JP2004191962A - 画像表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】観察者の瞳孔に光束を入射させてその光束によって網膜上に画像を投影することにより、画像を表示する画像表示装置において、観察者に対する虚像の表示位置の方向を変更可能とすることにより、使い勝手を向上させる。
【解決手段】画像表示装置を、画像に対応した光束を生成して出力する光束生成手段１０と、その出力された光束を走査する走査手段５０と、その走査された光束を瞳孔に導く誘導手段７０と、走査手段により光束が走査される走査角の中心線である走査中心線の、瞳孔に対する入射角である瞳孔入射角を変更する角度変更手段６０とを含むものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光束を瞳孔に入射し、その入射光束により網膜上に画像を投影することにより、観察者にそれの瞳孔前方において虚像を視認させる画像表示装置に関する。
近年、光束を瞳孔に入射し、その入射した光束により網膜上に画像を投影することにより、観察者にそれの瞳孔前方において虚像を視認させる画像表示装置、いわゆる網膜走査ディスプレイが種々提案されている。
この種の画像表示装置の一従来例が特許文献１に記載されている。この従来例は、複数の構成要素を有し、観察者に画像を表示する装置である。
この画像表示装置は、（ａ）光束を出射し、その出射する光束の強度を変調することが可能である光源と、（ｂ）その光源から出射した光束の波面曲率を変調する波面曲率変調器と、（ｃ）前記光束を偏向する偏向器と、（ｄ）前記複数の構成要素間を前記光束が伝播することを可能とする光路要素と、（ｅ）前記光束を観察者の瞳孔に入射させるための光学系とを含むように構成されている。
その光学系は、前記光束であって、前記各構成要素により、前記瞳孔への入射角と、前記波面曲率および前記強度とが変調されたものを瞳孔に入射させるように設計される。
さらに、この画像表示装置においては、偏向器によって光束が走査され、その走査された光束が観察者の眼の網膜に入射することにより、網膜上に画像が直接に投影される。
そして、この画像表示装置によれば、観察者が、その瞳孔前方に虚像を視認できるようになり、その虚像は、瞳孔に入射する光束をその入射方向とは逆向きに延長した向きに表示される。したがって、観察者に対する虚像の表示位置の方向がその入射方向によって決まることとなる。
特許第２８７４２０８号公報
本発明者は、この種の画像表示装置について研究を行った結果、次のような知見を得た。
例えば、観察者の好みや癖の違いにより、観察者が希望する虚像の表示位置の方向がすべての観察者間で常に一致するとは限らない。また、観察者が同じであっても、虚像を表示する目的の違いにより、虚像の表示位置の方向を変更したいと希望する場合もある。例えば、この画像表示装置が、観察者が実景と一緒に虚像を観察することを可能にするシースルー型である場合には、観察者は、虚像を主画像、実景を参照画像として観察したい場合もあれば、逆に、実景を主画像、虚像を参照画像として観察したい場合もある。
したがって、画像表示装置において虚像の表示位置の方向を変更可能にすれば、画像表示装置の使い勝手が向上する。一方、虚像を表示するために光束が走査される走査角の中心線である走査中心線の、瞳孔に対する入射角である瞳孔入射角を変更すれば、虚像の表示位置の方向が変更される。
以上説明した知見に基づき、本発明は、観察者の瞳孔に光束を入射させてその光束によって網膜上に画像を投影することにより、画像を表示する画像表示装置において、観察者に対する虚像の表示位置の方向を変更可能とすることにより、使い勝手を向上させることを課題としてなされたものである。
本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると解釈されるべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用することは妨げられないと解釈すべきである。
さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴から分離させて独立させることを妨げることを意味するわけではなく、各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能であると解釈されるべきである。
（１） 観察者の瞳孔に光束を入射させてその光束によって網膜上に画像を投影することにより、画像を表示する画像表示装置であって、
前記画像に対応した光束を生成して出力する光束生成手段と、
その光束生成手段により出力された光束を走査する走査手段と、
その走査手段により走査された光束を前記瞳孔に導く誘導手段と、
前記走査手段により光束が走査される走査角の中心線である走査中心線の、前記瞳孔に対する入射角である瞳孔入射角を変更する角度変更手段と
を含む画像表示装置。
本項に係る装置においては、まず、光束生成手段が、画像に対応した光束を生成して出力する。続いて、走査手段が、光束生成手段により出力された光束を走査する。そして、誘導手段が、走査手段により走査された光束を観察者の瞳孔に導く。
さらに、本項に係る装置においては、角度変更手段が、走査手段により光束が走査される走査角の中心線の、瞳孔に対する入射角である瞳孔入射角を変更する。
したがって、本項に係る装置によれば、走査手段により走査される光束が瞳孔に入射する入射角を変更することが可能となり、その結果、観察者が虚像を視認する向き、すなわち、観察者に対する虚像の表示位置の方向を変更することが可能となる。
（２） 前記角度変更手段は、前記走査手段から前記誘導手段へ至る経路のうち、前記瞳孔の位置と光学的に共役な位置に配設されている（１）項に記載の画像表示装置。
本項に係る装置においては、前記（１）項における角度変更手段が、観察者の瞳孔の位置（瞳孔に対応する位置）と光学的に共役な位置に配設されている。
したがって、本項に係る装置によれば、走査手段から誘導手段を経て瞳孔へ入射する光束は、瞳孔入射角が変更されても、瞳孔における一定の位置（以下、「収束位置」と称する。）に収束することになる。
よって、本項に係る装置によれば、虚像の表示位置の方向を大きく変更したことが原因で収束位置が瞳孔に対応する位置からずれてしまう可能性が減少する。
その結果、本項に係る装置によれば、虚像の表示位置の方向の変更が原因で、観察者が虚像を正確に視認できなくなったり、虚像そのものを視認できなくなってしまうことがなくなり、虚像の表示位置の方向を自由に変更することができる。
本項における「誘導手段」は、複数個の光学素子間に光学的に共役な関係を成立させるために、例えば、光束を集束させる集束光学系を含むように構成することが望ましい。
（３） 前記角度変更手段は、
前記瞳孔入射角を第１の変更方向に関して変更する第１変更部と、
前記瞳孔入射角を前記第１の変更方向と交差する第２の変更方向に関して変更する第２変更部と
を含む（１）または（２）項に記載の画像表示装置。
この装置によれば、瞳孔入射角が２方向に関して変更することが可能となるため、観察者に対する虚像の表示位置の方向を２次元的に変更することが可能となる。
（４） 前記走査手段は、
前記光束を第１の走査方向に走査する第１走査部と、
その第１走査部により走査された光束を前記第１の走査方向と交差する第２の走査方向に走査する第２走査部と、
前記第１走査部から前記第２走査部へ前記光束を導くリレー光学系と
を、前記第１走査部と前記第２走査部とが光学的に共役な位置関係となるように備えた（１）ないし（３）項のいずれかに記載の画像表示装置。
本項に係る装置は、第１走査部と第２走査部とが、それらに共通の光学素子（例えば、ミラー）を用いてそれぞれの走査を行う態様で実施することが可能である。
（５） 前記角度変更手段と前記第２走査部とは、光学的に共役な位置関係にある（４）項に記載の画像表示装置。
（６） 前記誘導手段は、
前記瞳孔の前方に配設されるミラーと、
前記走査手段により走査された光束を前記ミラーへ導くリレー光学系と
を、前記走査手段からの光束の出射位置と前記瞳孔の位置とが光学的に共役な位置関係となるように備えた（１）ないし（５）項のいずれかに記載の画像表示装置。
（７） 前記角度変更手段は、前記瞳孔の位置と光学的に共役な位置に配設されたミラーを含み、当該画像表示装置は、さらに、前記走査手段により走査された光束を前記ミラーへ導くリレー光学系を含み、
前記走査手段からの光束の出射位置と前記ミラーとは、光学的に共役な位置関係にある（１）ないし（６）項のいずれかに記載の画像表示装置。
（８） 前記角度変更手段は、前記走査手段と共通の光学手段を用いて前記瞳孔入射角の変更を行う（１）ないし（７）項のいずれかに記載の画像表示装置。
本項に係る装置によれば、角度変更手段と走査手段とを別々の光学手段によって互いに独立して構成する場合より、当該装置の部品点数の削減および装置サイズの小型化が容易となる。
本項における「角度変更手段」は、走査手段が前記（４）項に記載されているように、第１走査部と第２走査部とリレー光学系とを含むように構成される場合には、第１走査部と第２走査部とのいずれか一方または両方との間において光学手段の共通化を行うことが可能である。
また、本項における「角度変更手段」は、走査手段が、第１走査部と第２走査部との間において光学手段の共通化を行うように構成される場合には、この走査手段との間において光学手段の共通化を行うことが可能である。
（９） 前記走査手段は、
前記光束を第１の走査方向に走査する第１走査部と、
前記光束を前記第１の走査方向と交差する第２の走査方向に前記第１走査部より低速に走査する第２走査部と
を含み、前記角度変更手段は、前記第２走査部と共通の光学手段を用いて前記瞳孔入射角の変更を行う（１）ないし（８）項のいずれかに記載の画像表示装置。
この装置によれば、角度変更手段が、光束を第２走査部より高速に走査する第１走査部との間において光学手段の共通化を行う場合より、走査手段との間における光学手段の共通化のためにその走査手段に加えなければならない変更が少なくて済む。
（１０） 前記走査手段、前記誘導手段および前記角度変更手段はそれぞれ、前記観察者における左右の瞳孔にそれぞれ対応して設けられており、
当該画像表示装置は、さらに、
外部からの指令を受けて、前記瞳孔の前方において前記虚像を表示すべき表示位置を設定する設定手段と、
左右の瞳孔に関し、前記各誘導手段から各瞳孔へ入射する光束の前記走査中心線をその入射方向とは逆向きに延長した場合の両延長線が、前記設定手段により設定された表示位置で交差するように、左右の瞳孔に関し、前記各角度変更手段を制御するコントローラと
を含む（１）ないし（９）項のいずれかに記載の画像表示装置。
本項に係る装置においては、左右の瞳孔にそれぞれ設けられた各角度変更手段が制御手段によって制御される。その制御の結果、各角度変更手段は、対応する誘導手段から瞳孔へ入射する光束の走査中心線をその入射方向とは逆向きに延長した場合の両延長線が、設定手段により設定された表示位置で交差するように走査中心線の角度を変更する。
したがって、本項に係る装置によれば、設定手段により設定された表示位置が観察者の両眼の輻輳点の位置と等しい状態で、設定手段により設定された表示位置に虚像が表示されるように（表示されたことを観察者が認識できるように）、各誘導手段に入射する光束の走査中心線の角度を変更することができる。
本項において「瞳孔の前方において虚像を表示すべき表示位置」とは、瞳孔から所定の距離だけ離れた位置である。
（１１） 前記設定手段は、観察者の左右の視線を検出する視線検出手段と、その視線検出手段により検出された左右の視線が交差する位置を前記表示位置として設定する手段とを含む（１０）項に記載の画像表示装置。
本項に係る装置によれば、視線検出手段により検出された左右の視線が交差する位置、すなわち、観察者の輻輳点の実際の位置を、虚像を表示すべき表示位置として設定し、この表示位置に虚像が表示されるように、各誘導手段に入射する光束の走査中心線の角度を変更することができる。
（１２） 前記設定手段は、観察者の操作を受けて、前記表示位置を任意に設定できるように構成されている（１０）項に記載の画像表示装置。
本項に係る装置によれば、観察者が、その瞳孔の前方において虚像を表示すべき表示位置を任意に設定でき、さらに、そのようして設定された表示位置に虚像が表示されるように、各誘導手段に入射する光束の走査中心線の角度を変更することができる。
本項に係る装置においては、観察者の操作により表示位置を設定するために、例えば、複数種類の表示位置を指定可能なスイッチ類（例えば、ボタン、スライドスイッチ、ダイヤルなど）や、表示位置を数値（瞳孔からの距離を表わす）で入力可能な入力キーなどを用いる構成を採用することができる。
（１３） さらに、
前記光束生成手段により出力されて前記走査手段に入射する光束の波面曲率を変更する波面曲率変更手段と、
前記瞳孔の位置から、前記設定手段により設定された表示位置までの距離に応じた波面曲率が達成されるように前記波面曲率変更手段に対して指令する曲率変更指令手段と
を含む（１０）または（１２）項に記載の画像表示装置。
本項に係る装置においては、曲率変更指令手段の指令を受けた波面曲率変更手段により、光束の波面曲率が、観察者における瞳孔の位置（瞳孔に対応する位置）と、設定手段により設定された表示位置との間の距離に応じた波面曲率に変更される。
一般に、光束の波面の曲率半径は、波面曲率の逆数で表わされ、観察者は、光束に基づく虚像を、その曲率半径の値が小さいほど観察者に近い位置に存在しているように認識する。一方、設定手段により設定された表示位置は、虚像が表示される位置である。
したがって、光束の曲率半径が、観察者における瞳孔の位置から表示位置までの距離に応じた（距離と一致する）曲率半径に変更されれば、光束に基づく虚像の実際の位置と、観察者が希望する虚像の表示位置とが互いに一致するため、両者がずれてしまうことに起因する違和感を観察者に与えてしまうことを防止できる。
特に、本項に係る装置における設定手段が、前記（１２）項に記載されているように、観察者の操作を受けて表示位置を任意に設定できるように構成されている場合には、観察者は、自身の眼の焦点を合わせることができる位置であって自身の視力に応じて決まるものに虚像を表示させることができる。
（１４） さらに、
前記光束生成手段により出力されて前記走査手段に入射する光束の波面曲率を変更する波面曲率変更手段と、
前記瞳孔の位置から、前記視線検出手段により検出された左右の視線が交差する位置までの距離に応じた波面曲率が達成されるように前記波面曲率変更手段を制御する制御手段と
を含む（１１）項に記載の画像表示装置。
本項に係る装置においては、制御手段により制御される波面曲率変更手段により、光束の波面曲率が、観察者における瞳孔の位置（瞳孔に対応する位置）から、視線検出手段により検出された左右の視線が交差する位置までの距離に応じた波面曲率に変更される。
前述のように、光束の波面の曲率半径は、波面曲率の逆数で表わされ、観察者は光束に基づく虚像を、その曲率半径の値が小さいほど観察者に近い位置に存在しているように認識する。一方、視線検出手段により検出された左右の視線が交差する位置は、観察者の輻輳点の実際の位置である。
したがって、光束の曲率半径が、観察者の瞳孔の位置と、視線検出手段により検出された左右の視線が交差する位置との間の距離に応じた（距離と一致する）曲率半径に変更されれば、光束に基づく虚像の実際の位置と観察者の輻輳点の実際の位置とが互いに一致するため、両者がずれてしまうことに起因する違和感を観察者に与えることなく、観察者が自身の眼の焦点を合わせた位置に虚像を表示することができる。
（１５） 前記波面曲率変更手段は、
前記光束生成手段から出力された光束を収束するレンズと、
そのレンズにより収束された光束を再度そのレンズを通して前記走査手段へ向けて反射するミラーと、
それらレンズとミラーとの間隔を変更することにより、前記光束の波面曲率を変更する間隔変更機構と
を含む（１３）項に記載の画像表示装置。
（１６） 前記波面曲率変更手段は、
前記光束生成手段から出力された光束を収束するレンズと、
そのレンズにより収束された光束を再度そのレンズを通して前記走査手段へ向けて反射するミラーと、
それらレンズとミラーとの間隔を変更することにより、前記光束の波面曲率を変更する間隔変更機構と
を含む（１４）項に記載の画像表示装置。
（１７） 観察者の瞳孔に光束を入射させてその光束によって網膜上に画像を投影することにより、画像を表示する画像表示装置であって、
前記画像に対応した光束を生成して出力する光束生成手段と、
その光束生成手段により出力された光束を走査する走査手段であって、前記光束を第１の走査方向に走査する第１走査部と、その第１走査部により走査された光束を前記第１の走査方向と交差する第２の走査方向に走査する第２走査部とを有するものと、
その走査手段により走査された光束を前記瞳孔に誘導する誘導手段と、
前記走査手段により光束が走査される走査角の中心線である走査中心線の、前記瞳孔に対する入射角である瞳孔入射角を変更する角度変更手段であって、前記走査手段によって走査された光束が入射するミラーを有するものと
を含み、
前記第１走査部と前記第２走査部とは、光学的に共役な位置関係にあり、
前記第２走査部と前記ミラーとは、光学的に共役な位置関係にあり、
前記ミラーと前項瞳孔の位置とは、光学的に共役な位置関係にある画像表示装置。
この装置によれば、前記（１）、（２）、（４）、（５）または（６）項に係る装置と基本的に共通する作用効果を実現することが可能となる。
（１８） 前記角度変更手段は、前記走査手段と共通の光学手段を用いて前記瞳孔入射角の変更を行う（１７）項に記載の画像表示装置。
この装置によれば、前記（８）項に係る装置と基本的に共通する作用効果を実現することが可能となる。
（１９） 画像を表示するためにコンピュータによって実行される画像表示プログラムであって、（１）ないし（１８）項のいずれかに記載の画像表示装置によって画像を表示するために実行される画像表示プログラム。
本項に係る画像表示プログラムがコンピュータによって実行されれば、前記（１）ないし（１８）項のいずれかに記載の装置と共通の作用効果を実現することが可能である。
（２０） 画像を表示するためにコンピュータによって実行される画像表示プログラムであって、（１０）項に記載の画像表示装置によって画像を表示するために実行されるものであって、
外部からの指令を受けて、前記瞳孔の前方において前記虚像を表示すべき表示位置を設定する設定ステップと、
左右の瞳孔に関し、前記各誘導手段から各瞳孔に入射する光束の前記走査中心線をその入射方向とは逆向きに延長した場合の両延長線が、前記設定ステップにおいて設定された表示位置において交差するように、左右の瞳孔に関し、前記各角度変更手段を制御する制御ステップと
を含む画像表示プログラム。
本項に係る画像表示プログラムがコンピュータによって実行されれば、前記（１０）項に係る装置と共通する作用効果を実現することが可能である。
（２１） 前記設定ステップは、観察者の左右の視線を検出する視線検出ステップと、その前記視線検出ステップにおいて検出された左右の視線が交差する位置を前記表示位置として設定するステップとを含む（２０）項に記載の画像表示プログラム。
本項に係る画像表示プログラムがコンピュータによって実行されれば、前記（１１）項に係る装置と共通する作用効果を実現することが可能である。
（２２） 前記設定ステップは、観察者の操作を受けて、前記表示位置を任意に設定することが可能である（２０）項に記載の画像表示プログラム。
本項に係る画像表示プログラムがコンピュータによって実行されれば、前記（１２）項に係る装置と共通する作用効果を実現することが可能である。
（２３） 画像を表示するためにコンピュータによって実行される画像表示プログラムであって、（１０）または（１２）項に記載の画像表示装置であって、さらに、前記光束生成手段により出力されて前記走査手段に入射する光束の波面曲率を変更する波面曲率変更手段を含むものによって画像を表示するために実行される画像表示プログラムであって、
前記瞳孔の位置から、前記設定ステップにおいて設定された表示位置までの距離に応じた波面曲率が達成されるように前記波面曲率変更手段に対して指令する曲率変更指令ステップを含む画像表示プログラム。
本項に係る画像表示プログラムがコンピュータによって実行されれば、前記（１３）項に係る装置と共通する作用効果を実現することが可能である。
（２４） 画像を表示するためにコンピュータによって実行される画像表示プログラムであって、（１１）項に記載の画像表示装置であって、さらに、前記光束生成手段により出力されて前記走査手段に入射する光束の波面曲率を変更する波面曲率変更手段を含むものによって実行される画像表示プログラムであって、
前記瞳孔の位置から、前記視線検出ステップにおいて検出された左右の視線が交差する位置までの距離に応じた波面曲率が達成されるように前記波面曲率変更手段を制御する制御ステップを含む画像表示プログラム。
本項に係る画像表示プログラムがコンピュータによって実行されれば、前記（１４）項に係る装置と共通する作用効果を実現することが可能である。
なお、上述のいくつかの画像表示プログラムは、例えば、ＦＤ，ＣＤ−ＲＯＭ，メモリーカードなどの記録媒体やインターネットなどの通信回線網を介して、画像表示装置に直接にまたは別の装置を経て間接に提供することが可能である。
また、これら画像表示プログラムを実行するコンピュータとしては、例えば、画像表示装置に内蔵されたコンピュータ，画像表示装置に無線または有線の通信路を介してデータ通信可能に接続されたコンピュータなどがある。
以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態に従う画像表示装置１が示されている。この画像表示装置１は、その利用者である観察者の瞳孔Ｐ（ＰＬ：左眼ＥＬの瞳孔、ＰＲ：右眼ＥＲの瞳孔）に光束を入射させて網膜上に画像を投影することによって、観察者に瞳孔Ｐの前方において虚像を視認させるための装置である。この装置は、網膜走査ディスプレイといわれる。
この画像表示装置１は、画像に対応した光束を生成して出力する光束生成部１０と、その光束生成部１０から光ファイバー２０を介して出力される光束を平行な光束（平行光）とするコリメート光学部３０とを備えている。
この画像表示装置１は、さらに、コリメート光学部３０により平行光とされた光束の波面曲率を変更可能な曲率変更部４０と、その曲率変更部４０から向かってきた光束を画像として投影可能な状態に走査する走査部５０とを備えている。
この画像表示装置１は、さらに、走査部５０により光束が走査される走査角の中心線である走査中心線の、瞳孔Ｐに対する入射角である瞳孔入射角を変更可能な角度変更部６０と、その角度変更部６０から向かってきた光束を観察者の瞳孔Ｐに向けて入射させる光束誘導部７０とを備えている。
以上説明した光束生成部１０，光ファイバー２０，コリメート光学部３０，曲率変更部４０，走査部５０，角度変更部６０および光束誘導部７０は、観察者の左右の瞳孔ＰＬ，ＰＲのそれぞれに対応して設けられている。
この画像表示装置１は、さらに、左右の瞳孔ＰＬ，ＰＲに共通に、各種操作用の操作パネル８０、画像表示装置１の全体の動作を制御する制御部９０などを備えている。
図１に示すように、光束生成部１０は、３色の光束を発生させるために、青色の光束を発生させるＢレーザ１１およびＢレーザ１１を駆動するＢレーザドライバ１２と、緑色の光束を発生させるＧレーザ１３およびＧレーザ１３を駆動するＧレーザドライバ１４と、赤色の光束を発生させるＲレーザ１５およびＲレーザ１５を駆動するＲレーザドライバ１６とを備えている。
光束生成部１０は、さらに、各レーザ１１，１３，１５から発生した光束を合成するダイクロイックミラー１７と、そのダイクロイックミラー１７により合成された光束を光ファイバー２０へ導く結合光学系１８とを備えている。
この光束生成部１０は、後述の画像表示プログラム（図５）の実行によって制御部９０から出力される色信号に基づき、各レーザドライバ１２，１４，１６により各レーザ１１，１３，１５を駆動することによって、画像に対応する光束を生成して光ファイバー２０へ出力する。
図２に示すように、曲率変更部４０は、外部から入射した光束を反射または透過させるビームスプリッタ４１と、そのビームスプリッタ４１を介して入射された光束を収束させる凸レンズ４２と、その凸レンズ４２により収束された光束を反射させるミラー４３とを備えている。
この曲率変更部４０は、さらに、ミラー４３を、凸レンズ４２に接近するかまたは凸レンズ４２から離れる向きに変位させるアクチュエータ４４と、制御部９０からの指令を受けてアクチュエータ４４を駆動する曲率変更用駆動回路４５とを備えている。
以上のように構成された曲率変更部４０においては、コリメート光学部３０から入射した光束がビームスプリッタ４１で反射し、凸レンズ４２を通った後、ミラー４３で反射する。そして、再度、凸レンズ４２を通った後、ビームスプリッタ４１を透過して走査部５０へ向かう。
この曲率変更部４０は、アクチュエータ４４を用いて凸レンズ４２とミラー４３との間隔ｄｃを変更することによって、コリメート光学部３０から入射して走査部５０へ向かう光束の波面曲率を変更することができる。
図２の（ａ）に示すように、間隔ｄｃが予め定められた初期値ｄｃ０に一致する場合には、コリメート光学部３０から入射した光束は、ミラー４３の反射面で収束および反射する。この反射した光束は、凸レンズ４２を経て、コリメート光学部３０から入射したときと同じ波面曲率を有する平行光Ｌ１として走査部５０へ向かう。
これに対し、図２の（ｂ）に示すように、間隔ｄｃが初期値ｄｃ０より短い距離ｄｃ１に変化した場合には、コリメート光学部３０から入射した光束は、ミラー４３が凸レンズ４２の焦点より凸レンズ４３に近い位置に位置するため、光束の収束前にミラー４３の反射面で反射する。その反射した光束は、ミラー４３から距離（ｄｃ０−ｄｃ１）だけ進んだ位置で収束し、その後、コリメート光学部３０から入射したときより拡散した、波面曲率の大きな拡散光、すなわち、曲率半径の小さな拡散光Ｌ２となり、凸レンズ４２を経て走査部５０へ向かう。
以上要するに、曲率変更部４０から走査部５０へ向かう光束は、間隔ｄｃが短くなるほど曲率半径が小さくなる。本実施形態においては、間隔ｄｃの初期値ｄｃ０が４ｍｍに設定されており、間隔ｄｃをその初期値ｄｃ０から３０μｍ狭めていく間に、光束の曲率半径が無限大（平行光のとき）から０．３ｍまで変化するように画像表示装置１が構成されている。
一般に、光束の波面の曲率半径は、波面曲率の逆数で表され、光束に基づく虚像は、この曲率半径が小さいほど観察者に近い位置に観察者によって認識される。したがって、虚像は、アクチュエータ４４により間隔ｄｃが短くされるほど観察者に近い位置に観察者によって認識されることとなる。
図１に示すように、走査部５０は、曲率変更部４０から入射した光束を画像として投影可能な状態に水平方向と垂直方向とに走査するものである。
この走査部５０は、水平走査のために、曲率変更部４０から入射した光束を水平方向に走査するポリゴンミラー５１と、そのポリゴンミラー５１を回転駆動する水平走査用モータ５２と、制御部９０からの指令を受けて水平走査用モータ５２を駆動する水平走査用駆動回路５３とを備えている。
この走査部５０は、さらに、垂直走査のために、ポリゴンミラー５１により走査された光束を垂直方向に走査して出力するガルバノミラー５４と、そのガルバノミラー５４を駆動する垂直走査用アクチュエータ５５と、制御部９０からの指令を受けて垂直走査用アクチュエータ５５を駆動する垂直走査用駆動回路５６とを備えている。
この走査部５０は、さらに、ポリゴンミラー５１とガルバノミラー５４との間で光束を中継する第１リレー光学系５７を備えている。その第１リレー光学系５７は、ポリゴンミラー５１のうち、曲率変更部４０からの光束の入射位置と、ガルバノミラー５４の反射面における中心位置とが光学的に共役な位置関係となるようにレイアウトされた光学系である。この走査部５０においては、曲率変更部４０から入射した光束が、ポリゴンミラー５１によって水平方向に走査され、ガルバノミラー５４で垂直方向に走査された後、角度変更部６０へ向かう。
図３に示すように、角度変更部６０は、走査部５０から入射した光束を反射する角度変更用ミラー６１と、その角度変更用ミラー６１の反射面６１ａを傾けることにより反射面６１ａで反射した光束が向かう方向の角度（反射角）を垂直方向（図３における上下方向）において変更する垂直変更機構６２と、制御部９０からの指令を受けて垂直変更機構６２を駆動する垂直変更用駆動回路６４とを備えている。
この角度変更部６０は、さらに、角度変更用ミラー６１の反射面６１ａを傾けることにより反射面６１ａで反射した光束が向かう方向の角度（反射角）を水平方向（図３における左右方向）において変更する水平変更機構６６と、制御部９０からの指令を受けて水平変更機構６６を駆動する水平変更用駆動回路６７とを備えている。
図１に示すように、この角度変更部６０は、さらに、走査部５０のガルバノミラー５４と角度変更用ミラー６１との間で光束を中継する第２リレー光学系６８を備えている。第２リレー光学系６８は、角度変更用ミラー６１の反射面６１ａにおける中心位置と、走査部５０のガルバノミラー５４における中心位置とが光学的に共役な位置関係となるようにレイアウトされた光学系である。
図３に示すように、垂直変更機構６２は、角度変更用ミラー６１の反射面６１ａを傾けるための傾斜機構６２ａと、その傾斜機構６２ａを作動させるモータ６２ｂと、そのモータ６２ｂの回転量を検出するエンコーダ６２ｃとを備えている。これに対し、水平変更機構６６は、角度変更用ミラー６１の反射面６１ａを傾けるための傾斜機構６６ａと、その傾斜機構６６ａを作動させるモータ６６ｂと、そのモータ６６ｂの回転量を検出するエンコーダ６６ｃとを備えている。
垂直変更用駆動回路６４および水平変更用駆動回路６７は、いずれも、制御部９０から指令された回転量と、各変更機構６２，６６のエンコーダ６２ｃ，６６ｃにより検出された回転量とが互いに一致するまでモータ６２ｂ，６６ｂを駆動するように構成されている。
図３に示すように、水平変更機構６６は、角度変更用ミラー６１と共に垂直変更機構６２が取り付けられたフレーム６９を傾けることにより、角度変更用ミラー６１の反射面６１ａを傾けるように構成されている。したがって、角度変更部６０においては、走査部５０から入射した光束が、角度変更用ミラー６１で反射することにより、光束誘導部７０へ向かう。
この角度変更部６０は、角度変更用ミラー６１の反射面６１ａを傾けることにより、その反射面６１ａで反射した光束が光束誘導部７０へ入射する際の入射角を変更することができる。
図４の（ａ）には、角度変更用ミラー６１と瞳孔Ｐとの間における光路が、角度変更用ミラー６１の反射面６１ａの傾きが予め定められた初期の傾きと一致している初期状態で示されている。この初期状態において角度変更用ミラー６１の反射面６１ａで反射する光束が走査される角度（偏向される角度）の中心線である走査中心線ｃ０が光束誘導部７０へ向かう際の方向として基準方向が定義されている。
図４の（ｂ）に示すように、その初期状態から角度変更用ミラー６１を、水平変更機構６６により、その角度変更用ミラー６１の反射面６１ａが角度Δα（または−Δα）だけ傾くように、その反射面６１ａの中心位置を通過する一垂直軸線まわりに回転させることを想定する。この回転により、反射面６１ａで反射した光束の走査中心線ｃ１が光束誘導部７０へ向かう方向が、基準方向に対して角度２Δα（または−２Δα）だけ反射面６１ａの回転方向と同じ方向にずれる。
これに対し、その初期状態から、角度変更用ミラー６１を垂直変更機構６２により、反射面６１ａが所定の角度だけ傾くするように回転させることを構成する。この回転により、上記と同様に、反射面６１ａで反射した光束の走査中心線が向かう方向が、基準方向に対して反射面６１ａの回転方向と同じ方向にずれる。
このように、角度変更部６０においては、角度変更用ミラー６１の反射面６１ａを傾けることによって、この反射面６１ａで反射する光束における走査中心線の角度、すなわち、光束が走査される角度の中心線である走査中心線の角度を変更することができる。
図１に示すように、光束誘導部７０は、瞳孔Ｐの前方に配設されるハーフミラー７２と、角度変更部６０から入射した光束をハーフミラー７２へ導く第３リレー光学系７４とを備えている。第３リレー光学系７４は、角度変更部６０における角度変更用ミラー６１の中心位置と、観察者の瞳孔Ｐの位置（瞳孔Ｐに対応する位置）とが光学的に共役な位置関係となるようにレイアウトされた光学系である。
この光束誘導部７０においては、角度変更部６０から入射した光束が、ハーフミラー７２で反射することにより、瞳孔Ｐに入射する。このようして瞳孔Ｐに入射する光束の走査中心線の角度は、図４に示すように、初期角度α０から、角度変更部６０における角度変更用ミラー６１の傾き具合に応じた角度（α０±２Δα）に変化する。
図１に示すように、操作パネル８０は、画像表示装置１を起動・停止させるための電源スイッチ８２と、後述の画像表示プログラム（図５）の実行によって虚像の表示位置を指定するための位置指定スイッチ８４とを備えている。
位置指定スイッチ８４は、画像表示プログラム（図５）の実行によって虚像を表示すべき瞳孔Ｐの前方における表示位置を指定するためのスイッチである。この位置指定スイッチ８４により、奥行き方向（ｚ軸方向）の表示位置と、左右方向（ｘ軸方向）の表示位置と、上下方向（ｙ軸方向）の表示位置とをそれぞれ指定することができる。
図６に平面図で示すように、本実施形態においては、虚像の表示位置が、左眼ＥＬの眼球における回転中心を座標系の原点として、奥行き方向（ｚ方向）においては、０．５ｍから無限遠（例えば、１０ｍ）まで０．１ｍ刻みで指定できる。虚像の表示位置は、それの奥行き寸法（原点からの奥行き方向における距離）をｚ０で表すと、左右方向においては、±（ｚ０／２）まで（ｚ０／１００）ｍ刻みで指定でき、上下方向においても、±（ｚ０／２）まで（ｚ０／１００）ｍ刻みで指定できる。
図１に示すように、制御部９０は、コンピュータ９２を主体として構成されている。コンピュータ９２は、プロセッサ９４とメモリ９６とを含むように構成されている。メモリ９６に前記画像表示プログラムが予め記憶されている。この画像表示プログラムは、制御部９０が画像表示処理を一定の手順で実行するためにプロセッサ９４によって実行されるものであり、その内容が図５にフローチャートで概念的に表されている。
この画像表示プログラムは、操作パネル８０の電源スイッチ８２により画像表示装置１が起動された後、停止されるまで繰り返し実行される。
この画像表示プログラムの各回の実行時には、まず、ステップＳ１１０において、初期化処理が行われる。
具体的には、このステップＳ１１０においては、まず、曲率変更部４０における曲率変更用駆動回路４５によってアクチュエータ４４が作動させられることにより、凸レンズ４２−ミラー４３間の間隔ｄｃが初期値ｄｃ０と等しくなるようにされる（図２の（ａ）参照）。
このステップＳ１１０においては、さらに、角度変更部６０における各駆動回路６４，６７によって各変更機構６２，６６が作動させられることにより、光束誘導部７０から観察者の瞳孔Ｐに入射する光束の走査中心線の角度（瞳孔Ｐへの入射角）が初期値として予め定められた角度と等しくなるように、角度変更部６０における角度変更用ミラー６１の傾きが初期化される（図４参照）。
図６に示すように、観察者の左眼ＥＬの眼球における回転中心を座標系の原点とした場合、ｘ−ｚ平面すなわち水平面上における走査中心線の角度（瞳孔Ｐへの入射角）は、左眼ＥＬにおいては、座標系の原点と輻輳点（ｘ０，ｚ０）とを結ぶ直線とｚ軸との成す角度αHLであり、右眼ＥＲにおいては、その眼球における回転中心からｚ軸と平行に延びる直線と、その回転中心と輻輳点とを結ぶ直線との成す角度αHRである。
また、ｙ−ｚ平面すなわち垂直面上における走査中心線の角度（瞳孔Ｐへの入射角）は、座標系の原点と輻輳点（ｙ０，ｚ０）とを結ぶ直線とｚ軸との成す角度αVである。
そこで、図５におけるステップＳ１１０においては、角度変更部６０における角度変更用ミラー６１の傾きが、上述の走査中心線の角度（瞳孔Ｐへの入射角）αHL，αHR，αVがそれぞれ初期値として予め定められた角度αHL0，αHR0，０と等しくなるように、変更される。
このステップＳ１１０においては、さらに、変数Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が初期化される。具体的には、Ｐ１が１にセットされ（１→Ｐ１）、Ｐ２がαHL0にセットされ（αHL0→Ｐ２）、Ｐ３がαHR0にセットされ（αHR0→Ｐ３）、Ｐ４が０にセットされる（０→Ｐ４）。以下、変数Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４にセットされた値をそれぞれ、ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４で表す。
次に、ステップＳ１２０において、外部から映像信号の入力が開始されるのが待たれる。その入力が開始されない場合には、ステップＳ１２０の判定がＮＯとなり、このステップＳ１２０の実行が反復される。
映像信号の入力が開始されたら、ステップＳ１２０の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ１３０において、ポリゴンミラー５１およびガルバノミラー５４の動作が開始される。このステップＳ１３０においては、水平走査用駆動回路５３によって水平走査用モータ５２を作動させることによりポリゴンミラー５１の動作が開始させられ、さらに、垂直走査用駆動回路５６によって垂直走査用アクチュエータ５５を作動させることによりガルバノミラー５４の動作が開始させられる。
続いて、ステップＳ１４０において、ステップＳ１３０において入力された映像信号によって表される画像に基づく各色信号（青色、緑色および赤色用の色信号）の生成が開始され、さらに、この色信号の各光束生成部１０への出力が開始される。
この色信号が入力された光束生成部１０においては、色信号に基づいて各レーザドライバ１２，１４，１６が各レーザ１１，１３，１５を駆動し、これにより各レーザ１１，１３，１５から光束が発生する。その発生した光束は、ダイクロイックミラー１７により合成された後、結合光学系１８を経て光ファイバー２０へ出力される。
その後、ステップＳ１５０において、操作パネル８０の位置指定スイッチ８４により指定されている表示位置が読み出される。このステップＳ１５０においては、奥行き方向、左右方向および上下方向について位置指定スイッチ８４により指定された表示位置を示す値がそれぞれ読み出される。
続いて、ステップＳ１６０において、ステップＳ１５０において読み出された表示位置に基づき、瞳孔Ｐへ入射させる光束の曲率半径が決定される。このステップＳ１６０においては、ステップＳ１５０において読み出された表示位置のうち、奥行き方向における表示位置を示す値が曲率半径として決定される。
その後、ステップＳ１７０において、曲率変更部４０における凸レンズ４２−ミラー４３間の間隔ｄｃが、瞳孔Ｐに入射する光束の曲率半径がステップＳ１６０において決定された曲率半径と等しくなるように決定される。
具体的には、制御部９０のメモリ９６に、凸レンズ４２−ミラー４３間の間隔ｄｃと、曲率変更部４０から出力される光束の曲率半径との対応関係を特定可能なデータがデータテーブルまたは演算式として記憶されており、このデータに基づき、瞳孔Ｐに入射する光束の曲率半径がステップＳ１６０において決定された曲率半径と等しくなるように間隔ｄｃ１が決定される。そして、この間隔ｄｃ１を示す値に変数Ｐ１がセットされる（ｄｃ１→Ｐ１）。
続いて、ステップＳ１８０において、曲率変更部４０における凸レンズ４２−ミラー４３間の間隔ｄｃが、ステップＳ１７０において決定された間隔ｄｃ１と等しくなるように変更される。
このステップＳ１８０においては、具体的には、曲率変更部４０における曲率変更用駆動回路４５によってアクチュエータ４４を作動させることにより、凸レンズ４２−ミラー４３間の間隔ｄｃが、ステップＳ１７０において決定された間隔ｄｃ１と等しくなるように変更される。このステップＳ１８０の実行後、曲率変更部４０から出力される光束は、ステップＳ１６０において決定された曲率半径を有する光束となる。
したがって、この光束が、走査部５０，角度変更部６０および光束誘導部７０を経て瞳孔Ｐへ入射した場合には、観察者が、この光束に基づく虚像を、瞳孔Ｐから、ステップＳ１６０において決定された曲率半径に相当する距離だけ前方に位置する虚像として認識することができるようになる。
その後、ステップＳ１９０において、ステップＳ１５０において読み出された表示位置に基づき、瞳孔Ｐに入射する光束の走査中心線の角度すなわち瞳孔Ｐへの入射角が決定される。
具体的には、このステップＳ１９０においては、観察者における左眼ＥＬの眼球における回転中心を座標系の原点とし、かつ、ステップＳ１５０において読み出された表示位置のうち奥行き方向に関する値ｚ０、左右方向に関する値ｘ０および上下方向に関する値ｙ０で定義される座標点（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を輻輳点として、図６の（ａ）に示すように、ｘ−ｚ平面すなわち水平面上における走査中心線の角度が計算によって決定される。
左眼ＥＬの瞳孔ＰＬに入射すべき光束の走査中心線の水平方向における角度αHLは、座標系の原点と輻輳点とを結ぶ直線とｚ軸との成す角度である。したがって、この角度αHLは、ｚ軸を通過する垂直面上に輻輳点が存在している場合、すなわち、輻輳点が座標値（０，ｙ０，ｚ）で表される場合に０に等しい（αHL＝０）と仮定すると、この角度αHLは、
αHL＝ｔａｎ-1（ｘ０／ｚ０）
なる式により、算出される。
これに対し、右眼ＥＲの瞳孔ＰＲに入射すべき光束の走査中心線の水平方向における角度αHRは、右眼ＥＲの眼球における回転中心からｚ軸と平行に延びる直線と、右眼ＥＲの瞳孔ＰＲと輻輳点とを結ぶ直線との成す角度である。この角度αHRは、両瞳孔Ｐ（両眼球ＥＬ，ＥＲの回転中心）間の間隔をｄｅとし、かつ、ｚ軸からｘ軸方向に間隔ｄｅと同じ距離だけ平行に隔たった垂直面上に輻輳点が存在している場合、すなわち、輻輳点が座標値（ｄｅ，ｙ０，ｚ）で表される場合に０に等しい（αHR＝０）と仮定すると、この角度αHRは、
αHR＝ｔａｎ-1（（ｘ０−ｄｅ）／ｚ０）
なる式により、算出される。
さらに、図６の（ｂ）に示すように、ｙ−ｚ平面、すなわち、垂直面上における走査中心線の角度が計算により決定される。
瞳孔Ｐに入射すべき光束の垂直面上における走査中心線の角度αVは、座標系の原点と輻輳点とを結ぶ直線とｚ軸との成す角度である。したがって、この角度αVは、ｚ軸を通過する水平面上に輻輳点が存在している場合、すなわち、輻輳点が座標値（ｘ０，０，ｚ）で表わされる場合に０に等しい（αV＝０）と仮定すると、この角度αVは、
αV＝ｔａｎ-1（ｙ０／ｚ０）
なる式により、算出される。
続いて、図５のステップＳ２００において、角度変更部６０における角度変更用ミラー６１の傾きの量が、光束誘導部７０から瞳孔Ｐに入射する光束の走査中心線の角度がステップＳ１９０において決定された角度と等しくなるように決定される。
具体的には、このステップＳ２００においては、まず、左眼ＥＬの瞳孔ＰＬに対応する角度変更部６０について、光束誘導部７０から瞳孔ＰＬに入射する光束の走査中心線の角度が、ステップＳ１９０において決定された角度と等しくなるように角度変更用ミラー６１の傾き量が決定される。
さらに具体的には、このステップＳ２００においては、角度変更用ミラー６１を傾ける際の水平変更機構６６における回転角すなわち角度変更用ミラー６１の傾き量が、ステップＳ１９０において決定された角度αHLから変数Ｐ２の値ｐ２（今回は初期値αＨＬ０）を減算して１／２倍した値（（αHL−ｐ２）／２）に決定される。
さらに、角度変更用ミラー６１を傾ける際の垂直変更機構６２における回転角すなわち角度変更用ミラー６１の傾き量が、ステップＳ１９０において決定された角度αVから変数Ｐ４の値ｐ４（今回は初期値０）を減算して１／２倍した値（（αV−ｐ４）／２）に決定される。
さらに、右眼ＥＲの瞳孔ＰＲに対応する角度変更部６０についても、同様に、計算が行われる。具体的には、角度変更用ミラー６１を傾ける際の水平変更機構６６における回転角すなわち角度変更用ミラー６１の傾き量が、ステップＳ１９０において決定された角度αHRから変数Ｐ３の値ｐ３（今回は初期値αＨＲ０）を減算して１／２倍した値（（αHR−ｐ３）／２）に決定される。
さらに、このステップＳ２００においては、角度変更用ミラー６１の傾き量が決定された後、ステップＳ１９０において決定された角度αHLに変数Ｐ２がセットし直され（αHL→Ｐ２）、同じステップＳ１９０において決定された角度αHRに変数Ｐ３がセットし直され（αHR→Ｐ３）、同じステップＳ１９０において決定された角度αVに変数Ｐ４がセットし直される（αV→Ｐ４）。
その後、ステップＳ２１０において、角度変更部６０における角度変更用ミラー６１が、ステップＳ２００において決定された傾き量だけ傾けられる。このステップＳ２１０においては、角度変更部６０における各駆動回路６４，６７によって各変更機構６２，６６を作動させることにより、角度変更用ミラー６１の傾きが、ステップＳ２００において決定された傾き量だけ傾けられる。
このステップＳ２１０の実行後、角度変更部６０から出力される光束が光束誘導部７０を経て瞳孔Ｐに入射すると、この光束に基づく虚像を、観察者は、ステップＳ１９０において決定された走査中心線の角度（瞳孔Ｐへの入射角）を有する向き、すなわち、操作パネル８０の位置指定スイッチ８４により指定された表示位置に表示された虚像として認識することができるようになる。
続いて、ステップＳ２２０において、ステップＳ１２０において開始された映像信号の入力が継続しているか否かが判定される。
今回は、映像信号の入力が継続していると仮定すれば、ステップＳ２２０の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ２３０において、操作パネル８０の位置指定スイッチ８４が操作されたか否かが判定される。
今回は、位置指定スイッチ８４が操作されたと仮定すれば、ステップＳ２３０の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ１５０へ戻る。
一方、今回は、位置指定スイッチ８４が操作されていないと仮定すれば、ステップＳ２３０の判定がＮＯとなり、ステップＳ２２０へ戻る。
以上のようにしてステップＳ１５０ないしＳ２３０の実行が繰り返された後、映像信号の入力が継続しなくなったならば、ステップＳ２２０の判定がＮＯとなり、ステップＳ２４０において、ステップＳ１４０において開始された色信号の生成および出力が終了させられる。
以上で、この画像表示プログラムの一回の実行が終了する。
以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、角度変更部６０により、走査部５０により走査される光束の走査中心線が光束誘導部７０に入射する入射角が変更される（図５におけるステップＳ２１０）。
この角度変更部６０においては、角度変更用ミラー６１が、観察者における瞳孔Ｐの位置（瞳孔Ｐに対応する位置）と光学的に共役な位置に配設されているため、走査部５０から光束誘導部７０を経て瞳孔Ｐに入射する光束は、上記入射角の変更にもかかわらず、一定の位置（以後、「収束位置」という。）に収束することになる。
したがって、本実施形態によれば、虚像の表示位置の方向を大きく変更したとしても、収束位置が瞳孔Ｐに対応する位置からずれてしまう恐れがなく、その結果、観察者が虚像を正確に視認できなくなったり、虚像そのものを視認できなくなってしまうことがない。よって、本実施形態によれば、虚像の表示位置の方向を広範囲に自由に変更することが可能となる。
さらに、本実施形態によれば、角度変更部６０により光束の走査中心線の角度を変更するだけで、虚像を正確に視認できなくなったり、虚像そのものを視認できなくなったりすることなく、虚像の表示位置の方向を変更することができる。したがって、本実施形態によれば、角度変更用ミラー６１の配置の最適化という比較的単純な手法により、虚像の表示位置の方向を広範囲に自由に変更することが可能となる。
さらにまた、本実施形態においては、図５におけるステップＳ２１０の実行により、角度変更部６０の角度変更用ミラー６１が傾けられる。このとき、観察者の両眼ＥＬ，ＥＲにそれぞれ対応する光束誘導部７０から瞳孔Ｐに入射する光束の走査中心線をその入射方向とは逆向きに延長して得られる両延長線が操作パネル８０の位置指定スイッチ８４により指定された表示位置において交差するように、光束誘導部７０により瞳孔Ｐに入射する光束の走査中心線の角度が変更される。
したがって、本実施形態においては、操作パネル８０の位置指定スイッチ８４により指定された表示位置が輻輳点と一致する状態で、指定された表示位置に虚像が表示されるように、各光束誘導部７０に入射する光束の走査中心線の角度が変更される。
さらに、本実施形態においては、図５に示す画像表示プログラムの実行により、操作パネル８０の位置指定スイッチ８４により指定された表示位置が読み出され、その読み出された表示位置に基づいて曲率半径と走査中心線の角度とが決定される。
したがって、本実施形態によれば、観察者は、操作パネル８０の位置指定スイッチ８４を操作することにより、虚像を表示すべき瞳孔Ｐの前方における表示位置を任意に設定することができ、このようにして設定された表示位置に虚像が表示されるように、各光束誘導部７０に入射する光束の走査中心線の角度が変更される。
さらに、本実施形態においては、図５におけるステップＳ１８０が実行される結果、制御部９０からの指令を受けた曲率変更部４０により、光束生成部１０から出力された光束の曲率半径（波面曲率）が、観察者における瞳孔Ｐの位置（瞳孔Ｐに対応する位置）から操作パネル８０の位置指定スイッチ８４により指定された表示位置までの距離に応じた曲率半径に変更される。
ここで、光束に基づく虚像は、その光束の曲率半径の値が小さくなるほど観察者に近い位置に存在しているように観察者に認識される。一方、位置指定スイッチ８４により指定される表示位置は、観察者が虚像を表示することを希望する位置である。
したがって、本実施形態によれば、光束に基づく虚像の位置すなわち実際の表示位置と、虚像が表示されるべき位置すなわち目標の表示位置とが互いに一致するため、両位置がずれてしまうことに起因する違和感を観察者に抱かせずに済む。
特に、本実施形態によれば、位置指定スイッチ８４の操作により虚像の表示位置を任意に指定することができるため、観察者は、自身の視力に応じて自身の眼の焦点を合わせることができる位置に虚像が表示されるように、虚像の表示位置を指定することができる。
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、光束生成部１０が前記（１）項における「光束生成手段」の一例を構成し、走査部５０が同項における「走査手段」の一例を構成し、光束誘導部７０が同項における「誘導手段」の一例を構成し、角度変更部６０が同項または（２）項における「角度変更手段」の一例を構成しているのである。
さらに、本実施形態においては、角度変更用ミラー６１と垂直変更機構６２と垂直変更用駆動回路６４とが互いに共同して前記（３）項における「第１変更部」の一例を構成し、角度変更用ミラー６１と水平変更機構６６と水平変更用駆動回路６７とが互いに共同して同項における「第２変更部」の一例を構成しているのである。
さらに、本実施形態においては、ポリゴンミラーが前記（４）項における「第１走査部」の一例を構成し、ガルバノミラー５４が同項または（５）項における「第２走査部」の一例を構成し、第１リレー光学系５７が前記（４）項における「リレー光学系」の一例を構成しているのである。
さらに、本実施形態においては、ハーフミラー７２が前記（６）項における「ミラー」の一例を構成し、第３リレー光学系７４が同項における「リレー光学系」の一例を構成しているのである。
さらに、本実施形態においては、角度変更用ミラー６１が前記（７）項における「ミラー」の一例を構成し、第２リレー光学系６８が同項における「リレー光学系」の一例を構成しているのである。
さらに、本実施形態においては、位置指定スイッチ８４が前記（１０）項における「設定手段」の一例を構成し、コンピュータ９２のうち図５におけるステップＳ１５０およびＳ１９０ないしＳ２１０を実行する部分が同項における「コントローラ」の一例を構成しているのである。
さらに、本実施形態においては、曲率変更部４０が前記（１３）項における「波面曲率変更手段」の一例を構成し、コンピュータ９２のうち図５におけるステップＳ１６０ないしＳ１８０を実行する部分が同項における「曲率変更指令手段」の一例を構成しているのである。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態と共通する要素が多いため、共通する要素については、同一の符号または名称を使用して引用することにより、詳細な説明を省略し、異なる要素についてのみ詳細に説明する。
図７に示すように、本実施形態に従う画像表示装置２は、第１実施形態と同様に、光束生成部１０、コリメート光学部３０、曲率変更部４０、走査部５０、角度変更部６０、光束誘導部７０、操作パネル８０および制御部９０を備えている。
画像表示装置２は、さらに、視線センサ１００を、第１実施形態には存在しない要素として備えている。この視線センサ１００は、観察者の視線を検出するために、光束誘導部７０のハーフミラー７２に投影された目の画像を撮像し、その撮像結果を表す画像データを制御部９０へ出力するＣＣＤカメラを含むように構成されている。
それら光束生成部１０、光ファイバー２０、コリメート光学部３０、曲率変更部４０、走査部５０、角度変更部６０、光束誘導部７０および視線センサ１００は、左右の瞳孔ＰＬ，ＰＲにそれぞれに対応して設けられている。
操作パネル８０は、画像表示装置２を起動・停止させるための電源スイッチ８２と、視線決定スイッチ１０２とを含むように構成されている。視線決定スイッチ１０２は、後述の画像表示プログラムが実行される際に標準となる視線の方向を決定するために操作されるスイッチである。
図８には、上述の画像表示プログラムの内容がフローチャートで概念的に表されている。以下、この画像表示プログラムを説明するが、図５に示す画像表示プログラムと共通するステップがあるため、共通するステップについては簡単に説明し、異なるステップについてのみ詳細に説明する。
この画像表示プログラムは、制御部９０のコンピュータ９２によって繰返し実行される。各回の実行時には、まず、ステップＳ４０８において、フラグがセットされているか否かが判定される。このフラグは、リセット状態で、後述の基準座標系の決定が未だ終了してはいないことを示し、セット状態で、その決定が終了したことを示す。このフラグは、コンピュータ９２の電源投入に伴ってリセット状態に初期化される。今回は、このフラグがリセット状態にあると仮定すれば、ステップＳ４０８の判定がＮＯとなり、ステップＳ４１０に移行する。
このステップＳ４１０においては、観察者に対し、視線を遠方に向けた状態で操作パネル８０の視線決定スイッチ１０２を操作することを促すためのメッセージが表示される。
具体的には、このステップＳ４１０においては、上述のメッセージを表わすメッセージ画像を表示するための各色信号が生成され、その生成された各色信号が各光束生成部１０に対して出力される。
各色信号が入力された各光束生成部１０においては、各色信号に基づいて各レーザドライバ１２，１４，１６が各レーザ１１，１３，１５を駆動し、これにより各レーザ１１，１３，１５から発生した光束がダイクロイックミラー１７により合成された後、結合光学系１８を経て光ファイバー２０へ出力される。
その出力された光束は、コリメート光学部３０，曲率変更部４０，走査部５０，角度変更部６０および光束誘導部７０を経て観察者の瞳孔Ｐに入射し、それにより、上述のメッセージ画像が観察者によって視認される。
このようにしてメッセージ画像を視認した後、観察者は、メッセージ画像に示されるメッセージに従い、視線を遠方に向けた状態で、操作パネル８０の視線決定スイッチ１０２を操作する。
次に、ステップＳ４２０において、観察者によって操作パネル８０の視線決定スイッチ１０２が操作されるのが待たれる。
視線決定スイッチ１０２が操作されたならば、ステップＳ４２０の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ４３０において、視線センサ１００から画像データが入力される。ここでは、各視線センサ１００から、光束誘導部７０のハーフミラー７２に投影された両眼ＥＬ，ＥＲの画像がそれぞれ入力される。
続いて、ステップＳ４４０において、ステップＳ４３０において入力された画像データに基づき、基準座標系が決定される。
具体的には、このステップＳ４４０においては、まず、ステップＳ４３０において入力された画像データに基づき、この画像データにより表わされる両眼ＥＬ，ＥＲの各画像について、白目部分を白、黒目部分を黒で表現する２値画像が、左右の眼ＥＬ，ＥＲのそれぞれについて生成される。
次に、図１０に示すように、左眼ＥＬの２値画像のうち、左眼ＥＬの白目部分を表わす白の領域を近似する楕円の中心位置が、２値画像における上下方向をｘ軸、左右方向をｙ軸とする直交座標系である上記基準座標系における第１基準位置ａ（０，０）（基準座標系の原点）として決定される。
続いて、同様にして、右眼ＥＲの２値画像のうち、右眼ＥＲの白目部分を表わす白の領域を近似する楕円の中心位置が、上記基準座標系における原点ａからｘ軸方向に両瞳孔ＰＬ，ＰＲ（両眼ＥＬ，ＥＲの眼球の回転中心）間の間隔ｄｅだけ離れた第２基準位置ｃ（ｄｅ，０）として決定される。
以上のようにして基準座標系が決定されると、図８におけるステップＳ４５０において、前述のフラグがセットされる。
その後、ステップＳ５１０において、初期化処理が行われる。この処理は、図５におけるステップＳ１１０と同様の処理である。
続いて、ステップＳ５２０において、外部から映像信号の入力が開始されるのが待たれる。
映像信号の入力が開始されたならば、ステップＳ５２０の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ５３０において、ポリゴンミラー５１およびガルバノミラー５４の動作が開始させられる。この処理は、図５におけるステップＳ１３０と同様の処理である。
その後、ステップＳ５４０において、ステップＳ５２０において入力が開始された映像信号により表わされる画像に基づく各色信号の生成が開始される。生成された各色信号は、各光束生成部１０に対して出力される。この処理は、図５におけるステップＳ１４０と同様の処理である。
続いて、ステップＳ５５２において、視線センサ１００から再度、画像データが入力される。この処理は、ステップＳ４３０と同様の処理である。
その後、ステップＳ５５４において、ステップＳ５５２において入力された画像データに基づき、輻輳点が決定される。この処理は、観察者における実際の輻輳点（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を決定するための処理である。
図９には、このステップＳ５５４の詳細が輻輳点決定ルーチンとして概念的に表わされている。
この輻輳点決定ルーチンにおいては、まず、ステップＳ７００において、ステップＳ５５２において入力された両眼ＥＬ，ＥＲの画像データに基づき、各画像データにより表わされる各眼ＥＬ，ＥＲの画像から上述の２値画像が生成される。
次に、ステップＳ７１０において、左眼ＥＬの２値画像のうち、左眼ＥＬの黒目部分を表わす黒の領域を近似する円の中心位置ｂの座標値が算出される。具体的には、このステップＳ７１０においては、図１０に示すように、図８におけるステップＳ４４０において決定された第１基準位置ａと、中心位置ｂとの間の所定距離から、この中心位置ｂの座標（ΔｘL，ΔｙL）が算出される。
続いて、図９におけるステップＳ７２０において、右眼ＥＲの２値画像のうち、右眼ＥＲの黒目部分を表わす黒の領域を近似する円の中心位置ｄの座標値が算出される。具体的には、このステップＳ７２０においては、図１０に示すように、ステップＳ４４０において決定された第２基準位置ｃと、中心位置ｄとの間の所定距離から、この中心位置ｄの座標（ｄｅ−ΔｘR，ΔｙR）が算出される。
その後、ステップＳ７３０において、ステップＳ７１０およびＳ７２０において算出された座標値に基づき、ｘ−ｚ平面すなわち水平面内において、前述の第１基準位置ａと輻輳点とを結ぶ直線とｚ軸の成す角度αHLと、前述の第２基準位置ｃと輻輳点とを結ぶ直線とｚ軸の成す角度αHRとが算出される。
具体的には、このステップＳ７３０においては、角度αHLと角度αHRとがそれぞれ、眼球の半径をｒｅで表わすとして、
αHL＝ｓｉｎ-1（ΔｘL／ｒｅ）
αHR＝ｓｉｎ-1（ΔｘR／ｒｅ）
なる各式を用いて算出される。
続いて、ステップＳ７４０において、ステップＳ７１０およびＳ７２０において算出された座標値に基づき、ｙ−ｚ平面すなわち垂直面内において、前述の第１基準位置ａ（または第２基準位置ｃ）と輻輳点とを結ぶ直線とｚ軸の成す角度αVが算出される。具体的には、このステップＳ７４０においては、角度αVが、
αV＝ｓｉｎ-1（ΔｙL／ｒｅ）
なる式を用いて算出される。
その後、ステップＳ７５０において、ステップＳ７３０およびＳ７４０において算出された角度に基づき、輻輳点が決定される。
具体的には、このステップＳ７５０においては、両瞳孔ＰＬ，ＰＲ間の間隔をｄｅで表わすとして、輻輳点（ｘ０，ｙ０，ｚ０）のｘ座標値ｘ０が、
ｘ０＝（ｄｅ・ｔａｎαHL）／（ｔａｎαHL＋ｔａｎαHR）
なる式を用いて算出される。さらに、輻輳点（ｘ０，ｙ０，ｚ０）のｙ座標値ｙ０が、
ｙ０＝（ｄｅ・ｔａｎαV）／（ｔａｎαHL＋ｔａｎαHR）
なる式を用いて算出される。さらにまた、輻輳点（ｘ０，ｙ０，ｚ０）のｚ座標値ｚ０が、
ｚ０＝ｄｅ／（ｔａｎαHL＋ｔａｎαHR）
なる式を用いて算出される。
以上で、この輻輳点決定ルーチンの一回の実行が終了する。
その後、図８におけるステップＳ５６０において、ステップＳ５５４において決定された輻輳点に基づき、観察者の瞳孔Ｐに入射する光束の曲率半径が決定される。この処理は、図５におけるステップＳ１６０と同様の処理である。
続いて、ステップＳ５７０において、曲率変更部４０における凸レンズ４２−ミラー４３間の間隔ｄｃの目標値が、観察者の瞳孔Ｐに入射する光束の曲率半径が、ステップＳ５６０において決定された曲率半径と等しくなるような間隔ｄｃ１と等しくなるように決定される。この処理は、図５におけるステップＳ１７０と同様の処理である。
その後、ステップＳ５８０において、曲率変更部４０における凸レンズ４２−ミラー４３間の間隔ｄｃの実際値が、ステップＳ５７０において決定された間隔ｄｃ１の目標値と等しくなるように変更される。この処理は、図５におけるステップＳ１８０と同様の処理である。
続いて、ステップＳ５９０において、観察者の瞳孔Ｐに入射する光束の走査中心線の角度の目標値が決定される。このステップＳ５９０においては、具体的には、図９におけるステップＳ７３０において算出された角度αHLと等しくなるように、左の瞳孔ＰＬに入射すべき光束の走査中心線の、水平面上における角度（瞳孔入射角）αHLの目標値が決定される。
さらに、図９におけるステップＳ７３０において算出された角度αHRと等しくなるように、右の瞳孔ＰＲに入射すべき光束の走査中心線の、水平面上における角度（瞳孔入射角）αHRの目標値が決定される。
さらに、図９におけるステップＳ７４０において算出された角度αVと等しくなるように、各瞳孔ＰＬ，ＰＲに入射すべき光束の走査中心線の、垂直面上における角度（瞳孔入射角）αVの目標値が決定される。
その後、図８におけるステップＳ６００において、角度変更部６０における角度変更用ミラー６１の傾き量の目標値が、光束誘導部７０から観察者の瞳孔Ｐに入射する光束の各瞳孔入射角αHL，αHR，αVの実際値が、ステップＳ５９０において決定された各瞳孔入射角αHL，αHR，αVの目標値と等しくなるように決定される。この処理は、図５におけるステップＳ２００と同様の処理である。
続いて、ステップＳ６１０において、角度変更部６０における角度変更用ミラー６１が、ステップＳ６００において決定された傾き量の目標値だけ傾けられる。この処理は、図５におけるステップＳ２１０と同様の処理である。
その後、ステップＳ６２０において、ステップＳ５２０において開始された映像信号の入力が継続しているか否かが判定される。
今回は、映像信号の入力が継続していると仮定すれば、ステップＳ６２０の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ５５２に戻る。
ステップＳ５５２ないしＳ６２０の実行が何回が繰り返されるうちに、映像信号の入力が継続しなくなったならば、ステップＳ６２０の判定がＮＯとなる。続いて、ステップＳ６４０において、ステップＳ５４０において開始された色信号の生成および出力が終了させられ、以上で、この画像表示プログラムの一回の実行が終了する。
この画像表示プログラムの次回の実行時には、前述のフラグがセット状態にあるため、ステップＳ４０８の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ４１０ないしＳ４４０がスキップされる。これにより、基準座標系の決定が重複して行われることが回避される。
以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、角度変更用ミラー６１の配置の最適化という比較的単純な手法により、観察者が虚像の表示位置の方向を広範囲に自由に変更することが可能となる。
さらに、本実施形態によれば、図８におけるステップＳ６１０の実行により、操作パネル８０の位置指定スイッチ８４により指定された表示位置に虚像が表示されるように各光束誘導部７０に入射する光束の走査中心角を変更することができる。
したがって、本実施形態によれば、操作パネル８０の位置指定スイッチ８４により指定された表示位置が輻輳点に一致する状態で、指定された表示位置に虚像が表示されるように、各光束誘導部７０に入射する光束の走査中心線の角度が変更される。
さらに、本実施形態においては、図５に示す画像表示プログラムの実行により、操作パネル８０の位置指定スイッチ８４により指定された表示位置が読み出され、その読み出された表示位置に基づいて曲率半径と走査中心線の角度とが決定される。
さらに、本実施形態によれば、観察者は、操作パネル８０の位置指定スイッチ８４を操作することにより、虚像を表示すべき瞳孔Ｐの前方における表示位置を任意に設定することができ、このようにして設定された表示位置に虚像が表示されるように、各光束誘導部７０に入射する光束の走査中心線の角度が変更される。
さらに、本実施形態においては、視線センサ１００の出力信号により表わされる両眼ＥＬ，ＥＲの画像データに基づいて輻輳点が決定される。具体的には、図９におけるステップＳ７５０が実行されることにより、視線センサ１００の出力信号により表わされる両眼ＥＬ，ＥＲの画像データに基づき、左右の視線が交差する位置、すなわち、観察者の実際の輻輳点が算出される。
さらに、本実施形態においては、そのようにして決定された輻輳点に基づき、各瞳孔ＰＬ，ＰＲに入射する光束の波面の曲率半径と、走査中心線の角度すなわち瞳孔入射角とが決定される。
したがって、本実施形態によれば、観察者は、視線を任意の方向に向けることにより、瞳孔の前方において虚像を表示することを希望する表示位置を任意に設定することが可能となる。
さらに、本実施形態においては、図８におけるステップＳ５８０が実行される結果、制御部９０からの指令を受けた曲率変更部４０により、光束生成部１０から出力された光束の曲率半径（波面曲率）が、観察者における瞳孔Ｐの位置（瞳孔Ｐに対応する位置）から、ステップＳ５５４において決定された輻輳点までの距離に応じた曲率半径に変更される。
ここで、光束に基づく虚像は、その光束の曲率半径の値が小さくなるほど観察者に近い位置に存在しているように観察者に認識される。一方、ステップＳ５５４において決定された輻輳点は、観察者の実際の輻輳点を意味している。
したがって、本実施形態によれば、光束に基づく虚像の位置すなわち実際の表示位置と、観察者の実際の輻輳点とが互いに一致するため、両位置がずれてしまうことに起因する違和感を観察者に抱かせずに済む。
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、両眼ＥＬ，ＥＲにそれぞれ設けられた視線センサ１００と、コンピュータ９２のうち図８におけるステップＳ５５４を実行する部分とが互いに共同して前記（１０）項における「設定手段」の一例を構成し、コンピュータ９２のうち図８におけるステップＳ５９０ないしＳ６１０を実行する部分が同項における「コントローラ」の一例を構成しているのである。
さらに、本実施形態においては、視線センサ１００が前記（１１）項における「視線検出手段」の一例を構成し、コンピュータ９２のうち図８におけるステップＳ５５４を実行する部分が同項における「制御手段」の一例を構成しているのである。
さらに、本実施形態においては、曲率変更部４０が前記（１４）項における「波面曲率変更手段」の一例を構成し、コンピュータ９２のうち図８におけるステップＳ５６０ないしＳ５８０を実行する部分が同項における「制御手段」の一例を構成しているのである。
以上、本発明の第１および第２実施形態を説明したが、本発明は、それら実施形態に種々の変形を加えた態様で実施することが可能である。
例えば、第１および第２実施形態においては、前述の画像表示プログラムのすべてのステップが制御部９０に内蔵されたコンピュータ９２によって実行されるようになっている。これに対し、それらステップの全部または一部が、画像表示装置１および２から物理的に独立した別のコンピュータであって、画像表示装置１および２に無線または有線で接続されたものによって実行される態様で本発明を実施することが可能である。
さらに、第１および第２実施形態においては、前述の画像表示プログラムが、制御部９０に内蔵されたメモリ９６から読み出されてコンピュータ９２によって実行されるようになっている。これに対し、制御部９０が、例えば、ＦＤやメモリーカードなどのリムーバブルな記録媒体に対してデータの読み出しおよび書き込むを行うことが可能に構成されている場合には、コンピュータ９２によって実行されるべき画像表示プログラムがその記録媒体から読み出されて実行される態様で本発明を実施することが可能である。
さらに、第１および第２実施形態においては、走査部５０が、主走査すなわち水平走査のためのポリゴンミラー５１と、副走査すなわち垂直走査のためのガルバノミラー５４とを含むように構成されている。これに対し、走査部５０が、主走査と副走査とを同じ光学素子としてのミラーを用いて行う態様で本発明を実施することが可能である。この態様を採用すれば、画像表示装置１および２の部品点数の削減が容易となり、それらの小型化も容易となる。
さらに、第１および第２実施形態においては、角度変更部６０が、走査部５０から入射した光束を、角度変更用ミラー６１で反射して光束誘導部７０へ向かわせるように構成されている。これに対し、角度変更部６０は、観察者の瞳孔Ｐと光学的に共役な位置関係を有するように配設することができれば、他の位置に配設してもよい。例えば、ポリゴンミラー５１から光束を受光して、その受光した光束を角度変更用ミラー６１で反射してガルバノミラー５４へ向かわせるような位置に角度変更部６０が配設される態様で本発明を実施してもよい。
さらに、第１実施形態においては、操作パネル８０の位置指定スイッチ８４により虚像の表示位置を設定できるように構成されている。これに対し、虚像の表示位置を設定するための構成として、入力キー等、表示位置を数値（例えば、瞳孔Ｐからの距離、方向などを表わす数値）で入力するための構成を採用する態様で本発明を実施することが可能である。
さらに、第１および第２実施形態においては、前述の画像表示プログラムの実行によって各種パラメータが算出・決定される際、左眼ＥＬの眼球における回転中心を原点とする直交座標系が使用される。これに対し、角度変更部６０の角度変更用ミラー６１の位置と観察者における瞳孔Ｐの位置（瞳孔Ｐに対応する位置）とが、光学的に共役な位置関係を有するという事実に着目することにより、瞳孔Ｐの位置を原点とする直交座標系を使用して各種パラメータを算出・決定する態様で本発明を実施することが可能である。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態と共通する要素が多いため、共通する要素については、同一の符号または名称を使用して引用することにより、詳細な説明を省略し、異なる要素についてのみ詳細に説明する。
第１実施形態においては、角度変更部６０が、角度変更用ミラー６１および第２リレー光学系６８を含むように構成されている。これに対し、本実施形態においては、角度変更部６０が、その角度変更部６０と走査部５０とに共通の光学素子としてのミラーを用いて構成されている。
図１１には、本実施形態に従う画像表示装置３が図１と同様にして示されている。この画像表示装置３においては、角度変更部６０の垂直変更機構６２および水平変更機構６６が、角度変更用ミラー６１の代わりにガルバノミラー５４の反射面を垂直方向および水平方向にそれぞれ傾けるように構成されている。その結果、角度変更部６０が走査部５０のうちのガルバノミラー５４と一体的に構成されている。
したがって、本実施形態によれば、ガルバノミラー５４が角度変更用ミラー６１としても利用することが可能となるため、第１実施形態に対し、角度変更用ミラー６１だけでなく第２リレー光学系６８も省略することが可能となる。
よって、本実施形態によれば、画像表示装置３の部品点数の削減が容易となり、ひいては、その画像表示装置３の小型化も容易となる。
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第２実施形態と共通する要素が多いため、共通する要素については、同一の符号または名称を使用して引用することにより、詳細な説明を省略し、異なる要素についてのみ詳細に説明する。
第２実施形態においては、図８におけるステップＳ６２０において、映像信号の入力が継続していると判定されると、ステップＳ５５２に戻るように構成されている。
これに対し、本実施形態においては、画像表示装置２の操作パネル８０に、輻輳点を変更するために観察者によって操作される輻輳点変更スイッチ（図示しない）が設けられている。
図１２には、本実施形態における画像表示プログラムの内容が概念的にフローチャートで表わされている。以下、この画像表示プログラムを説明するが、この画像表示プログラムは、第２実施形態における画像表示プログラムと共通するステップが多いため、共通するステップについては、同一の番号を使用して引用することにより、詳細な説明を省略し、異なるステップについてのみ詳細に説明する。
本実施形態における画像表示プログラムにおいては、ステップＳ４１０ないし６２０および６４０が第１実施形態と同様にして実行される。しかし、本実施形態においては、第１実施形態とは異なり、映像信号の入力が継続しているためにステップＳ６２０の判定がＹＥＳとなった後、直ちにステップＳ５５２に戻るのではなく、ステップＳ６３０において、観察者によって上述の輻輳点変更スイッチが操作されたか否かが判定される。
今回は、輻輳点変更スイッチが操作されてはいないと仮定すれば、ステップＳ６３０の判定がＮＯとなり、ステップＳ６２０に戻り、映像信号の入力が継続している限り、入力された映像信号に基づく色信号の生成およびその色信号の光束生成部１０への出力が継続される。
これに対し、今回は、輻輳点変更スイッチが操作されたと仮定すれば、ステップＳ６３０の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ５５２に戻り、再度、曲率半径および瞳孔入射角が決定され、必要に応じた変更がそれら曲率半径および／または瞳孔入射角に加えられる。
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に従う画像表示装置を説明する。本実施形態は、観察者の瞳孔Ｐの前方に配置されたミラーの角度が変更されることにより、観察者に対する虚像表示位置の方向が変更される点で第１ないし第４実施形態と異なる。
図１３には、本実施形態に従う画像表示装置が要部については光路図で、それ以外の部分についてはブロック図で簡略的に示されている。本実施形態は、光束生成部２００と走査部２０２とを含むように構成されている。光束生成部２００は前記光束生成部１０と基本的な構成が共通するように構成され、走査部２０２は前記走査部５０と基本的な構成が共通するように構成されている。走査部２０２は、光束生成部２００から出射した光束を水平方向と垂直方向とに２次元的に走査する。
図１３に示すように、走査部２０２から出射した光束は、光束誘導部２１０によって角度変更部２１４に誘導される。角度変更部２１４は、瞳孔Ｐの前方に配置されたミラー２２０を備えている。
ミラー２２０は、角度変更部２１４のうちの図示しないフレームに回転可能に支持されている。具体的には、ミラー２２０は、ミラー２２０の中心位置を中心に、水平軸線まわりの回転と垂直軸線まわりの回転とが可能な状態で支持されている。ミラー２２０の中心位置は、ミラー２２０と、光束誘導部２１０から出射する光束の走査角の中心線（図１３において一点鎖線で示す。）との交点と一致する。
そのような回転を実現するために、ミラー２２０は、駆動源としてのモータ２２２を含む駆動装置２２４に接続されている。駆動装置２２４は、前記制御部９０と基本的な構成が共通する制御部２２６によって制御される。
図１３には、ミラー２２０に入射する光束の走査角の中心線と、ミラー２２０から出射する光束の走査角の中心線との成す角度が、破線で示す第１角度位置については、「θｍ１」、実線で示す第２角度位置については、「θｍ２」でそれぞれ表わされている。図１３に示す例においては、角度θｍ１から角度θｍ２への変更が、瞳孔入射角の変更に対応し、この変更に伴い、観察者に対する虚像表示位置の方向が変更される。
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、光束生成部２００が前記（１）項における「光束生成手段」の一例を構成し、走査部２０２が同項における「走査手段」の一例を構成し、光束誘導部２１０が同項における「誘導手段」の一例を構成し、角度変更部２１４が同項における「角度変更手段」の一例を構成しているのである。
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態に従う画像表示装置を説明する。ただし、本実施形態は、虚像表示位置変更のためにミラー２２０が運動させられる軌跡が第５実施形態と異なるのみで、他の点については共通するため、共通する要素については、同一の名称または符号を使用して引用することにより、詳細な説明を省略し、異なる要素についてのみ詳細に説明する。
図１４に示すように、本実施形態においては、走査部２０２から出射した光束が光束誘導部２１０によって角度変更部２４０に誘導される。角度変更部２４０は、ミラー２２０を備えている。
ミラー２２０は、そのミラー２２０と、光束誘導部２１０から入射する光束との成す角度が変化するように、角度変更部２４０のうちの図示しないフレームに運動可能に支持されている。具体的には、ミラー２２０は、そのミラー２２０と、光束誘導部２１０から入射する光束との成す角度が変化しても、ミラー２２０で反射して瞳孔Ｐに入射する光束が瞳孔Ｐ内の同じ位置Ｐ１に収束する軌跡を描くように運動させられるように支持されている。この運動は、ミラー２２０の中心位置まわりの回転運動と、ミラー２２０の並進運動との複合運動である。
そのため、本実施形態においては、第５実施形態とは異なり、ミラー２２０が回転させられる際に、ミラー２２０の中心位置が、光束誘導部２１０から入射する光束の光路に沿って移動させられる。
そのようなミラー２２０の運動を実現するために、ミラー２２０は、駆動源としてのモータ２４２と、そのモータ２４２のシャフトの回転運動を上述の複合運動に変換する運動変換機構２４４とを含む駆動装置２４６に接続されている。
運動変換機構２４４は、ミラー２２０の回転運動のための第１部分と、ミラー２２０の並進運動のための第２部分とを含むように構成されるが、図１４には、第２部分のみが示されている。この第２部分は、モータ２４２のシャフトの回転運動を直線運動に変換するためのボールねじを主体として構成されている。駆動装置２４６は、前記制御部９０と基本的な構成が共通する制御部２４８によって制御される。
図１４には、ミラー２２０に入射する光束の走査角の中心線と、ミラー２２０から出射する光束の走査角の中心線との成す角度が、破線で示す第１角度位置については、「θｍ１」、実線で示す第２角度位置については、「θｍ２」でそれぞれ表わされている。図１４に示す例においては、角度θｍ１から角度θｍ２への変更が、瞳孔入射角の変更に対応し、この変更に伴い、観察者に対する虚像表示位置の方向が変更される。
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、光束生成部２００が前記（１）項における「光束生成手段」の一例を構成し、走査部２０２が同項における「走査手段」の一例を構成し、光束誘導部２１０が同項における「誘導手段」の一例を構成し、角度変更部２４０が同項における「角度変更手段」の一例を構成しているのである。
以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、前記［課題を解決するための手段］の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
本発明の第１実施形態に従う画像表示装置を示す系統図である。 図１における曲率変更部の構成および作動を説明するための正面図である。 図１における角度変更部を示す正面図である。 図１に示す画像表示装置において角度変更部および光束誘導部を経て瞳孔に入射する光束を説明するための光路図である。 図１におけるコンピュータによって実行される画像表示プログラムの内容を概念的に表すフローチャートである。 観察者の両眼と輻輳点とを直交座標系上において表現する平面図である。 本発明の第２実施形態に従う画像表示装置の構成を示す系統図である。 図７におけるコンピュータにより実行される画像表示プログラムの内容を概念的に表すフローチャートである。 図８におけるステップＳ５５４を輻輳点決定ルーチンとして概念的に表すフローチャートである。 図７における視線センサから入力された画像データにより表される両眼の画像を示す正面図である。 本発明の第３実施形態に従う画像表示装置の構成を示す系統図である。 本発明の第４実施形態に従う画像表示装置における画像表示プログラムの内容を概念的に表すフローチャートである。 本発明の第５実施形態に従う画像表示装置を示す光路図である。 本発明の第６実施形態に従う画像表示装置を示す光路図である。
符号の説明
１０ 光束生成部
４０ 曲率変更部
５０ 走査部
６０ 角度変更部
７０ 光束誘導部
８４ 位置指定スイッチ
９０ 制御部
１００ 視線センサ
１０２ 視線決定スイッチ


Claims (12)

  1. 観察者の瞳孔に光束を入射させてその光束によって網膜上に画像を投影することにより、画像を表示する画像表示装置であって、
    前記画像に対応した光束を生成して出力する光束生成手段と、
    その光束生成手段により出力された光束を走査する走査手段と、
    その走査手段により走査された光束を前記瞳孔に導く誘導手段と、
    前記走査手段により光束が走査される走査角の中心線である走査中心線の、前記瞳孔に対する入射角である瞳孔入射角を変更する角度変更手段と
    を含む画像表示装置。
  2. 前記角度変更手段は、前記走査手段から前記誘導手段へ至る経路のうち、前記瞳孔の位置と光学的に共役な位置に配設されている請求項１に記載の画像表示装置。
  3. 前記角度変更手段は、
    前記瞳孔入射角を第１の変更方向に関して変更する第１変更部と、
    前記瞳孔入射角を前記第１の変更方向と交差する第２の変更方向に関して変更する第２変更部と
    を含む請求項１または２に記載の画像表示装置。
  4. 前記走査手段は、
    前記光束を第１の走査方向に走査する第１走査部と、
    その第１走査部により走査された光束を前記第１の走査方向と交差する第２の走査方向に走査する第２走査部と、
    前記第１走査部から前記第２走査部へ前記光束を導くリレー光学系と
    を、前記第１走査部と前記第２走査部とが光学的に共役な位置関係となるように備えた請求項１ないし３のいずれかに記載の画像表示装置。
  5. 前記角度変更手段と前記第２走査部とは、光学的に共役な位置関係にある請求項４に記載の画像表示装置。
  6. 前記誘導手段は、
    前記瞳孔の前方に配設されるミラーと、
    前記走査手段により走査された光束を前記ミラーへ導くリレー光学系と
    を、前記走査手段からの光束の出射位置と前記瞳孔の位置とが光学的に共役な位置関係となるように備えた請求項１ないし５のいずれかに記載の画像表示装置。
  7. 前記角度変更手段は、前記瞳孔の位置と光学的に共役な位置に配設されたミラーを含み、当該画像表示装置は、さらに、前記走査手段により走査された光束を前記ミラーへ導くリレー光学系を含み、
    前記走査手段からの光束の出射位置と前記ミラーとは、光学的に共役な位置関係にある請求項１ないし６のいずれかに記載の画像表示装置。
  8. 前記角度変更手段は、前記走査手段と共通の光学手段を用いて前記瞳孔入射角の変更を行う請求項１ないし７のいずれかに記載の画像表示装置。
  9. 前記走査手段は、
    前記光束を第１の走査方向に走査する第１走査部と、
    前記光束を前記第１の走査方向と交差する第２の走査方向に前記第１走査部より低速に走査する第２走査部と
    を含み、前記角度変更手段は、前記第２走査部と共通の光学手段を用いて前記瞳孔入射角の変更を行う請求項１ないし８のいずれかに記載の画像表示装置。
  10. 前記走査手段、前記誘導手段および前記角度変更手段はそれぞれ、前記観察者における左右の瞳孔にそれぞれ対応して設けられており、
    当該画像表示装置は、さらに、
    外部からの指令を受けて、前記瞳孔の前方において前記虚像を表示すべき表示位置を設定する設定手段と、
    左右の瞳孔に関し、前記各誘導手段から各瞳孔へ入射する光束の前記走査中心線をその入射方向とは逆向きに延長した場合の両延長線が、前記設定手段により設定された表示位置で交差するように、左右の瞳孔に関し、前記各角度変更手段を制御するコントローラと
    を含む請求項１ないし９のいずれかに記載の画像表示装置。
  11. 前記設定手段は、観察者の左右の視線を検出する視線検出手段と、その視線検出手段により検出された左右の視線が交差する位置を前記表示位置として設定する手段とを含む請求項１０に記載の画像表示装置。
  12. 前記設定手段は、観察者の操作を受けて、前記表示位置を任意に設定できるように構成されている請求項１０に記載の画像表示装置。


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Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006019028A1 (ja) * 2004-08-19 2006-02-23 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha 瞳孔検出装置およびそれを備えた画像表示装置
WO2006035737A1 (ja) * 2004-09-29 2006-04-06 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha 網膜走査型ディスプレイ
JP2006098570A (ja) * 2004-09-29 2006-04-13 Brother Ind Ltd 網膜走査型ディスプレイ
JP2006251125A (ja) * 2005-03-09 2006-09-21 Brother Ind Ltd 網膜走査型ディスプレイ
JP2006251126A (ja) * 2005-03-09 2006-09-21 Brother Ind Ltd 網膜走査型ディスプレイ
JP2006276633A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Brother Ind Ltd 画像表示装置
WO2006118057A1 (ja) * 2005-04-26 2006-11-09 National University Corporation NARA Institute of Science and Technology 画像表示装置
JP2007178941A (ja) * 2005-12-28 2007-07-12 Brother Ind Ltd 画像表示装置、網膜走査型画像表示装置及びハーフミラー
JP2008009326A (ja) * 2006-06-30 2008-01-17 Brother Ind Ltd 画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置
JP2008509438A (ja) * 2004-08-06 2008-03-27 ユニヴァーシティ オブ ワシントン 可変固定視距離で走査される光表示装置
JP2008145701A (ja) * 2006-12-08 2008-06-26 Canon Inc 画像表示装置及び画像表示システム
JP2008176096A (ja) * 2007-01-19 2008-07-31 Brother Ind Ltd 画像表示装置
JP2008191512A (ja) * 2007-02-06 2008-08-21 Brother Ind Ltd 光散乱素子、光散乱装置、照明装置及び網膜走査型画像表示装置
JP2009258686A (ja) * 2008-03-28 2009-11-05 Panasonic Corp 画像表示装置および画像表示方法
JP2016038484A (ja) * 2014-08-08 2016-03-22 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置及び方法
KR20160129080A (ko) * 2014-03-03 2016-11-08 아이웨이 비전 엘티디. 눈 투영 시스템
CN108693648A (zh) * 2017-03-29 2018-10-23 精工爱普生株式会社 图像显示装置
JP2018533049A (ja) * 2015-09-02 2018-11-08 アイウェイ ビジョン リミテッドＥｙｅＷａｙ Ｖｉｓｉｏｎ Ｌｔｄ． 目投影システム及び方法

Cited By (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008509438A (ja) * 2004-08-06 2008-03-27 ユニヴァーシティ オブ ワシントン 可変固定視距離で走査される光表示装置
US8248458B2 (en) 2004-08-06 2012-08-21 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Variable fixation viewing distance scanned light displays
US7637615B2 (en) 2004-08-19 2009-12-29 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Device for tracking pupil of eyeball using intensity changes of reflected light from eyeball and image display using the same
WO2006019028A1 (ja) * 2004-08-19 2006-02-23 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha 瞳孔検出装置およびそれを備えた画像表示装置
US7637616B2 (en) 2004-09-29 2009-12-29 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Retinal scanning display with exit pupil expanded by optics offset from intermediate image plane
JP4635543B2 (ja) * 2004-09-29 2011-02-23 ブラザー工業株式会社 網膜走査型ディスプレイ
US7887186B2 (en) 2004-09-29 2011-02-15 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Retinal scanning display with exit pupil expanded by optics offset from intermediate image plane
JP2006098570A (ja) * 2004-09-29 2006-04-13 Brother Ind Ltd 網膜走査型ディスプレイ
WO2006035737A1 (ja) * 2004-09-29 2006-04-06 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha 網膜走査型ディスプレイ
JP2006251125A (ja) * 2005-03-09 2006-09-21 Brother Ind Ltd 網膜走査型ディスプレイ
JP4591123B2 (ja) * 2005-03-09 2010-12-01 ブラザー工業株式会社 網膜走査型ディスプレイ
JP2006251126A (ja) * 2005-03-09 2006-09-21 Brother Ind Ltd 網膜走査型ディスプレイ
JP4650032B2 (ja) * 2005-03-09 2011-03-16 ブラザー工業株式会社 網膜走査型ディスプレイ
JP2006276633A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Brother Ind Ltd 画像表示装置
WO2006118057A1 (ja) * 2005-04-26 2006-11-09 National University Corporation NARA Institute of Science and Technology 画像表示装置
JP2007178941A (ja) * 2005-12-28 2007-07-12 Brother Ind Ltd 画像表示装置、網膜走査型画像表示装置及びハーフミラー
JP2008009326A (ja) * 2006-06-30 2008-01-17 Brother Ind Ltd 画像表示装置及び網膜走査型画像表示装置
US7967437B2 (en) 2006-12-08 2011-06-28 Canon Kabushiki Kaisha Retinal scanning image display apparatus and image display system
JP2008145701A (ja) * 2006-12-08 2008-06-26 Canon Inc 画像表示装置及び画像表示システム
JP2008176096A (ja) * 2007-01-19 2008-07-31 Brother Ind Ltd 画像表示装置
JP2008191512A (ja) * 2007-02-06 2008-08-21 Brother Ind Ltd 光散乱素子、光散乱装置、照明装置及び網膜走査型画像表示装置
JP2009258686A (ja) * 2008-03-28 2009-11-05 Panasonic Corp 画像表示装置および画像表示方法
KR20160129080A (ko) * 2014-03-03 2016-11-08 아이웨이 비전 엘티디. 눈 투영 시스템
KR102139268B1 (ko) * 2014-03-03 2020-07-30 아이웨이 비전 엘티디. 눈 투영 시스템
JP2016038484A (ja) * 2014-08-08 2016-03-22 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置及び方法
JP2018533049A (ja) * 2015-09-02 2018-11-08 アイウェイ ビジョン リミテッドＥｙｅＷａｙ Ｖｉｓｉｏｎ Ｌｔｄ． 目投影システム及び方法
US11079601B2 (en) 2015-09-02 2021-08-03 Eyeway Vision Ltd. Eye projection system and method
CN108693648A (zh) * 2017-03-29 2018-10-23 精工爱普生株式会社 图像显示装置
CN108693648B (zh) * 2017-03-29 2022-08-02 精工爱普生株式会社 图像显示装置

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