(57)【要約】【課題】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の手間を低減させることができる画像表示装置を提供する。【解決手段】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。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５７０１１３２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【発明の効果】
【００２０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】瞳孔と画像光との位置関係を示した説明図である。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】瞳拡大素子の構成を示した説明図である。
【図９】表示制御部の電気的構成を示したブロック図である。
【図１０】ＲＯＭに記憶される各種テーブルを示した説明図である。
【図１１】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。
【図１２】調整慣れ判定処理を示したフローチャートである。
【図１３】第１モード処理を示したフローチャートである。
【図１４】第２モード処理を示したフローチャートである。
【図１５】第３モード処理を示したフローチャートである。
【図１６】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。
【図１７】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。
【図１８】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。
【図１９】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。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
〔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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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）
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
〔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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
（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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
（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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
〔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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
〔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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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）。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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）。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【符号の説明】
【０１８１】
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
【図１】
2011075951.tif 000003
【図２】
2011075951.tif 000004
【図３】
2011075951.tif 000005
【図４】
2011075951.tif 000006
【図５】
2011075951.tif 000007
【図６】
2011075951.tif 000008
【図７】
2011075951.tif 000009
【図８】
2011075951.tif 000010
【図９】
2011075951.tif 000011
【図１０】
2011075951.tif 000012
【図１１】
2011075951.tif 000013
【図１２】
2011075951.tif 000014
【図１３】
2011075951.tif 000015
【図１４】
2011075951.tif 000016
【図１５】
2011075951.tif 000017
【図１６】
2011075951.tif 000018
【図１７】
2011075951.tif 000019
【図１８】
2011075951.tif 000020
【図１９】
2011075951.tif 000021