CN110023818B - 影像显示装置和影像显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及HMD等影像显示装置，提供一种能够低成本、小尺寸、低功耗地实现广视角且在视野中心具有高分辨率的影像的技术。影像显示装置基于影像信号生成用于生成影像光的驱动控制信号，影像投影部(103)通过对光源进行调制驱动以在屏幕上形成与调制时刻对应的像素的方式生成影像光，并且通过进行扫描驱动以改变影像光的出射方向来在屏幕上进行扫描的方式生成影像光，视线检测部(106)检测用户的视线方向，投影方向驱动部(105)进行驱动以按照视线方向改变影像光的投影方向。影像显示装置在第一模式时控制调制驱动和扫描驱动，使得屏幕上的像素区域的结构为随着从中心点去往外侧而从像素密度相对较高的区域变化至较低的区域，并且控制影像光的投影方向使得中心点与视线方向的位置一致。

Description

影像显示装置和影像显示方法

技术领域

本发明涉及包括运动图像和静止图像在内的影像的显示的影像显示技术。此外，本发明涉及头戴式显示装置。

背景技术

近年来，作为影像显示装置的一种，通常被称作头戴式显示器(HMD：Head MountedDisplay)或智能眼镜等的头戴式显示装置实现了产品化。该影像显示装置例如具有眼镜形状，供佩戴在用户的头部和眼前。该影像显示装置例如包括生成影像的液晶显示装置(LCD)等显示装置，和将来自显示装置的光投影到屏幕上的光学系统。在用户的视野内呈现由影像提供的信息，实现虚拟现实(VR：Virtual Reality)、增强现实(AR：Augmented Reality)等。该影像显示装置的屏幕有透射型和非透射型。在透射型的情况下，例如利用半反射镜等构成屏幕，使外界的图像透射显示，并在其上叠加显示投影影像。在非透射型的情况下不在屏幕上显示外界的图像。

针对上述影像显示装置，为了提高视觉辨认度和身临其境感，人们开发了用于实现更高分辨率的技术和用于实现更广视角的技术等。视野角指的是能够在显示装置上正确观察显示内容的范围。

作为上述影像显示装置的现有技术例，可举出日本特开平11-84306号公报(专利文献1)。在专利文献1中，作为能够以广视角观察高精细影像的影像观察装置，记载了以下内容。头戴式显示装置包括2个液晶显示装置(LCD)。第一LCD显示呈现宽范围的影像，第二LCD显示呈现局部区域的影像。二者的影像光由半反射镜合成而引导至人眼。通过提高第二LCD的分辨率，能够使局部区域的影像高清化。通过使第二LCD的影像随观察者的眼球的朝向而变化，观察者的注视部位能够始终为高清影像。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-84306号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

专利文献1那样的作为现有的影像显示装置的头戴式显示装置试图在广视角的影像和视野的中心的局部区域实现高分辨率的影像显示。因此，该影像显示装置包括宽范围、低分辨率的第一显示装置和相对窄范围、高分辨率的第二显示装置，由光学系统将第一显示装置的影像与第二显示装置的影像合成而投影显示在屏幕上。在这种结构的影像显示装置中，为了实现其功能需要采用2个显示装置等。因此，与能够使用1个显示装置实现其功能的结构相比，该影像显示装置存在成本高、装置尺寸大、功耗高的问题。

本发明的目的在于，针对HMD等影像显示装置、头戴式显示装置，提供一种能够低成本、小尺寸、低功耗地实现广视角且在视野中心具有高分辨率的影像的技术。

解决问题的技术手段

本发明的有代表性的实施方式提供一种影像显示装置，其特征在于具有以下所示的结构。

一个实施方式的影像显示装置包括：控制部，其控制屏幕上的影像投影；电路部，其基于影像信号生成用于进行调制驱动的调制信号和用于进行扫描驱动的扫描信号，以它们作为用于生成影像光的驱动控制信号；影像投影部，其基于所述调制信号对光源进行所述调制驱动，以在所述屏幕上形成与调制时刻对应的像素的方式生成所述影像光，并且基于所述扫描信号进行所述扫描驱动，以改变所述影像光的出射方向来在所述屏幕上进行扫描的方式生成所述影像光；视线检测部，其检测用户看向所述屏幕的视线方向；和驱动部，其进行驱动以按照所述视线方向改变所述影像光的投影方向，其中，所述控制部在所述影像投影的第一模式时控制所述调制驱动和所述扫描驱动，使得所述屏幕上的像素区域的结构为，随着从中心点去往外侧而从像素密度相对较高的区域变化至较低的区域，并且，控制所述影像光的所述投影方向，使得所述中心点与所述屏幕内的对应于所述视线方向的位置一致。

发明效果

采用本发明的有代表性的实施方式，在HMD等影像显示装置、头戴式显示装置中，能够低成本、小尺寸、低功耗地实现广视角且在视野中心具有高分辨率的影像。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1的影像显示装置——头戴式显示装置的佩戴时的外观结构的图。

图2是表示实施方式1的影像显示装置的功能模块结构的图。

图3是表示实施方式1中壳体右半部分的部件的结构和视线方向朝向正面的情况的图。

图4是表示实施方式1中壳体的右半部分的部件的结构和视线方向稍偏左侧的情况的图。

图5是表示实施方式1中壳体的右半部分的部件的结构和视线方向稍偏右侧的情况的图。

图6是表示实施方式1中影像投影部的部件结构的图。

图7是表示实施方式1中扫描驱动的扫描轨迹的图。

图8是表示实施方式1中扫描驱动的扫描信号的图。

图9是表示实施方式1中第一模式的像素结构和特性的图。

图10是表示实施方式1中第二模式的像素结构和特性的图。

图11是表示实施方式1中调制驱动的调制信号的图。

图12是表示实施方式1中视网膜的视细胞分布之概要的图。

图13是表示实施方式1中视锥细胞的分布和第一模式的像素结构各自的视角与密度的关系的图。

图14是表示实施方式1的变形例中第一模式的像素结构的图。

图15是表示实施方式1中屏幕与像素区域的关系的图。

图16表示实施方式1中屏幕与像素区域的关系，是表示第一模式下视线发生了移动的情况的图。

图17是表示实施方式1的变形例中第一模式的像素区域的图。

图18是表示实施方式1的变形例中第一模式的像素区域的图。

图19是表示实施方式1的变形例中第一模式的像素区域的图。

图20是表示本发明实施方式2的影像显示装置中第一模式的像素区域的图。

图21是表示实施方式2中扫描驱动的扫描轨迹的图。

图22是表示实施方式2中第二模式的像素结构的图。

图23是表示实施方式2中第一模式的像素结构的图。

图24是表示本发明实施方式3的影像显示装置中壳体的右半部分的部件结构的图。

图25是表示实施方式3中影像投影部的部件结构的图。

图26是表示本发明实施方式4的影像显示装置中第一模式和第二模式的显示例的图。

图27是表示实施方式4中模式切换控制的流程的图。

图28是表示本发明实施方式5的影像显示装置中第一模式和第二模式的显示例的图。

图29是表示实施方式5中模式切换控制的流程的图。

具体实施方式

下面基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。在用于说明实施方式的所有图中对相同的部分原则上标注相同的附图标记，省略其重复的说明。

(实施方式1)

使用图1～图19，对作为本发明实施方式1的影像显示装置的头戴式显示装置进行说明。实施方式1的影像显示方法是由实施方式1的影像显示装置执行的步骤构成的方法。

[影像显示装置(头戴式显示装置)]

图1表示作为实施方式1的影像显示装置的头戴式显示装置被佩戴在用户的头部和眼前的状态下的外观结构。实施方式1的影像显示装置是外观呈眼镜形状的眼镜型的头戴式显示装置。影像显示装置包括壳体1和屏幕2。壳体1例如由眼镜形框架构成。屏幕2是配置在用户眼前的半透明板，例如由眼镜片状的曲面镜等构成。用户能够在将该影像显示装置佩戴于头部的状态下观看显示在屏幕2上的影像。实施方式1的影像显示装置的屏幕2为透射型。透射型的屏幕2上透射显示外界的图像，并在其上叠加显示影像信息。通过屏幕2在双眼中形成并呈现影像。

说明中使用的方向和坐标系表示为(X，Y，Z)。第一方向即X方向为屏幕内水平方向，第二方向即Y方向为屏幕内垂直方向(图1中为铅垂方向)，第三方向即Z方向为与X方向和Y方向垂直的方向。Z方向对应于从用户的眼睛观察前方屏幕2等的方向。

另外，作为变形例的影像显示装置，可以不限于眼镜型而采用任意的形式，只要是头戴式即可。作为其它形式的更大尺寸的影像显示装置，还能够采用护目镜式那样用带子等在脑后固定的形式，或是头盔式那样佩戴在整个头部的形式。此外，作为其它形式的更小尺寸的影像显示装置，还能够采用仅在头部的左右一侧佩戴，仅向一只眼睛呈现影像的形式。此外，还可以是借助头戴器具将智能手机等便携信息终端的屏幕配置在眼前的简易型的头戴式显示装置。该便携信息终端的屏幕是由液晶显示装置或有机EL显示装置等构成的非透射型屏幕。此外，作为影像显示装置，不仅能够应用通过影像向用户呈现信息的设备，也能够应用还进一步通过声音和振动等向用户呈现信息的设备。

[影像显示系统]

包括图1的实施方式1的影像显示装置在内而构成的影像显示系统的结构例如下。

(1)第一影像显示系统由单个影像显示装置构成。影像显示装置预先在内部(图2的信息存储部109)保存有规定的影像数据的影像信号。影像显示装置(图2的控制部101、影像生成部102)利用该影像数据的影像信号生成影像。或者，影像显示装置每次自身生成影像信号，利用该影像信号生成影像。由此在用户的视野内呈现影像。在该结构中，由于并不发生与外部的通信，所以对影像显示装置的使用场所没有要求。

(2)第二影像显示系统采用由影像显示装置与外部的装置通信连接而进行协作的结构。外部的装置可举出PC或便携信息终端等为例。影像显示装置(图2的通信部108)与外部的装置通信来收发信息和影像信号。影像显示装置例如从外部的装置输入保存在外部的装置中的影像信号等。此外，影像显示装置在自身生成影像信号的情况下，也可以使外部的装置承担计算负载高的处理的一部分。影像显示装置向外部的装置发送信息和计算请求，接收由外部的装置计算而生成的影像信号。在该结构的情况下，影像显示装置(控制部101和影像生成部102)的处理能力可以低于外部的装置。因此影像显示装置能够采用比较廉价的结构。在该结构下，还能够利用外部的装置的高处理能力实现复杂的影像处理。

(3)第三影像显示系统的影像显示装置通过互联网等通信网络与服务器通信连接。服务器也可以通过云计算实现。影像显示装置(图2的通信部108)具有与通信网络对应的通信接口。在该结构中，影像显示装置从服务器接收信息和影像数据等，使用基于该信息和影像数据等的影像信号来生成影像。影像显示装置也可以利用服务器进行计算处理的一部分。在该结构的情况下，能够将互联网上的各种信息等实时反映到呈现给用户的影像中。

上述各影像显示系统还能够采用组合结构。在采用组合结构的情况下，可构成为能够根据状况和用户设定而切换使用某一个系统。

[功能模块结构]

图2表示实施方式1的影像显示装置的功能模块结构。影像显示装置包括控制部101、影像生成部102、影像投影部103、影像方向驱动信号生成部104、投影方向驱动部105、视线检测部106、传感器部107、通信部108、信息存储部109、操作输入部110、扫描驱动电路111、调制驱动电路112和曲面镜4等。

控制部101对影像显示装置的整体和各部分进行控制。作为一个实施例，控制部101、影像生成部102和投影方向驱动信号生成部104等部分由IC芯片(图3的IC芯片3)实现。IC芯片具有处理器和存储器等。

控制部101能够使通信部108工作，从外部的装置接收并输入影像信号。通信部108是具有规定的通信接口的装置。通信部108的通信接口既可以是有线的也可以是无线的。控制部101将输入的影像信号作为影像数据临时储存在信息存储部109中，并从信息存储部109传输至影像生成部102。或者，控制部101也可以将输入的影像信号直接传输至影像生成部102。控制部101还可以通过通信部108向外部的装置输出信息。影像显示装置不限于利用来自外部的影像信号，还可以利用内部的影像信号。例如，控制部101可以利用预先保存在信息存储部109中的影像数据的影像信号，也可以通过自身的处理生成影像信号。例如，控制部101也可以执行AR等应用程序的处理，生成用于AR等的影像信号。控制部101可以利用预先储存在信息存储部109中的程序，也可以通过通信从外部获取程序。

控制部101将显示对象的影像信号发送至影像生成部102。影像生成部102将该影像信号转换为符合影像投影部103的特性的影像驱动信号，发送至影像投影部103。影像驱动信号详细而言包括调制信号和扫描信号。在影像生成部102的后级、影像投影部103的前级，设置有调制驱动电路111和扫描驱动电路112。它们被控制成，基于来自控制部101或影像生成部102的控制信号而同步工作。影像生成部102生成用于对调制驱动电路111和扫描驱动电路112的驱动进行同步控制的第一控制信号和第二控制信号。影像生成部102对调制驱动电路11提供第一控制信号，对扫描驱动电路112提供第二控制信号。

调制驱动电路111基于第一控制信号生成调制信号，供给至影像投影部103。调制信号是用于对影像投影部103的调制驱动进行控制的信号。详细而言，基于调制信号，对影像投影部103内的后述(图6)光源的强度调制进行控制。

扫描驱动电路112基于第二控制信号生成扫描信号，供给至影像投影部103。扫描信号是用于对影像投影部103的扫描驱动进行控制的信号。详细而言，基于扫描信号，对影像投影部103内的后述(图6)压电元件和光纤的扫描轨迹进行控制。

影像投影部103基于影像驱动信号也就是调制信号和扫描信号进行调制驱动和扫描驱动，生成并出射影像光。出射的影像光a1通过构成光学系统的投影方向驱动部105的反射镜和构成屏幕2的曲面镜4投影到用户的眼睛里。由此，在用户的眼睛里形成影像。

视线检测部106具有检测并跟踪用户的视线的功能。视线检测部106能够以公知技术构成，也被称作眼动仪等。视线检测部106将包含检测到的视线方向的视线信息发送至控制部101。作为一个结构例，视线检测部106向用户的眼睛投射近红外光，在角膜上形成反射点，拍摄该反射点和瞳孔，根据二者的关系计算视线方向。除此以外，视线检测部106例如还能够应用眼电法和探测线圈法等。眼电法是利用角膜与视网膜之间的电位差检测视线的方法。探测线圈法是利用组装有线圈的角膜接触镜检测视线的方法。视线检测部106能够应用可检测视线的任意方式。

控制部101将从视线检测部106接收到的视线信息发送至投影方向驱动信号生成部104。投影方向驱动信号生成部104生成用于控制影像光的投影方向(向人眼入射的方向)的驱动信号。投影方向驱动信号生成部104基于视线信息生成符合投影方向驱动部105的特性的驱动信号，提供给投影方向驱动部105。

投影方向驱动部105按驱动信号进行驱动，控制来自影像投影部103的影像光a1的投影方向。由此，投影在屏幕2上的影像的中心的方向发生变化。投影方向驱动部105构成光学系统的一部分。如图3所示，在实施方式1中，投影方向驱动部105具有反射方向可变的反射镜和改变该反射镜的反射方向的致动器。由投影方向驱动部105的反射镜反射后的影像光a2前往曲面镜4。

投影方向驱动信号生成部104以使影像(像素区域)的中心与视线中心位置一致的方式进行改变投影方向的控制，详细情况后述。在影像的视野角(构成并显示像素的范围)狭窄的情况下，如果用户改变视线则影像会变得不易观看或看不见。在实施方式1的影像显示装置中，在后述第一模式下，如上所述以使影像中心与视线方向一致的方式控制投影方向。由此，用户在第一模式下能够始终于视线前方以高分辨率观看图像，容易识别影像。

曲面镜4配置在眼睛的前方，构成屏幕2和光学系统的一部分。如图3所示，曲面镜4使来自投影方向驱动部105的影像光a2向眼睛反射。曲面镜4上反射的影像光a3入射到眼睛里，在视网膜上形成影像。

传感器部107包括公知的传感器组。作为传感器部107的传感器的例子，具有GPS接收器、加速度传感器、陀螺仪传感器、照度传感器、麦克风等。传感器部107通过这些传感器检测外界的信息，并将检测信息输出至控制部101。控制部101根据传感器部107的检测信息控制影像显示装置。控制部101也可以根据检测信息改变对影像生成部102和投影方向驱动信号生成部104提供的信息。由此，能够实现互动性更高的影像信息的呈现。作为使用检测信息进行控制的示例，能够举出根据位置坐标、加速度、角速度、照度、外界声音等级等切换显示影像信息、后述的模式等例子。

操作输入部110包括供用户进行输入操作的按钮等。操作输入部110既可以与壳体1形成为一体，也可以由远程控制装置(遥控器)——其作为另外的装置通过有线或无线的方式与壳体1连接——实现。此外，还可以在该远程控制装置中安装控制部101、通信部108等构成要素。

[影像显示装置-硬件]

在图3中，作为实施方式1的影像显示装置的硬件结构表示了构成要素的部件等的配置。图3表示在图1那样将影像显示装置佩戴在用户头部的状态下，从Z方向上方观看XZ平面的结构。图3表示影像显示装置中相对于左右间的中心线C靠右侧一半的结构。在实施方式1中，虽然未图示，但是在相对于中心线C靠左侧的位置，也以左右对称的方式配置有与右侧一样的构成要素。在图3中，点划线的区域表示用户的头部。其中的圆形表示右眼的眼球，眼球中的椭圆表示瞳孔。从影像生成部103沿Z方向伸出的虚线表示影像光。3根虚线表示与中央、右端和左端对应的光。通过图3的结构，在右眼视网膜上形成影像。左侧的结构也能够同样在左眼形成影像。图3的状态表示用户的视线处于正面的情况，视线方向D1与Z方向一致。

实施方式1是于左右两侧在左右两眼形成影像的方式。在该方式下，也可以追加用于在从眼睛去往前方的进深方向(Z方向)上对影像赋予立体感的通常的控制。在这种情况下，能够实现视听的立体感。另外，作为变形例，也可以采用不在左右两侧而仅在一侧设置图3那样的硬件构成要素的方式。还可以采用使视线检测部105等一部分要素为左右共用的部件的方式。

壳体1内安装有IC芯片3、影像投影部103、投影方向驱动部105、视线检测部106和曲面镜4等，其中IC芯片3包括控制部101等。各构成要素的部件在壳体1内通过连接线与IC芯片3的控制部101等连接。影像投影部103基于调制驱动和扫描驱动生成影像光向Z方向出射。从影像投影部103出射的影像光a1被投影方向驱动部105的反射镜反射以控制投影方向。反射后的影像光a2被曲面镜4向右眼反射。反射后的影像光a3入射到右眼的眼球，在视网膜上形成影像。

视线检测部106例如配置在眼球的附近。视线检测部106例如以上述的方式根据瞳孔的状态检测右眼视线的视线方向。在图3的状态下检测到视线方向D1。

投影方向驱动部105使用构成光学系统的反射镜和以改变该反射镜的反射方向的方式驱动的致动器构成。该反射方向是根据来自投影方向驱动信号生成部104的驱动信号而改变的。

投影方向驱动部105也可以为使用了MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统)反射镜的结构。投影方向驱动部105也可以为通过压电元件驱动反射镜的反射方向的结构。此外，投影方向驱动部105还能够由电流计镜、音圈电动机、超声波电动机、声光元件、电光元件、光偏转液晶元件等具有使光的方向发生弯折的功能的任意元件构成。

在实施方式1中，作为构成屏幕2和光学系统的要素，采用在眼睛前方的位置设置曲面镜4，使影像光被曲面镜4反射而去往眼睛的结构，不过并不限定于此，例如还能够为以下结构。可以代替曲面镜4使用导光板和全息光学元件(HOE：Holographic OpticalElement)。在这种情况下，能够将壳体1的光学系统的结构变薄，因此容易提高影像显示装置的设计性和实现轻量化。

视线检测部106检测该状态下的视线方向D1。控制部101基于该视线方向D1的视线信息控制投影方向驱动部105的反射方向。即，控制部101以使影像光的中心与视线方向一致的方式控制投影方向。

图4是与图3相同的结构，表示右眼的视线观看正面稍偏左侧处的状态。将此时的右眼的视线方向表示为视线方向D2。视线检测部106检测该状态下的视线方向D2。控制部101基于该视线方向D2的视线信息控制投影方向驱动部105的反射方向。由此，以使得从影像投影部103出射的影像光的中心与右眼眼球的视网膜等的中心一致的方式，控制投影方向。

图5是与图3相同的结构，表示右眼的视线观看正面稍偏右侧处的状态。将此时的右眼的视线方向表示为视线方向D3。视线检测部106检测该状态下的视线方向D3。控制部101基于该视线方向D3的视线信息控制投影方向驱动部105的反射方向。由此，以使得从影像投影部103出射的影像光的中心与右眼眼球的视网膜等的中心一致的方式，控制投影方向。

[影像投影部-硬件]

图6表示影像投影部103的结构。在图6中，表示了从X方向观察影像投影部103时的YZ平面的结构。影像投影部103包括光源301、光纤302、压电元件303(303A1、303A2、303B1、303B2)和透镜305。这些构成要素被收纳在影像投影部103的壳体309内。

光源301与调制驱动电路111连接，被施加来自调制驱动电路111的调制信号。光源301为激光光源，使红色激光、绿色激光和蓝色激光合束，将合束后的激光耦合到光纤302中出射。三色的激光能够分别通过强度调制来控制输出功率和输出时刻。通过调制信号，来控制强度调制下的输出功率和输出时刻。与调制时刻(调制时序)相应地，构成屏幕2上的像素。

压电元件303由垂直方向(Y方向)的成对压电元件303A1、303A2和水平方向(X方向)的成对压电元件303B1、303B2构成。压电元件303在Z方向上具有规定的长度。垂直方向的压电元件303A1、303A2在Y方向上相对，以规定的间隔隔着光纤302配置。水平方向的压电元件303B1、303B2在水平方向上相对，以规定的间隔隔着光纤302配置。在图6中，压电元件303B2配置在隐藏于背面侧的位置上。

压电元件303由能够将施加在压电体上的电压转换成力的压电元件构成，作为使光纤302运动的致动器设置。压电元件303与扫描驱动电路112连接，响应于来自扫描驱动电路112的扫描信号而被驱动。压电元件303能够响应于通过扫描信号而施加的电压，在各自的相对的方向(X方向，Y方向)上使光纤302翘曲以使其运动。Y方向的压电元件303A1、303A2使光纤302的Z方向的前端的朝向如图示那样在Y方向上变化。同样，X方向的压电元件303B1、303B2使光纤302的Z方向的前端的朝向在X方向上变化。由此，能够控制从光纤302的Z方向的前端沿其方向出射的影像光的方向，进行与屏幕2对应的X方向和Y方向上的扫描。

在影像投影部103的出射端配置有透镜305。从光纤302的Z方向的前端出射的光从透镜305透射，作为影像光a1向着投影方向驱动部105出射。透镜305将光纤302的出射光的扫描角放大。放大后的扫描角覆盖规定的广视角的区域。

[扫描驱动-扫描轨迹]

在图7中，作为影像投影部103的控制轨迹，在XY平面上表示了扫描驱动的扫描轨迹和扫描方向。图7的大致圆形的螺旋状箭头的线与图6的光纤302的前端的轨迹对应。即，该轨迹表示影像光在屏幕2的XY平面上的扫描轨迹。该扫描轨迹由X方向的扫描与Y方向的扫描合成而构成。点P0表示未进行扫描的情况下的基准点。通过使用压电元件303进行扫描驱动，光纤302的前端一边描绘大致圆形一边逐渐改变半径。半径与X方向和Y方向的振幅对应。在某个时间点的状态下，轨迹的前端处于点P1。在该状态下，半径H为点P1到点P0的距离。该半径H由后述的X方向的扫描信号的振幅与Y方向的扫描信号的振幅合成而构成。例如，轨迹的前端处于点P2的状态下的扫描方向为Y方向下方。

在影像投影部103的扫描驱动下，光纤302的前端出射的光按上述方式呈螺旋状扫描。在图7中，作为扫描表示了以半径H随着从中心点P0向外侧去而按恒定比例扩大的方式进行扫描的情况。但扫描同样还能够以半径H随着从外侧向中心点P0去而缩小的方式进行。扫描是通过例如交替反复地进行半径H扩大方向的扫描和半径H缩小方向的扫描而进行的。即，在第一扫描期间，在半径H的扩大方向上进行扫描，当半径H达到规定的最大值时，第一扫描期间结束。在接下来的第二扫描期间，在半径H的缩小方向上进行扫描。当半径H达到0、即中心点P0时，第二扫描期间结束，重新开始半径H的扩大方向上的扫描。但不限于此，扫描也可以仅在半径H的扩大方向和缩小方向中的一个方向上进行，在点P0与半径H的最大值之间一边伴随着回扫一边反复进行扫描。

此外，在图7的扫描控制的例子中，每单位时间内的半径H扩大或缩小的量或比例是恒定的，螺旋中相邻的圆周的间隔K0是恒定的。但扫描轨迹的间隔K0可不限定于此(后述的变形例)。

[扫描驱动-扫描信号]

图8表示扫描驱动的扫描信号，其用于实现图7的扫描。图8的(A)表示影像投影部103的垂直方向(Y方向)的振幅的控制方法和扫描信号。图8的(B)表示影像投影部103的水平方向(X方向)的振幅的控制方法和扫描信号。横轴表示时刻，纵轴表示振幅。

在图8的(A)中，基于Y方向的扫描信号，控制用于在Y方向上驱动光纤302的前端的压电元件303A1、303A2。由此，Y方向的振幅被控制成正弦波。第一扫描期间T1表示以使半径H从图7的中心点P0向外侧扩大至最大值的方式进行扫描的期间。第二扫描期间T1表示以使半径H从图7的半径H的最大值缩小至中心点P0的方式进行扫描的期间。周期Tc表示与图7的螺旋的一周对应的时间，为恒定值。

在图8的(B)中，基于X方向的扫描信号同样地控制用于在X方向上驱动光纤302的前端的压电元件303B1、303B2。由此，X方向的振幅被控制成正弦波。并进行扫描控制，使得(B)的X方向的波形的相位相对于(A)的Y方向的波形的相位偏离90度。由此，使得光纤302的前端如图7那样画出螺旋状的扫描轨迹。

这样，在第一扫描期间T1，通过使垂直方向和水平方向的振幅逐渐变大，以半径H随着从点P0向外侧去而逐渐扩大的方式实现螺旋状的扫描。同样，在第二扫描期间T2，通过使垂直方向和水平方向的振幅逐渐变小，以半径H随着从外侧向中心点P0去而逐渐缩小的方式实现螺旋状的扫描。

在图8的扫描信号的波形中，振幅的最大值以恒定的斜率增减。由此，如图7所示，扫描轨迹的螺旋的圆周间隔K0是恒定的。

[模式]

在实施方式1的影像显示装置中，关于屏幕2的像素结构，能控制成第一模式、第二模式这二种模式。控制部101根据显示对象影像种类、用户设定状态、基于传感器部107的检测信息而进行的状况判断等，选择并切换第一模式、第二模式。可以简单地基于用户的输入操作来指定使用第一模式、第二模式的哪个模式，控制部101使用所指定的模式。用户的输入操作既可以使用图2的操作输入部110的按钮操作来进行，或者也可以使用这样的功能，即，利用视线检测部109检测用户的眼睛的特定的动作(例如睁闭眼的动作)，将该动作解释为模式切换等命令。

第一模式是能够实现符合眼睛的特性的像素结构的模式，像素密度和分辨率在屏幕2内发生变化，即，是像素密度和分辨率非恒定的模式。在第一模式下，越靠近视线中心越构成像素密度相对较高的高分辨率的区域，越离开视线中心靠近周边越构成像素密度相对较低的低分辨率的区域。在第一模式的状态下，以在屏幕2上显示影像时实现这样的像素结构的方式，控制影像投影部103的调制和扫描。此外，在第一模式的状态下，以使影像中心的高分辨率区域与此时用户的视线方向一致的方式控制视线检测部106。

第二模式是就像素结构而言使屏幕2内的像素密度和分辨率恒定的模式。在第二模式的状态下，以实现该像素结构的方式控制影像投影部103的调制和扫描。

[第一模式-像素结构]

图9在XY平面上表示第一模式的像素结构。在图9的上侧，在XY平面上表示了通过图7和图8的扫描驱动而将来自影像投影部103的影像光投影到屏幕2上的情况下的像素密度等。在图9的下侧，表示总结了第一模式的像素结构的特性而得的表。图9的上侧表示了设置有像素的区域即像素区域R1。像素区域R1的像素是通过进行调制驱动和扫描驱动而构成的。

点P0表示像素区域R1的中心。点P0与图7的扫描驱动的基准点相同。点P0被控制成与用户的视线方向一致(图3～图5)。从点P0向外侧呈螺旋状地延伸有带箭头的线。该带箭头的线与图7的扫描轨迹及其扫描方向对应。沿螺旋的半径H的方向延伸的线表示调制驱动的调制时刻。调制时刻是影像投影部103的光源301的激光的强度调制的时刻。螺旋的圆周方向的扫描驱动的线与半径方向的调制驱动的线的交叉点相当于设置有像素的位置，以小圆圈表示像素的示例。

第一模式的扫描驱动如图7、图8所示。在螺旋的一周的大致圆形上，扫描速度在靠近中心点P0的内周侧相对较慢，在外周侧相对较快。在第一模式下，扫描一周所需的时间(图8的周期Tc)不依赖于半径H的状态，无论内周和外周均是恒定的。扫描一周的圆周的长度在内周相对较小，在外周较大。由此，扫描速度在内周相对较慢，外周相对较快。

作为第一模式的调制驱动，如图9的下侧的表和后述的图11所示，使调制速度和调制时刻(调制时序)在内周和外周均为恒定。在第一模式下，扫描轨迹的圆周方向上的一周的像素数为恒定的像素数。因此，调制速度在内周和外周均恒定。例如，每一周的调制时刻的次数是规定的次数。扫描轨迹的一周的圆周长度越靠内周越小，越靠外周越大。因此，在调制时刻的次数恒定的情况下，圆周上的像素的配置密度越靠内周越高，越靠外周越低。

在第一模式的像素结构下，在螺旋的半径H的方向上，像素区域R1的像素密度越在靠近中心点P0的内周侧的区域相对越高，越在靠近半径H的最大值的外周侧的区域相对越低。即，在像素区域R1中，越靠内周分辨率越高，越靠外周分辨率越低。

在第一模式的像素结构下，在螺旋的每一周的圆周方向上，像素数无论内周和外周均是恒定的。在每一周的圆周方向上，像素的配置间隔越靠内周相对越窄，越靠外周相对越宽。此外，在图9的第一模式的像素结构下，在螺旋的半径方向上，相邻的圆周的间隔K0恒定，即相邻的像素的间隔是恒定的。

如后述的图13所示，第一模式的像素密度等的结构的设计符合人眼的特性，与视网膜上的视锥细胞的密度分布接近。在靠近与视线中心对应的点P0的局部区域，眼睛通过视锥细胞实现高分辨力，因此提高像素密度。而在外周侧的区域，眼睛的分辨力相对较低，因此将图像密度抑制得相对较低，与之相应地视角变广，即半径H的最大值变大。

[第二模式-像素结构]

图10在XY平面上表示第二模式的像素结构。在图10的上侧，在XY平面上表示了通过图7和图8的扫描驱动而将来自影像投影部103的影像光投影到屏幕2上的情况下的像素密度等。在图10的下侧，表示总结了第二模式的像素结构的特性而得的表。图10的上侧同样表示了构成有像素的像素区域R2。用小圆圈表示像素的位置的示例。第二模式的像素区域R2的面积(即视野角)可以与第一模式的像素区域R1的面积(即视野角)不同，它们能够根据扫描驱动和调制驱动的设计而相应地决定。

第二模式的像素结构被设计成，无论是在靠近中心点P0的内周侧的区域，还是在半径方向的外周侧的区域，像素区域R2的像素密度都是恒定的。即，在像素区域R2内为恒定的分辨率。第二模式与现有通常的屏幕设计一样，以屏幕内像素密度恒定的方式设计。以使屏幕2内的像素密度恒定的方式，设计影像投影部103的扫描驱动和调制驱动。

第二模式的扫描驱动与第一模式一样，如图7、图8所示。在螺旋的扫描轨迹中，扫描速度越靠内周侧相对越慢，越靠外周侧相对越快。一周时间(周期Tc)在内周、外周固定。

关于第二模式的调制驱动，调制速度越靠内周侧相对越慢，越靠外周侧越快。在第二模式下，以半径方向上最外周的调制速度取最大值的方式设计。例如，在最外周的一周具有M次调制时刻。内周侧的调制速度被设计成相对于最外周的调制速度变慢。在内周侧，具有比M次少的N次调制时刻。在第二模式下，即使有能力在内周侧实现高分辨率的显示，也要配合外周的像素密度取较慢的调制速度。

在扫描轨迹的螺旋的每一周的圆周上，像素数越靠内周相对越少，越靠外周越多。在每一周的圆周上，像素的配置间隔无论内周和外周均是恒定的。在图10的第二模式的像素结构下，在螺旋的半径方向上，相邻的圆周的间隔K0恒定，即相邻的像素的间隔是恒定的。

在保持像素密度恒定的同时扩大视野角、即半径H的方向的像素配置区域的情况下，越靠扫描轨迹的外周侧，圆周越长。因此，需要进一步加快调制速度。在像素区域R2和扫描轨迹的最外周，扫描速度和调制速度取最大值。而影像投影部103的扫描速度和调制速度是根据硬件等的不同受规定的最大速度限制的。因此，像素区域R2的扫描速度和调制速度以在半径方向的最外周处为最大值的方式设计。

[调制驱动]

图11表示第一模式和第二模式的调制驱动的调制信号。图11表示影像投影部103的强度调制的时序控制的概念。图11的(A)表示第一模式的调制信号，图11的(B)表示第二模式的调制信号。调制信号具有多个发光同步信号。发光同步信号规定光源301的激光的强度调制的调制时刻。

如图9所示，在第一模式的调制驱动中，调制速度和调制时刻(时序)是恒定的。按照图11的(A)的调制信号，在扫描驱动的第一扫描期间T1和第二扫描期间T2的任一期间，多个发光同步信号均按恒定间隔的时序供给。

如图10所示，在第二模式的调制驱动中，调制速度和调制时刻是可变的。在图11的(B)中，在第一扫描期间T1，多个发光同步信号以间隔逐步变窄的方式供给。在第二扫描期间H2，多个发光同步信号以间隔逐步变宽的方式供给。

[人眼的特性(1)]

对人眼的特性及符合该特性的第一模式的像素设计进行说明。作为眼睛的特性，已知在视线中心具有高分辨力，越从中心往外侧去分辨力越低。人眼的视网膜具有视细胞。入射到人眼的光由视网膜深处的视细胞感受到，通过视神经将影像信息传递至大脑中枢。视细胞将光刺激转换为电信号(神经信号)。在视细胞包括视锥细胞(cone)、视杆细胞(rod)。在日常生活中主要使用视锥细胞。视锥细胞主要在明亮的场所发挥作用，视杆细胞主要在昏暗的场所发挥作用。视锥细胞能够分辨颜色(波长)。视杆细胞不能分辨颜色但是灵敏度高。

图12表示视网膜中的视细胞分布之概要。图12的圆形的中心对应于视网膜中心的中心凹。在视网膜中的视锥细胞的分布之中，视锥细胞的密度在中心凹附近最大。以自中心凹的角度为视角，视锥细胞的密度随视角而相应地下降。区域A1是与中心凹附近对应的视锥细胞的密度大的区域，随着去往其外侧的区域A2以及周边的区域A3，视锥细胞的密度依次变小。视杆细胞主要分布在视锥细胞的周缘。在区域A2中，视杆细胞的密度较大。如上所述，在眼睛的中心高密度地分布着视锥细胞，因此在视线中心能够以相对高分辨率进行色觉辨别等。

为了进行视觉辨识的两点辨别，需要使得受刺激的感受细胞至少隔着1个未受刺激的感受细胞而相邻。由此，可将屏幕2的像素构成为，能够以视锥细胞线密度的二分之一的密度呈现影像。

基于上述那样的人眼的特性，作为合适的像素设计，在实施方式1中采用第一模式的像素结构(图9)。在第一模式下，作为符合人眼特性的像素结构，使视线中心的区域的像素密度相对较高而为高分辨率区域，使视线周边的区域的像素密度较低而为相对低分辨率区域。在第一模式下，进行控制以使与影像中心对应的像素区域R1的中心点P0跟踪此时的视线。通过采用第一模式的像素结构来呈现与视线匹配的影像，能够以广视角的低分辨率区域与视线中心的高分辨率区域的组合，实现合适且有效的影像呈现。与此相对，第二模式下整个屏幕2为恒定分辨率的像素结构(图10)。通过根据要呈现的影像的种类等区分使用第一模式和第二模式，能够进行更有效的影像呈现。

[人眼的特性(2)]

图13表示与图12的人眼的特性对应地将像素线密度关于视角[度(°)]的关系绘制得到的曲线图。特性曲线131表示根据关于视觉的公知常识而得到的、图12那样的关于视网膜中的视锥细胞的密度分布的特性。像这样，在特性曲线131中，视锥细胞的密度在视角小的区域较高，随着视角增大，视锥细胞的密度下降并基本恒定。

另一方面，特性曲线132表示关于图9那样的实施方式1的第一模式的像素结构的特性的设计，基于特性曲线131，构成为视锥细胞的线密度的二分之一的线密度。调制驱动的调制时刻如图9那样是固定的。这样，2个曲线图的特性类似，特性曲线132被设计成接近特性曲线131的形状。

在第一模式的像素区域R1，表示像素密度的变化的特性(特性曲线132)被设计成，与表示上述通常的眼视网膜的视细胞(尤其是视锥细胞)的分布密度的变化的特性(特性曲线131)一致。具体而言，视锥细胞的特性曲线131能够用二次函数等近似地表达。另一方面，像素的特性曲线132同样能够用二次函数等表达。在该二次函数等中，能够改变调制驱动和扫描驱动的速度等参数的设定。由此，使得该像素的特性曲线132(近似的二次函数等)的形状充分类似于视锥细胞的特性曲线131(近似的二次函数等)的形状。充分的类似例如可以是，计算特性曲线131与特性曲线132的类似度，该类似度为规定值以上。类似度也可以使用各个视角下的密度值的二者差值来计算。

在图13的例子中，令眼球的焦距为17mm，在影像投影部103的光源301的强度调制中，扫描轨迹每一周的像素数为2000(即一周存在2000次调制时刻)，计算是以此为前提进行的。

影像显示装置在第一模式时，基于特性曲线132控制影像投影部103的扫描驱动和调制驱动，以图9那样的像素结构将影像光投影在屏幕2上。由此，在第一模式时，能够实现符合特性曲线131那样的人眼特性的、高效率的影像呈现，即始终在视线中心以高分辨率辨识影像。

[第一模式-变形例]

上述第一模式和第二模式的像素结构细节可不限于图9、图10的结构。作为实施方式1的变形例，第一模式的像素结构可为以下结构。作为变形例，影像投影部103的光源301的强度调制在第一模式下不需要限定于按固定的调制时刻进行控制。第一模式的像素结构只要是像素密度随着从中心向外侧去而相对降低的结构即可，能够进行各种调制驱动。例如，也可以对调制驱动进行控制，使得调制速度与图13的视锥细胞的二分之一的线密度成比例。此外，扫描驱动也不需要限定于上述实施方式1的扫描速度和振幅等的控制。

图14表示实施方式1的变形例的第一模式的像素结构。其表示对像素结构细致改进以使得第一模式的特性曲线的形状更加接近视锥细胞的特性曲线132而得到的结构。图14的(A)在XY平面上表示变形例的像素结构中与调制驱动的调制时序控制相关的结构。图14的(B)在XY平面上表示变形例的像素结构中与扫描驱动的振幅控制相关的结构。通过(A)与(B)的合成，构成变形例的像素结构。在该像素结构下，与实施方式1的第一模式的图9的像素结构相比，视线中心的区域的像素密度稍低，外周侧的区域的像素密度稍高。由此，能够实现更符合视锥细胞的特性的合适的显示。

在图14的(A)中，越位于靠近中心点P0的内周侧，调制速度越接近比恒定值(m0)稍慢的速度(m1)，越在半径方向上靠外周侧，调制速度越接近比恒定值(m0)稍快的速度(m2)(m1＜m0＜m2)。恒定值(m0)是实施方式1的第一模式的调制速度。

在变形例中，也可以使该间隔为越靠内周相对越窄，越靠外周越宽的间隔。此外，也可以与调制驱动相组合，根据组合而越靠内周越形成相对较宽的间隔，越靠外周越形成窄的间隔。

在图14的(B)中，扫描速度与实施方式1相同，越靠内周相对越慢，越靠外周越快。而且，在该变形例中，在扫描轨迹的螺旋中，在半径H的方向上，相邻的圆周的间隔越位于靠近中心点P0的内周侧越宽，越位于外周越窄。在该变形例中，通过扫描驱动的振幅控制，使扫描的圆周的间隔以符合视锥细胞的密度分布的方式变化。作为圆周的间隔的示例，表示了靠近中心的位置的间隔Kc，靠近最外周的位置的间隔Ka，它们的中间位置的间隔Kb。其中，Ka＜Kb＜Kc。通过对图8那样的扫描信号的波形的振幅进行控制，能够控制成这样的扫描轨迹的圆周的间隔的变化。具体而言，在扫描驱动时利用扫描信号使施加在图6的影像投影部103的压电元件303上的电压值变化即可。此外，作为使间隔变化的其它方法，也可以通过透镜305的物理设计，在半径H的方向上增减调节光纤302的出射光的方向的变化。作为透镜305的设计的例子，可以使得越靠外周折射越大。此外，在采用了扫描轨迹的圆周的间隔越靠外周越宽的像素结构的情况下，在视网膜上光纤302的光束直径小于该间隔的情况下，可以通过设计透镜305来形成像差，使得越靠外周光束直径越大。

另外，近年来人们开发了一种被称作中心凹渲染(Foveated Rendering)的技术，该技术在视线中心以高分辨率进行渲染，在视线周边以低分辨率进行渲染。该技术的目的是用于降低影像的计算处理负载，要求影像在整个视野角内都是高分辨率的。本发明的技术与这样的现有技术不同。

[屏幕(即画面)与像素区域(1)]

图15表示实施方式1的影像显示装置的屏幕2与上述的像素区域的关系。图15的(A)表示第一模式的情况，图15的(B)表示第二模式的情况。

在图15的(A)中，屏幕2例如为矩形的形状。在该屏幕2的区域，外界的影像作为背景透射显示。在屏幕2内设定了以虚线表示的显示对象区域151。显示对象区域151例如为与屏幕2相同的矩形的形状，不过能够不限于此，可设定为其他形状。在例如进行AR显示的情况下，该显示对象区域151是能够在外界的影像上叠加显示AR的影像信息的区域。根据显示对象的影像信息的不同，在显示对象区域151内的规定的位置显示该影像信息。

圆形的区域152为与上述的像素区域R1对应的区域。该区域152被设置成将屏幕2的显示对象区域151包含在内。为了能够在显示对象区域151进行影像显示，在该区域152内配置有像素。即，在该区域152进行上述的扫描驱动和调制驱动。由于上述的像素区域R1为大致圆形，所以该区域152的形状和尺寸与屏幕2的矩形的外接圆相同。

点C0表示屏幕2和显示对象区域151的中央。图15表示用户的视线方向处于点C0的情况。即，以使得圆形的区域152的中心点与点C0一致的方式进行控制。如上所述，在第一模式的影像显示的情况下，越靠区域152的中心像素密度越高，越靠外侧像素密度越低。例如在视线中心的区域a1，分辨率足够高。另外，区域152中处于屏幕2的外侧的区域a3是不需要显示影像的黑色区域。

图15的(B)同样地表示了第二模式的情况下的屏幕2和区域152。区域152与像素区域R2对应。在显示对象区域151，无论是中心附近还是外周附近，像素密度和分辨率均是恒定的。

区域152相对于屏幕2的结构可不限于上述结构。能够如后述的变形例那样，根据扫描驱动和调制驱动的控制的不同，将区域152的形状和尺寸设定成各种方式。

[屏幕与像素区域(2)]

图16表示在图15的(A)的第一模式的区域152的状态的基础上，随视线的改变进行跟踪从而将区域152移动后的状态的例子。用户的视线从屏幕2的中央的点C0例如移动至右上方附近的点C1。根据视线检测的结果，以使区域152的中心点与视线方向一致的方式进行控制。在图16中，区域152的中心点配置在点C1。随之，高分辨率的区域a1移动至点C1的附近。因此，在用户观看点C1的附近的影像的状态下，能够呈现高分辨率的影像，进行高分辨率的辨别。在用户的视线移动至点C2～C4等的情况下，区域152的中心点也同样移动至与视线一致的位置。

另外，随着区域152的移动，屏幕2内的区域a4成为不形成像素的非显示区域，由于是远离视线的区域，因此在视觉辨识上几乎没有影响。作为变形例，也可以通过放大扫描区域等处理，在区域a4也进行低分辨率的显示。

[屏幕与像素区域-变形例(1)]

在实施方式1中，作为第一模式的像素结构的特性曲线，在扫描轨迹的半径方向上像素密度和扫描速度是连续变化的。不过不限于此，作为变形例，第一模式的像素结构的特性曲线也可以是这样的，即，在扫描轨迹的半径方向上，像素密度和扫描速度阶段性地发生变化。

图17是实施方式1的变形例，表示在与屏幕2的显示对象区域151对应的第一模式的区域152中设置了分辨率不同的三种区域的例子。中央的点C0附近的区域a11为第一像素密度的区域，其外侧的区域a12为第二像素密度的区域，其外侧的区域a13为第三像素密度的区域。例如，如上所述，中心的区域a11的像素密度相对较高，外周的区域a13相对较低。如该变形例那样，可以在屏幕2上分阶段地设置二级以上像素密度的区域。

此外，实施方式1的像素密度的结构符合视锥细胞的密度分布。但不限于此，作为变形例，也可以使像素密度的结构符合视网膜中的视杆细胞的密度分布。通过采用与视杆细胞对应的像素结构，能够以微弱的功率呈现影像等。作为与视杆细胞对应的像素结构，也可以采用图17那样的结构。在这种情况下，区域152中的中间区域a12对应于图12的视杆细胞的区域A2，像素密度最高。

[屏幕与像素区域-变形例(2)]

图18是实施方式1的变形例，针对屏幕2与区域152的关系，表示了与屏幕2的纵横比相应地使区域152的形状为椭圆的情况。在图18中，在第一模式下，与Y方向宽度比X方向宽度短的横长的屏幕2和显示对象区域151相应地，采用了横长的椭圆形状的区域152。区域152是将显示对象区域152包含在内的与其外接的椭圆。在扫描驱动的扫描信号的振幅控制下，能够使扫描轨迹成为椭圆。Y方向的扫描信号的波形的振幅最大值比X方向的扫描信号的波形的振幅最大值小规定的比例。

[屏幕与扫描区域-变形例(3)]

图19是实施方式1的变形例，作为与屏幕2和显示对象区域151对应的区域152的结构，表示设置了尺寸比屏幕2小的像素区域R1的情况。图19的(A)表示在第一模式下，视线处于屏幕2的中央的点C0的情况下的区域152。该区域152呈圆形，内接于矩形的屏幕2。在第一模式下，该区域152为显示对象区域151。在屏幕2内，区域152外侧的区域a5为不形成像素的非显示区域。如上所述，该区域152的像素密度随着从内周向外侧去而降低，在中央附近为高分辨率。

图19的(B)表示视线从(A)的状态例如移动至屏幕2内的右上方附近的点C1的情况。进行控制以跟踪视线方向，使得区域152的中心点成为点C1。另外，区域152并不限定于圆形，可以与上述一样为椭圆，也可以为矩形。

[效果等]

如上所述，采用实施方式1的影像显示装置，能够低成本、小尺寸、低功耗地实现广视角且在视野中心具有高分辨率的影像。在实施方式1的结构中，由于不需要像现有技术那样设置2个LCD等显示装置，所以能够低成本、小尺寸、低功耗地实现。

[变形例]

作为实施方式1的变形例，还能够仅具有第一模式。在该方式下，始终以第一模式的像素结构进行影像显示。

(实施方式2)

使用图20～图23，对本发明实施方式2的影像显示装置进行说明。实施方式2等的基本结构与实施方式1相同，在下文的说明中，针对实施方式2等的与实施方式1不同的结构部分进行说明。在实施方式2中，像素区域不为圆形而是为矩形。实施方式2的结构能够通过在实施方式1中改变影像投影部103的控制内容来实现。

[屏幕与像素区域]

图20表示实施方式2的屏幕2与像素区域的关系。实施方式2表示了与矩形的屏幕2和显示对象区域151相应地，使构成有像素的区域152的形状为矩形的情况。在本例中，显示对象区域151与区域152相同。在第一模式的矩形的区域152中，中央的点C0附近的区域a1为相对高分辨率的区域。在区域152中，影像投影部103的扫描驱动和调制驱动不使用上述的螺旋状的方式，而是使用后述图21、图22那样的方式。

[扫描驱动]

图21在XY平面上表示实施方式2的扫描驱动的概念。与像素区域(区域152)对应地，扫描区域210为矩形。点Q0表示扫描区域210的中心点。波浪状箭头的线表示扫描轨迹和扫描方向。该扫描轨迹之一例是从视野角(像素区域)的上端一边左右扫描一边到达下端的轨迹。首先，从扫描区域210的例如左上角的点Q1开始扫描。Y方向的扫描速度恒定。而X方向的扫描是与扫描区域210的宽度一致地以规定的速度和振幅振动的波形。在最初的第一扫描期间，例如扫描至左下角的点Q3。在接下来的第二扫描期间，例如将Y方向的扫描方向切换成反方向，以从点Q3返回点Q1的方式同样地进行扫描。由此进行影像的1帧的扫描。之后，按影像的每一帧进行同样的扫描。作为另一方式，也可以在到达下端的点Q3后，回扫到上端的点Q1，之后再次同样地向着下端进行扫描。扫描方式不限于上述方式，还可以采用所谓的电视扫描方式即逐行依次扫描的方式等。

上述扫描驱动能够通过影像投影部103的扫描驱动来实现。即，能够利用X方向和Y方向的扫描信号的组合实现上述扫描驱动。此外，作为实现该扫描驱动的影像投影部103的结构例，还可以使用能够进行光的2维扫描的MEMS反射镜。MEMS反射镜是投影仪等影像显示装置中普遍采用的元件之一，容易适用。

[第二模式-像素结构]

图22表示实施方式2中第二模式的像素结构。在与扫描区域210对应的矩形的像素区域220，像素密度是恒定的。在第二模式下，以使得像素密度恒定的方式进行影像投影部103的扫描驱动和调制驱动。在扫描驱动中，如图21所示，X方向的左右的扫描为正弦波形状。因此，扫描区域210的扫描轨迹上的扫描速度在X方向上的左端和右端相对较慢，在中央的点Q0的附近相对较快。对应地，在调制驱动中进行控制，使得影像投影部103的光源301的强度调制的速度和时序在左端和右端相对较慢，在中央的点Q0的附近相对较快。

图23表示实施方式2中第一模式的像素结构。图23表示视线方向处于屏幕2的中心点Q0的情况。矩形的像素区域220被设计成，像素密度越靠视野角的中心附近越高，越靠周边附近越低。在扫描驱动中，使得Y方向上相邻的轨迹的间隔越靠近像素区域220的中央越窄。

对影像投影部103的扫描驱动和调制驱动进行控制，来实现第一模式的像素区域220。该控制与实施方式1同样地能够应用各种控制。该像素结构可以通过影像投影部103的光源301的调制速度的控制实现。或者，也可以使用MEMS反射镜构成影像投影部103，利用该MEMS反射镜的扫描速度的控制实现该像素结构。

另外，作为影像投影部103的结构，还可以代替MEMS反射镜使用液晶显示器、有机EL显示器、LCOS(Liquid Crystal On Silicon)、DMD(Digital Mirror Device)等像素呈2维排列的面板(显示装置)。在这种情况下，针对面板(显示装置)的物理像素设计，将硬件结构本身设计成像素密度越靠中央越高、越靠周边越低，在面内不均匀的结构。在这种情况下仅进行第一模式的显示。

进一步，作为另一方式，也可以与面内均匀或不均匀的影像投影部103一起，通过使用包括透镜等光学部件的光学系统，使影像光以像素密度越靠中央越高、越靠周边越低的方式传播。

如上所述，采用实施方式2，能够在矩形的像素区域实现与实施方式1同样的效果，即能够呈现广视角且在视野中心具有高分辨率的影像。与实施方式1相比，实施方式2能够以更普通的结构实现影像投影部103的结构，因此更容易实现。

(实施方式3)

使用图24～图25说明本发明实施方式3的影像显示装置。在实施方式3中，作为实施方式1的变形例，表示涉及影像投影部103和投影方向驱动部105等要素的另一结构例。

图24与图3一样，表示影像显示装置的右半部分的结构。实施方式3的影像显示装置包括影像投影部103C和投影方向驱动部105C。在该投影方向驱动部105C中，代替实施方式1的投影方向驱动部105的反射镜和致动器，配置有固定反射镜241。固定反射镜241的反射方向是固定的。

此外，在该影像投影部103B中，在实施方式1的影像投影部103的结构的基础上，一体地设置有投影方向驱动部242。投影方向驱动部242用于改变光源301的激光的出射方向。

图25表示实施方式3的影像投影部103B的结构。在影像投影部103B中，作为构成投影方向驱动部242的部件追加有压电元件306。该影像投影部103B与图6的影像投影部103不同的结构点如下。在影像投影部103B的壳体309内，对于沿Z方向延伸的光纤302，分二级设置有压电元件的组。在Z方向上靠近光源301一侧的第一位置配置有压电元件306。在Z方向上第一位置Z1的后级的靠近前端一侧的第二位置，配置有上述的压电元件303。第二级压电元件303由二组压电元件303(303A1、303A2、303B1、303B2)构成。压电元件303具有与实施方式1相同的功能，由来自扫描驱动电路112的扫描信号所驱动。第一级压电元件306由二组压电元件306(306A1、306A2、306B1、306B2)构成。该压电元件306与压电元件303一样，由Y方向的成对压电元件306A1、306A2和X方向的成对压电元件306B1、306B2构成，同样配置在光纤302的周围。

第一级压电元件306由来自投影方向驱动信号生成部104的驱动信号所驱动，其中该驱动信号是基于视线检测部106检测到的视线信息而得到的。即，控制光纤302的前端的方向，来实现例如使影像中心与视线中心一致的跟踪动作。

压电元件303按每一帧影像实现螺旋状的扫描。因此，压电元件303的动作是高速且周期性的。与此相比，第一级压电元件306进行的是用于实现视线跟踪的低速且非周期性的动作。因此，压电元件306和压电元件303使用与各自所需的特性相符的材料和结构构成即可，二者不需要为相同的结构。

除了上述结构以外，投影方向驱动部242可以是MEMS反射镜、由压电元件驱动的反射镜、电流计镜、音圈电动机、超声波电动机等具有能够驱动控制整个影像投影部103的倾斜之功能的元件。

如上所述，采用实施方式3的影像显示装置能够实现与实施方式1类似的效果，即低成本、小尺寸、低功耗等。实施方式3能够以较少的部件数量，通过进行能够发挥影像投影部103的特性的控制，来实现广视角和视野中心的高分辨率。

(实施方式4)

使用图26～图27说明本发明实施方式4的影像显示装置。实施方式4的影像显示装置使模式在第一模式和第二模式之间切换这一特有的控制功能。图26的(A)表示切换为第一模式的状态下的屏幕2的视觉效果的例子。图26的(B)表示切换为第二模式的状态下的屏幕2的视觉效果的例子。实施方式4的影像显示装置根据显示对象影像的种类等，自动地切换第一模式和第二模式。

在第一模式的状态下，如上述那样，能够使影像中心跟踪视线方向，在视线中心进行高分辨率的显示。但是，例如在始终应用第一模式，始终使影像跟踪视线而显示的情况下，需要使视线检测部106等始终工作，所以存在影像显示装置的功耗比较大的问题。因此，在实施方式4中，在不需要使影像跟踪视线的情况下，不使用第一模式而使用第二模式以停止该跟踪的动作。由此能够抑制功耗。

在图26的(A)中，在第一模式下屏幕261为大致矩形的透射型的屏幕2，与视野对应。在本例中，使外界的现实中的道路和建筑物等透射显示在屏幕261上。显示对象区域262所示的范围是为了实现AR等而叠加显示影像信息的对象范围，上述的像素构成于其中。在本例中，显示对象区域262具有与屏幕261几乎相同大小的大致矩形的形状。点Q0表示屏幕261和显示对象区域262的中心点。在本例中，在该显示对象区域262内的中心附近显示影像信息263。在本例中，影像信息263是用于对用户教导和指引道路上的行进方向等的箭头图像，叠加在道路上显示。例如，由支持AR等的应用程序随时生成这样的影像信息263，显示在显示对象区域252内的必要位置上。

在实施方式4的影像显示装置中，在显示对象影像的种类是这样的影像信息263的情况下，即，是需要在屏幕261的透射显示的内容上叠加显示的信息的情况下，应用第一模式。即，影像显示装置使显示对象区域262为第一模式的像素结构，使影像中心的高分辨率区域跟踪视线方向以与其一致。在利用该第一模式显示影像信息263时，在用户的视线例如处于点Q0的附近的情况下，该视线的附近为高分辨率的显示，因此用户能够以高分辨率辨识该影像信息263。而在用户的视线方向例如从点Q0的附近改变为例如点QX的情况下，通过进行视线跟踪，点QX的附近成为像素结构的中心的高分辨率区域。在此时存在显示于该点QX的附近的影像信息的情况下，该影像信息将以高分辨率显示。

应用程序等所生成的影像信息263可以是各种信息，除此以外例如是与遇到的人物对应的人物信息、与建筑物对应的广告信息、与小卖店的货架上陈列的商品对应的商品信息等。这些影像信息263的特点是，将其叠加显示在现实的道路、人物、建筑物、商品等的位置上具有意义和效果。在影像显示装置中，可以针对这样的影像信息263预先设定应用第一模式。

另一方面，在图26的(B)，在第二模式下，屏幕261具有显示对象区域264。显示对象区域264是屏幕261中像素密度恒定的局部区域。在本例中，在屏幕261的左上角附近的固定位置配置有显示对象区域264。在显示对象区域264内显示影像信息265。由OS和应用程序等生成这样的影像信息265。在本例中，影像信息265是时刻、影像显示装置的电池余量状态、天气预报等规定的信息。就影像的种类来说，影像信息265是不需要在现实中的特定的透射影像的位置上叠加显示的信息。该影像信息265是无需广视角且无需利用视线跟踪实现高分辨率的信息。

实施方式4的影像显示装置在显示对象影像的种类为这样的影像信息265的情况下应用第二模式。即，影像显示装置不进行视线跟踪的动作，而是在规定的显示对象区域264内以恒定的分辨率显示影像信息265。显示对象区域264是窄视野角的像素区域。影像信息265无论视线方向如何——例如无论视线在点Q0、点QX还是点QX2——都以恒定的分辨率显示。根据应用程序等的不同，显示对象区域264的位置和尺寸可以是屏幕261内的其它位置和尺寸，但同样均以恒定的分辨率显示。

图27表示实施方式4的影像显示装置的模式切换控制的流程。图27包括步骤S1～S8。下面按步骤的顺序进行说明。

在S1，影像显示装置在开始在屏幕2上呈现影像时，进行装置内的与影像显示相关的各部分(图2的影像投影部103、投影方向驱动部105等)的初始化。影像显示装置输入显示对象的影像数据和影像信号。在S2，影像显示装置判断显示对象影像的种类。影像显示装置例如可以参照显示对象的影像数据和附属于影像信号的元数据以及属性信息等判断影像种类。影像显示装置例如也可以根据显示对象的影像数据、影像信号的生成方、信息发送方的装置和程序，来判断影像种类。

在S3，影像显示装置根据在S2判断出的影像种类，判断是否应该采用第一模式。例如，在影像为如图26的(A)所示的来自AR应用程序的应当叠加显示的影像信息的情况下，判断为应当采用第一模式，在为图26的(B)那样的影像信息的情况下，判断为不需要采用第一模式，采用第二模式即可。在S3判断为应当采用第一模式(“是”)时前进至S4，在判断为否即采用第二模式(“否”)时前进至S6。

在S4，影像显示装置使第一模式为开启状态，使第二模式为关闭状态。即，影像显示装置控制影像投影部103的扫描驱动和调制驱动，以形成上述的像素密度在面内变化的像素结构。在S5，影像显示装置控制投影方向驱动部105，使显示对象区域的像素结构的中心的高分辨率区域跟踪由视线检测部106检测到的视线方向。

在S6，影像显示装置使第一模式为关闭状态，使第二模式为开启状态。即，影像显示装置控制影像投影部103的扫描驱动和调制驱动，以形成上述的像素密度在面内恒定的像素结构。在S7，影像显示装置控制投影方向驱动部105，使显示对象区域无论视线方向如何都固定在屏幕2内的规定的位置和范围。并且，在S6也可以进一步停止视线检测部106的动作，实现功耗的降低。在存在视线检测部106的动作的开始/停止的控制的情况下，在S5，影像显示装置进行使视线检测部106的动作开始的控制。

在S5和S7之后前进至S7。在S7，影像显示装置判断是结束还是继续进行影像显示，在继续显示的情况下，返回S2，同样地重复进行控制。例如，在显示对象的影像已播放至最后并结束的情况下，或用户输入了结束指示等情况下，结束影像显示。在有新的影像信号输入等情况下，继续进行影像显示。

如上所述，采用实施方式4能够根据影像种类而相应地选择第一模式或第二模式进行合适的显示，并且能够实现低功耗。

(实施方式5)

使用图28～图29说明本发明实施方式5的影像显示装置。实施方式5是实施方式4的变形例，具有可对模式进行切换这一特有的控制功能。

图28的(A)表示实施方式4中的第一模式的屏幕281的显示示例。屏幕281上同样地透射显示有外界的影像。在实施方式5中，在第一模式不进行视线跟踪的动作，而是无论视线方向如何都将像素区域的中心的高分辨率区域固定显示在屏幕281内的规定的位置上。在本例中，显示对象区域282在屏幕281内被设定在中心的点Q0的附近的位置上。显示对象区域282为第一模式的像素区域的中心的高分辨率区域。影像显示装置以固定于规定的投影角度(投影方向)和范围的方式控制投影方向驱动部105，来设定显示对象区域282。

在显示对象区域282内，利用AR等应用程序显示影像信息283。在本例中，影像信息283是表示与地图或交通导航等相关的用于对用户发出警告、提示和通知等消息的图像。就影像种类来说，该影像信息283是最好能够实时地、明确地呈现给用户的信息，是紧急性、即时性、重要性高的信息。因此，该影像信息283的显示对象区域282位于屏幕281的正面中央附近的固定位置上。即使在用户的视线方向例如处于点QX的情况下，也在显示对象区域282以高分辨率显示影像信息283。显示对象区域282——即第一模式的像素区域的中心的高分辨率区域——的固定位置并不限定于屏幕281内的中央，可以根据应用程序等的不同而取规定的位置。

图28的(B)是实施方式4中第二模式的屏幕281的显示例，表示固定在正面以外的规定的位置上显示的例子。在本例中，显示对象区域284被固定地设置在屏幕281的左上角附近的位置上。显示对象区域284是第二模式的像素密度恒定的区域。在显示对象区域284内显示规定的影像信息265，例如与图26的(B)同样的时刻等信息。该影像信息265是如果呈现在屏幕281的正面中央的位置反倒对用户而言感觉是噪声的种类的信息。因此，该影像信息265在离开正面中央的位置显示。

如上所述，在第一模式下通过视线跟踪来显示影像的情况下，需要产生相应的功耗。在实施方式5中，根据显示对象影像的种类，在第一模式时不进行视线跟踪的动作，而是将投影方向固定在规定的方向。由此能够抑制功耗。

实施方式4的影像显示装置基于影像信号和应用程序等的信息判断显示对象影像的种类，根据影像种类决定屏幕2内的固定的投影方向和范围，即显示对象区域282的位置等。作为影像种类，例如令紧急性和重要性高的信息为第一影像种类，紧急性和重要性低的信息为第二影像种类。除此以外，第一影像种类还可以是用户通过操作而有意要看的任意的信息等。也能够设定成，根据影像种类而关联固定的投影方向(显示对象区域)。例如，在第一影像种类的情况下采用第一投影方向(例如正面中央)，在第二影像种类的情况下采用第二投影方向(例如左上角)等。影像种类和投影方向并不限定于二种，能够设定多个种类。

图29表示实施方式4的影像显示装置的模式切换控制的流程。图29包括步骤S11～S20。下面按步骤的顺序进行说明。

在S11，影像显示装置在开始呈现影像时进行初始化。在S12，影像显示装置判断显示对象影像的种类。在S13，影像显示装置根据在S12判断出的影像种类，判断是否应当采用第一模式。在应当采用第一模式(“是”)时前进至S13，在应当采用第二模式(“否”)时前进至S17。

在S13，影像显示装置判断与影像种类相应的固定的投影方向(例如正面中央)等，决定显示对象区域。在S14，影像显示装置使第一模式为开启状态，控制影像投影部103以形成第一模式的像素结构。在S16，影像显示装置控制投影方向驱动部105，以在S13判断出的固定的投影方向上形成显示对象区域，即，使得该显示对象区域的中心为最高分辨率。

在S17，影像显示装置判断与影像种类相应的固定的投影方向(例如左上角)。在S18，影像显示装置使第二模式为开启状态，控制影像投影部103以形成第二模式的像素结构。在S19，影像显示装置控制投影方向驱动部105，以在S17判断出的固定的投影方向上形成显示对象区域。

在S16和S19之后，在S20，影像显示装置判断影像显示是否结束，在继续进行的情况下返回S12，重复进行同样的控制。

如上所述，采用实施方式5，能够根据影像种类等进行高分辨率的显示但不进行视线跟踪的动作，从而能够实现更低的功耗。

以上基于实施方式对本发明进行了具体的说明，不过本发明并不限定于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。能够进行实施方式的构成要素的追加和删除、分离和合并、替换、组合等。实施方式的具体例的数值等只是一个例子。在附图中作为连结构成要素的线表示一部分线。实施方式的功能等的一部分或全部既可以利用集成电路等硬件来实现，也可以通过软件程序处理来实现。构成各装置的功能等的软件既可以在产品出货时预先储存在装置内，也可以在产品出货后通过通信从外部装置取得。实施方式的影像显示装置能够并不限定应用于头戴式显示装置。

附图标记说明

1……壳体，3……IC芯片，4……曲面镜，103……影像投影部，105……投影方向驱动部，a1～a3……影像光，D1……视线方向。

Claims (16)

1.一种影像显示装置，其特征在于，包括：

控制部，其控制屏幕上的影像投影；

电路部，其基于影像信号生成用于进行调制驱动的调制信号和用于进行扫描驱动的扫描信号，以它们作为用于生成影像光的驱动控制信号；

影像投影部，其基于所述调制信号对光源进行所述调制驱动，以在所述屏幕上形成与调制时刻对应的像素的方式生成所述影像光，并且基于所述扫描信号进行所述扫描驱动，以改变所述影像光的出射方向来在所述屏幕上进行扫描的方式生成所述影像光；

视线检测部，其检测用户看向所述屏幕的视线方向；和

驱动部，其是对整个所述影像投影部的倾斜进行驱动控制或使从所述影像投影部出射后的所述影像光的方向发生弯折的元件，其进行驱动，按照所述视线方向改变所述影像光的投影方向以使所述屏幕上的像素区域整体移动，其中，

所述控制部在所述影像投影的第一模式时控制所述调制驱动和所述扫描驱动，使得所述屏幕上的像素区域的结构为，随着从中心点去往外侧而从像素密度相对较高的区域变化至较低的区域，并且，在所述中心点与所述屏幕内的对应于所述视线方向的位置不一致的情况下，通过所述驱动部控制所述影像光的所述投影方向，使得所述中心点与所述屏幕内的对应于所述视线方向的位置一致。

2.如权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

所述第一模式的所述像素区域的表示所述像素密度的变化的特性曲线被设计成，与表示人眼视网膜中的视细胞分布的密度变化的特性曲线一致。

3.如权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

所述控制部在所述影像投影的第二模式时控制所述调制驱动和所述扫描驱动，使得所述屏幕上的像素区域的结构的像素密度恒定，并且，通过所述驱动部控制所述影像光的所述投影方向，使得无论所述视线方向如何，所述中心点都位于所述屏幕内的固定位置。

4.如权利要求3所述的影像显示装置，其特征在于：

所述控制部根据所述影像信号的影像种类、所述影像信号的生成方的装置和程序、基于传感器得到的来自外界的检测信息、用户设定信息和用户的输入操作中的至少一者，来切换所述第一模式与所述第二模式。

5.如权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

所述扫描是自所述中心点起至半径方向上的规定的最大值为止的大致圆形区域或大致椭圆区域内的螺旋状的扫描，

所述第一模式的所述像素区域是所述大致圆形区域或大致椭圆区域。

6.如权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

所述扫描是规定的矩形区域内的扫描，

所述第一模式的所述像素区域是所述矩形区域。

7.如权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

在所述第一模式的所述像素区域，随着从所述中心点去往外侧，

所述扫描驱动的扫描速度从相对较慢的第一扫描速度变化为较快的第二扫描速度，

所述调制驱动的调制速度或恒定或从第一调制速度变化为第二调制速度。

8.如权利要求3所述的影像显示装置，其特征在于：

在所述第二模式的所述像素区域，随着从所述中心点去往外侧，

所述扫描驱动的扫描速度从相对较慢的第一扫描速度变化为较快的第二扫描速度，

所述调制驱动的调制速度从相对较慢的第一调制速度变化为较快的第二调制速度。

9.如权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

在所述第一模式的所述像素区域，在从所述中心点去往外侧的方向上所述像素的间隔是变化的。

10.如权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

在所述第一模式的所述像素区域，随着从所述中心点去往外侧而分阶段地设置有像素密度不同的二种以上像素密度的区域。

11.如权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

所述控制部在所述第一模式时设定所述屏幕上的用于显示影像的固定的区域和中心的位置，并进行控制，将所述像素区域的所述中心点设定成与所述固定的区域的所述中心的位置一致，而不进行使所述中心点与所述视线方向一致的动作。

12.如权利要求3所述的影像显示装置，其特征在于：

所述控制部根据所述影像信号的影像种类、所述影像信号的生成方的装置和程序、基于传感器得到的来自外界的检测信息、用户设定信息和用户的输入操作中的至少一者，在所述第一模式或所述第二模式时，决定所述屏幕上的用于显示影像的固定的区域和中心的位置，通过所述控制部控制所述影像光的所述投影方向。

13.如权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

所述影像投影部包括：

在基于所述调制信号进行的强度调制下发射激光的所述光源；

传播所述激光而出射所述影像光的光纤；和

第一压电元件，其配置在所述光纤的轴的周围，基于所述扫描信号改变所述光纤的前端的朝向。

14.如权利要求13所述的影像显示装置，其特征在于：

所述影像投影部包括第二压电元件作为所述驱动部，该第二压电元件配置在所述光纤的轴的周围，由基于所述视线方向的驱动信号所驱动，改变所述光纤的前端的朝向。

15.如权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

所述影像显示装置是头戴式显示装置，其包括引导所述影像光以在用户的眼前构成所述屏幕的光学系统。

16.一种影像显示装置的影像显示方法，其特征在于：

作为由所述影像显示装置执行的步骤，包括：

控制屏幕上的影像投影，并基于影像信号生成用于进行调制驱动的调制信号和用于进行扫描驱动的扫描信号，以它们作为用于生成影像光的驱动控制信号的步骤；

基于所述调制信号对光源进行所述调制驱动，以在所述屏幕上形成与调制时刻对应的像素的方式生成所述影像光，并且基于所述扫描信号进行所述扫描驱动，以改变所述影像光的出射方向来在所述屏幕上进行扫描的方式生成所述影像光的步骤；

检测用户看向所述屏幕的视线方向的步骤；和

驱动步骤，其中，通过对整个用于生成所述影像光的影像投影部的倾斜进行驱动控制或使从所述影像投影部出射后的所述影像光的方向发生弯折，来进行驱动，按照所述视线方向改变所述影像光的投影方向以使所述屏幕上的像素区域整体移动，其中，

在所述影像投影的第一模式时控制所述调制驱动和所述扫描驱动，使得所述屏幕上的像素区域的结构为，随着从中心点去往外侧而从像素密度相对较高的区域变化至较低的区域，并且，在所述中心点与所述屏幕内的对应于所述视线方向的位置不一致的情况下，通过所述驱动步骤控制所述影像光的所述投影方向，使得所述中心点与所述屏幕内的对应于所述视线方向的位置一致。

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