with respect to the pupil position of the observer according to the adjustment operation of the observer;
A proficiency level determination unit for determining a proficiency level of the adjustment operation of the position changing unit by the observer;
An image display apparatus comprising: an exit pupil determining unit that determines an effective diameter or shape of an exit pupil to be changed by the exit pupil changing unit in accordance with the proficiency level determined by the proficiency level determining unit.
前記習熟度判定部は、前記調整操作に要した時間に基づき、前記習熟度を判定することを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。   The image display device according to claim 1, wherein the proficiency level determination unit determines the proficiency level based on a time required for the adjustment operation. 前記習熟度判定部は、前記調整操作による変位の遷移又は総変位量に基づき、前記習熟度を判定することを特徴とする請求項1又は2に記載の画像表示装置。   The image display device according to claim 1, wherein the proficiency level determination unit determines the proficiency level based on a displacement transition or a total displacement amount due to the adjustment operation. 前記習熟度判定部は、前記観察者による前記位置変更部の調整操作後における、前記観察者の瞳孔位置に対する前記射出瞳の位置の偏差に基づき、前記習熟度を判定することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像表示装置。   The proficiency level determination unit determines the proficiency level based on a deviation of the position of the exit pupil with respect to the pupil position of the viewer after the observer performs an adjustment operation on the position changing unit. Item 4. The image display device according to any one of Items 1 to 3. 前記射出瞳変更部は、前記投射部による射出瞳の実効径又は形状を変更する光学素子を前記観察者の操作により交換自在に配置し、
前記射出瞳決定部は、前記決定した射出瞳の実効径又は形状に対応する前記射出瞳変更部の光学素子を前記観察者に報知することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の画像表示装置。
The exit pupil changing unit arranges an optical element that changes the effective diameter or shape of the exit pupil by the projection unit so as to be exchangeable by the operation of the observer,
The said exit pupil determination part notifies the optical element of the said exit pupil change part corresponding to the effective diameter or shape of the determined exit pupil to the said observer, The any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. The image display device described in 1.
前記射出瞳変更部は、複数の異なる光学特性を有する光学素子を切り替えて、前記投射部による射出瞳の実効径又は形状を変更する変更機構を備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の画像表示装置。   The exit pupil change unit includes a change mechanism that changes an effective diameter or a shape of an exit pupil by the projection unit by switching optical elements having a plurality of different optical characteristics. The image display device according to any one of the above. 前記光学素子は、回折格子であることを特徴とする請求項5又は6に記載の画像表示装置。   The image display device according to claim 5, wherein the optical element is a diffraction grating. 前記光学素子は、入射する光を散乱させる散乱面を備えた光学素子であることを特徴とする請求項5又は6に記載の画像表示装置。   The image display device according to claim 5, wherein the optical element is an optical element having a scattering surface that scatters incident light. 前記射出瞳の実効径又は形状に応じて、前記投射部から投射される画像光の強度を変更することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の画像表示装置。   The image display apparatus according to claim 1, wherein the intensity of image light projected from the projection unit is changed according to an effective diameter or shape of the exit pupil. 前記画像光の光路上に減光フィルタを配置することにより、前記投射部から投射する画像光の強度を変更することを特徴とする請求項9に記載の画像表示装置。   The image display device according to claim 9, wherein the intensity of the image light projected from the projection unit is changed by disposing a neutral density filter on the optical path of the image light.
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