JP2016224345A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】観察者の視野（特に横方向の視野）の低下を低減することのできる画像表示装置を提供する。【解決手段】画像表示装置１００は、フロント部２１０およびテンプル部２３０を有するフレーム部２００と、変調光生成部４００から出射される変調光Ｌを走査する光走査部６００と、テンプル部２３０に配置され、光走査部６００で走査された変調光Ｌを反射し、かつ、外光の少なくとも一部を透過する反射部７００と、反射部７００で反射された変調光Ｌを観察者の眼に向けて偏向する偏向部８００と、を備え、観察者に装着された状態で、反射部７００を介してその向こう側の外界を視認可能に構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、画像表示装置に関するものである。

ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）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（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、眼鏡型のヘッドマウントディスプレイが開示されている。そして、特許文献１の図４に示す構成では、レーザー光源と、レーザー光源から出射されたレーザー光を走査する走査部と、走査部で走査された光を偏向する偏向部と、走査部と偏向部との間に配置され、レーザー光のビームウェストの位置を制御する固定レンズと、を有し、これらがフレームに保持された構成となっている。

国際公開ＷＯ２０１０／１１６７２６号公報

しかしながら、このような構成では、画像表示装置によって、観察者の視野（特に、横方向の視野）が奪われてしまい、観察者の視野が狭くなってしまうという問題がある。

本発明の目的は、観察者の視野（特に横方向の視野）の低下を低減することのできる画像表示装置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、観察者に装着して使用される画像表示装置であって、
光源と、
前記光源から出射される光を走査する光走査部と、
前記光走査部で走査された前記光を反射し、かつ、外光の少なくとも一部を透過する反射部と、
前記反射部で反射された光を前記観察者に向けて偏向する偏向部と、を備え、
前記反射部を透過した外光が前記観察者の眼に到達することを特徴とする。
これにより、反射部を介して向こう側の外界を視認することができるため、観察者の視野（特に横方向の視野）の低下を低減することのできる画像表示装置を提供することができる。

本発明の画像表示装置は、フロント部および前記フロント部に接続されたテンプル部を有するフレーム部と、を備え、
前記光源から出射される光は、前記フロント部から前記テンプル部側へ出射されることが好ましい。
これにより、より簡単な構成で、光走査部に対する光の入射角を小さくすることができる。また、光走査部を反射部に向けて配置することが容易となるため、光走査部の有効走査角を大きくすることができる。そのため、より鮮明な画像を、より効率的に生成することができる。

本発明の画像表示装置では、前記光源から出射される光を前記光走査部に導く導光部を有していることが好ましい。
これにより、光源の配置の自由度が増す。

本発明の画像表示装置では、前記フレームは、２つの前記テンプル部を有し、
一方の前記テンプル部に前記光走査部が支持され、
他方の前記テンプル部に前記光源が支持され、
前記フロント部に前記導光部が支持されていることが好ましい。
これにより、光源を収容するスペースを確保し易くなる。また、画像表示装置の左右のバランスを取り易くなることから、画像表示装置の掛け心地が向上する。

本発明の画像表示装置では、前記導光部は、光ファイバーを有していることが好ましい。
これにより、導光部の構成が簡単なものとなる。

本発明の画像表示装置では、前記テンプル部は、前記観察者に装着された状態で、外光を透過する光透過部を有していることが好ましい。
これにより、反射部および光透過部を介して、その向こう側の外界を視認することができる。

本発明の画像表示装置では、前記反射部は、前記光透過部の少なくとも一部を構成していることが好ましい。
これにより、装置構成を簡素化することができる。

本発明の画像表示装置では、前記反射部は、前記光源から出射され前記光走査部へ向かう前記光の光路と交わるように配置され、前記光走査部へ向かう前記光の少なくとも一部を透過することが好ましい。
これにより、画像表示装置の小型化を図ることができる。

本発明の画像表示装置では、前記光源から出射され前記光走査部へ向かう前記光の光路および前記光走査部から前記反射部へ向かう前記光の光路と交わるように配置されたλ／４位相差板を有していることが好ましい。
これにより、簡単な構成で、光源から出射され光走査部へ向かう光が透過し、光走査部で走査された光が反射する反射部を得ることができる。

本発明の画像表示装置では、前記反射部は、前記光を反射する自由曲面を有し、
前記自由曲面は、前記反射部で反射した前記光の径が前記偏向部の偏向面で等しくなるように設定されていることが好ましい。
これにより、より鮮明な画像を表示することができる。

本発明の画像表示装置では、前記偏向部は、ホログラム素子またはハーフミラーであることが好ましい。
これにより、偏向部の構成が簡単なものとなる。

本発明の画像表示装置では、前記光源は、前記光としてレーザー光を出射するレーザー光源であることが好ましい。
これにより、より明るく鮮明な画像を表示することができる。

本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の概略構成を示す図である。 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。 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斜視図である。 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。 表示ユニットに含まれる反射部の機能を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る画像表示装置の表示ユニットの概略構成図である。 本発明の第３実施形態に係る画像表示装置の表示ユニットの概略構成図である。 本発明の第４実施形態に係る画像表示装置の表示ユニットの概略構成図である。

以下、本発明の画像表示装置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、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置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表示ユニットの概略構成図である。図３および図４は、それぞれ、図１に示す画像表示装置の斜視図である。図５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６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７は、表示ユニットに含まれる反射部の機能を説明する図である。なお、以下では、説明の便宜上、観察者にとっての右側を「右」とも言い、左側を「左」とも言い、前方（前側）を「前」とも言い、後方（後側）を「後」とも言う。また、図１において、右側を「Ｒ」、左側を「Ｌ」、前方を「Ｆ」、後方を「ＲＥ」として図示している。

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に示すように、フレーム２００と、フレーム２００に支持された表示ユニット３００と、を有している。

また、表示ユニット３００は、図２に示すように、変調光生成部４００と、光走査部６００と、反射部７００と、偏向部８００と、を有し、変調光生成部４００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６００が変調光Ｌを空間的（２次元的）に走査し、反射部７００が走査された変調光Ｌを偏向部８００に向けて反射すると共に、変調光Ｌの焦点（ビームウェスト）の位置を制御し、偏向部８００が反射部７００で反射された変調光Ｌから映像光Ｌ１を生成し、映像光Ｌ１を観察者の左眼ＥＹ１に向けて偏向するように構成されている。

このような表示ユニット３００を有することで、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。なお、本実施形態の画像表示装置１００は、単眼型のヘッドマウントディスプレイであるが、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ってもよい。すなわち、左眼用および右眼用に２つの表示ユニット３００を備えていてもよい。

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。
（フレーム）
図３および図４に示すように、フレーム２００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３００を支持している。また、フレーム２００は、観察者の眼ＥＹの前方に位置するフロント部２１０と、フロント部２１０の左右両端から延出した一対のテンプル部２２０、２３０と、を有している。

また、フロント部２１０は、リム部２１１と、リム部２１１に支持されたシェード部２１２およびノーズパッド２１３と、を有している。シェード部２１２は、外界光の透過を抑制する機能を有し、偏向部８００を支持している。そして、シェード部２１２の中央部にノーズパッド２１３が設けられている。ノーズパッド２１３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。

テンプル部２２０、２３０は、フロント部２１０に接続されている。また、テンプル部２２０は、先端部（フロント部２１０との接続部）に配置された光透過性を有する光透過部２２１と、画像表示装置１００を観察者に装着した状態で、右眼ＥＹ２と光透過部２２１の間に配置された窓部２２２と、を有している。そして、光透過部２２１を透過した外光が窓部２２２を介して観察者の右眼ＥＹ２に到達するようになっている。そのため、観察者は、光透過部２２１および窓部２２２を介してテンプル部２２０の向こう側（外界）を視認することができる。

同様に、テンプル部２３０は、先端部（フロント部２１０との接続部）に配置された光透過性を有する光透過部２３１と、画像表示装置１００を観察者に装着した状態で、左眼ＥＹ１と光透過部２３１の間に配置された窓部２３２と、を有している。そして、光透過部２３１を透過した外光が窓部２３２を介して観察者の左眼ＥＹ１に到達するようになっている。そのため、観察者は、光透過部２３１および窓部２３２を介してテンプル部２３０の向こう側（外界）を視認することができる。

テンプル部２２０、２３０をこのような構成とすることで、観察者の視野（特に、横方向の視野）を広く確保することができるため、安全性等を高めることができる。なお、窓部２２２、２３２は、それぞれ、貫通孔であってもよいし、ガラス板、プラスチック板等の透明な部材（光透過性を有する部材）で覆われていてもよい。また、光透過部２２１、２３１は、湾曲形状をなし、滑らかにフロント部２１０とテンプル部２２０、２３０とを接続している。

このようなテンプル部２２０、２３０は、観察者の耳ＥＡに掛けるための角度がほとんど付けられていないストレートテンプル部であり、観察者が画像表示装置１００を頭部Ｈに装着したとき、テンプル部２２０、２３０の一部が、観察者の耳ＥＡに当接するように構成されている。このようなテンプル部２２０、２３０は、フロント部２１０に対して折り畳み可能となっていてもよいし、折り畳みできないようになっていてもよい。なお、テンプル部２２０、２３０が、フロント部２１０に対して折り畳み可能となっていている場合、フロント部２１０とテンプル部２２０、２３０とは別々に形成された後、折り畳み可能に接続される。また、テンプル部２２０、２３０が、フロント部２１０に対して折り畳みできないようになっている場合、テンプル部２２０、２３０とフロント部２１０とは一体に形成することができる。

以上、フレーム２００について説明したが、フレーム２００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３００を支持することができるものであれば、図示のものに限定されない。

（変調光生成部）
変調光生成部４００は、フレーム２００のフロント部２１０とテンプル部２３０の接続部に配置されている。

このような変調光生成部４００は、図５に示すように、波長の異なる複数の光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂを有する光源部４１０と、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂを駆動する駆動回路４２０Ｒ、４２０Ｇ、４２０Ｂと、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂから出射された光を平行光化するコリメータレンズ４４０Ｒ、４４０Ｇ、４４０Ｂと、光合成部４３０と、集光レンズ４５０と、制御部４６０と、を有している。

光源４１０Ｒは、赤色のレーザー光を射出するレーザー光源であり、光源４１０Ｇは、緑色のレーザー光を射出するレーザー光源であり、光源４１０Ｂは、青色のレーザー光を射出するレーザー光源である。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。このように、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂとしてレーザー光源を用いることで、より明るく鮮明な画像を表示することができる。なお、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ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４２０Ｒは、光源４１０Ｒを駆動する機能を有し、駆動回路４２０Ｇは、光源４１０Ｇを駆動する機能を有し、駆動回路４２０Ｂは、光源４１０Ｂを駆動する機能を有する。また、駆動回路４２０Ｒ、４２０Ｇ、４２０Ｂは、制御部４６０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４２０Ｒ、４２０Ｇ、４２０Ｂにより駆動された光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂから射出された３つのレーザー光は、それぞれ、コリメータレンズ４４０Ｒ、４４０Ｇ、４４０Ｂによって平行光化されて光合成部４３０に入射する。

光合成部４３０は、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂからのレーザー光を合成するものである。本実施形態では、光合成部４３０は、２つのダイクロイックミラー４３１、４３２を有する。ダイクロイックミラー４３１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４３２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４３１、４３２を用いることにより、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ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、制御部によって、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂからのレーザー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４５０によって所望のＮＡ（開口数）に変更された後、光走査部６００に導かれる。

以上、変調光生成部４００の構成について説明したが、変調光生成部４００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６００は、テンプル部２３０内に設けられており、変調光生成部４００から出射された変調光Ｌを反射部７００に向けて空間的（２次元的）に走査する光スキャナーである。

このような光走査部６００は、２軸まわりに揺動可能な光スキャナーであり、図６に示すように、ミラー（光反射部）６１１を有する可動部６１０と、可動部６１０を軸Ｊ１まわりに揺動（回動）可能に支持する軸部６２１、６２２と、軸部６２１、６２２を支持する駆動枠部６３０と、駆動枠部６３０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６４１、６４２と、軸部６４１、６４２を支持する枠状の支持部６５０と、駆動枠部６３０を支持部６５０に対して軸Ｊ２まわりに揺動させつつ、可動部６１０を駆動枠部６３０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６１０が軸Ｊ１、Ｊ２の両軸まわりに揺動するため、ミラー６１１で反射した変調光Ｌを２次元的に走査することができる。

このように、光走査部６００として、２軸まわりに揺動可能な光スキャナーを用いることによって、光走査部６００の構成や配置（特にアライメント）が簡単なものになると共に、光走査部６００の小型化を図ることができる。また、光走査部６００をテンプル部２３０に配置することで、変調光生成部４００と光走査部６００との距離の設定の自由度が増す。

なお、光走査部６００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６００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。

このような光走査部６００は、変調光生成部４００よりも後方側（テンプル部２３０の先端部（フロント部２１０との接続部）と異なる側の端部側）に位置し、変調光生成部４００から後方（フロント部２１０側からテンプル部２３０側）へ向けて出射された変調光Ｌがミラー６１１に入射するようになっている。また、光走査部６００は、ミラー６１１を前方（反射部７００）に向けて配置されている。このような配置とすることで、光走査部６００の有効走査角（反射部７００へ変調光Ｌを導くことのできる走査角度）を大きくすることができる。そのため、より鮮明な画像を、より効率的に生成することができる。

（反射部７００）
反射部７００は、テンプル部２３０に支持されている。このような反射部７００は、光走査部６００で走査された変調光Ｌを偏向部８００に向けて反射する反射面７０１を有している。また、反射部７００は、外光（光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂで出射された以外の自然光や環境光）の少なくとも一部を透過する機能を有している。そして、反射部７００を透過した外光が窓部２３２を介して観察者の左眼ＥＹ１に到達するようになっている。そのため、観察者は、反射部７００および窓部２３２を介してテンプル部２３０の向こう側（外界）を視認することができる。よって、観察者の視野（特に、横方向の視野）を広く確保することができ、安全性等を高めることができる。

なお、前述した「外光の少なくとも一部を透過する」とは、例えば、全波長において、光の一部を反射し、残りを透過する場合や、赤色、緑色、青色の光（すなわち、光源４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂから出射される光）をほぼ全て反射し、赤色、緑色、青色以外の光をほぼ全て透過する場合等が含まれる。この場合、後者の方が、変調光Ｌを効率的に使用することができる点で有効である。

また、反射部７００の反射面７０１は、自由曲面を有し、この自由曲面の曲率は、反射面７０１で反射した変調光Ｌの径が偏向部８００の偏向面８０１で等しくなるように、変調光Ｌの反射面７０１への入射位置に応じて異なっている。換言すると、反射部７００の反射面７０１は、自由曲面を有し、この自由曲面の曲率は、反射面７０１で反射した変調光Ｌの集光点を偏向部８００の偏向面８０１での変調光Ｌの径が等しくなるように変調光Ｌの反射面７０１への入射位置に応じて異なっている。具体的に説明すると、光走査部６００で走査された変調光Ｌは、反射面７０１への入射位置によって偏向部８００の偏向面８０１までの光路長が異なってしまう。そのため、例えば、図７（ａ）に示すように、光路長が長くなるほど変調光Ｌの偏向面８０１でのスポット径ｒが大きくなる。このように、偏向面８０１でスポット径ｒのバラつきが生じると、形成する画像の質が低下する。そこで、図７（ｂ）に示すように、偏向面８０１でスポット径ｒがほぼ等しく（スポット径ｒが完全に等しいもの以外に、製造上の誤差によるスポット径ｒの誤差や歪を含む。）揃うように、反射面７０１の各部の曲率を設計することで、色収差がなく、質の高い画像を形成することができる。

なお、この場合反射部７００と偏向面８０１との相対的な位置関係や角度は固定されていることが好ましい。

以上、反射部７００の光学的な特徴（機能）について説明した。このような反射部７００は、テンプル部２３０の一部を構成している。具体的には、反射部７００は、図２に示すように、光透過部２３１の少なくとも一部を構成している。このように、テンプル部２３０の一部を反射部７００で構成することで、画像表示装置１００の構成を簡素化することができる。加えて、反射部７００を配置するスペースを確保しないで済む分、テンプル部２３０の小型化を図ることができる。

（偏向部）
偏向部８００は、シェード部２１２に設けられており、使用時に観察者の左眼ＥＹ１の前方に位置するように配置されている。このような偏向部８００は、観察者の左眼ＥＹ１を覆うのに十分な大きさを有し、反射部７００で反射された変調光Ｌを映像光Ｌ１として観察者の左眼ＥＹ１に向けて入射させる機能を有する。このような偏向部８００は、例えば、回折格子の一つであるホログラム素子（ホログラムミラー）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。

なお、偏向部８００の構成としては、上記のような作用を発揮することができればホログラム素子に限定されず、例えば、非球面のハーフミラーを用いてもよい。偏向部８００をホログラム素子やハーフミラーで構成することで、偏向部８００の構成が簡単なものとなる。

＜第２実施形態＞
図８は、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置の表示ユニットの概略構成図である。

以下、第２実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第２実施形態は、表示ユニットの構成が異なること以外は、前述した第１実施形態とほぼ同様である。なお、図８では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

本実施形態の画像表示装置１００では、図８に示すように、表示ユニット３００が、さらに、導光部５００を有している。このような表示ユニット３００では、変調光生成部４００が映像信号に基づき変調された変調光Ｌを生成し、導光部５００が変調光Ｌを変調光生成部４００から光走査部６００まで導き、光走査部６００が変調光Ｌを空間的（２次元的）に走査し、反射部７００が走査された変調光Ｌを偏向部８００に向けて反射すると共に、変調光Ｌの焦点の位置を制御し、偏向部８００が反射部７００で反射された変調光Ｌから映像光Ｌ１を生成し、映像光Ｌ１を観察者の左眼ＥＹ１に向けて偏向するように構成されている。

なお、導光部５００は、変調光Ｌを伝搬することができれば、特に限定されないが、光ファイバーで構成されていることが好ましい。これにより、導光部５００の構成がより簡単なものとなる。

また、本実施形態の画像表示装置１００では、変調光生成部４００は、テンプル部２２０に収容されている。また、導光部５００は、フロント部２１０に埋設（支持）されている。導光部５００の一端部は、変調光生成部４００（集光レンズ４５０）と対向して配置されており、変調光Ｌが入射する光入射部５０１となっている。また、導光部５００の他端部は、集光レンズ５１０および光走査部６００と対向して配置され、導光部５００を伝搬した変調光Ｌを出射する光出射部５０２となっている。光入射部５０１は、変調光生成部４００よりも前方に配置され、前方へ向けて進む変調光Ｌが入射するようになっている。一方、光出射部５０２は、光走査部６００よりも前方に配置され、集光レンズ５１０で集光されて、後方へ向けて変調光Ｌを出射するようになっている。導光部５００をこのように配置することで、導光部５００をなるべく曲げずに配置することができるため、導光部５００内を伝搬することによる変調光Ｌの損失を効果的に抑えることができる。

以上のような構成によれば、変調光生成部４００の配置の自由度が増すため、画像表示装置１００の設計が容易となる。特に、変調光生成部４００を、光走査部６００が収容されているテンプル部２３０とは異なるテンプル部２２０に収容することができるため、変調光生成部４００を収容するスペースを確保し易くなる。また、テンプル部２２０、２３０の重量のバランス（ノーズパッド２１３を支点にした左右のバランス）を取り易くなることから、画像表示装置１００の掛け心地が向上する。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
図９は、本発明の第３実施形態に係る画像表示装置の表示ユニットの概略構成図である。

以下、第３実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第３実施形態は、表示ユニットの構成が異なること以外は、前述した第２実施形態とほぼ同様である。なお、図９では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

本実施形態の画像表示装置１００では、図９に示すように、変調光生成部４００および導光部５００が、共にテンプル部２３０に収容されている。また、変調光生成部４００は、光走査部６００よりも後方に位置しており、変調光生成部４００で生成された変調光Ｌは、導光部５００によって光走査部６００の前方まで導かれる。本実施形態では、導光部５００をなるべく曲げずに配置するために、導光部５００の光出射部５０２を前方に向けて配置し、さらに、光出射部５０２から出射された変調光Ｌを集光する集光レンズ５１０および光走査部６００に向けて反射する反射ミラー５５０を配置している。このような構成によれば、例えば、前述した第２実施形態と比較して導光部５００を短くすることができるため、導光部５００内を伝搬することによる変調光Ｌの損失を効果的に抑えることができる。ただし、導光部５００の光出射部５０２を光走査部６００に向けて配置して、反射ミラー５５０を省略してもよいし、反射ミラー５５０を集光機能を有する集光ミラーとして、集光レンズ５１０を省略してもよい。

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
図１０は、本発明の第４実施形態に係る画像表示装置の表示ユニットの概略構成図である。

以下、第４実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第４実施形態は、表示ユニットの構成が異なること以外は、前述した第１実施形態とほぼ同様である。なお、図１０では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。

本実施形態の画像表示装置１００では、図１０に示すように、変調光生成部４００から光走査部６００へ向けて出射される変調光Ｌの光路上（変調光Ｌの光路と交わるよう）に反射部７００が配置されており、さらに、反射部７００と光走査部６００との間にλ／４位相差板（λ／４波長板）９００が配置されている。

そのため、変調光生成部４００から出射された変調光Ｌは、反射部７００を透過し、λ／４位相差板９００を通過した後に光走査部６００で走査され、光走査部で走査された変調光Ｌは、λ／４位相差板９００を通過した後に反射部７００の反射面７０１で反射されて偏向部８００へ導かれる。

このように、変調光Ｌは、変調光生成部４００から出射されて反射面７０１で反射されるまでの間にλ／４位相差板９００を２回通過する。そのため、光走査部６００へ向けて反射部７００を透過するときの変調光Ｌ’の振動方向に対して、偏向部８００へ向けて反射部７００で反射されるときの変調光Ｌ”の振動方向が９０°回転している。そこで、反射部７００は、変調光Ｌ”と同じ方向に振動する光を反射し、変調光Ｌ”と異なる方向に振動する光を透過する機能を有するものを用いており、これにより、簡単な構成で、上述した変調光Ｌの経路を実現することができる。

このような構成によれば、反射部７００を変調光生成部４００と光走査部６００との間に配置することができるため、反射部７００の配置の自由度が増すと共に、画像表示装置１００の小型化を図ることができる。また、このような構成では、観察者は、窓部２３２、反射部７００および光透過部２３１を介してテンプル部２３０の向こう側（外界）を視認することができる。なお、本実施形態の場合には、光透過部２３１と反射部７００が一体化していないため、光透過部２３１は、窓部２３２と同様に、貫通孔で構成されていてもよい。

以上のような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

以上、本発明の画像表示装置について、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…フレーム、２１０…フロント部、２１１…リム部、２１２…シェード部、２１３…ノーズパッド、２２０…テンプル部、２２１…光透過部、２２２…窓部、２３０…テンプル部、２３１…光透過部、２３２…窓部、３００…表示ユニット、４００…変調光生成部、４１０…光源部、４１０Ｂ、４１０Ｇ、４１０Ｒ…光源、４２０Ｂ、４２０Ｇ、４２０Ｒ…駆動回路、４３０…光合成部、４３１、４３２…ダイクロイックミラー、４４０Ｂ、４４０Ｇ、４４０Ｒ…コリメータレンズ、４５０…集光レンズ、４６０…制御部、５００…導光部、５０１…光入射部、５０２…光出射部、５１０…集光レンズ、５５０…反射ミラー、６００…光走査部、６１０…可動部、６１１…ミラー、６２１、６２２…軸部、６３０…駆動枠部、６４１、６４２…軸部、６５０…支持部、７００…反射部、７０１…反射面、８００…偏向部、８０１…偏向面、９００…λ／４位相差板、ＥＡ…耳、ＥＹ…眼、ＥＹ１…左眼、ＥＹ２…右眼、Ｈ…頭部、Ｊ１、Ｊ２…軸、Ｌ、Ｌ’、Ｌ”…変調光、Ｌ１…映像光、ＮＳ…鼻、ｒ…スポット径

Claims (12)

1. 観察者に装着して使用される画像表示装置であって、
   光源と、
   前記光源から出射される光を走査する光走査部と、
   前記光走査部で走査された前記光を反射し、かつ、外光の少なくとも一部を透過する反射部と、
   前記反射部で反射された光を前記観察者に向けて偏向する偏向部と、を備え、
   前記反射部を透過した外光が前記観察者の眼に到達することを特徴とする画像表示装置。
2. 前記画像表示装置は、フロント部および前記フロント部に接続されたテンプル部を有するフレーム部と、を備え、
   前記光源から出射される光は、前記フロント部から前記テンプル部側へ出射される請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記光源から出射される光を前記光走査部に導く導光部を有している請求項１または２に記載の画像表示装置。
4. 前記フレームは、２つの前記テンプル部を有し、
   一方の前記テンプル部に前記光走査部が支持され、
   他方の前記テンプル部に前記光源が支持され、
   前記フロント部に前記導光部が支持されている請求項３に記載の画像表示装置。
5. 前記導光部は、光ファイバーを有している請求項３または４に記載の画像表示装置。
6. 前記テンプル部は、前記観察者に装着された状態で、外光を透過する光透過部を有している請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
7. 前記反射部は、前記光透過部の少なくとも一部を構成している請求項６に記載の画像表示装置。
8. 前記反射部は、前記光源から出射され前記光走査部へ向かう前記光の光路と交わるように配置され、前記光走査部へ向かう前記光の少なくとも一部を透過する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
9. 前記光源から出射され前記光走査部へ向かう前記光の光路および前記光走査部から前記反射部へ向かう前記光の光路と交わるように配置されたλ／４位相差板を有している請求項８に記載の画像表示装置。
10. 前記反射部は、前記光を反射する自由曲面を有し、
    前記自由曲面は、前記反射部で反射した前記光の径が前記偏向部の偏向面で等しくなるように設定されている請求項１ないし９のいずれか１項に記載の画像表示装置。
11. 前記偏向部は、ホログラム素子またはハーフミラーである請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の画像表示装置。
12. 前記光源は、前記光としてレーザー光を出射するレーザー光源である請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の画像表示装置。

Images