(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を表示するための小型表示素子と、
前記小型表示素子に表示された画像を拡大するための光学素子と、
自装置における所定の箇所と、自装置を使用する観察者の所定の身体部位との間の位置的な関係を求めるための計測手段と、
前記計測手段により求められた前記位置的な関係に基づいて画像の表示方法を制御するための制御手段とを備え、
前記計測手段は、前記観察者が接眼状態にあるか非接眼状態にあるかを判定するための手段を含み、
前記制御手段は、接眼状態にあると判定された場合には、前記小型表示素子全体にわたって表示対象の画像全体を表示し、非接眼状態にあると判定された場合には、前記小型表示素子の所定の領域に表示対象の画像の特定の部分を表示することを特徴とする小型ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記計測手段は、自装置における所定の位置を基準としたときの、前記観察者の顔部または瞳の空間位置を求めるための手段を含み、
前記制御手段は、非接眼状態にあると判定された場合には、前記小型表示素子における前記観察者の顔部または瞳の空間位置に対応する部分領域に所定の画像を表示させるように制御することを特徴とする請求項１に記載の小型ディスプレイ装置。
【請求項３】
前記所定の画像は、表示対象となる画像のうちの特定の部分であることを特徴とする請求項２に記載の小型ディスプレイ装置。
【請求項４】
前記計測手段は、自装置における所定の位置を基準としたときの、前記観察者の顔部までの距離を求めるための手段と、自装置における空間内の姿勢または傾きを求めるための手段とを含み、
前記制御手段は、非接眼状態にあると判定された場合には、前記距離に応じた前記小型表示素子における部分領域に、表示対象となる画像のうちの特定の部分を表示させるように制御するとともに、前記姿勢または傾きに基づいて該表示対象となる画像のうちから表示すべき特定の部分の箇所を変化させることを特徴とする請求項１に記載の小型ディスプレイ装置。
【請求項５】
前記計測手段は、自装置に装備された撮像素子により得られた前記観察者の顔部の画像に対する画像処理により、前記位置的な関係を求めることを特徴とする請求項１に記載の小型ディスプレイ装置。
【請求項６】
前記計測手段は、自装置のみに装備された送受信素子、または自装置と前記観察者に分けて装備された送受信素子にて信号を授受することにより、前記位置的な関係を求めることを特徴とする請求項１に記載の小型ディスプレイ装置。
【請求項７】
接眼状態にあるか非接眼状態にあるかの判定のもととなる測定を行うためのセンサーと、非接眼状態にあるかと判定された場合における画像の表示の制御のもととなる測定を行うためのセンサーとを、別々の装置によって構成することを特徴とする請求項１に記載の小型ディスプレイ装置。
【請求項８】
接眼状態にあるか非接眼状態にあるかを判定するもととなる測定を行うためのセンサーと、非接眼状態にあるかと判定された場合に画像の表示を制御するもととなる測定を行うためのセンサーとを、同一の装置で兼用することを特徴とする請求項１に記載の小型ディスプレイ装置。
【請求項９】
前記光学素子として、表示画像の拡大率、表示画像の表示方向、または表示画像の拡大率および表示方向が可変であるものを用い、
前記制御手段は、前記前記小型表示素子において画像を表示する領域を制御する代わりにまたは該制御とともに、前記光学素子の表示画像の拡大率と表示方向の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１に記載の小型ディスプレイ装置。
【請求項１０】
画像を表示するための小型表示素子および該小型表示素子に表示された画像を拡大するための光学素子を備えた小型ディスプレイ装置における画像表示制御方法であって、
自装置を使用する観察者が接眼状態にあるか非接眼状態にあるかを判定し、
接眼状態にあると判定された場合には、前記小型表示素子全体にわたって表示対象の画像全体を表示し、非接眼状態にあると判定された場合には、前記小型表示素子の所定の領域に表示対象の画像の特定の部分を表示することを特徴とする画像表示制御方法。
【請求項１１】
画像を表示するための小型表示素子および該小型表示素子に表示された画像を拡大するための光学素子を備えた小型ディスプレイ装置における画像表示制御方法であって、
自装置を使用する観察者が接眼状態にあるか非接眼状態にあるかを判定し、
接眼状態にあると判定された場合には、前記小型表示素子全体にわたって表示対象の画像全体を表示し、非接眼状態にあると判定された場合には、自装置における所定の位置を基準としたときの、前記観察者の顔部または瞳の空間位置を求め、前記小型表示素子における前記観察者の顔部または瞳の空間位置に対応する部分領域に表示対象の画像の特定の部分を表示することを特徴とする小型ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像を表示するための小型ディスプレイ装置及び画像表示制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の小型ディスプレイ装置としては、ヘッドマウンティドディスプレイ（以下、ＨＭＤと記す）やフェイスマウントディスプレイ（以下、ＦＭＤと記す）が知られている。これらは、液晶や発光ダイオード（ＬＥＤ）等の高精細表示素子をディスプレイ使用者の眼前に配置し、その素子上に表示される微小精細画像を非球面レンズや非球面プリズムによって拡大する。従って、ディスプレイ装置を観察者に固定装着する必要はあるものの、小型の装置ながら大きな精細画像を表示させることができる。また、同様に観察者の眼とビームスプリッタを挟んで必ず共役な位置に小型プロジェクタを配置し、再帰性反射スクリーンを介して像を見るディスプレイとして、ヘッドマウンティドプロジェクタ（以下、ＨＭＰと記す）が知られている。
【０００３】
一方、携帯電話や携帯型コンピュータにも液晶や有機エレクトロルミネッセンスデバイス（有機ＥＬ）を利用した小型ディスプレイ装置が搭載されているが、これらの表示系は像を拡大するための光学素子を持たないため、像はディスプレイ位置で観察される。ＨＭＤやＦＭＤと違って、ディスプレイ装置を眼前に配置しなくてもフルサイズの像を観察できる。しかし、表示画面サイズが限られるため、自動、手動による様々なスクロール技術が開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した様に、従来の小型ディスプレイ装置のうち、ＨＭＤやＦＭＤ、ＨＭＰで安定して画像を見るためには、使用者の顔面にディスプレイが近接するように装置が頭部に固定装着される必要がある。近年、非球面プリズム等の採用により、ディスプレイの軽量化、小型化は進んでいるが、このような機器の顔面への近接、頭部への装着は、不快なものであり、かつ着脱も不便である。また、観察者の知覚する像の奥行き位置と光学系によって作られる像の奥行き位置、および目の光軸とディスプレイの光軸が合わない状態で長時間像を見つづけると、眼の輻輳・調節機能が自然視と異なった状態となるために、著しい眼の疲労を覚える場合がある。特にＨＭＤ、ＦＭＤ、ＨＭＰでは着脱の不便さから長時間、像を観察する可能性が高いため、この眼の疲労が特に問題となっていた。
【０００５】
一方、携帯電話や携帯型コンピュータのディスプレイでは、観察者は画面を観察する際、装置を頭部に固定装着する必要は無いものの、画面が小さいため、多くの情報を素早く眺めるのに必ずしも適した方法とは言えなかった。また、画像情報を他人から覗き込まれる可能性があり、現在、覗き見防止用指向性フィルターが販売されているほどである。
【０００６】
従って、より多くの情報を素早く眺める場合、あるいは他人から表示情報を覗き込まれたくない場合は、短時間、ディスプレイを接眼状態にして仮想的に大きな高精細画面を眺め、それ以外の時は、非接眼で身体を拘束されることなくディスプレイを観察できるのが理想である。
【０００７】
しかるに、従来の小型ディスプレイでは接眼、非接眼の両方で使うことを想定していない。例えば、ＨＭＤまたはＦＭＤでは、接眼での使用を前提としているため、非接眼状態で観察すると観察者自身やディスプレイの位置や向きの僅かな変化によって見える像が大きく変化してしまう。このような状態で所望の像を見るためには、観察者が常にディスプレイ位置を微妙に動かして像を探さなければならなかった。また、画像を壁面や離れたスクリーンに拡大投射して観察する方法については既に様々な提案がなされているが、ディスプレイから離れたスクリーン上で一旦光を散乱させるためには輝度の高い光源が必要で、装置の小型化が難しかった。
【０００８】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、接眼、非接眼のどちらの状態でも所望の画像を観察可能にする小型ディスプレイ装置及び画像表示方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る小型ディスプレイ装置は、画像を表示するための小型表示素子と、前記小型表示素子に表示された画像を拡大するための光学素子と、自装置における所定の箇所と、自装置を使用する観察者の所定の身体部位との間の位置的な関係を求めるための計測手段と、前記計測手段により求められた前記位置的な関係に基づいて画像の表示方法を制御するための制御手段とを備え、前記計測手段は、前記観察者が接眼状態にあるか非接眼状態にあるかを判定するための手段を含み、前記制御手段は、接眼状態にあると判定された場合には、前記小型表示素子全体にわたって表示対象の画像全体を表示し、非接眼状態にあると判定された場合には、前記小型表示素子の所定の領域に表示対象の画像の特定の部分を表示することを特徴とする。
【００１２】
好ましくは、前記計測手段は、自装置における所定の位置を基準としたときの、前記観察者の顔部または瞳の空間位置を求めるための手段を含み、前記制御手段は、非接眼状態にあると判定された場合には、前記小型表示素子における前記観察者の顔部または瞳の空間位置に対応する部分領域に所定の画像を表示させるように制御するようにしてもよい。
【００１３】
好ましくは、前記計測手段は、自装置における所定の位置を基準としたときの、前記観察者の顔部までの距離を求めるための手段と、自装置における空間内の姿勢または傾きを求めるための手段とを含み、前記制御手段は、非接眼状態にあると判定された場合には、前記距離に応じた前記小型表示素子における部分領域に、表示対象となる画像のうちの特定の部分を表示させるように制御するとともに、前記姿勢または傾きに基づいて該表示対象となる画像のうちから表示すべき特定の部分の箇所を変化させるようにしてもよい。
【００１４】
また、本発明に係る小型ディスプレイ装置は、画像を表示するための小型表示素子と、前記小型表示素子に表示された画像を拡大するための光学素子と、前記光学素子の前面に設けられ、透過状態と半透過状態を切り替え可能な調光シートと、自装置を使用する観察者が接眼状態にあるか非接眼状態にあるかを判定するための判定手段と、前記判定手段による判定結果に基づいて、前記調光シートの透過状態と半透過状態の切り替えの制御を含む、前記小型表示素子への画像の表示方法の制御を行うための制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
好ましくは、前記制御手段は、接眼状態にあると判定された場合には、前記調光シートが透過状態になるように制御するとともに、前記小型表示素子全体にわたって画像全体を表示させるように制御するようにしてもよい。
【００１６】
好ましくは、前記制御手段は、非接眼状態にあると判定された場合には、前記調光シートが半透過状態になるように制御するとともに、前記小型表示素子全体にわたって画像全体を表示させるように制御することによって、前記小型表示素子から前記調光シートに投射された画像が非接眼状態の前記観察者から観察可能になるように制御するようにしてもよい。
【００１７】
なお、装置に係る本発明は方法に係る発明としても成立し、方法に係る本発明は装置に係る発明としても成立する。
【００１８】
本発明では、観察者の頭部または瞳などの位置に応じて表示制御を行うことができる。これによって、例えば、接眼、非接眼を判定し、接眼時には、画像全体を表示素子の全領域に表示し（観察者は仮想的に大きな画面を眺めることができる）、非接眼時には、観察者の頭部または眼とディスプレイとの位置的な関係を把握し、それに応じて表示画面を制御することによって、観察者の頭部が前後などに動いても一定した画像が観察されるように表示することができる。
【００１９】
また、本発明では、透過、半透過を電子的に制御できる調光シートを用いることで、接眼時には、透明シートとして使用し、非接眼時には、スクリーンとして使用できる。
【００２０】
本発明によれば、接眼、非接眼のどちらの状態でも所望の画像を観察可能な小型ディスプレイが実現できる。例えば、より多くの情報を素早く眺める場合あるいは他人から覗き込まれたくない場合は、接眼にして、仮想的に大きな画面を眺め、それ以外の場合は、非接眼にして、直視するような使い方が可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る小型ディスプレイ装置の構成例を示す。
【００２３】
図１において、６は顔面非装着形の小型ディスプレイ装置本体であり、５は観察者である。また、１は小型表示素子、２は光学素子、３は瞳位置センサー、４は情報処置装置、１０は接眼判定センサーである。
【００２４】
小型表示素子１は、微小画像を生成するための素子であり、情報処置装置４から与えられる電気的信号により画像を表示する。小型表示素子１は、例えば、液晶と光源、有機エレクトロルミネッセンスデバイス（有機ＥＬ）、フィールドエミッションデバイス（ＦＥＤ）、または発光ダイオード（ＬＥＤ）等を用いて構成することができる。また、小型表示素子１は、例えば、その画面の対角が２型以下の大きさのものである（２型を越える場合もあり得る）。
【００２５】
光学素子２は、本小型ディスプレイ装置の光学系を形成するもので、小型表示素子１に表示された微小画像を拡大するための素子である。光学素子２は、例えば、レンズ、プリズム、ホログラフィック素子（ＨＯＥ）、液晶素子、もしくはレトロリフレクター等の要素、またはそれらの組み合わせから構成される。また、例えば、複数枚の素子あるいは液晶レンズを用いれば、像をズームアップすることもでき、あるいは例えば、回折光学素子やプリズムを用いれば、像を屈折させて表示することも可能である。
【００２６】
瞳位置センサー３は、小型表示素子１または光学素子２に対する、観察者の瞳または顔面の相対的な位置関係（例えば、小型表示素子１または光学素子２の中心部を原点としたときの、観察者の顔面または一方もしくは両方の瞳の３次元座標値などの空間位置等）を、計測または推測するためのセンサーである。瞳位置センサー３は、撮像素子などの受動素子のみによるもの、送受信器などの能動素子および受動素子によるものなどがある。前者は、例えば、小型ディスプレイ装置本体６側から（１又は複数の）撮像素子により観察者の顔部を撮った画像を処理して、相対的な空間位置を求める形態などである。後者は、例えば、小型ディスプレイ装置本体６に赤外線や超音波などの（１又は複数の）送信装置と（１又は複数の）受信装置の一方を装備しかつ観察者の顔部等に送信装置と受信装置の他方を装着し、それら送受信装置間での信号の授受を利用する形態、あるいは小型ディスプレイ装置本体６に（１又は複数の）送信装置と（１又は複数の）受信装置を装備し、送信装置から送信され観察者の顔部等で反射してきた信号を受信装置で受信するエコー法を利用する形態などである。
【００２７】
接眼判定センサー１０は、観察者が接眼状態で本小型ディスプレイ装置のディスプレイを観察しているか、非接眼状態で観察しているかを判定するためのセンサーである。接眼判定センサー１０は、例えば、赤外線フォトトランジスタ等を用いて構成することができる（例えば、赤外線発光素子と赤外線発受光素子を、観察者が小型ディスプレイ装置に対して接眼状態になっているときに赤外線発光素子から送信された赤外光が観察者の顔部等で反射して赤外線発受光素子に入射するように小型ディスプレイ装置本体６に配置する形態などである）。
【００２８】
情報処置装置４は、瞳位置センサー３および接眼判定センサー１０の出力に基づいて小型表示素子１に表示する画像情報をコントロールすることによって、観測者（５）に観測される画像情報をコントロールする処理を行う。情報処置装置４は、例えば、マイクロコンピュータおよびソフトウェア、あるいは専用の半導体素子等を用いて構成することができる。
【００２９】
なお、観察者に表示する画像は、当該小型ディスプレイ装置内部に蓄積されたデータでもよい。この場合には、例えば、小型ディスプレイ装置は、画像データを蓄積するためのメモリを備えればよい。
また、観察者に表示する画像は、当該小型ディスプレイ装置内部に蓄積されたデータでなくてもよい。この場合には、例えば、小型ディスプレイ装置は、外部から画像データを受信するための装置（例えば、ネットワークアダプタ）を備えればよい。また、外部から受信した、符号化された画像データを表示可能とするために、該符号化された画像データを復号するための装置（例えば、ＭＰＥＧ４デコーダ）を更に備えてもよい。これによって、多様な情報を表示する装置として利用することができる。
また、上記の内部に蓄積された画像データを表示する機能と、外部から受信した画像データを表示する機能の両方を備えるようにしてもよい。
その他にも、種々のバリエーションが可能である。
【００３０】
図２に、本実施形態の小型ディスプレイ装置の情報処理装置４の処理手順の一例を示す。
接眼判定センサー１０の出力に基づいて、接眼の状態か、非接眼の状態かを判定する（ステップＳ１）。
接眼の状態と判定された場合には（ステップＳ２）、接眼モードで画像の表示を行う（ステップＳ３）。接眼モードでは、例えば小型表示素子全体にわたって画像（全体）を表示する。
非接眼の状態と判定された場合には（ステップＳ２）、瞳位置センサー３の出力に基づいて相対的な位置関係を取得し（ステップＳ４）、その位置関係に基づいて、非接眼モードで画像の表示を行う（ステップＳ５）。非接眼モードでは、例えば、小型表示素子の観察者の瞳位置に対応する領域に所望の画像（例えば、画像の一部）を表示する。
【００３１】
図３に、本実施形態の小型ディスプレイ装置の使用例を示す。図３において、（ａ）が接眼時、（ｂ）が非接眼時である。また、５が観察者、６がディスプレイ装置本体、７が表示部（ディスプレイの開口部分）、８，８’が観察可能領域、９が観察可能範囲を示す。
【００３２】
図３の例では、接眼時には全ての領域が観察可能であるのに対し、非接眼時には観察者（５）は８’の実線矩形で示す範囲内のみが観察できる領域となっている（（ａ）では、８の領域と９の範囲が一致しているのに対して、（ｂ）では、８’の領域は９の範囲より狭くなっている）。なお、８’の観察可能領域については、例えば本小型ディスプレイ装置ごとに設定する方法、画像コンテンツに応じて設定する方法、観測者が調整可能とする方法などがある。
【００３３】
さて、本実施形態では、接眼か非接眼かを検出し、図３の（ａ）や（ｂ）に示すように、それらに応じた表示制御を行うとともに、さらに図３（ｂ）に示すような非接眼状況においては、観察者の頭部位置（瞳位置）の変化によらず、観察者が安定して同一の画像を観察できるようにするための仕組みを構築することによって、接眼、非接眼のどちらでも使用可能な小型ディスプレイ装置を実現している。
【００３４】
以下、図４〜図６を参照しながら、本実施形態の小型ディスプレイ装置の仕組み（特に、非接眼時）について説明する。なお、図４〜図６の参照符号のうち図１、図３と同じものは、既に説明したとおりである。
【００３５】
まず、図４に、観察者が小型ディスプレイ装置のディスプレイ部分を非接眼で見ている状況における小型ディスプレイ装置の各素子と観察者の瞳との関係を示す。観察者（５）が右目から眺める小型表示素子１上の像をＢ、左眼から眺める像をＡとすると、観察者がディスプレイから離れている場合、観察者が眺める像Ａ、像Ｂの位置は、それぞれ図４に示すようになる（図４において、８’は観察可能領域に相当し、９は観察可能範囲に相当する）。例えば、このとき像Ａ、像Ｂが小型表示素子１上でオーバーラップせず、それぞれに左右眼の視差分のずれを与えた画像を表示すれば、眼鏡無しでの立体視が可能となるため、奥行きを持つ空間表示も可能となる。また、例えば、このとき像Ａ、像Ｂとして（すなわち左右眼について）全く同じ画像を表示してもよい。一方、図５に示すように、観察者（５）の左右どちらか一方の目（通常は効き目側）のみに像を提示してもよい。
【００３６】
次に、図６を参照しながら、被接眼時の画像表示制御について説明する。非接眼時における、観察可能な像の位置、大きさは、観察者の目とディスプレイとの相対位置によって変化するため、小型ディスプレイ装置本体６側に取り付けた瞳位置センサー３を使って、（好ましくは常時）この位置関係を把握し、その結果に基づいて小型表示素子１上での表示個所を変化させる。簡単のため、目とディスプレイが図６に示すようになっており、小型表示素子１がレンズの射出瞳に比べ十分大きくかつ単純な焦点距離ｆの凸レンズ２を用いた場合を例として挙げると、このとき画像は図６の斜線で示す位置（８’）に見えるように表示すればよく、これに相当する小型表示素子１上での位置は、２０の両端矢印で示した範囲となる。
【００３７】
凸レンズ２の中心を原点として、レンズ光軸方向をｘ軸、ｘ軸に垂直な方向をｙ軸とし、観察者の眼の位置を（ｘ０，ｙ０）、小型表示素子１の位置を−ａ、レンズ２の射出瞳を２ｍとすると、観察者から見える領域は、次の式（１）で示された範囲となる。
【００３８】
【数１】
0003648461.tif 000002
【００３９】
すなわち、式（１）で示された範囲に同じ図形や文字等が表示されるように像の拡大縮小を行えば、観察者からは像が止まって見える。
【００４０】
なお、この例では、説明を簡単にするため、二次元面内で考えたが、三次元に拡張しても同様の方法が適用可能である。
【００４１】
また、上記では、情報処置装置４は、瞳位置センサー３の出力に基づいて小型表示素子１に表示する画像の拡大、縮小を行う例であったが、その代わりに、レンズ２の表示画像の拡大率（あるいは焦点距離）およびまたは表示方向を変化させる構成も可能である。この場合には、光学素子２には、その表示画像の拡大率、表示方向、または拡大率と表示方向の両方が、瞳位置センサー３の出力に応じて可変であるような素子を使用してもよい。
【００４２】
また、上記の小型表示素子１に表示する画像の制御と、レンズ２の制御の両方を併用する構成も可能である。
【００４３】
なお、小型表示素子１の大きさがレンズの射出瞳と同程度かそれより小さい場合には、非接眼時に、観察者とディスプレイとの相対位置によっては、対応する領域が小型表示素子１上に確保できないことがある。このような場合には、図７に示すように、小型表示素子１と凸レンズ２の間に像を屈折させて伝達するための可変プリズム等の光学素子１１を入れ、かつ観察者の瞳位置に対応する画像領域もそれに合わせて変形すればよい。
【００４４】
このように、接眼判定センサー１０の結果に基づいて接眼状態、非接眼状態の判定を行った結果、観察者がディスプレイを非接眼状態で見ていると判定された場合には、画像の所定部分を、観測者が安定して観測できるように、瞳位置センサー３の出力に基づいて制御することができる。
一方、接眼判定センサー１０の結果に基づいて接眼状態、非接眼状態の判定を行った結果、観察者がディスプレイを接眼状態で見ていると判定された場合には、全ての表示領域が観察可能であるため、フルサイズの画像を表示すればよい。
【００４５】
ここで、観察者の眼とディスプレイとの相対位置を求める瞳位置センサーの具体例について述べる。
【００４６】
まず、例えば、瞳位置センサー３として小型ディスプレイ装置本体６にＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ等の撮像素子を装着し、該瞳位置センサー３により取得した観察者の顔画像より、認識処理を用いて観察者の眼の位置を検出する方法がある。この認識処理としては、例えば、カメラや撮像素子等を観察者の方向に向け、カメラや撮像素子等で観察者の顔、さらには眼の位置を認識する方法が知られている（例えば、文献：形状抽出とパターン照合の組合せによる顔特徴点抽出（福井、山口）電気通信学会論文誌Ｖｏｌ．Ｊ８０−Ｄ２  Ｎｏ．８  ｐｐ．２１７０−２１７７など）。この場合、カメラや撮像素子等の光軸とディスプレイの光軸とが一致するように配置すれば、観察者の顔および眼の位置の計算が簡単になる。
【００４７】
また、例えば、図８に示すように、小型ディスプレイ装置本体６に受光素子（例えば、赤外発光素子）３１を装着するとともに、観察者の顔面にはワイヤレスの発光素子（赤外発光素子）３２を装着し（図８は、素子を装備した眼鏡をかけさせる例）、それら受光素子３１と発光素子３２により、ディスプレイに対する眼の位置を推定する方法がある（例えば、赤外光の到達時間を、距離に換算して、推定処理を行う）。なお、この場合において、受信素子を単数、送信素子を単数とする方法、受信素子を複数、送信素子を単数とする方法、受信素子を単数、送信素子を複数とする方法、受信素子を複数、送信素子を複数とする方法がある。素子を複数にすることによって、推定精度を向上させることができる。
【００４８】
なお、図８において、受光素子３１の代わりに、撮像素子を用いることもできる。
【００４９】
また、例えば、図８において、受光素子３１と発光素子３２の対の代わりに、受光素子３１を受信機（例えば、マイクロフォン）、発光素子３２をワイヤレス発信機として、相対位置を認識する方法もある。この場合、ワイヤレス発信機は、例えば、変調させた超音波を発信させるものであてもよい。この方法によっても、ワイヤレス発信機に対する受信機の相対的位置関係を求めることができる。
【００５０】
もちろん、上記において、発光素子や発信器を小型ディスプレイ装置側に装備し、受光素子や受信機を観察者側に装着する方法も可能である。
【００５１】
なお、これまでは、接眼か非接眼かの判定を接眼判定センサー１０の出力に基づいて行う例を示したが、接眼判定センサー１０を備えずに、瞳位置センサー３を接眼か非接眼かの判定に兼用する構成も可能である。
【００５２】
（第２の実施形態）
図９に、本発明の第２の実施形態に係る小型ディスプレイ装置の構成例を示す。
【００５３】
図９に示されるように、本実施形態の小型ディスプレイ装置では、第１の実施形態の小型ディスプレイ装置の瞳位置センサー３の代わりに、傾きセンサー２１および距離センサー２２を備えている。小型表示素子１、光学素子２、情報処置装置４、接眼判定センサー１０は、基本的には、第１の実施形態と同様である。５が観察者、６が顔面非装着形の小型ディスプレイ装置本体を示す点も同様である。以下では、第１の実施形態と相違する部分を中心に説明する。
【００５４】
傾きセンサー２１は、小型表示素子１または光学素子２の空間内の姿勢または傾きを計測するためのセンサーである。傾きセンサー２１としては、例えば、加速度センサー、ジャイロセンサー等を用いることができる。
【００５５】
距離センサー２２は、小型表示素子１または光学素子２と観察者の顔面との間の距離を測定するためのセンサーである。距離センサー２２としては、例えば、超音波を用いたもの、ＬＥＤと撮像素子を用いたもの等を利用できる。また、例えば、撮像素子を用いたもの（画像処理によるもの）も可能である。すなわち、第１の実施形態の瞳位置センサー３と同様の仕組みが利用可能である（第１の実施形態との違いは、距離が取得できればよいので、距離センサー２２の構成や距離センサー２２の出力に基づく処理が簡易で済むことである）。
【００５６】
図１０に、本実施形態の小型ディスプレイ装置の情報処理装置４の処理手順の一例を示す。
接眼判定センサー１０の出力に基づいて、接眼の状態か、非接眼の状態かを判定する（ステップＳ１１）。
接眼の状態と判定された場合には（ステップＳ１２）、接眼モードで画像の表示を行う（ステップＳ１３）。
非接眼の状態と判定された場合には（ステップＳ１２）、距離センサー２２および傾きセンサー２１の出力に基づいて（相対的な位置関係として）距離および傾きを取得し（ステップＳ１４）、それら距離および傾きに基づいて、非接眼モードで画像の表示を行う（ステップＳ１５）。
【００５７】
本実施形態では、観察者はディスプレイを見る場合、ディスプレイと正対しており、また観察者自身が大きく動くことは少ないという一般的性質を利用している。従って、観察者とディスプレイとがある相対的位置関係にあるときを基準にして、観察者とディスプレイとの距離関係およびディスプレイの姿勢から、図１１に示すように（６は小型ディスプレイ装置本体、７は表示部、８’は観察可能領域、９は観察可能範囲を示す）、小型表示素子１上の画像を適宜変化させればよい。このとき、第１の実施形態のように小型表示素子１上の画像表示領域を適宜変化させるだけでなく、ディスプレイ装置本体６を実線矢印のように回転させた場合は、破線矢印のように観察可能領域８’を移動させるようにする。図１１では、左に傾けた場合について例示したが、同様に、小型ディスプレイ装置本体６を右に傾けた場合は観察領域８’を左に、上に傾けた場合は観察領域８’を下に、また、下に傾けた場合は観察領域８’を上に移動等、装置本体を傾ける方向と逆の方向に観察領域を移動させればよい。
【００５８】
もちろん、第１の実施形態と同様、小型表示素子１に表示する画像の制御の代わりに、距離センサー２２および傾きセンサー２１の出力に基づいてレンズ２の制御を行ってもよいし、それら制御の両方を併用する構成も可能である。また、接眼判定センサー１０を備えずに、距離センサー２２を接眼か非接眼かの判定に兼用する構成も可能である。
【００５９】
（第３の実施形態）
図１２に、本発明の小型ディスプレイ装置の第３の実施形態の構成例を示す。
【００６０】
図１２に示されるように、本実施形態の小型ディスプレイ装置では、第１の実施形態の小型ディスプレイ装置の瞳位置センサー３を備えず、一方、調光シート２３を備えている。小型表示素子１、光学素子２、情報処置装置４、接眼判定センサー１０は、基本的には、第１の実施形態と同様である。５が観察者、６が顔面非装着形の小型ディスプレイ装置本体を示す点も同様である。以下では、第１の実施形態と相違する部分を中心に説明する。
【００６１】
調光シート２３は、電気信号により制御することによって、透過状態にしたり、半透過状態にしたりすることができる、切り替え可能なシートである。
【００６２】
本実施形態では、接眼時には、調光シート２３を透過状態にして第１、第２の実施形態と同様に画像の表示を行う。一方、非接眼時には、第１、第２の実施形態とは異なり、調光シート２３を半透明状態にしてスクリーンとし、ここに像を投射する一種の超小型プロジェクタとする。非接眼時にも観察者とディスプレイとの相対的位置関係にかかわらず、接眼時と同じ像が調光シート上に投射される。ただし、光がスクリーンで散乱するため、非接眼で画像を表示するときは、光源の光強度を接眼時より大きくするのが好ましい。
【００６３】
図１３に、本実施形態の小型ディスプレイ装置の情報処理装置４の処理手順の一例を示す。
接眼判定センサー１０の出力に基づいて、接眼の状態か、非接眼の状態かを判定する（ステップＳ２１）。
接眼の状態と判定された場合には（ステップＳ２２）、調光シート２３を透過状態にして、接眼モードで画像の表示を行う（ステップＳ２３）。
非接眼の状態と判定された場合には（ステップＳ２２）、小型表示素子１の輝度を接眼時より増加させ、かつ、調光シート２３を半透過状態にして、非接眼モードで画像の表示を行う（ステップＳ２４）。
【００６４】
なお、接眼判定センサー１０の代わりに、第１の実施形態の瞳位置センサー３や第２の実施形態の距離センサー２２を接眼か非接眼かの判定に使用する構成も可能である。
【００６５】
第１〜第３の実施形態に係る小型ディスプレイ装置は、画像を表示する以外にも所定の目的に応じた機能を備えていてもよい。例えば、小型ディスプレイ装置は、携帯型計算機であってもよいし、携帯電話であってもよい。
【００６６】
なお、以上説明したきた構成部分のうち処理を行う部分に相当する機能は、ソフトウェアとして実現することも可能である。
【００６７】
なお、この発明の実施の形態で例示した構成は一例であって、それ以外の構成を排除する趣旨のものではなく、例示した構成の一部を他のもので置き換えたり、例示した構成の一部を省いたり、例示した構成に別の機能あるいは要素を付加したり、それらを組み合わせたりすることなどによって得られる別の構成も可能である。また、例示した構成と論理的に等価な別の構成、例示した構成と論理的に等価な部分を含む別の構成、例示した構成の要部と論理的に等価な別の構成なども可能である。また、例示した構成と同一もしくは類似の目的を達成する別の構成、例示した構成と同一もしくは類似の効果を奏する別の構成なども可能である。
また、この発明の実施の形態で例示した各種構成部分についての各種バリエーションは、適宜組み合わせて実施することが可能である。
また、この発明の実施の形態は、個別装置としての発明、個別装置を組み込んだシステムとしての発明、個別装置内部の構成部分についての発明、またはそれらに対応する方法の発明等、種々の観点、段階、概念またはカテゴリに係る発明を包含・内在するものである。
従って、この発明の実施の形態に開示した内容からは、例示した構成に限定されることなく発明を抽出することができるものである。
【００６８】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において種々変形して実施することができる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、接眼、非接眼のどちらの状態でも所望の画像を観察可能な小型ディスプレイが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る小型ディスプレイ装置の構成例を示す図
【図２】同実施形態に係る小型ディスプレイ装置の情報処理装置の処理手順の一例を示す図
【図３】同実施形態に係る小型ディスプレイ装置の使用例について説明するための図
【図４】同実施形態に係る小型ディスプレイ上の像と観察者の左右眼の位置関係について説明するための図
【図５】同実施形態に係る小型ディスプレイ装置の像を片目で眺める場合について説明するための図
【図６】同実施形態に係る小型ディスプレイ装置と観察者の眼のレンズ光軸に沿った位置関係について説明するための図
【図７】同実施形態に係る小型ディスプレイ装置における可変プリズム、表示素子、光学素子の位置関係について説明するための図
【図８】同実施形態に係る小型ディスプレイ装置において、観察者にワイヤレス発信機付の眼鏡をかけさせるのと同時に、ディスプレイ側に受信機を配置した瞳位置センサーについて説明するための図
【図９】本発明の第２の実施形態に係る小型ディスプレイ装置の構成例を示す図
【図１０】同実施形態に係る小型ディスプレイ装置の情報処理装置の処理手順の一例を示す図
【図１１】同実施形態に係る小型ディスプレイ装置の使用例について説明するための図
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る小型ディスプレイ装置の構成例を示す図
【図１３】同実施形態に係る小型ディスプレイ装置の情報処理装置の処理手順の一例を示す図
【符号の説明】
１…小型表示素子
２，１１…光学素子
３…瞳位置センサー
４…情報処置装置
５…観察者
６…ディスプレイ本体
１０…接眼判定センサー
２１…傾きセンサー
２２…距離センサー
２３…調光シート
３１…受光素子
３２…発光素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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