(57)【要約】【課題】本発明の目的は、観察画像の色バランスのムラを確実に抑えることのできる画像表示装置を提供することにある。【解決手段】外部から入力されるカラー画像信号に基づきカラー画像を表示する表示素子（２ｂ）と、前記表示素子（２ｂ）上の各位置から射出する各表示光束を導光する光学系（１）と、前記光学系（１）により導光された前記各表示光束を反射し所定領域上に重畳して入射させる反射型光学素子（１ｄ）と、前記所定領域上で前記各表示光束間の色バランスの差異が低減されるよう、前記表示素子に表示される前記カラー画像又はその共役面に形成される像の表示色バランスに分布を付与する補正手段（２ａ）とを備えたことを特徴とする。【選択図】      図２
2005241825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入力されるカラー画像信号に基づきカラー画像を表示する表示素子と、
前記表示素子上の各位置から射出する各表示光束を導光する光学系と、
前記光学系により導光された前記各表示光束を反射して所定領域上で重畳させる反射型光学素子と、
前記所定領域上で前記各表示光束間の色バランスの差異が低減されるよう、前記表示素子上に表示される前記カラー画像又はその共役面上に形成される像の表示色バランスに分布を付与する補正手段と
を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像表示装置において、
前記補正手段は、
前記表示素子に電気的に接続され、かつ前記カラー画像上の各領域の画素に対しそれぞれ異なる色バランス補正を施す補正回路からなる
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の画像表示装置において、
前記補正回路は、
前記カラー画像の示す情報の種類又は外部からの指示に応じて前記補正の精度を変化させる
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載の画像表示装置において、
前記補正手段は、
前記表示素子の前面又はその共役面の近傍に挿入され、かつ各領域を透過する表示光束に対しそれぞれ異なる色バランス補正を施す補正フィルタからなる
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の画像表示装置において、
前記分布は、
少なくとも、前記反射型光学素子に固有の反射効率の波長特性及び角度特性と、前記表示素子に固有の発光輝度の波長特性とに基づき予め選定されたものである
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の画像表示装置において、
前記反射型光学素子は、
反射型ホログラム素子からなる
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の画像表示装置において、
前記反射型光学素子は、
波長選択性を有したビームスプリッタからなる
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の画像表示装置において、
前記表示素子の光源は、
発光ダイオードからなる
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項９】
外部から入力されるカラー画像信号に基づきカラー画像を表示可能な表示素子と、
前記表示素子上の各位置から射出する各表示光束を導光する光学系と、
前記光学系により導光された前記各表示光束を反射して所定領域上で重畳させる反射型光学素子と、
前記カラー画像の示す情報の種類が特定種類であるとき又は外部から指示があったときには、前記所定領域上で前記各表示光束間の輝度の差異が最小となる特定色のみに、前記カラー画像の表示色を限定する限定手段と
を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アイグラスディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ、投影装置など、表示素子から射出する表示光束を導光して観察眼の前方に画像（観察画像）を表示する画像表示装置に関し、特に、カラー画像を表示する画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シースルー型のアイグラスディスプレイ（画像表示装置）には、ＬＣＤ（液晶表示素子）などの表示素子と、ＬＣＤから射出した表示光束と外界から射出した外界光束とを共に観察眼の方向に導光するコンバイナとが備えられる。
ＬＣＤの光源には、小型かつ安価なＬＥＤ（発光ダイオード）が用いられることが多い。また、コンバイナには、小型かつ軽量化のため、反射型ホログラム素子が用いられる（特許文献１，特許文献２など）。
【０００３】
反射型ホログラム素子は、限られた波長域の表示光束のみを選択的に反射回折し、外界光束を殆ど遮ることがないので、シースルー性において優れている。
また、コンバイナとして波長選択性を有した偏光ビームスプリッタを用いることも提案されている。この偏光ビームスプリッタも、限られた波長域の表示光束のみを選択的に反射するので、シースルー性において優れている。
【特許文献１】特開平２０００−３５２６８９号公報
【特許文献２】特開平２００１−２６４６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、反射型ホログラム素子は、入射光をブラッグの条件を満たす方向に反射回折するが、一般に、その入射光の波長が異なると反射回折する方向も異なる。よって、表示光束の波長λに±Δλだけ幅があるとき、その反射方向θにも±Δθだけ幅が生じる。
このため、反射型ホログラム素子にて反射回折される表示光束の主波長には、入射角度によるずれが生じる。その結果、観察画像の色バランスにムラが生じてしまう。
【０００５】
また、波長選択性を有した偏光ビームスプリッタは、入射光の入射角度が異なると選択波長が異なるので、観察画像の色バランスにムラが生じてしまう。
本発明は、以上の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、観察画像の色バランスのムラを確実に抑えることのできる画像表示装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、観察画像の輝度ムラを必要に応じて確実に抑えることのできる画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】
請求項１に記載の画像表示装置は、外部から入力されるカラー画像信号に基づきカラー画像を表示する表示素子と、前記表示素子上の各位置から射出する各表示光束を導光する光学系と、前記光学系により導光された前記各表示光束を反射して所定領域上で重畳させる反射型光学素子と、前記所定領域上で前記各表示光束間の色バランスの差異が低減されるよう、前記表示素子上に表示される前記カラー画像又はその共役面上に形成される像の表示色バランスに分布を付与する補正手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の画像表示装置は、請求項１に記載の画像表示装置において、前記補正手段は、前記表示素子に電気的に接続され、かつ前記カラー画像上の各領域の画素に対しそれぞれ異なる色バランス補正を施す補正回路からなることを特徴とする。
請求項３に記載の画像表示装置は、請求項２に記載の画像表示装置において、前記補正回路は、前記カラー画像の示す情報の種類又は外部からの指示に応じて前記補正の精度を変化させることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の画像表示装置は、請求項１に記載の画像表示装置において、前記補正手段は、前記表示素子の前面又はその共役面の近傍に挿入され、かつ各領域を透過する表示光束に対しそれぞれ異なる色バランス補正を施す補正フィルタからなることを特徴とする。
請求項５に記載の画像表示装置は、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の画像表示装置において、前記分布は、少なくとも、前記反射型光学素子に固有の反射効率の波長特性及び角度特性と、前記表示素子に固有の発光輝度の波長特性とに基づき予め選定されたものであることを特徴とする。
【０００９】
請求項６に記載の画像表示装置は、請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の画像表示装置において、前記反射型光学素子は、反射型ホログラム素子からなることを特徴とする。
請求項７に記載の画像表示装置は、請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の画像表示装置において、前記反射型光学素子は、波長選択性を有したビームスプリッタからなることを特徴とする。
【００１０】
請求項８に記載の画像表示装置は、請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の画像表示装置において、前記表示素子の光源は、発光ダイオードからなることを特徴とする。
請求項９に記載の画像表示装置は、外部から入力されるカラー画像信号に基づきカラー画像を表示可能な表示素子と、前記表示素子上の各位置から射出する各表示光束を導光する光学系と、前記光学系により導光された前記各表示光束を反射して所定領域上で重畳させる反射型光学素子と、前記カラー画像の示す情報の種類が特定種類であるとき又は外部から指示があったときには、前記所定領域上で前記各表示光束間の輝度の差異が最小となる特定色のみに、前記カラー画像の表示色を限定する限定手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、観察画像の色バランスのムラを確実に抑えることのできる画像表示装置が実現する。また、本発明によれば、観察画像の輝度ムラを必要に応じて確実に抑えることのできる画像表示装置が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
［第１実施形態］
図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７に基づき本発明の第１実施形態を説明する。
本実施形態は、アイグラスディスプレイ（請求項の画像表示装置に対応。）の実施形態である。
【００１３】
先ず、アイグラスディスプレイの構成を説明する。
アイグラスディスプレイは、図１に示すように、透明基板１、光源ユニット２、装着機構３などからなる。装着機構３は、透明基板１と光源ユニット２とを支持し、それらを観察者の頭部に装着する。装着時、透明基板１は、観察者の一方の眼（以下、観察者の左眼とし、これを観察眼という。）の前に正対し、光源ユニット２は、観察者の視界を遮らないよう、透明基板１の観察者側の面の左端の領域に正対する。光源ユニット２は、接続線などを介して外部機器（ＤＶＤプレーヤ、ビデオデッキ、コンピュータなど）に接続される。
【００１４】
以下、各部が装着時の状態にあるとして説明する。また、各図の関係を示すため、この状態の観察眼の近傍に原点を有し、かつ観察者の前方をＺ方向、左方をＹ方向、下方をＸ方向としたＸＹＺ直交座標系を各図に示した。
図２に示すように、光源ユニット２の内部においては、ＬＣＤ２ｂが配置される。光源ユニット２には、画像処理回路２ａも配置される。ＬＣＤ２ｂの光源には、小型かつ安価なＬＥＤが用いられている。さらに、光源ユニット２の透明基板１側には、レンズ２ｃが配置される。なお、レンズ２ｃを配置する代わりに、或いは、レンズ２ｃを配置することに加えて、透明基板１のうち表示光束が入射する面の形状を所望の屈折力が生じるような曲面形状にしてもよい。
【００１５】
透明基板１の内部においては、レンズ２ｃに対向する位置、観察眼に対向する位置に、反射面１ｃ、反射型のホログラム素子１ｄがそれぞれ設けられる。
反射面１ｃの姿勢は、ＬＣＤ２ｂからの表示光束を透明基板１の内部へ導光するよう、観察者の左手前から右奥へと傾斜した姿勢であり、ホログラム素子１ｄの姿勢は、透明基板１の内部の表示光束の光路を観察者側へ折り曲げるよう、観察者の左奥から右手前へと傾斜した姿勢である。
【００１６】
なお、ＬＣＤ２ｂが請求項の表示素子に対応し、レンズ２ｃ、反射面１ｃ、透明基板１の観察者側の面１ａ、透明基板１の外界側の面１ｂが請求項の光学系に対応し、ホログラム素子１ｄが請求項の反射型光学素子に対応する。
次に、アイグラスディスプレイの基本動作（主に光の振る舞い）を説明する。
画像処理回路２ａには、外部機器からカラー映像信号が入力される。
【００１７】
画像処理回路２ａは、ＬＣＤ２ｂを駆動すると共に、外部機器から入力されるカラー映像信号をＬＣＤ２ｂに適したカラー映像信号に変換する。
ＬＣＤ２ｂは、変換されたカラー映像信号に基づき、例えば、カラー映像のＲ色成分とＧ色成分とＧ色成分とを高速に切り換えて表示するフィールドシーケンシャル方式により、カラー映像を表示する。
【００１８】
このＬＣＤ２ｂ上の各位置からは、各色成分の表示光束が順次繰り返し射出する。
図２には、ＬＣＤ２ｂの各位置から射出する表示光束のうち、最大画角の表示光束の主光線、中心画角の表示光束の主光線を代表して示した。
なお、本明細書では、或る表示光束の主光線がアイグラスディスプレイの光軸（ＬＣＤ２ｂの中心から射出し、かつ後述する射出瞳Ｐの中心に入射する光線の光路）に対して成す角度を、その表示光束についての「画角」とみなす。
【００１９】
ＬＣＤ２ｂから射出した各画角の表示光束は、レンズ２ｃ、透明基板１の観察者側の面１ａを経由して透明基板１の内部に入射し、反射面１ｃにて反射し、透明基板１の観察者側の面１ａ、外界側の面１ｂにて繰り返し内面反射し、ホログラム素子１ｄに入射する。
ホログラム素子１ｄは、入射した各画角の表示光束の各色成分を選択的に反射回折し、観察眼の瞳の近傍に導く。一方、ホログラム素子１ｄは、外界から観察眼の方向へ向かう外界光束の殆どを透過する。
【００２０】
観察眼の瞳の近傍には、各画角の表示光束が重畳して入射する射出瞳Ｐが形成される。
射出瞳Ｐに入射する各画角の表示光束は、レンズ２ｃ及びホログラム素子１ｄの作用によって、所定の角度関係となり、かつそれぞれ平行光束に近づけられる。その結果、観察眼の前方の十分な遠距離位置に、ＬＣＤ２ｂの拡大虚像（観察映像）が表示される。
この観察映像の周辺を表すのが、ＬＣＤ２ｂの周辺から射出した最大画角の表示光束であり、この観察映像の中心を表すのが、ＬＣＤ２ｂの中心から射出した中心画角の表示光束である。
【００２１】
次に、アイグラスディスプレイの光学的特性を説明する。
（ＬＣＤ２ｂの光学的特性）
ＬＣＤ２ｂに固有の発光スペクトル分布（発光輝度の波長特性）は、その光源にＬＥＤを用いているため、図３に各種の線で示すとおりとなる。図３において横軸は波長［ｎｍ］、縦軸は発光輝度である。
【００２２】
Ｇ色成分に相当するピークの半値全幅は６０．８ｎｍ、Ｒ色成分に相当するピークの半値全幅は２３ｎｍ、Ｂ色成分に相当するピークの半値全幅は２９ｎｍであり、それぞれ狭い。
（ホログラム素子１ｄの光学的特性）
ホログラム素子１ｄに固有の回折効率の波長・画角特性は、図４に実線で示すとおりである。図４（ａ）は、Ｒ色成分についての特性カーブ、図４（ｂ）は、Ｇ色成分についての特性カーブである（Ｂ色成分についての特性カーブは図示省略した。）。
【００２３】
図４（ａ），（ｂ）のそれぞれにおいて横軸が波長［ｎｍ］、縦軸が回折効率であり、図４（ａ），（ｂ）のそれぞれにおいて、中央のカーブは、中心画角０°の表示光束の主光線に対する回折効率を示す。また、左右のカーブは、観察者から見て左右方向（Ｙ方向）の最大画角±５°の表示光束の主光線に対する回折効率を示す。
図４（ａ），（ｂ）に示すとおり、回折効率が最大となる主波長は、画角によりずれる。Ｇ色成分について具体的に示すと、画角＋５°の主波長は４９９．５６ｎｍであり、画角０°の主波長は５１６．０４ｎｍであり、画角−５°の主波長は５２９．２ｎｍであり、それぞれ異なる。
【００２４】
なお、図４（ａ），（ｂ）には、画角０°、±５°のカーブしか示していないが、画角０°〜５°の間の他の画角でも、同様に、主波長が少しずつずれる。
因みに、このようにＹ方向の画角により主波長がずれる理由は、Ｙ方向の画角が互いに異なる表示光束同士は、ホログラム素子１ｄに対し互いに異なる角度で入射することにある。これは、図示しなかったが、Ｂ色成分についても同様に当てはまることである。なお、Ｘ方向に画角の異なる表示光束同士は、ホログラム素子１ｄに対し互いに略同じ角度で入射するので、主波長は、Ｘ方向の画角によりずれないとみなす。
【００２５】
（アイグラスディスプレイの光学系部分の光学的特性）
アイグラスディスプレイの光学系部分に固有の光学的特性として、ＬＣＤ２ｂに対し一様な色のカラー映像（例えば、白いテストパターン）を表示させたときに表示される観察映像の色バランスの画角特性を挙げる。この特性は、図５に示すとおりである。
図５において横軸が表示光束のＹ方向の画角［°］、縦軸が表示光束の各色成分の輝度相対値である。ｆRはＲ色成分の輝度相対値、ｆGはＧ色成分の輝度相対値、ｆBはＢ色成分の輝度相対値である。なお、Ｘ方向の画角特性は略均一なので、Ｙ方向の画角特性のみ示した。
【００２６】
図５に示すとおり、Ｙ方向の画角−５°の表示光束の色バランス（ｆR：ｆG：ｆB）は、大凡８：３：４であるのに対し、画角０°の表示光束の色バランス（ｆR：ｆG：ｆB）は、大凡１０：４：７であり、Ｙ方向の画角＋５°の表示光束の色バランス（ｆR：ｆG：ｆB）は、大凡６：３：５である。
つまり、ＬＣＤ２ｂに対し一様な色のカラー映像（例えば、白いテストパターン）を表示させたとしても、観察映像の色バランスにはムラが生じる。
【００２７】
因みに、或る画角の色バランスは、ＬＣＤ２ｂの波長特性カーブ（図３参照）と、その画角についてのホログラム素子１ｄの波長特性カーブ（図４参照）との積によって略決まる。具体的には、その積のカーブに現れる３つのピークによって略決まる。なお、図４（ａ），（ｂ）上には、ピークを求めやすくするために、ＬＣＤ２ｂの波長特性カーブを点線で重ね描きしてある。
【００２８】
次に、アイグラスディスプレイの特徴を説明する。
特徴は、画像処理回路２ａにある。
画像処理回路２ａには、図６に示すように、外部機器から入力されるカラー映像信号をＬＣＤ２ｂに適したカラー映像信号にリアルタイムで変換する変換部２ａ−１の他に、そのカラー映像信号に対しリアルタイムで色バランス補正を施す補正部２ａ−２と、その補正に用いられる色補正データＤを格納した記憶部２ａ−３とが備えられる。なお、補正部２ａ−２及び記憶部２ａ−３が、請求項の補正回路に対応する。
【００２９】
補正部２ａ−２は、記憶部２ａ−３に格納された色補正データＤを参照し、色補正データＤが保有する補正係数ベクトル（αR，αG，αB）をカラー映像信号の各色成分に乗算して色バランス補正を施す。
なお、補正係数ベクトル（αR，αG，αB）を構成する補正係数αRは、カラー映像信号のＲ色成分に対する補正係数、補正係数αGはカラー映像信号のＧ色成分に対する補正係数、補正係数αBはカラー映像信号のＢ色成分に対する補正係数である。
【００３０】
色補正データＤは、例えば、複数種類（ｍ種類）の補正係数ベクトル（αR1，αG1，αB1），（αR2，αG2，αB2），・・・，（αRm，αGm，αBm）を、識別番号１，２，３，・・・，ｍにそれぞれ対応付けたものである。
識別番号１，２，・・・，ｍは、観察者から見て左右方向（Ｙ方向）にＬＣＤ２ｂを分割してできるｍ個のブロック（第１ブロック，第２ブロック，・・・，第ｍブロック）の各番号に相当する。
【００３１】
色バランス補正に当たり、補正部２ａ−２は、色補正データＤの各識別番号１，２，・・・，ｍに対応する各補正係数ベクトル（αR1，αG1，αB1），（αR2，αG2，αB2），・・・，（αRm，αGm，αBm）を読み出し、カラー映像信号のうちＬＣＤ２ｂの第１ブロックに出力すべき画素信号、第２ブロックに出力すべき画素信号、・・・、第ｍブロックに出力すべき画素信号に対しそれらを個別に乗算する。
【００３２】
つまり、ＬＣＤ２ｂの表示色バランスは、ブロック毎に異なる補正係数ベクトル（αR1，αG1，αB1），（αR2，αG2，αB2），・・・，（αRm，αGm，αBm）で補正される。
ここで、補正係数ベクトル（αR，αG，αB）のＬＣＤ２ｂ上の分布は、図７に示すとおりである。
図７において横軸がＬＣＤ２ｂ上のＹ方向の位置、縦軸が補正係数αR，αG，αBの値である。なお、横軸に付した数字は、Ｙ方向の位置をその位置から射出した表示光束の画角［°］で表したものである。
【００３３】
図７に明らかなように、この補正係数ベクトル（αR，αG，αB）のＬＣＤ２ｂ上の分布は、アイグラスディスプレイの光学系部分に固有の特性（観察映像の表示色バランスの画角特性）（図５参照）の逆特性に相当する。
例えば、外部機器から入力されたカラー映像信号が、一様な色のカラー映像（例えば、白いテストパターン）の信号であったとしても、ＬＣＤ２ｂに表示されるカラー映像は、非一様な色のカラー映像となる。
【００３４】
このときのカラー映像（Ｒ色成分ＩR，Ｇ色成分ＩG、Ｂ色成分ＩB）の様子は、例えば、図６右上に模式的に示すとおりである。
次に、アイグラスディスプレイの効果を説明する。
上述したとおり、画像処理回路２ａ内の補正部２ａ−２（図６参照）は、外部から入力されるカラー映像信号に対し所定の色バランス補正を施すことにより、ＬＣＤ２ｂの表示色バランスを補正する。その補正に用いられる補正係数ベクトルのＬＣＤ２ｂ上の分布（図７参照）は、アイグラスディスプレイの光学系部分に固有の特性（観察映像の表示色バランスの画角特性）（図５参照）の逆特性に相当する。
【００３５】
この特性（図７参照）によれば、ＬＣＤ２ｂ上の表示色バランスには分布が付与される（図６右上参照）。
具体的に、このＬＣＤ２ｂ上において、観察映像上で緑色がかって表現される領域に対応する画素については、そのＧ色成分の輝度が抑えられる。また、観察映像上で赤色がかって表現される領域に対応する画素については、そのＲ色成分の輝度が抑えられる。また、観察映像上で青色がかって表現される領域に対応する画素については、そのＢ色成分の輝度が抑えられる。その結果、観察映像の表示色バランスは、均一化される。
【００３６】
特に、この特性（図７参照）によれば、ＬＣＤ２ｂ上の表示輝度にも分布が付与される（図６右上参照）。
具体的に、ＬＣＤ２ｂ上において、観察映像上で明るめに表現される領域に対応する画素については、各色成分の輝度が相対的に抑えられる。また、観察映像上で暗めに表現される領域に対応する画素については、各色成分の輝度が相対的に向上する。その結果、観察映像の表示輝度は、均一化される。
【００３７】
なお、このアイグラスディスプレイには、ＬＣＤ２ｂの光源としてＬＥＤが用いられているので、ＬＣＤ２ｂの発光スペクトル分布のピーク幅が狭く、かつ色によって異なっており（図３参照）、このため観察映像の色バランスに大きなムラが発生する傾向にあったが、上記補正によれば、その大きなムラでさえも確実に抑えられる。
（第１実施形態の変形例）
なお、本実施形態では、色バランス補正に当たり、カラー映像信号の各色成分（Ｒ色成分，Ｇ色成分，Ｂ色成分）にそれぞれの補正係数（αR，αG，αB）が乗算されたが、色バランス補正は、特定の２つの色成分（Ｒ色成分，Ｂ色成分）にそれぞれの補正係数（αR，αB）を乗算するだけでも実現する。但し、その場合には、観察映像の表示色バランスの均一化のみが図られ、観察映像の表示輝度の均一化は図られない。
【００３８】
また、色補正データＤが保有する補正係数ベクトル（αR，αG，αB）の数は、ブロックの数よりも少なくてもよい。その場合、各ブロックの各補正係数ベクトル（αR1，αG1，αB1），（αR2，αG2，αB2），・・・，（αRm，αGm，αBm）は、色補正データＤが保有する小数の補正係数ベクトルから補正部２ａ−２が補間演算することで求められる。
また、記憶部２ａ−３に格納される情報は、色補正データＤである必要は無く、色補正データＤに代えて、図７に示した特性を表す数式としてもよい。その場合、各補正係数ベクトル（αR，αG，αB）は、その数式から補正部２ａ−２によって算出される。
【００３９】
また、本実施形態では、色バランス補正の補正量（補正係数ベクトル（αR1，αG1，αB1），（αR2，αG2，αB2），・・・，（αRm，αGm，αBm）など）が固定値とされたが、アイグラスディスプレイの観察眼の近傍に、その観察眼が目視している観察映像の実際の色をモニタするセンサを設け、そのセンサの出力に応じてその補正量を変化させるようなフィードバック回路を付加してもよい。
【００４０】
また、本実施形態は、色バランス補正の機能が搭載されたアイグラスディスプレイの実施形態であるが、そのアイグラスディスプレイに接続される外部機器が、アイグラスディスプレイの機種などに応じて最適化可能な外部機器である場合（コンピュータなど）には、色バランス補正の機能が外部機器の側に付加されてもよい。
その場合、アイグラスディスプレイの製造者は、アイグラスディスプレイのユーザに対し、補正に必要な情報（色補正データベース、補正プログラムなど）を、外部機器が認識可能な形式で配布する必要がある。
【００４１】
ユーザへの配布方法には、その情報が書き込まれたＣＤ−ＲＯＭをアイグラスディスプレイと共に梱包する方法や、その情報をインターネット上で公開して各ユーザの各外部機器にダウンロードさせる方法などが採用可能である。
また、本実施形態のアイグラスディスプレイの光学系部分としては、上述したもの以外に、特願２００２−２１８１８４号に記載された何れかの光学系など、ホログラム素子を用いた他の光学系を適用することもできる。
【００４２】
［第２実施形態］
図８に基づき本発明の第２実施形態を説明する。
本実施形態は、アイグラスディスプレイの実施形態である。
ここでは、第１実施形態のアイグラスディスプレイとの相違点についてのみ説明する。
構成の相違点は、光源ユニット２’内の補正部２ａ−２及び記憶部２ａ−３の代わりに、フィルタＦR，ＦG，ＦBが備えられた点にある。
【００４３】
フィルタＦR，ＦG，ＦBは、図８に示すように、ＬＣＤ２ｂの射出光路においてＬＣＤ２ｂの近傍に直列の関係で挿入される。
フィルタＦRは、表示光束のＲ色成分に作用する減光フィルタであり、フィルタＦGは、表示光束のＧ色成分に作用する減光フィルタであり、フィルタＦBは、表示光束のＢ色成分に作用する減光フィルタである。
【００４４】
フィルタＦRのＲ色成分に対する透過率分布は、第１実施形態における補正係数αRのＬＣＤ２ｂ上の分布（図７参照）と同じに設定されている。
フィルタＦGのＧ色成分に対する透過率分布は、第１実施形態における補正係数αGのＬＣＤ２ｂ上の分布（図７参照）と同じに設定されている。
フィルタＦBのＢ色成分に対する透過率分布は、第１実施形態における補正係数αBのＬＣＤ２ｂ上の分布（図７参照）と同じに設定されている。
【００４５】
図８の上部には、これらのフィルタＦR，ＦG，ＦBに付与された透過率分布を、模式的に示した。
これらのフィルタＦR，ＦG，ＦBによれば、ＬＣＤ２ｂ上に表示されたカラー映像の色バランスは、第１実施形態と同様に補正される。したがって、観察者が観察する観察映像の色バランスは、均一化される。
【００４６】
（第２実施形態の変形例）
なお、フィルタＦR，ＦG，ＦBの代わりに、同様の作用をする１枚のフィルタを用いてもよい。
また、ホログラム素子１ｄの前段にＬＣＤ２ｂの中間像が形成されるようアイグラスディスプレイの光学系部分（レンズ２ｃなど）が設計されている場合には、フィルタの挿入箇所は、その中間像の形成面の近傍であってもよい。なお、その場合のフィルタのサイズは中間像のサイズに合わせ込まれる。
【００４７】
また、フィルタＦR，ＦG，ＦB上の各位置の主波長（透過率最大となる波長）に差異を設け、ホログラム素子１ｄの特性（図４参照）に応じてその主波長の分布を最適化すれば、観察映像の色バランスを効率的に均一化することができる。
また、ＬＣＤ２ｂにはフィールドシーケンシャル方式が適用されているが、カラーフィルタアレイが適用されている場合にも同様のフィルタＦR，ＦG，ＦBを用いることができる。
【００４８】
また、カラーフィルタアレイが適用されている場合、そのカラーフィルタアレイと同じ配列で微小なフィルタＦR，ＦG，ＦBからなる画素ブロックをアレイ状に配置したフィルタを用い、微小なフィルタＦR，ＦG，ＦBの透過率に対し画素ブロックによる差異を設けることによっても、同様の効果が得られる。
［第３実施形態］
図９に基づき本発明の第３実施形態を説明する。
【００４９】
本実施形態は、第１実施形態の色補正データＤの内容（補正係数ベクトル（αR，αG，αB）のＬＣＤ２ｂ上の分布）を決定するための測定方法の実施形態である。
先ず、本測定方法で用いられる測定系について説明する。
測定系には、図９に示すとおり、第１実施形態のアイグラスディスプレイ０、コンピュータ３１、入力器３２、カラー撮像素子３３、結像レンズ３４、遮光板３０が備えられる。
【００５０】
アイグラスディスプレイ０の射出瞳Ｐの近傍に結像レンズ３４が配置され、結像レンズ３４の焦点面にカラー撮像素子３３が配置される。カラー撮像素子３３は、不図示の回路を介してコンピュータ３１に接続される。コンピュータ３１は、カラー撮像素子３３の他、光源ユニット２の画像処理回路２ａにも不図示の回路を介して接続される。
遮光板３０は、透明基板１の面１ｂを覆うように配置される。
【００５１】
次に、本測定方法を説明する。
測定者は、入力器３２を介してコンピュータ３１を操作する。
コンピュータ３１は、画像処理回路２ａに対し一様な色のカラー映像（例えば、白いテストパターン）の信号を入力する。このとき、画像処理回路２ａ内の補正部２ａ−２は、何の色バランス補正も行わない。よって、ＬＣＤ２ｂ上には、白いテストパターンＩ0が表示される。
【００５２】
このとき、アイグラスディスプレイ０は、そのテストパターンＩ0の拡大虚像Ｉ0’を観察映像として表示する。カラー撮像素子３３上には、その観察映像Ｉ0’が結像する。このとき、外界から射出瞳Ｐに向かう外界光束は遮光板３０によって遮られるので、このカラー撮像素子３３に外界光束は入射しない。この観察映像Ｉ0’には、色バランスのムラが生じている。
【００５３】
コンピュータ３１は、カラー撮像素子３３を駆動し、カラー撮像素子３３が出力する観察映像Ｉ0’の画像データを取り込む。
コンピュータ３１は、取り込まれた画像データから、カラー撮像素子３３の色再現特性（既知）に起因する色分布を差し引き、観察映像Ｉ0’の色分布を求める。
そして、コンピュータ３１は、観察映像Ｉ0’とテストパターンＩ0との色分布の相違を、アイグラスディスプレイ０の光学系部分に固有の光学的特性（ｆR，ｆG，ｆB）（＝観察映像Ｉ0’の表示色バランスの画角特性）として求める。
【００５４】
コンピュータ３１は、この画角特性（ｆR，ｆG，ｆB）の逆特性（αR，αG，αB）を求め、その逆特性（αR，αG，αB）上のｍ個の画角に対応するｍ個のベクトルを、補正係数ベクトル（αR1，αG1，αB1），（αR2，αG2，αB2），・・・，（αRm，αGm，αBm）として選定する。
以上の本測定方法によれば、ＬＣＤ２ｂの光学的特性とホログラム素子１ｄの光学的特性だけでなく透明基板１の光学的特性が観察映像Ｉ0’に生じさせる色ムラまでもが、一括して測定される。
【００５５】
したがって、本測定方法にて選定された補正係数ベクトル（αR1，αG1，αB1），（αR2，αG2，αB2），・・・，（αRm，αGm，αBm）で色補正データＤを構築し、それをアイグラスディスプレイ０の記憶部２ａ−３に格納しておけば、観察映像の表示色バランスを、より確実に均一化することができる。
（第３実施形態の変形例）
なお、本測定方法と同様の測定方法により、第２実施形態のフィルタＦRのＲ色成分に対する透過率分布、フィルタＦGのＧ色成分に対する透過率分布、フィルタＦBのＢ色成分に対する透過率分布を求めることができる。
【００５６】
［第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態の補足］
なお、図５では、アイグラスディスプレイの光学系部分に固有の光学的特性を、近似直線で表したが、実際の特性は、例えば図１０に示すような曲線（以下、「非近似曲線」という。）となる。よって、第１実施形態の補正係数ベクトル（αR，αG，αB）のＬＣＤ２ｂ上の分布、又は、第２実施形態のフィルタＦR，ＦG，ＧBの透過率分布を、図７に示した近似直線に代えて、図１１に示すような非近似曲線にしてもよい。この非近似曲線によれば、観察映像の表示色バランスを、より高精度に均一化することができる。
【００５７】
［第４実施形態］
図６、図７、図１１、図１２に基づき本発明の第４実施形態を説明する。
本実施形態は、アイグラスディスプレイの実施形態である。
ここでは、第１実施形態のアイグラスディスプレイとの相違点についてのみ説明する。
主な相違点は、図６に示した記憶部２ａ−３に格納される情報の内容と、補正部２ａ−２の動作とにある。
【００５８】
記憶部２ａ−３に格納されるのは、図１１に示した非近似曲線の式、及び図７に示した近似直線の式である。
補正部２ａ−２は、外部からカラー映像信号が入力され始めると、そのカラー映像信号の一部を参照し、そのカラー映像信号が示す情報の種類を識別する。
情報の種類には、例えば、図１２（１）に示すような「実写映像」、図１２（２）に示すような「アニメーション」、図１２（３）に示すような「モノクロ映像」、図１２（４）に示すような「文字情報」などがある。
【００５９】
補正部２ａ−２は、カラー映像信号が示す情報の種類が「実写映像」（図１２（１））、又は「アニメーション」（図１２（２））など、色の再現性が重視されるものであるときには、記憶部２ａ−３に格納された非近似曲線の式に基づき、ＬＣＤ２ｂ上の分布がその非近似曲線で表されるような補正係数ベクトル（αR1，αG1，αB1），（αR2，αG2，αB2），・・・，（αRm，αGm，αBm）を算出し、それを用いて色バランス補正を行う（図１２上部参照）。
【００６０】
非近似曲線の式に基づくこの演算は、近似直線の式に基づく演算よりも複雑なので、補正部２ａ−２の演算負荷は多くなるが、補正が高精度である。
一方、補正部２ａ−２は、カラー映像信号が示す情報の種類が「モノクロ映像」（図１２（３））、又は「文字情報」（図１２（４））など、色の再現性が軽視されるものであるときには、記憶部２ａ−３に格納された第２の数式に基づき、ＬＣＤ２ｂ上の分布が前記した近似直線で表されるような補正係数ベクトル（αR1，αG1，αB1），（αR2，αG2，αB2），・・・，（αRm，αGm，αBm）を算出し、それを用いてカラー映像信号を補正する（図１２下部参照）。
【００６１】
近似直線の式に基づくこの演算は、非近似曲線の式に基づく演算よりも単純なので、補正部２ａ−２の演算負荷は少なくなるが、補正が粗くなる。
すなわち、補正部２ａ−２は、色の再現性が重視されるときには、演算負荷の増大を許容して補正精度を高め、色の再現性が軽視されるときには、補正精度の低下を許容して演算負荷を抑える。
【００６２】
このような補正部２ａ−２の動作によれば、カラー映像の示す情報の種類に柔軟に対応した、効率的な補正をすることができる。
（第４実施形態の変形例）
なお、本実施形態においては、カラー映像が示す情報の種類を補正部２ａ−２が自動的に峻別しているが、観察者がアイグラスディスプレイに対して操作釦などを介して通知することとしてもよい。観察者からアイグラスディスプレイに入力される情報は、「実写映像」、「アニメーション」、「モノクロ映像」、「文字情報」の識別情報であっても、「低精度補正モード」と「高精度補正モード」との間の切り換えを指示する情報であってもよい。
【００６３】
また、補正精度及び演算負荷を変化させる方法は、上述したものに限らない。
例えば、記憶部２ａ−３には、小数の補正係数ベクトルを保有した色補正データＤが格納され、かつ各ブロックの各補正係数ベクトル（αR1，αG1，αB1），（αR2，αG2，αB2），・・・，（αRm，αGm，αBm）がそれら小数の補正係数ベクトルから補正部２ａ−２が補間演算によって求められる場合は、補正部２ａ−２は、カラー映像信号が示す情報に応じてその補間演算の精度を変化させればよい。
【００６４】
その他、カラー映像信号が示す情報の種類に応じて、ＬＣＤ２ｂ上のブロック数を変化させたり、補正係数ベクトル（αR，αG，αB）の階調表現の詳細度を変化させたりしてもよい。
［第５実施形態］
図６、図１３に基づき本発明の第５実施形態を説明する。
【００６５】
本実施形態は、アイグラスディスプレイの実施形態である。
ここでは、第１実施形態のアイグラスディスプレイとの相違点についてのみ説明する。
主な相違点は、図６に示した記憶部２ａ−３が省略される点と、補正部２ａ−２の動作とにある。本実施形態の補正部２ａ−２は、請求項の限定手段に対応する。
補正部２ａ−２は、外部からカラー映像信号が入力され始めると、そのカラー映像信号の一部を参照し、そのカラー映像信号が示す情報の種類を識別する。
【００６６】
補正部２ａ−２は、カラー映像信号が示す情報の種類が「実写映像」（図１３（１））、又は「アニメーション」（図１３（２））など、色表現が必要なものであるときには、何の動作もしない。このとき、観察映像の表示色バランスの画角特性は、図１３右上に示すとおりとなる。
一方、補正部２ａ−２は、カラー映像信号が示す情報の種類が「モノクロ映像」（図１３（３））、又は「文字情報」（図１３（４））など、色表現が不要なものであるときには、ＬＣＤ２ｂに対し、カラー映像のＲ色成分とＢ色成分との表示を停止するよう指示を出す。
【００６７】
このとき、ＬＣＤ２ｂの光源（ＬＥＤ）は、Ｇ色成分の照明光を連続点灯させる。このとき、観察映像の表示色バランスの画角特性は、図１３右下に示すとおりとなる。表示色はＧ色成分のみとなるが、その輝度のムラは少ない。
すなわち、補正部２ａ−２は、色表現が必要なときには、輝度ムラが生じることを許容してカラー表示を行い、色表現が不要ときには、表示色をＧ色のみに限定して輝度ムラを抑える。
【００６８】
このような補正部２ａ−２の動作によれば、色表現が不要なときに観察映像の輝度ムラを抑えることができる。特に、カラー映像が新聞の記事、取扱説明書などであるとき（情報の種類：「文字情報」）には色表現が不要であって、しかも輝度ムラがあると文字が読みづらくなるので、これが有効となる。
（第５実施形態の変形例）
なお、本実施形態においては、カラー映像が示す情報の種類を補正部２ａ−２が自動的に峻別しているが、観察者がアイグラスディスプレイに対して通知することとしてもよい。観察者からアイグラスディスプレイに入力される情報は、「実写映像」、「アニメーション」、「モノクロ映像」、「文字情報」の識別情報であっても、「カラーモード」と「モノクロモード」との間の切り換えを指示する情報であってもよい。
【００６９】
［第６実施形態］
上記各実施形態では、反射型光学素子としてホログラム素子１ｄが用いられたアイグラスディスプレイを説明したが、図１４に示すように、反射型光学素子として偏光ビームスプリッタ４１ｄが備えられたアイグラスディスプレイにも本発明は適用可能である。
以下、第６実施形態として、このアイグラスディスプレイに第１実施形態と同様の特徴を付与したものを図１４に基づき説明する。第１実施形態と共通の部分については説明を省略する。
【００７０】
このアイグラスディスプレイが観察者に装着された状態で、透明基板４１は、観察者の観察眼の前に正対し、光源ユニット２は、透明基板４１の観察者から見て左端部に正対する。
図１４には、観察眼の近傍に原点を有し、かつ観察者の前方をＺ方向、左方をＹ方向、下方をＸ方向としたＸＹＺ直交座標系を示した。
【００７１】
透明基板４１の内部において観察眼に対向する位置に、偏光ビームスプリッタ４１ｄが設けられる。
偏光ビームスプリッタ４１ｄの姿勢は、観察者の左手前から右奥へと傾斜した姿勢である。
偏光ビームスプリッタ４１ｄは、光源ユニット２内のＬＣＤ２ｂから射出した表示光束のｐ偏光成分を透過する。偏光ビームスプリッタ４１ｄは、外界から観察眼の瞳へ向かう外界光束の殆どを透過する。
【００７２】
このような偏光ビームスプリッタ４１ｄには、反射波長選択性を有した誘電体膜、回折パターン、ＧＢＯ（Giant Birefringent Optics）などが用いられる。
また、透明基板４１の内部には、偏光ビームスプリッタ４１ｄを透過した表示光束を反射可能な位置に主反射面４１ｅが設けられる。
主反射面４１ｅは、光学的パワーを付与してからその表示光束をその偏光ビームスプリッタ４１ｄに再入射させる。
【００７３】
透明基板４１の内部には、偏光ビームスプリッタ４１ｄと主反射面４１ｅとの間に、１／４波長板４１ｆが設けられる。
よって偏光ビームスプリッタ４１ｄに再入射するときの表示光束はｓ偏光となり、偏光ビームスプリッタ４１ｄによって観察眼の方向に反射される。
このアイグラスディスプレイによると、観察眼の前方に、ＬＣＤ２ｂの拡大虚像（観察映像）が表示される。
【００７４】
ここで、ＬＣＤ２ｂの光学的特性は、例えば、第１実施形態にて説明したものと同じである（図３参照）。
また、偏光ビームスプリッタ４１の反射率の波長特性（画角０°）は、例えば、図１５に示すようになっている。
図１５において横軸が波長［ｎｍ］、縦軸が反射率である。この波長特性カーブは。Ｒ色成分に相当する波長、Ｇ色成分に相当する波長、Ｂ色成分に相当する波長のそれぞれにピークを有している。各ピークの半値全幅は、それぞれ５０ｎｍ以下と狭い。
【００７５】
また、図示省略したが、異なる画角の表示光束に対する反射率の波長特性カーブも同様の３つのピークを有する。但し、その主波長は、図１５に示した主波長からずれている。
このようなアイグラスディスプレイにおいて、ＬＣＤ２ｂに対し一様な色のカラー映像（例えば、白いテストパターン）を表示させると、表示される観察映像の表示色バランスには、画角特性が生じる。
【００７６】
画像処理回路２ａ内の記憶部２ａ−３に格納される補正係数ベクトル（αR1，αG1，αB1），（αR2，αG2，αB2），・・・，（αRm，αGm，αBm）のＬＣＤ２ｂ上の分布は、このアイグラスディスプレイの光学系部分に固有の特性（観察映像の表示色バランスの画角特性）の逆特性に相当する。
画像処理回路２ａ内の補正部２ａ−２は、これらの補正係数ベクトル（αR1，αG1，αB1），（αR2，αG2，αB2），・・・，（αRm，αGm，αBm）を用いて補正を行う。
【００７７】
したがって、このアイグラスディスプレイのＬＣＤ２ｂ上の表示色バランスには分布が付与され、それによって観察映像の表示色バランスは、均一化される。
（第６実施形態の変形例）
なお、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ４１ｄの透過光路に主反射面４１ｅが配置されたタイプのアイグラスディスプレイを説明したが、偏光ビームスプリッタ４１ｄの反射光路に主反射面４１ｅが配置されたタイプのアイグラスディスプレイを構成することもできる。主反射面４１ｅ及び１／４波長板の配置される位置は、透明基板４１の外界側となる。この場合は、シースルー性確保のため、主反射面４１ｅの反射特性に波長選択性を持たせることが望ましい。
【００７８】
また、偏光ビームスプリッタが備えられたアイグラスディスプレイとしては、特願２００３−５６１６２号に記載されたその他のアイグラスディスプレイを適用することができる。
［その他］
なお、上述した各実施形態では、図１に示したように観察映像を左眼に表示するタイプのアイグラスディスプレイの例を示したが、右眼、或いは左右両眼に観察映像を表示するタイプのアイグラスディスプレイにも、本発明は同様に適用可能である。
【００７９】
また、ＬＣＤ２ｂとして、ＬＥＤで透過照明する例を示したが、反射照明するものに代えることもできる。
また、光源ユニット２（ＬＣＤ２ｂ）の位置が観察眼の脇に配置される例を示したが、観察眼の上や観察眼の下に配置されるようアイグラスディスプレイを構成することもできる。
【００８０】
さらには、光源ユニット２と外部機器とが接続線を介して接続される例を示したが、それらが無線通信でつなげられてもよいことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、アイグラスディスプレイの他、ヘッドマウントディスプレイ、ビデオプロジェクタ、携帯電話、電子キーシステム、視覚的センサを備えるロボットなどの各機器への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】第１実施形態のアイグラスディスプレイの外観図である。
【図２】第１実施形態のアイグラスディスプレイの構成図である。図２中の断面図は、アイグラスディスプレイを水平面（ＹＺ平面）で切断した部分断面図である。
【図３】ＬＣＤ２ｂに固有の発光スペクトル分布（発光輝度の波長特性）である。
【図４】ホログラム素子１ｄに固有の回折効率の波長・画角特性である。（ａ）は、Ｒ色成分についての特性カーブであり、（ｂ）は、Ｇ色成分近傍についての特性カーブである。
【図５】アイグラスディスプレイの光学系部分に固有の光学的特性である。
【図６】画像処理回路２ａの内部構成及びその動作を説明する図である。
【図７】補正係数ベクトル（αR，αG，αB）のＬＣＤ２ｂ上の分布である。
【図８】第２実施形態のアイグラスディスプレイの構成図である。図８中の断面図は、アイグラスディスプレイを水平面（ＹＺ平面）で切断した部分断面図である。
【図９】第３実施形態の測定系の構成図である。
【図１０】アイグラスディスプレイの光学系部分に固有の光学的特性である。
【図１１】補正係数ベクトル（αR，αG，αB）のＬＣＤ２ｂ上の分布、又はフィルタＦR，ＦG，ＧBの透過率分布である。
【図１２】第４実施形態の補正部２ａ−２の動作を説明する図である。
【図１３】第５実施形態の補正部２ａ−２の動作を説明する図である。
【図１４】第６実施形態のアイグラスディスプレイの構成図である。図１４中の断面図は、アイグラスディスプレイを水平面（ＹＺ平面）で切断した断面図である。
【図１５】偏光ビームスプリッタ４１の反射率の波長特性（画角０°）である。Ｒｓはｓ偏光成分に対する反射率、Ｒｐはｐ偏光成分に対する反射率である。
【符号の説明】
【００８３】
１  透明基板
２  光源ユニット
３  装着機構
２ａ  画像処理回路
２ｂ  ＬＣＤ
２ｃ  レンズ
１ｃ  反射面
１ｄ  ホログラム素子
２ａ−１  変換部
２ａ−２  補正部
２ａ−３  記憶部
Ｆ  フィルタ
０  アイグラスディスプレイ
３０  遮光板
３１  コンピュータ
３２  入力器
３３  カラー撮像素子
３４  レンズ
【図１】
2005241825.tif 000003
【図２】
2005241825.tif 000004
【図３】
2005241825.tif 000005
【図４】
2005241825.tif 000006
【図５】
2005241825.tif 000007
【図６】
2005241825.tif 000008
【図７】
2005241825.tif 000009
【図８】
2005241825.tif 000010
【図９】
2005241825.tif 000011
【図１０】
2005241825.tif 000012
【図１１】
2005241825.tif 000013
【図１２】
2005241825.tif 000014
【図１３】
2005241825.tif 000015
【図１４】
2005241825.tif 000016
【図１５】
2005241825.tif 000017