JP2010175829A - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】起動及び停止時の操作の手間を省きつつ、停止時の電源の切り忘れを防止することができるヘッドマウントディスプレイを提供する。
【解決手段】ユーザの眼に画像情報に基づいた画像光を入射してユーザに画像を視認させるヘッドマウントディスプレイにおいて、画像光を開口部から出射する画像形成部と、前記開口部を設けた筐体に回動自在に取付けられ、前記画像形成部から出射された画像光の少なくとも一部を反射してユーザの眼に入射する反射板と、前記反射板の回動位置を検出する検出部とを備え、前記検出部による検出結果に応じて前記画像形成部の起動及び停止を行うこととした。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像表示装置に関し、特に、利用者の頭部に装着し、利用者の眼の前方に透過性を有するハーフミラーを設けたヘッドマウントディスプレイに関する。

従来、利用者の眼の前方に大きな画像として視認されるように画像表示するヘッドマウントディスプレイがあり、これは、一般に、画像情報に基づいた画像光を出射する投影ユニットと、この投影ユニットの開口部から出射された画像光を反射して利用者の眼に入射する反射板を備えている。この反射板として透過性を有するハーフミラーを採用したヘッドマウントディスプレイは、投影ユニットから射出された画像光を利用者の眼に入射するだけでなく、ハーフミラーを通して前方の外光を同時に視認させることができる。このハーフミラーは、一般的に、投影ユニット又はこの投影ユニットを支持するフレームに一端が固定されている（例えば、特許文献１及び同２）。

特開２００８−９３２６号公報 特開２００８−１７６０９６号公報

しかしながら、ハーフミラーが画像光を利用者の眼に反射可能な位置に保持された状態、すなわち投影ユニット等から突出した状態でフレーム等に固定されていると、頭部への装着時や保管の際に破損するおそれがある。そこで、ハーフミラーを投影ユニットの開口部を塞ぐことができるように開閉自在とすることが考えられる。
ところが、ハーフミラーを回動させて投影ユニットの開口部を開閉可能とすると、ヘッドマウントディスプレイを使用する場合、これを起動する際の電源を入れる手間の他にハーフミラーを開く手間が必要となる。また、不使用時にはハーフミラーで投影ユニットの開口部を閉塞するようにしておいた場合、ヘッドマウントディスプレイの使用が終わって停止する際には、電源を切る手間とハーフミラーを閉じる手間が必要となる。さらに、電源を切る前にハーフミラーを閉じてしまうと、その後に電源を切り忘れるおそれもある。

そこで、本発明は上述の課題に鑑み、起動及び停止時の操作の手間を省きつつ、停止時の電源の切り忘れを防止することができるヘッドマウントディスプレイを提供することを目的とする。

本発明においては上記課題を解決するために以下の手段を講じた。

（１）画像情報に基づいてユーザの眼に画像光を入射してユーザに画像を視認させるヘッドマウントディスプレイにおいて、画像光を開口部から出射する画像形成部と、前記開口部を設けた筐体に回動自在に取付けられ、前記画像形成部から出射された画像光の少なくとも一部を反射してユーザの眼に入射する反射板と、前記反射板の回動位置を検出する検出部と、を備え、前記検出部による検出結果に応じて前記画像形成部の起動及び停止を行うヘッドマウントディスプレイとした。

（２）上記（１）に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記反射板は、その回動により前記開口部を開閉し、前記反射板によって前記開口部が閉状態から開状態となったときに前記画像形成部を起動し、前記開口部が開状態から閉状態となったときに前記画像形成部を停止することを特徴とする。

（３）上記（２）に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記反射板は、開状態では前記筐体から突出し、閉状態では前記筐体に収納されることを特徴とする。

（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記検出部は、前記反射板が所定回動位置にあるときに当該反射板に押下されるスイッチであることを特徴とする。

（５）上記（１）〜（３）のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記検出部は、前記反射板の位置を検出する非接触型センサであることを特徴とする。

（６）上記（１）〜（５）のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記反射板の一端が前記開口部の一端に回動可能に軸支されていることを特徴とする。

（７）上記（１）〜（６）のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記反射板を回動する駆動部を設けたことを特徴とする。

（８）上記（６）又は（７）に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記ハーフミラーの他端部に第１のマグネットが配設され、前記筐体には、前記開口部が閉状態となったときに前記反射板の他端部が対向する位置に第２のマグネットを配置したことを特徴とする。

本発明によれば、画像光を反射してユーザの眼に入射する反射板を回動させることで画像形成部の起動及び停止がなされるため、例えば、別途電源スイッチなどの操作を行う必要が無くなり、画像形成部の起動及び停止を行う際の手間を省くことが可能となる。

利用者の頭部に網膜走査型ディスプレイを装着した状態を上方から見た模式図である。 眼鏡型フレームに網膜走査型ディスプレイを取り付ける状態を示す斜視図である。 網膜走査型ディスプレイの投影ユニットを利用者側から見た模式的な斜視図である。 投影ユニットの内部の検出部を説明するための模式的な平面図である。 網膜走査型ディスプレイの起動及び停止を説明するためのフローチャートである。 外部からの画像信号を受けてから、利用者の網膜上に画像を投影するまでの過程を説明するための網膜走査型ディスプレイの構成図である。 他の実施形態に係る投影ユニットの説明図である。

以下、本発明に係るヘッドマウントディスプレイの一実施形態について、図面を用いて具体的に説明する。本実施形態では、ヘッドマウントディスプレイを網膜走査型ディスプレイとして説明する。

図１は、利用者の頭部に眼鏡型フレームを介して網膜走査型ディスプレイを装着した状態を上方から見た模式図である。図２は、眼鏡型フレームに網膜走査型ディスプレイを取り付ける状態を示す斜視図である。図３は網膜走査型ディスプレイの投影ユニットを利用者側から見た模式的な斜視図であり、図３（ａ）はハーフミラーが閉じた状態を、図３（ｂ）はハーフミラーが開いた状態を夫々表す。図４は投影ユニットの内部の検出部を説明するための模式的な平面図であり、図４（ａ）はハーフミラーが閉じた状態を、図４（ｂ）はハーフミラーが開いた状態を夫々表す。図５は、網膜走査型ディスプレイの起動及び停止を説明するためのフローチャートである。図６は、外部からの画像信号を受けてから、利用者の網膜上に画像を投影するまでの過程を説明するための網膜走査型ディスプレイの構成図である。

〔網膜走査型ディスプレイの概要〕
図１に示すように、ヘッドマウントディスプレイの一例である本実施形態に係る網膜走査型ディスプレイ１は、画像光Ｚ２を生成するための光源部となる本体ユニット１０と、ユーザである利用者５０の眼８０の網膜上で走査される画像光Ｚ２を出射する投影ユニット１００と、投影ユニット１００に取り付けられ、当該投影ユニット１００から出射された画像光Ｚ２を反射するハーフミラー１５０を反射板として備えている。

本実施形態では、本体ユニット１０と投影ユニット１００とにより画像形成部を構成しており、これら本体ユニット１０と投影ユニット１００とをケーブル３０により接続している。

本体ユニット１０は、利用者５０の胸ポケット等に収納可能であり、後述する制御部１１や画像信号供給回路１２（図６参照）を備え、外部から入力した画像信号等の画像情報に基づいて変調された画像形成用の光を生成することができる。この本体ユニット１０で生成した光がケーブル３０の光ファイバを介して投影ユニット１００の投影部１０１に導かれ、投影部１０１から出射された画像光Ｚ２がハーフミラー１５０により反射されて利用者の眼８０に入射される。こうして、利用者５０は、画像光Ｚ２により形成される投影像と、ハーフミラー１５０を介して利用者５０の眼８０に入射される外光Ｚ１により結像する外界の実像とを重ねて見ることができる。

なお、本実施形態では、反射板としてハーフミラー１５０を用いることにより、外光Ｚ１が利用者５０の眼８０に入射するシースルー型のヘッドマウントディスプレイとしているが、ホログラム板（レーザ波長を反射）や反射フィルタ（レーザ波長のみ反射）、あるいは普通のミラーであっても構わない。

〔網膜走査型ディスプレイの具体的な構成〕
投影ユニット１００は、図１及び図２に示すように、平面視略Ｌ字状の筐体１１０に収納されて構成されており、眼鏡型フレーム２５０に、後述する固定具１３０を介して装着されている。

そして、利用者５０の眼８０の前方部分に位置する筐体１１０の先端面に開口部１２０を形成し、この開口部１２０の一方の開口縁にハーフミラー１５０の一端を回動自在に軸支して、開口部１２０を開閉自在としている。すなわち、ハーフミラー１５０は、その回動によって筐体１１０の開口部１２０を開閉することができ、開状態では前記筐体１１０から突出し、閉状態では前記筐体１１０に収納されることになる。したがって、ハーフミラー１５０は、この開口部１２０の開状態のときに出射された画像光Ｚ２を反射させることができる。

また、詳しくは後述するが、投影ユニット１００の筐体１１０の内部には、ハーフミラー１５０による開口部１２０の開閉を検出する検出部７が設けられており、この検出部７は前記ケーブル３０を介して制御部１１と接続している。本実施形態では、この制御部１１が画像形成部（本体ユニット１０及び投影ユニット１００）の給電についても制御している。

投影ユニット１００の投影部１０１は、光ファイバを介して入射された画像形成用の光を２次元方向に走査する光スキャナ部１０３と、この光スキャナ部１０３に光ファイバから入射した画像光を導くリレー光学系１０４と、光スキャナ部１０３から走査された画像光Ｚ２を筐体１１０の開口部１２０から出射するリレー光学系１０５を備えている。そして、開口部１２０から出射された画像光Ｚ２が、ハーフミラー１５０により反射されて利用者の眼８０に入射されることになる。なお、投影部１０１の構成については、後に図６を参照して詳述する。

図１〜図３に示すように、ハーフミラー１５０は、その一端が開口部１２０の前方端部に縦方向に配設された回転軸３０１によって回動可能に軸支され、開口部１２０を開閉自在としている。

ハーフミラー１５０は、回転軸３０１を中心として水平方向に回動し、図１及び図３に示すように、開口面に対し９０度以内の角度で開くように構成されている。したがって、ハーフミラー１５０を開方向に所定角度回動させ、開口部１２０が開状態のときに、当該開口部１２０から出射された画像光Ｚ２をハーフミラー１５０により反射して利用者の眼８０に入射させることができる。他方、網膜走査型ディスプレイ１の不使用時などは、ハーフミラー１５０を閉じて開口部１２０を覆えば、この開口部１２０内にごみなどが溜まることを防止することができる。なお、図３（ｂ）に示すように、ハーフミラー１５０を閉じて収納状態としたときに接する開口部１２０の利用者側の縦端面を水平方向に湾曲させており、ハーフミラー１５０との接触を線接触としてハーフミラー１５０を閉じた時のハーフミラー１５０への接触負荷を可及的に小さくしている。

また、ハーフミラー１５０は、投影ユニット１００の筐体１１０の上面から突出した回転軸３０１に連設されており、利用者５０がその回転軸３０１をつまんで回転させることで回動する。すなわち、利用者５０が任意にハーフミラー１５０を回動させて開口部１２０の開閉を行うことができる。

かかるハーフミラー１５０による開口部１２０の開閉は、筐体１１０の内部に設けられた検出部７により検出することができる。そして、制御部１１が、検出部７による検出結果に応じて網膜走査型ディスプレイ１の起動及び停止、すなわち、画像形成部（本体ユニット１０及び投影ユニット１００）の起動及び停止を行っている。なお、検出部７や制御部１１には、常時、必要なだけの給電が行われているものとする。

このように、ハーフミラー１５０による開口部１２０の開閉によって、網膜走査型ディスプレイ１は起動及び停止するため、網膜走査型ディスプレイ１を利用する際に、例えば、別途電源スイッチなどの操作を行う必要が無く、網膜走査型ディスプレイ１の起動及び停止を行う際の手間を省くことができる。

本実施形態における検出部７は、ハーフミラー１５０によって開口部１２０が閉状態又は開状態のときに当該ハーフミラー１５０に押下される機械的なスイッチ構造を有している。具体的には、図４に示すように、投影ユニット１００の開口部１２０の内側に、ハーフミラー１５０の回動角度を決定するストッパー４００を配設し、このストッパー４００の前端側（開口部１２０側）に、回動するハーフミラー１５０の位置によって動作するボタンスイッチ４０２を設けている。

ストッパー４００は、筐体１１０の内部の上面から縦板を垂設して形成され、ハーフミラー１５０が回転軸３０１を中心に回動したときに、画像光Ｚ２を利用者５０の眼８０に導入できる位置で止まるように位置している。すなわち、ハーフミラー１５０の後端面４０１がストッパー４００と接することでハーフミラー１５０の回動が規制され、開口部１２０のハーフミラー１５０による開口度が規制される。

そして、このストッパー４００に設けられたボタンスイッチ４０２は、図４に示すように、ハーフミラー１５０が閉状態の場合はオフの状態であるが、ハーフミラー１５０が全開状態のときにはハーフミラー１５０の後端面４０１により押下されてオン状態となる。このボタンスイッチ４０２の機械的に動作によるオンオフ信号が制御部１１によって検知され、制御部１１による給電制御機能により本体ユニット１０及び投影ユニット１００を含む網膜走査型ディスプレイ１の起動及び停止が行われる。すなわち、電源のオン、オフがなされる。

また、ハーフミラー１５０の後端面４０１とボタンスイッチ４０２の頭部を接点とし、ハーフミラー１５０が開く方向に回動してハーフミラー１５０の後端面４０１がボタンスイッチ４０２の頭部に接してこれを押下げると電気回路が形成されて電源が入るような構成とすることも考えられる。この場合、ハーフミラー１５０が閉じる方向に回動して後端面４０１がボタンスイッチ４０２と離れると網膜走査型ディスプレイ１の電源が切れて停止するのである。この場合、制御部１１を介することなく、網膜走査型ディスプレイ１の起動、停止を行うことができる。なお、ここで停止とは、網膜走査型ディスプレイ１の電源を完全に遮断する場合の他、待機電力が供給されている場合であれば、その待機状態に移行する場合を含む。

また、上記ボタンスイッチ４０２を、ストッパー４００にではなく、ストッパー４００と対向したハーフミラー１５０の回転軸３０１側の開口部１２０の縁に設け、ハーフミラー１５０により開口部１２０が閉じた状態のときにハーフミラー１５０の後端面４０１がボタンスイッチ４０２を押下げる構成とすることも可能である。

この場合、図３（ｂ）に示すように、不使用時や装着時などにおいてハーフミラー１５０を閉じた状態を維持するためのマグネットを投影ユニット１００に設けた構成とするとよい。
すなわち、図３（ｂ）に示すように、回転軸３０１側を一端とするハーフミラー１５０の他端部、すなわち、ハーフミラー１５０が開いた状態で、利用者側から見て右側端部となる位置に第１のマグネット５５０を配設する一方、開口部１２０が閉状態となったときに、開口部１２０の縁などであって、ハーフミラー１５０の他端部と対向する位置に第２のマグネット５５１を配設するのである。

なお、第１のマグネット５５０及び第２のマグネット５５１の各位置は、ハーフミラー１５０と開口部１２０の縁部とが対向する位置関係にあれば適宜設けることができる。本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、互いに矩形板状とした第１、第２のマグネット５５０，５５１をハーフミラー１５０の端部と、この端部に対向する開口部１２０の内縁に設けている。また、ハーフミラー１５０の上縁又は下縁に第１のマグネット５５０を設置し、開口部１２０の対向する部分に第２のマグネット５５１を設けることもできる。さらに、ハーフミラー１５０と開口部１２０の縁とを一部マグネットとして、ハーフミラー１５０を閉じた状態を維持することもできる。

このように、第１、第２のマグネット５５０，５５１を投影ユニット１００に配置することにより、例えばハーフミラー１５０の閉止動作の際に、第１、第２のマグネット５５０，５５１同士が接近すると、磁力によってハーフミラー１５０が急激に開口部１２０側に引きつけられ、確実に開口部１２０を閉じる。このとき、ハーフミラー１５０の後端面４０１が、ストッパー４００と対向する開口部１２０の縁に設けられたボタンスイッチ４０２を押下げる。したがって、ボタンスイッチ４０２の押し下げストロークなどは、ハーフミラー１５０が開口部１２０に近接する僅かなストロークで足りるため、検出部７をコンパクトに構成することができる。また、この場合は、ハーフミラー１５０を磁力に抗して回動して開口部１２０から離隔させると、押し下げられていたボタンスイッチ４０２が即座に復帰するため、検出部７のレスポンスの向上が図れる。

当然ではあるが、かかるマグネット５５０，５５１については、検出部７の構成とは関係なく配設することができ、磁力によってハーフミラー１５０を投影ユニット１００の筐体１１０側にしっかりと保持することができる。したがって、収納の際や装着の際にはハーフミラー１５０の出っ張りなどがなくなるため、ミラーによる投影ユニット１００を含む画像形成部をコンパクトな状態に維持することができ、なおかつハーフミラー１５０の破損を防止することができる。

このようにハーフミラー１５０の回動に連動して網膜走査型ディスプレイ１の起動及び停止を行うことができるのでハーフミラー１５０の回動の他に、別途、電源をオン又はオフする手間が省ける。また、ハーフミラー１５０を閉じれば電源が切れるので電源スイッチの切り忘れが生ずることがなく、これにより、無駄な電力の消費を防止することができる。また、ハーフミラー１５０が開状態であって、筐体１１０から突出した状態の使用状態から、ハーフミラー１５０を閉じて電源をオフすると、ハーフミラー１５０は筐体１１０側に収納された状態となるため、ハーフミラー１５０が突出状態のままで電源オフとするものに比べ、携行時や保管時において、ハーフミラー１５０を破損するおそれが可及的に減少する。

また、開口部１２０をハーフミラー１５０で閉じると、開口部１２０内への塵などの侵入を防止できるとともに、このハーフミラー１５０の破損や反射面等にごみが付着することを防止することができる。しかも、コンパクトな状態で収納することができる。

ところで、上述のボタンスイッチ４０２は、検出部７の一例であって、圧力スイッチ、誘電型スイッチ、磁気型スイッチなど各種のスイッチを採用できる。例えば、検出部７は、上述したボタンスイッチ４０２を備えた機械式ではなく、例えばハーフミラー１５０の回動位置を検出する静電容量型センサなどの非接触型センサをスイッチとして採用することができる。

この場合、たとえば、ストッパー４００の略中央近傍で、ハーフミラー１５０の後端面４０１とは当接することのない位置にコンデンサを構成する一対の電極を設ける一方、ハーフミラー１５０の後端面４０１に金属箔や金属片などを貼着するなどして金属部分を形成しておき、これを検出体とする。これにより、ハーフミラー１５０の後端面４０１がストッパー４００のセンサと接近又は離反することによってストッパー４００側の電極の間の静電容量の変化を検出回路が検出し、検出信号を受けた本体ユニット１０に設けた制御部１１のＣＰＵ２００（図６参照）が、網膜走査型ディスプレイ１を起動、停止するための電源オン、電源オフの処理を実行するように構成するのである。
また、上記電極を、開口部１２０の縁で、ハーフミラー１５０の後端面４０１とは当接することのない位置に設けて、やはりハーフミラー１５０の後端面４０１の金属部分を検出体として静電容量の変化を検出する構成とすることができる。この場合も、制御部１１は、ハーフミラー１５０が閉じたときに網膜走査型ディスプレイ１が停止し、ハーフミラー１５０が開いたときに起動するように制御する。なお、検出部７を静電容量型センサで構成する場合、この静電容量型センサには常時、必要なだけの給電が行われているものとする。

このように、検出部７を非接触型センサとすると、電源のオン、オフの制御を制御部１１により容易に実効することができるとともに、機械式のスイッチのような接点部分がなく、部材の磨耗もないため耐久性を高めることができる。

なお、非接触型のセンサとして、ハーフミラー１５０の動作と同期してその回動位置を検出できるように構成したものであれば、上述した静電容量型センサの他、例えば、光の透過や反射によって物の有無の判別を行うフォトセンサ（フォトインタラプタ）や、ハーフミラー１５０の回転角度によりオン、オフの判断をする回転角度センサなどを採用することもできる。

図５を参照して、網膜走査型ディスプレイ１の起動、停止の制御について説明する。なお、ここでは、検出部７を静電容量型センサで構成した場合としている。

待機状態（ステップＳ１）において、利用者５０が回転軸３０１を操作してハーフミラー１５０が開かれていき、ハーフミラー１５０の後端面４０１がストッパー４００に接近すると、検出部７の検出回路が静電容量の変化を検出信号として制御部１１に送信する。制御部１１のＣＰＵ２００は、これにより、検出部７のスイッチがオン状態になったと判断し（ステップＳ２のＹＥＳ）、ＣＰＵ２００は、電源制御回路２０６（図６参照）を介して給電制御を実行して網膜走査型ディスプレイ１を起動させるために電源をオンする（ステップＳ３）。なお、ハーフミラー１５０の回動によって検出部７のスイッチがオン状態にならない限り、投影ユニット１００等は待機状態となる（ステップＳ２のＮＯ）。
その後、ＣＰＵ２００は、焦点位置の調整など起動時の諸動作を行い（ステップＳ４）、本体ユニット１０は、例えばパーソナルコンピュータなどの外部装置から供給される画像信号に基づいた画像光を生成し、ケーブル３０を介して投影ユニット１００に送り、投影ユニット１００は画像光Ｚ２を開口部１２０から出射する（ステップＳ５）。こうして、利用者５０は所望する画像を視認することができる。

利用者５０がハーフミラー１５０を閉じる方向へ回動させるとハーフミラー１５０の後端面４０１がストッパー４００から離れて静電容量が変化する。この変化を検出部７の検出回路がＣＰＵ２００に検出信号として送信すると、ＣＰＵ２００は、検出部７のスイッチがオフ状態になったと判断し（ステップＳ６のＹＥＳ）、電源制御回路２０６を介して投影ユニットを含む網膜走査型ディスプレイ１の電源をオフとして画像表示機能を停止させ（ステップＳ７）、待機状態に戻る。なお、ハーフミラー１５０の回動によって検出部７のスイッチがオフ状態にならない限り、画像光Ｚ２は出射され続ける（ステップＳ６のＮＯ）。

ところで、上述したように電源のオン、オフを制御する制御部１１は、本体ユニット１０に設けられており、この本体ユニット１０と投影ユニット１００とを接続するケーブル３０には、画像光Ｚ２及び制御信号を転送する光ファイバに加え、検出部７に電力を供給するライン等が組み込まれている。

〔網膜走査型ディスプレイの電気的構成〕
次に、網膜走査型ディスプレイ１が、外部からの画像信号を受けてから、利用者５０の網膜上に映像を投影するまでの過程について図６を用いて説明する。なお、ビーム光は画像光の概念を含むものとする。

本実施形態の網膜走査型ディスプレイ１の電気的構成は図６に示すとおりであり、ハーフミラー１５０が開動作され、網膜走査型ディスプレイ１が起動して本体ユニット１０に外部からの画像信号Ｓが入力されると、画像信号Ｓが、画像信号入力Ｉ／Ｆ６、制御部１１を経て、画像信号供給回路１２に送られる。画像信号供給回路１２は画像信号Ｓの供給を受けると、赤，緑，青の各色のレーザ光を出力させるためのＲ画像信号１３ｒ，Ｇ画像信号１３ｇ，Ｂ画像信号１３ｂを出力するとともに、水平駆動回路４２ｃへ水平駆動信号１８を、垂直駆動回路４４ｃへ垂直駆動信号１９を出力する。Ｒレーザドライバ１５，Ｇレーザドライバ１６，Ｂレーザドライバ１７は各々入力されたＲ画像信号１３ｒ，Ｇ画像信号１３ｇ，Ｂ画像信号１３ｂに基づいてＲレーザ２１，Ｇレーザ２２，Ｂレーザ２３に対してそれぞれの駆動信号を出力し、この駆動信号に基づいて、Ｒレーザ２１，Ｇレーザ２２，Ｂレーザ２３はそれぞれ強度変調されたレーザ光を発生し、各々をコリメート光学系２４に出力する。

また、画像信号供給回路１２は、後述するガルバノミラー４２ａの駆動状態を示すＢＤ信号（図示せず）に応じて、レーザ光を発生し、各々をコリメート光学系２４に出力するタイミングを制御する。つまり、このような網膜走査型ディスプレイ１（画像信号供給回路１２）は、ガルバノミラー４２ａなどにビーム光を出射させるタイミングを制御することとなる。
点光源である各レーザ２１，２２，２３から発生されるレーザ光は、このコリメート光学系２４によってそれぞれが平行光にコリメートされ、さらに、ダイクロイックミラー２５に入射されて１つのビーム光となるよう合成された後、結合光学系２６によってケーブル３０内の光ファイバに入射されるよう導かれる。
ケーブル３０内の光ファイバによって伝搬されたビーム光は、投影ユニット１００の投影部１０１に送られ、第１のリレー光学系１０４であるコリメート光学系によって平行光にコリメートされて光スキャナ部１０３に射出される。

光スキャナ部１０３では、水平走査系４２に出射されたビーム光がガルバノミラー４２ａの偏向面４２ｂに入射される。ガルバノミラー４２ａの偏向面４２ｂに入射したビーム光は水平同期信号に同期して水平方向に走査されて第２のリレー光学系４３を介し、垂直走査系４４のガルバノミラー４４ａの偏向面４４ｂに入射する。第２のリレー光学系４３ではガルバノミラー４２ａの偏向面４２ｂとガルバノミラー４４ａの偏向面４４ｂとが共役の関係となるように調整されている。
ガルバノミラー４４ａは、ガルバノミラー４２ａが水平駆動信号１８に同期することと同様に垂直駆動信号１９に同期して、その偏向面４４ｂが入射光を垂直方向に反射するように往復振動をしており、このガルバノミラー４４ａによってビーム光は垂直方向に走査される。

水平走査系４２及び垂直走査系４４によって垂直方向及び水平方向に２次元に走査されたビーム光は、ガルバノミラー４４ａの偏向面４４ｂと、利用者の瞳孔８１とが共役の関係となるように設けられた第３のリレー光学系１０５、ハーフミラー１５０により利用者の眼８０の瞳孔８１へ入射され、網膜８２上に投影される。利用者はこのように２次元走査されて網膜８２上に投影されたビーム光（画像光Ｚ２）による画像を認識することができる。なお、光スキャナ部１０３における、水平走査系４２のガルバノミラー４２ａと、垂直走査系４４のガルバノミラー４４ａとは、名称を同じくして説明したが、光を走査するように其の反射面が揺動（回転）させられるものであれば、共振タイプ、非共振タイプ等、圧電駆動、電磁駆動、静電駆動等いずれの駆動方式によるものであってもよい。

また、図６に示すように、制御部１１は、ＣＰＵ２００、ＲＯＭ２０１、ＲＡＭ２０２、表示する画像を記憶しておくＶＲＡＭ２０３を備えている。そして、これらＣＰＵ２００、ＲＯＭ２０１、ＲＡＭ２０２及びＶＲＡＭ２０３は、データ通信用のバス２０４にそれぞれ接続されており、このデータ通信用のバス２０４を介して各種情報の送受信を行っている。

上記ＣＰＵ２００は、ＲＯＭ２０１に記憶されている処理プログラムを実行することにより、制御部１１としての各種機能を実行する。例えば本実施形態においては、前述したように、制御部１１は、投影ユニット１００内に構成したハーフミラー１５０の開閉を検出部７で検出すると、検出した信号に基づいて、網膜走査型ディスプレイ１の動作の起動と停止を行うための電力の供給を制御する給電制御機能を担っている。

また、制御部１１は、画像信号入力Ｉ／Ｆ６を介して入力した画像信号Ｓから画像を構成する各画素の画像データを内部のＶＲＡＭ２０３に展開し、水平駆動信号１８に同期したタイミングでＶＲＡＭ２０３に展開した画像データを順次読み出して画像信号供給回路１２へ出力する。

図６中、符号２０５で示したものはバッテリーであり、電源制御回路２０６により制御されている。そして、この電源制御回路２０６は制御部１１により制御されている。

（投影ユニットの取付構造）
ここで、投影ユニット１００の眼鏡型フレーム２５０への取付構造について説明する。平面視略Ｌ字状の筐体１１０に収納された投影ユニット１００は、図２及び図３に示ように、眼鏡型フレーム２５０のフロント部２５２の端部近傍であって、テンプル部２５４との枢支部連結部に隣接位置に設けた装着部２５１に、固定具１３０を介して装着されている。

固定具１３０は、開口部分を後方に向けた平面視略コ字状としたヘアピン状の取付け部１３３を上部に形成した矩形状板体からなり、投影ユニット１００のＬ字状の筐体１１０の折曲内側面の後部に設けられている。
一方、図２に示すように、眼鏡型フレーム２５０の装着部２５１には板状のガイド板２５３が垂節されており、このガイド板２５３に、上記固定具１３０の略コ字状の取付け部１３３を係合することにより、取付け部１３３の開口部分の隙間にガイド板２５３が嵌入して、筐体１１０が眼鏡型フレーム２５０にしっかりと係止される構成となっている。

固定具１３０は、図３に示すように、ねじ１３１を介して筐体１１０に取り付けられているが、図示するように、固定具１３０には、ねじ１３１を螺合するためのねじ孔１３２を上下方向に複数個形成しており、そのねじ孔１３２のいずれかを選択することにより、投影ユニット１００に対する固定具１３０の位置を上下に調整することができる。この調整によって、眼鏡型フレーム２５０に対する投影ユニット１００の高さを調節することができる。

また、固定具１３０は、投影ユニット１００の不使用時などには、図３の矢印ｆで示すように、ねじ１３１による取付部を中心に回転させ、投影ユニット１００の上面より突出しないように収納状態にすることができる。このとき、コ字状の開口部分が下向きになった取付け部１３３を利用して、コ字状の開口部分を眼鏡型フレーム２５０のフロント部２５２やテンプル部２５４に係止することができる。

また、予め、固定具１３０の取付け部１３３を、利用者の頭側部側を折曲させた下向きに開口したフック状に形成しておくことで、固定具１３０を回転させることなく、眼鏡型フレーム２５０に係止することもできる。

このように、本実施形態では、投影ユニット１００を、眼鏡型フレーム２５０に対して着脱自在にしているが、投影ユニット１００を眼鏡型フレーム２５０に装着した場合にのみ、検出部７はハーフミラー１５０による開口部１２０の開閉を検出できる構成とすることもできる。

例えば、取付け部１３３の略コ字状部分の内側面に、眼鏡型フレーム２５０のガイド板２５３が嵌合されたときに作動する装着検出スイッチ（図示せず）を設けておき、この装着検出スイッチがオンしたときに発信される装着信号を、投影ユニット１００を介して本体ユニット１０の制御部１１に送信可能な構成としておくとともに、制御部１１は、装着信号を受信しない限り、検出部７からのオンオフ信号を受け付けないようにしておくのである。

かかる構成により、投影ユニット１００が眼鏡型フレーム２５０に装着されていないときに、何かの拍子にハーフミラー１５０が開いてしまい、利用者５０の意に反して網膜走査型ディスプレイ１が起動してしまい、画像光Ｚ２が射出されてしまうようなことを防止することができる。なお、かかる構成とした場合、固定具１３０は筐体１１０への取付けは、前述したねじ１３１とねじ孔１３２によるものではなく、例えば、無段階に高さ調整できる連結軸を介して筐体１１０と固定具１３０とを連結しておくとよい。さらに、この連結軸内に、投影ユニット１００に接続されたケーブル部と接続する信号線を通し、これを前記装着検出スイッチと接続しておくことで、装着検出スイッチからの装着信号を制御部１１に送信することができる。

〔他の実施形態〕
図７は、他の実施形態に係る投影ユニット１００の説明図である。上述してきた実施形態では、ハーフミラー１５０の開閉を、利用者の手動によるものとしたが、これを手動ではなく、図示するように、ハーフミラー１５０の回転軸３０１に連動連結したモータなどからなる駆動部３００を設け、この駆動部３００によってハーフミラー１５０の開閉を行うこともできる。なお、この実施形態において、駆動部３００を設ける以外の構成要素については、上述してきた実施態様と共通であり、共通する構成要素については共通の符号を付して、ここでの説明は省略する。

駆動部３００としては、例えば、前述した制御部１１により制御するステッピングモータを採用することができる。この場合、ステッピングモータの軸が投影ユニット１００の筐体１１０に設けられたハーフミラー１５０の回転軸３０１に連動連結される。取り付ける位置は、図示するように回転軸３０１が突出した筐体１１０の上面でもよいし、その逆に、筐体１１０の下部面であってもよい。また、画像光Ｚ２の射出に支障がなければ、開口部１２０の内側であってもよい。

このように、ステッピングモータなどの駆動部３００を設ける場合、例えば本体ユニット１０にはステッピングモータを動作させるための周知技術である分相回路、同モータを駆動する直流電源、ハーフミラー１５０の回転角度を決めるパルス発信機、巻線に流す電流を順次切り替える駆動回路等が設けられ、また、本体ユニット１０のケース外面には、モータの電源を入れるスイッチが設けられる。

ステッピングモータによる実際の動作例について説明すると、例えば、利用者５０が本体ユニット１０に設けたハーフミラー１５０の開閉スイッチを「開く」側に入れる。すると、本体ユニット１０からの信号が制御部１１のＣＰＵ２００に送信され、ＣＰＵ２００によりステッピングモータの電源が入り、ハーフミラー１５０が開く。これにより、上述してきたように、検出部７によって投影ユニット１００の開口部１２０が開放されたことを検出し、この検出信号に基づいて、制御部１１が網膜走査型ディスプレイ１を起動させ、画像光Ｚ２が投影ユニット１００から出射される。

他方、画像光Ｚ２の出射を中止したいときは、本体ユニット１０に設けたハーフミラー１５０の開閉スイッチを「閉じる」側に入れる。すると、再びステッピングモータの電源が入り、今度はステッピングモータの軸が逆回転して、ハーフミラー１５０が閉じ、同時に検出部７によって開口部１２０が閉止されたことが検出され、その検出信号に基づいて、制御部１１が投影ユニット１００を含む網膜走査型ディスプレイ１の電源をオフして停止させる。こうして、画像光Ｚ２の出射は終了する。

このように、ハーフミラー１５０を電動の駆動部３００で回動させることにより、ハーフミラー１５０に接触せずにハーフミラー１５０を開くことができるため、ハーフミラー１５０の汚れを防止できる。また、ステッピングモータの回転によるものなので、ハーフミラー１５０を適切な位置に自動的に回動させることができる。

なお、上述の実施形態では、網膜走査型ディスプレイ１は左眼用であったが、右眼用であってもよい。また、ハーフミラー１５０の動きに連動して光源及び画像の供給スイッチ等のオンオフができるものであれば、両眼用であってもよい。

以上、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明したが、これは例示であり、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。

１ 網膜走査型ディスプレイ
７ 検出部
１０ 本体ユニット
１１ 制御部
３０ ケーブル
５０ 利用者
８０ 利用者の眼
１００ 投影ユニット
１２０ 開口部
１３０ 固定具
２５０ 眼鏡型フレーム
Ｚ１ 外光
Ｚ２ 画像光

Claims (8)

1. 画像情報に基づいてユーザの眼に画像光を入射してユーザに画像を視認させるヘッドマウントディスプレイにおいて、
   画像光を開口部から出射する画像形成部と、
   前記開口部を設けた筐体に回動自在に取付けられ、前記画像形成部から出射された画像光の少なくとも一部を反射してユーザの眼に入射する反射板と、
   前記反射板の回動位置を検出する検出部と、を備え、
   前記検出部による検出結果に応じて前記画像形成部の起動及び停止を行うことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
2. 前記反射板は、その回動により前記開口部を開閉し、
   前記反射板によって前記開口部が閉状態から開状態となったときに前記画像形成部を起動し、前記開口部が開状態から閉状態となったときに前記画像形成部を停止することを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
3. 前記反射板は、開状態では前記筐体から突出し、閉状態では前記筐体に収納されることを特徴とする請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
4. 前記検出部は、前記反射板が所定回動位置にあるときに当該反射板に押下されるスイッチであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
5. 前記検出部は、前記反射板の位置を検出する非接触型センサであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
6. 前記反射板の一端が前記開口部の一端に回動可能に軸支されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
7. 前記反射板を回動する駆動部を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
8. 前記ハーフミラーの他端部に第１のマグネットが配設され、
   前記筐体には、前記開口部が閉状態となったときに前記反射板の他端部が対向する位置に第２のマグネットを配置したことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のヘッドマウントディスプレイ。

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