CN104603674A - 图像显示装置 - Google Patents

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Abstract

提供了通过被戴到用户的头部或脸部而被使用的图像显示装置，所述图像显示装置包括：显示装置，其被配置为显示图像；波导，其被配置为向从用户侧看到的位置和从图像显示装置的外部看到的位置的每一个引导所述图像；以及，控制单元，其被配置为控制内部图像和外部图像的显示，所述内部图像是从所述用户侧看到的，所述外部图像是从外部看到的。

Description

图像显示装置
技术领域
在本说明书中公开的技术涉及使得观看者能够使用虚拟图像光学系统观看作为放大的虚拟图像的显示图像的图像显示装置，并且更具体地涉及透射类型的图像显示装置，其使得观看者即使在正在显示图像时也能够观看透过图像的外部环境。
背景技术
已知在头上佩戴并且用于观看图像的头戴式图像显示装置，或换句话说，头戴式显示器。头戴式图像显示装置具有用于左和右眼的每一个的图像显示单元，并且通过将这些与耳机组合，头戴式图像显示装置被配置为使得能够控制视觉和听觉。另外，头戴式图像显示装置也能够向左和右眼示出不同的图像，并且如果显示在左和右眼之间具有视差的图像，则可以呈现三维图像。
对于用于左和右眼的显示单元，头戴式图像显示装置配备了例如液晶或有机电致发光(EL)元件的高分辨率显示面板。头戴式图像显示装置可以被分类为不透明和透射类型的。不透明的头戴式图像显示装置被配置为当被戴在头上时覆盖用户的眼睛，并且在图像观看期间增大沉浸感。使用投影显示屏幕的光学镜头来设置适当的视角。另外，如果使用耳机来再现多声道音频，则有可能重建在电影院中的感觉(例如，参见专利文献1)。另一方面，在透射类型的头戴式图像显示装置的情况下，有可能即使在用户在他的或她的头上佩戴该装置并且在显示图像的同时也观看透过图像(即，看透图像)的外部环境(例如，参见专利文献2)。因为这个原因，用户能够避免在室外使用该装置的同时或在行走的同时诸如与障碍物冲撞的危险。
同时，关于平板显示装置，提出了一种显示装置，其能够在前和后侧两者上显示图像(例如，参见专利文献3和4)。双面显示装置可以在两侧上显示相同的内容，或者在两侧上显示独立的内容。因为用户可以在装置外壳的前侧和后侧两者上观看图像，所以双侧显示装置可以是良好的信息提供工具。
另一方面，如上所述的头戴式图像显示装置可以在前面上、即面向佩带者的眼睛地显示图像，但是在后面上、即从图像显示装置向外地显示图像。因为这个原因，在外部的人们完全不能查看佩带者在看到什么。而且，因为覆盖了佩带者的眼睛，所以在外部的人们难以掌握佩带者的状态(例如，现在说或等待稍后是否没问题)。
可以说头戴式图像显示装置是根本的个人显示器。然而，除了在佩戴该装置的用户他本身或她本身之外的人们不能了解用户的状态、用户在进行什么、用户在观看什么或用户集中或沉浸在观看中的程度。而且，在一些情况下，用户他或她本身可能要声明他的或她的本身的状态，通知其他人正在观看的内容，或者传送与内容相关的有用信息，但是为了如此做，用户必须首先取下装置，并且观看被中断。
发明内容
技术问题
在本说明书中公开的技术的目的是提供一种良好的图像显示装置，所述图像显示装置被佩戴在头上并且用于观看图像，并且使得能够向外部的人们呈现各种信息，诸如佩带者在观看什么和佩带者的当前状态。
对于问题的解决方案
本申请考虑上述问题，并且根据权利要求1所述的技术提供了通过被戴到用户的头部或脸部而被使用的图像显示装置，所述图像显示装置包括：显示装置，其被配置为显示图像；波导，其被配置为向从用户侧看到的位置和从图像显示装置的外部看到的位置的每一个引导所述图像；以及，控制单元，其被配置为控制内部图像和外部图像的显示，所述内部图像是从所述用户侧看到的，所述外部图像是从外部看到的。
按照根据本申请的权利要求2所述的技术，根据权利要求1所述的图像显示装置的所述波导包括：第一波片，其转换所述显示装置的发射的光的偏振属性；偏振分束器，其被布置在所述显示装置的入射光的光轴上，并且根据偏振属性来反射或透射所述入射光；第二波片，其转换和透射所述偏振分束器的透射的光的偏振属性；以及，反射镜，其反射所述第二波片的透射的光。另外，所述内部图像被配置为使用在所述显示装置的所述入射光中的从所述偏振分束器反射回的光被显示，并且所述外部图像被配置为使用所述偏振分束器的所述透射的光被显示，所述透射的光经由所述第二波片和所述反射镜从所述偏振分束器反射回。
按照根据本申请的权利要求3所述的技术，根据权利要求2所述的图像显示装置的显示装置被配置为发射由s偏振光分量构成的显示光，所述第一波片被配置为包括半波片，并且将所述显示装置的所述发射的光转换为s偏振光或p偏振光，所述偏振分束器被配置为被布置得相对于来自所述显示装置的入射光的所述光轴倾斜45度，反射所述第一波片的透射的光的s偏振光分量，在从所述用户侧看到的位置处显示所述内部图像，并且透射所述第一波片的所述透射的光的p偏振光分量，所述第二波片被配置为包括四分之一波片，所述反射镜被配置为包括凹面镜，透过所述偏振分束器的所述p偏振光分量被配置为透过所述四分之一波片，并且被转换为圆偏振光，并且透过所述偏振分束器的所述p偏振光分量被配置为在被所述凹面镜聚光和反射后在反方向上透过所述四分之一波片，被转换为s偏振光并且从所述偏振分束器反射回以在从所述图像显示装置的外部看到的位置处显示所述外部图像。
按照根据本申请的权利要求4所述的技术，根据权利要求3所述的图像显示装置的半波片的光轴方向动态地可极化。另外，所述控制单元被配置为使得所述显示装置与其中所述半波片的光轴方向被设置为0度的第一间隔同步地保持所述内部图像接通，并且使得所述显示装置与其中所述半波片的所述光轴方向被设置为45度的第二间隔同步地保持所述外部图像接通。
按照根据本申请的权利要求5所述的技术，根据权利要求4所述的图像显示装置的所述控制单元被配置为通过改变在所述第一间隔和所述第二间隔之间的比率来调整所述内部图像和所述外部图像的每一个的亮度。
按照根据本申请的权利要求6所述的技术，根据权利要求4所述的图像显示装置的所述控制单元被配置为通过改变所述显示装置在所述第一间隔中将所述内部图像保持接通的时间而调整所述内部图像的亮度，或者通过改变所述显示装置在所述第二间隔中将所述内部图像保持接通的时间而调整所述外部图像的亮度。
按照根据本申请的权利要求7所述的技术，根据权利要求3所述的图像显示装置的所述半波片的光轴方向动态地可极化。另外，所述控制单元被配置为通过在0至45度之间调整所述半波片的光轴方向来控制来自所述显示装置的发射光的亮度，所述发射的光被显示为所述内部图像和所述外部图像。
按照根据本申请的权利要求8所述的技术，根据权利要求4和7所述的图像显示装置的所述半波片包括由铁电晶体构成的光学倍增器。
按照根据本申请的权利要求9所述的技术，根据权利要求2所述的图像显示装置将所述偏振分束器的反射率设置为90％或更大的反射率。
按照根据本申请的权利要求10所述的技术，根据权利要求1所述的图像显示装置进一步包括其上投影所述外部图像的屏幕。
按照根据本申请的权利要求11所述的技术，在根据权利要求10所述的图像显示装置中，所述屏幕具有2英寸或更小的大小，或者，所述屏幕具有2或更大的增益。
按照根据本申请的权利要求12所述的技术，根据权利要求10所述的图像显示装置使用包括聚合物散布的液晶的屏幕。另外，所述控制单元被配置为与所述内部图像或所述外部图像的显示周期同步地控制所述屏幕的散射效果。
按照根据本申请的权利要求13所述的技术，根据权利要求10所述的图像显示装置使用包括全息图的屏幕。另外，所述控制单元被配置为使得所述显示装置当显示所述外部图像时发射具有特定波长分量的显示光，所述显示光被所述全息图衍射。
按照根据本申请的权利要求14所述的技术，根据权利要求1所述的图像显示装置的波导包括：半镀银反射镜，其被布置在所述显示装置的入射光的光轴上；准直光学单元，其形成所述半镀银反射镜的反射光；凹面镜，其反射所述半镀银反射镜的透射光；以及，屏幕，在从所述凹面镜反射回后进一步从所述半镀银反射镜反射回的光被投影在所述屏幕上。
按照根据本申请的权利要求15所述的技术，根据权利要求1所述的图像显示装置的波导包括：半镀银反射镜，其被布置在所述显示装置的入射光的光轴上；准直光学单元，其形成所述半镀银反射镜的反射光；平面镜，其反射所述半镀银反射镜的透射光；以及，投影光学单元和屏幕，用于投影在从所述平面镜反射回后进一步从所述半镀银反射镜反射回的光。
按照根据本申请的权利要求16所述的技术，根据权利要求1所述的图像显示装置进一步包括投影光学单元，其被配置为向外部投影所述外部图像。
按照根据本申请的权利要求17所述的技术，根据权利要求1所述的图像显示装置进一步包括输入操作单元，用户使用其来进行输入操作。另外，所述控制单元被配置为根据所述用户的输入操作来控制所述内部图像和所述外部图像的显示。
按照根据本申请的权利要求18所述的技术，根据权利要求1所述的图像显示装置进一步包括环境信息获取单元，其被配置为获取与所述图像显示装置的周围环境相关的信息。另外，所述控制单元被配置为基于所述周围环境来控制所述内部图像和所述外部图像的显示。
按照根据本申请的权利要求19所述的技术，根据权利要求1所述的图像显示装置进一步包括状态信息获取单元，其被配置为获取与所述用户的状态相关的信息。另外，所述控制单元被配置为基于所述用户的所述状态来控制所述内部图像和所述外部图像的显示。
按照根据本申请的权利要求20所述的技术，根据权利要求1所述的图像显示装置进一步包括内容信息获取单元，其被配置为获取与要被显示为所述内部图像的图像内容相关的内容信息。另外，所述控制单元被配置为根据所述内容信息来控制所述外部图像的显示。
本发明的有益效果
根据在本说明书中公开的技术，有可能提供一种良好的图像显示装置，所述图像显示装置被佩戴在头上并且用于观看图像，并且使得能够向近处的人们呈现各种信息，诸如佩带者在观看什么和佩带者的当前状态。
根据在本说明书中公开的技术的一种头戴式图像显示装置配备了从佩戴的用户侧看到的内部显示单元以及从外部看到的外部显示单元，并且能够通过在所述外部显示单元上显示诸如与佩带者看到的内容相同的图像或佩带者的状态的信息来外部提供各种信息。
通过基于以下描述的示例性实施例的更详细的说明和附图使得在本说明书中公开的技术的另外的目的、特征和优点清楚。
附图说明
图1是图示佩戴透射型的头戴式图像显示装置3的用户的正面外观的图。
图2是图示透射型的头戴式图像显示装置1的头顶上外观的图。
图3是示意地图示在图1和2中图示的透射型的头戴式图像显示装置1的功能配置的图。
图4是图示内部图像和外部图像的显示间隔的图。
图5是图示被投影到墙壁的头戴式图像显示装置1的显示图像的图。
图6是图示虚拟图像/真实图像光学单元312的示例性配置的图。
图7是图示在从在图6中所示的虚拟图像/真实图像光学单元312中的显示面板311发射后的显示光的偏振属性的图。
图8是图示透过在图6中的虚拟图像/真实图像光学单元312中的、具有被设置为0度的光轴方向的半波片602的显示光的偏振属性的图。
图9是图示透过在图6中的虚拟图像/真实图像光学单元312中的、具有被设置为45度的光轴方向的半波片602的显示光的偏振属性的图。
图10是图示透过在图6中的虚拟图像/真实图像光学单元312中的偏振分束器604的显示光的偏振属性的图。
图11是图示在被在图6中所示的虚拟图像/真实图像光学单元312中的凹面镜606反射和聚光后的、透过偏振分束器604的显示光的偏振属性的图。
图12是图示半波片602的光轴方向的示例性操作的图。
图13是图示半波片602的光轴方向的示例性操作的图。
图14是图示被设置为在0度和45度之间的角度θ的半波片602的光轴方向的图。
图15是图示当半波片602的光轴方向被设置为角度θ时发射的s偏振光分量的图。
图16是图示当半波片602的光轴方向被设置为角度θ时发射的p偏振光分量的图。
图17是图示在图16中所示的p偏振光分量如何透过四分之一波片605并且被转换为圆偏振光的图。
图18是图示在图17中所示的圆偏振光如何透过四分之一波片605并且被转换为s偏振光的图。
图19是图示虚拟图像/真实图像光学单元312的另一种示例性配置的图。
图20是图示真实图像光学单元312的另一种示例性配置的图。
图21是图示根据经由输入操作单元302来自用户的指令的头戴式图像显示装置1的示例性操作的状态转换图。
图22是图示根据环境信息的头戴式图像显示装置1的示例性操作的流程图。
图23是图示根据用户状态信息的头戴式图像显示装置1的示例性操作的流程图。
图24是图示用于表示闭合的眼睑的状态(眼睛张开多少)的示例显示的图。
图25是图示用于表示凝视方向(瞳孔方向)的图标的示例显示的图。
图26是例示根据使用眼光技术检测的每一个单位时间的眨眼的数量和眨眼时间而确定用户的精神状态(警报/昏昏欲睡/集中)的方法的图。
图27是例示根据使用眼光技术检测的眨眼间隔和眨眼时间而确定用户的精神状态(警报/昏昏欲睡/集中)的方法的图。
图28是例示根据使用图像捕获技术检测的眨眼间隔和眨眼时间而确定用户的精神状态(警报/昏昏欲睡/集中)的方法的图。
图29是图示在外部图像中显示的文本信息2901如何被控制以保持水平的图。
图30是图示被映射到真实空间的内部图像或外部图像的位置如何被控制以保持在适当位置的图。
图31是图示根据内容信息的头戴式图像显示装置1或3的示例性操作的流程图。
具体实施方式
以下，将参考附图详细说明本发明的实施例。
如上所述，头戴式图像显示装置可以被分类为不透明型(例如，参见专利文献1)和透射型(例如，参见专利文献2)。在本说明书中公开的技术也可以被应用到后一种类型。
A.装置配置
图1图示了佩戴透射类型、或换句话说透视型的头戴式图像显示装置1的用户的正面外观。
在图1中所示的示例中，头戴式图像显示装置1具有类似于用于视力矫正的眼镜的结构。面向用户脸部的头戴式图像显示装置1外壳的一侧被定义为“内部”，而相对侧被定义为“外部”。在用户佩戴头戴式图像显示装置1的同时，用户仅可看到内部脸部，而另一个外部脸部被暴露到外部，并且也可以被外部的人们看到。由透明光导单元等构成的虚拟图像光学单元被布置在面向用户左和右眼的装置1上的位置处，并且从虚拟图像光学单元内部显示用户观看的图像。另外，从虚拟图像光学单元外部显示由外部的人们可观看的外部图像。该虚拟图像光学单元被例如形状象眼镜框的支架支撑。
图2图示了头戴式图像显示装置1的头顶上外观。如在该附图中所示，在头戴式图像显示装置1的左和右端上布置了分别输出左眼图像和右眼图像的显示面板。该显示面板每一个由诸如液晶显示器或有机EL元件的微显示器构成，并且部分是例如通过时分复用的左眼和左和右眼内部图像和偏振分束器的帧。左和右显示图像被虚拟图像光学单元引导到左和右眼的每一个的附近，并且也被分离为内部图像和外部图像。随后，内部图像的放大的虚拟图像形成在用户的瞳孔上，而外部图像的放大的虚拟图像形成在从虚拟图像光学单元的外部布置的屏幕上。注意，虚拟图像光学单元引导显示面板的输出图像、分离内部图像和外部图像并且形成放大的虚拟图像所通过的配置的详细说明将被延迟，直到稍后。
在图1和2中图示的示例的头戴式图像显示装置1中，以与内部图像的显示区域的前和后关系在多个位置处布置外部图像的显示区域，但是，在其他位置也显示外部图像。而且，虽然头戴式图像显示装置3在一对左和右位置处显示外部图像，但是也可以在单个位置或在三个或更多的位置处显示外部图像。
注意，虽然从在图1和2中的图示省略，但是头戴式图像显示装置1配备了音频输出单元，其伴随图像输出音频。而且，头戴式图像显示装置1配备了安装单元，其向用户的头部或脸部安装相关装置1。例如，通过下述方式来在头部上佩戴相关装置3：在用户的左和右耳上布置眼镜腿(未示出)，它们可旋转地被支撑在形成类似眼镜框的形状的装置3外壳的左和右端的每一个上。而且，虽然在图1和2中所示的头戴式图像显示装置3是配备了用于左和右眼两者的显示单元的双眼类型，但是头戴式图像显示装置3也可以被配置为配备了仅用于左和右眼之一的显示单元的单眼类型。
图3示意地图示了在图1和2中图示的透射类型的头戴式图像显示装置1的功能配置。如下所述，头戴式图像显示装置1配备了用于分别显示从佩戴相关装置1的用户的一侧看到的内部图像和从相关装置的外部看到的外部图像的功能。以下，将描述相应的组件。
控制单元301配备了只读存储器(ROM)301A和随机存取存储器(RAM)301B。ROM 301A存储由控制单元301执行的程序代码和各种数据。控制单元301通过执行向RAM 301B内安装的程序来控制从佩戴相关装置1的用户的一侧看到的内部图像和从相关装置的外部看到的外部图像的显示，以及中心地整体控制相关装置1的操作。在ROM 301A中存储的数据可以包括识别相关装置1的装置标识信息和对于该装置唯一的其他信息。
输入操作单元302配备了其上用户执行输入操作的一个或多个操作元件，诸如按键、按钮和开关，经由操作元件来接收用户指令，并且向控制单元301输出。而且，输入操作单元302类似地接收由被遥控接收单元303接收的遥控命令构成的用户指令，并且输出到控制单元301。而且，输入操作单元302也可以被配置为经由从诸如肌电传感器或眼电传感器的状态传感器(下述)获得的眼镜移动或眨眼操作而接收用户指令。
在本实施例中，控制单元301响应于经由输入操作单元302来自用户的指令而控制显示操作，该显示操作用于显示从佩戴相关装置1的用户的一侧看到的内部图像和从相关装置的外部看到的外部图像。例如，响应于来自用户的指令，控制单元301控制外部图像的接通/关断、显示方法(诸如显示图像的大小、亮度、对比度、色调、显示位置和连续显示或间歇显示)和要显示的信息。另外，控制单元301响应于来自用户的指令而控制与被显示为内部图像的内容链接或相关联的外部图像。
环境信息获取单元304获取与头戴式图像显示装置1的外部的环境相关的信息，并且输出到控制单元301。环境信息获取单元304获取例如作为环境信息的信息，诸如环境光强、声强、位置或地方、温度、天气、时间、环境图像和外部的人们的数量。另外，为了获取该环境信息，环境信息获取单元304也可以配备各种环境传感器，诸如光传感器，麦克风、全球定位系统(GPS)传感器、温度传感器、湿度传感器、时钟、图像传感器(相机)和辐射传感器(在图3中都未示出)。从这些环境传感器获取的环境信息被暂时存储在例如RAM 301B中。
在本实施例中，控制单元301根据由环境信息获取单元304获取的环境信息来控制用于显示从佩戴相关装置1的用户的一侧看到的内部图像和从相关装置的外部看到的外部图像的显示操作，例如，根据环境信息，控制单元301控制外部图像的接通/关断、显示方法(诸如显示图像的大小、亮度、对比度、色调、显示位置和连续显示或间歇显示)和要显示的信息。另外，控制单元301根据环境信息来控制与被显示为内部图像的内容链接或相关联的外部图像。
状态信息获取单元305获取与佩戴头戴式图像显示装置1的官讳中相关的信息，并且输出到控制单元301。对于状态信息，状态信息获取单元305获取例如用户的工作状态(用户是否佩戴装置)、用户的行为状态(佩戴的用户的头部的方向、诸如行走的移动和眼睑的打开/关闭状态)、精神状态(用于指示用户是否沉浸在或集中在观看内部图像(或作为分心观看背景)，诸如兴奋程度、警觉水平或感情和情绪)以及生理状态。另外，为了从用户获取该状态信息，状态信息获取单元305也可以配备各种状态传感器，诸如由机械开关等构成的佩戴传感器、陀螺传感器、加速度传感器、速度传感器、压力传感器、体温传感器、汗传感器、肌电传感器、眼电传感器和脑电波传感器(在图3中都未示出)。从这些状态传感器获取的状态信息被暂时存储在例如RAM 301B中。
在本实施例中，控制单元301根据由状态信息获取单元305获取的关于用户的当前状态的状态信息来控制用于显示从佩戴相关装置1的用户的一侧看到的内部图像和从相关装置的外部看到的外部图像的显示操作。例如，根据用户状态信息，控制单元301控制外部图像的接通/关断、显示方法(诸如显示图像的大小、亮度、对比度、色调、显示位置和连续显示或间歇显示)和要显示的信息(表达了眼睛打开多少或凝视方向的图标或文本信息的显示)。另外，控制单元301根据用户状态信息来控制与被显示为内部图像的内容链接或相关联的外部图像。
通信单元306进行与另一个装置的通信处理以及对于通信信号的调制/解调和编码/解码处理。例如，通信单元306从作为图像源的外部设备(未示出)接收要显示为内部图像的图像信号。显然，通信单元306可以从外部设备接收与内部图像不同的外部图像。
已经被通信单元306接收、解调和解码的内部图像或外部图像或其他接收的数据被供应到控制单元301。而且，控制单元301发送从通信单元306向外部设备的发送数据。
通信单元306的配置是任意的。例如，可以根据用于与作为通信对的外部设备的发送和接收操作的通信标准来配置通信单元306。通信标准可以是有线的或无线的。在此引用的通信标准可以是标准，诸如移动高清链路(MHL)、通用串行总线(USB)、高清晰度多媒体接口(HDMI；注册商标)、Bluetooth(注册商标)通信或红外线通信。
内容信息获取单元307获取经由通信单元306输入的图像内容的信息。在附图中所示的示例中，内容信息获取单元307被在控制单元301中执行的程序实现，但是内容信息获取单元307也可以被配置为在控制单元301外部的专用硬件。内容信息获取单元307获取内容信息，诸如伴随图像内容的元数据(诸如关于内容的题目、类别和详细信息和相关站点的统一资源定位符(URL))、图像内容的总的重放时间、当前重放位置或剩余重放时间和父母控制或其他使用限制标记。另外，内容信息获取单元307配备了解码器，该解码器解码诸如在主编码图像内容中嵌入的文本的数据。
在本实施例中，控制单元301根据由内容信息获取单元307获取的内容信息来控制用于显示从佩戴相关装置1的用户的一侧看到的内部图像和从相关装置的外部看到的外部图像的显示操作。例如，根据内容信息，控制单元301控制外部图像的接通/关断、显示方法(诸如显示图像的大小、亮度、对比度、色调、显示位置和连续显示或间歇显示)和要显示的信息(例如，文本串，诸如提供详细信息或关于内容的相关信息的URL；或者，编码这样的文本串的QR代码(注册商标))。另外，控制单元301根据内容信息控制与被显示为内部图像的内容链接或相关联的外部图像。
图像处理单元308包括：内部图像产生单元308-1，其基于从控制单元301输出的图像信号来产生内部图像；以及，外部图像产生单元308-2，其基于从控制单元301输出的图像信号来产生外部图像。图像处理单元308另外对于所产生的内部图像和外部图像进行诸如图像质量校正以及向适合于显示面板311的屏幕的分辨率的转换的信号处理。然而，在外部显示与内部图像相同的图像的情况下，省略外部图像产生单元308-2。
图像复用单元309复用由内部图像产生单元308-1和外部图像产生单元308-2分别产生以由单个显示面板311显示的内部图像和外部图像的帧。该复用方法是任意的，但是下面将描述时分复用。例如，如图4中所示，图像复用单元309对于在时间轴上的每N个连续的内部图像帧插入1个外部图像帧。在该情况下的内部图像和外部图像的亮度比(或图像清晰度)仅变为N:1(假定在输出时间处的内部图像和外部图像的每一个的亮度相同)。在此，N是等于或大于1的正整数(在该图中所示的示例中，N＝4)。当N的值变大时，最终显示的外部图像变为更亮的、更良好地清晰的图像。然而，在将同一图像外部显示为内部图像的情况下，省略图像复用单元309的复用处理。
作为图像显示系统，透射、或换句话说透视性的头戴式图像显示装置1配备了：显示面板311，其显示复用的内部图像和外部图像；以及，虚拟图像/真实图像光学单元312，其接受由显示面板311显示的显示光，分离内部图像和外部图像，并且将内部图像的放大的虚拟图像引导到观看者的瞳孔，同时将外部图像的真实图像引导到外部。
显示面板311由诸如有机电致发光(EL)显示器、无机EL显示器或液晶显示器(LCD)的微型显示器构成。下面的说明假定输出由线性偏振光构成的图像光的液晶显示器被实现为显示面板311。另外，显示驱动单元310依序选择显示面板311每行的像素，并且基于处理的图像信号执行行顺序扫描，以供应像素信号。
虚拟图像/真实图像光学单元312使用例如光学效应来分离复用的内部图像和外部图像，并且在用户的瞳孔上形成放大内部图像的虚拟图像，并且同时也在外部布置的屏幕上形成外部图像的真实图像。
注意，选用地，也可以在外部图像的真实图像被投影在屏幕之前布置投影光学单元313。投影光学单元313将外部图像的真实图像放大和投影在在头戴式图像显示装置1附近的墙壁等(未示出)上(如上)。换句话说，头戴式图像显示装置1也可以被用作紧凑投影器(参见图5)。
B.在透射类型的头戴式图像显示装置中的光学系统的配置
图6图示了虚拟图像/真实图像光学单元312的示例性配置。在附图中图示的虚拟图像/真实图像光学单元312配备了准直光学单元601、半波片(HWP)602、波导603、在波导603内设置的偏振分束器(PBS)604和四分之一波片605、在波导603的边缘表面上形成的凹面镜606和将外部图像投影在的屏幕607。
偏振分束器604被布置得相对于来自显示面板311的入射光的光轴倾斜45度。而且，四分之一波片605被布置得与来自显示面板311的入射光的光轴垂直。另外，在与来自显示面板311的显示光入射在的入射侧相对的侧上在波导603的边缘表面上形成凹面镜606。
准直光学单元601由例如凹透镜构成，并且是接受来自显示面板311的像素的光并且工作以形成一组平行的光束的光学单元。显示面板311被布置在凹透镜的焦距的预定位置处。从准直光学单元601发射的该组平行光束分别经由半波片602入射在波导603上。在从显示面板311发射后的显示光仅由s偏振光分量构成(参见图7)。
在显示面板311和环境信息获取单元304之间布置半波片602。在图6中图示的示例中，从显示面板311发射的显示光在经由准直光学单元601变为一组平行光束后入射在半波片602上。在此使用的半波片602具有动态可极化的光轴方向。具有动态可极化的光轴方向的半波片602的一个示例是由铁电晶体构成的光学倍增器(例如，参见专利文献5)。
在此，如果半波片602的光轴方向被设置为0度，则由s偏振光构成的显示光原样透过半波片602(参见图8)。而且，如果半波片602的光轴方向倾斜45度，则被转换为p偏振光的显示光透过半波片602(参见图9)。因此，通过改变半波片602的光轴的角度，透过半波片602的显示光的偏振可以在s偏振光和p偏振光之间交错。另外，通过转换配置半波片602的光轴的角度的周期，可以任意地调整透过半波片602的s偏振光和p偏振光的占空比。
波导603由大部分透明的材料构成。在从半波片602发射后由s偏振光或p偏振光构成的一组平行光束入射在波导603的一侧上的边缘表面上，在波导603内进行全内反射，并且在正向上传播。
偏振分束器604被布置在平行光束的光路上，相对于来自显示面板311的入射光的光轴倾斜45度。偏振分束器604具有在反射s偏振光的同时投影p偏振光的属性(如所公知)。因为改变半波片602的光轴的角度导致的在s偏振光和p偏振光之间的一组平行光束的交错如上所述。
当半波片602的光轴方向被设置为0度并且投影光是s偏振光时，光从偏振分束器604的前侧反射回(在图6中的反射光A)。该反射光在从波导603的内侧表面发射后被观看者的通孔看作显示面板311的显示图像的放大的虚拟图像。因此，在用于使用显示面板311来显示内部图像时，足够的是，将半波片602的光轴方向设置为0度。
另一方面，当半波片602的工作方向倾斜45度并且透射光是p偏振光时，光透过偏振分束器604。透射光另外被下游的四分之一波片605暂时转换为圆偏振光(参见图10)。该圆偏振光在被在波导603的另一个边缘表面上形成的凹面镜606反射和聚光后再一次透过四分之一波片605，并且由此被转换为s偏振光(参见图11)。该s偏振光从偏振分束器604的后侧反射回(在图6中的反射光B)，并且传播到与观看者的瞳孔相对的侧，或者换句话说，外侧。
如图6中所示，在与观看者的瞳孔相对的侧上，或者换句话说，在外侧上，布置了由散射体构成的屏幕607。从偏振分束器604的后侧反射回的s偏振光B在从波导603的外侧表面发射后被投影在屏幕607上，并且显示面板311的显示图像的真实图像被投影和显示。因此，在用于使用·1来显示外部图像时，足够的是，将半波片602的光轴方向设置为倾斜45度。
为了保证被投影在屏幕607上的外部图像的高亮度，优选的是，将偏振分束器604的反射率提高为90％或更大的反射率。另外，屏幕607的大小不很大，优选地为2英寸或更小。而且，屏幕607的增益优选地被提高到2或更大的增益(如果1在良好漫射期间的增益，则配置漫射属性，使得前亮度是1的增益的两倍或更大)。
对于屏幕607，可以使用聚合物散布的液晶(PDLC)。使用PDLC，可以通过下述方式来散射光：根据所施加的电压，通过聚合物网络的作用，在液晶分子的阵列中引入不规则状态。因此，足够的是，仅当使用显示面板611来显示外部图像并且同时也使用半波片602将显示光转换为p偏振光并且投影真实图像以显示时，产生屏幕607的散射效果。另一方面，当使用显示面板311显示内部图像并且同时使用半波片602使得显示光直接地透射为s偏振光以将显示光投影在观看者的瞳孔上以作为显示面板311的放大的虚拟图像时，可以禁止屏幕607的散射效果，由此利用头戴式图像显示装置1的透射、或换句话说透视属性。
替代地，全息屏幕可以被用作屏幕607。全息屏幕是被层压在树脂膜上的干涉图案的结构，并且具有衍射特定波长的光并且同时对于其他波长的光透明的属性。因此，足够的是，仅当使用显示面板611来显示外部图像并且同时也使用半波片602将显示光转换为p偏振光并且投影真实图像以显示时，在特定波长处输出显示面板311的显示图像。另一方面，当使用显示面板311显示内部图像并且同时使得使用半波片602来将显示光直接地透射为s偏振光以将显示光投影在观看者的瞳孔上以作为显示面板311的放大的虚拟图像时，显示面板311的显示图像可以被在除了特定波长之外的波长处输出，由此保护了屏幕607的透明度，并且利用头戴式图像显示装置1的透射、或换句话说透视属性。
注意，选用地，也可以在屏幕607之前布置投影光学单元313。投影光学单元313将在显示面板311上显示的外部图像的真实图像放大和投影在在头戴式图像显示装置1附近的墙壁等上(参见图5)。换句话说，头戴式图像显示装置1也可以被用作紧凑投影器(如上所述)。
根据在图6中所示的示例性配置，当半波片602的光轴方向被设置为0度时，观看者观看显示面板311的显示图像的放大的虚拟图像。另一方面，当半波片602的光轴方向倾斜45度时，显示面板311的显示图像的真实图像被投影在屏幕607上。因此，通过与在半波片602的光轴的角度上的改变同步地使用显示面板311交错内部图像和外部图像的帧，有可能将内部图像作为放大的虚拟图像输出在观看者的瞳孔上，同时也将外部图像作为真实图像输出在屏幕607上。换句话说，足够的是，与其中半波片602的光轴方向被设置为0度的时间段同步地使用显示面板311显示内部图像，并且也与将半波片602的光轴方向倾斜45度的时间段同步地使用显示面板311来显示外部图像。
图12图示了半波片602的光轴方向的示例性操作。在该附图中，其中将半波片602的光轴方向设置为0度的间隔与其中将该光轴方向设置为45度的间隔交错。
其中将半波片602的光轴方向设置为0度的间隔变为虚拟图像显示间隔，其中，从显示面板311发射的s偏振光进入半波片602，并且观看者观看显示面板311的显示图像的放大的虚拟图像。因此，足够的是，与虚拟图像显示间隔同步地使用显示面板311来显示内部图像。
其中将该光轴方向设置为45度的间隔变为真实图像显示间隔，其中，从显示面板311发射的p偏振光进入半波片602，并且显示面板311的显示图像的真实图像被投影在屏幕607上。因此，足够的是，与真实图像显示间隔同步地使用显示面板311来显示外部图像。
另外，虽然显示面板311应当在其中将半波片602的光轴方向设置为0度的虚拟图像显示间隔中显示内部图像，但是不必贯穿整个间隔将图像保持接通。图13图示了与半波片602的光轴方向的操作不同的显示面板311的示例性显示操作。在该图中图示的示例中，显示面板311仅在虚拟图像显示间隔的一部分将虚拟、或者换句话说内部图像保持接通。可以通过在虚拟图像显示间隔中的图像的接通时间的比率来调整观看者观看的放大的虚拟图像的亮度。另一方面，因为外部图像是在屏幕607上投影的投影图像，并且亮度较低，所以使得显示面板311贯穿整个真实图像显示间隔将图像保持接通被认为是优选的。
上面已经描述了下述示例：通过在0度和45度的两个阶段之间转换半波片602的光轴方向来经由时分交错地显示内部图像和外部图像，如图8和9中所示。相反，通过将半波片602的光轴方向设置为在0度和45度之间的中间角度θ(参见图14)，可以调整发射的光的s偏振光分量和p偏振光分量的比率。为了改变半波片602的光轴方向，足够的是，物理地旋转半波片602本身。
在透过半波片602后的s偏振光分量(参见图15)从偏振分束器604反射回(在图6中的反射光A)，并且被观看者看作显示面板311的显示图像的放大虚拟图像。而且，在透过半波片602后的p偏振光分量(参见图16)透过偏振分束器604，并且在被下游的四分之一波片605暂时转换为圆偏振光后(参见图17)从凹面镜606反射回，透过四分之一波片605，并且由此被转换为s偏振光(参见图18)，从偏振分束器604的后侧反射回(在图6中的反射光B)，并且被投影在屏幕607上作为外部图像。
例如，当将半波片602的光轴方向设置为θ时，s偏振光分量和p偏振光分量的比率，或者换句话说，内部图像和外部图像的亮度比变为cos2θ:sin2θ。当将同一外部图像显示为内部图像时，可以通过改变半波片602的光轴方向θ来调整外部图像的亮度。
使用在图6中所示的虚拟图像/真实图像光学单元312的示例性配置，分离复用的内部图像和外部图像，并且因此，可以呈现与内部图像不同的外部图像。相反，如果呈现与内部图像共同地共享的外部图像，则可以简化虚拟图像/真实图像光学单元312的配置。
图19图示了虚拟图像/真实图像光学单元312的另一个示例性配置。在附图中所示的虚拟图像/真实图像光学单元312配备了波导1901、在波导内布置的半镀银反射镜1902、在波导1901的边缘表面上形成的凹面镜1903、形成内部图像的准直光学单元1904和外部图像被投影到的屏幕1905。
从显示面板311发射的显示光进入波导1901的一个边缘表面内。半镀银反射镜1902相对于来自显示面板311的入射光的光轴倾斜45度地被布置，并且反射入射的显示光的一部分并且同时透过另一个部分。反射光和透射光在强度上大体相等，但是可以被调整使得例如反射光在强度上更大。
在从波导1901的内侧表面发射后，从半镀银反射镜1902的前侧反射回的显示光(在图19中的反射光A)被准直光学单元1904聚光，并且被观看者的通孔看作显示面板311的显示图像的放大的虚拟图像。
同时，在被在波导1901的另一个边缘表面上形成的凹面镜1903反射和聚光后透过半镀银反射镜1902的光从半镀银反射镜1902的后侧反射回(在图19中的反射光B)。反射光B在从波导1901的外部侧表面发射后被透射在屏幕1905上，并且显示面板311的显示图像的真实图像被透射和显示。
为了保证被投影在屏幕1905上的外部图像的高亮度，将半镀银反射镜1902的反射率优选地提高到90％或更大的反射率。另外，屏幕1905的大小不很大，优选地为2英寸或更小。而且，屏幕1905的增益优选地被提高到2或更大的增益(如果1在良好漫射期间的增益，则配置漫射属性，使得前亮度是1的增益的两倍或更大)。
而且，图20图示了虚拟图像/真实图像光学单元312的另一种示例性配置。在附图中图示的虚拟图像/真实图像光学单元312配备了波导2001、在波导2001内布置的半镀银反射镜2002、在波导2001的边缘表面上形成的平面镜2003、形成内部图像的准直光学单元2004和用于投影外部图像的投影光学单元2005和屏幕2006。
从显示面板311发射的显示光进入波导2001的一个边缘表面内。半镀银反射镜2002相对于来自显示面板311的入射光的光轴倾斜45度地被布置，并且反射入射的显示光的一部分并且同时透过另一个部分(如上)。反射光和透射光在强度上大体相等，但是可以被调整使得例如反射光在强度上更大。
在从波导2001的内侧表面发射后，从半镀银反射镜2002的前侧反射回的显示光(在图20中的反射光A)被准直光学单元2004聚光，并且被观看者的通孔看作显示面板311的显示图像的放大的虚拟图像。
同时，在被在波导2001的另一个边缘表面上形成的平面镜2003全反射后透过半镀银反射镜2002的光另外从半镀银反射镜2002的后侧反射回，并且从波导2001的外侧表面被发射(在图20中的反射光B)。反射光B被投影光学单元2005放大和投影在屏幕2006上，并且显示显示图像的投影图像。
为了保证被投影在屏幕2006上的外部图像的高亮度，优选的是，提高半镀银反射镜2002的反射率，同时也不使得屏幕2006的大小很大，并且提高屏幕2006的增益(如上)。
C.在头戴式图像显示装置中的外部图像显示
可以争辩的是，头戴式图像显示装置是最终的个人显示器。然而，因为现有技术的头戴式图像显示装置未配备用于向外部发送信息的部件，所以近处的人们不能从佩戴的用户接收某种信息。另外，用户他或她本身不能向外部传送信息，除非用户取下装置，并且中断内容的观看。
相反，根据本实施例的头戴式图像显示装置1配备了用于显示从佩戴相关装置的用户的一侧看到的内部图像和从相关装置的外部看到的外部图像的功能。因此，经由外部图像，进入的人们能够了解用户的状态、用户在进行什么、用户在观看什么或用户集中或沉浸在观看中的程度。另外，经由外部图像，用户他或她本身能够在仍然佩戴该装置的同时(换句话说，在继续观看内容的同时)，传送与用户本身的状态或用户在观看的内容相关的信息。
C-1.根据用户操作的图像控制
如上所述，控制单元301响应于经由输入操作单元302给出的来自用户的指令而控制外部图像的接通/关断、显示方法(诸如显示图像的大小、亮度、对比度、色调、显示位置和连续显示或间歇显示)和要显示的信息。另外，控制单元301响应于来自用户的指令而控制与被显示为内部图像的内容链接或相关联的外部图像。在下面的表1中汇总了根据来自用户的指令的外部图像和内部图像显示控制方法的示例。
[表1]
基于用户操作的外部/内部画面的控制
图21以状态转换图的像素图示了根据经由输入操作单元302的来自用户的指令的头戴式图像显示装置1的示例性操作。
在初始状态中，头戴式图像显示装置1接通内部图像，并且关断外部图像。在这一点处，如果经由输入操作单元302各处用于显示外部图像的指令，则接通外部图像，并且状态转换到两个图像接通状态。而且，如果在两个图像接通状态中的同时给出用于关断外部图像的显示的指令，则关断外部图像，并且状态返回到初始状态。
注意，虽然从在图21中的图示省略，如果在两个图像接通状态中的同时给出用于关断内部图像的显示的指令，则关断内部图像，并且状态转换到仅外部图像接通状态。
在两个图像接通状态中，响应于经由输入操作单元302来自用户的另外的指令，进行控制，诸如用于改变被显示为外部图像或内部图像的图像的控制、调整在外部图像和内部图像中的颜色、控制理论化内部图像的亮度、改变外部图像的显示大小或移动外部图像的显示区域(诸如，全屏显示、仅在左或右侧上显示或使用屏幕的一部分显示)。
而且，在初始状态中，如果经由输入操作单元302各处用于关断内部图像的显示的指令，则关断内部图像，并且状态转换到两个图像接通状态。而且，如果在两个图像接通状态中的同时给出用于接通内部图像的显示的指令，则接通内部图像，并且状态返回到初始状态。
在两个图像接通状态和其中接通外部图像的仅外部图像接通状态中，显示与内部图像相同的图像或与内部图像不同的仅外部图像(例如，当用户要隐藏或伪装当前从近处人们观看的内部图像时，将替换的图像内容显示为外部图像)。而且，可以将关于由环境传感器(如上所述)获取的近处环境或由状态传感器(如上所述)获取的用户的状态的信息显示为外部图像。而且，响应于经由输入操作单元302给出的来自用户的指令(包括使用肌电传感器或眼电传感器检测的眨眼操作和眼球移动)，可以改变用于显示为外部图像的信息(象例如幻灯片)。另外，响应于经由输入操作单元302的来自用户的指令，也可以内部显示外部图像，使得佩戴的用户能够可视地查看外部图像。
在两个图像接通状态和其中接通外部图像的仅外部图像接通状态中，不严格地需要总是(即，连续地)显示外部图像。也可以进行间歇显示或在预定时间处显示的定时器显示。控制单元301也可以使得响应于经由输入操作单元302给出了来自用户的指令而进行连续显示、间歇显示或定时器显示的任何一种。
在初始状态或其中接通内部图像的两个图像接通状态中，状态响应于给出用于锁定输入操作的指令的输入操作而转换到锁定在内部图像上的用户输入操作的锁定状态，并且另外响应于给出用于释放锁定的指令的输入操作来释放对于对内部图像的用户输入操作的锁定。而且，在其中接通外部图像的两个图像接通状态中，状态响应于给出了用于锁定输入操作的指令的输入操作而转换到锁定对于外部图像的用户输入操作的锁定状态，并且另外响应于给出用于释放锁定的指令的输入操作来释放对于对外部图像的用户输入操作的锁定。
C-2.根据周围环境的图像控制
控制单元301根据由环境信息获取单元304获取的环境信息来控制从佩戴相关装置1的用户的一侧看到的内部图像和从相关装置的外部看到的外部图像。在下面的表2中汇总了根据环境信息的外部图像和内部图像显示控制方法的示例。
[表2]
基于外部环境的外部/内部画面的控制
图22以流程图的形式图示了根据环境信息的头戴式图像显示装置1的示例性操作。例如，周期地启动在附图中图示的处理操作。
首先，环境信息获取单元304从各种环境传感器(如上所述)获取作为环境信息的输出信息(步骤S2201)。随后，控制单元301分析所获取的环境信息(步骤S2202)，识别周围环境，并且查看在需要内部图像或外部图像的改变的环境中的改变是否已经出现(步骤S2203)。
随后，当在需要内部图像或外部图像的改变的环境中的改变出现时(步骤S2203，是)，控制单元301根据当前环境来控制外部图像的显示(步骤S2204)。
例如，当从环境信息获取单元304检测到在环境照明上的改变时，当基于位置信息或从相机拍摄的图像检测到从室外向室内(或从室内向室外)的移动时，或者当根据由时钟测量的当前时间来确定是白天或日落后时，控制单元501将外部图像的亮度水平调整以适合于当前的周围环境。
另外，控制单元301也可以根据由时钟测量的当前上来进行外部图像的间歇显示或定时器显示。
而且，基于来自相机的拍摄图像的识别结果，控制单元301确定是否在头戴式图像显示装置1附近存在人们，并且响应于人们的出现来开始外部图像的显示。另外，控制单元301根据人们出现的位置(方向)或距离来控制外部图像的显示区域或显示大小。控制单元301也根据近处人们的数量而控制外部图像的显示区域或显示大小。当存在许多人时，预期图像的保密级降低，并且因此，控制单元301也可以根据进入人们的数量而控制外部图像的亮度级。
C-3.根据用户状态的图像控制
控制单元301根据关于由状态信息获取单元305获取的用户当前状态的状态信息来控制用于显示从佩戴相关装置1的用户的一侧看到的内部图像和从相关装置的外部看到的外部图像的显示操作。在下面的表3中汇总了根据状态信息的外部图像和内部图像显示控制方法的示例。
[表3]
基于用户状态的外部/内部画面的控制
图23以流程图的形式图示了根据用户状态信息的头戴式图像显示装置1的示例性操作。例如，周期地启动在附图中图示的处理操作。
首先，状态信息获取单元305从各种状态传感器(如上所述)获取作为状态信息的输出信息(步骤S2301)。随后，控制单元301分析所获取的状态信息(步骤S2302)，识别用户的当前工作状态、行为状态、精神状态和生理状态，并且查看应当向近处人们报告的用户状态是否已经出现(步骤S2303)。
随后，当应当向近处人们报告的用户状态出现时(步骤S2303，是)，控制单元301根据那个用户状态来控制外部图像的显示(步骤S2304)。
例如，如果控制单元301基于来自诸如肌电传感器、眼电传感器或相机的状态传感器的输出信息来识别眼睑状态或凝视方向，则控制单元301在外部图像上显示用于表示闭合的眼睑的状态(眼睛张开多少)或凝视方向(瞳孔方向)的图标(例如，参见图24和25)。另外，象在图24和25中所示的那些的图标也可以被显示为覆盖在与内部图像相同的外部图像上。
而且，如果控制单元301基于来自状态传感器的输出信息来识别用户的精神状态(用于指示用户是否沉浸或集中在内部图像上，诸如兴奋程度、警觉水平或感情和情绪)，则控制单元501在外部图像上显示用于表示精神状态的图标(未示出)。而且，基于精神状态，确定用于向用户谈话、暂停内部图像的观看或中断的可接受条件，并且，在外部图像上显示用于表示所确定的条件的图标(未示出)或诸如“当前沉浸”或“不要对我谈话”的消息文本。
例如，已知可以基于来自诸如肌电传感器或眼电传感器的状态传感器的输出信息来检测眨眼操作。控制单元301可以根据每一个单位时间的眨眼的数量和眨眼时间来确定用户的精神状态。图26图示了用于根据使用眼电技术检测的每一个单位时间的眨眼的数量和眨眼时间来确定用户的精神状态(警觉/昏昏欲睡/集中)的方法的示例。
而且，控制单元301可以根据眨眼间隔和眨眼时间来确定用户的精神状态。图27图示了根据使用眼电技术检测的眨眼间隔和眨眼时间来确定用户的精神状态(警觉/昏昏欲睡/集中)的方法的示例。
在此，假定tb是眨眼时间，并且ti是使用眼电技术检测到的眨眼间隔。而且，如果Thb是眨眼时间阈值，Thi是眨眼间隔阈值，并且Mi是眨眼间隔最大阈值，则分别根据下面的公式(1)或(2)来计算用于采样计数n的平均眨眼时间A(tb)和平均眨眼间隔A(ti)。
[数学式1]
A(tb)＝Σtb(x)/n                  …(1)
A(ti)＝Σti(x)/n                    …(2)
随后，基于根据上面的公司(1)和(2)计算的平均眨眼时间A(tb)和平均眨眼间隔A(ti)，根据在下面指示的检测优先顺序来估计状态。
[数学式2]
1.休眠状态：A(ti)＞＝Mi
2.昏昏欲睡状态：A(tb)＞Thb
3.集中状态：A(tb)＜＝Thb，并且A(ti)＞Thi
4.正常状态：A(tb)＜＜＝Thb，并且A(ti)＜＝Thi
也已知基于从相机拍摄的图像检测眨眼操作的图像捕获技术。图28图示了根据使用图像捕获技术检测的眨眼间隔和眨眼时间来确定用户的精神状态(警觉/昏昏欲睡/集中)的方法的示例。使用图像捕获技术，基于根据上面的公式(1)和(2)计算的平均眨眼时间A(tb)和平均眨眼间隔A(ti)，根据下面指示的检测优先顺序来估计状态。
[数学式3]
1.休眠状态：A(ti)＞＝Mi或A(tb)＞＝Mi
2.昏昏欲睡状态：A(tb)＞Thb
3.集中状态：A(tb)＜＝Thb，并且A(ti)＞Thi
4.正常状态：A(tb)＜＜＝Thb，并且A(ti)＜＝Thi
随着眨眼操作，在一些情况下，在闭眼和休眠之间的区分困难。闭眼和休眠都的未观看屏幕的状态，但是根据用户是否知道显示内容而不同。可以从眼电电极获取在闭眼的同时的脑电波。在闭眼休息期间，可以观察到α波分量(大约10Hz的频率和几十微伏的振幅)，但是在休眠期间，α波从脑电波消失。
基于上面的估计结果，可以判断状态是否是用于向用户谈话的可接受的状态如下。
[表4]
正常 集中 闭眼 睡眠
可接受来谈话与否 是 否 是 是
可接受来暂停与否 是 否 是 是
可接受来中断与否 是 否 是 否
而且如果控制单元301基于来自状态传感器的输出信息而识别用户的行为状态，则控制单元301显示适合于那个行为状态的外部图像和内部图像。
基于来自诸如陀螺传感器、加速度传感器或相机的状态传感器的输出信息，可以检测用户的头部(或用户在佩戴的头戴式图像显示装置1)的方向。
当检测到头部水平(滚动方向)倾斜时，控制单元301控制在外部图像中在显示的文本信息2901保持水平(参见图29)。
当检测到头部在左右摇摆方向上旋转时，控制单元301保持被映射到真实空间的内部图像或外部图像的位置。例如，假定由在图30中的附图标号3001表示的图像已经被准备来用于内部图像或外部图像的显示，并且对于头部的当前旋转位置，在显示由附图标号3002表示的区域。在这样的情况下，如果头部在左右摇摆方向上(向左)旋转，则显示移动到由附图标号3003表示的显示区域。而且，如果头部在左右摇摆方向上(向右)旋转，则显示移动到由附图标号3004表示的显示区域。
而且，基于来自诸如陀螺传感器、加速度传感器或相机的状态传感器的输出信息，可以检测到行为状态，诸如用户静止(包括平躺仰卧、坐位和站立)、行走、跑步、经由运输工具移动。控制单元301控制外部图像的显示以适合于这样的行为状态。
C-4.根据显示内容的图像控制
控制单元301根据被显示为内部图像的内容的信息来控制用于显示从佩戴相关装置1的用户的一侧看到的内部图像和从相关装置的外部看到的外部图像的显示操作。在下面的表5中汇总了根据控制信息的外部图像和内部图像显示控制方法的示例。
[表5]
基于画面内容的外部/内部画面的控制
图31以流程图的形式图示了根据内容信息的头戴式图像显示装置1的示例性操作。例如，周期地启动在附图中图示的处理操作。
首先，在内容信息获取单元307获取了内容信息后(步骤S3101)，控制单元301分析所获取的状态信息(步骤S3102)。
内容信息获取单元307获取控制信息，诸如伴随图像内容的元数据(诸如关于内容的题目、类别和详细信息和相关站点的统一资源定位符(URL))、图像内容的总的重放时间、当前重放位置或剩余重放时间和父母控制或其他使用限制标记。
随后，控制单元301查看是否已经获取了应当向近处人们报告的内容信息(步骤S3103)。
在此处，当获取应当向近处人们报告的内容信息时(步骤S3103，是)，控制单元501根据由内容信息获取单507获取的内容信息来控制用于显示从佩戴相关装置1的用户的一侧看到的内部图像和从相关装置的外部看到的外部图像的显示操作(步骤S3104)。
例如，根据内容信息，控制单元301控制外部图像的接通/关断、显示方法(诸如显示图像的大小、亮度、对比度、色调、显示位置和连续显示或间歇显示)和要显示的信息(例如，文本串，诸如提供详细信息或关于内容的相关信息的URL；或，编码这样的文本串的QR代码(注册商标))。另外，控制单元301根据内容信息控制与被显示为内部图像的内容链接或相关联的外部图像。
D.在本申请中公开的技术的配置示例
另外，本技术也可以被配置如下。
(1)一种通过被戴到用户的头部或脸部而被使用的图像显示装置，所述图像显示装置包括：
显示装置，其被配置为显示图像；
波导，其被配置为向从用户侧看到的位置和从图像显示装置的外部看到的位置的每一个引导所述图像；以及，
控制单元，其被配置为控制内部图像和外部图像的显示，所述内部图像是从所述用户侧看到的，所述外部图像是从外部看到的。
(2)根据(1)所述的图像显示装置，
其中，所述波导包括：第一波片，其转换所述显示装置的发射的光的偏振属性；偏振分束器，其被布置在所述显示装置的入射光的光轴上，并且根据偏振属性来反射或透射所述入射光；第二波片，其转换和透射所述偏振分束器的透射的光的偏振属性；以及，反射镜，其反射所述第二波片的透射的光，并且
其中，所述内部图像使用在所述显示装置的所述入射光中的从所述偏振分束器反射回的光显示，并且所述外部图像使用所述偏振分束器的所述透射的光显示，所述透射的光经由所述第二波片和所述反射镜从所述偏振分束器反射回。
(3)根据(2)所述的图像显示装置，
其中，所述显示装置发射由s偏振光分量构成的显示光，
其中，所述第一波片被配置为包括半波片，并且将所述显示装置的所述发射的光转换为s偏振光或p偏振光，
其中，所述偏振分束器被布置得相对于来自所述显示装置的入射光的所述光轴倾斜45度，反射所述第一波片的透射的光的s偏振光分量，在从所述用户侧看到的位置处显示所述内部图像，并且透射所述第一波片的所述透射的光的p偏振光分量，并且
其中，所述第二波片包括四分之一波片，所述反射镜包括凹面镜，透过所述偏振分束器的所述p偏振光分量透过所述四分之一波片，并且被转换为圆偏振光，并且透过所述偏振分束器的所述p偏振光分量在被所述凹面镜聚光和反射后在反方向上透过所述四分之一波片，被转换为s偏振光并且从所述偏振分束器反射回以在从所述图像显示装置的外部看到的位置处显示所述外部图像。
(4)根据(2)所述的图像显示装置，进一步包括：
准直光学单元，其被配置为将所述显示装置的所述发射的光聚光。
(5)根据(3)所述的图像显示装置，
其中，所述半波片的光轴方向动态地可极化，并且
其中，所述控制单元使得所述显示装置与其中所述半波片的光轴方向被设置为0度的第一间隔同步地保持所述内部图像接通，并且使得所述显示装置与其中所述半波片的所述光轴方向被设置为45度的第二间隔同步地保持所述外部图像接通。
(6)根据(5)所述的图像显示装置，
其中，所述控制单元通过改变在所述第一间隔和所述第二间隔之间的比率来调整所述内部图像和所述外部图像的每一个的亮度。
(7)根据(5)所述的图像显示装置，
其中，所述控制单元通过改变所述显示装置在所述第一间隔中将所述内部图像保持接通的时间而调整所述内部图像的亮度，或者通过改变所述显示装置在所述第二间隔中将所述内部图像保持接通的时间而调整所述外部图像的亮度。
(8)根据(3)所述的图像显示装置，
其中，所述半波片的光轴方向动态地可极化，并且
所述控制单元通过在0至45度之间调整所述半波片的光轴方向来控制来自所述显示装置的发射光的亮度，所述发射的光被显示为所述内部图像和所述外部图像。
(9)根据(5)或(8)所述的图像显示装置，
其中，所述半波片包括由铁电晶体构成的光学倍增器。
(10)根据(2)所述的图像显示装置，
其中，将所述偏振分束器的反射率设置为90％或更大的反射率。
(11)根据(1)所述的图像显示装置，进一步包括：
其上投影所述外部图像的屏幕。
(12)根据(11)所述的图像显示装置，
其中，所述屏幕具有2英寸或更小的大小，或者，所述屏幕具有2或更大的增益。
(13)根据(11)所述的图像显示装置，
其中，使用包括聚合物散布的液晶的屏幕，
其中，所述控制单元与所述内部图像或所述外部图像的显示周期同步地控制所述屏幕的散射效果。
(14)根据(11)所述的图像显示装置，
其中，使用包括全息图的屏幕，并且
其中，所述控制单元使得所述显示装置当显示所述外部图像时发射具有特定波长分量的显示光，所述显示光被所述全息图衍射。
(15)根据(1)所述的图像显示装置，
其中，所述波导包括：半镀银反射镜，其被布置在所述显示装置的入射光的光轴上；准直光学单元，其形成所述半镀银反射镜的反射光；凹面镜，其反射所述半镀银反射镜的透射光；以及，屏幕，在从所述凹面镜反射回后进一步从所述半镀银反射镜反射回的光被投影在所述屏幕上。
(16)根据(1)所述的图像显示装置，
其中，所述波导包括：半镀银反射镜，其被布置在所述显示装置的入射光的光轴上；准直光学单元，其形成所述半镀银反射镜的反射光；平面镜，其反射所述半镀银反射镜的透射光；以及，投影光学单元和屏幕，用于投影在从所述平面镜反射回后进一步从所述半镀银反射镜反射回的光。
(17)根据(1)所述的图像显示装置，进一步包括：
投影光学单元，其被配置为向外部投影所述外部图像。
(18)根据(1)所述的图像显示装置，进一步包括：
输入操作单元，所述用户使用其来进行输入操作，
其中，所述控制单元根据所述用户的输入操作来控制所述内部图像和所述外部图像的显示。
(19)根据(1)所述的图像显示装置，进一步包括：
环境信息获取单元，其被配置为获取与所述图像显示装置的周围环境相关的信息，
其中，所述控制单元基于所述周围环境来控制所述内部图像和所述外部图像的显示。
(20)根据(1)所述的图像显示装置，进一步包括：
状态信息获取单元，其被配置为获取与所述用户的状态相关的信息，
其中，所述控制单元基于所述用户的所述状态来控制所述内部图像和所述外部图像的显示。
(21)根据(1)所述的图像显示装置，进一步包括：
内容信息获取单元，其被配置为获取与要被显示为所述内部图像的图像内容相关的内容信息，
其中，所述控制单元根据所述内容信息来控制所述外部图像的显示。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2012-141461A
专利文献2：JP 2012-42654A
专利文献3：JP 2000-75815A
专利文献4：JP 2007-251331A
专利文献5：US 6198523A
工业适用性
上面因此参考具体实施例详细描述了在本说明书中公开的技术。然而，显然，本领域内的技术人员可以在不偏离在本说明书中公开的技术的精神的情况下对于这些实施例作出修改和替代。
虽然头戴式图像显示装置可以被分类为不透明和透射型，但是在本说明书中公开的技术可以主要被应用到透射型。
而且，虽然头戴式图像显示装置可以被分类为配备了用于左和右眼两者的双眼型或配备了仅用于左和右眼之一的显示单元的单眼型。但是在本说明书中公开的技术可以被应用到这些类型的任何一种。另外，头戴式图像显示装置显然也可以是眼镜型或耳后型。
实质上，已经通过示例描述了在本说明书中公开的技术，并且本说明书的所述内容不应当被解释为限制性的。应当考虑到权利要求而确定在本说明书中公开的技术的精神。
附图标记列表
1  头戴式图像显示装置
301  控制单元
301A ROM
301B RAM
302  输入操作单元
303  遥控接收单元
304  环境信息获取单元
305  状态信息获取单元
306  通信单元
307  内容信息获取单元
308  图像处理单元
309  图像复用单元
310  显示驱动单元
311  显示面板
312  虚拟图像/真实图像光学单元
313  投影光学单元
601  准直光学单元
602  半波片
603  波导
604  偏振分束器
605  四分之一波片
606  凹面镜
607  屏幕
1901 波导
1902 半镀银反射镜
1903 凹面镜
1904 准直光学单元
1905 屏幕
2001 波导
2002 半镀银反射镜
2003 平面镜
2004 准直光学单元
2005 投影光学单元
2006 屏幕
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种通过被戴到用户的头部或脸部而被使用的图像显示装置，所述图像显示装置包括：
显示装置，其被配置为显示图像；
波导，其被配置为向从用户侧看到的位置和从图像显示装置的外部看到的位置的每一个引导所述图像；
输入操作单元，用户使用其来进行输入操作；以及，
控制单元，其被配置为根据所述用户的输入操作来控制内部图像和外部图像的显示，所述内部图像是从所述用户侧看到的，所述外部图像是从外部看到的。
2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述波导包括：第一波片，其转换所述显示装置的发射的光的偏振属性；偏振分束器，其被布置在所述显示装置的入射光的光轴上，并且根据偏振属性来反射或透射所述入射光；第二波片，其转换和透射所述偏振分束器的透射的光的偏振属性；以及，反射镜，其反射所述第二波片的透射的光，并且
其中，所述内部图像使用在所述显示装置的所述入射光中的从所述偏振分束器反射回的光显示，并且所述外部图像使用所述偏振分束器的所述透射的光显示，所述透射的光经由所述第二波片和所述反射镜从所述偏振分束器反射回。
3.根据权利要求2所述的图像显示装置，
其中，所述显示装置发射由s偏振光分量构成的显示光，
其中，所述第一波片包括半波片，并且将所述显示装置的所述发射的光转换为s偏振光或p偏振光，
其中，所述偏振分束器被布置得相对于来自所述显示装置的入射光的所述光轴倾斜45度，反射所述第一波片的透射的光的s偏振光分量，在从所述用户侧看到的位置处显示所述内部图像，并且透射所述第一波片的所述透射的光的p偏振光分量，并且
其中，所述第二波片包括四分之一波片，所述反射镜包括凹面镜，透过所述偏振分束器的所述p偏振光分量透过所述四分之一波片，并且被转换为圆偏振光，并且透过所述偏振分束器的所述p偏振光分量在被所述凹面镜聚光和反射后在反方向上透过所述四分之一波片，被转换为s偏振光并且从所述偏振分束器反射回以在从所述图像显示装置的外部看到的位置处显示所述外部图像。
4.根据权利要求3所述的图像显示装置，
其中，所述半波片的光轴方向动态地可极化，并且
其中，所述控制单元使得所述显示装置与其中所述半波片的光轴方向被设置为0度的第一间隔同步地保持所述内部图像接通，并且使得所述显示装置与其中所述半波片的所述光轴方向被设置为45度的第二间隔同步地保持所述外部图像接通。
5.根据权利要求4所述的图像显示装置，
其中，所述控制单元通过改变在所述第一间隔和所述第二间隔之间的比率来调整所述内部图像和所述外部图像的每一个的亮度。
6.根据权利要求4所述的图像显示装置，
其中，所述控制单元通过改变所述显示装置在所述第一间隔中将所述内部图像保持接通的时间而调整所述内部图像的亮度，或者通过改变所述显示装置在所述第二间隔中将所述内部图像保持接通的时间而调整所述外部图像的亮度。
7.根据权利要求3所述的图像显示装置，
其中，所述半波片的光轴方向动态地可极化，并且
所述控制单元通过在0至45度之间调整所述半波片的光轴方向来控制来自所述显示装置的发射光的亮度，所述发射的光被显示为所述内部图像和所述外部图像。
8.根据权利要求4或7所述的图像显示装置，
其中，所述半波片包括由铁电晶体构成的光学倍增器。
9.根据权利要求2所述的图像显示装置，
其中，将所述偏振分束器的反射率设置为90％或更大的反射率。
10.根据权利要求1所述的图像显示装置，进一步包括：
其上投影所述外部图像的屏幕。
11.根据权利要求10所述的图像显示装置，
其中，所述屏幕具有2英寸或更小的大小，或者，所述屏幕具有2或更大的增益。
12.根据权利要求10所述的图像显示装置，
其中，使用包括聚合物散布的液晶的屏幕，
其中，所述控制单元与所述内部图像或所述外部图像的显示周期同步地控制所述屏幕的散射效果。
13.根据权利要求10所述的图像显示装置，
其中，使用包括全息图的屏幕，并且
其中，所述控制单元使得所述显示装置当显示所述外部图像时发射具有特定波长分量的显示光，所述显示光被所述全息图衍射。
14.根据权利要求1所述的图像显示装置，
其中，所述波导包括：半镀银反射镜，其被布置在所述显示装置的入射光的光轴上；准直光学单元，其形成所述半镀银反射镜的反射光；凹面镜，其反射所述半镀银反射镜的透射光；以及，屏幕，在从所述凹面镜反射回后进一步从所述半镀银反射镜反射回的光被投影在所述屏幕上。
15.根据权利要求1所述的图像显示装置，
其中，所述波导包括：半镀银反射镜，其被布置在所述显示装置的入射光的光轴上；准直光学单元，其形成所述半镀银反射镜的反射光；平面镜，其反射所述半镀银反射镜的透射光；以及，投影光学单元和屏幕，用于投影在从所述平面镜反射回后进一步从所述半镀银反射镜反射回的光。
16.根据权利要求1所述的图像显示装置，进一步包括：
投影光学单元，其被配置为向外部投影所述外部图像。
17.根据权利要求1所述的图像显示装置，进一步包括：
环境信息获取单元，其被配置为获取与所述图像显示装置的周围环境相关的信息，
其中，所述控制单元基于所述周围环境来控制所述内部图像和所述外部图像的显示。
18.根据权利要求1所述的图像显示装置，进一步包括：
状态信息获取单元，其被配置为获取与所述用户的状态相关的信息，
其中，所述控制单元基于所述用户的所述状态来控制所述内部图像和所述外部图像的显示。
19.根据权利要求1所述的图像显示装置，进一步包括：
内容信息获取单元，其被配置为获取与要被显示为所述内部图像的图像内容相关的内容信息，
其中，所述控制单元根据所述内容信息来控制所述外部图像的显示。

Claims (20)

1.一种通过被戴到用户的头部或脸部而被使用的图像显示装置，所述图像显示装置包括：
显示装置，其被配置为显示图像；
波导，其被配置为向从用户侧看到的位置和从图像显示装置的外部看到的位置的每一个引导所述图像；以及，
控制单元，其被配置为控制内部图像和外部图像的显示，所述内部图像是从所述用户侧看到的，所述外部图像是从外部看到的。
2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述波导包括：第一波片，其转换所述显示装置的发射的光的偏振属性；偏振分束器，其被布置在所述显示装置的入射光的光轴上，并且根据偏振属性来反射或透射所述入射光；第二波片，其转换和透射所述偏振分束器的透射的光的偏振属性；以及，反射镜，其反射所述第二波片的透射的光，并且
其中，所述内部图像使用在所述显示装置的所述入射光中的从所述偏振分束器反射回的光显示，并且所述外部图像使用所述偏振分束器的所述透射的光显示，所述透射的光经由所述第二波片和所述反射镜从所述偏振分束器反射回。
3.根据权利要求2所述的图像显示装置，
其中，所述显示装置发射由s偏振光分量构成的显示光，
其中，所述第一波片包括半波片，并且将所述显示装置的所述发射的光转换为s偏振光或p偏振光，
其中，所述偏振分束器被布置得相对于来自所述显示装置的入射光的所述光轴倾斜45度，反射所述第一波片的透射的光的s偏振光分量，在从所述用户侧看到的位置处显示所述内部图像，并且透射所述第一波片的所述透射的光的p偏振光分量，并且
其中，所述第二波片包括四分之一波片，所述反射镜包括凹面镜，透过所述偏振分束器的所述p偏振光分量透过所述四分之一波片，并且被转换为圆偏振光，并且透过所述偏振分束器的所述p偏振光分量在被所述凹面镜聚光和反射后在反方向上透过所述四分之一波片，被转换为s偏振光并且从所述偏振分束器反射回以在从所述图像显示装置的外部看到的位置处显示所述外部图像。
4.根据权利要求3所述的图像显示装置，
其中，所述半波片的光轴方向动态地可极化，并且
其中，所述控制单元使得所述显示装置与其中所述半波片的光轴方向被设置为0度的第一间隔同步地保持所述内部图像接通，并且使得所述显示装置与其中所述半波片的所述光轴方向被设置为45度的第二间隔同步地保持所述外部图像接通。
5.根据权利要求4所述的图像显示装置，
其中，所述控制单元通过改变在所述第一间隔和所述第二间隔之间的比率来调整所述内部图像和所述外部图像的每一个的亮度。
6.根据权利要求4所述的图像显示装置，
其中，所述控制单元通过改变所述显示装置在所述第一间隔中将所述内部图像保持接通的时间而调整所述内部图像的亮度，或者通过改变所述显示装置在所述第二间隔中将所述内部图像保持接通的时间而调整所述外部图像的亮度。
7.根据权利要求3所述的图像显示装置，
其中，所述半波片的光轴方向动态地可极化，并且
所述控制单元通过在0至45度之间调整所述半波片的光轴方向来控制来自所述显示装置的发射光的亮度，所述发射的光被显示为所述内部图像和所述外部图像。
8.根据权利要求4或7所述的图像显示装置，
其中，所述半波片包括由铁电晶体构成的光学倍增器。
9.根据权利要求2所述的图像显示装置，
其中，将所述偏振分束器的反射率设置为90％或更大的反射率。
10.根据权利要求1所述的图像显示装置，进一步包括：
其上投影所述外部图像的屏幕。
11.根据权利要求10所述的图像显示装置，
其中，所述屏幕具有2英寸或更小的大小，或者，所述屏幕具有2或更大的增益。
12.根据权利要求10所述的图像显示装置，
其中，使用包括聚合物散布的液晶的屏幕，
其中，所述控制单元与所述内部图像或所述外部图像的显示周期同步地控制所述屏幕的散射效果。
13.根据权利要求10所述的图像显示装置，
其中，使用包括全息图的屏幕，并且
其中，所述控制单元使得所述显示装置当显示所述外部图像时发射具有特定波长分量的显示光，所述显示光被所述全息图衍射。
14.根据权利要求1所述的图像显示装置，
其中，所述波导包括：半镀银反射镜，其被布置在所述显示装置的入射光的光轴上；准直光学单元，其形成所述半镀银反射镜的反射光；凹面镜，其反射所述半镀银反射镜的透射光；以及，屏幕，在从所述凹面镜反射回后进一步从所述半镀银反射镜反射回的光被投影在所述屏幕上。
15.根据权利要求1所述的图像显示装置，
其中，所述波导包括：半镀银反射镜，其被布置在所述显示装置的入射光的光轴上；准直光学单元，其形成所述半镀银反射镜的反射光；平面镜，其反射所述半镀银反射镜的透射光；以及，投影光学单元和屏幕，用于投影在从所述平面镜反射回后进一步从所述半镀银反射镜反射回的光。
16.根据权利要求1所述的图像显示装置，进一步包括：
投影光学单元，其被配置为向外部投影所述外部图像。
17.根据权利要求1所述的图像显示装置，进一步包括：
输入操作单元，用户使用其来进行输入操作，
其中，所述控制单元根据所述用户的输入操作来控制所述内部图像和所述外部图像的显示。
18.根据权利要求1所述的图像显示装置，进一步包括：
环境信息获取单元，其被配置为获取与所述图像显示装置的周围环境相关的信息，
其中，所述控制单元基于所述周围环境来控制所述内部图像和所述外部图像的显示。
19.根据权利要求1所述的图像显示装置，进一步包括：
状态信息获取单元，其被配置为获取与所述用户的状态相关的信息，
其中，所述控制单元基于所述用户的所述状态来控制所述内部图像和所述外部图像的显示。
20.根据权利要求1所述的图像显示装置，进一步包括：
内容信息获取单元，其被配置为获取与要被显示为所述内部图像的图像内容相关的内容信息，
其中，所述控制单元根据所述内容信息来控制所述外部图像的显示。
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