JP2010230893A - ヘッドマウントディスプレイ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】観察者の頭部に装着された状態で、射出瞳から画像光を出射して観察者の眼に照射することによって観察者に対して画像を表示するヘッドマウントディスプレイ装置であって、観察者が、射出瞳からの画像光が観察者の眼の瞳孔に入射するように、射出瞳の位置を瞳孔の位置に合わせるための位置合わせ作業を従来より容易に行い得るものを提供する。
【解決手段】スキャナ78は、光が入射するとともにその入射した光を反射する領域を有し、その反射領域は、スキャナが光走査を行い得る光走査領域150と、スキャナが光走査を行い得ない非光走査領域152とを有する。画像光が光走査領域に入射する一方、ガイド光が非光走査領域に入射する。光走査領域から反射した画像光と非光走査領域から反射したガイド光とは、一緒に、射出瞳から観察者の瞳孔16に向かって出射する。
【選択図】図3
【解決手段】スキャナ78は、光が入射するとともにその入射した光を反射する領域を有し、その反射領域は、スキャナが光走査を行い得る光走査領域150と、スキャナが光走査を行い得ない非光走査領域152とを有する。画像光が光走査領域に入射する一方、ガイド光が非光走査領域に入射する。光走査領域から反射した画像光と非光走査領域から反射したガイド光とは、一緒に、射出瞳から観察者の瞳孔16に向かって出射する。
【選択図】図3
Description
本発明は、画像光を出射する射出瞳を有するとともに、観察者の頭部に装着された状態で、射出瞳から画像光を出射して観察者の眼に照射することによって観察者に対して画像を表示するヘッドマウントディスプレイ装置に関するものであり、特に、観察者が、射出瞳からの画像光が観察者の眼の瞳孔に入射するように、射出瞳の位置を瞳孔の位置に合わせるための位置合わせ作業を容易にする技術に関するものである。
画像を光学的に表示する技術として、例えば、表示すべき画像を表す画像光を観察者の網膜上に投影し、それにより、観察者が画像を観察することを可能にする技術が存在する。
また、光源からの光を、表示すべき画像を表す画像光に変換する技術として、例えば、光源から一斉に入射した面状の光を、LCD等、空間変調素子を用いて、各画素ごとに空間的に変調し、それにより、面状の画像光を形成する技術や、光源から入射したビーム状の光であって各画素ごとに強度変調されたものを、スキャナを用いて、面状の画像光に変換する技術が存在する。
特許文献1は、画像を光学的に表示する装置として、従来のヘッドマウントディスプレイ装置の一例を開示している。
このヘッドマウントディスプレイ装置は、表示すべき画像を表す画像光を網膜上に投影し、それにより、観察者が画像を観察することを可能にする技術と、光源から一斉に入射した面状の光を、LCD等、空間変調素子を用いて、各画素ごとに空間的に変調し、それにより、面状の画像光を形成する技術とを採用している。
この種のヘッドマウントディスプレイ装置は、画像光を出射する射出瞳を有するとともに、観察者の頭部に装着された状態で、射出瞳から画像光を出射して観察者の眼に照射することによって観察者に対して画像を表示するように構成されている。
そのため、この種のヘッドマウントディスプレイ装置を使用する場合には、観察者は、画像観察というイベントに先立ち、射出瞳からの画像光が観察者の眼の瞳孔に入射するように、射出瞳の位置を瞳孔の位置に合わせるための位置合わせ作業を要求される。
特許文献1は、さらに、そのような位置合わせ作業を容易にする技術も開示している。その技術によれば、観察者は、自分の眼の像を観察しつつ、その眼の像が表示画面の中心にくるように、観察者の眼の位置に対する表示装置の相対的な位置を調整することが可能となる。その結果、観察者は、接眼光学系の射出瞳の位置と眼球の瞳孔の位置とを互いに一致させることが可能となる。
上述のように、上述の形式のヘッドマウントディスプレイ装置を使用して画像を観察することを希望する観察者は、その画像観察というイベントに先立ち、当該ヘッドマウントディスプレイ装置の射出瞳からの画像光が観察者の眼の瞳孔に入射するように、射出瞳の位置を瞳孔の位置に合わせるための位置合わせ作業を行うことを要求される。
具体的には、その位置合わせ作業において、観察者は、自分の視野外にあるために見えない射出瞳からの画像光、すなわち、光スポットを、自分の視野内に入るように、瞳孔の位置に対する射出瞳の位置を調整しなければならない。
しかしながら、その位置合わせ作業は、従来、ヘッドマウントディスプレイ装置に不慣れな観察者にとっては簡単な作業ではなかった。
なぜなら、自分の視野外にある光スポットは、その存在が観察者に見えないため、観察者は、その光スポットの初期位置を、その視野外において正確に把握することができない。そのため、観察者は、勘と経験のみを頼りに、視野外にある光スポットの位置を予測しながら、試行錯誤しつつ、その光スポットが視野内に入るように、瞳孔の位置に対する射出瞳の位置を変化させなければならない。
一方、一般に、ヘッドマウントディスプレイ装置の射出瞳から出射する画像光の直径、すなわち、光スポットの直径は、約3ないし約10mmというように小さい。
そのため、観察者が、瞳孔の位置に対する射出瞳の位置を変化させている間に、瞳孔の位置と射出瞳の位置とが偶然に互いに一致する可能性が低い。
以上説明した事情を背景として、本発明は、画像光を出射する射出瞳を有するとともに、観察者の頭部に装着された状態で、射出瞳から画像光を出射して観察者の眼に照射することによって観察者に対して画像を表示するヘッドマウントディスプレイ装置であって、観察者が、射出瞳からの画像光が観察者の眼の瞳孔に入射するように、射出瞳の位置を瞳孔の位置に合わせるための位置合わせ作業を従来より容易に行い得るものを提供す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すべきではない。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なのである。
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すべきである。
(1) 画像光を出射する射出瞳を有するとともに、観察者の頭部に装着された状態で、前記射出瞳から前記画像光を出射して観察者の眼に照射することによって観察者に対して画像を表示し、かつ、前記射出瞳の位置を観察者の瞳孔の位置に対して相対的に調整することが可能であるヘッドマウントディスプレイ装置であって、
光源と、
その光源からの光を、時間的または空間的に変調し、それにより、前記画像光を形成する変調器と、
入射した光を走査して出射するスキャナであって、光が入射するとともにその入射した光を反射する領域を有し、その反射領域は、当該スキャナが光走査を行い得る光走査領域と、当該スキャナが光走査を行い得ない非光走査領域とを有するものと、
前記変調器から出射した前記画像光を前記光走査領域に誘導する一方、ガイド光を前記非光走査領域に誘導し、かつ、前記スキャナの前記光走査領域から反射した前記画像光と前記非光走査領域から反射した前記ガイド光とを一緒に観察者の瞳孔に向かって出射する光学系と
を含むヘッドマウントディスプレイ装置。
光源と、
その光源からの光を、時間的または空間的に変調し、それにより、前記画像光を形成する変調器と、
入射した光を走査して出射するスキャナであって、光が入射するとともにその入射した光を反射する領域を有し、その反射領域は、当該スキャナが光走査を行い得る光走査領域と、当該スキャナが光走査を行い得ない非光走査領域とを有するものと、
前記変調器から出射した前記画像光を前記光走査領域に誘導する一方、ガイド光を前記非光走査領域に誘導し、かつ、前記スキャナの前記光走査領域から反射した前記画像光と前記非光走査領域から反射した前記ガイド光とを一緒に観察者の瞳孔に向かって出射する光学系と
を含むヘッドマウントディスプレイ装置。
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、観察者の瞳孔に向かって、画像光のみならずガイド光も出射する。瞳孔の位置に対するガイド光の位置を移動させれば、それに応じて、瞳孔の位置に対する画像光の位置も移動させられる。
その結果、観察者は、ガイド光を頼りに、画像光が視野外から視野内に移動するように、すなわち、画像光が観察者の眼の瞳孔に入射するように、射出瞳の位置を瞳孔の位置に合わせるための位置合わせ作業を行い得る。
したがって、このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、観察者は、ガイド光を参照することができない場合に比較し、射出瞳の位置を瞳孔の位置に合わせるための位置合わせ作業を容易に行い得る。
一般に、スキャナにおいては、画像光の走査周波数を高めたいという要請から、スキャナのうちの光走査領域(例えば、走査ミラー)の面積を増加するのに限界がある。なぜなら、光走査領域の面積が大きいほど、スキャナのうち光走査領域を構成する部分の重量が増加し、ひいては、走査周波数の最大値が低下するからである。
一方、ガイド光の直径が大きいほど、ガイド光が、観察者が画像光を視野外から視野内に移動させる際に観察者を支援する能力、すなわち、ガイド光が瞳孔の位置に偶然に一致する確率が高い。また、スキャナのうち非光走査領域の面積が大きいほど、そこからの反射光を大径化することが容易である。
これに対し、本項に係るヘッドマウントディスプレイ装置によれば、ガイド光が、スキャナのうちの光走査領域からの反射光としてではなく、非光走査領域からの反射光として生成される。
したがって、このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、スキャナに対する走査周波数に関する要請とは切り離して、ガイド光の直径を自由に設定することが可能となる。よって、このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、スキャナの本来の性能を犠牲にすることなく、ガイド光の直径を増加させることが可能となる。
なお付言するに、このヘッドマウントディスプレイ装置の射出瞳の位置を観察者の瞳孔の位置に対して相対的に調整可能であるようにするために、当該ヘッドマウントディスプレイ装置における全体光学系を全体的に、観察者の眼に対して相対的に変位させる方式を採用可能であるが、これに限定されない。例えば、その全体光学系の位置は変えずに、その全体光学系を構成する複数の光学素子の少なくとも一つにつき、位置や角度、光学特性などを変えることにより、射出瞳が観察者の瞳孔に対して相対的にかつ可変に調整可能であるようにしてもよい。
(2) 前記ガイド光は、白色光である(1)項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、ガイド光が、観察者にとって自然な色を有するように生成される。
(3) 前記ガイド光は、前記画像光より大径である(1)または(2)項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、ガイド光が、観察者が画像光より見つけ易い直径を有するように生成される。
(4) 前記ガイド光は、前記画像光と共通の光軸を有し、それにより、前記光学系は、前記スキャナの前記光走査領域から反射した前記画像光と前記非光走査領域から反射した前記ガイド光とを一緒に前記射出瞳から観察者の瞳孔に向かって出射する(1)ないし(3)項のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、ガイド光が、画像光と共通の光軸を有し、それにより、画像光とガイド光とが一緒に、射出瞳から観察者の瞳孔に向かって出射する。
このヘッドマウントディスプレイ装置の一具体例においては、ガイド光が、画像光と共通の光軸を有し、かつ、画像光より大きい直径を有する。この具体例においては、ガイド光が観察者の眼に照射されると、射出瞳が、画像光のみが観察者の眼に照射される場合より拡大する。その結果、観察者は、射出瞳の位置を瞳孔の位置に合わせるための位置合わせ作業を容易に行い得る。
(5) さらに、前記ガイド光が観察者の眼に照射されることを許可する照射許可状態と阻止する照射阻止状態とに切り換わるセレクタを含む(1)ないし(4)項のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、ガイド光が常時、観察者の視野内に存在せずに済む。このヘッドマウントディスプレイ装置の一具体例においては、ガイド光の存在が不要となった後に、セレクタが照射許可状態から照射阻止状態に切り換わり、その結果、ガイド光が観察者の視野から消滅させられる。
それにより、ガイド光が無駄に存在することが防止されるとともに、ガイド光が観察者による画像光の観察を邪魔することが防止される。
(6) さらに、前記光源とは別の第2の光源であって前記ガイド光を出射するものを含む(5)項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、後述の(8)項に係るヘッドマウントディスプレイ装置とは異なり、ガイド光を発生させるために、画像光を発生させるための光源に依存せずに済む。
(7) 前記セレクタは、前記第2の光源のオンオフ状態を制御するコントローラを含むを(6)項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
(8) 前記光源は、前記画像光と前記ガイド光とを一緒に出射する(5)項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、画像光とガイド光とが、それらに共通の光源から発生させられる。よって、このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、前記(6)項に係るヘッドマウントディスプレイ装置とは異なり、ガイド光を発生させるために、画像光を発生させるための光源とは別の光源を使用せずに済む。
(9) 前記セレクタは、前記ガイド光を選択的に遮断することによって前記照射阻止状態を選択的に実現するメカニカルシャッタを含む(8)項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、前記共通光源からの出射光のうち、ガイド光を形成する部分が観察者の眼に照射されることが阻止される状態において、同じ出射光のうち、画像光を形成する部分のみが観察者の眼に照射され、それにより、観察者が画像を観察し得る状態が実現される。
(10) 前記セレクタは、前記ガイド光を選択的に遮断することによって前記照射阻止状態を選択的に実現する液晶シャッタを含む(8)項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、前記(9)項に係るヘッドマウントディスプレイ装置と同様に、前記共通光源からの出射光のうち、ガイド光を形成する部分が観察者の眼に照射されることが阻止される状態において、同じ出射光のうち、画像光を形成する部分のみが観察者の眼に照射され、それにより、観察者が画像を観察し得る状態が実現される。
(11) 前記セレクタは、前記照射許可状態において予め定められた条件が成立すると、前記照射阻止状態に切り換わる(5)ないし(10)項のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
(12) 前記予め定められた条件は、観察者が特定の操作を行ったときに成立する条件を含む(11)項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、セレクタの、照射許可状態から照射阻止状態への切換えを、観察者の意思に基づいて行い得る。
したがって、このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、観察者は、ガイド光が不要であると自ら判断したときに、その不要なガイド光を観察者の視野から消滅させることが可能となる。
(13) 前記予め定められた条件は、当該ヘッドマウントディスプレイ装置の電源投入時期、前記ガイド光の発生開始時期、または両時期の間に起こるイベントの発生時期からの経過時間が基準時間に到達したときに成立する条件を含む(11)または(12)項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、セレクタの、照射許可状態から照射阻止状態への切換えを、観察者の操作を待つことなく、自動的に行い得る。
したがって、このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、ガイド光が不要になった後であるにもかかわらず、観察者がそのガイド光を消し忘れたために、その不要なガイド光が存在し続けることを防止することが可能となる。
(14) 前記スキャナは、前記入射した光を反射するとともにその反射光を往復揺動によって走査する走査ミラーを有し、
前記光走査領域は、その走査ミラーに配置され、
前記非光走査領域は、前記スキャナのうち前記走査ミラーを除く部分に配置される(1)ないし(13)項のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
前記光走査領域は、その走査ミラーに配置され、
前記非光走査領域は、前記スキャナのうち前記走査ミラーを除く部分に配置される(1)ないし(13)項のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、スキャナのうち、ガイド光を生成する光を反射する非光走査領域が、そのスキャナのうち走査ミラーを除く部分に配置される。一方、スキャナのうちの走査ミラーは、走査周波数に関する要請を満たすことが必要であるために、大型化することが困難であるのに対し、スキャナのうち走査ミラーを除く部分は、走査ミラーより大型化することが容易である。
したがって、このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、スキャナのうち走査ミラーを除く部分であって、走査ミラーより大型化することが容易である部分が、ガイド光を生成するために利用され、それにより、ガイド光の直径を、走査ミラーを利用してガイド光が生成される場合より容易に増加させることができる。
(15) 前記スキャナのうち、前記走査ミラーと、その走査ミラーを除く部分とは、両者の共通の部材に形成されており、
前記光走査領域および前記非光走査領域は、前記共通の部材に配置されている(14)項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
前記光走査領域および前記非光走査領域は、前記共通の部材に配置されている(14)項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
(16) 前記スキャナのうち前記走査ミラーを除く部分は、その内部において、前記走査ミラーを収容するパッケージを含み、
前記非光走査領域は、前記パッケージに配置されている(14)項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
前記非光走査領域は、前記パッケージに配置されている(14)項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
(17) 前記非光走査領域は、前記画像光を反射する第1領域と、前記ガイド光を反射する第2領域とを有し、それにより、前記ガイド光が、前記非光走査領域と前記光走査領域との双方によって生成される(1)ないし(16)項のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、スキャナのうち、非光走査領域のみならず、光走査領域の一部をも利用して、ガイド光が生成される。したがって、このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、非光走査領域しか利用せずにガイド光を生成しなければならない場合より、ガイド光の強度を増加させることが容易となる。
その結果、このヘッドマウントディスプレイ装置によれば、それの非光走査領域のサイズの割りに大きな直径を有するガイド光を生成することが可能となる。
以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のうちのいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。
図1には、本発明の第1実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置10が、観察者(ユーザ)の頭部12に装着された状態で、平面図で示されている。
まず、概略的に説明するに、このヘッドマウントディスプレイ装置10は、観察者に表示すべき画像を表現する画像光を出射する射出瞳(図3参照)を有するとともに、観察者の頭部12に装着された状態で、射出瞳から画像光を出射して観察者の眼球14に照射することによって観察者に対して画像を表示するように構成されている。
さらに、このヘッドマウントディスプレイ装置10は、射出瞳の位置が観察者の瞳孔16の位置に対して相対的に調整可能であるように構成されている。
さらに、このヘッドマウントディスプレイ装置10は、現実外界に重ねて表示画像を観察可能なシースルー型であるように構成されている。
図1に示すように、このヘッドマウントディスプレイ装置10は、装置本体20を備えている。
装置本体20は、概して矩形状を成すとともに内部空間を有するハウジング22を備えている。そのハウジング22内に、図2および図3にそれぞれ分けて光路図で示す全体光学系24と、図5にブロック図で概念的に表す電気回路部26とが収容されている。それら全体光学系24および電気回路部26は、後に、図2、図3および図5を参照して詳細に説明する。
図1に示すように、このヘッドマウントディスプレイ装置10は、さらに、ジョイント装置30を備えている。このジョイント装置30は、ヘッドマウントディスプレイ装置10の射出瞳の位置を観察者の眼球14の位置に対して相対的に変位させることを可能にする相対変位装置の一例である。このジョイント装置30は、装置本体20を、観察者に装着されているめがね34に着脱可能に装着するように構成されている。
ここに、「めがね」という用語は、観察者の視度を矯正する機能を有して観察者の両耳36,36と鼻38にかけられるめがねと、観察者の視度を矯正する機能を有することなく観察者の両耳36,36と鼻38にかけられるめがねとを含んでいる。
後者のめがねは、視度を矯正することが不要である観察者や、視度を矯正することが必要であるが矯正のためにコンタクトレンズなどを眼球14に使用している観察者により、このヘッドマウントディスプレイ装置10を観察者の頭部12に装着可能とするために、観察者の頭部12に装着される。
したがって、本明細書において、「めがね」という用語は、装置本体20を観察者の頭部12に装着するために機能することに着目し、アダプタと称したり、アタッチメントと称したり、支持フレームと称することが可能である。
いずれにしても、めがね34は、観察者の両耳36,36にそれぞれかけられる一対のつる40,40と、それらつる40,40をつなぐブリッジ42であってパッド部44を介して観察者の鼻38にかけられるものとを備えている。それらつる40,40とブリッジ42とは、一般に、折り畳み可能に互いに連結される。ブリッジ42には、左眼用および右眼用のレンズ46,46が装着されている。
ジョイント装置30は、装置本体20をめがね34に装着するために使用される。ヘッドマウントディスプレイ装置10は、観察者の両眼球14,14のうちの一方、例えば、図1に示すように、左眼球14のみに画像光を投影するように構成されている。
そのため、ジョイント装置30は、装置本体20を、一対のつる40,40のうちの一方、例えば、図1に示すように、左耳36にかけられるつる40のみに、片持ち状で装着するように構成されている。さらに、このジョイント装置30は、装置本体20をめがね34に、少なくとも2軸まわりの相対回動が可能であるように連結するように構成されている。
具体的には、図1に示すように、このジョイント装置30は、つる40に着脱可能に装着されるクリップ50と、第1および第2のリンク52,54と、第1および第2のボールジョイント(ユニバーサルジョイントの一例)56,58とを備えている。
第1のリンク52は、それの一端部においてクリップ50に固定される一方、他端部において、第2のリンク54の他端部に、第1のボールジョイント56を介して回動可能に連結されている。これに対し、第2のリンク54は、それの他端部において、第2のボールジョイント58を介して、装置本体20のハウジング22に形成されたボールジョイント受部60に回動可能に連結されている。
図1に示すように、このヘッドマウントディスプレイ装置10は、さらに、ハーフミラー64を備えている。このハーフミラー64は、装置本体20からの入射光を、観察者の眼球14に向かって反射するとともに、観察者の前方に位置する現実外界からの光を、観察者の眼球14に向かって透過させる。
その結果、観察者は、ハーフミラー64を通して現実外界を観察すると同時に、装置本体20からの画像光を、ハーフミラー64の反射によって受光して表示画像を観察することが可能である。すなわち、このヘッドマウントディスプレイ装置10は、前述のように、現実外界に重ねて表示画像を観察可能なシースルー型なのである。
図1には、観察者が、左眼球14により、ヘッドマウントディスプレイ装置10による表示画像を観察する際の観察光軸OAと視野FOVとが示されている。
次に、図2ないし図4を参照することにより、装置本体20のうちの全体光学系24を説明する。
まず、概略的に説明するに、全体光学系24は、図2に示す光源部70と、図2および図3に示す走査部72とを有する。この全体光学系24においては、光源部70から入射したビーム状の光であって各画素ごとに強度変調されたものが、走査部72を用いて、面状の画像光に変換される。そのようにして形成された画像光は、観察者の瞳孔16を経て直接的に観察者の網膜上に投影され、それにより、観察者が画像を虚像として観察することが可能になる。
全体光学系24は、図2に示す光源部70、色消しコリメートレンズ74および水平走査用スキャナ76と、図3に示す垂直走査用スキャナ78およびアイピース光学系80とを備えている。
水平走査用スキャナ76に入射した光ビームは、その水平走査用スキャナ76によって水平走査されてそこから出射する。その出射光は、垂直走査用スキャナ78に入射し、その垂直走査用スキャナ78によって垂直走査されてそこから出射する。それら水平走査用スキャナ76および垂直走査用スキャナ78が互いに共同して走査部72を構成している。
本実施形態においては、全体光学系24の光路の上流側に水平走査用スキャナ76が高速スキャナとして配置される一方、下流側に垂直走査用スキャナ78が低速スキャナとして配置されている。
なお付言するに、本実施形態においては、全体光学系24の光路の上流側に水平走査用スキャナ76が配置される一方、下流側に垂直走査用スキャナ78が配置されているが、上流側に垂直走査用スキャナ78を配置する一方、下流側に水平走査用スキャナ76を配置してもよい。
さらに付言するに、本実施形態においては、走査部72が、水平走査用スキャナ76と垂直走査用スキャナ78との組合せとして構成されているが、1枚の偏向ミラーを2軸まわりに揺動させることにより、1枚の偏向ミラーによって水平走査と垂直走査とを実現してもよい。
全体光学系24は、光源部70からアイピース光学系80までの全体光路を有する。図2は、その全体光路のうち、光源部70から水平走査用スキャナ76までの上流光路を示し、一方、図3は、全体光路のうち、垂直走査用スキャナ78からアイピース光学系80までの下流光路を示している。図4は、水平走査用スキャナ76(高速スキャナ)の要部を拡大して平面図で示している。
図2に示すように、光源部70は、カラーレーザ光(画像光)を発生させる主光源82と、ガイド光を発生させる補助光源84とを備えている。
補助光源84については後に説明するが、主光源82は、複合光源として構成されていて、赤レーザビームを発するRレーザ(赤光源)90と、緑レーザビームを発するGレーザ(緑光源)92と、青レーザビームを発するBレーザ(青光源)94とを備えている、
それらレーザ90,92,94はそれぞれ、図5に示すように、個別のレーザドライバ100,102,104により、発するレーザビームの強度が変調される。それらレーザ90,92,94から出射する3色のレーザビームは、各瞬間ごとに、対応する画素の色を反映する1本のカラーレーザビーム(画像光)として合成される。その合成されたレーザビームは、色消しコリメートレンズ74に入射する。
図2に示すように、光源部70は、さらに、赤レーザビームは透過するが緑レーザビームは反射する上流側ダイクロイックミラー(波長選択性ミラー)110と、赤レーザビームおよび緑レーザビームは透過するが青レーザビームは反射する下流側ダイクロイックミラー(波長選択性ミラー)112とを備えている。
Rレーザ90から出射した赤レーザビームは、上流側ダイクロイックミラー110および下流側ダイクロイックミラー112をそれらの順に透過する。Gレーザ92から出射した緑レーザビームは、上流側ダイクロイックミラー110で反射した後、下流側ダイクロイックミラー112を透過する。Bレーザ94から出射した青レーザビームは、下流側ダイクロイックミラー112で反射する。
図2に示すように、赤レーザビームと、上流側ダイクロイックミラー110から反射した緑レーザビームと、下流側ダイクロイックミラー112から反射した青レーザビームとは、同じ光軸を共有する。その結果、下流側ダイクロイックミラー112からは、赤レーザビームと緑レーザビームと青レーザビームとが合成された1本のカラーレーザビーム(画像光)が出射する。
図2に示すように、光源部70は、さらに、レーザビーム絞り114を備えている。このレーザビーム絞り114は、合成されたカラーレーザビームの断面外形を、規定された直径を有する円形となるように、整形することが可能である。これに対し、このレーザビーム絞り114は、合成されたカラーレーザビームの断面外形を、必要に応じて、規定された短軸直径および長軸直径を有する楕円形となるように、整形してもよい。本実施形態においては、このレーザビーム絞り114を、合成されたカラーレーザビームの断面外形を円形となるように整形するものとして説明する。
図2に示すように、補助光源84は、単一光源として構成されていて、白ガイド光を発生させる白色LED(白光源)120を備えている。
図2に示すように、光源部70は、さらに、下流側ダイクロイックミラー112より下流側の位置に、ハーフミラー122を備えている。このハーフミラー122は、クロム等の金属が薄膜として蒸着されたガラス板であり、赤レーザビーム、緑レーザビームおよび青レーザビームならびに白ガイド光のそれぞれが、このハーフミラー122を透過し、またこのハーフミラー122で反射するように、このハーフミラー122の透過率および反射率が設定されている。その結果、このハーフミラー122からは、白ガイド光が、カラーレーザビームと共通の光軸に沿って反射することにより、色消しコリメートレンズ74に入射する。
光源部70は、さらに、ガイド光絞り124を備えている。このガイド光絞り124は、ハーフミラー122から出射した白ガイド光の断面外形を、規定された直径を有する円形、または規定された長軸直径および短軸直径を有する楕円形となるように、整形する。その円形は、カラーレーザビームの断面外形について規定された円形の直径より大きい直径を有し、また、その楕円形は、カラーレーザビームの断面外形の、長軸方向における直径より大きい直径を有する。本実施形態においては、このガイド光絞り124を、白ガイド光の断面外形を円形となるように整形するものとして説明する。
その結果、図2に示すように、色消しコリメートレンズ74からは、カラーレーザビームと白ガイド光とが同軸的に出射するとともに、白ガイド光のうち、円柱状を成す内側部分はカラーレーザビームとオーバラップする一方、白ガイド光のうち、中空円筒状を成す外側部分は、カラーレーザビームの外側に位置する。
色消しコリメートレンズ74から出射したカラーレーザビームおよび白ガイド光は、共に、水平走査用スキャナ76に入射する。
図4に示すように、水平走査用スキャナ76は、パッケージ130(図12参照)と、そのパッケージ130内に収容された板状を成す本体部(例えば、金属製)132と、加振源としての板状の圧電素子134とを備えている。
本体部132は、中空の外周枠体136と、その外周枠体136から一体的に、それの内側に向かって延びる振動伝達部138とを備えている。本体部132は、さらに、振動伝達部138から一体的に延びる一対のねじりはり部140,140と、それらねじりはり部140,140に一体的に結合された偏向ミラー(走査ミラー)142とを備えている。
本体部132の全表面は、入射した光を反射する機能を有する。偏向ミラー142の表面は、入射光を効率的に反射するように、アルミニウム等の高反射率金属を蒸着して表面処理されているのに対し、本体部132のうち偏向ミラー142を除く部分の表面は、そのような反射率改善のための表面処理が施されておらず、また、逆に、反射防止処理も施されていない。すなわち、本体部132は、それ自身が有する反射率で、光を反射するのである。
図4に示すように、振動伝達部138に、分極されたPZT材料から形成されるピエゾ型の圧電素子134が装着されている。この圧電素子134がせん断振動すると、振動伝達部138に揺動振動が励起される。その励起された揺動振動は、一対のねじりはり部140,140を介して偏向ミラー142に伝達され、往復ねじり揺動を励起する。その偏向ミラー142は、それ自身が有する共振周波数にて、高速で往復揺動させられる。
図4に示すように、この水平走査用スキャナ76は、偏向ミラー142が、光走査を行う光走査領域であり、本体部132のうち偏向ミラー142を除く部分が、非光走査領域である。
図4に示すように、色消しコリメートレンズ74から出射したカラーレーザビーム(画像光)は、水平走査用スキャナ76のうちの光走査領域のみに入射する。その結果、その光走査領域のうちの内側部分に、カラーレーザビームが照射される主照射領域150が形成される。
一方、色消しコリメートレンズ74から出射した白ガイド光のうち、カラーレーザビームの外側に位置する部分は、主体的には、水平走査用スキャナ76のうちの非光走査領域に入射し、さらに、補助的に、光走査領域のうち、主照射領域150の外側に位置する部分に入射する。その結果、主照射領域150の外側に、白ガイド光が照射されるガイド光照射領域152が、非光走査領域と光走査領域とに跨るように形成される。
本実施形態においては、主照射領域150から反射した光によって画像光が形成される一方、ガイド光照射領域152から反射した光によって白ガイド光が形成される。
ところで、一般に、スキャナは、非光走査領域に光が入射しないように使用される。非光走査領域からの反射光は、ゴースト光や迷光等の外乱光を作り出すからである。これに対し、本実施形態においては、そのような外乱光をむしろ積極的に利用することにより、後述のように、観察者が、本来の画像を表示するというイベントに先立ち、白ガイド光が画像光と共に、観察者の眼球14に照射される。
したがって、画像表示に先行する段階においては、ヘッドマウントディスプレイ装置10の射出瞳が、画像光のみが観察者の眼球14に照射される画像表示段階より、拡大される。よって、観察者は、白ガイド光のおかげで、画像光(本来の射出瞳)を試行錯誤しつつ眼で捕捉する作業を容易に行い得る。
水平走査用スキャナ76から出射したカラーレーザビームおよび白ガイド光は、図3に示す垂直走査用スキャナ78に入射する。
この垂直走査用スキャナ78は、図4に示す水平走査用スキャナ76と共通する構造を有するため、重複した説明を省略する。
ただし、この垂直走査用スキャナ78は、本実施形態においては、低速スキャナとして構成されるため、共振型の水平走査用スキャナ76ほどに高い走査周波数を要求されない。したがって、ピエゾ駆動型の垂直走査用スキャナ78に代えて、電磁駆動型の垂直走査用スキャナ(図示しない)を使用することも可能である。同様に、共振型の水平走査用スキャナ76の駆動方式に、電磁駆動方式を使用することも可能である。このように、水平走査用スキャナ76および垂直走査用スキャナ78の駆動方式は、ピエゾ駆動型、電磁駆動型、静電駆動型等、使用条件やアプリケーション要求に応じて、任意に選択することができる。
図3に示すように、この垂直走査用スキャナ78は、水平走査用スキャナ76と同様に、偏向ミラー142が、光走査を行う光走査領域であり、本体部132のうち、偏向ミラー142を除く部分が、非光走査領域である。
水平走査用スキャナ76から出射したカラーレーザビームは、垂直走査用スキャナ78のうちの光走査領域のみに入射する。その結果、その光走査領域のうちの内側部分に、カラーレーザビームが照射される主照射領域150が形成される。
一方、水平走査用スキャナ76から出射した白ガイド光のうち、カラーレーザビームの外側に位置する部分は、主体的には、垂直走査用スキャナ78のうちの非光走査領域に入射し、さらに、補助的に、光走査領域のうち、主照射領域150の外側に位置する部分に入射する。その結果、主照射領域150の外側に、白ガイド光が照射されるガイド光照射領域152が、非光走査領域と光走査領域とに跨るように形成される。
本実施形態においては、主照射領域150から反射した光によって画像光が形成される一方、ガイド光照射領域152から反射した光によって白ガイド光が形成される。
さらに、本実施形態においては、主照射領域150もガイド光照射領域152も、それらに共通の部材である本体部132の表面に配置されている。
図3に示すように、垂直走査用スキャナ78から出射した画像光および白ガイド光は、アイピース光学系80を通過し、その後、図2には示されていないが図1には示されているハーフミラー64で反射して、観察者の眼球14に入射する。眼球14は、その内部に光が進入するための瞳孔16と、その周辺に位置する虹彩160とを有している。
図3に示すように、画像光および白ガイド光は、共通の光軸OAに沿って、同じ射出瞳から、観察者の眼球14に向けて出射する。
図3に示すように、画像光は、眼前画像光領域(例えば、直径が約3ないし約10mmである円形領域)において、眼球14に入射する。一方、白ガイド光は、眼前ガイド光領域(例えば、直径が約20mmである円形領域)において、眼球14に入射する。
眼前ガイド光領域が眼前画像光領域より広いため、観察者は、射出瞳の位置が瞳孔16の位置と一致するように装置本体20の位置を調整する作業(位置合わせ作業)により、画像光より容易に白ガイド光を観察者の瞳孔16に入射させることが可能となる。
次に、図5を参照することにより、電気回路部26を説明する。
図5に示すように、電気回路部26は、コンピュータ170を主体とするコントローラ172を備えている。コンピュータ170は、よく知られているように、CPU(プロセッサの一例)174と、ROM(メモリの一例)176と、RAM(メモリの別の一例)178とがバス180を介して互いに接続されることによって構成されている。
ROM176には、図6にフローチャートで概念的に表されている画像表示処理プログラムを始めとする各種プログラムが予め記憶されている。随時、必要なプログラムがROM176から読み出されてCPU174によって実行される。
図5に示すように、Rレーザ90、Gレーザ92およびBレーザ94は、それぞれのドライバ100,102,104を介して、コントローラ172に接続されている。コントローラ172は、Rレーザ90、Gレーザ92およびBレーザ94から出射する赤レーザビーム、緑レーザビームおよび青レーザビームのオンオフならびに強度を、それぞれのドライバ100,102,104を介して制御する。
図5に示すように、白色LED120は、ドライバ182を介してコントローラ172に接続されている。コントローラ172は、ドライバ182を介して、白色LED120のオンオフを制御する。
図5に示すように、水平走査用スキャナ76の圧電素子134および垂直走査用スキャナ78の圧電素子134は、それぞれのドライバ184,184を介してコントローラ172に接続されている。コントローラ172は、ドライバ184,184を介して、圧電素子134,134の駆動を制御する。
図5に示すように、コントローラ172には、調整完了操作部材の一例である調整完了スイッチ190が接続されている。この調整完了スイッチ190は、観察者が装置本体20を動かして射出瞳の位置を瞳孔16の位置に合わせる調整作業が完了したことをコンピュータ170に入力するために、観察者によって操作される。
次に、図6を参照することにより、前述の画像表示処理プログラムを説明する。
この画像表示処理プログラムは、ヘッドマウントディスプレイ装置10の主電源スイッチ(図示しない)が観察者によってオンに操作されたことを動機として、コンピュータ170によって実行される。
この画像表示処理プログラムの実行が開始されると、まず、ステップS1において、水平走査用スキャナ76および垂直走査用スキャナ78が駆動される。やがて、いずれのスキャナ76,78も、定常的な駆動状態に至る。
次に、ステップS2において、主光源82が点灯される。現在、位置合わせ調整前であるから、主光源82は、特定の2次元画像を有する初期画面を表示するための画像光(カラーレーザビーム)が生成されるように、駆動される。図7に示す例においては、図7(c)に示す初期画面を表示するための画像光が生成されるように、主光源82が駆動される。
続いて、ステップS3において、補助光源84が点灯され、その結果、白ガイド光が生成される。
現時点では、画像光(眼前画像光領域)はもとより、白ガイド光(眼前ガイド光領域)も、瞳孔16に入射しないと仮定すると、図7に示す例においては、図7(a)に示すように、観察者の視野FOVには、初期画面も白ガイド光WGLも存在しない。
その後、観察者は、白ガイド光が瞳孔16内に入射するように、装置本体20を、勘と経験を頼りに、試行錯誤しつつ、眼球14に対して動かす。
白ガイド光のみが瞳孔16内に入射するに至れば、図7に示す例においては、図7(b)に示すように、視野FOV内に、白ガイド光WGLが白い光スポット(みかけの射出瞳)として出現することになる。これにより、観察者は、現在、瞳孔16位置の近傍に画像光(本来の射出瞳)が位置していることを知覚する。
続いて、観察者は、白ガイド光のみならず画像光(射出瞳)も瞳孔16内に入射するように、装置本体20を、勘と経験を頼りに、試行錯誤しつつ、眼球14に対して動かす。
白ガイド光のみならず画像光も瞳孔16内に入射するに至れば、図7に示す例においては、図7(c)に示すように、視野FOV内に、初期画面が、白ガイド光WGLを表す白い光スポットに重なる状態で出現することになる。これにより、瞳孔16の位置に射出瞳の位置を合わせる調整作業が完了する。
その後、図6に示すステップS4において、調整作業が完了したか否かが判定される。本実施形態においては、例えば、観察者が調整完了スイッチ190を操作したか否かが判定され、操作されたならば、調整作業が完了したと判定される。
調整作業が完了したならば、ステップS4の判定がYESとなり、その後、ステップS5において、補助光源84が消灯される。
その結果、図7に示す例においては、図7(d)に示すように、視野FOVから白ガイド光WGLが消滅して、視野FOV内に初期画面のみが存在することになる。これにより、観察者は、白ガイド光に邪魔されることなく、初期画面を視認することができる。
なお付言するに、ヘッドマウントディスプレイ装置10の前記主電源スイッチがオンに操作された時期、白ガイド光の発生開始時期、または両時期の間に起こる特定のイベントの発生時期からの経過時間が基準時間に到達したか否かを判定し、その経過時間が基準時間に到達した場合に、調整作業が完了したと判定することが可能である。この場合には、補助光源84の消灯が自動的に行われることになる。
続いて、ステップS6において、表示すべき映像コンテンツに関する複数の選択肢のうちのいずれかが観察者によって選択される。
その後、ステップS7において、選択された映像コンテンツを表す画像光が生成されるように、主光源82が制御される。その結果、画像表示というイベントが開始される。
このように、本実施形態においては、射出瞳の位置が瞳孔16の位置に一致させられた後に、画像表示が開始され、それにより、観察者は、画像表示の開始当初から、選択した映像コンテンツを確実に視認することが可能となる。
続いて、ステップS8において、今回の画像表示が終了したか否かが判定される。終了した場合には、ステップS8の判定がYESとなり、続いて、ステップS9において、終了処理が行われる。この終了処理は、主光源82の消灯、水平走査用スキャナ76の停止、垂直走査用スキャナ78の停止等を含んでいる。
以上で、この画像表示処理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、本実施形態においては、説明の便宜上、例えば、主光源82が前記(1)項における「光源」の一例を構成し、ドライバ100,102,104が同項における「変調器」の一例を構成し、走査部72が同項における「スキャナ」の一例を構成し、全体光学系24が同項における「光学系」の一例を構成していると考えることが可能である。
さらに、本実施形態においては、説明の便宜上、例えば、ドライバ182とコンピュータ170のうち図6に示すステップS3ないしS5を実行する部分とが互いに共同して、前記(5)項における「セレクタ」の一例を構成し、補助光源84が前記(6)項における「第2の光源」の一例を構成し、コントローラ172が前記(7)項における「コントローラ」の一例を構成し、ドライバ182とコンピュータ170のうち図6に示すステップS3ないしS5を実行する部分とが互いに共同して、前記(11)項における「セレクタ」の一例を構成していると考えることが可能である。
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、同一の名称または符号を使用して引用することにより、重複した説明を省略し、異なる要素についてのみ、詳細に説明する。
図2に示すように、第1実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置10においては、主光源82とは別の補助光源84を使用することにより、白ガイド光が発生させられる。これに対し、本実施形態においては、主光源82が、画像光の生成とガイド光の生成との双方に使用される。
具体的には、本実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置210は、主光源82からの光が、画像光とガイド光との双方として、色消しコリメートレンズ74に入射することを許容する状態(ガイド光が観察者の眼球14に照射されることを許可する照射許可状態)と、画像光のみとして色消しコリメートレンズ74に入射する状態(ガイド光が観察者の眼球14に照射されることを阻止する照射阻止状態)とに切り換わるセレクタ212を有するように、設計されている。
そのセレクタ212は、本実施形態においては、図8に示すように、開放位置と遮断位置とに直線運動または円弧運動によって高速に移動可能なメカニカルシャッタ214として構成されている。
具体的には、メカニカルシャッタ214は、図8に示すように、光透過部(例えば、空気開口部)216が形成されたシャッタ板218と、そのシャッタ板218を駆動する出電磁型のアクチュエータ220(図9参照)とを備えている。
そのアクチュエータ220は、シャッタ板218を、主光源82からの光のうち、ガイド光を形成することになる部分を遮断する遮断位置(図8において破線で示す位置)と、その部分を遮断しない開放位置(図8において実線で示す位置)とに選択的に移動させる。そのアクチュエータ220の一例は、ステップモータである。
シャッタ板218が開放位置にある状態では、主光源82からの光により、画像光とガイド光とが生成される。水平走査用スキャナ76および垂直走査用スキャナ78のいずれについても、画像光は、光走査領域に入射し、一方、ガイド光のうち、画像光の外側に位置する部分は、非光走査領域に入射する。
本実施形態においては、ガイド光が、画像光と同じ色を有する。ガイド光と画像光とが、それらに共通の主光源82によって生成されるからである。そのため、本実施形態においは、第1実施形態とは異なり、ガイド光の色が常に完全に白色であることは保証されない。ガイド光は、複数色の画像光が混合したものとなる。その結果、観察者は、時間的に色が変化する虹色の輝点を観察することになる。
図9には、ヘッドマウントディスプレイ装置210における装置本体20のうちの電気回路部26が概念的にブロック図で表されている。
この電気回路部26は、基本的には、第1実施形態の電気回路部26と共通するが、メカニカルシャッタ214のアクチュエータ220がドライバ222を介してコントローラ172に接続されている点と、補助光源84としての白色LED120が存在しない点では異なる。コントローラ172は、ドライバ222を介して、シャッタ板218の停止位置を開放位置と遮断位置とのうち選択されたものに変更する。
図10には、コントローラ172のうちのコンピュータ170によって実行される画像表示処理プログラムが概念的に表されている。
以下、この画像表示処理プログラムを説明するが、図6に示す画像表示処理プログラムと共通するステップについては、共通するステップの番号を使用して引用することにより、重複した説明を省略する。
この画像表示処理プログラムは、ヘッドマウントディスプレイ装置210の主電源スイッチ(図示しない)が観察者によってオンに操作されたことを動機として、コンピュータ170によって実行される。
この画像表示処理プログラムの実行が開始されると、まず、ステップS101において、図6に示すステップS1と同様に、水平走査用スキャナ76および垂直走査用スキャナ78が駆動される。
次に、ステップS102において、図6に示すステップS2と同様に、主光源82が点灯される。その結果、主光源82から、初期画面を表示するための画像光とガイド光とが出射する。
続いて、ステップS103において、シャッタ板218が、図8において実線で示す開放位置に位置するように、アクチュエータ220が制御される。その結果、画像光のみならずガイド光も色消しコリメートレンズ74に入射する。
この状態において、観察者は、まず、ガイド光(みかけの射出瞳)が瞳孔16内に入射するように、装置本体20を、勘と経験を頼りに、試行錯誤しつつ、眼球14に対して動かす。それに成功すると、観察者は、続いて、ガイド光のみならず画像光(本来の射出瞳)も瞳孔16内に入射するように、装置本体20を、勘と経験を頼りに、試行錯誤しつつ、眼球14に対して動かす。やがて、瞳孔16の位置に射出瞳の位置を合わせる調整作業が完了する。
その後、ステップS104において、図6に示すステップS4と同様に、調整作業が完了したか否かが判定される。調整作業が完了したならば、ステップS104の判定がYESとなる。
その後、ステップS105において、シャッタ板218が、図8において破線で示す遮断位置に位置するように、アクチュエータ220が制御される。その結果、画像光のみが色消しコリメートレンズ74に入射する。それにより、視野FOVからガイド光が消滅して、視野FOV内に初期画面のみが存在することになる。これにより、観察者は、ガイド光に邪魔されることなく、初期画面を視認することができる。
続いて、ステップS106において、図6に示すステップS6と同様に、表示すべき映像コンテンツに関する複数の選択肢のうちのいずれかが観察者によって選択される。
その後、ステップS107において、図6に示すステップS7と同様に、選択された映像コンテンツを表す画像光が生成されるように、主光源82が制御される。その結果、画像表示というイベントが開始される。
続いて、ステップS108において、図6に示すステップS8と同様に、今回の画像表示が終了したか否かが判定される。終了した場合には、ステップS108の判定がYESとなり、続いて、ステップS109において、図6に示すステップS9と同様に、終了処理が行われる。
以上で、この画像表示処理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、本実施形態においては、例えば、主光源82が前記(8)項における「光源」の一例を構成し、メカニカルシャッタ214が前記(5)、(9)または(11)項における「セレクタ」の一例を構成していると考えることが可能である。
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2実施形態と共通する要素が多く、異なるのは、セレクタに関する要素のみであるため、共通する要素については、重複した説明を省略し、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に示すように、セレクタ212がメカニカルシャッタ214として構成されている。これに対し、本実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置240においては、図11に示すように、セレクタ212が液晶シャッタ242として構成されている。
この液晶シャッタ242は、ヘッドマウントディスプレイ装置240において、メカニカルシャッタ214の遮断位置と同じ位置に、移動不能に配置される。この液晶シャッタ242は、概して板状を成しており、内側領域において、入射光を透過させる平面円形状の恒久的光透過部244を有するとともに、外側部分において、液晶の偏光を利用して、入射光を、透過させる状態と遮断する状態とに切り換わる選択的光透過部246を有する。
主光源82からの光のうち、恒久的光透過部244を通過した部分は、画像光として、各スキャナ76,78のうちの光走査領域に入射し、一方、選択的光透過部246を通過した部分は、ガイド光として、各スキャナ76,78のうちの非光走査領域に入射する。
選択的光透過部246は、ドライバ250を介して、ヘッドマウントディスプレイ装置240のコントローラ172に接続されている。そのコントローラ172は、第2実施形態におけるメカニカルシャッタ214の制御と同様にして、選択的光透過部246を、主光源82からの光のうち、選択的光透過部246に入射した光を透過させる透過状態と、遮断する遮断状態とに切り換える。
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、例えば、主光源82が前記(8)項における「光源」の一例を構成し、液晶シャッタ242が前記(5)、(10)または(11)項における「セレクタ」の一例を構成していると考えることが可能である。
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1ないし3実施形態と共通する要素が多く、異なるのは、スキャナのうち、ガイド光を生成するために使用される非光走査領域に関する要素のみであるため、共通する要素については、重複した説明を省略し、異なる要素についてのみ、詳細に説明する。
第1ないし3実施形態においては、図4に示すように、各スキャナ76,78のうちの本体部132のうち、偏向ミラー142を除く部分が、非光走査領域として、ガイド光を生成するために使用される。
したがって、第1ないし第3実施形態においては、各スキャナ76,78のうち、画像光が照射される主照射領域150も、ガイド光が照射されるガイド光照射領域152も、それらに共通の部材である本体部132の表面に配置されている。
これに対し、本実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置270においては、図12に示すように、各スキャナ76,78のうちのパッケージ130の表面が、非光走査領域として、ガイド光を反射するように構成されている。
したがって、本実施形態においては、各スキャナ76,78のうち、画像光が照射される主照射領域150と、ガイド光が照射されるガイド光照射領域152とが、互いに異なる2個の部材の表面にそれぞれ配置されている。
図12に示すように、パッケージ130の表面には、複数の電極274が露出させられており、それら電極274は、各スキャナ76,78が装置本体20に組み込まれたときに、図示しない他の電子部品との接続のために使用される。
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[発明の開示]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。
Claims (17)
- 画像光を出射する射出瞳を有するとともに、観察者の頭部に装着された状態で、前記射出瞳から前記画像光を出射して観察者の眼に照射することによって観察者に対して画像を表示し、かつ、前記射出瞳の位置を観察者の瞳孔の位置に対して相対的に調整することが可能であるヘッドマウントディスプレイ装置であって、
光源と、
その光源からの光を、時間的または空間的に変調し、それにより、前記画像光を形成する変調器と、
入射した光を走査して出射するスキャナであって、光が入射するとともにその入射した光を反射する領域を有し、その反射領域は、当該スキャナが光走査を行い得る光走査領域と、当該スキャナが光走査を行い得ない非光走査領域とを有するものと、
前記変調器から出射した前記画像光を前記光走査領域に誘導する一方、ガイド光を前記非光走査領域に誘導し、かつ、前記スキャナの前記光走査領域から反射した前記画像光と前記非光走査領域から反射した前記ガイド光とを一緒に観察者の瞳孔に向かって出射する光学系と
を含むヘッドマウントディスプレイ装置。 - 前記ガイド光は、白色光である請求項1に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
- 前記ガイド光は、前記画像光より大径である請求項1または2に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
- 前記ガイド光は、前記画像光と共通の光軸を有し、それにより、前記光学系は、前記スキャナの前記光走査領域から反射した前記画像光と前記非光走査領域から反射した前記ガイド光とを一緒に前記射出瞳から観察者の瞳孔に向かって出射する請求項1ないし3のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
- さらに、前記ガイド光が観察者の眼に照射されることを許可する照射許可状態と阻止する照射阻止状態とに切り換わるセレクタを含む請求項1ないし4のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
- さらに、前記光源とは別の第2の光源であって前記ガイド光を出射するものを含む請求項5に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
- 前記セレクタは、前記第2の光源のオンオフ状態を制御するコントローラを含むを請求項6に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
- 前記光源は、前記画像光と前記ガイド光とを一緒に出射する請求項5に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
- 前記セレクタは、前記ガイド光を選択的に遮断することによって前記照射阻止状態を選択的に実現するメカニカルシャッタを含む請求項8に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
- 前記セレクタは、前記ガイド光を選択的に遮断することによって前記照射阻止状態を選択的に実現する液晶シャッタを含む請求項8に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
- 前記セレクタは、前記照射許可状態において予め定められた条件が成立すると、前記照射阻止状態に切り換わる請求項5ないし10のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
- 前記予め定められた条件は、観察者が特定の操作を行ったときに成立する条件を含む請求項11に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
- 前記予め定められた条件は、当該ヘッドマウントディスプレイ装置の電源投入時期、前記ガイド光の発生開始時期、または両時期の間に起こるイベントの発生時期からの経過時間が基準時間に到達したときに成立する条件を含む請求項11または12に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
- 前記スキャナは、前記入射した光を反射するとともにその反射光を往復揺動によって走査する走査ミラーを有し、
前記光走査領域は、その走査ミラーに配置され、
前記非光走査領域は、前記スキャナのうち前記走査ミラーを除く部分に配置される請求項1ないし13のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置。 - 前記スキャナのうち、前記走査ミラーと、その走査ミラーを除く部分とは、両者の共通の部材に形成されており、
前記光走査領域および前記非光走査領域は、前記共通の部材に配置されている請求項14項に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。 - 前記スキャナのうち前記走査ミラーを除く部分は、その内部において、前記走査ミラーを収容するパッケージを含み、
前記非光走査領域は、前記パッケージに配置されている請求項14に記載のヘッドマウントディスプレイ装置。 - 前記非光走査領域は、前記画像光を反射する第1領域と、前記ガイド光を反射する第2領域とを有し、それにより、前記ガイド光が、前記非光走査領域と前記光走査領域との双方によって生成される請求項1ないし16のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置。
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