JP2016142864A - 画像表示装置および画像表示装置の位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装着状態において、瞳と映像光の位置合わせを容易に行うことのできる画像表示装置および画像表示装置の位置合わせ方法を提供する。【解決手段】画像表示装置１００は、変調光Ｌを生成する変調光生成部２００と、変調光Ｌを走査する光走査部３００と、アイリングＥＲ１を有する第１の映像光Ｌ１およびアイリングＥＲ２を有する第２の映像光Ｌ２を生成する映像光生成部４００と、を有し、アイリングＥＲ１、ＥＲ２の径をａとし、観察者の瞳孔径をｂとし、アイリングＥＲ１、ＥＲ２のピッチをｃとし、第１、第２の映像光Ｌ１、Ｌ２の画角をθとし、観察者の眼球の半径をｒとしたとき、（ａ／２）＋（ｂ／２）＋ｒｓｉｎ（θ／２）＜ｃなる関係を満足する。【選択図】図３

Description

本発明は、画像表示装置および画像表示装置の位置合わせ方法に関するものである。

ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）やヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）の映像表示技術の１つとして、眼の網膜に直接レーザーを照射し、使用者に画像を視認させる表示装置が近年注目を集めている。

このような表示装置は、一般に、光を出射する発光装置と、出射した光が使用者の網膜を走査するように光路を変更する走査手段と、を備えている。そして、かかる表示装置によれば、使用者は、例えば外の景色と走査手段によって描かれる画像の双方を同時に視認することができる。

特許文献１には、光源と、光源から出射された光を２次元的に走査する走査部と、走査部で走査された光をユーザーの目に向けて偏向する偏向部と、を有する画像表示装置が開示されている。また、特許文献１の画像表示装置は、ユーザーの瞳孔が回転（移動）するのに伴って、瞳孔と偏向部との相対位置が変化した場合に、ユーザーが視認する画像の乱れ（視野欠け等）を抑制する構成を備えている。

国際公開ＷＯ２００９／０６６４７５号公報

このように、特許文献１の画像表示装置では、瞳孔の動きに対する画像の乱れについては低減することができるが、ユーザーの目の位置（左右の目の離間距離）に合わせて光軸を調節することができない。そのため、ユーザーによっては画像表示装置を装着した状態において、目の位置と偏光部の位置が合わず、瞳孔の動きに関係なく視野欠け等の表示不良が発生してしまう。

本発明の目的は、装着状態において、瞳と映像光の位置合わせを容易に行うことのできる画像表示装置および画像表示装置の位置合わせ方法を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の画像表示装置は、観察者に装着して用いられる画像表示装置であって、
映像信号に基づいて変調された変調光を生成する変調光生成部と、
前記変調光を空間的に走査する光走査部と、
前記光走査部によって走査された前記変調光が入射され、第１の集光点を有する第１の映像光と、前記第１の集光点とは異なる位置にある第２の集光点を有する第２の映像光と、を生成する映像光生成部と、を有し、
前記第１の集光点および前記第２の集光点の径をａとし、
前記観察者の瞳孔径をｂとし、
前記第１の集光点と前記第２の集光点とのピッチをｃとし、
前記第１の映像光および前記第２の映像光の画角をθとし、
前記観察者の眼球の半径をｒとしたとき、下記式（１）を満足することを特徴とする。

これにより、瞳孔と映像光の位置合わせを容易に行うことのできる画像表示装置を提供することができる。具体的に説明すると、例えば、第１の映像光が観察者に視認させる真の映像光であり、第２の映像光が位置合わせ用の映像光である場合、瞳孔に第２の映像光が入射され、第２の映像光が視認されることで、瞳孔と第１の映像光との位置関係が適切でないことが分かる。この場合には、第２の映像光を視認できなくし、第１の映像光のみを視認できるように、画像表示装置の位置を調整することで、瞳孔と第１の映像光との位置関係を適切に調整することができる。

本発明の画像表示装置では、下記式（２）を満足することが好ましい。

これにより、瞳孔と映像光（第１の映像光）の位置合わせを精度よく行うことができる。

本発明の画像表示装置では、下記式（３）を満足することが好ましい。

これにより、瞳孔と映像光の位置合わせをより精度よく行うことができる。

本発明の画像表示装置では、下記式（４）を満足することが好ましい。

これにより、瞳孔と映像光の位置合わせをさらに精度よく行うことができる。

本発明の画像表示装置では、６．３ｍｍ≦ｃ≦８．５ｍｍなる関係を満足していることが好ましい。
ここで、一般的な瞳孔の最大径（ｂの最大値）は、７ｍｍ程度と言われている。そのため、ｃを上記の範囲とすることで、暗い所では第１の映像光および第２の映像光の両者が瞳孔に入射し易くなり、前記の調整がより容易となる。また、調整を終えて、明るい場所で使用する場合には、元よりも瞳孔が小さくなるため、第２の映像光が瞳孔に入射され難くなる。

本発明の画像表示装置では、前記第２の集光点は、前記第１の集光点を中心とする円の円周上に複数設けられていることが好ましい。
これにより、瞳孔と映像光（第１の映像光）の位置合わせをより容易に行うことができる。

本発明の画像表示層では、前記第２の集光点は、前記円周上に等間隔に６つ設けられていることが好ましい。
これにより、瞳孔と映像光（第１の映像光）の位置合わせをさらに容易に行うことができる。

本発明の画像表示装置では、外界光の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽部を有していることが好ましい。
これにより、瞳孔の径を大きくすることができるため、瞳孔と映像光（第１の映像光）の位置合わせを精度よく行うことができる。

本発明の画像表示装置の位置合わせ方法は、映像信号に基づいて変調された変調光を生成する変調光生成部と、前記変調光を空間的に走査する光走査部と、前記光走査部によって走査された前記変調光が入射され、第１の集光点を有する第１の映像光と、前記第１の集光点とは異なる位置にある第２の集光点を有する第２の映像光と、を生成する映像光生成部と、を有する画像表示装置を観察者に装着し、
前記観察者の瞳孔に前記第１の映像光および前記第２の映像光の両方が入射する場合または第２の映像光のみが入射する場合に、前記第２の映像光の位置に基づいて、前記第１の映像光のみが前記瞳孔に入射するように前記瞳孔に対する前記第１の映像光の位置を調整することを特徴とする。
これにより、瞳孔と映像光（第１の映像光）の位置合わせを容易に行うことができる。

本発明の画像表示装置の位置合わせ方法では、外界光の少なくとも一部を遮断した状態で前記調整を行うことが好ましい。
これにより、瞳孔の径を大きくすることができるため、瞳孔と映像光（第１の映像光）の位置合わせを精度よく行うことができる。

本発明の画像表示装置の第１実施形態（ヘッドマウントディスプレイ）の概略構成を示す図である。 図１に示す画像表示装置の斜視図である。 図１に示す画像表示装置の表示ユニットの概略構成図である。 表示ユニットに含まれる変調光生成部を示す図である。 表示ユニットに含まれる光走査部を示す平面図である。 複数のアイリングの配置を示す平面図および上面図である。 アイリングと瞳孔の位置関係を示す図である。 シェード部材を示す図である。 画像表示装置の位置合わせを説明するための図である。 画像表示装置の位置合わせを説明するための図である。 アイリングのピッチｃと画角θの関係を示すグラフである。 画像表示装置の位置合わせを説明するための図である。 アイリングのピッチｃと画角θの関係を示すグラフである。 画像表示装置の位置合わせを説明するための図である。 アイリングのピッチｃと画角θの関係を示すグラフである。 アイリングのピッチｃと瞳孔径ｂの関係を示すグラフである。

以下、本発明の画像表示装置および画像表示装置の位置合わせ方法の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の画像表示装置の第１実施形態（ヘッドマウントディスプレイ）の概略構成を示す図である。図２は、図１に示す画像表示装置の斜視図である。図３は、図１に示す画像表示装置の表示ユニットの概略構成図である。図４は、表示ユニットに含まれる変調光生成部を示す図である。図５は、表示ユニットに含まれる光走査部を示す平面図である。図６は、複数のアイリングの配置を示す平面図および上面図である。図７は、アイリングと瞳孔の位置関係を示す図である。図８は、シェード部材を示す図である。図９は、画像表示装置の位置合わせを説明するための図である。図１０は、画像表示装置の位置合わせを説明するための図である。図１１は、アイリングのピッチｃと画角θの関係を示すグラフである。図１２は、画像表示装置の位置合わせを説明するための図である。図１３は、アイリングのピッチｃと画角θの関係を示すグラフである。図１４は、画像表示装置の位置合わせを説明するための図である。図１５は、アイリングのピッチｃと画角θの関係を示すグラフである。図１６は、アイリングのピッチｃと瞳孔径ｂの関係を示すグラフである。

なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示している。ここで、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、画像表示装置１００を観察者の頭部Ｈに装着した際に、Ｘ軸方向が頭部Ｈの左右方向、Ｙ軸方向が頭部Ｈの上下方向、Ｚ軸方向が頭部Ｈの前後方向となるように設定されている。

図１に示す画像表示装置１００は、ヘッドマウントディスプレイ（頭部装着型画像表示装置）である。このような画像表示装置１００は、眼鏡のような外観をなし、観察者の頭部Ｈに装着して使用され、観察者に虚像による画像を外界像と重畳した状態で視認させる。

画像表示装置１００は、図１ないし図３に示すように、変調光生成部２００と、光走査部３００と、映像光生成部４００と、フレーム６００と、を有している。この画像表示装置１００では、変調光生成部２００が映像信号に基づき変調された変調光Ｌを生成し、光走査部３００が変調光Ｌを空間的（２次元的）に走査し、映像光生成部４００が走査された変調光Ｌから第１の映像光Ｌ１および第２の映像光Ｌ２を生成し、第１の映像光Ｌ１および第２の映像光Ｌ２を観察者の眼ＥＹに導くように構成されている。これにより、映像信号に応じた虚像を観察者に視認させることができる。

また、画像表示装置１００では、変調光生成部２００、光走査部３００および映像光生成部４００からなる表示ユニット５００が、左右の目に対応するように両側に設けられている。すなわち、本実施形態の画像表示装置１００は、両眼型のヘッドマウントディスプレイである。ただし、表示ユニット５００は、左目または右目の一方に対応するように片側にのみ設けられていてもよい。すなわち、画像表示装置１００は、単眼型のヘッドマウントディスプレイであってもよい。

以下、画像表示装置１００の各構成要素について順次詳細に説明する。ただし、左目用の表示ユニット５００と右目用の表示ユニット５００とは、同様の構成であるため、以下では、左目用の表示ユニット５００について代表して説明し、右目用の表示ユニット５００については、その説明を省略する。

（フレーム）
図１および図２に示すように、フレーム６００は、眼鏡フレームのような形状をなしており、表示ユニット５００を支持している。また、フレーム６００は、リム部６１１、シェード部６１２およびノーズパッド６１３を有するフロント部６１０と、フロント部６１０の左右両端から延出した１対のテンプル６２０と、を有している。

シェード部６１２は、外界光の透過を抑制する機能を有し、映像光生成部４００を支持する部材であり、リム部６１１によって支持されている。そして、このようなシェード部６１２の中央部にノーズパッド６１３が設けられている。ノーズパッド６１３は、観察者が画像表示装置１００を頭部Ｈに装着したとき、観察者の鼻ＮＳに当接して、画像表示装置１００を観察者の頭部Ｈに対して支持する。一方、テンプル６２０は、観察者の耳ＥＡに掛けるための角度が付けられていないストレートテンプルであり、観察者が画像表示装置１００を頭部Ｈに装着したとき、テンプル６２０の一部が、観察者の耳ＥＡに当接するよう構成されている。また、右側のテンプル６２０の内部には変調光生成部２００および光走査部３００が移動可能に収容されている。

また、画像表示装置１００では、観察者に装着された状態にいて、観察者の眼ＥＹに対して表示ユニット５００が各部（変調光生成部２００、光走査部３００および映像光生成部４００）の相対的位置関係を保持しながら、上下・左右（図２中の矢印Ａ、Ｂ方向）に移動可能となっている。これにより、後述するように、画像表示装置１００を観察者に装着した状態で、表示ユニット５００と観察者の眼ＥＹ（瞳孔ＥＹ１）との位置を調整することができ、優れた画像表示特性を発揮することができるようになる。なお、表示ユニット５００をフレームに対して移動させる構成としては特に限定されず、図示もしていないが、例えば、ノーズパッド６１３がシェード部６１２に対して上下に移動可能な構成とすることで、観察者の眼ＥＹに対して表示ユニット５００を上下に移動させることができ、リム部６１１に対して表示ユニット５００を左右に移動可能な構成とすることで、観察者の眼ＥＹに対して表示ユニット５００を左右に移動させることができる。

以上、フレーム６００について説明したが、フレーム６００の形状は、観察者の頭部Ｈに装着することができ、表示ユニット５００が移動可能となっているものであれば、図示のものに限定されない。

（変調光生成部）
変調光生成部２００は、テンプル６２０に内蔵されており、図４に示すように、波長の異なる複数の光源２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂを有する光源部２１０と、光源２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂを駆動する駆動回路２２０Ｒ、２２０Ｇ、２２０Ｂと、光源２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂから出射された光を平行光化するコリメータレンズ２４０Ｒ、２４０Ｇ、２４０Ｂと、光合成部２３０と、集光レンズ２４１と、制御部２５０と、を有する。

光源部２１０が有する光源２１０Ｒは、赤色光を射出するものであり、光源２１０Ｇは、緑色光を射出するものであり、光源２１０Ｂは、青色光を射出するものである。このような３色の光を用いることにより、フルカラーの画像を表示することができる。なお、光源２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂとしては、特に限定されないが、例えば、レーザーダイオード、ＬＥＤ等を用いることができる。

駆動回路２２０Ｒは、光源２１０Ｒを駆動する機能を有し、駆動回路２２０Ｇは、光源２１０Ｇを駆動する機能を有し、駆動回路２２０Ｂは、光源２１０Ｂを駆動する機能を有する。また、駆動回路２２０Ｒ、２２０Ｇ、２２０Ｂは、制御部２５０によって、独立して駆動が制御されている。このような駆動回路２２０Ｒ、２２０Ｇ、２２０Ｂにより駆動された光源２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂから射出された３つの光は、それぞれ、コリメータレンズ２４０Ｒ、２４０Ｇ、２４０Ｂによって平行光化されて光合成部２３０に入射する。

光合成部２３０は、複数の光源２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂからの光を合成するものである。本実施形態では、光合成部２３０は、２つのダイクロイックミラー２３１、２３２を有する。ダイクロイックミラー２３１は、赤色光を透過させるとともに緑色光を反射する機能を有し、ダイクロイックミラー２３２は、赤色光および緑色光を透過させるとともに青色光を反射する機能を有する。このようなダイクロイックミラー２３１、２３２を用いることにより、光源２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂからの赤色光、緑色光および青色光の３色の光を合成する。この際、制御部２５０によって、光源２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂからの光の強度をそれぞれ独立して変調することで、所定の色の変調光Ｌとなる。そして、生成された変調光Ｌは、集光レンズ２４１によって所望のＮＡ（開口数）に変更された後、光走査部３００に導かれる。

以上、変調光生成部２００について説明したが、この変調光生成部２００の構成としては、変調光Ｌを生成することができれば、本実施形態の構成に限定されない。

（光走査部）
光走査部３００は、変調光Ｌを空間的（２次元的）に走査する光スキャナーである。光走査部３００は、図５に示すように、ミラー３１１を有する可動部３１０と、可動部３１０を軸Ｊ１まわりに揺動（回動）可能に支持する軸部３２１、３２２と、軸部３２１、３２２を支持する駆動枠部３３０と、駆動枠部３３０を軸Ｊ１に直交する軸Ｊ２まわりに揺動（回動）可能に支持する軸部３４１、３４２と、軸部３４１、３４２を支持する枠状の支持部３５０と、駆動枠部３３０を支持部３５０に対して軸Ｊ２まわりに揺動させつつ、可動部３１０を駆動枠部３３０に対して軸Ｊ１まわりに揺動させる図示しない駆動手段と、を有している。このような構成によれば、可動部３１０が軸Ｊ１および軸Ｊ２の両軸まわりに揺動するため、ミラー３１１で反射させた変調光Ｌを２次元的に走査することができる。

以上、光走査部３００の構成について説明したが、光走査部３００の構成としては、変調光Ｌを２次元的に走査することができれば、本実施形態の構成に限定されない。例えば、光走査部３００は、変調光Ｌを１次元的に走査する光スキャナーを２つ備えた構成であってもよいし、光スキャナーに替えてポリゴンミラーやガルバノミラーを用いた構成であってもよい。

（映像光生成部）
映像光生成部４００は、シェード部６１２に設けられており、使用時に観察者の左眼ＥＹの前方に位置するように配置されている。この映像光生成部４００は、観察者の眼ＥＹを覆うのに十分な大きさを有しており、光走査部３００で走査された変調光Ｌを映像光として観察者の眼ＥＹに向けて入射させる機能を有する。

映像光生成部４００は、図３に示すように、支持板４２０と、支持板４２０に支持されている光偏向部４１０と、を有している。支持板４２０は、例えば、可視域で高い透光性（光透過性）を示す樹脂材料等で形成された基材上に半透過反射膜が製膜された透光性部材である。

光偏向部４１０は、光走査部３００で走査された変調光Ｌを映像光として観察者の眼ＥＹの方向に偏向させる機能を有している。このような光偏向部４１０は、例えば、回折格子の一つであるホログラム素子で構成されている。このホログラム素子は、特定波長帯域にある光については回折させ、それ以外の波長帯域にある光については透過する性質を有する半透過膜である。これにより、観察者は、外界像を視認しながら、映像光により形成された虚像（画像）を視認することができる。すなわち、シースルー型のヘッドマウントディスプレイを実現することができる。

本実施形態の光偏向部４１０は、走査された変調光Ｌから１つの第１の映像光Ｌ１と６つの第２の映像光Ｌ２とを生成する。なお、第１の映像光Ｌ１は、観察者に視認させるための真の映像光であり、６つの第２の映像光Ｌ２は、第１の映像光Ｌ１と観察者の眼ＥＹの瞳孔ＥＹ１との位置合わせを行うための位置合わせ用の映像光である。そのため、例えば、観察者が第１の映像光Ｌ１と第２の映像光Ｌ２とを容易に区別できるように、例えば、第２の映像光Ｌ２の強度（明るさ）を第１の映像光Ｌ１の強度（明るさ）よりも弱く（暗く）したり、第２の映像光Ｌ２の色味を第１の映像光Ｌ１の色味と異ならせたりすることが好ましい。このような差異は、ホログラム素子を製造する際の露光工程で、露光光の波長や強度を調整することで容易に実現することができる。

第１の映像光Ｌ１の集光点（第１の集光点）であるアイリングＥＲ１および各第２の映像光Ｌ２の集光点（第２の集光点）であるアイリングＥＲ２は、図６に示すように、同一の面ｆ内に位置している。また、６つのアイリングＥＲ２は、アイリングＥＲ１を中心とする円Ｃの円周上に等間隔に離間して配置されている。言い換えると、アイリングＥＲ１を中心とする正六角形の各角上にアイリングＥＲ２が位置している。また、アイリングＥＲ１と２つのアイリングＥＲ２とが横方向（左右方向）にほぼ一直線に並んで配置されている。このような配置では、アイリングＥＲ１と各アイリングＥＲ２とのピッチ（中心間距離）と、隣り合う２つのアイリングＥＲ２のピッチ（中心間距離）とが、全て等しくなっている。

ここで、図６に示すように、アイリングＥＲ１、ＥＲ２の径をａ（ｍｍ）とし、観察者の瞳孔ＥＹ１の径をｂ（ｍｍ）とし、アイリングＥＲ１およびアイリングＥＲ２のピッチ（中心間距離）をｃ（ｍｍ）とし、図３に示すように、第１の映像光Ｌ１および第２の映像光Ｌ２の画角をθ（°）とし、観察者の眼球の半径をｒ（ｍｍ）としたとき、画像表示装置１００は、下記式（１）を満足している。

なお、本実施形態では、ａは、ミラー３１１の径とほぼ等しくなっている。また、ｂの瞳孔径は、特に、瞳孔ＥＹ１がほぼ最大（例えば、最大値の９０％以上）に開いた状態の径（以下「最大瞳孔径」と言う）とすることが好ましい。これは、例えば、白色の紙（例えば、一般的な事務用コピー紙）の輝度が０．１ｃｄ／ｍ^２以下となるような暗さの環境下での瞳孔径という事もできる。これにより、後述するように、画像表示装置１００を適切に装着した状態での画像表示特性がより向上する。なお、最大瞳孔径は、年齢、体格等による個人差があるが、一般的には、７ｍｍ±０．５ｍｍ程度とされている。

式（１）の関係を満足することで、図７に示すように、第１の映像光Ｌ１が正面に視認できるように表示ユニット５００の位置を調整した状態（すなわち、瞳孔ＥＹ１のほぼ中央に第１の映像光Ｌ１が入射する状態）において、ｂ＝最大瞳孔径のときに、画角θ分だけ眼ＥＹを動かしても（図７中の領域Ｓ内で瞳孔ＥＹ１を動かしても）、瞳孔ＥＹ１が周囲に位置するアイリングＥＲ２まで到達することがない。すなわち、画角θ内の眼ＥＹの移動であれば、第２の映像光Ｌ２が視認されることがなく、観察者は、常に第１の映像光Ｌ１のみを視認することができる。言い換えれば、観察者が第１の映像光Ｌ１のみを視認できるような調整状態を存在させることができるということである。そのため、第１の映像光Ｌ１と第２の映像光とが同時に視認されることによる画像ぶれ等が防止され、優れた表示特性を発揮することができる。このように、ｂ＝最大瞳孔径の状態でさえ第２の映像光Ｌ２が視認されないのであるから、ｂが最大瞳孔径よりも小さくなる普段の使用環境（明け方、日中、明りのある夜間等外界光が存在している状態）では、上記の効果をより確実に発揮することができる。

以下、式（１）を満足する条件での表示ユニット５００と瞳孔ＥＹ１との位置合わせの一例を説明する。まず、画像表示装置１００を装着し、瞳孔ＥＹ１に入射する外界光の少なくとも一部を遮断して瞳孔ＥＹ１を最大瞳孔径とする。外界光を遮断する方法としては特に限定されないが、例えば、観察者が室内にいる場合にはカテーンやブラインドを閉じることで太陽光を遮断すると共に照明を消し暗室とすればよい。また、例えば、画像表示装置１００に図８に示すような外界光を遮断するためのシェード部材（遮光部）７００が付属している場合には、画像表示装置１００の上からシェード部材７００を装着すればよい。また、シェード部６１２がアクティブシェードとなっており、遮光率（外界光の透過率）を変化させることができる場合には、シェード部６１２の遮光率を高めればよい。特に、シェード部材７００を有する構成や、シェード部６１２がアクティブシェードとなっている構成によれば、周囲の環境に影響されずに瞳孔ＥＹ１を最大瞳孔径とすることができるため、表示ユニット５００の位置合わせをより容易に行うことができる。

外界光を遮断し、瞳孔ＥＹ１を正面に向けた状態において、図９（ａ）に示すように、第２の映像光Ｌ２が視認される場合には、表示ユニット５００と瞳孔ＥＹ１との位置が適正でない。そのため、観察者は、上述した移動機構を操作して表示ユニット５００を左右・上下に動かし、第１の映像光Ｌ１を正面で視認できるように眼ＥＹに対する表示ユニット５００の位置を調整する。

同様に、外界光を遮断し、瞳孔ＥＹ１を正面に向けた状態において、図９（ｂ）に示すように、第１の映像光Ｌ１および第２の映像光Ｌ２のいずれもが視認されない場合にも、表示ユニット５００と瞳孔ＥＹ１との位置が適正でない。そのため、観察者は、上述した移動機構を操作して表示ユニット５００を左右・上下に動かし、第１の映像光Ｌ１を正面で視認できるように表示ユニット５００の位置を調整する。

このように、式（１）を満足していれば、瞳孔ＥＹ１と第１の映像光Ｌ１との位置合わせを容易に行うことができると共に、適切な位置に位置合わせした後は、第１の映像光Ｌ１のみを視認することができる。そのため、利便性および画像表示特性に優れた画像表示装置１００となる。
画像表示装置１００は、さらに、下記式（２）を満足することが好ましい。

上記の式（２）の関係を満足することで、上記の式（１）で得られる効果よりもさらに優れた効果を発揮することができる。すなわち、前述したように、式（１）を満足するだけでは、画像表示装置１００を装着した初期状態において、第１の映像光Ｌ１および第２の映像光Ｌ２のいずれもが視認できない場合がある。さらに、表示ユニット５００を目に対して上下・左右・斜めに動かしても、なかなか第１の映像光Ｌ１または第２の映像光Ｌ２を視認できない場合がある。

これに対して、上記の式（２）を満足していれば、図１０に示すように、初期状態において、第１の映像光Ｌ１および第２の映像光Ｌ２のいずれもが視認できない場合でも、表示ユニット５００を眼ＥＹに対して上下または左右に動かしさえすれば、第１の映像光Ｌ１および第２の映像光Ｌ２のいずれかを視認することができる。そのため、上記の式（２）を満足することで、上記の式（１）を満足する場合と比較して、瞳孔ＥＹ１と第１の映像光Ｌ１との位置合わせをより容易に行うことができる。なお、上下または左右に表示ユニット５００を移動させて、最初に第１の映像光Ｌ１が視認されれば、この第１の映像光Ｌ１を正面で視認できるように、表示ユニット５００の位置を微調整すればよいし、最初に第２の映像光Ｌ２が視認されれば、視認された第２の映像光Ｌ２の位置から推測して、第１の映像光Ｌ１を正面で視認できるように表示ユニット５００の位置を再調整すればよい。

また、例えば、ｂ（最大瞳孔径）＝７ｍｍ、ａ＝１ｍｍ、ｒ＝１２ｍｍ、θ≦５０°とした場合、図１１に示すグラフから分かるように、ｃを最大で９ｍｍ程度に設定することができる。

画像表示装置１００は、さらに、下記式（３）を満足することが好ましい。

上記の式（３）の関係を満足することで、上記の式（２）で得られる効果よりもさらに優れた効果を発揮することができる。すなわち、前述したように、式（２）を満足する条件では、画像表示装置１００を装着した初期状態において、第１の映像光Ｌ１および第２の映像光Ｌ２のいずれも視認できない場合には、表示ユニット５００を眼ＥＹに対して上下または左右に動かしさえすれば、第１の映像光Ｌ１および第２の映像光Ｌ２のいずれかを視認することできる。しかし、例えば、斜めに動かした場合には、第１の映像光Ｌ１または第２の映像光Ｌ２を視認できない場合がある。

これに対して、上記の式（３）を満足していれば、図１２に示すように、初期状態において、第１の映像光Ｌ１および第２の映像光Ｌ２のいずれもが視認できない場合、表示ユニット５００を眼ＥＹに対してどこかの方向（面方向）にさせれば、第１の映像光Ｌ１および第２の映像光Ｌ２のいずれかを視認することができる。そのため、上記の式（３）を満足することで、上記の式（２）を満足する場合と比較して、瞳孔ＥＹ１と第１の映像光Ｌ１との位置合わせをより容易に行うことができる。

また、例えば、ｂ（最大瞳孔径）＝７ｍｍ、ａ＝１ｍｍ、ｒ＝１２ｍｍ、θ≦４０°とした場合、図１３に示すグラフから分かるように、ｃを最大で８ｍｍ程度に設定することができる。
画像表示装置１００は、さらに、下記式（４）を満足することが好ましい。

上記の式（４）の関係を満足することで、上記の式（３）で得られる効果よりもさらに優れた効果を発揮することができる。すなわち、前述したように、式（３）を満足する条件では、画像表示装置１００を装着した初期状態において、第１の映像光Ｌ１および第２の映像光Ｌ２のいずれも視認できない場合がある。そのため、まず、第１の映像光Ｌ１または第２の映像光Ｌ２のいずれかを見つけなければならず、その分、瞳孔ＥＹ１と第１の映像光Ｌ１との位置合わせに時間がかかってしまう場合がある。

これに対して、上記の式（４）を満足していれば、図１４（ａ）および（ｂ）に示すように、画像表示装置１００を装着した初期状態において、必ず、第１の映像光Ｌ１または第２の映像光Ｌ２を視認することができる。そのため、上記の式（４）を満足することで、上記の式（３）を満足する場合と比較して、瞳孔ＥＹ１と第１の映像光Ｌ１との位置合わせをより容易に行うことができる。

また、例えば、ｂ（最大瞳孔径）＝７ｍｍ、ａ＝１ｍｍ、ｒ＝１２ｍｍ、θ≦３０°とした場合、図１５に示すグラフから分かるように、ｃを最大で７ｍｍ程度に設定することができる。

以上説明した式（１）〜（４）を図１６に示すグラフにまとめた。図１６に示すグラフは、ａ＝１ｍｍ、ｒ＝１２ｍｍとしたときの、ｂ（最大瞳孔径）とｃ（離間距離）の関係を示している。図１６のグラフから分かるように、６．５ｍｍ≦ｂ≦７．５ｍｍの範囲について、式（４）の条件では、ｃ＝６．３ｍｍ〜６．６ｍｍ程度の範囲でθ≦２０°に対応することができる。同様に、式（３）の条件では、ｃ＝６．３ｍｍ〜７．５ｍｍ程度の範囲でθ≦２０°に対応することができ、さらに、ｃ＝７．３ｍｍ〜７．５ｍｍ程度の範囲でθ≦３０°に対応することができる。また、式（２）の条件では、ｃ＝６．３ｍｍ〜８．５ｍｍの範囲でθ≦２０°に対応することができ、ｃ＝７．３ｍｍ〜８．５ｍｍ程度の範囲でθ≦３０°に対応することができ、さらに、ｃ＝８．３ｍｍ〜８．５ｍｍ程度の範囲でθ≦４０°に対応することができる。

以上ことから、ｃは、ｂが７ｍｍ±０．５ｍｍの範囲内において、６．３ｍｍ≦ｃ≦８．５ｍｍなる関係を満足していることが好ましい。これにより、例えば、θを２０°程度としたときに、ｃの値を最適化することができる。そのため、上述した効果をより効果的に発揮することができる。

以上、本発明の画像表示装置および画像表示装置の位置合わせ方法について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の画像表示装置では、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができ、また、他の任意の構成を付加することもできる。

また、本発明の画像表示装置は、観察者が視認する画像として虚像を形成するものであれば、眼鏡型のヘッドマウントディスプレイに適用する場合に限定されず、例えば、ヘルメット型またはヘッドセット型のヘッドマウントディスプレイや、観察者の首や肩等の身体で支持される形態の画像表示装置等にも適用可能である。また、前述した実施形態では、画像表示装置全体が観察者の頭部に装着される場合を例に説明したが、画像表示装置は、観察者の頭部に装着される部分と、観察者の頭部以外の部分に装着または携帯される部分とを有していてもよい。

また、前述した実施形態では、両眼タイプの透過型ヘッドマウントディスプレイの構成について代表的に説明したが、例えば、観察者がヘッドマウントディスプレイを装着した状態において外景が遮断される非透過型ヘッドマウントディスプレイの構成であってもよい。また、本発明の画像表示装置は、スピーカーやヘッドフォン等の音声を出力させる装置等を有していてもよい。

１００……画像表示装置
２００……変調光生成部
２１０……光源部
２１０Ｂ、２１０Ｇ、２１０Ｒ……光源
２２０Ｂ、２２０Ｇ、２２０Ｒ……駆動回路
２３０……光合成部
２３１、２３２……ダイクロイックミラー
２４０Ｂ、２４０Ｇ、２４０Ｒ……コリメータレンズ
２４１……集光レンズ
２５０……制御部
３００……光走査部
３１０……可動部
３１１……ミラー
３２１、３２２……軸部
３３０……駆動枠部
３４１、３４２……軸部
３５０……支持部
４００……映像光生成部
４１０……光偏向部
４２０……支持板
５００……表示ユニット
６００……フレーム
６１０……フロント部
６１１……リム部
６１２……シェード部
６１３……ノーズパッド
６２０……テンプル
７００……シェード部材
Ａ、Ｂ……矢印
Ｃ……円
ＥＡ……耳
ＥＲ１、ＥＲ２……アイリング
ＥＹ……眼
ＥＹ１……瞳孔
Ｈ……頭部
Ｊ１、Ｊ２……軸
Ｌ……変調光
Ｌ１……第１の映像光
Ｌ２……第２の映像光
ＮＳ……鼻
Ｓ……領域
ｆ……面
ｒ……半径
θ……画角

Claims (10)

1. 観察者に装着して用いられる画像表示装置であって、
   映像信号に基づいて変調された変調光を生成する変調光生成部と、
   前記変調光を空間的に走査する光走査部と、
   前記光走査部によって走査された前記変調光が入射され、第１の集光点を有する第１の映像光と、前記第１の集光点とは異なる位置にある第２の集光点を有する第２の映像光と、を生成する映像光生成部と、を有し、
   前記第１の集光点および前記第２の集光点の径をａとし、
   前記観察者の瞳孔径をｂとし、
   前記第１の集光点と前記第２の集光点とのピッチをｃとし、
   前記第１の映像光および前記第２の映像光の画角をθとし、
   前記観察者の眼球の半径をｒとしたとき、下記式（１）を満足することを特徴とする画像表示装置。
   

   
2. 下記式（２）を満足する請求項１に記載の画像表示装置。
   

   
3. 下記式（３）を満足する請求項２に記載の画像表示装置。
   

   
4. 下記式（４）を満足する請求項３に記載の画像表示装置。
   

   
5. ６．３ｍｍ≦ｃ≦８．５ｍｍなる関係を満足している請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
6. 前記第２の集光点は、前記第１の集光点を中心とする円の円周上に複数設けられている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
7. 前記第２の集光点は、前記円周上に等間隔に６つ設けられている請求項６に記載の画像表示装置。
8. 外界光の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽部を有している請求項１ないし７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
9. 映像信号に基づいて変調された変調光を生成する変調光生成部と、前記変調光を空間的に走査する光走査部と、前記光走査部によって走査された前記変調光が入射され、第１の集光点を有する第１の映像光と、前記第１の集光点とは異なる位置にある第２の集光点を有する第２の映像光と、を生成する映像光生成部と、を有する画像表示装置を観察者に装着し、
   前記観察者の瞳孔に前記第１の映像光および前記第２の映像光の両方が入射する場合または第２の映像光のみが入射する場合に、前記第２の映像光の位置に基づいて、前記第１の映像光のみが前記瞳孔に入射するように前記瞳孔に対する前記第１の映像光の位置を調整することを特徴とする画像表示装置の位置合わせ方法。
10. 外界光の少なくとも一部を遮断した状態で前記調整を行う請求項９に記載の画像表示装置の位置合わせ方法。

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