JP2000111829A - 映像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】個人用で小型・軽量のモバイルあるいはウェラ
ブルシステムやコンピュータシステムに適合した映像表
示装置を提供する。 【解決手段】操作者に装着可能な映像表示装置であり、
入力された映像信号に応じて光度を変化させたビーム光
を発生し、当該映像信号に同期してビームを２次元に走
査する投影ユニット３と、装着時に装着者の眼球前方に
位置し、走査されたビーム光を装着者の眼球に導く集積
型ミラー５とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、映像表示装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体技術の高性能化に伴って家庭用コ
ンピュータ（ＰＣ）やデジタルカメラ、デジタルビデオ
カメラ等が飛躍的に超小型化されつつある。また、モバ
イルコンピュータが製品化され、セルラー電話等の発展
や無線インフラストラクチャの整備に伴って、何時で
も、何処でも通信と情報処理が可能な環境が揃ってき
た。さらには、人間に装着できるコンピュータ、すなわ
ちウェラブルコンピュータが発展しつつある。

【０００３】しかし、半導体装置の超小型化に伴って電
子回路が超小型しても、コンピュータ等の機器と人間と
の操作インターフェースと表示装置の小型化は困難であ
った。特に表示装置は小型化すると表示内容を読んだ
り、見たり出来なくなり、画角も狭くなって臨場感が失
われるという欠点がある。

【０００４】一方、頭部搭載型表示装置（ＨＭＤ: Head
Mounted Display）や顔面搭載型表示装置（ＦＭＤ: Fa
ce Mounted Display）と言われる表示装置もＬＣＤ等の
表示デバイスの小型化と、光学レンズの高性能化に伴っ
て、小型化かつ軽量化してきた。最近では１００グラム
程度の眼鏡型のＦＭＤも商品化されている。

【０００５】しかしこれらの装置においては顔面に置か
れた仮想的なスクリーンを見ることを目的としており、
一旦画像を見ると殆ど外部は見れないため、モバイルあ
るいはウェラブルコンピュータの用途としては限定され
たものであった。つまり、外部を見ながら映像を表示す
るような所謂、強化現実感を考慮したものではない。

【０００６】また現状のＨＭＤ，ＦＭＤは小型のＬＣＤ
を用いているが、ＱＶＧＡ（３２０×２４０）クラスの
製品であれば小型かつ安価であるが、ＶＧＡ（６４０×
４８０）クラスのカラーＬＣＤでは高集積化は困難であ
り、高価である。またＬＣＤでは光の偏向作用を用いて
表示するが、原理的に光の利用効率は２０％以下であ
り、さらに１ｃｍ角程度の微小な大きさに収めようとす
ると、駆動用のトランジスタの面積や、ＰｏｌｙＳｉの
移動度の限度もあり、さらに開口率が２０％程度になっ
て、最終的な光の利用効率は４％程度となる。即ち、光
の利用効率が非常に悪く、消費電力を少なくすることは
困難である。他方、モバイルあるいはウェラブルコンピ
ュータの用途では、一般に、１回の充電で１０時間の利
用は当然であると考えられている。

【０００７】一つの解決の方法は、米国のＭｉｃｒｏ
Ｏｐｔｉｃａｌ社が試作した超小型の眼鏡型の表示装置
である。これは詳細は明確にされてはいないが、インタ
ーネットのホームページの情報によれば、リフレクタ
（Reflector ）と呼ばれる数ｍｍ角の小型のレンズが眼
鏡に貼り付けてあり、この小型レンズは小型の反射鏡に
なっており、眼鏡のレンズの付け根の部分に装着された
小型ＬＣＤを用いた表示装置からの表示を反射して眼に
投射するものである。

【０００８】他に、ＬＣＤのような表示装置を使わない
方法も提案されている。これは走査型デバイス（小型ス
キャナ）を用いる方法である。走査型デバイスは構造が
単純であるため、低コストであり、半導体レーザを用い
れば、光の利用効率を大幅に増加できる可能性がある。

【０００９】また、米国特許第５４６７１０４号は、Ｒ
ＧＢレーザ光を水平スキャン、垂直スキャンにより走査
し、眼の位置をアイトラッカーで計測してオフセットを
掛ける方法を開示している。また、米国特許第５５５７
４４４号は、この表示装置のために開発された小型電磁
石を用いた小型の高速一次元スキャナを開示している。

【００１０】さらに特開平６−１２３８４３号公報は網
膜投影型の表示装置を開示している。小型の反射型プリ
ズムを電磁コイルによって駆動することで光軸を偏向操
作させる方法を採用している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術は、
１．小型ＬＣＤの画像を眼鏡上の反射プリズムを用いて
表示するか、あるいは２．小型スキャナによる方式を採
用している。しかし、これらの方法を実際のウェラブル
コンピュータシステムに適用しようとすると、幾つかの
問題点がある。

【００１２】まず、小型ＬＣＤの画像を眼鏡上の反射プ
リズムを用いて表示する場合について述べる。小型のＬ
ＣＤは１ｃｍ角と比較的小さなデバイスが製造できるよ
うになってきたが、ＬＣＤのため、偏光フィルタによる
光量の低下と、画素の小面積化に伴う開口率の低下があ
る。このため光の利用効率は僅か５％程度である。これ
はデバイスを高精細化するほど問題となる。例えばカラ
ーのＳＶＧＡは１ｃｍの水平画角に８００×３本の表示
単体素子が必要であり、この場合の各画素は４ミクロン
程度になる。この内部にＴＦＴのＰｏｌｙＳｉのトラン
ジスタを搭載すると、セル面積内の光デバイスの面積で
ある開口率は１０％以下になる場合も有りうる。また眼
鏡に小さな反射型レンズを用いて眼に投影した場合は、
まず射出瞳が極端に小さくなって、ほんの数ｍｍ眼球を
移動したのみで像が外れてしまう。実際に視線を外した
方が良い場合もあるが、１ｍｍ程度では、像を再度見出
すことも困難である。またこのプリズムは、像を写さな
い時は邪魔になるという問題点もある。

【００１３】次に、小型スキャナによる方式を採用した
場合について述べる。小型スキャナを使う場合、１Ｄの
スキャナを２つ用いて２Ｄの画像を生成できるので、光
の利用効率が極めて良い。しかしビデオレートで走査す
る高速のスキャナを製作することが極めて困難であるこ
とと小型化が困難であるという欠点がある。小型化でき
ないとウェラブル機器のコンポーネントとして使えな
い。

【００１４】この様に、上記した従来技術はいずれも今
後のコンピュータシステムやモバイルあるいはウェラブ
ルコンピュータシステムに適したものでは無い。実際の
構成や、試作等の実験を行いフィールドでのテストを行
うと、多くの問題点が有ることが判明した。すなわち、
次世代のモバイル、ウェラブルコンピュータシステムを
実現するためには、以下に記載の要件を満たす必要があ
る。 ・眼鏡と外観的にも重量的にも変化がない程度の小型軽
量の光学系であること。眼鏡部分で４０グラム程度が望
ましい。 ・瞳径を最低でも３ｍｍから５ｍｍ取れること、このた
めにはある程度のミラーの面積が必要である。 ・電源をオフにした場合、或いは使用者が視線を外した
場合に外界を容易に見ることが可能であること。 ・表示構成部が超小型であること、眼鏡の鏡枠に入る程
度の大きさが望ましいこと。 ・オープンで軽量（５０グラム程度で）であり装着感が
無いこと。

【００１５】本発明は、このような課題に着目してなさ
れたものであり、その目的とするところは、個人用で小
型・軽量のモバイルあるいはウェラブルシステムやコン
ピュータシステムに適合した映像表示装置を提供するこ
とにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の発明に係る映像表示装置は、操作者に装着
可能な映像表示装置であり、入力された映像信号に応じ
て光度を変化させたビーム光を発生するビーム発生手段
と、上記映像信号に同期して上記ビームを２次元に走査
する走査手段と、装着時に装着者の眼球前方に位置し、
上記走査されたビーム光を装着者の眼球に導く集積形反
射部材よりなる反射手段とを具備する。

【００１７】また、第２の発明に係る映像表示装置は、
操作者に装着可能な眼鏡形映像表示装置であり、入力さ
れた映像信号に応じて光度を変化させた光を発生する光
源と、上記光源からの光を絞り、ビーム光とするレンズ
と、上記映像信号に同期して振動することにより、上記
ビームを２次元に走査するミラーである走査手段と、眼
鏡におけるレンズに相当する部位の上に配設され、上記
走査されたビーム光を反射して装着者の眼球に導く集積
形ミラーである反射手段とを具備する。また、第３の発
明に係る映像表示装置は、第１又は第２の発明に係る映
像表示装置において、上記反射手段はフレネル反射板で
ある。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。 （第１実施形態）図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の第１
実施形態を適用した小型の眼鏡型表示装置１の構成を示
す図である。図１（Ａ）における小型の眼鏡型表示装置
１は、主として眼鏡のガラス（またはプラスチック）部
分２とフレーム３０とからなり、フレーム３０には、投
影ユニット３と反射ミラー４とが設けられており、眼鏡
のガラス部分２には集積形反射部材よりなる反射手段と
しての集積型ミラー５が設けられている。ここで投影ユ
ニット３は小型の光源（ビーム発生手段）と走査型ミラ
ー（走査手段）で構成されている。また、反射ミラー４
は走査型の振動ミラーで有っても良い。また、集積型ミ
ラー５は、微細なミラーを多数集積したものである。詳
細は後述する他の実施形態で述べるが、図１（Ａ）の例
では、投影ユニット３からの光が反射ミラー４で反射さ
れて比較的浅い角度で集積型ミラー５に入射するため
に、集積型ミラー５の設計や収差の補正が容易でない
が、人間の眼１００と眼鏡のガラス部分２との距離の設
定を自由に行なえるという利点がある。また、集積型ミ
ラー５の面積をある程度大きくして、瞳径を増やす設計
を行なうようにする。

【００１９】図１（Ｂ）は図１（Ａ）の変形例である。
この変形例では、投影ユニット６に２次元スキャナを搭
載し、集積型ミラー５に直接投影する方式をとってい
る。図１（Ｂ）における小型の眼鏡型表示装置１は、主
として眼鏡のガラス部分２とフレーム３０とからなり、
フレーム３０には、投影ユニット６が設けられており、
眼鏡のガラス部分２には集積型ミラー５が設けられてい
る。ここで投影ユニット３は小型の光源と、Ｘ方向とＹ
方向の走査を行なうための２次元スキャナで構成されて
いる。また、集積型ミラー５は、微細なミラーを多数集
積したものである。詳細は後述する他の実施形態で述べ
るが、図１（Ｂ）の例では、投影ユニット６からの光が
集積型ミラー５に比較的垂直に近い角度で入射するため
に、集積型ミラー５の設計や収差の補正が容易である。
但し、光束が人間の頭部によってけられない様に眼１０
０と眼鏡のガラス部分２との距離がある程度必要にな
る。また、集積型ミラー５の面積をある程度大きくして
瞳径を増やす設計を行なうようにする。 （第２実施形態）図２〜図６は本発明の第２実施形態を
説明するための図である。基本的な概念は上記した第１
実施形態と同様である。第２実施形態が第１実施形態に
共通しているのは、２つのＸ方向とＹ方向の走査ミラー
を超小型な投影ユニットに集積することである。この投
影ユニットの大きさは大きくても１ｃｍ以内である必要
がある。この為には走査装置の大きさは数ｍｍ程度であ
ることが望ましい。即ちミラー部の面積はサブｍｍとな
る。この様なデバイスは現在の技術ではマイクロマシン
技術を用いることでしか実現できない。従って当該ミラ
ーをマイクロマシンで作製し、投影ユニットに組み込む
方法を提案する。

【００２０】図２は小型の眼鏡型表示装置の光学的な構
成図である。図２において、投影ユニット３は、光源
７、集光レンズ８、Ｘ走査ミラー９、Ｘ走査駆動装置１
０から構成される。また、投影ユニット３の外部には、
Ｙ方向の走査を行なうためのＹ走査ミラー１１、Ｙ走査
駆動装置１２を備えている。２は眼鏡のガラス部分であ
り、５は集積型ミラーである。また、１３は観察者の眼
であり、１４は水晶体、１５は網膜である。Ｘ走査ミラ
ー９とＹ走査ミラー１１とはそれぞれ水平方向と垂直方
向に独立して振動する２つのミラーであり、図１の振動
ミラー４に対応するものである。

【００２１】上記した構成において、光源７から射出さ
れた光線は集光レンズ８により集光されてＸ走査ミラー
９で反射かつ走査され、次にＹ走査ミラー１１により走
査され、集積型ミラー５により反射される。ここで光線
はＸ走査ミラー９に角度θで入射し、角度θで射出す
る。この場合の走査方向は紙面に垂直な方向となる。ま
た、Ｙ走査ミラー１１には角度ψで入射し、Ｙの触れ角
で射出する。ここで走査方向は紙面と平行な方向とな
る。

【００２２】図３は、入力された映像信号から光源７を
駆動するための信号と、Ｘ走査駆動装置１０及びＹ走査
駆動装置１２を駆動するための信号を生成するための回
路を示す図である。図３において、映像信号入力端子２
０から入力された映像信号は、クロック検出部２２と増
幅器２１とに分割される。クロック検出部２２は、映像
信号の特徴を認識してクロックを決定しても良いし、Ｎ
ＴＳＣ信号やＶＧＡ信号などのようにクロックが予め定
められているものであっても良い。また、ルックアップ
テーブル等の記録装置から得られる情報であっても良
い。

【００２３】クロック検出部２２で検出されたクロック
は、Ｘ駆動回路２３及びＸ走査駆動装置１０と、Ｙ駆動
回路２４及びＹ走査駆動装置１２とに伝達されてＸ走査
ミラー９とＹ走査ミラー１１とを駆動する。ここでＸ走
査はテレビ画面における垂直方向の走査であり、Ｙ走査
はテレビ画面における水平方向の走査である。ＮＴＳＣ
信号の場合はＸ方向は３０Ｈｚ、Ｙ方向は１７．２５Ｋ
Ｈｚの走査となる。この例では、Ｘ，Ｙ走査ミラー９，
１１は非共振型を用いているが、共振型のミラーを用い
ても良い。この場合にはＸ，Ｙ走査ミラー９，１１の共
振周波数を計測するセンサーを組み込み、このセンサー
の出力を用いて映像信号入力端子２０から入力された映
像信号を新規な周波数に変調しなおすようにする。

【００２４】一方、増幅器２１に入力されて増幅された
映像信号により光源７が駆動されるが、光源７から出力
される光の光度は当該映像信号の大きさに応じたものと
なる。

【００２５】図４は図２に示す光学系を鳥瞰図的に判り
易く示したものである。図４に示すように、光源７、集
光レンズ８、Ｘ走査ミラー９、Ｙ走査ミラー１１、集積
型ミラー５が順に配置されている。ここでＸ走査ミラー
９はＲｘ方向に回転し、光源７はＸ方向に振れる。ま
た、Ｙ走査ミラー１１はＲｙ方向に回転しＹ方向に走査
される。ここでＸ方向とＹ方向とは基本的に直交してい
るが、最終的には集積型ミラー５で網膜に投影する段階
で収差を吸収でき、最終的な像に歪みがないようにする
ことが重要である。

【００２６】また図５は小型の眼鏡型表示装置の光学的
な構成図であり、図２の変形例である。ここでの投影ユ
ニット３は、光源７、集光レンズ８、Ｘ走査ミラー９、
Ｘ走査装置１０、Ｙ走査ミラー１１、Ｙ走査装置１２、
で構成される。この構成では、Ｙ走査ミラー１１及びＹ
走査装置１２が投影ユニット３の内部に収納されてい
る。また、眼鏡のガラス部分２上には集積型ミラー５が
設けられている。また、１３は観察者の眼であり、１４
は水晶体、１５は網膜である。

【００２７】上記した構成において、光源７から射出さ
れた光線は、角度θで入射し、Ｘ走査ミラー９で反射か
つ走査された後、角度θで射出される。次に角度ψで入
射されてＹ走査ミラー１１により走査された後、Ｙの触
れ角で射出されて集積型ミラー５に入射して網膜１５へ
と反射される。ここではＸ，Ｙ走査の方向は紙面と平行
となる。

【００２８】図６は図５に示す光学系を鳥瞰図的に判り
易く示したものである。図６に示すように、光源７、集
光レンズ８、Ｘ走査ミラー９、Ｙ走査ミラー１１、集積
型ミラー５が順に配置されている。ここで、Ｘ走査ミラ
ー９はＲｘ方向に回転し、光源７はＸ方向に振れる。Ｙ
走査ミラー１１はＲｙ方向に回転しＹ方向に走査され
る。ここでＸ方向とＹ方向は基本的には直交している
が、最終的には集積型のミラー５で網膜１４に投影する
段階で収差を吸収でき、最終的な像に歪みがない様にす
ることが重要である。 （第３実施形態）図７〜図９は本発明の第３実施形態を
説明するための図である。第３実施形態の基本的な概念
は第１実施形態と同様である。第１実施形態が第３実施
形態と共通しているのは、Ｘ走査及びＹ走査用のミラー
をより超小型な投影ユニットに集積することである。こ
の投影ユニットの大きさは大きくても１ｃｍ以内である
必要がある。この為には走査装置の大きさは数ｍｍ程度
であることが望ましい。即ちミラー部の面積はサブｍｍ
となる。この様なデバイスはマイクロマシン技術を用い
て製作することが望ましい。このミラーをマイクロマシ
ンで作製し、投影ユニットに組み込む。またこの時に２
つの１次元走査ミラーを個別に製作し、組み合わせると
体積が小さくならないので、２つの走査デバイスを同時
に単一の基板に構成する方法を記述する。

【００２９】図７は小型の眼鏡型表示装置の光学的な構
成図である。図７において、投影ユニット３は、光源
７、集光レンズ８、Ｘ走査ミラー９、Ｘ走査部１０’、
Ｙ走査ミラー１１、Ｙ走査部１２’、ミラー２６から構
成されている。ここでの特徴は、Ｘ走査ミラー９とＹ走
査ミラー１１とを単一の基板２７上に配置したことであ
る。ここで基板２７はシリコンのような半導体でも良
い。またガラスのような無機物でも良いし、テフロンの
ような有機物でも良い。ここでは、Ｘ走査ミラー９、Ｘ
走査部１０’を同一基板上に構成するために、ミラー２
６を対面させる。また、ミラー２６は基板２７上に一体
化されていても良いし、別々に組み立てられていても良
い。

【００３０】上記した構成において、Ｘ走査ミラー９に
よりＸ方向に走査された光はミラー２６により反射され
て、Ｙ走査ミラー１１に達した後、Ｙ方向へ走査され
る。この光は集積型ミラー５により反射された後、、観
察者の眼１３に入射される。

【００３１】図８は上記した基板２７の具体的な構成例
を示す図である。図８に示すように、基板２７にはＸ走
査ミラー９とＹ走査ミラー１１とが構成されている。こ
こでＸ走査ミラー９は一体的に製造された軸であるねじ
りばね２５を備えている。また、Ｙ走査ミラー１１は一
体的に製造された軸であるねじりばね２５’を備えてい
る。すなわち、Ｘ，Ｙ走査ミラー９，１１は２個のねじ
りばね２５、２５’のみにより支えられ、かつ振動の中
心となる。さらに、ここではＸ，Ｙ走査ミラー９，１１
はそれぞれ２個のねじりばね２５、２５’により基板２
７と一体化されている。この構成は静電駆動方式でも、
電磁気による駆動でも良い。静電駆動方式では、ミラー
の正面または反対面に導電性膜を配置し、かつ基板面に
同じく導電性膜を配置してその間に電圧を印加し、これ
により発生する相互の静電引力を用いて駆動するもので
ある。また、電磁気力による駆動方式では、ミラーに配
置した導電性膜をコイル状に配し、かつ基板面に又は側
面に電磁石または永久磁石を配置し、ミラーの反対面に
おける導電性膜コイルに電流を流して、これにより発生
する相互の電磁引力を用いて駆動するものである。

【００３２】図９は電磁気力による駆動方式を用いた場
合の基板の構成例を示している。図９に示すように、Ｘ
走査ミラー９の正面または反対面に導電性膜２８をコイ
ル状に配置し、かつ側面に２個の永久磁石２９を配置す
る。次に、コイル状の導電性膜２８に電流を流し、これ
により発生する相互の電磁引力を用いて駆動する。ここ
でねじりばね２５は、物理的な支え、振動時のばね定
数、電極の引き出しとしての３つの要素を持つ非常に重
要な部分である。 （第４実施形態）図１０〜図１２は本発明の第４実施形
態を説明するための図である。第４実施形態の基本的な
概念は第１実施形態と同様である。第４実施形態では、
第２から第３実施形態で述べた２つのＸ，Ｙ走査ミラー
をより超小型な投影ユニットに集積することから更に進
めて、２つの走査ミラーを同一の基板にかつ２次元走査
ミラーとして組み込んだことを特徴とする。これによっ
て投影ユニットの大きさは大きくても１ｃｍ以下とな
る。この２次元走査ミラーをマイクロマシニング技術に
より作製し、投影ユニットに組み込む。このような方法
によれば２つの１次元走査ミラーの組み合わせよりも、
遙かに小さな容積で投影ユニットを形成可能である。

【００３３】図１０は小型の眼鏡型表示装置の光学的な
構成図である。図１０において、投影ユニット３（又は
６）は、光源７、集光レンズ８、ＸＹ走査用の２次元走
査ミラー３９、２次元ミラー走査駆動部３１、基板（ま
たはパッケージ）２７から構成されている。投影ユニッ
ト３（又は６）の光源７からの光はレンズ８で集光さ
れ、２次元走査ミラー３９に入射される。この２次元走
査ミラー３９により走査された光は直接または図示せぬ
他のミラーやレンズを介して集積型ミラー５に投影され
る。集積型ミラー５からの反射光は眼１３の網膜へ投影
される。

【００３４】図１１（Ａ），（Ｂ）は、上記したＸＹ走
査用の２次元走査ミラー３９、２次元ミラー走査駆動部
３１からなる２次元スキャナの基本的な構造を示してお
り、この構造は基板２７上に形成されている。基板２７
はシリコンのような半導体、ガラスのような無機物、あ
るいはテフロンのような有機物からなる。また、この実
施形態では、ＸＹ走査用の２次元走査ミラー３９を同一
のミラーで構成するためにジンバル構造を取っている。
即ち、ＸＹ走査用の２次元走査ミラー３９はＸ方向のね
じりばね３３とＹ方向のねじりばね３４とを軸に構成さ
れている。Ｘ方向のねじりばね３３はＲｘ方向に回転
し、Ｙ方向のねじりばね３４はＲｙ方向に回転する。こ
のようにして、ＸＹ走査用の２次元走査ミラー３９はＸ
方向のねじりばね３３とＹ方向のねじりばね３４のみに
よって支持され、かつ振動の中心となる。このため、２
つのねじりばね３３、３４を形成する場合には、偏心運
動の発生を防止するために、これらをＸＹ走査用の２次
元走査ミラー３９の重心を通る軸の位置に正確に形成す
ることが望ましい。

【００３５】なお、上記した構成は静電駆動方式でも、
電磁気力による駆動方式でも良い。静電駆動方式では、
ミラーの正面または反対面に導電性膜を配置し、かつ基
板面に同様に導電性膜を配置して、その間に電圧を印加
し、これにより発生する相互の静電引力を用いて駆動す
る。これに対して電磁気力による駆動方式では、ミラー
に配置した導電性膜をコイル状に配置し、かつ基板面に
又は側面に電磁石か永久磁石を配置して、ミラーの反対
面における導電性膜コイルに電流を流し、これにより発
生する相互の電磁引力を用いて駆動する。

【００３６】図１２（Ａ）〜（Ｅ）はＸＹ走査用の２次
元走査ミラー３９の製造プロセスの一例を示す図であ
る。この例は、導電性膜コイルに電流を流して、永久磁
石との相互の電磁引力を用いて駆動するタイプである。
ミラーの基本構造は、第３、第４実施形態ともに同様の
構造である。図１２（Ａ）は基板の構造を示している。
Ｓｉ基板２７の両表面に低圧ＣＶＤ（Chemical Vapor
Deposition）等の方法により１００から５００ｎｍ程
度のシリコン窒化膜ＳｉＮ３５，３６を形成し、その
後、背面のＳｉＮ３５に対するパターニングを行なう。
このパターニングは製造工程の最後に、不要なＳｉ基板
２７をエッチングするためのものである。シリコン窒化
膜ＳｉＮ３６の上部には有機物３７を堆積する。有機物
３７としてはテフロンやポリイミド、有機ＴＥＯＳ膜等
が考えられるが他のものでも良い。また、酸化膜等の無
機膜でも良いが、この場合は２つのねじりばね３３、３
４の強度が弱くなり、衝撃によって簡単に破壊される欠
点がある。

【００３７】次に図１２（Ｂ）に示すように、配線パタ
ーン３８を形成する。配線材料はアルミや銅が望まし
い。また、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ等の適当な密着層を用いて
も良い。また、信頼性（例えば、Electro Migration
や，Stress Migration に対する耐性）を向上する為に
ＴｉやＴａ等の合金やＡｌ、Ｃｕ等の合金でも良い。ま
たメッキして加工しても良いし、リフトオフ法を用いて
もよい。ＬＩＧＡ等のプロセスを用いても良い。

【００３８】次に図１２（Ｃ）に示すように、配線パタ
ーン３８の上部に有機物３７を堆積する。有機物３７と
してはテフロンやポリイミド、有機ＴＥＯＳ膜等が考え
られるがその他のものでもよい。また、酸化膜等の無機
膜でも良いが、この場合はねじりばね３３，３４の強度
が弱くなり、衝撃によって簡単に破壊される欠点があ
る。その後、不要な部分の有機物を除去する。

【００３９】次に、図１２（Ｄ）に示すように、ＸＹ走
査用の２次元走査ミラー３９を形成する。ここでは２次
元走査ミラー３９はＡｌ等の薄膜（金属被膜）により形
成する。また、ミラー２次元走査ミラーはＳｉＮ２７の
上面に形成したが、背面でも良い。上面は有機物を堆積
したり、金属配線を行なっているので凹凸が多い。背面
の方が表面が平滑となり、有効に利用可能な面積が多く
なる。表面は有機物を堆積したり、金属配線を行なって
いるので凹凸が多い。

【００４０】最後に、図１２（Ｅ）に示すように、Ｓｉ
基板２７の上面のＳｉＮ３６を除去し、上面と背面から
ＫＯＨやＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロ
オキサイド）によってＳｉ基板２７をエッチングする。 （第５実施形態）図１３〜図１５は本発明の第５実施形
態の概念図である。第５実施形態の基本的な構成は第１
実施形態と同様であるが、第５実施形態は眼鏡面の集積
ミラーに関するものである。

【００４１】図１３（Ａ）、（Ｂ）は第５実施形態の構
成を示す図である。図１３（Ａ）に示すように、フレー
ム３０には、投影ユニット３と反射ミラー４が設けられ
ており、眼鏡面（眼鏡のガラス部分）２上には集積ミラ
ー５が形成されている。ここで投影ユニット３からの光
線は反射ミラー４によって反射されて集積ミラー５によ
り収束、収差補正が行われて眼１３の水晶体１４と網膜
１５とに入射する。

【００４２】ここで光線を投影ユニット３から集積ミラ
ー５に直接入射させない理由として、光路長の確保や、
眼鏡の使用を考慮したためである。このような考慮をし
ない場合には、上記した第１実施形態のように、投影ユ
ニット３から集積ミラー５に直接投影させるようにして
もよい。

【００４３】図１３（Ｂ）に示すように、投影ユニット
３からの光線は反射ミラー４により眼鏡面２に導かれ
る。この光線を眼１３に収束するにはかなりの曲率が必
要であるが、その場合は大きく、重なったり、凸部が大
きくなる。このため、全体を微細なミラーに分割して反
射面とする。

【００４４】図１４はこのような微細ミラーの構成を示
す図であり、フレネルレンズで構成されている。このよ
うな構成では、側面から入射された光線の一部が欠けな
い様な設計上の工夫が必要であることは言うまでも無
い。この微細化ミラーの大きさであるが、微細化ミラー
が小さい場合には継ぎ目での不連続性が気にならなくな
るが、入射光の波長の幅と同程度になると、回折現象を
起こして或次数の回折光のみが眼球に入射するようにな
る。これは一般的にグレーティングレンズと呼ばれる。
しかし温度変化による光源の波長の変化や、眼鏡材料の
膨張によってグレーティングの幅等が変化すると、光学
収差等が大きく変化する。

【００４５】また波長レベルの加工が必要であり、大面
積に渡って加工精度を補償しなくてはならない。またカ
ラーにする場合の設計は極めて困難となる。この為、設
計的には、各ミラーでの継ぎ目での不連続性が全く気に
ならなくなり、かつ波長依存性が問題にならない範囲に
設定する必要がある。ここで、集積型ミラー５はプラス
チックレンズをモールドしてガラス面２と一体化するこ
とで形成することができる。

【００４６】また、その反射面は、集積型ミラー５の表
面に金属等をコーティングすることで形成することがで
きる。集積型ミラー５を形成するために要する全体の広
さは、瞳径を大きくする為に或程度広くする必要があ
る。

【００４７】また、表示画角と瞳径は通常のレンズやプ
リズムを用いた頭部搭載型の表示装置よりも小さい可能
性がある。しかし、本実施形態の表示装置では、使用者
に特定の情報を与えることを目的としているために、大
きな臨場感は不要である。また周辺部を見たり、外部を
見る為に片眼となっていても良い。瞳径も余り大きくし
ないで、目を逸らすと注目している映像が視野から外れ
る方が良い場合がある。

【００４８】図１５は上記した微細ミラーの他の構成を
示す図である。図１４に示す構成ではミラー面以外は外
部が観察できたが、ミラー面は不透明であった。そこ
で、図１５に示す構成では、ミラー表面のコーティング
を半透明にして、投影ユニット３からの光が入らない場
合は、外部が見えるようにした例である。この透過率は
１０％から７０％程度が望ましい。この場合は、コンピ
ュータからの情報と、外部の情報を重ねて見ることが可
能であり、作業しながら個人へ情報を提供したり、コン
ピュータによる人間行動のナビゲータを行うような強化
現実の用途に向いている。また投影ユニット３からの信
号が来ない場合や、目を逸らして瞳径が意図的に外した
場合に、外部が見える等の利点がある。 （第６実施形態）図１６は本発明の第６実施形態を説明
するための概念図である。第６実施形態の基本的構成は
上記した第１実施形態と同様である。第６実施形態では
光源の選択に関している。ここで光源は単色のレーザ光
線、即ちコヒーレントである必要はない。光源を選択す
るにあたって下記のような選択肢が考えられる。 １．光源からの出力光に関しては、 （１）出力光は単一波長である。

【００４９】（２）出力光は白色光であって、この白色
光を赤色、青色、緑色に分離する光学系を備えている。 （３）出力光は赤色、青色、緑色の３色の波長を持つ。 ２、光源の種類に関しては、 （１）発光ダイオードである。

【００５０】（２）半導体レーザーである。 本実施形態では用途に応じてこれらの選択肢を適宜組み
合わせて用いるようにする。例えば、強化現実感等の用
途に用いられる情報提示はモノクロ（単色）で十分であ
る。単一波長の光源を用いることで、光学系の収差補正
が単純になり、また光源部が簡素化される。

【００５１】一方、ＶＧＡ（６４０×４８０）程度の映
像であれば、発光ダイオードを集光レンズで集光するの
みで十分である。また発光ダイオードは、例えば赤はＧ
ａＡｌＡｓ、緑はＺｎＳｅ、青はＧａＮ等の材料で形成
可能な、比較的高輝度の発光ダイオードがすでに製品化
されており、低価格で構成できる。但し実際には高精細
な表示装置を構成しようとすると例えば６０Ｈｚで駆動
するＶＧＡ（６４０×４８０）の画像では、発光ダイオ
ードの駆動は１８．４３ＭＨｚで変調する必要がある。
このため、発光部を可能な限り小さくし、寄生抵抗を小
さく、寄生容量を小さくした構成が必要である。

【００５２】また近年では短波長の波長のレーザーの研
究が活発である。既に緑は４８０−５３０ｎｍ程度のＺ
ｎＳｅ、青は４３０ｎｍ程度のＧａＮの半導体レーザー
が室温で数百時間の連続発振を達成しており、実用化も
時間の問題である。

【００５３】図１６（Ａ）は光源の構成例を示してお
り、３色の発光ダイオードや半導体レーザ５０，５１，
５２を用いる場合の構成を示している。この場合は、通
常、２枚のビームスプリッタ５３を用いてＲＧＢの光束
を集束させる。ビームスプリッタに半透明板を用いる
と、ＲとＧは２５％に、Ｂは５０％に光量が落ちること
は避けられない。また、ビームスプリッタ５３にある波
長のみを通過するダイクロイックミラーを用いることで
Ｒ，Ｇ，Ｂの光利用効率を高くしてもよい。

【００５４】図１６（Ｂ）は光源を構成する他の例を示
しており、単一のパッケージのステム上にＲＧＢの３色
のＬＤまたはＬＥＤのチップ（発光デバイス）５４，５
５，５６をダイボンディングする。この場合、図１６
（Ｃ）に示すように、入力された映像信号をＲ，Ｇ，Ｂ
に対応して設けられた３つの遅延回路５７−１，５７−
２，５７−３により遅延させた上でチップ５４，５５，
５６に供給するようにする。

【００５５】これは図１６（Ｄ）に示すように、ＲＧＢ
光源７の位置の大きさが有限であるためにＲＧＢ光源７
からの光線がレンズ８を介して２次元走査ミラー３９に
より反射されてスクリーン５上に投射された場合におけ
るスクリーン５上での投射位置のずれを電気的に補うた
めである。この遅延の時間は、スクリーン５上に投影さ
れるＲＧＢの中心点の距離をスクリーン５上の走査速度
で割った時間で表わせる。

【００５６】なお、上記した具体的実施形態には以下の
構成を有する発明が含まれている。 １． 光源と、この光源の光束を絞るレンズと、振動す
るミラーと、眼鏡のレンズ面に構成された集積型ミラー
と、で構成された小型、軽量で眼鏡と一体化された映像
表示装置。 （対応する発明の実施の形態）本構成は上記した第１実
施形態に対応する。 （効果）本装置を、小型軽量の光源と、振動ミラーと、
眼鏡のレンズ面に構成された集積型ミラーで構成するよ
うにしたので、個人用で小型・軽量のモバイルあるいは
ウェラブルシステムやコンピュータシステムに適合した
映像表示装置を提供することができる。 ２． 前記振動するミラーは、水平方向と垂直方向に独
立して振動する、２個のミラーで構成されていることを
特徴とする構成１に記載の映像表示装置。 （対応する発明の実施の形態）本構成は、上記した第２
実施形態に対応する。 （効果）本装置を、小型軽量の光源と、振動ミラーと、
眼鏡のレンズ面に構成された集積型ミラーで構成し、か
つ振動ミラーとして水平方向と垂直方向に独立して振動
する、２個のミラーで構成したことで、高精度でかつ高
速で駆動可能になり、個人用で小型・軽量のモバイルあ
るいはウェラブルシステムやコンピュータシステムに適
合した映像表示装置を提供することができる。 ３． 前記水平方向と垂直方向に独立して振動する２個
のミラーは、同一の基板に集積化されていることを特徴
とする構成１または２に記載の映像表示装置。 （対応する発明の実施の形態）本構成は上記した第３実
施形態に対応する。 （効果）本装置を、小型軽量の光源と、振動ミラーと、
眼鏡のレンズ面に構成された集積型ミラーで構成し、か
つ振動ミラーとして同一基板上に、水平方向と垂直方向
に独立して振動する２個のミラーを同一のプロセスを用
いて集積化したことにより小型で、高精度、かつ高速で
駆動可能となり、個人用で小型・軽量のモバイルあるい
はウェラブルシステムやコンピュータシステムに適合し
た映像表示装置を提供することができる。 ４． 前記振動するミラーは、ジンバル構造をした２次
元スキャンミラーであることを特徴とする構成１、２、
３のいずれか１つに記載の映像表示装置。 （対応する発明の実施の形態）本構成は、上記した第４
実施形態に対応する。 （効果）本装置を、小型軽量の光源と、振動ミラーと、
眼鏡のレンズ面に構成された集積型ミラーで構成し、か
つ振動ミラーとしての２個のミラーがジンバル構造を有
していることより微小面積内に構成でき、これによって
小型で、高精度かつ高速で駆動可能となり、個人用で小
型・軽量のモバイルあるいはウェラブルシステムやコン
ピュータシステムに適合した映像表示装置を提供するこ
とができる。 ５． 前記振動するミラーはシリコン基板上に形成され
ていることを特徴とする構成１に記載の映像表示装置。 （対応する発明の実施の形態）本構成は、上記した第４
実施形態に対応する。 （効果）本装置を、小型軽量の光源と、振動するミラー
と、眼鏡のレンズ面に構成された集積型ミラーで構成
し、かつ振動するミラーをシリコン基板上に半導体プロ
セスまたはシリコンマイクロマシニングのプロセスを用
いて構成したので、小型で、高精度、かつ高速で駆動可
能なミラーを構成でき、個人用で小型・軽量のモバイル
あるいはウェラブルシステムやコンピュータシステムに
適合した映像表示装置を提供することができる。 ６． 前記振動するミラーはシリコン上に形成されたア
ルミニウム等の金属被膜で構成されていることを特徴と
する構成１〜５のいずれか１つに記載の映像表示装置。 （対応する発明の実施の形態）本構成は上記した第４実
施形態に対応する。 （効果）本装置を、小型軽量の光源と、振動するミラー
と、眼鏡のレンズ面に構成された集積型ミラーで構成
し、かつ振動するミラーをシリコン基板上に形成された
アルミニウム薄膜等の金属薄膜で構成したので、小型
で、低コスト、高精度かつ高速で駆動可能となり、個人
用で小型・軽量のモバイルあるいはウェラブルシステム
やコンピュータシステムに適合した映像表示装置を提供
することができる。 ７． 前記眼鏡の表面に形成された反射レンズは半透明
であることを特徴とする構成１〜７のいずれか１つに記
載の映像表示装置。 （対応する発明の実施の形態）本構成は上記した第５実
施形態に対応する。 （効果）本装置の半透明のミラーを眼鏡面に構成するこ
とで、映像や情報を観察する時はミラーとして、使わな
い場合や眼を逸らした場合は外界を見ることが出来る。
これによって、個人用で小型・軽量のモバイルあるいは
ウェラブルシステムやコンピュータシステムに適合した
映像表示装置を提供することができる。 ８． 前記眼鏡の表面にフレネルレンズで構成された反
射板を有することを特徴とする構成１〜７のいずれか１
つに記載の映像表示装置。 （対応する発明の実施の形態）本構成は、上記した第５
実施形態に対応する。 （効果）フレネルレンズで構成した反射板を眼鏡面に構
成することで、非常に薄型のレンズ系を構成し、映像や
情報を観察する時はミラーとして、使わない場合や眼を
逸らした場合は外界を見ることが出来る。これによって
個人用で小型・軽量のモバイルあるいはウェラブルシス
テムやコンピュータシステムに適合した映像表示装置を
提供することができる。 ９． 前記光源は単一波長を発光することを特徴とする
構成１に記載の映像表示装置。 （対応する発明の実施の形態）本構成は、上記した第６
実施形態に対応する。 （効果）強化現実感等の用途に用いられる情報提示はモ
ノクロで十分である。単一波長の光源を用いることで、
光学系の収差補正が単純になり、また光源部が簡素化さ
れる。個人用で小型・軽量のモバイルあるいはウェラブ
ルシステムやコンピュータシステムに適合した映像表示
装置を提供することができる。 １０． 前記光源は白色光であって、赤、青、緑色に分
離する光学系を有することを特徴とする構成１に記載の
映像表示装置。 （対応する発明の実施の形態）本構成は、上記した第６
実施形態に対応する。 （効果）白色光の光源を用いて多層膜フィルター等を用
いた、例えばダイクロイックミラー等を用いて白色を
赤、青、緑に分離してスキャンすることで、光学系が簡
素化される。これによって個人用で小型・軽量のモバイ
ルあるいはウェラブルシステムやコンピュータシステム
に適合した映像表示装置を提供することができる。 １１． 前記光源は赤、青、緑色の３色の波長を持つ発
光デバイスから構成されることを特徴とする構成１に記
載の映像表示装置。 （対応する発明の実施の形態）本構成は、上記した第６
実施形態に対応する。 （効果）赤、青、緑色の３色の波長を持つ発光デバイス
を用いることで、光の利用効率を上げると共に、光源の
直接変調を行なうことで電装系を単純化したので、低価
格、高性能で駆動可能となり、個人用で小型・軽量のモ
バイルあるいはウェラブルシステムやコンピュータシス
テムに適合した映像表示装置を提供することができる。 １２． 前記光源はＬＥＤであることを特徴とする構成
１１に記載の映像表示装置。 （対応する発明の実施の形態）本構成は、上記した第６
実施形態に対応する。 （効果）光源を白色または、赤、青、緑色の３色の波長
を持つ発光デバイスを用いることで、光の利用効率を上
げると共に、光源を直接変調を行なって、電装系を単純
化したので低価格、高性能で駆動となり、個人用で小型
・軽量のモバイルあるいはウェラブルシステムやコンピ
ュータシステムに適合した映像表示装置を提供すること
ができる。 １３． 前記光源は半導体レーザダイオード（ＬＤ）で
あることを特徴とする構成１１に記載の映像表示装置。 （対応する発明の実施の形態）本構成は、上記した第６
実施形態に対応する。 （効果）光源として、白色または、赤、青、緑色の３色
の波長を持つ半導体レーザダイオード（ＬＤ）を用いる
ことで、光の利用効率を上げると共に、光源の直接変調
を行なって電装系を単純化したので低価格、高性能で駆
動可能となり、個人用で小型・軽量のモバイルあるいは
ウェラブルシステムやコンピュータシステムに適合した
映像表示装置を提供することができる。 １４． 前記光源としての、赤、青、緑色の３色の波長
を持つ発光デバイスを同一パッケージに収納し、各発光
デバイスを遅延回路を介して駆動することを特徴とする
構成１に記載の映像表示装置。 （対応する発明の実施の形態）本構成は、上記した第６
実施形態に対応する。 （効果）光源としての、赤、青、緑色の３色の波長を持
つ半導体レーザダイオードや発光デバイスを同一パッケ
ージ内で構成し、各発光デバイスを遅延回路を介して駆
動することで、光の利用効率を上げると共に、光源の直
接変調を行なって光学系を単純化したので低価格、高性
能で駆動可能となり、個人用で小型・軽量のモバイルあ
るいはウェラブルシステムやコンピュータシステムに適
合した映像表示装置を提供することができる。 １５． 操作者に装着可能な映像表示装置であり、入力
された映像信号に応じて光度を変化させたビーム光を発
生するビーム発生手段と、上記映像信号に同期して上記
ビームを２次元に走査する走査手段と、装着時に装着者
の眼球前方に位置し、上記走査されたビーム光を装着者
の眼球に導く集積形反射部材よりなる反射手段と、を具
備することを特徴とする映像表示装置。 １６． 操作者に装着可能な眼鏡形映像表示装置であ
り、入力された映像信号に応じて光度を変化させた光を
発生する光源と、上記光源からの光を絞り、ビーム光と
するレンズと、上記映像信号に同期して振動することに
より、上記ビームを２次元に走査するミラーである走査
手段と、眼鏡におけるレンズに相当する部位の上に配設
され、上記走査されたビーム光を反射して装着者の眼球
に導く集積形ミラーである反射手段と、を具備すること
を特徴とする映像表示装置。 １７． 上記反射手段はフレネル反射板であることを特
徴とする構成１５または１６に記載の映像表示装置。 １８． 上記反射手段は半透明であることを特徴とする
構成１５，１６，１７のいずれか１つに記載の映像表示
装置。 １９． 上記ビーム発生手段の発生するビーム光は３色
の光よりなり、各色ごとに映像信号に応じて光強度を変
化させることを特徴とする構成１５，１７，１８のいず
れか１つに記載の映像表示装置。 ２０． 上記光源の発生する光は３色の光よりなり、各
色ごとに映像信号に応じて光強度を変化させることを特
徴とする構成１６，１７，１８のいずれか１つに記載の
映像表示装置。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、個人用で小型・軽量の
モバイルあるいはウェラブルシステムやコンピュータシ
ステムに適合した映像表示装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を適用した小型の眼鏡型
表示装置１の構成を示す図である。

【図２】本発明の第２実施形態において、小型の眼鏡型
表示装置１の光学的な構成図である。

【図３】映像信号から光源７及びＸ走査駆動装置１０及
びＹ走査駆動装置１２を駆動するための信号を生成する
ための回路を示す図である。

【図４】図２に示す光学系を鳥瞰図的に判り易く示した
図である。

【図５】図２の変形例としての、小型の眼鏡型表示装置
の光学的な構成図である。

【図６】図５に示す光学系を鳥瞰図的に判り易く示した
図である。

【図７】本発明の第３実施形態において、小型の眼鏡型
表示装置の光学的な構成図である。

【図８】基板２７の具体的な構成例を示す図である。

【図９】電磁気力による駆動方式を用いた場合の基板の
構成例を示す図である。

【図１０】本発明の第４実施形態において、小型の眼鏡
型表示装置の光学的な構成図である。

【図１１】ＸＹ走査用の２次元走査ミラー３０、２次元
ミラー走査駆動部３１からなる２次元スキャナの基本的
な構造を示す図である。

【図１２】ＸＹ走査用の２次元走査ミラー３０の製造プ
ロセスの一例を示す図である。

【図１３】本発明の第５実施形態の構成を示す図であ
る。

【図１４】微細ミラーの構成を示す図である。

【図１５】図１５は上記した微細ミラーの他の構成を示
す図である。

【図１６】本発明の第６実施形態を説明するための概念
図である。

【符号の説明】

１…眼鏡型表示装置、 ２…眼鏡のガラス部分、 ３…投影ユニット、 ４…反射ミラー、 ５…集積型ミラー、 ６…投影ユニット、 ７…光源、 ８…集光レンズ、 ９…Ｘ走査ミラー、 １０…Ｘ走査駆動装置、 １１…Ｙ走査ミラー、 １２…Ｙ走査駆動装置、 １３…眼、 １４…水晶体、 １５…網膜、 ３０…フレーム、 １００…眼。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操作者に装着可能な映像表示装置であ
   り、 入力された映像信号に応じて光度を変化させたビーム光
   を発生するビーム発生手段と、 上記映像信号に同期して上記ビームを２次元に走査する
   走査手段と、 装着時に装着者の眼球前方に位置し、上記走査されたビ
   ーム光を装着者の眼球に導く集積形反射部材よりなる反
   射手段と、 を具備することを特徴とする映像表示装置。
2. 【請求項２】 操作者に装着可能な眼鏡形映像表示装置
   であり、 入力された映像信号に応じて光度を変化させた光を発生
   する光源と、 上記光源からの光を絞り、ビーム光とするレンズと、 上記映像信号に同期して振動することにより、上記ビー
   ムを２次元に走査するミラーである走査手段と、 眼鏡におけるレンズに相当する部位の上に配設され、上
   記走査されたビーム光を反射して装着者の眼球に導く集
   積形ミラーである反射手段と、 を具備することを特徴とする映像表示装置。
3. 【請求項３】 上記反射手段はフレネル反射板であるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の映像表示装置。