(57)【要約】  映像表示装置Ｘ１は、映像表示手段１、自由曲面ミラー２、拡散板３から成っている。映像表示手段１は、バックライト１ａ、透過型のＬＣＤ１ｂから成っており、ＬＣＤ１ｂには映像が表示される。自由曲面ミラー２は、映像が外界視野に重なるように、映像を虚像として観察者眼（光学瞳ＥＰ）にシースルーで投影表示する接眼光学系である。拡散板３は、外界視野のうち表示映像を含む範囲内の空間周波数の高周波数成分を（低周波数成分よりも）より低減する。
2010047212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像を表示する表示素子と、前記映像が外界視野に重なるように、前記映像を虚像として観察者眼にシースルーで投影表示する接眼光学系と、前記接眼光学系の光路外に配置され、外界視野のうち表示映像を含む範囲内の空間周波数の高周波数成分を低周波数成分より低減する拡散部材と、を有することを特徴とする映像表示装置。
【請求項２】
映像を表示する表示素子と、前記映像が外界視野に重なるように、前記映像を虚像として観察者眼にシースルーで投影表示する接眼光学系と、外界視野のうち表示映像を含む第１範囲内が持つ空間周波数分布から外界空間周波数と呼ぶ特定の空間周波数の値を検出する空間周波数検出手段と、前記接眼光学系の光路外に配置され、検出された前記外界空間周波数に応じて、前記第１範囲を含む第２範囲内の外界光の空間周波数の高周波数成分を低周波数成分より低減する空間周波数低減手段と、を有することを特徴とする映像表示装置。
【請求項３】
前記拡散部材は、拡散板あるいは回折素子からなることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
【請求項４】
前記空間周波数低減手段は、高分子分散型の液晶であることを特徴とする請求項２に記載の映像表示装置。
【請求項５】
前記拡散部材が、外界視野のうち視野角で１分に相当する空間周波数よりも低い空間周波数成分を低下させることを特徴とする請求項１又は３に記載の映像表示装置。
【請求項６】
前記空間周波数低減手段が、外界視野のうち視野角で１分に相当する空間周波数よりも低い空間周波数成分を低下させることを特徴とする請求項２又は４に記載の映像表示装置。
【請求項７】
前記拡散部材から光学瞳までの距離が５０ｍｍ以下であり、前記拡散部材の拡散角度が半値幅で０．５度以上１０度以下であることを特徴とする請求項１、３、５のいずれか１項に記載の映像表示装置。
【請求項８】
前記空間周波数低減手段から光学瞳までの距離が５０ｍｍ以下であり、前記空間周波数低減手段の拡散角度が半値幅で０．５度以上１０度以下であることを特徴とする請求項２、４、６のいずれか１項に記載の映像表示装置。
【請求項９】
外界視野の範囲が表示映像の範囲よりも広く、前記拡散部材又は前記空間周波数低減手段が表示映像の範囲と同等の広さの拡散範囲を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の映像表示装置。
【請求項１０】
外界視野の範囲が表示映像の範囲よりも広く、前記拡散部材又は前記空間周波数低減手段が表示映像の範囲よりも広い拡散範囲を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の映像表示装置。
【請求項１１】
前記接眼光学系が、光学的パワーを有する光学素子として、体積位相型のホログラフィック光学素子を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の映像表示装置。
【請求項１２】
前記接眼光学系が、前記表示素子からの映像光を全反射し、かつ、外界光を透過させる透明基板を有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の映像表示装置。
【請求項１３】
更に頭部装着手段を有することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は映像表示装置に関するものであり、例えば、液晶表示素子（ＬＣＤ：ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙ）の２次元映像をホログラフィック光学素子（ＨＯＥ：ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を用いて観察者眼にシースルーで投影表示するＨＭＤ（ｈｅａｄ  ｍｏｕｎｔｅｄ  ｄｉｓｐｌａｙ）、ＨＵＤ（ｈｅａｄ  ｕｐ  ｄｉｓｐｌａｙ）等の映像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
映像を外界に重ねて表示するシースルー型の映像表示装置が、特許文献１で提案されている。その映像表示装置では、外界の像に重ねて映像を表示しながら、外界の色相、輝度、空間周波数を検出し、その結果に基づいて表示映像の表示色や表示位置を調整する構成になっている。そして、その構成によると映像が見やすくなって疲れにくくなる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１０１４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１で提案されている映像表示装置には、表示映像の表示色や表示位置の調整に伴う問題がある。例えば、表示映像の表示色が変更されるため、表示映像の正確な色が分からなくなるという問題がある。また、表示映像の表示位置が変更されるたびに観察方向が変化するため、目が疲れるという問題がある。【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、外界に重ねて表示される映像が見やすく、目が疲れにくいシースルー型の映像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、以下の構成により達成することができる。【０００７】
１．映像を表示する表示素子と、前記映像が外界視野に重なるように、前記映像を虚像として観察者眼にシースルーで投影表示する接眼光学系と、前記接眼光学系の光路外に配置され、外界視野のうち表示映像を含む範囲内の空間周波数の高周波数成分を低周波数成分より低減する拡散部材と、を有することを特徴とする映像表示装置。【０００８】
２．映像を表示する表示素子と、前記映像が外界視野に重なるように、前記映像を虚像として観察者眼にシースルーで投影表示する接眼光学系と、外界視野のうち表示映像を含む第１範囲内が持つ空間周波数分布から外界空間周波数と呼ぶ特定の空間周波数の値を検出する空間周波数検出手段と、前記接眼光学系の光路外に配置され、検出された前記外界の空間周波数に応じて、前記第１範囲を含む第２範囲内の外界光の空間周波数の高周波数成分を低周波数成分より低減する空間周波数低減手段と、を有することを特徴とする映像表示装置。【０００９】
３．前記拡散部材は、拡散板あるいは回折素子からなることを特徴とする前記１に記載の映像表示装置。【００１０】
４．前記空間周波数低減手段は、高分子分散型の液晶であることを特徴とする前記２に記載の映像表示装置。【００１１】
５．前記拡散部材が、外界視野のうち視野角で１分に相当する空間周波数よりも低い空間周波数成分を低下させることを特徴とする前記１又は３に記載の映像表示装置。【００１２】
６．前記空間周波数低減手段が、外界視野のうち視野角で１分に相当する空間周波数よりも低い小さい空間周波数成分を低下させることを特徴とする前記２又は４に記載の映像表示装置。【００１３】
７．前記拡散部材から光学瞳までの距離が５０ｍｍ以下であり、前記拡散部材の拡散角度が半値幅で０．５度以上１０度以下であることを特徴とする前記１、３、５のいずれか１項に記載の映像表示装置。【００１４】
８．前記空間周波数低減手段から光学瞳までの距離が５０ｍｍ以下であり、前記空間周波数低減手段の拡散角度が半値幅で０．５度以上１０度以下であることを特徴とする前記２、４、６のいずれか１項に記載の映像表示装置。【００１５】
９．外界視野の範囲が表示映像の範囲よりも広く、前記拡散部材又は前記空間周波数低減手段が表示映像の範囲と同等の広さの拡散範囲を有することを特徴とする前記１から８のいずれか１項に記載の映像表示装置。【００１６】
１０．外界視野の範囲が表示映像の範囲よりも広く、前記拡散部材又は前記空間周波数低減手段が表示映像の範囲よりも広い拡散範囲を有することを特徴とする前記１から８のいずれか１項に記載の映像表示装置。【００１７】
１１．前記接眼光学系が、光学的パワーを有する光学素子として、体積位相型のホログラフィック光学素子を有することを特徴とする前記１から１０のいずれか１項に記載の映像表示装置。【００１８】
１２．前記接眼光学系が、前記表示素子からの映像光を全反射し、かつ、外界光を透過させる透明基板を有することを特徴とする前記１から１１のいずれか１項に記載の映像表示装置。【００１９】
１３．更に頭部装着手段を有することを特徴とする前記１から１２のいずれか１項に記載の映像表示装置。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、外界視野のうち表示映像を含む範囲内の空間周波数の高周波数成分を低周波数成分より低減する光学素子を有しているため、表示映像に重なる範囲内の外界はボケることになる。外界の高周波数領域がボケるため、表示映像は見やすく、また外界の低周波数領域はボケが小さいので、外界の視認性も良く、シースルー性に与える影響が小さい。しかも、表示映像に重なる範囲内の外界は主として高周波数成分が低減されるのみなので、明るく、表示映像との輝度差が少ないため目が疲れにくいという効果がある。また、外界を暗くしたり遮光したりする場合に比べて、シースルー性に与える影響が小さいので、外界はボケても容易に視認可能である。【００２１】
また、本発明によれば、外界視野のうち表示映像を含む第１範囲内の空間周波数を空間周波数検出手段（例えばカメラ）で検出し、検出された外界空間周波数に応じて、第１範囲を含む第２範囲内の外界光の高周波数成分を空間周波数低減手段（例えば高分子分散型の液晶素子）で低周波数成分より低減する構成になっているため、表示映像に重なる第２範囲内の外界はボケることになる。結果として、表示映像の空間周波数が相対的に高くなるため、表示映像は見やすくなる。しかも、表示映像に重なる第２範囲内の外界は主として高周波数成分が低減されるのみなので、明るく、表示映像との輝度差が少ないため目が疲れにくいという効果がある。また、外界を暗くしたり遮光したりする場合に比べると、シースルー性に与える影響が小さいので、外界はボケても容易に視認可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施の形態の概略光学構成を示す断面図。
【図２】第１の実施の形態で観察される表示映像、外界視野等を示す図。
【図３】第２の実施の形態の概略光学構成を示す断面図。
【図４】第２の実施の形態で観察される視野を示す図。
【図５】第３の実施の形態の概略光学構成を示す断面図。
【図６】第４の実施の形態の概略光学構成を示す断面図。
【図７】第５の実施の形態の概略光学構成を示す断面図。
【図８】第５の実施の形態を示す外観図。
【図９】第６の実施の形態を示す外観図。
【図１０】第７の実施の形態を示す外観図。
【図１１】第７の実施の形態の概略光学構成を示す断面図。
【図１２】第７の実施の形態の構成を示すブロック図。
【図１３】第７の実施の形態で観察される表示映像、外界視野等を示す図。
【図１４】第７の実施の形態で観察される表示映像、外界視野（外界空間周波数が低いとき）等を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る映像表示装置等を、図面を参照しつつ説明する。なお、各実施の形態等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００２４】
〈第１の実施の形態（図１、図２）〉
図１に、第１の実施の形態の映像表示装置Ｘ１を概略光学断面で示す。この映像表示装置Ｘ１は、映像表示手段１、自由曲面ミラー２及び拡散板３を有する構成になっている。映像表示手段１は、バックライト（例えば、ＬＥＤ：ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）１ａと透過型のＬＣＤ１ｂを有しており、ＬＣＤ１ｂはバックライト１ａからの照明光を変調して映像を表示する。映像表示手段１から射出した映像光は、接眼光学系としての自由曲面ミラー２の半透過反射面２ａで反射されて、光学瞳ＥＰから射出する。
【００２５】
自由曲面ミラー２の半透過反射面２ａは、正の光学的パワーを持つ自由曲面形状を有しているので、映像光は観察者の瞳に入射することにより虚像として観察される。また、自由曲面ミラー２の半透過反射面２ａは、入射光を透過光と反射光とに５０％ずつ光量を分割する半透過反射性を有している。したがって、外界光の５０％は自由曲面ミラー２を透過し、表示映像は外界視野に重なるように虚像として観察者眼にシースルーで投影表示されて観察可能となる。
【００２６】
拡散板３は、外界視野のうち表示映像を含む範囲内の空間周波数の高周波数成分を（低周波数成分よりも）より低減する空間周波数低減手段である。この拡散板３は、表面の凹凸で入射光を拡散させて透過させるものであり、この実施の形態では拡散板３の少なくとも一部を拡散面として拡散範囲を構成している。拡散板３としては、例えば、厚さ０．１ｍｍのポリエチレン製の透明フィルム表面に凹凸を設けて拡散角度（平行光を入射させたとき、拡散光の中心輝度の半値となる位置を全角で表したものを、拡散角度と定義する。）を１０度（半値幅）に制御し、それを透明基板上に形成したものが挙げられる。拡散板３への入射光は、透明フィルム表面の凹凸のみで拡散することになるので吸収が少なく、明るい外界を観察することが可能となる。なお、拡散板３としては、透明部材表面の凹凸で光拡散を行うものに限らず、透明な材料中に分散させた拡散材料で光を拡散させるものを用いてもよい。
【００２７】
図２に、映像表示装置Ｘ１により観察される表示映像、外界視野等を示す。図２（Ａ）は表示映像Ｉａを示しており、図２（Ｂ）は外界視野Ｉｂを示している。また、図２（Ｃ）と図２（Ｄ）は、光学瞳ＥＰを通して観察者眼で観察される視野を示している。ただし、図２（Ｃ）は拡散板３が無い場合の視野を比較のために示しており、図２（Ｄ）は拡散板３がある場合の視野を示している。
【００２８】
拡散板３が無い場合には、図２（Ｃ）に示すように、外界視野Ｉｂに表示映像Ｉａがそのまま重畳されて観察される。この場合、外界視野Ｉｂも表示映像Ｉａもクッキリと明確に観察されるため、表示映像Ｉａは外界視野Ｉｂと識別しにくいことが分かる。映像が見にくいため目が疲れやすく、特に、外界視野Ｉｂの空間周波数が高い場合には表示映像Ｉａの視認性が更に悪くなる。従来より、減光手段を用いて外界視野を暗くし表示映像を見やすくした映像表示装置が知られているが、表示映像のみが明るく観察されるようにすると、表示映像とその周囲との輝度差が大きいために目が疲れてしまい、また、シースルー性も低下してしまう。
【００２９】
拡散板３がある場合には、図２（Ｄ）に示すように、表示映像Ｉａを含む拡散範囲３ｄがボケた状態の外界視野Ｉｂに、表示映像Ｉａが重畳されて観察される。この場合、外界視野Ｉｂのうち表示映像Ｉａを含む範囲に相当する部分（すなわち拡散範囲３ｄ）が、拡散板３により高周波数成分が低減されることでボケて空間周波数が低減され、それにより、表示映像Ｉａが外界視野Ｉｂと明確に識別可能となる。しかも、表示映像Ｉａと映像周囲（例えば拡散範囲３ｄの周囲）との輝度差が小さいので、目の疲れを軽減することができる。
【００３０】
上記のように、拡散板３が外界視野Ｉｂのうち表示映像Ｉａを含む範囲３ｄ内の空間周波数の高周波数成分を（低周波数成分よりも）より低減する構成にすると、表示映像Ｉａに重なる範囲内の外界はボケることになる。結果として、表示映像Ｉａの空間周波数が相対的に高くなるため、表示映像Ｉａは見やすくなる。しかも、表示映像Ｉａに重なる範囲内の外界は高周波成分が低減されるのみなので明るく、表示映像Ｉａとの輝度差が少ないため目が疲れにくいという効果が得られる。また、拡散板３により拡散範囲３ｄの全体は均一にボケた状態となるが、高周波成分が主である領域の空間周波数分布は低周波側に移動し、低周波成分が主である領域の空間周波数分布はほとんど変化しない。したがって、外界を暗くしたり遮光したりする場合に比べると、シースルー性に与える影響が小さいので、外界はボケても容易に視認可能である。
【００３１】
拡散板３は、外界視野Ｉｂのうち視野角で１分に相当する空間周波数よりも低い空間周波数成分を低下させることが好ましい。眼の分解能である約１分に相当する空間周波数よりも低い空間周波数成分を外界光から低下させることにより、表示映像Ｉａに重なる範囲内の外界を確実にボケさせることができる。
【００３２】
例えば、眼の分解能である約１分の視野角が映像表示手段１の１画素に相当すると考えると、０．５度は３０画素に相当し、これを見やすくするという観点から０．５度以上１０度以下の拡散角度を想定することができる。また、ＨＭＤ等のように観察者の眼前での使用を想定した場合、その好適な光学配置を考えると、拡散板３から光学瞳ＥＰまでの距離として５０ｍｍ以下を想定することができる。したがって、拡散板３から光学瞳ＥＰまでの距離が５０ｍｍ以下であり、拡散板３の拡散角度が半値幅で０．５度以上１０度以下であることが好ましい。
【００３３】
このように構成すると、表示映像Ｉａに重なる範囲内の外界はボケながらも視認しやすくなる。拡散角度が半値幅で０．５度よりも小さいと、拡散範囲３ｄにおいて外界が拡散しない傾向が強くなるため、外界の高周波数成分により表示映像Ｉａが見にくくなるおそれがある。拡散角度が半値幅で１０度よりも大きいと、低周波数成分までボケて外界が視認しにくくなる。
【００３４】
図２（Ｄ）に示すように、外界視野Ｉｂの範囲が表示映像Ｉａの範囲よりも広く、拡散板３が表示映像Ｉａの範囲と同等の広さの拡散範囲３ｄを有することが好ましい。このように構成すると、表示映像Ｉａと同程度の範囲で外界がボケることになる。したがって、外界視野Ｉｂ中の外界のボケ範囲が狭くなるため、外界が見やすくなって、安全のために明瞭な広い視野を確保することが可能となる。
【００３５】
〈第２の実施の形態（図３、図４）〉
図３に、第２の実施の形態の映像表示装置Ｘ２を概略光学断面で示す。この映像表示装置Ｘ２は、ＥＬ素子（ｅｌｅｃｔｒｏ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）４、平面ハーフミラー５、凹面ハーフミラー６及び拡散板３を有する構成になっており、そのなかでも平面ハーフミラー５と凹面ハーフミラー６は接眼光学系を構成している。自発光型の映像表示素子であるＥＬ素子４から射出した映像光は、平面ハーフミラー５での反射後、凹面ハーフミラー６の選択透過反射面６ａで反射され、平面ハーフミラー５を透過して、光学瞳ＥＰから射出する。つまり平面ハーフミラー５は、ＥＬ素子４からの映像光を凹面ハーフミラー６に向けて反射し、凹面ハーフミラー６で反射された映像光を光学瞳ＥＰに向けて透過させる。
【００３６】
凹面ハーフミラー６の選択透過反射面６ａは正の光学的パワーを有しているので、映像光は観察者の瞳に入射することにより虚像として観察される。また、凹面ハーフミラー６の選択透過反射面６ａは、入射光を透過光と反射光とに光量を分割する選択透過反射性を有している（例えば、偏光選択性を有するものでもよい。）。したがって、外界光は凹面ハーフミラー６と平面ハーフミラー５を順に透過することになり、表示映像は外界視野に重なるように虚像として観察者眼にシースルーで投影表示されて観察可能となる。
【００３７】
拡散板３は、外界視野のうち表示映像を含む範囲内の空間周波数の高周波数成分を（低周波数成分よりも）より低減する空間周波数低減手段である。この拡散板３は、表面の凹凸で入射光を拡散させて透過させるものであり、この実施の形態では拡散板３の少なくとも一部を拡散面として拡散範囲を構成している。拡散板３としては、例えば、厚さ０．１ｍｍのポリエチレン製の透明フィルム表面に凹凸を設けて拡散角度を０．５度（半値幅）に制御し、それを透明基板上に形成したものが挙げられる。拡散板３への入射光は、透明フィルム表面の凹凸のみで拡散することになるので吸収が少なく、明るい外界を観察することが可能となる。なお、拡散板３としては、透明部材表面の凹凸で光拡散を行うものに限らず、透明な材料中に分散させた拡散材料で光を拡散させるものを用いてもよい。
【００３８】
図４に、映像表示装置Ｘ２により観察される視野（表示映像、外界視野等）を示す。図４に示すように、表示映像Ｉａを含む拡散範囲３ｄがボケた状態の外界視野Ｉｂに、表示映像Ｉａが重畳されて観察される。この場合、外界視野Ｉｂのうち表示映像Ｉａを含む広い範囲に相当する部分（すなわち拡散範囲３ｄ）が、拡散板３により高周波数成分が低減されることでボケて空間周波数が低減され、それにより、表示映像Ｉａが外界視野Ｉｂに対してより明確に識別可能となる。しかも、表示映像Ｉａと映像周囲との輝度差が小さいので、目の疲れをより効果的に軽減することができる。
【００３９】
第１の実施の形態と同様（図２（Ｄ））、拡散板３が外界視野Ｉｂのうち表示映像Ｉａを含む範囲３ｄ（図４）内の空間周波数の高周波数成分を（低周波数成分よりも）より低減する構成になっているため、表示映像Ｉａに重なる範囲内の外界はボケることになる。結果として、表示映像Ｉａの空間周波数が相対的に高くなるため、表示映像Ｉａは見やすくなる。しかも、表示映像Ｉａに重なる範囲内の外界は高周波成分が低減されるのみなので明るく、表示映像Ｉａとの輝度差が少ないため目が疲れにくいという効果が得られる。また、拡散板３により拡散範囲３ｄの全体は均一にボケた状態となるが、高周波成分が主である領域の空間周波数分布は低周波側に移動し、低周波成分が主である領域の空間周波数分布はほとんど変化しない。したがって、外界を暗くしたり遮光したりする場合に比べると、シースルー性に与える影響が小さいので、外界はボケても容易に視認可能である。
【００４０】
また、拡散角度０．５度の拡散板３では外界光は殆ど拡散しないので、外界はあまりボケないが、空間周波数の高い外界部分（例えば、細かいものや遠くのもの）はボケる。一方、表示映像Ｉａははっきりと観察できるので、外界と識別されて表示映像Ｉａは見やすい。つまり、明るく外界を視認しながら表示映像Ｉａは見やすくなり、上述したように表示映像Ｉａとその周囲部分との輝度差が小さいので目は疲れにくくなる。
【００４１】
外界が表示映像Ｉａよりも暗い場合には（例えば、映像輝度２００カンデラ、外界輝度１０カンデラ）、表示映像Ｉａとその周囲部分との輝度差が大きくなるので、表示映像Ｉａを暗く設定できるようにすることにより、目が疲れにくくなるようにすることができる。また、外界が映像輝度に比して明るすぎる場合、映像が視認できなくなるが、実験により映像輝度の１０倍程度の外界輝度まで映像を視認できることを確認している。ただし、外界の高周波成分が多いほど、あるいは、観察者が観察する映像の空間周波数分布と外界の空間周波数分布とが近いときに、映像と外界との識別が困難になり視認性が低下する。本実施の形態のように構成すれば、外界の高周波成分の低減により、外界の明るさを必要以上に低くしなくても、あるいは、必要以上に映像を明るくしなくても、映像視認が可能となる。
【００４２】
図４に示すように、外界視野Ｉｂの範囲が表示映像Ｉａの範囲よりも広く、拡散板３が表示映像Ｉａの範囲よりも広い拡散範囲３ｄを有することが好ましい。このように構成すると、表示映像Ｉａより広い範囲で外界がボケることになる。したがって、外界視野Ｉｂ中の外界のボケ範囲が広くなるため、表示映像Ｉａが外界と識別し易くなって、表示映像Ｉａに集中した観察が容易に可能となる。
【００４３】
〈第３の実施の形態（図５）〉
図５に、第３の実施の形態の映像表示装置Ｘ３を概略光学断面で示す。この映像表示装置Ｘ３は、透過型のＬＣＤ１ｂ、第１透明基板７、外界像補正用の第２透明基板８、透明板９及び拡散板３を有する構成になっている。透過型のＬＣＤ１ｂは、前記映像表示装置Ｘ１（図１）と同様、ＬＥＤ等のバックライト（不図示）からの照明光を変調して映像を表示する。ＬＣＤ１ｂから射出した映像光は、接眼光学系としての第１透明基板７の第１面７ａから入射し、第２面７ｂで全反射した後、体積位相型のホログラフィック光学素子が設けられている第３面７ｃで特定波長の映像光が反射され、第２面７ｂを透過して、光学瞳ＥＰから射出する。
【００４４】
第１透明基板７の第１面７ａ、第２面７ｂ、第３面７ｃは、いずれも自由曲面形状を有しているが、必要に応じて平面形状又は球面形状を有する構成にしてよい。第１透明基板７は全体として正の光学的パワーを有しているので、映像光は観察者の瞳に入射することにより虚像として観察される。また、第３面７ｃは、入射光を透過光と反射光とに光量を分割する選択透過反射性を有している。したがって、外界光の一部は第１、第２透明基板７、８を透過し、表示映像は外界視野に重なるように虚像として観察者眼にシースルーで投影表示されて観察可能となる。このとき、外界光が第１透明基板７だけでなく外界像補正用の第２透明基板８も透過するため、観察者は外界を歪み無く見ることができる。また、選択透過反射性を持たせるために第２面７ｂに体積位相型のホログラフィック光学素子を用いているため、外界光の透過率が高く、外界が明るく見やすいという効果がある。更に、第２面７ｂでの反射を全反射としているため、外界を見る際には透過率を特に落とすことなく、明るい外界の観察が可能である。
【００４５】
拡散板３は、外界視野のうち表示映像を含む範囲内の空間周波数の高周波数成分を（低周波数成分よりも）より低減する空間周波数低減手段であり、透明板９に支持されている。この拡散板３は、表面の凹凸で入射光を拡散させて透過させるものであり、この実施の形態では拡散板３の少なくとも一部を拡散面として拡散範囲を構成している。拡散板３としては、例えば、厚さ０．１ｍｍのポリエチレン製の透明フィルム表面に凹凸を設けて拡散角度を１０度（半値幅）に制御したものが挙げられる。拡散板３への入射光は、透明フィルム表面の凹凸のみで拡散することになるので吸収が少なく、明るい外界を観察することが可能となる。なお、拡散板３としては、透明部材表面の凹凸で光拡散を行うものに限らず、透明な材料中に分散させた拡散材料で光を拡散させるものを用いてもよい。
【００４６】
第１の実施の形態等と同様、拡散板３が外界視野Ｉｂのうち表示映像Ｉａを含む範囲３ｄ（図２（Ｄ））内の空間周波数の高周波数成分を（低周波数成分よりも）より低減する構成になっているため、表示映像Ｉａに重なる範囲内の外界はボケることになる。結果として、表示映像Ｉａの空間周波数が相対的に高くなるため、表示映像Ｉａは見やすくなる。しかも、表示映像Ｉａに重なる範囲内の外界は高周波数成分が低減されるのみなので明るく、表示映像Ｉａとの輝度差が少ないため目が疲れにくいという効果が得られる。また、拡散板３により拡散範囲３ｄの全体は均一にボケた状態となるが、高周波成分が主である領域の空間周波数分布は低周波側に移動し、低周波成分が主である領域の空間周波数分布はほとんど変化しない。したがって、外界を暗くしたり遮光したりする場合に比べると、シースルー性に与える影響が小さいので、外界はボケても容易に視認可能である。
【００４７】
また、拡散角度１０度により外界が大きくボケることになるため表示映像Ｉａは見やすいが、低い空間周波数の状況（人の動き等）は認識することができる程度であるため、外界光の拡散角度としては大きいとは言えない。したがって、明るい外界の視認が可能となる。なお、拡散板３と一体の透明板９を視界から退避可能にして、周囲状況が危険なときには退避させて外界を明確に見る構成にすれば、安全性を確保することが可能である。
【００４８】
〈第４の実施の形態（図６）〉
図６に、第４の実施の形態の映像表示装置Ｘ４を概略光学断面で示す。この映像表示装置Ｘ４は、映像表示手段１０、透明基板１１、体積位相型のホログラフィック光学素子１１ａ及び拡散板３を有する構成になっている。映像表示手段１０は、ＬＥＤ１０ａ、拡散板１０ｂ、集光レンズ１０ｃ及び透過型のＬＣＤ１０ｄを有している。ＬＥＤ１０ａからの照明光は、拡散板１０ｂで均一な拡散状態となった後、集光レンズ１０ｃで集光される。ＬＣＤ１０ｄは、その照明光を変調して映像を表示する。接眼光学系としてのホログラフィック光学素子１１ａは透明基板１１に支持されており、映像表示手段１０から射出した映像光はホログラフィック光学素子１１ａで回折反射されて光学瞳ＥＰから射出する。
【００４９】
集光レンズ１０ｃは、ＬＥＤ１０ａからの照明光を集光することにより、拡散板１０ｂで拡散された照明光が効率良く光学瞳ＥＰを形成するように配置されている。映像光とコンバイナとの関係から言えば、例えば、波長５５０ｎｍのＬＥＤ１０ａを用い、ホログラフィック光学素子１１ａとして波長５５０ｎｍ±１０ｎｍの光を回折するように作製されたものを用いることが好ましい。ホログラフィック光学素子１１ａは、特定入射角・特定波長の光のみを回折するので、外界光には殆ど影響しない。したがって、外界光は透明基板１１及びホログラフィック光学素子１１ａを透過するため、通常どおりの外界を見ることができる。
【００５０】
ホログラフィック光学素子１１ａは、正の光学的パワーを有しているので、映像光は観察者の瞳に入射することにより虚像として観察される。また、ホログラフィック光学素子１１ａは、入射光を透過光と反射光とに光量を分割する選択透過反射性を有している。したがって、外界光はホログラフィック光学素子１１ａを透過し、表示映像は外界視野に重なるように虚像として観察者眼にシースルーで投影表示されて観察可能となる。
【００５１】
拡散板３は、外界視野のうち表示映像を含む範囲内の空間周波数の高周波数成分を（低周波数成分よりも）より低減する空間周波数低減手段であり、ホログラフィック光学素子１１ａを支持している透明基板１１に対し一体的に形成されている。この拡散板３は、表面の凹凸で入射光を拡散させて透過させるものであり、この実施の形態では拡散板３の少なくとも一部を拡散面として拡散範囲を構成している。拡散板３としては、例えば、厚さ０．１ｍｍのポリエチレン製の透明フィルム表面に凹凸を設けて拡散角度を３度（半値幅）に制御したものが挙げられる。拡散板３への入射光は、透明フィルム表面の凹凸のみで拡散することになるので吸収が少なく、明るい外界を観察することが可能となる。なお、拡散板３としては、透明部材表面の凹凸で光拡散を行うものに限らず、透明な材料中に分散させた拡散材料で光を拡散させるものを用いてもよい。
【００５２】
第１の実施の形態等と同様、拡散板３が外界視野Ｉｂのうち表示映像Ｉａを含む範囲３ｄ（図２（Ｄ））内の空間周波数の高周波数成分を（低周波数成分よりも）より低減する構成になっているため、表示映像Ｉａに重なる範囲内の外界はボケることになる。結果として、表示映像Ｉａの空間周波数が相対的に高くなるため、表示映像Ｉａは見やすくなる。しかも、表示映像Ｉａに重なる範囲内の外界は高周波成分が低減されるのみなので明るく、表示映像Ｉａとの輝度差が少ないため目が疲れにくいという効果が得られる。また、拡散板３により拡散範囲３ｄの全体は均一にボケた状態となるが、高周波成分が主である領域の空間周波数分布は低周波側に移動し、低周波成分が主である領域の空間周波数分布はほとんど変化しない。したがって、外界を暗くしたり遮光したりする場合に比べると、シースルー性に与える影響が小さいので、外界はボケても容易に視認可能である。
【００５３】
また、拡散板３の拡散角度３度は、２ｍ先の人の顔立ちが分かる程度の拡散である。したがって、周囲の状況は十分に視認可能である。しかも、殆ど拡散しないので外界が明るい。つまり、ホログラフィック光学素子１１ａの高透過率と拡散板３の低吸収率により、外界を明るく観察することができる。また、接眼光学系であるホログラフィック光学素子１１ａと一体に拡散板３が形成されているので、界面が少ないという点で更に明るい外界の観察が可能となる。
【００５４】
この第４の実施の形態（図６）や前記第３の実施の形態（図５）のように、光学的パワーを有する光学素子として体積位相型のホログラフィック光学素子１１ａを、接眼光学系に有することが好ましい。このように、体積位相型のホログラフィック光学素子１１ａをコンバイナとして用いると、外界光の透過率が高くなるため、更に明るい外界を見ることが可能となる。
【００５５】
〈第５の実施の形態（図７、図８）〉
図７に、第５の実施の形態の映像表示装置Ｘ５を概略光学断面で示す。この映像表示装置Ｘ５は、映像表示手段１４、第１透明基板１２、第２透明基板１３、体積位相型のホログラフィック光学素子１２ｄ及び拡散板３を有する構成になっている。映像表示手段１４は、ＬＥＤ１４ａ、拡散板１４ｂ、シリンダーレンズ１４ｃ及び透過型のＬＣＤ１４ｄを有している。ＬＥＤ１４ａからの照明光は、一方向拡散板である拡散板１４ｂで一方向に均一な拡散状態となった後、シリンダーレンズ１４ｃで一方向に集光される。ＬＣＤ１４ｄは、その照明光を変調して映像を表示する。
【００５６】
シリンダーレンズ１４ｃはＬＥＤ１４ａからの照明光を一方向に集光し、拡散板１４ｂはシリンダーレンズ１４ｃでの集光方向には殆ど拡散しない方向に拡散させる。その際、拡散板１４ｂは、シリンダーレンズ１４ｃにより集光されたＬＥＤ１４ａからの照明光を、図７に示すように、紙面に対して垂直な方向には３０度拡散させ、紙面に対して平行な方向には０．５度拡散させる。また、シリンダーレンズ１４ｃは、ＬＥＤ１４ａからの照明光を一方向に集光することにより、拡散板１４ｂで拡散された照明光が効率良く光学瞳ＥＰを形成するように配置されている。
【００５７】
接眼光学系としてのホログラフィック光学素子１２ｄは、第１、第２透明基板１２、１３間に挟まれるようにして、第１透明基板１２に支持されている。映像表示手段１４から射出した映像光は、第１透明基板１２に第１面１２ａから入射し、第２面１２ｂと第３面１２ｃで全反射した後、ホログラフィック光学素子１２ｄで回折反射されて光学瞳ＥＰから射出する。
【００５８】
映像光とコンバイナとの関係から言えば、例えば、中心波長が４６５ｎｍ、５２０ｎｍ、６３５ｎｍのＲＧＢ一体のＬＥＤ１４ａ（例えば、日亜化学製）を用い、ホログラフィック光学素子１２ｄとして波長４６５ｎｍ±１０ｎｍ、波長５２０ｎｍ±１０ｎｍ、波長６３５ｎｍ±１０ｎｍの映像光を回折するように作製されたものを用いることが好ましい。ホログラフィック光学素子１２ｄは、特定入射角・特定波長の光のみを回折するので、外界光には殆ど影響しない。したがって、外界光は第１、第２透明基板１２、１３及びホログラフィック光学素子１２ｄを透過するため、通常どおりの外界を見ることができる。
【００５９】
ホログラフィック光学素子１２ｄは、正の光学的パワーを有しているので、映像光は観察者の瞳に入射することにより虚像として観察される。また、ホログラフィック光学素子１２ｄは、入射光を透過光と反射光とに光量を分割する選択透過反射性を有している。したがって、外界光はホログラフィック光学素子１２ｄを透過し、表示映像は外界視野に重なるように虚像として観察者眼にシースルーで投影表示されて観察可能となる。また、第２透明基板１３は第１透明基板１２のくさび部分での屈折をキャンセルするので、観察者は外界光を歪むことなく見ることができる。
【００６０】
拡散板３は、外界視野のうち表示映像を含む範囲内の空間周波数の高周波数成分を（低周波数成分よりも）より低減する空間周波数低減手段である。この拡散板３は、表面の凹凸で入射光を拡散させて透過させるものであり、この実施の形態では拡散板３の少なくとも一部を拡散面として拡散範囲を構成している。拡散板３としては、例えば、厚さ０．１ｍｍのポリエチレン製の透明フィルム表面に凹凸を設けて拡散角度を６度（半値幅）に制御し、それを透明基板上に形成したものが挙げられる。拡散板３への入射光は、透明フィルム表面の凹凸のみで拡散することになるので吸収が少なく、明るい外界を観察することが可能となる。なお、拡散板３としては、透明部材表面の凹凸で光拡散を行うものに限らず、透明な材料中に分散させた拡散材料で光を拡散させるものを用いてもよい。
【００６１】
第１の実施の形態等と同様、拡散板３が外界視野Ｉｂのうち表示映像Ｉａを含む範囲３ｄ（図２（Ｄ））内の空間周波数の高周波数成分を（低周波数成分よりも）より低減する構成になっているため、表示映像Ｉａに重なる範囲内の外界はボケることになる。結果として、表示映像Ｉａの空間周波数が相対的に高くなるため、表示映像Ｉａは見やすくなる。しかも、表示映像Ｉａに重なる範囲内の外界は高周波成分が低減されるのみなので明るく、表示映像Ｉａとの輝度差が少ないため目が疲れにくいという効果が得られる。また、拡散板３により拡散範囲３ｄの全体は均一にボケた状態となるが、高周波成分が主である領域の空間周波数分布は低周波側に移動し、低周波成分が主である領域の空間周波数分布はほとんど変化しない。したがって、外界を暗くしたり遮光したりする場合に比べると、シースルー性に与える影響が小さいので、外界はボケても容易に視認可能である。
【００６２】
拡散板３の拡散角度６度は、距離５ｍ程度先の人影を認識できる程度の拡散である。したがって、周囲の状況は十分に視認可能である。しかも、殆ど拡散しないので外界が明るい。つまり、ホログラフィック光学素子１２ｄの高透過率と拡散板３の低吸収率により、外界を明るく観察することができる。また、体積位相型のホログラフィック光学素子１１ａをコンバイナとして用いることにより外界光の透過率が高くなるため、更に明るい外界を見ることが可能となる。
【００６３】
この実施の形態のように、映像表示手段１４からの映像光を全反射し、かつ、外界光を透過させる第１透明基板１２を、接眼光学系に有することが好ましい。このように全反射により映像を眼に導く構成にすると、外界光の透過率が高くなり、更に明るい外界の観察が可能となる。つまり、第１透明基板１２内での反射を全反射とすることにより、外界光の透過率を落とすことなく、観察者は第１透明基板１２の第２面１２ｂと第３面１２ｃを通して外界を観察することが可能となる。また、映像光を第１透明基板１２内で反射して眼に導く構成とすることにより、通常の眼鏡レンズと同程度にまで第１、第２透明基板１２、１３を薄く（例えば３ｍｍ程度に）構成することができる。したがって、映像表示装置Ｘ５の軽量小型化が可能となる。
【００６４】
図８に、上述した映像表示装置Ｘ５に頭部装着手段を設けて、頭部装着型とした状態を示す。つまり、図８は映像表示装置Ｘ５の第５の実施の形態である眼鏡型ＨＭＤの三面図である。図８において、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図である。図８において、１５はブリッジ、１６Ｒ、１６Ｌは鼻当て、１７Ｒ、１７Ｌはフレーム、１８Ｒ、１８Ｌは観察者頭部への保持部材であるテンプル、１９は信号供給用のケーブルである。
【００６５】
図８に示すように、頭部装着手段は、ブリッジ１５；鼻当て１６Ｒ、１６Ｌ；フレーム１７Ｒ、１７Ｌ；テンプル１８Ｒ、１８Ｌ等で構成されている。第１透明基板１２は、ブリッジ１５及びフレーム１７Ｒで支持されており、ブリッジ１５はフレーム１７Ｌに支持されている。そのブリッジ１５には、拡散板３が取り外し可能（回動可能に取り付けてもよい。）に支持されている。フレーム１７Ｒ、１７Ｌは、ヒンジ部を介してテンプル１８Ｒ、１８Ｌに支持されている。観察者は、鼻当て１６Ｒ、１６Ｌとテンプル１８Ｒ、１８Ｌによって、通常の眼鏡と同様に映像表示装置Ｘ５を眼前に保持することができる。そして、筐体に覆われた映像表示手段１４の映像を虚像として観察しながら、第１、第２透明基板１２、１３を通して外界を見ることができる。このように頭部装着手段を設けると、常に安定した状態で明るい外界から表示映像を識別することが可能になり、また、映像表示装置Ｘ５の軽量小型化が可能となる。
【００６６】
〈第６の実施の形態（図９）〉
図９に、第６の実施の形態の映像表示装置Ｘ６を、上述した映像表示装置Ｘ５と同様に、頭部装着手段を設けて頭部装着型とした状態で示す。つまり、図９は眼鏡型ＨＭＤの形態を有する映像表示装置Ｘ６の三面図であり、図９において、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図である。この映像表示装置Ｘ６は、両眼に映像表示を行う構成になっている他は、映像表示装置Ｘ５（図８）と同様の構成になっている。そして、左右両眼に映像表示を行う構成になっているため、片眼で映像を観察することに起因する観察者の不自然な疲労を軽減することができる。
【００６７】
なお、第１の実施の形態から第６の実施の形態においては、拡散部材として拡散板３を用いたが、これに限るものではなく、拡散部材として例えば回折格子等の回折素子を用いてもよい。
【００６８】
〈第７の実施の形態（図１０〜図１４）〉
第７の実施の形態の映像表示装置Ｘ７は、図７および図８に示した第５の実施の形態の映像表示装置Ｘ５の拡散板３の代わりに高分子分散型の液晶素子３０を用い、更にカメラ２０を付加した眼鏡型ＨＭＤである。従って、映像表示装置Ｘ５と共通の部分については、説明を適宜省略する。
【００６９】
図１０に、第７の実施の形態の映像表示装置Ｘ７に頭部装着手段を設けて、頭部装着型とした状態の外観を示し、図１１に、映像表示装置Ｘ７の要部を概略光学断面で示す。また、図１２に、その構成の要部をブロック図で示す。つまり、図１０は眼鏡型ＨＭＤの形態を有する映像表示装置Ｘ７の三面図であり、図１０において、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図である。図１０に示すように、映像表示装置Ｘ７は、ブリッジ１５；鼻当て１６Ｒ、１６Ｌ；フレーム１７Ｒ、１７Ｌ；テンプル１８Ｒ、１８Ｌ等から成る頭部装着手段を有しており、テンプル１８Ｒには、信号供給用のケーブル１９が取り付けられている。また図１０に示すように、映像表示装置Ｘ７は、第１透明基板１２、第２透明基板１３、映像表示手段１４、カメラ２０及び高分子分散型の液晶素子３０を有しており、更に図１１に示すように、第１、第２透明基板１２、１３間に体積位相型のホログラフィック光学素子１２ｄを有している。
【００７０】
第１透明基板１２は、図１０に示すように、ブリッジ１５及びフレーム１７Ｒで支持されており、ブリッジ１５はフレーム１７Ｌに支持されている。そのブリッジ１５には、液晶素子３０が取り外し可能（回動可能に取り付けてもよい。）に支持されている。フレーム１７Ｒ、１７Ｌは、ヒンジ部を介してテンプル１８Ｒ、１８Ｌに支持されている。観察者は、鼻当て１６Ｒ、１６Ｌとテンプル１８Ｒ、１８Ｌによって、通常の眼鏡と同様に映像表示装置Ｘ７を眼前に保持することができる。そして、筐体に覆われた映像表示手段１４の映像を虚像として観察しながら、第１、第２透明基板１２、１３を通して外界を見ることができる。このように頭部装着手段を設けると、常に安定した状態で明るい外界から表示映像を識別することが可能になり、また、映像表示装置Ｘ７の軽量小型化が可能となる。
【００７１】
図１１に示す映像表示手段１４、第１、第２透明基板１２、１３及びホログラフィック光学素子１２ｄについては、映像表示装置Ｘ５と同じであるので、説明は省略する。
【００７２】
前述したように取り外し可能にブリッジ１５に支持されている高分子分散型の液晶素子３０は、外界視野のうち表示映像を含む所定の範囲内の空間周波数の高周波数成分を（低周波数成分よりも）より低減する空間周波数低減手段である。この液晶素子３０は、２枚の透明板間に高分子分散液晶が保持された構成になっている。電圧が印加されていない状態の高分子分散液晶は、分子の配列状態がバラバラになっているため、その屈折率差により光は拡散することになる。電圧が印加された状態の高分子分散液晶は、分子が整列した配列状態となるため、光は透過することになる。したがって、図１２に示す制御手段４０の拡散制御部４０ｃにより高分子分散液晶に電圧を印加すると（つまり、液晶素子３０の全体又は一部の表示領域に対し電圧制御を行う。）、その程度により拡散角度（平行光を入射させたとき、拡散光の中心輝度の半値となる位置を全角で表したものを、拡散角度と定義する。）が変化する。つまり、外界光を透過率１００％に近い散乱されない状態から完全拡散に近い状態まで制御することができ、拡散角度に応じて外界の空間周波数の高周波数成分を（低周波数成分よりも）より低減することができる。なお、制御手段４０は、図１２に示すように、カメラ２０又は映像表示手段１４を覆う筐体に内蔵してもよく、装置外部に配置されてケーブル１９で接続されるようにしてもよい。
【００７３】
映像表示手段１４に一体に形成されたカメラ２０は、外界視野のうち表示映像を含む所定の範囲内の空間周波数を検出する空間周波数検出手段である。このカメラ２０は、図１２に示すように、外界を撮像する撮像部２０ａと処理部２０ｂとを有しており、撮像部２０ａで外界を撮像し、処理部２０ｂで、外界の持つ空間周波数分布から少なくとも表示映像に相当する範囲の代表的な空間周波数を決定する。カメラ２０により検出された空間周波数を、外界空間周波数と呼ぶことにする。カメラ２０による外界空間周波数の決定方法としては、様々な種類のフィルターを電気的に使って、空間周波数の高いものと低いものとを決定する方法を採用すればよい。また、外界空間周波数を決める方法としては、例えば以下の方法（１）〜（５）を採用してもよく、特許文献１に開示されている方法を採用してもよい。なお、外界空間周波数を正確に決定するために、カメラ２０は液晶素子３０を通さずに撮像する位置に配置されている。また、カメラ２０を撮像部２０ａのみとし、処理部２０ｂを制御手段４０の中に持たせてもよい。
（１）：撮像された所定の範囲の空間周波数の最高値を外界空間周波数と設定する方法。
（２）：撮像された所定の範囲の空間周波数の平均値を外界空間周波数と設定する方法。
（３）：撮像された所定の範囲の空間周波数を例えば１０段階に区分し、検出結果のうち、最高周波数区分の中心周波数を外界空間周波数と設定する方法。
（４）：撮像された所定の範囲の空間周波数を例えば１０段階に区分し、最も検出結果の多い区分の中心周波数を外界空間周波数と設定する方法。
（５）：撮像された所定の範囲の空間周波数を例えば１０段階に区分し、所定の検出結果数を超えた区分のうち、最高周波数区分の中心周波数を外界空間周波数と設定する方法。
【００７４】
カメラ２０で検出した外界空間周波数に応じて、制御手段４０によって、液晶素子３０の制御が行われる。制御手段４０は、例えば、ＬＣＤ１４ｄに表示可能な最低空間周波数及び最高空間周波数を記憶する記憶部４０ａと、カメラ２０で検出した外界空間周波数と、記憶部４０ａに記憶された表示可能な最低空間周波数及び最高空間周波数とを比較する比較部４０ｂと、液晶素子３０の動作を制御する制御部４０ｃとを備えている。そして、例えば、カメラ２０で検出した映像表示範囲の外界空間周波数が、ＬＣＤ１４ｄに表示可能な最低空間周波数よりも低いときには、液晶素子３０の拡散角度が小さくなるように制御し、カメラ２０で検出した映像表示範囲の外界空間周波数が、表示可能な最低空間周波数と最高空間周波数との間、即ち表示可能な映像の空間周波数に近いときは大きく拡散するように制御し、カメラ２０で検出した映像表示範囲の外界空間周波数が、表示可能な最高空間周波数よりも高いとき拡散角度が小さくなるように制御する。これにより、映像視認性を向上しながら外界認識もしやすい映像表示装置とすることができる。ここで、表示可能な最高空間周波数とはＬＣＤ１４ｄの画素ピッチと接眼光学系の焦点距離によって決まる値である。外界空間周波数が表示可能な最高空間周波数より高い場合は、外界景色が画素に埋もれてしまうため外界を大きくぼかす必要はない。
【００７５】
また、液晶素子３０は、拡散制御部４０ｃによって、その拡散角度が一定時間変更されないように制御される。つまり、外界が高速で変化しても液晶素子３０がすぐには追随しないようにすることにより、外界にチラツキが生じないようにしている。なお、少なくとも表示映像と重なる範囲の外界光が持つ空間周波数分布を制御すればよく、検出対象の外界をいくつかの領域に分けてそれぞれの対応領域について制御を行うようにしてもよい。
【００７６】
また、外界空間周波数と比較する周波数は、ＬＣＤ１４ｄに表示可能な最高空間周波数に限らず、他の値を用いても良い。更に、ＬＣＤ１４ｄに表示されている映像からその映像の代表となる特定の周波数（映像空間周波数）を検出し、その周波数（映像空間周波数）と外界空間周波数とを比較して、その近似度に応じて液晶素子３を制御してもよい。なお、映像空間周波数は、映像信号から、外界空間周波数を演算するのと同様の方法にて計算される。
【００７７】
制御手段４０は、その他に、図１２に示すように、ケーブル１９を介して外部から送信される映像表示手段１４に表示するための映像等を受信するためのインターフェース４０ｅや、インターフェース４０ｅで受信した映像を映像表示手段１４に表示するために、ＬＥＤ１４ａの点灯、及び、ＬＣＤ１４ｄへの映像の表示を制御する表示制御部４０ｄ等も備えている。
【００７８】
図１３に、映像表示装置Ｘ７により観察される表示映像、外界視野等を示す。図１３（Ａ）は表示映像Ｉａを示しており、図１３（Ｂ）は外界視野Ｉｂを示している。また、図１３（Ｃ）、図１３（Ｄ）及び図１３（Ｅ）は、光学瞳ＥＰを通して観察者眼で観察される視野を示している。ただし、図１３（Ｃ）は液晶素子３０が無い場合（つまり液晶による拡散の無い状態）の視野を比較のために示しており、図１３（Ｄ）及び図１３（Ｅ）は液晶素子３０がある場合（つまり液晶による拡散のある状態）の視野を示している。
【００７９】
液晶素子３０が無い場合には、図１３（Ｃ）に示すように、外界視野Ｉｂに表示映像Ｉａがそのまま重畳されて観察される。この場合、外界視野Ｉｂも表示映像Ｉａもクッキリと明確に観察されるため、表示映像Ｉａは外界視野Ｉｂと識別しにくいことが分かる。映像が見にくいため目が疲れやすく、特に、外界視野Ｉｂの空間周波数が高い場合には表示映像Ｉａの視認性が更に悪くなる。従来より、減光手段を用いて外界視野を暗くし表示映像を見やすくした映像表示装置が知られているが、表示映像のみが明るく観察されるようにすると、表示映像とその周囲との輝度差が大きいために目が疲れてしまい、また、シースルー性も低下してしまう。
【００８０】
液晶素子３０がある場合には、図１３（Ｄ）及び図１３（Ｅ）に示すように、表示映像Ｉａを含む拡散範囲３０ｄがボケた状態の外界視野Ｉｂに、表示映像Ｉａが重畳されて観察される。この場合、外界視野Ｉｂのうち表示映像Ｉａを含む範囲に相当する部分（例えば、カメラ２０で外界空間周波数が検出された外界範囲である拡散範囲３０ｄ）が、液晶素子３０により高周波数成分が低減されてボケて、それにより、表示映像Ｉａが外界視野Ｉｂと明確に識別可能となる。しかも、表示映像Ｉａと映像周囲（例えば、拡散範囲３０ｄの周囲）との輝度差が小さいので、目の疲れを軽減することができる。
【００８１】
カメラ２０で検出された外界空間周波数が表示映像Ｉａの持つ最大空間周波数に近い場合、例えば、拡散角度を５度以上の拡散角度に制御して、表示映像範囲に相当する外界をぼかすと、図１３（Ｄ）及び図１３（Ｅ）に示すように、表示映像Ｉａが外界視野Ｉｂとは明確に識別可能となって見やすくなる。このとき、外界のボケは比較的大きいが、拡散角度としては小さくてよいので、上述したように表示映像Ｉａと映像周囲の輝度差が小さくなって目の疲れを軽減することができる。また、外界の空間周波数低減範囲（すなわち拡散範囲３０ｄ）を狭くすることにより外界が見やすくなる。
【００８２】
図１３（Ｅ）に示すように、外界視野Ｉｂのうち表示映像Ｉａを含む広い範囲に相当する部分（すなわち拡散範囲３０ｄ）が、液晶素子３０により高周波数成分が低減されてボケるように制御すると、表示映像Ｉａが外界視野Ｉｂに対してより明確に識別可能となる。しかも、表示映像Ｉａと映像周囲との輝度差が小さいので、目の疲れをより効果的に軽減することができる。なお、図１３（Ｅ）に示すように広い拡散範囲３０ｄの空間周波数の高周波数成分を（低周波数成分よりも）より低減する場合、カメラ２０で外界空間周波数を検出する外界視野の範囲は、図１３（Ｅ）に示すように広い拡散範囲３０ｄであってもよく、図１３（Ｄ）に示すように表示映像を含む狭い拡散範囲３０ｄであってもよい。
【００８３】
図１４に、カメラ２０で検出された外界空間周波数（つまり拡散範囲３０ｄでの外界の空間周波数）が低いときに、映像表示装置Ｘ７により観察される表示映像、外界視野等を示す。図１４（Ａ）は外界視野Ｉｂを示しており、図１４（Ｂ）は光学瞳ＥＰを通して観察者眼で観察される視野を示している。図１４に示すように外界空間周波数は低いので、液晶素子３０を低拡散に制御したり、あるいは外界光を拡散しないでそのまま透過するように制御しても、表示映像Ｉａは容易に視認可能である。また、カメラ２０で検出された外界空間周波数がＬＣＤ１４ｄに表示可能な空間周波数よりも高い場合も同様である。低拡散角度に制御することによりボケを小さくしても、高い空間周波数成分を持つ外界は簡単にボケるので（つまり、眼の分解能との関係からボケ量は少なくてもよいので）、表示映像を見やすくできる。
【００８４】
この実施の形態の特徴の１つは、空間周波数検出手段（カメラ２０）で外界の映像から代表となる空間周波数を検出し、空間周波数低減手段（液晶素子３０）で外界光の拡散角度を制御する点にある。図１４に示すように、外界光を拡散しなくても表示映像は見やすい場合があるので、外界空間周波数を検出してその検出結果に基づいて表示映像範囲の外界光の空間周波数分布を制御すれば、外界に重ねて表示される映像を効率的に見やすくすることができる、ということである。
【００８５】
上記のように、外界視野Ｉｂのうち表示映像Ｉａを含む第１範囲（例えば、図１３（Ｄ）中の拡散範囲３０ｄ）内の代表となる空間周波数をカメラ２０で検出し、検出された外界空間周波数に応じて、第１範囲を含む第２範囲（例えば、図１３（Ｄ）又は図１３（Ｅ）中の拡散範囲３０ｄ）内の外界光の高周波成分を液晶素子３０で低減する構成にすると、表示映像Ｉａに重なる第２範囲内の外界はボケることになる。結果として、表示映像Ｉａの空間周波数が相対的に高くなるため、表示映像Ｉａは見やすくなる。しかも、表示映像Ｉａに重なる第２範囲内の外界は空間周波数が低減するのみなので明るく、表示映像Ｉａとの輝度差が少ないため目が疲れにくいという効果が得られる。また、液晶素子３０により拡散範囲３０ｄの全体は均一にボケた状態となるが、高周波成分が主である領域の高周波成分は低くなり、低周波成分が主である領域の空間周波数はほとんど変化しない。したがって、外界を暗くしたり遮光したりする場合に比べると、シースルー性に与える影響が小さいので、外界はボケても容易に視認可能である。
【００８６】
液晶素子３０は、外界視野Ｉｂのうち視野角で１分より小さい空間周波数成分を低下させることが好ましい。眼の分解能：約１分より低い空間周波数の外界を低下させることにより、表示映像Ｉａに重なる範囲内の外界を確実にボケさせることができる。
【００８７】
例えば、眼の分解能：約１分が映像表示手段１の１画素に相当すると考えると、０．５度は３０画素に相当し、これを見やすくするという観点から０．５度以上１０度以下の拡散角度を想定することができる。また、ＨＭＤ等のように観察者の眼前での使用を想定した場合、その好適な光学配置を考えると、液晶素子３０から光学瞳ＥＰまでの距離として５０ｍｍ以下を想定することができる。したがって、液晶素子３０から光学瞳ＥＰまでの距離が５０ｍｍ以下であり、液晶素子３０の拡散角度が半値幅で０．５度以上１０度以下であることが好ましい。
【００８８】
このように構成すると、表示映像Ｉａに重なる範囲内の外界はボケながらも映像は見やすく、外界は視認がしやすくなる。そのため、シースルー性に与える影響が小さい。拡散角度が０．５度よりも小さいと、拡散範囲３０ｄにおいて外界が拡散しない傾向が強くなるため、外界の高周波数成分により表示映像Ｉａが見にくくなるおそれがある。拡散角度が１０度よりも大きいと、拡散範囲３０ｄにおいて外界が拡散する傾向が強くなり、外界の低周波数成分までボケて、外界が見にくくなるおそれがある。
【００８９】
例えば、液晶素子３０での拡散角度を０．５度とすると、外界光は殆ど拡散しないので外界はあまりボケないが、空間周波数の高い外界部分（例えば、細かいものや遠くのもの）はボケることになる。一方、表示映像Ｉａははっきりと観察できるので、外界と識別されて表示映像Ｉａは見やすくなる。つまり、明るく外界を視認しながら表示映像Ｉａを見やすくすることができ、前述したように表示映像Ｉａとその周囲部分との輝度差が小さいので目は疲れにくくなる。
【００９０】
例えば、液晶素子３０での拡散角度を３度とすると、約２ｍ先の人の顔立ちが分かる程度の拡散状態となり、液晶素子３０での拡散角度を６度とすると、約５ｍ先の人影を認識できる程度の拡散状態となる。したがって、いずれの場合も周囲の状況は十分に視認可能である。しかも、ホログラフィック光学素子１２ｄと液晶素子３０の高透過率により、外界を明るく観察することが可能である。
【００９１】
例えば、液晶素子３０での拡散角度を１０度とすると、外界は大きくボケることになるため表示映像Ｉａは見やすくなるが、低い空間周波数の状況（人の動き等）は認識することができる程度であるため、外界光の拡散角度としては大きいとは言えない。したがって、明るい外界の視認が可能となる。なお、液晶素子３０を視界から退避可能にして、周囲状況が危険なときには退避させて外界を明確に見る構成にすれば、安全性を確保することが可能である。
【００９２】
図１３（Ｄ）に示すように、外界視野Ｉｂの範囲が表示映像Ｉａの範囲よりも広く、液晶素子３０で構成される拡散範囲３０ｄ（第２範囲）が表示映像Ｉａの範囲と同等の広さを有することが好ましい。このように構成すると、表示映像Ｉａと同程度の範囲で外界がボケることになる。したがって、外界視野Ｉｂ中の外界のボケ範囲が狭くなるため、外界が見やすくなって、安全のために明瞭な広い視野を確保することが可能となる。
【００９３】
図１３（Ｅ）に示すように、外界視野Ｉｂの範囲が表示映像Ｉａの範囲よりも広く、液晶素子３０で構成される拡散範囲３０ｄ（第２範囲）が表示映像Ｉａの範囲よりも広いことが好ましい。このように構成すると、表示映像Ｉａより広い範囲で外界がボケることになる。したがって、外界視野Ｉｂ中の外界のボケ範囲が広くなるため、表示映像Ｉａが外界と識別し易くなって、表示映像Ｉａに集中した観察が容易に可能となる。
【００９４】
前述したように、検出された外界の空間周波数が表示可能な映像の空間周波数に近いときほど、液晶素子３０が空間周波数を大きく低減することが好ましい。表示映像に近いときほど外界を大きくボケさせると、表示映像は見やすくなる。そして、表示可能な空間周波数よりも外界の空間周波数が低いときや高いときには、必要以上に外界がボケないので外界の視認が容易になる。
【００９５】
この実施の形態のように、光学的パワーを有する光学素子として体積位相型のホログラフィック光学素子１２ｄを、接眼光学系に有することが好ましい。体積位相型のホログラフィック光学素子１２ｄをコンバイナとして用いると、外界光の透過率が高くなるため、更に明るい外界を見ることが可能となる。しかも、液晶素子３０は拡散するのみなので外界が明るい。つまり、ホログラフィック光学素子１２ｄの高透過率と液晶素子３０の高透過率により、外界を明るく観察することができる。
【００９６】
この実施の形態のように、映像表示手段１４からの映像光を全反射し、かつ、外界光を透過させる第１透明基板１２を、接眼光学系に有することが好ましい。このように全反射により映像を眼に導く構成にすると、外界光の透過率が高くなり、更に明るい外界の観察が可能となる。つまり、第１透明基板１２内での反射を全反射とすることにより、外界光の透過率を落とすことなく、観察者は第１透明基板１２の第２面１２ｂと第３面１２ｃを通して外界を観察することが可能となる。また、映像光を第１透明基板１２内で反射して眼に導く構成とすることにより、通常の眼鏡レンズと同程度にまで第１、第２透明基板１２、１３を薄く（例えば３ｍｍ程度に）構成することができる。したがって、映像表示装置Ｘ７の軽量小型化が可能となる。
【００９７】
この映像表示装置Ｘ７によると、液晶素子３０により外界はボケるが、その一方、映像ははっきりと観察できるので、外界と識別されて映像は見やすくなる。つまり、明るく外界を視認しながら、映像は見やすく、映像周囲と映像部分との輝度差が小さいので目が疲れにくくなる。外界が表示映像Ｉａよりも暗い場合には（例えば、映像輝度２００カンデラ、外界輝度１０カンデラ）、表示映像Ｉａとその周囲部分との輝度差が大きくなるので、表示映像Ｉａを暗く設定できるようにすることにより、目が疲れにくくなるようにすることができる。また、外界が映像輝度に比して明るすぎる場合、映像が視認できなくなるが、実験により映像輝度の１０倍程度の外界輝度まで映像を視認できることを確認している。ただし、外界の空間周波数が高いほど、あるいは、観察者が観察する映像の空間周波数と外界の空間周波数とが近いときに、映像と外界との識別が困難になり視認性が低下する。本実施の形態のように構成すれば、外界の空間周波数に応じた外界の空間周波数の低減により、外界の明るさを必要以上に低くしなくても、あるいは、必要以上に映像を明るくしなくても、映像視認が可能となる。
【００９８】
なお、第７の実施の形態と同様に、第１の実施の形態の映像表示装置Ｘ１〜第４の実施の形態の映像表示装置Ｘ４および第６の実施の形態の映像表示装置Ｘ６に、カメラ２０と高分子分散型の液晶素子３０とを搭載し、外界視野のうち表示映像を含む第１範囲内の空間周波数をカメラ２０で検出し、検出された外界空間周波数に応じて、第１範囲を含む第２範囲内の外界空間周波数の高周波数成分を高分子分散型の液晶素子３０で低減してもよい。
【符号の説明】
【００９９】
１  映像表示手段
１ａ  バックライト
１ｂ  透過型のＬＣＤ（表示素子）
２  自由曲面ミラー（接眼光学系）
２ａ  半透過反射面
３  拡散板（拡散部材）
３ｄ  拡散範囲
４  ＥＬ素子
５  平面ハーフミラー（接眼光学系）
６  凹面ハーフミラー（接眼光学系）
６ａ  選択透過反射面
７  第１透明基板（接眼光学系）
７ａ  第１面
７ｂ  第２面
７ｃ  第３面
８  第２透明基板
９  透明板
１０  映像表示手段
１０ａ  ＬＥＤ
１０ｂ  拡散板
１０ｃ  集光レンズ
１０ｄ  透過型のＬＣＤ（表示素子）
１１  透明基板（接眼光学系）
１１ａ  ホログラフィック光学素子（接眼光学系）
１２  第１透明基板（接眼光学系）
１２ａ  第１面
１２ｂ  第２面
１２ｃ  第３面
１２ｄ  ホログラフィック光学素子（接眼光学系）
１３  第２透明基板
１４  映像表示手段
１４ａ  ＬＥＤ
１４ｂ  拡散板
１４ｃ  シリンダーレンズ
１４ｄ  透過型のＬＣＤ（表示素子）
１５  ブリッジ（頭部装着手段）
１６Ｒ、１６Ｌ  鼻当て（頭部装着手段）
１７Ｒ、１７Ｌ  フレーム（頭部装着手段）
１８Ｒ、１８Ｌ  テンプル（頭部装着手段）
１９  ケーブル
２０  カメラ
３０  （高分子分散型の）液晶素子（空間周波数低減手段）
３０ｄ  拡散範囲
Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５、Ｘ６、Ｘ７  映像表示装置
Ｉａ  表示映像
Ｉｂ  外界視野
ＥＰ  光学瞳
【図７】
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【図１２】
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【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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