JP2011070093A - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】２つの異なる映像を同時に表示することが可能となると共に、小型化が可能となるヘッドマウントディスプレイを提供する。
【解決手段】出射装置１１の主走査部５８と副走査部５９とによって、第１画像信号に対応するコンテンツを表示する画像領域８２と第２画像信号に対応するコンテンツを表示する画像領域８３とが副走査方向に配置された走査画像光８１が出射される。そして、画像領域８２内の走査画像光が、第１接眼光学系６３及び第１ハーフミラー２１を介して正面方向からユーザ２の左眼５に出射される。また、画像領域８３内の走査画像光が、第２接眼光学系６５及び第２ハーフミラー２２を介して左斜め前方向からユーザ２の左眼５に出射される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ヘッドマウントディスプレイに関するものである。

従来より、ユーザの頭部に装着されて、画像を投影表示するヘッドマウントディスプレイに関して種々提案されている。
例えば、下記特許文献１に記載される映像表示装置は、ユーザの両方の眼前にＬＣＤ（LiquidCrystal Display）を設けると共に、各ＬＣＤの前側には、左目用と右目用のそれぞれの映像を撮像するカメラが設けられて、頭部に装着されるように構成されている。また、各ＬＣＤは上下方向に回転可能に設けられており、ユーザが映像表示装置を装着して、正面前方を向いた時に、一方のＬＣＤを前方方向の映像を表示するように設定し、他方のＬＣＤを足下方向の映像を表示するように設定できるように構成されている。

特開２００６−２０８４５１号公報（段落（００３４）〜（００５２）、図２〜図６）

しかしながら、上述した特許文献１に記載される構成の映像表示装置では、前方方向と足下方向等の異なる方向の２つの映像を同時に表示するためには、ユーザの両方の眼前にＬＣＤとカメラを設ける必要があり、小型化が困難であるという問題がある。

そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、２つの異なる映像を同時に表示することが可能となると共に、小型化が可能とな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。

前記目的を達成するため請求項１に係るヘッドマウントディスプレイは、第１表示情報に対応する第１画像をユーザの一方の眼に投射して当該ユーザに前記第１画像を視認させる第１表示手段と、第２表示情報に対応する第２画像を前記一方の眼に投射して前記ユーザに前記第２画像を視認させる第２表示手段と、前記ユーザの頭部に装着可能に設けられて前記第１表示手段と前記第２表示手段とを支持する支持部材と、を備え、前記第２表示手段は、前記第１表示手段が前記第１画像を前記一方の眼に投射する方向とは異なる方向から前記第２画像を該一方の眼に投射することを特徴とする。

また、請求項２に係るヘッドマウントディスプレイは、請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記第１表示手段によって形成される第１射出瞳と前記第２表示手段によって形成される第２射出瞳とは、互いに重ならない領域を有し、且つ、瞳孔の移動可能な範囲内に形成されることを特徴とする。

また、請求項３に係るヘッドマウントディスプレイは、請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記第１射出瞳と前記第２射出瞳とのうちの一方の射出瞳が、前記一方の眼が正面方向を向いた際の瞳孔位置上に形成され、他方の射出瞳は、該一方の眼が正面方向とは異なる方向を向いた際の瞳孔位置上に形成されることを特徴とする。

また、請求項４に係るヘッドマウントディスプレイは、請求項２又は請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記第１画像及び前記第２画像の画像情報を変換した画像信号に応じて変調された画像光を出力する画像光出力手段と、前記画像光出力手段から出力された画像光を第１走査方向に走査する第１走査手段と、前記第１走査手段によって走査された走査画像光を前記第１走査方向に直交する第２走査方向に走査する第２走査手段とを有する２次元走査手段と、を備え、前記第１表示手段は、前記第２走査手段によって走査された前記第１画像に対応する走査画像光を前記一方の眼の瞳孔に入射するための第１接眼光学系を有し、前記第２表示手段は、前記第２走査手段によって走査された前記第２画像に対応する走査画像光を前記一方の眼の瞳孔に入射するための第２接眼光学系を有し、前記第１接眼光学系と前記第２接眼光学系とは、前記第２走査手段によって走査された走査画像光に対応するように並設されていることを特徴とする。

また、請求項５に係るヘッドマウントディスプレイは、請求項４に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記第１画像と前記第２画像とを並べて配置した画像情報を作成する画像情報作成手段を備え、前記画像光出力手段は、前記第１画像と前記第２画像とを並べて配置した画像情報を変換した画像信号に応じて変調された画像光を出力し、前記第２走査手段による第２走査方向は、前記第１画像と前記第２画像との並び方向に設定され、前記第１走査手段による第１走査方向は、前記第１画像と前記第２画像との並び方向に対して直角方向に設定されていることを特徴とする。

また、請求項６に係るヘッドマウントディスプレイは、請求項４又は請求項５に記載のヘッドマウントディスプレイにおいて、前記２次元走査手段は、前記第２走査手段による第２走査方向の走査を前記第１走査手段による第１走査方向の走査よりも低速で行うことを特徴とする。

更に、請求項７に係るヘッドマウントディスプレイは、請求項１乃至請求項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、前記支持部材の前記一方の眼の近傍位置に配置されて前記ユーザの視野範囲のうち少なくとも正面方向を撮像する撮像手段を備え、前記第１表示手段は、前記第１画像として前記撮像手段によって撮像された映像を含む画像を外界からの光線に重畳させて前記一方の眼に対して正面方向から投射し、前記第２表示手段は、前記一方の眼の正面方向とは異なる方向から前記第２画像を該一方の眼に投射することを特徴とする。

請求項１に係るヘッドマウントディスプレイでは、ユーザの一方の眼に異なる方向から第１画像と第２画像とを投射するため、２つの異なる映像を一方の眼に同時に表示することが可能となる。また、ユーザの一方の眼に第１画像と第２画像とを投射するように第１表示手段と第２表示手段を支持部材を介して支持して頭部に装着するため、当該ヘッドマウントディスプレイの小型化を図ることが可能となる。

また、請求項２に係るヘッドマウントディスプレイでは、第１射出瞳と第２射出瞳とは互いに重ならない領域を有し、且つ、瞳孔の移動可能な範囲内に形成される。これにより、ユーザは第１射出瞳のうち第２射出瞳と重ならない位置に視線を合わせることによって第１画像だけを視認でき、第２射出瞳のうち第１射出瞳と重ならない位置に視線を合わせることによって第２画像だけを視認することができる。従って、ユーザは、視線方向を変えることによって、第１画像と第２画像とのいずれか一方のみを選択的に視認することが可能となる。

また、請求項３に係るヘッドマウントディスプレイでは、第１射出瞳と第２射出瞳とのうちの一方の射出瞳が、一方の眼が正面方向を向いた際の瞳孔位置上に形成され、他方の射出瞳が、一方の眼が正面方向とは異なる方向を向いた際の瞳孔位置上に形成される。従って、ユーザは、正面方向とこの正面方向とは異なる方向（例えば、斜め方向等である。）とのいずれか一方へ視線方向を合わせることによって、第１画像と第２画像とのいずれか一方のみを選択的に視認することが可能となる。

また、請求項４に係るヘッドマウントディスプレイでは、第１接眼光学系と第２接眼光学系は、２次元走査手段の第２走査手段によって走査された走査画像光に対応するように並設されるため、第１接眼光学系と第２接眼光学系を支持する筐体の薄型化及び小型化を図ることが可能となる。また、ユーザは、視線方向を第１接眼光学系と第２接眼光学系との並び方向に沿って移動させることによって、第１画像と第２画像とのいずれか一方のみを選択的に視認することが可能となる。

また、請求項５に係るヘッドマウントディスプレイでは、第１画像と第２画像とが並べて配置された画像情報に対応する画像光を２次元走査手段によって走査するため、２次元走査手段の第２走査手段の走査タイミングに合わせて第１画像と第２画像に対応する各画像光を切り替えることなく連続して出力することが可能となり、電気的回路の簡素化及び小型化を図ることが可能となる。また、ユーザは、視線方向を第１画像と第２画像との並び方向に沿って移動させることによって、第１画像と第２画像とのいずれか一方のみを確実に視認することが可能となる。

また、請求項６に係るヘッドマウントディスプレイでは、２次元走査手段は、第２走査手段による第２走査方向の走査を第１走査手段による第１走査方向の走査よりも低速で行うため、第１画像と第２画像との第２走査方向の走査線の本数を多くすることが可能となり、高精細な第１画像と第２画像を表示することが可能となる。

更に、請求項７に係るヘッドマウントディスプレイでは、ユーザは撮像手段によって撮像された映像を含む画像と正面方向の視野とを比較することによって、注視している部分が当該撮像手段によって撮像されているか否かを判定することが可能となる。また、ユーザは正面方向と異なる方向へ視線を移動させることによって第２画像を視認することが可能となる。

本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイがユーザに装着されている状態を示す図である。 ヘッドマウントディスプレイの外観を示す平面図である。 出射装置の電気的構成及び光学的構成を示すブロック図である。 ２次元的に走査された走査画像光の一例を示す図である。 第１射出瞳と第２射出瞳との位置関係を模式的に示す図である。 第１画像信号に対する映像表示の一例を示す図である。 第２画像信号に対する映像表示の一例を示す図である。 他の２軸偏向素子の一例を示す図である。

以下、本発明に係るヘッドマウントディスプレイについて具体化した一実施形態に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。

［ヘッドマウントディスプレイ１の概略構成］
先ず、本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ１の概略構成について図１及び図２に基づいて説明する。但し、図２においては、ＣＣＤカメラ１２を省略している。
尚、図１及び図２に示されるヘッドマウントディスプレイ１の外観は単なる一例であり、本発明は、当該外観を有するヘッドマウントディスプレイ１に限定されるものではない。

図１及び図２に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１は、外部から入力された動画ファイル、静止画ファイル、文書ファイル（例えば、作業手順書や表計算ファイル等である。）等の２個のコンテンツの画像情報をそれぞれ画像信号に変換する。そして、この２個の画像信号に応じて変調されたビーム光（以下、「画像光」という。）をユーザ２の左眼５（図３参照）の網膜上に正面方向と左斜め前方向からそれぞれ走査させる。これにより、ユーザ２に２個のコンテンツに対応する各画像を選択的に視認させることができるように構成されている（図５参照）。

このヘッドマウントディスプレイ１は、各画像を表示している最中であっても、ユーザ２の視野の中で、その画像を表示している領域外の領域では、外界の対象物３や風景等を視認できるように構成されている。即ち、このヘッドマウントディスプレイ１は、外光を透過しつつ、つまり、外界が視認可能な状態で、画像光をユーザ２の左眼５に投射するシースルー型のヘッドマウントディスプレイである。

尚、ヘッドマウントディスプレイ１は画像光をユーザ２の左眼５に投射するように構成しているが、右眼に投射するように構成してもよい。この場合には、２個の画像信号に応じて変調された画像光をユーザ２の右眼の網膜上に正面方向と右斜め前方向からそれぞれ走査させる。これより、ユーザ２に２個のコンテンツに対応する各画像を選択的に視認させることができる。

図１及び図２に示すように、このヘッドマウントディスプレイ１は、画像光を出射する出射装置１１と、その出射装置１１に載置されてユーザ２の視野領域内の対象物３等を撮像するオートフォーカス機能付きのＣＣＤカメラ１２と、これらを支持する支持部材１３とから基本的に構成されている。

このオートフォーカス機能付きのＣＣＤカメラ１２は、ＣＣＤカメラ１２の全体を制御する不図示のＣＣＤコントローラと、外界の明るさを検出する輝度センサ１５と、ＣＣＤカメラ１２の撮像領域を照らす照明手段としてのＬＥＤ（LightEmitting Diode）１６とを備えている。また、このＣＣＤカメラ１２は、フォーカシング機構部がレンズ１７に内蔵されている。そして、ＣＣＤコントローラは、輝度センサ１５を介して外界の明るさが所定の明るさを下回ったことを検知したときには、ＬＥＤ１６を点灯してＣＣＤカメラ１２の撮像領域を照らすように駆動制御する。

図２に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１は、出射装置１１から一方の第１画像に応じて出射される画像光Ｚ１をユーザ２の左眼５に向かって正面方向から反射させる第１ハーフミラー２１を備えている。また、ヘッドマウントディスプレイ１は、出射装置１１から他方の第２画像に応じて出射される画像光Ｚ２をユーザ２の左眼５に向かって左斜め前方向から反射させる第２ハーフミラー２２を備えている。

このように、第１ハーフミラー２１と第２ハーフミラー２２は、ユーザ２の側方から入射された各画像光Ｚ１、Ｚ２をユーザ２の左眼５に異なる方向から入射させると共に、外界からの各外光Ｚ３、Ｚ４を透過してユーザ２の左眼５に入射させる光学系である。このため、ユーザ２は、第１画像を正面方向の外界の風景に重畳させて視認することができると共に、第２画像を左斜め前方向の外界の風景に重畳させて視認することができる。

尚、各ハーフミラー２１、２２に代えてプリズムを用いることもできる。即ち、プリズムは出射装置１１からの各画像光Ｚ１、Ｚ２をユーザ２の左眼５へ、それぞれ正面方向と左斜め前方向から導くと共に、各外光Ｚ３、Ｚ４を透過してユーザ２の左眼５に入射させる。

［出射装置１１の電気的及び光学的構成］
次に、出射装置１１の電気的及び光学的構成について図２及び図３に基づいて説明する。
図２及び図３に示すように、出射装置１１には、外部から入力される第１画像信号と第２画像信号に基づいて、画像光を生成する共に、この画像光を垂直方向と水平方向に走査（２次元的に走査）するための制御信号を出力する光源ユニット部３１が設けられている。この第１画像信号は左眼５に正面方向から入射させる第１画像の画像情報を変換した画像信号であり、第２画像信号は左眼５に左斜め前方向から入射させる第２画像の画像情報を変換した画像信号である。

光源ユニット部３１には、第１画像信号と第２画像信号が入力されて、各画像信号に応じた映像を合成するための第１映像信号と第２映像信号を生成して、それぞれの各画素毎の青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の映像信号を出力する映像信号供給回路３２が設けられている。

光源ユニット部３１には、映像信号供給回路３２から入力された第１映像信号と第２映像信号の各画素毎の青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の映像信号を各記憶部３３Ａ〜３３Ｃにそれぞれ各色別に一時記憶する映像信号出力部３３が設けられている。また、映像信号出力部３３は、各記憶部３３Ａ〜３３Ｃに記憶した第１映像信号の各画素毎の青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の各出力制御信号３５Ａ〜３５Ｃをドットクロック毎に出力後、続いて、第２映像信号の各画素毎の青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の各出力制御信号３５Ａ〜３５Ｃをドットクロック毎に出力する。

尚、映像信号供給回路３２は、第１画像信号と第２画像信号を並べて配置した合成画像信号を生成し、この合成画像信号に対応する映像信号を生成して、各画素毎の青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の映像信号を映像信号出力部３３へ出力するようにしてもよい。また、映像信号出力部３３は、映像信号供給回路３２から入力された合成画像信号に対応する映像信号の各画素毎の青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の映像信号を記憶し、この各画素毎の青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の各出力制御信号３５Ａ〜３５Ｃをドットクロック毎に出力するようにしてもよい。

光源ユニット部３１には、映像信号出力部３３からドットクロック毎に出力される３つの出力制御信号３５Ａ〜３５Ｃをそれぞれ画像光にする画像光出力手段として機能する光源部３６と、これらの３つの画像光を１つの画像光に結合して任意の画像光を生成するための光合成部３７とを備えている。

光源部３６は、青色の画像光を発生させるＢレーザ３８及び出力制御信号３５Ａに従ってＢレーザ３８を駆動するＢレーザドライバ３９と、緑色の画像光を発生させるＧレーザ４１及び出力制御信号３５Ｂに従ってＧレーザ４１を駆動するＧレーザドライバ４２と、赤色の画像光を発生させるＲレーザ４３及び出力制御信号３５Ｃに従ってＲレーザ４３を駆動するＲレーザドライバ４５とを備えている。

尚、Ｂレーザ３８、Ｇレーザ４１、Ｒレーザ４３は、例えば、半導体レーザや高調波発生機構付き固体レーザとして構成することが可能である。なお、半導体レーザを用いる場合は駆動電流を直接変調して、画像光の強度変調を行うことができる。一方、固体レーザを用いる場合は、各レーザそれぞれに外部変調器を備えて画像光の強度変調を行う必要がある。

光合成部３７は、光源部３６から入射する３つの画像光をそれぞれ平行光にコリメートするように設けられた各コリメート光学系４７、４８、４９と、このコリメートされた３つの画像光を合成するための各ダイクロイックミラー５１、５２、５３と、合成された画像光を光ファイバ５６に導く結合光学系５５とを備えている。

そして、各レーザ３８、４１、４３から出射したレーザ光は、各コリメート光学系４７、４８、４９によってそれぞれ平行化された後に、各ダイクロイックミラー５１、５２、５３に入射される。その後、各レーザ３８、４１、４３から出射したレーザ光は、これらのダイクロイックミラー５１、５２、５３により、各画像光が波長に関して選択的に反射・透過されて結合光学系５５に達し、集光されて光ファイバ５６へ出力される。

また、出射装置１１には、光源ユニット部３１で生成され、光ファイバ５６を介して出射される画像光を集光する集光レンズ系５７と、この集光された画像光を第１走査方向である主走査方向に往復走査する主走査部５８が設けられている。また、出射装置１１には、主走査部５８によって主走査方向に往復走査された画像光を第２走査方向である副走査方向に走査する副走査部５９と、主走査部５８と副走査部５９との間にリレー光学系６１が設けられている。

出射装置１１には、主走査方向と副走査方向に走査（２次元的に走査）された第１映像信号に対応する走査画像光をほぼ平行な画像光Ｚ１に変換して、ユーザ２の左眼５の瞳孔６２へ出射するための第１接眼光学系６３が設けられている。また、出射装置１１には、主走査方向と副走査方向に走査（２次元的に走査）された第２映像信号に対応する走査画像光をほぼ平行な画像光Ｚ２に変換して、ユーザ２の左眼５の瞳孔６２へ出射するための第２接眼光学系６５が設けられている。

第１ハーフミラー２１は、第１接眼光学系６３とユーザ２の瞳孔６２との間の光路上に配置され、出射装置１１から出射された第１映像信号に対応する画像光Ｚ１を反射させる等してユーザ２の瞳孔６２に正面方向から導く。また、第２ハーフミラー２２は、第２接眼光学系６５とユーザ２の瞳孔６２との間の光路上に配置され、出射装置１１から出射された第２映像信号に対応する画像光Ｚ２を反射させる等してユーザ２の瞳孔６２に左斜め前方向から導く。

主走査部５８には、画像光を主走査方向に往復走査するための反射面６７Ａを有する共振型偏向素子６７と、この共振型偏向素子６７を共振駆動して反射面６７Ａを高速揺動させる（例えば、約３０ｋＨｚで共振揺動させる。）ように駆動制御する高速走査ドライバ６８とが設けられている。

出射装置１１には、共振型偏向素子６７の反射面６７Ａで反射された反射光を検出するビームディテクタ（ＢＤ）センサ７１と、このＢＤセンサ７１から入力された反射光の検出信号を増幅して、光源ユニット部３１に設けられた高速同期信号部７５へ出力するビームディテクタ（ＢＤ）信号部７２とが設けられている。また、光源ユニット部３１に設けられた高速同期信号部７５は、ＢＤ信号部７２から入力された反射光の検出信号を矩形パルス信号に変換して、映像信号供給回路３２へ出力する。

映像信号供給回路３２は、高速同期信号部７５から入力された矩形パルス信号に基づいて、映像信号出力部３３から各画素毎の青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の各出力制御信号３５Ａ〜３５Ｃを出力するためのドットクロック信号を生成し、光源ユニット部３１に設けられた低速同期信号部７６と映像信号出力部３３へ出力する。また、低速同期信号部７６は、映像信号供給回路３２から入力されたドットクロック信号に基づいて主走査部５８で主走査方向に往復走査された画像光を副走査方向に走査するための副走査同期信号としての低速同期信号７７（例えば、約６０Ｈｚのパルス信号である。）を生成して、副走査部５９へ出力する。

副走査部５９には、画像光を副走査方向に走査するための反射面７８Ａを有する偏向素子７８と、光源ユニット部３１から入力された副走査同期信号としての低速同期信号７７に基づいて、この偏向素子７８を駆動して反射面７８Ａを低速揺動させる（例えば、約６０Ｈｚで低速揺動させる。）ように駆動制御する低速走査ドライバ７９とが設けられている。

従って、共振型偏向素子６７によって主走査方向に高速で往復走査された画像光は、リレー光学系６１によって偏向素子７８の反射面７８Ａに入射し、偏向素子７８によって副走査方向に低速で走査されて、２次元的に走査される。そして、２次元的に走査された走査画像光として、第１接眼光学系６３と第２接眼光学系６５へ出射される。このため、第１接眼光学系６３と第２接眼光学系６５とは、それぞれの光軸が副走査方向に平行な同一面上に配置されるように並設されている。

例えば、主走査方向を垂直方向とし、副走査方向を水平方向とした場合には、共振型偏向素子６７によって垂直方向に高速で往復走査された画像光は、リレー光学系６１によって偏向素子７８の反射面７８Ａに入射し、偏向素子７８によって水平方向に低速で走査されて、２次元的に走査される。そして、２次元的に走査された走査画像光として、第１接眼光学系６３と第２接眼光学系６５へ出射される。このため、第１接眼光学系６３と第２接眼光学系６５とは、それぞれの光軸が同一水平面上に配置されるように並設される。

ここで、共振型偏向素子６７と偏向素子７８とによって２次元的に走査された走査画像光の一例を図４に基づいて説明する。
図４に示すように、共振型偏向素子６７によって主走査方向に高速で（例えば、約３０ｋＨｚである。）往復走査され、更に、偏向素子７８によって副走査方向に低速で（例えば、約６０Ｈｚである。）片方向に走査されて、主走査線が副走査方向に所定本数（例えば、約２０００本である。）配置された副走査方向に長い横長矩形状の走査画像光８１が出射される。

走査画像光８１の副走査方向の副走査開始側約半分の領域には、第１映像信号に対応する画像領域８２、つまり、第１画像信号に対応するコンテンツを表示する画像領域８２が、この半分の領域の外周部から所定幅内側に形成されている。また、走査画像光８１の副走査方向の副走査終了側約半分の領域には、第２映像信号に対応する画像領域８３、つまり、第２画像信号に対応するコンテンツを表示する画像領域８３が、この半分の領域の外周部から所定幅内側に形成されている。

走査画像光８１の各画像領域８２、８３の外側の領域は、コンテンツを表示しない無効領域となっている。そして、共振型偏向素子６７と偏向素子７８の揺動によって、第１映像信号に対応する画像領域８２内の走査画像光が、第１接眼光学系６３へ出射され、第２映像信号に対応する画像領域８３内の走査画像光が第２接眼光学系６５へ出射される。

そして、第１映像信号に対応する画像領域８２内の走査画像光は、第１接眼光学系６３によってほぼ平行な画像光Ｚ１に変換されると共に、第１ハーフミラー２１を介して、この画像光Ｚ１をユーザ２の瞳孔６２に正面方向から入射するように変換される。また、第２映像信号に対応する画像領域８３内の走査画像光は、第２接眼光学系６５によってほぼ平行な画像光Ｚ２に変換されると共に、第２ハーフミラー２２を介して、この画像光Ｚ２をユーザ２の瞳孔６２に左斜め前方向から入射するように変換される。

［射出瞳の位置関係］
次に、第１接眼光学系６３及び第１ハーフミラー２１によって形成される第１射出瞳９１と、第２接眼光学系６５及び第２ハーフミラー２２によって形成される第２射出瞳９２との位置関係について図５に基づいて説明する。
図５に示すように、第１接眼光学系６３及び第１ハーフミラー２１によって形成される第１射出瞳９１と、第２接眼光学系６５及び第２ハーフミラー２２によって形成される第２射出瞳９２とは、互いに重ならない各領域９１Ａ、９２Ａを備えており、且つ、第１射出瞳９１と第２射出瞳９２とは、ユーザ２の左眼５の瞳孔６２の移動可能な範囲内に形成されている。

第１射出瞳９１の光軸９３は、ユーザ２の左眼５が正面方向を見た際に、瞳孔６２のほぼ中心に位置するように形成されている。また、正面方向を見たユーザ２の左眼５の瞳孔６２が、第１射出瞳９１の領域９１Ａ上に位置した場合には、第２射出瞳９２は、当該瞳孔６２よりも左方向外側の眼球上に形成されている。つまり、第２接眼光学系６５から出射された第２映像信号に対応する画像光Ｚ２は、ユーザ２の左眼５の瞳孔６２に入射されない。

第２射出瞳９２の光軸９４は、ユーザ２の左眼５が左斜め前方向を見た際に、瞳孔６２のほぼ中心に位置するように形成されている。また、左斜め前方向を見たユーザ２の左眼５の瞳孔６２が、第２射出瞳９２の領域９２Ａ上に位置した場合には、第１射出瞳９１は、当該瞳孔６２よりも右方向外側の眼球上に形成されている。つまり、第１接眼光学系６３から出射された第１映像信号に対応する画像光Ｚ１は、ユーザ２の左眼５の瞳孔６２に入射されない。

従って、ユーザ２は、正面方向を見ている場合には、左眼５の瞳孔６２が、第１射出瞳９１の領域９１Ａ上に位置し、第１映像信号に対応する画像光Ｚ１だけが瞳孔６２に入射されるため、ユーザ２は、第１映像信号に対応する走査画像（コンテンツ）だけを見ることができる。一方、ユーザ２は、左斜め前方向を見た場合には、左眼５の瞳孔６２が、第２射出瞳９２の領域９２Ａ上に位置し、第２映像信号に対応する画像光Ｚ２だけが瞳孔６２に入射されるため、ユーザ２は、第２映像信号に対応する走査画像（コンテンツ）だけを見ることができる。

尚、第１接眼光学系６３及び第１ハーフミラー２１によって形成される第１射出瞳９１と、第２接眼光学系６５及び第２ハーフミラー２２によって形成される第２射出瞳９２とは、ユーザ２の左眼５の瞳孔６２よりも小さくなるように形成してもよい。これにより、ユーザ２は、正面方向を見ている場合には、第１射出瞳９１のみが左眼５の瞳孔６２上に位置し、第１映像信号に対応する画像光Ｚ１だけが瞳孔６２に入射されるため、ユーザ２は、第１映像信号に対応する走査画像（コンテンツ）だけを見ることができる。一方、ユーザ２は、左斜め前方向を見た場合には、第２射出瞳９２のみが左眼５の瞳孔６２上に位置し、第２映像信号に対応する画像光Ｚ２だけが瞳孔６２に入射されるため、ユーザ２は、第２映像信号に対応する走査画像（コンテンツ）だけを見ることができる。

［映像表示例］
ここで、ＣＣＤカメラ１２で撮像した画像情報に作業指示が付加された第１画像信号と、対象物３の作業マニュアルを表示する第２画像信号とが、外部の作業支援装置等から出射装置１１に入力された場合の映像表 示の一例を図１、図６及び図７に基づいて説明する。
図１に示すように、ユーザ２が正面を見た場合、つまり、対象物３を見ている場合には、ＣＣＤカメラ１２で対象物３が撮像される。そして、ＣＣＤカメラ１２で撮像された対象物３の画像情報が不図示の作業支援装置等へ送信される。

一方、作業支援装置等において、対象物３の画像上において、例えば、各ネジ孔３Ａ〜３Ｄの周囲に黄色の点線の各円９５Ａ〜９５Ｄが表示されると共に、各円９５Ａ〜９５Ｄの横側に、直径が３ｍｍのＭ３ネジを締結する旨を表す「Ｍ３ネジ」が表示された画像情報が作成され、第１画像信号に変換されて出射装置１１へ出力される。また、同時に、各ネジ孔３Ａ〜３Ｄ等にネジを締結する旨を表す作業マニュアル９７の画像情報が、第２画像信号に変換されて出射装置１１へ出力される。

従って、出射装置１１は、映像信号供給回路３２を介して第１画像信号に対応する第１映像信号と、第２画像信号に対応する第２映像信号とを作成して映像信号出力部３３へ出力する。これにより、共振型偏向素子６７と偏向素子７８の揺動によって、第１映像信号に対応する走査画像光が、第１接眼光学系６３へ出射され、第２映像信号に対応する走査画像光が第２接眼光学系６５へ出射される。

これにより、図６に示すように、ユーザ２が正面方向を見た場合には、対象物３が見えると共に、第１接眼光学系６３及び第１ハーフミラー２１を介して、対象物３の各ネジ孔３Ａ〜３Ｄの周囲に黄色の点線の各円９５Ａ〜９５Ｄが表示されると共に、各円９５Ａ〜９５Ｄの横側に「Ｍ３ネジ」が表示された映像を左眼５で見ることができる。

図７に示すように、ユーザ２が左斜め前方向を見た場合には、左斜め前方向が見えると共に、第２接眼光学系６５及び第２ハーフミラー２２を介して、各ネジ孔３Ａ〜３Ｄ等にネジを締結する旨を表す作業マニュアル９７の映像を左眼５で見ることができる。従って、ユーザ２は左斜め前方向を見たときだけ、作業マニュアル９７の映像を左眼５で見ることができ、正面方向を見ているときには、作業マニュアル９７は見えない。

以上説明した通り、本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ１では、出射装置１１の主走査部５８と副走査部５９とによって、第１画像信号に対応するコンテンツを表示する画像領域８２と第２画像信号に対応するコンテンツを表示する画像領域８３とが副走査方向に配置された走査画像光８１が出射される。そして、画像領域８２内の走査画像光が、第１接眼光学系６３及び第１ハーフミラー２１を介して正面方向からユーザ２の左眼５に出射される。また、画像領域８３内の走査画像光が、第２接眼光学系６５及び第２ハーフミラー２２を介して左斜め前方向からユーザ２の左眼５に出射される。

第１接眼光学系６３及び第１ハーフミラー２１によって形成される第１射出瞳９１と、第２接眼光学系６５及び第２ハーフミラー２２によって形成される第２射出瞳９２とは、互いに重ならない各領域９１Ａ、９２Ａを備えており、且つ、第１射出瞳９１と第２射出瞳９２とは、ユーザ２の左眼５の瞳孔６２の移動可能な範囲内に形成されている。また、第１射出瞳９１の光軸９３は、ユーザ２の左眼５が正面方向を見た際に、瞳孔６２のほぼ中心に位置すると共に、左眼５の瞳孔６２は、第１射出瞳９１の領域９１Ａ上に位置する。一方、第２射出瞳９２の光軸９４は、ユーザ２の左眼５が左斜め前方向を見た際に、瞳孔６２のほぼ中心に位置すると共に、左眼５の瞳孔６２は、第２射出瞳９２の領域９２Ａ上に位置する。

これにより、出射装置１１は、ユーザ２の左眼５に２つの異なるコンテンツ（映像）を正面方向と左斜め前方向から同時に表示することが可能となる。また、第１接眼光学系６３と第２接眼光学系６５とは、それぞれの光軸が主走査方向に直交する同一面上に配置されるように並設されるため、第１接眼光学系６３と第２接眼光学系６５を支持する出射装置１１の薄型化及び小型化を図ることが可能となり、引いては、ヘッドマウントディスプレイ１の薄型化及び小型化を図ることが可能となる。

ユーザ２は、正面方向を見た場合には、正面方向の対象物３や風景と、第１画像信号に対応するコンテンツの画像を左眼５で見ることができ、左斜め前方向を見た場合には、左斜め前方向の風景と、第２画像信号に対応するコンテンツの画像を左眼５で見ることができる。従って、ユーザ２は、正面方向または左斜め前方向に視線方向を変えることによって、第１画像信号に対応するコンテンツと第２画像信号に対応するコンテンツとのいずれか一方のみを選択的に視認することが可能となる。

共振型偏向素子６７と偏向素子７８によって２次元的に走査された走査画像光８１は、第１画像信号に対応するコンテンツを表示する画像領域８２と、第２画像信号に対応するコンテンツを表示する画像領域８３とが副走査方向に連続して配置されている。これにより、第１画像信号に対応する画像光と第２画像信号に対応する画像光とを偏向素子７８の走査タイミングに合わせて切り替えることなく連続して出力することが可能となり、光源ユニット部３１の電気的回路の簡素化及び小型化を図ることが可能となる。

偏向素子７８による副走査を共振型偏向素子６７の主走査よりも低速で行うため、主走査線の本数を多くすることが多くすることが可能となり、第１画像信号及び第２画像信号に対応して表示される各コンテンツを高精細に表示することが可能となる。

更に、ＣＣＤカメラ１２によって撮像された画像に作業指示等を付加した画像情報を第１画像信号に変換して出射装置１１に出力することによって、ユーザ２は、正面方向の注視している部分が、ＣＣＤカメラ１２によって撮像されているか否かを判定することが可能となる。また、ユーザ２は、対象物３に対する作業指示等を的確に把握することが可能となる。また、対象物３に対する作業マニュアル９７等の画像情報を第２画像信号に変換して出射装置１１に出力することにより、ユーザ２は、左斜め前方向へ視線を移すことによって、当該作業マニュアル９７等を選択的に左眼５によって見ることができる。

尚、本発明は前記実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。例えば、以下のようにしてもよい。

(Ａ)共振型偏向素子６７及び偏向素子７８に替えて、図８に示す２軸偏向素子１０１を用いてもよい。
図８に示すように、例えば、固定枠１０５の相対向する１対の撓み梁１０６のそれぞれの両端に設けられた各圧電素子１０７に逆位相の電圧を印加することによって、各撓み梁１０６を揺動させて、各捻れ梁１０８で水平に支持されたミラー支持枠１１１を揺動軸１０９回りに捻れ振動させる。これにより、集光レンズ系５７からミラー１０２に入射された画像光を副走査方向に走査する。

同時に、ミラー支持枠１１１の相対向する一対の撓み梁１１２のそれぞれの両端に設けられた各圧電素子１１３に逆位相の電圧を印加することによって、各撓み梁１１２を共振揺動させて、各捻れ梁１１５で水平に支持されたミラー１０２を揺動軸１１７回りに捻れ振動させる。これにより、集光レンズ系５７からミラー１０２に入射された画像光を主走査方向に往復走査する。

そして、２軸偏向素子１０１によって２次元的に走査された走査画像光を第１接眼光学系６３と第２接眼光学系６５に出射するようにしてもよい。これにより、第１接眼光学系６３によってほぼ平行な画像光Ｚ１に変換されると共に、第１ハーフミラー２１を介して、この画像光Ｚ１をユーザ２の瞳孔６２に正面方向から入射させることができる。また、第２接眼光学系６５によってほぼ平行な画像光Ｚ２に変換されると共に、第２ハーフミラー２２を介して、この画像光Ｚ２をユーザ２の瞳孔６２に左斜め前方向から入射させることができる。

（Ｂ）走査画像光８１(図４参照)に替えて、第２画像信号に対応する画像領域８３を、第１画像信号に対応する画像領域８２の垂直方向上側または垂直方向下側に配置した走査画像光１２１を出射するようにしてもよい。但し、この場合には、主走査部５８と副走査部５９との配置を入れ替え、副走査部５９の偏向素子７８を高速で共振揺動し（例えば、約３０ｋＨｚの揺動である。）、主走査部５８の共振型偏向素子６７を低速で揺動する（例えば、約６０Ｈｚの揺動である。）ようにしてもよい。

第２接眼光学系６５は、第２画像信号に対応する画像領域８３の配置位置に合わせて、第１接眼光学系６３の垂直方向上側または垂直方向下側に配置するようにしてもよい。また、第２ハーフミラー２２は、第２画像信号に対応する画像領域８３の配置位置に合わせて、第１ハーフミラー２１の垂直方向上側または垂直方向下側に配置し、第２接眼光学系６５から出射された画像光Ｚ２を、ユーザ２の左眼５の斜め上前方向または斜め下前方向から入射させるようにしてもよい。

これにより、ユーザ２は、正面方向または斜め上前方向若しくは斜め下前方向に視線方向を変えることによって、第１画像信号に対応するコンテンツと第２画像信号に対応するコンテンツとのいずれか一方のみを選択的に視認することが可能となる。

１ ヘッドマウントディスプレイ
２ ユーザ
３ 対象物
５ 左眼
６ マウス
１１ 出射装置
１２ ＣＣＤカメラ
１３ 支持部材
２１ 第１ハーフミラー
２２ 第２ハーフミラー
３１ 光源ユニット
３２ 映像信号供給回路
３３ 映像信号出力部
５８ 主走査部
５９ 副走査部
６２ 瞳孔
６３ 第１接眼光学系
６５ 第２接眼光学系
８１ 走査画像光
９１ 第１射出瞳
９２ 第２射出瞳

Claims (7)

1. 第１表示情報に対応する第１画像をユーザの一方の眼に投射して当該ユーザに前記第１画像を視認させる第１表示手段と、
   第２表示情報に対応する第２画像を前記一方の眼に投射して前記ユーザに前記第２画像を視認させる第２表示手段と、
   前記ユーザの頭部に装着可能に設けられて前記第１表示手段と前記第２表示手段とを支持する支持部材と、
   を備え、
   前記第２表示手段は、前記第１表示手段が前記第１画像を前記一方の眼に投射する方向とは異なる方向から前記第２画像を該一方の眼に投射することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
2. 前記第１表示手段によって形成される第１射出瞳と前記第２表示手段によって形成される第２射出瞳とは、互いに重ならない領域を有し、且つ、瞳孔の移動可能な範囲内に形成され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. 前記第１射出瞳と前記第２射出瞳とのうちの一方の射出瞳が、前記一方の眼が正面方向を向いた際の瞳孔位置上に形成され、他方の射出瞳は、該一方の眼が正面方向とは異なる方向を向いた際の瞳孔位置上に形成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. 前記第１画像及び前記第２画像の画像情報を変換した画像信号に応じて変調された画像光を出力する画像光出力手段と、
   前記画像光出力手段から出力された画像光を第１走査方向に走査する第１走査手段と、前記第１走査手段によって走査された走査画像光を前記第１走査方向に直交する第２走査方向に走査する第２走査手段とを有する２次元走査手段と、
   を備え、
   前記第１表示手段は、前記第２走査手段によって走査された前記第１画像に対応する走査画像光を前記一方の眼の瞳孔に入射するための第１接眼光学系を有し、
   前記第２表示手段は、前記第２走査手段によって走査された前記第２画像に対応する走査画像光を前記一方の眼の瞳孔に入射するための第２接眼光学系を有し、
   前記第１接眼光学系と前記第２接眼光学系とは、前記第２走査手段によって走査された走査画像光に対応するように並設されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ。
5. 前記第１画像と前記第２画像とを並べて配置した画像情報を作成する画像情報作成手段を備え、
   前記画像光出力手段は、前記第１画像と前記第２画像とを並べて配置した画像情報を変換した画像信号に応じて変調された画像光を出力し、
   前記第２走査手段による第２走査方向は、前記第１画像と前記第２画像との並び方向に設定され、前記第１走査手段による第１走査方向は、前記第１画像と前記第２画像との並び方向に対して直角方向に設定されていることを特徴とする請求項４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
6. 前記２次元走査手段は、前記第２走査手段による第２走査方向の走査を前記第１走査手段による第１走査方向の走査よりも低速で行うことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のヘッドマウントディスプレイ。
7. 前記支持部材の前記一方の眼の近傍位置に配置されて前記ユーザの視野範囲のうち少なくとも正面方向を撮像する撮像手段を備え、
   前記第１表示手段は、前記第１画像として前記撮像手段によって撮像された映像を含む画像を外界からの光線に重畳させて前記一方の眼に対して正面方向から投射し、
   前記第２表示手段は、前記一方の眼の正面方向とは異なる方向から前記第２画像を該一方の眼に投射することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ。

Images